-
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebsvorrichtung für Fahrzeuge, insbesondere eine solche elektrische Antriebsvorrichtung, die in Verbindung mit einer weiteren Kraft, insbesondere einer menschlichen Kraft, zum Vortrieb eines Fahrzeugs beiträgt, beispielsweise ein in dem Bereich eines Fahrrades, in dem sich üblicherweise das Tretlager befindet, angeordneter und mit Tretkurbeln verbundener elektrischer Hilfsantrieb für ein Fahrrad, sowie ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Antriebsvorrichtung als einer Hilfsantriebsvorrichtung versehen ist. Eine Antriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann außer bei Fahrrädern auch bei anderen Fahrzeugen mit Elektroantrieb oder Elektrohilfsantrieb verwendet werden.
-
Die
US 2002/0014366 A1 offenbart eine elektrische Antriebsvorrichtung und ein Fahrrad mit einer derartigen elektrischen Antriebsvorrichtung. Die Antriebsvorrichtung ist mit Tretkurbeln gekoppelt und in dem Bereich des Fahrrads angeordnet, in dem üblicherweise das Tretlager angeordnet ist. Der Elektromotor dieser bekannten Antriebsvorrichtung ist konzentrisch zu der Tretlagerwelle angeordnet. Die Ansteuerung des Motors erfolgt über ein von dem Fahrer zu betätigendes Drosselelement. Funktional zwischen dem Elektromotor und einem Drehmomentabgabeelement der Antriebsvorrichtung ist ein mehrstufiges Übersetzungsgetriebe angeordnet.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Antriebsvorrichtung der in Rede stehenden Art bereitzustellen, die einen kompakten Aufbau hat, hinsichtlich ihrer Funktionalität flexibel ist, einen guten Wirkungsgrad, hohe Zuverlässigkeit und insbesondere eine einfache Bedienbarkeit hat sowie ein mit einer derartigen elektrischen Antriebsvorrichtung ausgerüstetes Fahrzeug.
-
Die Lösung dieses technischen Problems ist in Schutzanspruch 1 sowie Schutzanspruch 10 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
-
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung eine Antriebsachse, eine Vorrichtung zum Einleiten eines von außen eingeleiteten Drehmoments in die Antriebsachse, eine Abtriebshülse, die drehbar auf der Antriebsachse angeordnet ist, eine Drehmoment-Sensoreinrichtung zum Erfassen des von außen in die Antriebsachse eingeleiteten Drehmoments, wobei die Drehmoment-Sensoreinrichtung eine erste Sensorscheibe aufweist, die mit der Antriebsachse verdrehfest verbunden ist, sowie eine zweite Sensorscheibe, die gegenüber der Antriebsachse verdrehbar und mittels einer richtungsgebundenen Sensor-Überholkupplung mit der Abtriebshülse verbunden ist, einen Elektromotor, der dazu ausgelegt ist, über eine richtungsgebundene Motor-Überholkupplung ein Unterstützungsdrehmoment in die Abtriebshülse einzuleiten, und eine Steuereinrichtung, die dazu ausgelegt ist, den Elektromotor so anzusteuern, dass dieser in Abhängigkeit von dem von der Drehmoment-Sensoreinrichtung erfassten, von außen in die Antriebsachse eingeleiteten Drehmoment ein Unterstützungsdrehmoment in die Abtriebshülse einleitet.
-
Der Elektromotor kann einen Rotor aufweisen, der koaxial zu der Antriebsachse gelagert ist, und die Antriebsvorrichtung kann ein Getriebe aufweisen, das funktional zwischen dem Rotor und der Abtriebshülse angeordnet ist, wobei zwischen einem Getriebe-Abtriebselement des Getriebes und der Abtriebshülse die richtungsgebundene Motor-Überholkupplung angeordnet ist.
