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Die Erfindung betrifft eine Baugruppe umfassend eine Motor-Getriebeeinheit, die für ein Tretlager eines Fahrrads vorgesehen ist und daher als Motor-Getriebe-Tretlagereinheit bezeichnet werden kann. Die Baugruppe umfasst ferner einen Rahmen, der insbesondere ein Fahrradrahmen sein kann, welcher ein Tretlagergehäuse mit einem Innenumfang aufweist, wobei die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit in das Tretlagergehäuse derart eingesetzt oder einsetzbar ist, dass das Tretlagergehäuse das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit umgibt.
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Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit ist an dem Rahmen, insbesondere an dem Tretlagergehäuse befestigt oder befestigtbar. Das Tretlagergehäuse umgibt ferner auch einen in der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit enthaltenen Elektromotor. Vorzugsweise ist der Rahmen für ein Elektrofahrrad vorgesehen, welches auch als E-Bike bezeichnet wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrrad um ein Pedelec, das heißt ein Elektrofahrrad, bei dem der Fahrer weiterhin pedalieren muss, damit der Elektromotor das Fahren unterstützt. Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit kann so ausgestaltet sein, dass der Motor eine Leistung von maximal 250 Watt und die Fahrgeschwindigkeit auf 25 km/h begrenzt sind. Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit kann jedoch auch mit einer Leistung des Motors von größer 250 Watt ausgestaltet sein, wobei die Motorabschaltung nicht schon bei 25 km/h, sondern bei einer höheren Geschwindigkeit erfolgt. Allerdings benötigen solche als S-Pedelec bezeichneten E-Bikes insbesondere in der EU eine besondere Zulassung.
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Bekannte E-Bikes sind in der Regel deutlich schwerer als herkömmliche Fahrräder, die keinen Elektromotor für den Antrieb aufweisen. Diese zusätzliche Masse macht ein solches E-Bike zumindest für einen gewissen Teil potentieller Nutzer unattraktiv.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Befestigungsmöglichkeit einer Motor-Getriebe-Tretlagereinheit an einem Tretlagergehäuse anzugeben, wobei eine kompakte Bauweise, eine einfache Montage und eine gewichtssparende aber dennoch sichere, insbesondere spielfreie Befestigung der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit an dem Tretlagergehäuse erreicht werden soll.
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Diese Aufgabe wird mit der Baugruppe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit weist ein Gehäuse und eine in dem Gehäuse aufgenommene Kurbelwelle auf. Die Kurbelwelle ist relativ zu dem Gehäuse um ihre Kurbelwellendrehachse drehbar. Die Kurbelwelle kann mittels eines ersten Wälzlagers und mittels eines zweiten Wälzlagers an dem Gehäuse abgestützt sein. Das erste Wälzlager kann an einem ersten Lagersitz und das zweite Wälzlager kann an einem zweiten Lagersitz des Gehäuses befestigt sein. Das Gehäuse kann einen hülsenförmigen Grundkörper aufweisen, der die Kurbelwelle umgibt, und an dessen erster Stirnseite ein erster Deckel und dessen zweiter Stirnseite ein zweiter Deckel befestigt sein kann. Der erste Deckel kann den Lagersitz für das erste Wälzlager und der zweite Deckel kann den Lagersitz für das zweite Wälzlager bilden.
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Das Gehäuse, insbesondere der erste Deckel, der zweite Deckel oder/und der hülsenförmige Grundkörper, kann aus einem faserverstärkten Kunststoff oder vorzugsweise aus einer Metalllegierung, insbesondere einer Leichtmetalllegierung hergestellt sein.
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Die Kurbelwelle kann ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, wobei bevorzugt ist, dass das erste Ende aus dem inneren des Gehäuses, insbesondere aus dem ersten Gehäusedeckel, ragt, und dass das zweite Ende aus dem Inneren des Gehäuses, insbesondere aus dem zweiten Gehäusedeckel, ragt. An dem ersten Ende der Kurbelwelle kann eine erste Kurbel und an dem zweiten Ende der Kurbelwelle kann eine zweite Kurbel angebracht werden. Vorzugsweise sind die erste Kurbel und die zweite Kurbel formschlüssig mit dem jeweiligen Ende verbunden. Insbesondere kann die Kurbelwelle eine Verzahnung für eine Gegenverzahnung der ersten Kurbel und eine Verzahnung für eine Gegenverzahnung der zweiten Kurbel aufweisen. Allgemein bevorzugt sind die erste Kurbel und die zweite Kurbel verdrehgesichert mit der Kurbelwelle verbindbar oder verbunden.
