DE19621440A1

DE19621440A1 - Fahrradantrieb

Info

Publication number: DE19621440A1
Application number: DE1996121440
Authority: DE
Inventors: Dietrich Gerhard Ellsaesser
Original assignee: Individual
Current assignee: ELLSAESSER, DIETRICH GERHARD, 79249 MERZHAUSEN, DE
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-04

Description

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Fahrradschaltnabe für 2 An triebsenergiequellen mit nachgeschalteter Plantetenschaltgruppe. Vorge stellt wird eine Fahrradplantetennabengetriebe mit einer integrierten elek trischen Hilfsantriebsquelle mit Primäruntersetzungsgruppe, wirksam auf das nachgeschaltete Plantetengetriebe der Getriebeschaltnabe. Zusätzlich ist die Nabe mit einem Ritzelpatket zur weiteren Aufspreitung des biologi schen Antrieb vor dem Eingang in die nachgeschaltete Plantetengruppe versehen.

Heute bekannt sind Nabenschaltungen in Verbindung mit Kettenschaltun gen, zu nennen das System 3×7 von Sachs. Dieses System hat den Vor teil, daß der vordere Umwerfer entfallen kann. Nachteilig ist jedoch, daß obwohl eine Kettenschaltung vorhanden ist, eine Verschlechterung des Wirkungsgrades durch die nachgeschaltete Plantetengruppe in Kauf ge nommen werden muß. Weiter bekannt sind Nabenmotoren wie Sanyo mit Planetenreduktionsgetriebe zur Anpassung der Motordrehzahl an die Na benhülsendrehzahl.

Diese Getriebe entfalten jedoch keinerlei Wirksamkeit auf den biologischen Antrieb der durch die Fahrradkette wahlweise über eine Kettenschaltung direkt auf Hinterrad geleitet wird.

Weiter bekannt sind die Antriebssysteme von Honda, Yamaha/MBK, und Suzuki, bei denen der Motor mit einem Reduktionsgetriebe verbunden di rekt am Tretlager sitzt und der Kurbelantrieb auf diesen Triebsatz wirkt. Auf diese Weise wirkt das Kettengetriebe am Hinterrad (MBK) bzw. die Naben schaltung in der Hinterradnaben auf den Gesamtantrieb.

Nachteilig ist bei den oben genannten Nabenantrieben, daß für den Na benantriebsmotor keine Schaltstufen wirksam sind. Das vorhandene Plane tengetriebe reduziert lediglich die Drehzahl des Nabenantriebs auf die er forderliche Hülsendrehzahl bzw. Laufraddrehzahl. Bei den ferner beschrie benen Systemen der Tretlagermotoren ist zwar sowohl der biologische als auch der elektrische Antrieb auf das Hinterradgetriebe wirksam. Diese Sy steme sind durch die hohen Drehmomente am Kurbeltrieb relativ schwer und nicht in konventionelle Fahrräder nachrüstbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrradnabenmotor zu schaffen, der über einen Primärgetriebesatz auf ein nachgeschaltetes Planetenschaltge triebe wirkt, auf das gleichzeitig und direkt der biolobische Antrieb wirkt, wahlweise über ein vorgeschaltetes Kettenschaltgetriebe. Vorteile der er findungsmäßigen Lösung ist die einfache Anpassung des Antriebsmotors auf die zur Anwendung kommende Laufradgröße durch das Primärgetrie be des Antriebsmotors. Auf das nachgeschaltete Plantetenschaltgetriebe wirken der Nabenmotor und der biologische Antrieb gleichermaßen und unabhängig. So läßt sich der Kettenantrieb bedarfsweise mit einer Ketten schaltung versehen über einen großen Übersetzungsbereich spreiten und die Steigfähigkeit des Nabenmotors wesentlich verbessern.

Beschreibung

Der Antrieb gliedert sich in ein Kettenschaltgetriebe für den biologischen Antrieb, einen Nabenmotor, vorzugsweise in Axialmotorausführung, wir kend auf eine Primärgetriebegruppe (8), beide Antriebe mit ihren Getrieben wirken je nach Ankoppelung mit oder ohne gesonderte Freiläufe voneinan der unabhängig und gemeinsam auf das (1) Planetennabenschaltgetriebe oder in Reihe angeordnet der biologische Antrieb über den Nabenmotor mit diesem gemeinsam auf das Plantetenschaltgetriebe.