-
Das Getriebe kann als Getriebe-Drehmomenteinleitungselement einen Getriebe-Exzenter aufweisen, wobei auf dem exzentrisch zur zentralen Drehachse des Getriebes angeordneten exzentrischen Teil des Getriebe-Exzenters ein Getriebe-Sonnenrad drehbar gelagert ist, welches eine Außenverzahnung aufweist, die mit einer Innenverzahnung eines Getriebe-Hohlrades kämmt, und wobei eine Dreh- und Kreisbewegung des Getriebe-Sonnenrades auf das Getriebe-Abtriebselement übertragen wird.
-
Das Getriebe-Sonnenrad kann mindestens einen, vorzugsweise eine Mehrzahl von Abtriebszapfen aufweisen, wobei das Getriebe-Abtriebselement eine entsprechende Anzahl von Bohrungen aufweist, und wobei jeder Abtriebszapfen in eine entsprechende Bohrung eingreift, um die Dreh- und Kreisbewegung des Getriebe-Sonnenrades auf das Getriebe-Abtriebselement zu übertragen.
-
Auf jedem Abtriebszapfen kann ein Abtriebslager angeordnet sein.
-
Die Drehmoment-Sensoreinrichtung zum Erfassen des von außen in die Antriebsvorrichtung eingeleiteten Drehmoments kann so ausgeführt sein, dass die erste Sensorscheibe Vorsprünge und die zweite Sensorscheibe Vorsprünge aufweist, die jeweils ineinander greifen. In den Vorsprüngen der ersten Sensorscheibe können Feder-Kugel-Führungen ausgebildet sein, die jeweils eine Feder und eine zugeordnete Kugel aufnehmen, wobei die Kugeln jeweils in Anlage sind mit entsprechenden Anlaufflächen der Vorsprünge der zweiten Sensorscheibe.
-
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung kann ein magnetinduktives System aufweisen, das dazu ausgelegt ist, eine Verdrehbewegung der beiden Sensorscheiben zueinander zu ermitteln, vorzugsweise durch berührungsloses Abtasten von entsprechend auf den beiden Sensorscheiben angeordneten Magnetringen.
-
Die Abtriebshülse kann in axialer Richtung radial abgestuft sein, wobei an ihrem radial weitesten, der Drehmoment-Sensoreinrichtung abgewandten Ende innen ein Tretkurbel-Lagerelement zur Lagerung der Abtriebshülse auf der Antriebsachse und außen ein äußeres Abtriebshülse-Lager zur Lagerung der Abtriebshülse gegenüber einem Gehäuse angeordnet sind, und wobei an ihrem der Drehmoment-Sensoreinrichtung zugewandten Ende innen ein weiteres Tretkurbel-Lagerelement zur Lagerung der Abtriebshülse auf der Antriebsachse und außen die richtungsgebundene Sensor-Überholkupplung angeordnet sind.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, mit einer Antriebsvorrichtung der vorstehend erläuterten Art bereitgestellt.
-
Die Erfindung wird nachfolgend weiter erläutert anhand von Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
-
1 zeigt eine erste Schnittansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung.
-
2 zeigt eine Schnittansicht durch eine Getriebeeinheit der Antriebsanordnung gemäß 1 mit der Angabe von Schnittebenen.
-
3 zeigt eine Schnittansicht der Getriebeeinheit der Antriebsanordnung gemäß 2 in der Schnittebene D-D.
-
4 zeigt eine Schnittansicht der Getriebeeinheit der Antriebsanordnung gemäß 2 in der Schnittebene E-E.
-
5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der Getriebeeinheit der Antriebsanordnung gemäß 2 in der Schnittebene A-A.
-
6 zeigt eine Draufsicht einer Sensoreinrichtung der Antriebsanordnung gemäß 1 in radialer Richtung mit der Angabe einer Schnittebene, und
-
7 zeigt eine Schnittansicht der Sensoreinrichtung der Antriebsanordnung gemäß 6 in der Schnittebene A-A.