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Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit weist ferner einen Elektromotor auf, der innerhalb des Gehäuses, insbesondere zwischen dem ersten Gehäusedeckel und dem zweiten Gehäusedeckel angeordnet ist. Der Elektromotor weist einen verdrehfest mit dem Gehäuse, insbesondere dem ersten Gehäusedeckel verbundenen Stator und einen relativ zu dem Stator und vorzugsweise relativ zu der Kurbelwelle um die Kurbelwellendrehachse drehbaren Rotor auf. Der Rotor ist vorzugsweise über mindestens ein, vorzugsweise zwei Wälzlager drehbar an der Kurbelwelle abgestützt. Der Elektromotor ist vorzugsweise als Außenläufermotor ausgestaltet, wobei der Rotor den Stator, der verdrehgesichert zu dem Gehäuse ist, umgibt. Der Elektromotor ist vorzugsweise ein bürstenloser elektronisch kommutierter (Gleichstrom-) Motor in Außenläuferbauweise. Als Stromquelle kann ein am Fahrradrahmen befestigter Akkumulator dienen.
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Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit weist ein Abtriebsglied auf, welches zumindest abschnittsweise außerhalb des Gehäuses angeordnet ist, insbesondere aus dem zweiten Gehäusedeckel hervorragt. An dem Abtriebsglied, insbesondere an dessen außerhalb des Gehäuses befindlichen Abschnitt kann mindestens ein Zahnkranz, wie zum Beispiel ein einziger, zwei oder drei Zahnkränze, verdrehfest befestigt sein. Das vorzugsweise hülsenförmige Abtriebsglied ist zumindest in eine Drehrichtung relativ zu der Kurbelwelle um die Kurbelwellendrehachse drehbar. Die Kurbelwelle kann sich zum Beispiel über mindestens ein Wälzlager, vorzugsweise zwei voneinander entlang der Kurbelwellendrehachse beabstandete Wälzlager an dem Abtriebsglied abstützten, wobei sich das Abtriebsglied über das zweite Wälzlager an dem Gehäuse, insbesondere an dem zweiten Gehäusedeckel abstützt. Das Abtriebsglied ist relativ zu dem Gehäuse um die Kurbelwellendrehachse drehbar.
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Die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit umfasst ferner ein Getriebe, wobei der Elektromotor zumindest über das Getriebe so mit dem Abtriebsglied verbunden ist, dass eine Drehung des Rotors des Elektromotors um die Kurbelwellendrehachse eine Drehung des Abtriebsglieds um die Kurbelwellendrehachse mit einer verringerten Drehzahl bewirkt. Das Getriebe kann zwischen dem Abtriebsglied und dem Elektromotor angeordnet sein. Das Getriebe kann zum Beispiel ein Planetengetriebe, ein Harmonic-Drive-Getriebe oder ein Zykloidgetriebe, welches bevorzugt ist, sein. Mit anderen Worten ausgedrückt wird die Drehzahl des Motors in eine Drehzahl des Abtriebsglieds untersetzt, wobei die Antriebsdrehzahl des Motors größer als die Abtriebsdrehzahl des Abtriebsglieds ist.
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Sofern das Getriebe ein Zykloidgetriebe ist, kann dieses eine erste Kurvenscheibe und eine zweite Kurvenscheibe aufweisen. Die erste Kurvenscheibe ist um eine erste Exzenterachse drehbar, wobei die zweite Kurvenscheibe um eine zweite Exzenterachse drehbar ist. Die erste Exzenterachse ist parallel versetzt zu der Kurbelwellendrehachse angeordnet. Die zweite Exzenterachse ist parallel versetzt zu der Kurbelwellendrehachse angeordnet. Vorzugsweise sind die erste Exzenterachse und die zweite Exzenterachse um die Kurbelwellendrehachse zueinander versetzt, insbesondere um in etwa 180 Grad versetzt angeordnet. Sofern das Zykloidgetriebe mehr als zwei Kurvenscheiben aufweist, sind die den Kurvenscheiben jeweils zugeordneten Exzenterachsen in etwa um einen Winkel zueinander versetzt, der in etwa 360 Grad geteilt durch die Anzahl der Kurvenscheiben entspricht. Sind zum Beispiel drei Kurvenscheiben vorhanden, sind die Exzenterachsen um die Kurbelwellendrehachse um in etwa 120 Grad zueinander versetzt.