Der biologische Antrieb besteht aus einem bekannten Fahrradantrieb über die Pedale auf die Tretkurbeln und über Kette an das Hinterrad, wahlweise mit Kettenschaltung, wobei die Getriebestufung am Tretlager einschließlich Werfer durch die wirksame Übersetzungskapazität des Planetenschaltge triebes in der Nabe entfallen kann.

Der Muskelkraftantrieb vom Tretlager wirkt über die Kette über eines der Kettenschaltritzel auf einen Freilaufkörper (13) und von dort auf die Hauptwelle des Planetenschaltgetriebes.

In einer weiteren Ausführung wirkt der Muskelkraftantrieb über eines der Kettenschaltritzel auf einen Freilaufkörper und von dort auf das Primärge triebe des Hilfsantriebsmotors, der wiederum mit dem nachgeschalteten Planetennabenschaltgetriebe in Antriebsverbindung steht.

Vorteil dieser Ausführung ist der geringere Platzbedarf und der einfachere Aufbau. Da das Planetenschaltgetriebe konstruktionsbedingt mit Freiläufen (4, 5) ausgestattet ist, kann das Fahrrad jederzeit geschoben werden oder rollen, ohne daß der Motor oder das Kettenschaltgetriebe zum Eingriff kommen. Jedoch muß bei einem Motorausfall im reinen Fahrradbetrieb der Motor vom Muskelkraftantrieb mitgeschleppt werden, sofern er ohne Frei lauf antriebsmäßig mit dem Planetenträger verbunden ist.

In einer weiteren Ausführung kann auch auf den Freilauf für das Kettenge triebe verzichtet werden, da auch der Muskelkraftantrieb vom mitdrehen den Laufrad durch die Freiläufe im Planetenschaltgetriebe getrennt wird. Im allgemeinen wird man jedoch auf diesen Freilauf nicht verzichten, da dieser ein massenträgheitsbedingtes Nachschleppen des Kurbeltriebs durch den Hilfsmotor verhindert.

Das Planetenschaltgetriebe besteht aus einem Plantetenträger (1), der um die Nabenachse baut. Um die Nabenachse ist die Schaltwalze der Sperr klinken (14) drehbar angeordnet.

Der Planetenträger ist drehzahlgleich mit dem Ritzelpaket fest oder über einen Freilaufkörper, z. B. einem Kassettenfreilaufkörper (13) antriebsmä ßig verbunden.

Der Axialfeldmotor ist über ein 2-stufiges Planetenreduziergetriebe (8) mit dem Planetenträger des Schaltgetriebe verbunden. Da die Motorbauart ausreichend dynamisch ist, kann im allgemeinen auf einen Freilauf verzich tet werden, da der Antriebsmotor über das Steuersignal des Tretkurbel sensors angesteuert wird. Durch ein Freilauf wird jedoch verhindert, daß der Motor im Falle einer Funktionsbeeinträchtigung durch den Muskel kraftantrieb mitgeschleppt werden muß.

Der Motor kann zwischen Schaltgetriebe und Schaltwerk des biologischen Antriebs oder an dem gegenüberliegenden Ende des Schaltgetriebes mit dem Plantetenträger antriebsmäßig verbunden sein. Das Schaltgetriebe ist über 2 Rollenfreiläufe (4, 5) wechselweise durch den Planetenträger und durch das Hohlrad mit dem Innenumfang der Nabenhülse antriebsmäßig verbunden.

Im Zentrum des Planetenträgers befindet sich durch Drehen der Sperrklin kenschaltwalze (14) in seiner Abstützung auf die Nabenachse schaltbare Sonnenrad (6) drehbar angeordnet. Die Abstützung dieses Sonnenrades ist durch Drehen der Gangwahlwalze schaltbar. Um das Sonnenrad herum sind die 3-stufigen verzahnten Planetenräder (16) im Eingriff im Planteten träger drehbar gelagert. Das Sonnenrad (6) im Zentrum ist mit dem größten Umfang der Planetenräder im Eingriff. Über dem mittleren Umfang der Pla netenräder befindet sich ein Hohlrad (3) im Eingriff, das über einen Rollen freilauf (4) kraftschlüssig mit dem Innenumfang der Nabenhülse (2) ver bunden wird, sobald die Sperrklinken so geschaltet sind, daß die Drehzahl des Hohlrades die des Planetenträgers überschreitet.

Mit der Planetenstufe des kleinsten Durchmessers befindet sich ein Son nenrad (7) im Eingriff, das sich durch die Gangwalze schaltbar über Klin ken gegen die Nabenachse abstützt.