-
1 zeigt eine Schnittansicht einer für ein Fahrrad ausgelegten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsanordnung. Eine hohl ausgeführte Tretkurbelwelle 1 ist außerhalb ihrer axialgeometrischen Mitte durch zwei Tretkurbel-Lagerelemente 3, 4 drehbar und in axialer Richtung fixiert in einem Gehäuse gelagert, das im Wesentlichen durch eine linke Gehäuse-Seitenschale 33, eine rechte Gehäuse-Seitenschale 34 und einen Gehäuse-Mittelteil 32 gebildet ist. Die Lagerung auf der linken Seite in der Darstellung gemäß 1 ist so ausgeführt, dass das linke Tretkurbel-Lagerelement 3 eingefügt ist zwischen der linken Gehäuse-Seitenschale 33 und einem hohlzylindrischen Ansatz einer ersten Sensorscheibe 5, die auf die Tretkurbelwelle 1 aufgesetzt und verdrehfest mit dieser verbunden ist. Die erste Sensorscheibe 5 und ihre Funktion wird weiter unten erläutert.
-
Auf der rechten Seite in der Darstellung gemäß 1 ist das rechte Tretkurbel-Lagerelement 4 eingefügt zwischen der Tretkurbelwelle 1 und einer Abtriebshülse 12, die verdrehbar auf der Tretkurbelwelle 1 gelagert und ihrerseits über ein äußeres Abtriebshülse-Lager 35 in der rechten Gehäuse-Seitenschale 34 gelagert ist. Die Abtriebshülse 12 und ihre Funktion werden ebenfalls weiter unten erläutert.
-
Die Tretkurbelwelle 1 ist eine Antriebsachse im Sinne der vorliegenden Erfindung.
-
An der Tretkurbelwelle 1 sind an beiden Enden Tretkurbeln 2 verdrehfest und lageorientiert angebracht in einer Weise, wie dies für Fahrräder üblich ist. An den Enden der Tretkurbeln 2 sind Pedale (nicht gezeigt) angebracht, über die die Tretkurbelwelle 1 in bekannter Weise, das heißt durch die Füße eines Benutzers und somit durch menschliche Kraft durch Treten angetrieben, in Drehung versetzt werden kann. Die Drehung der Tretkurbelwelle 1 wird über ein Abtriebselement 16, beispielsweise in Form eines Kettenblatts, mittels entsprechender weiterer Übertragungselemente eines Antriebsstranges, in diesem Fall einer Kette und einem Zahnkranz (nicht gezeigt), auf das Hinterrad eines Fahrrads übertragen.
-
Das durch menschliche Kraft erzeugte Drehmoment ist ein von außen eingeleitetes Drehmoment im Sinne der vorliegenden Erfindung und die Tretkurbeln 2 sind Vorrichtungen zur Einleitung eines von außen eingeleiteten Drehmoments im Sinne der vorliegenden Erfindung.
-
Funktional zwischengeschaltet zwischen der Tretkurbelwelle 1 und dem Abtriebselement 16 sind eine Drehmoment-Sensoreinrichtung, ein Elektromotor, ein Getriebe und zwei Freilaufeinrichtungen, die und deren Aufbau und Zusammenwirken im Folgenden erläutert werden.
-
Die Drehmoment-Sensoreinrichtung weist die vorstehend bereits erwähnte erste Sensorscheibe 5 auf, die verdrehfest auf die Tretkurbelwelle 1 aufgesetzt ist, und eine rechte Sensorscheibe 6, die gegenüber der Tretkurbelwelle 1 verdrehbar ist. Die beiden Sensorscheiben 5, 6 sind durch nachgiebige Federelemente 8 miteinander verbunden. Aus der Verdrehung der beiden Sensorscheiben 5, 6 zueinander kann das durch die Pedale in die Tretkurbelwelle 1 eingeleitete Drehmoment 1 ermittelt werden. Dieses Drehmoment kann als Steuergröße in die Ansteuerung des Elektromotors eingehen.
-
Die gegenüber der Tretkurbelwelle 1 verdrehbare rechte Sensorscheibe 6 ist über einen ersten Freilauf, das heißt eine richtungsgebundene Sensor-Überholkupplung 11, mit der ebenfalls vorstehend bereits erwähnten Abtriebshülse 12 verbunden, die als radial abgestuftes hohlzylindrisches Bauteil ausgeführt und verdrehbar auf der Tretkurbelwelle 1 gelagert ist, und zwar in axialer Richtung gesehen außen über das bereits erwähnte rechte Tretkurbel-Lagerelement 4 und innen über ein inneres Abtriebshülse-Lager 13. An ihrem äußeren Ende ist die Abtriebshülse 12 drehfest mit einem Aufnahme-Element 14 für das Abtriebselement 16 verbunden.
-
Der Kraftfluss bei Vortrieb aufgrund lediglich über die Pedale eingeleiteter Kraft erfolgt somit über die Tretkurbeln 2, die Tretkurbelwelle 1, die mit dieser drehfest verbundene erste Sensorscheibe 5, die mit dieser über nachgiebige Federelemente 8 verbundene zweite Sensorscheibe 6, von dort über die richtungsgebundene Sensor-Überholkupplung 11 auf die Abtriebshülse 12 und von dort über das Aufnahme-Element 14 und das Abtriebselement 16, an Letzterem befestigt über ein Sicherungselement 15, sowie den nicht weiter dargestellten Antriebsstrang auf das Hinterrad.
-
Als nächstes werden der Elektromotor, sein Aufbau und seine funktionale Anordnung erläutert.
-
Der Elektromotor weist einen Stator 29 und einen Rotor 28 auf. Der Stator 29 ist in Form eines Blechpaketes verdrehfest an der Innenseite des Gehäuse-Mittelteils 32 befestigt. Der Rotor 28 ist verdrehfest mit dem Drehmomenteinleitungselement eines Getriebes, hier mit einem Getriebe-Exzenter 17 verbunden. Der Getriebeausgang wird durch ein Getriebe-Abtriebselement 23 dargestellt, das mittels eines Getriebe-Abtriebselement-Lagers 24 auf der Abtriebshülse 12 gelagert und dessen Drehzahl gegenüber der Drehzahl des Getriebe-Exzenters 17 um ein Übersetzungsverhältnis i reduziert ist. Die Drehung des Getriebe-Abtriebselements 23 wird über einen zweiten Freilauf, das heißt eine richtungsgebundene Motor-Überholkupplung 39, auf die Abtriebshülse 12 übertragen.
-
Der Getriebe-Exzenter 17 ist mittels zweier Getrieb-Exzenter-Lager 19, 20 verdrehbar und axial fixiert auf der Abtriebshülse 12 gelagert und insofern konzentrisch zur Tretkurbelwelle 1 angeordnet. Auf seinem gegenüber der Tretkurbelwelle 1 exzentrischen Teil, das Kreisgeometrie aufweist, die exzentrisch angeordnet ist zur Drehachse des Getriebe-Exzenters 17, welche identisch ist mit der Drehachse der Tretkurbelwelle 1, ist ein Sonnenrad-Lager 22 aufgesetzt, mittels dessen ein Getriebe-Sonnenrad 21 drehbar auf dem Getriebe-Exzenter 17 gelagert ist. Das Getriebe-Sonnenrad 21 weist eine Außenverzahnung auf, die mit einer zur Tretkurbelwelle 1 konzentrisch angeordneten Innenverzahnung eines Getriebe-Hohlrades 18 kämmt. Das Getriebe-Hohlrad 18, das einen größeren Durchmesser aufweist als der Getriebe-Exzenter 17, ist verdrehfest und axial fixiert an der rechten Gehäuse-Seitenschale 34 angebracht. Die axiale und radiale Lagerung des Getriebe-Abtriebselements 23 erfolgt über ein Getriebe-Abtriebselement-Lager mit zwei Lagerelementen 23b und 23c, das auf der Innenseite des Getriebe-Hohlrades 18 angeordnet ist. Zur Abdichtung der Getriebebaugruppe (siehe 5) kann auf einer Seite ein Getriebedeckel 61 vorgesehen sein, der mittels Schrauben (nicht dargestellt) befestigt ist, die in entsprechende Schraubendome 18a des Getriebe-Hohlrades 18 eingeschraubt sind. Auf der axial entgegengesetzten Seite kann das äußere Lagerelement 23c des Getriebe-Abtriebselement-Lagers eine Dichtfunktion übernehmen. Die axiale Fixierung des äußeren Lagerelements 23c des Getriebe-Abtriebselement-Lagers kann durch einen Sicherungsring 62 erfolgen.