Der Planetenträger selbst ist mit dem Innenumfang durch einen Rollenfrei lauf (5) antriebsseitig verbunden, sobald die Sperrklinken so geschaltet sind, daß die Drehzahl des Planetenträgers (1) die des Hohlrades über steigt.

Das Kettenritzelpaket (17) des Muskelantriebs kann dabei so ausgestaltet sein, daß das Ritzelpaket nicht aus vielen Einzelsegmenten, sondern aus einem Bauteil besteht, in dessen Umfang die Zahnschaltprofile für die Kette ausgeformt sind. Dieser Zahnprofilträger kann über sein Innenvolu men direkt über einen dort liegenden vorzugsweise Rollenfreilauf auf die Planetenschaltgetriebeeingangswelle wirken. Der Raum unter den großen Ritzeln kann jedoch auch durch das Reduktionsgetriebe des Motors ge nutzt werden.

Der elektrische Hilfsantrieb ist vorzugsweise als Scheibenläufermotor aus geführt. Durch die elektronische Kommutierung bürstenlos, werden vor zugsweise im Zentrum des Rotors (12) die beiden Reduktionsstufen (8) plaziert. In diesem Reduktions- oder Primärgetriebe (8) wird die Motoraus gangsdrehzahl auf einfache Weise auf die verwendete Laufradgröße an gepaßt. Die Anpassung des biologischen Antriebs auf die Laufradgröße erfolgt durch die Kettenritzel am Tretlager.

Bezugszeichenliste

1. Planetenträger
2. Nabenhülse
3. Hohlrad
4. Hohlradhülsenfreilauf
5. Hülsenfreilaufplanetenträger
6. Sonnenrad 1
7. Sonnenrad 11
8. 2-stufiges Reduktionsgetriebe Antriebsmotor
9. Rückschlußring
10. Magnetsystem
11. Stator
12. Twinrotor
13. Freilaufkörper
14. Sperrklinkenschaltwalze
15. Stellmotor
16. Dreistufig verzahnter Planet
17. Ritzelpaket

Claims

1. Fahrradantrieb mit einem muskelkraftbetriebenen Tretkurbelantrieb sowie mit einem Hilfsantriebsmotor wobei eine Antriebsnabe mit dem Tretkurbe lantrieb und über ein Untersetzungsgetriebe mit dem Hilfantriebsmotor in Antriebsverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Untersetzungsgetriebes und dem Ausgang des Tretkurbelan triebes einerseits und der Antriebsnabe andererseits ein gemeinsames Schaltgetriebe zwischengeschaltet ist.

2. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe als Plantetenschaltgetriebe ausgebildet ist.

3. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetrieb mehrere Kraftausgänge hat, die wahlweise über unterschied liche Innenradien auf die Hülse wirken.

4. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltgetriebe mehrere Kraftausgänge hat, die wahlweise über Hülsenfrei läufe auf die Innenumfänge der Antriebsnabenhülse wirksam werden.

5. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plantetengetriebe mindestens 2 Kraftausgänge hat, von denen ein erster Kraftausgang drehfest mit dem Ausgang des Reduktionsgetriebes des Hilfsmotors bzw. dem damit verbundenen Tretkurbelantriebes antriebsmä ßig verbunden ist.

6. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe mindestens 2 Kraftausgänge hat, von denen ein erster Kraftausgang drehfest mit dem Ausgang des Reduktionsgetriebes des Hilfsmotors und ein zweiter mit dem Ritzelpaket des biologischen Antriebs antriebsmäßig verbunden sind.

7. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltwalze vorgesehen ist, welche die Nabenachse drehbar umgreift.

8. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltwalze mit einem am Nabenkörper befestigten Stellmotor betätigt wird.

9. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrischer Hilfsmotor aus räumlichen Gründen vorzugsweise als Schei benläufer oder Axialfeldmotor ausgeführt ist.

10. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Axialfeldmotor elektronisch kommutiert ist.

11. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum des Rotors des Axialfeldmotors die Planetenstufen des Primär planetengetriebesetzes angeordnet sind.

12. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrum des Rotors so gekröpft ist, daß die Planetensätze des Redukti onsgetriebes axial unter dem Rotor angeordnet werden können.

13. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel des Tretkurbelantriebs über ein endloses Zugmittel, vorzugs weise über eine Kette mit der Antriebsnabe in Antriebsverbindung steht.

14. Fahrradantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tretkurbelantrieb über ein Kettengetrieb mit der Antriebsnabe verbunden ist.