-
Das Getriebe-Sonnenrad 21 weist eine Anzahl von Abtriebszapfen 21a auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt diese Anzahl fünf. Es versteht sich, dass diese Anzahl vom Fachmann entsprechend anders gewählt werden kann. Auf die Abtriebszapfen 21a aufgesetzt sind Abtriebslager 25. Entsprechend der Anzahl der Abtriebszapfen 21a und damit der Abtriebslager 25 sind in dem Getriebe-Abtriebselement 23 Bohrungen 23a vorgesehen, in die hinein sich die Abtriebszapfen 21a mit den Abtriebslagern 25 erstrecken.
-
Durch die Drehung des Getriebe-Exzenters 17 wird das Getriebe-Sonnenrad 21 auf einer Kreisbahn bewegt und hierbei aufgrund des Eingriffs mit der Innenverzahnung des Getriebe-Hohlrades 18 zudem gedreht. Diese Kreis- und Drehbewegung wird über die Abtriebszapfen 21a mit den Abtriebslagern 25 und die entsprechend groß ausgeführten Bohrungen 23a auf das Getriebe-Abtriebselements 23 übertragen und versetzt dieses in eine Drehung, deren Drehgeschwindigkeit gegenüber der Drehgeschwindigkeit des Getriebe-Exzenters 17 deutlich reduziert ist.
-
Wie bereits erwähnt, wird die Drehung des Getriebe-Abtriebselements 23 über die richtungsgebundene Motor-Überholkupplung 39 auf die Abtriebshülse 12 übertragen. Aus der vergrößerten Darstellung des Getriebes in 5 ist diesbezüglich die Verzahnung des Motor-Freilaufs 39 ersichtlich.
-
Die bei dieser Ausführungsform vorgesehene Bauform des Getriebes, ein Planetengetriebe in Form eines Exzentergetriebes, das auch als rückkehrendes Planetengetriebe bezeichnet werden kann, ermöglicht neben einer kompakten Bauweise ein hohes Übersetzungsverhältnis i, das es ermöglicht, die aus Gründen der Effizienz vorzugsweise hohe Drehzahl des Elektromotors auf die für den Antrieb eines Fahrrads benötigte Abtriebsdrehzahl zu reduzieren.
-
Nachfolgend wird die Sensoreinrichtung der Ausführungsform gemäß 1 der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung unter Bezug auf insbesondere die 6 und 7 erläutert.
-
Wie bereits beschrieben, weist die die Sensoreinrichtung realisierende Sensorbaugruppe zwei Sensorscheiben 5, 6 auf. Eine erste Sensorscheibe 5 ist drehfest mit der Tretkurbelwelle 1 verbunden und eine zweite Sensorscheibe 6 ist gegenüber der Tretkurbelwelle 1 drehbar gelagert. Zwischen der ersten Sensorscheibe 5 und der zweiten Sensorscheibe 6 ist ein Lagerungselement 70 vorgesehen. Die zweite Sensorscheibe 6 ist somit gegenüber der ersten Sensorscheibe 5 verdrehbar. Die Verdrehbarkeit der beiden Sensorscheiben 5, 6 gegeneinander ist allerdings begrenzt durch ebenfalls zwischen der ersten Sensorscheibe 5 und der zweiten Sensorscheibe 6 angeordnete Gruppen von nachgiebigen, federnden Elementen. In der in 6 dargestellten Ausführungsform sind die federnden Elemente Tellerfedern oder Schraubenfedern 8. Jeder Feder 8 ist eine Kugel 9 zugeordnet.
-
Wie aus 6 ersichtlich, weist die erste Sensorscheibe 5 Vorsprünge 5a und die zweite Sensorscheibe 6 Vorsprünge 6a auf, die, wenn die beiden Sensorscheiben 5, 6 betriebsbereit zueinander angeordnet sind, jeweils ineinander greifen. In den Vorsprüngen 5a der ersten Sensorscheibe 5 sind Feder-Kugel-Führungen 5b ausgebildet, die jeweils eine Feder 8 und eine zugeordnete Kugel 9 aufnehmen. Die Kugeln 9 sind, wenn die beiden Sensorscheiben 5, 6 betriebsbereit zueinander angeordnet sind, jeweils in Anlage mit entsprechenden Anlaufflächen 6b der Vorsprünge 6a der zweiten Sensorscheibe 6. Mit dem Bezugszeichen 71 sind Zylinderstifte bezeichnet, die dazu dienen, die Sensorbaugruppe nach deren Zusammenbau in der Montageendposition zu halten. Zur Montage der Sensorbaugruppe sind die beiden Sensorscheiben 5, 6 axial und in beiden Drehrichtungen gegeneinander bewegbar.
-
Wenn die erste Sensorscheibe 5, die drehfest mit der Tretkurbelwelle 1 verbunden ist, über die nicht dargestellten Pedale, die Tretkurbeln 2 und die Tretkurbelwelle 1 so in Drehung versetzt wird, dass sie eine Drehung im Gegenuhrzeigersinn in der Darstellung gemäß 7 macht, wird die Drehbewegung über die in den Feder-Kugel-Führungen 5b angeordneten Federn 8 und die jeweils zugeordneten Kugeln 9 sowie die Anlaufflächen 6b der Vorsprünge 6a auf die zweite Sensorscheibe 6 übertragen. Hierbei findet jedoch gegenüber dem Ruhezustand beziehungsweise dem unbelasteten Zustand eine Verdrehung der beiden Sensorscheiben 5, 6 zueinander statt, wobei das Maß der Verdrehung mit dem in die Tretkurbelwelle von außen eingeleiteten Drehmoment zunimmt, da dies zu einer zunehmenden Kompression der Federn 8 führt. Diese Anordnung ergibt eine Koppelung zwischen der ganz oder im Wesentlichen geradlinigen Kompressionsrichtung der Federn, die exakt oder im Wesentlichen in tangentialer Richtung in Bezug auf die Drehung angeordnet sind, und der rotatorischen Bewegungsrichtung der beiden Sensorscheiben 5, 6 zueinander.
-
Die Verdrehbewegung der beiden Sensorscheiben 5, 6 zueinander kann durch berührungsloses Abtasten von entsprechend auf den beiden Sensorscheiben 5, 6 angeordneten Magnetringen (nicht gezeigt), das heißt durch ein magnetinduktives System, oder durch andere, dem Fachmann bekannte Verfahren ermittelt werden. Ein diesbezügliches Messsignal wird zur Ansteuerung des Elektromotors verwendet.
-
Wie zuvor dargelegt, ist die Sensorbaugruppe koaxial zur Tretkurbelwelle 1 und innerhalb des Gehäuses angeordnet. Sie ist funktional angeordnet in dem Kraftfluss von der Tretkurbelwelle 1, die ihrerseits im Betrieb von den Tretkurbeln 2 und damit von außerhalb der Antriebsanordnung mit einem Drehmoment beaufschlagt wird, auf die Abtriebshülse 12 und damit dem Abtriebselement 16 und dem nachfolgenden Antriebsstrang. Die Sensorhärte, das heißt die Sensibilität der Sensoreinrichtung, kann in einfacher Art und Weise durch Auswahl der Federhärten, der Federkennlinien und die geometrische Ausführung der Anlaufflächen 6b variieren. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Ansprech- und Steuerungsverhalten durch entsprechende Programmierung der Steuerungsfunktionen elektronische Steuereinrichtung zu beeinflussen.
-
Wie bereits erwähnt, dient das Messsignal, das in Abhängigkeit von der Verdrehung der beiden Sensorscheiben 5, 6 zueinander erzeugt wird, der Ansteuerung des Elektromotors. Hierzu ist in dem Gehäuse eine elektronische Steuereinrichtung angeordnet, die Steuerungsfunktionen im Zusammenhang mit dem Betrieb der Antriebsvorrichtung ausführt und insbesondere der Ermittlung beziehungsweise Erzeugung, der Verarbeitung und der Weitergabe von Steuersignalen dient. In der Zeichnung gemäß 1 dargestellte Bestandteile der Steuereinrichtung umfassen eine Steuer-Hauptplatine 36, einen Platinenträger 37, der an dem Gehäuse-Mittelteil 32 montiert ist und der Aufnahme der Steuer-Hauptplatine dient, und eine Sensor-Platine 38, die an einem radial abgestuften Teil des Platinenträgers 37 angebracht ist.
-
Mittels dieser Steuereinrichtung wird das Signal, welches von der Sensoreinrichtung erzeugt wird und das das in die Tretkurbelwelle 1 von außen eingeleitete Drehmoment reflektiert, verarbeitet und zur Ansteuerung des Elektromotors benutzt. Dieser erzeugt in Abhängigkeit von dem von außen eingeleiteten Drehmoment sowie gegebenenfalls weiterer Parameter, Betriebsmodi und Kennlinien, ein elektrisches Drehmoment, wobei die diesbezügliche Drehung des Rotors 28 über das Getriebe und die Motor-Überholkupplung 39 auf die Abtriebshülse 12 und damit über das Abtriebselement 16 auf den weiteren Antriebsstrang übertragen wird.
-
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist zahlreiche Vorteile auf.
-
Es wird nur ein kleiner radialer Bauraum benötigt. Die runde Bauform lässt sich gut in dem Rahmen eines Fahrrades im Bereich des Tretlagers integrieren und ermöglicht ein insofern unauffälliges und geschmackvolles Design. Zur Kompaktheit tragen bei die radial abgestufte und verschachtelte Anordnung der Baugruppen und die besondere Ausführungsform des Getriebes als einstufiges Exzentergetriebe, das bei gleicher Übersetzung und höherer Belastbarkeit eine geringere Baubreite ermöglicht als beispielsweise ein zweistufiges Planetengetriebe, wie es aus der
US 2002/0014366 A1 bekannt ist. Hierdurch wird der axiale Bauraum der Antriebsvorrichtung verringert. Zudem kann in einfacher Weise durch Austausch des Getriebe-Sonnenrades
21 mit einer anderen Zähnezahl das Übersetzungsverhältnis i geändert werden.
-
Das Getriebe der dargestellten Ausführungsform ermöglicht innerhalb nur einer Stufe eine sehr hohe Übersetzung. Die hier dargestellte und beschriebene konstruktive Ausführung erfordert lediglich eine kleine Anzahl an Bauteilen und insbesondere nur wenig bewegliche Bauteile. Das Getriebe weist zudem eine große Anzahl an tragenden Zähnen auf. Aufgrund der einstufigen Bauweise kann trotz insgesamt kompakter axialer Abmessungen des Getriebes eine große Breite des Verzahnungseingriffs realisiert werden. Durch die geringe Differenz der Zähneanzahl des Getriebe-Hohlrades 18 und des Getriebe-Sonnenrades 21 greift die Verzahnung mit nur wenig Gleiten ineinander. Die Verzahnung wird ineinander eingeschoben. Die hier realisierte Bauform des Exzentergetriebes ermöglicht zudem einen großen freien Durchmesser um die zentrale Achse der gesamten Anordnung, das heißt die Tretkurbelwelle 1.
-
Die Sensoreinrichtung ist strukturell in dem Gehäuse und funktional in den Kraftfluss integriert. Der Benutzer, ein Fahrer eines mit der Antriebsvorrichtung ausgerüsteten Fahrrades, kann dieses in gewohnter Weise durch Treten antreiben, erreicht jedoch durch die, gegebenenfalls über entsprechende Modi ein- und ausschaltbar oder in Ansprechverhalten und Proportionalität einstellbare elektrische Unterstützung eine entsprechend gesteigerte Wirkung seiner physisch eingebrachten Leistung. Durch die beiden Freilaufeinrichtungen, die Sensor-Überholkupplung 11 und die Motor-Überholkupplung 39, werden sowohl die Sensoreinrichtung als auch der Elektromotor richtungsgebunden von der Tretkurbelwelle 1 entkoppelt. Der Einsatz des Motors hat daher nicht zur Folge, dass sich die Tretkurbelwelle 1 schneller dreht, sondern nur, dass sich die Abtriebshülse 12 schneller dreht. Dennoch kann auch in diesem Betriebszustand mittels der Sensoreinrichtung das weiter von außen auf die Tretkurbelwelle 1 aufgebrachte Drehmoment gemessen werden.
-
All dies ist zudem realisiert auf eine Weise, dass entsprechende Komponenten von außen unsichtbar, platzsparend und in unauffälligem und geschmackvollem Design bereitgestellt und angeordnet sind.
-
Gleichzeitig führt die gewählte Anordnung zu spezifischen Vorteilen bei bestimmten Kernelementen. Die Abtriebshülse 12 weist eine breite Lagerung auf. Dies führt zu einer erhöhten Gesamtsteifigkeit der Antriebsanordnung, reduziert das Kippmoment der Abtriebshülse 12 und entlastet die Lager, das rechte Tretkurbel-Lagerelement 4, das innere Abtriebshülse-Lager 13 und das äußere Abtriebshülse-Lager 35. Durch die trichterförmige Abstufung der Abtriebshülse 12 in radialer Richtung werden zudem groß dimensionierte Lager ermöglicht. Außerdem ergibt sich an der mechanisch stark belasteten Stelle, an der zusätzlich zu dem von außen eingeleiteten Drehmoment das elektrisch erzeugte Drehmoment eingeleitet und das Gesamtdrehmoment an den Antriebsstrang weitergegeben wird, in 1 auf der rechten Seite der Darstellung gezeigt, ein großer Wellendurchmesser. Die Abtriebshülse 12 dient zudem gleichzeitig als Aufnahme der Lagerung des Getriebe-Sonnenrades 21, des Getriebe-Abtriebselements 23 und des Rotors 28 des Elektromotors. Damit sind funktionell zusammenhängende Bauteile auf einer gemeinsamen geometrischen Basis gelagert. Das an der Abtriebshülse 12 angebrachte Aufnahme-Element 14 ermöglicht zudem eine leichte Anpassung an entsprechende Einsatzbedingungen, beispielsweise auswechselbare Kettenblätter, Riemenscheiben und diesbezüglich unterschiedliche Lochkreisdurchmesser.
-
Aus dem Vorstehenden ergibt sich für den Fachmann ohne Weiteres, dass die beschriebene Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung vorzüglich dazu geeignet ist, als Hilfsantriebsvorrichtung in einem Fahrrad verbaut zu werden, wobei das Gehäuse der Antriebsvorrichtung drehfest mit entsprechenden Komponenten des Fahrradrahmens verbunden wird an der Position, an der sich bei herkömmlichen Fahrrädern das Tretlager befindet. Es versteht sich zudem, dass eine entsprechende Verwendung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung auch bei anderen Fahrzeugen möglich ist, beispielsweise als Hilfsantriebsvorrichtung bei sogenannten Liegefahrrädern, auch solchen, bei denen statt einer Tretkurbel eine per Hand zu drehende Kurbel vorgesehen ist, oder drei- oder vierrädrigen Leichtfahrzeugen mit Tretantrieb.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 2002/0014366 A1 [0002, 0047]