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Durch die versetzte Anordnung der Kurvenscheiben bzw. deren Exzenterachsen wird ein ruhiger Lauf des Getriebes bewirkt. Insbesondere wird bewirkt, dass die auf die Kurbelwelle wirkenden Querkräfte der ersten und zweiten Kurvenscheibe sich in etwa aufheben, so dass eine Durchbiegung der Kurbelwelle im Vergleich zu einem Zykloidgetriebe mit nur einer einzigen Kurvenscheibe vermieden wird. Hierdurch werden der Wirkungsgrad erhöht, der Verschleiß verringert und die Laufruhe verbessert. Folglich nimmt auch die Geräuschentwicklung ab.
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Dadurch, dass der Elektromotor, das Getriebe und die Kurbelwelle in dem Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit untergebracht sind, wird eine kompakte Bauweise und eine einfache Montage bzw. Befestigung der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit an bzw. in dem Tretlagergehäuse erreicht. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen, in denen Einzelteile direkt in das Tretlagergehäuse eingesetzt werden, wird bei der erfindungsgemäßen Baugruppe die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit als einzeln handhabbare Einheit in das Tretlagergehäuse des Rahmens eingesetzt.
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Das im Querschnitt zum Beispiel ringförmige Tretlagergehäuse ist über seinen Umfang an zumindest einer Stelle unterbrochen, wodurch sich ein erstes Ende und ein zweites Ende des Tretlagergehäuses gegenüber liegen. Dadurch, dass das Tretlagergehäuse unterbrochen ist, können das erste Ende und das zweite Ende relativ zueinander bewegt werden. Die Baugruppe weist ein relativ zu dem Tretlagergehäuse, insbesondere relativ zu dem ersten und zweiten Ende drehbares Spannmittel auf, welches das erste Ende und das zweite Ende verbindet. Das erste Ende kann eine erste Lagerung und das zweite Ende kann eine zweite Lagerung für das drehbare Spannmittel aufweisen. Die erste und zweite Lagerung lagern das Spannmittel drehbar. Das erste Ende und das zweite Ende sind über das drehbare Spannmittel verbunden. Eine Drehung des Spannmittels relativ zu dem Tretlagergehäuse, insbesondere relativ zu dem ersten und zweiten Ende, bewirkt, dass sich das erste Ende relativ zu dem zweiten Ende bewegt, wodurch vorteilhaft erreicht werden kann, dass das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit von dem Tretlagergehäuse eingeklemmt wird. Insbesondere wird das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit am Außenumfang von dem Innenumfang des Tretlagergehäuses eingeklemmt, wenn das Spannmittel relativ zu dem Tretlagergehäuse verdreht wird. Hierdurch kann ein für die Montage der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit in das Tretlagergehäuse erforderliches Spiel beseitigt werden.
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Insbesondere kann eine Drehung des Spannmittels in eine erste Drehrichtung bewirken, dass sich das Maß des Innenumfangs des Tretlagergehäuses verkleinert, wodurch insbesondere das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit von dem Tretlagergehäuse eingeklemmt wird. Wird das Spannmittel in die Entgegengesetzte, das heißt zweite Drehrichtung gedreht, kann insbesondere bewirkt werden, dass sich das Maß des Innenumfangs des Tretlagergehäuses vergrößert, wodurch insbesondere das von dem Tretlagergehäuse eingeklemmte Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit aus der Klemmung mit dem Tretlagergehäuse lösbar ist.
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Ein Vorteil, dass das Tretlagergehäuse das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit über seinen Umfang einklemmt, ist, dass die Krafteinleitung in das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit gleichmäßig verläuft, wodurch das Gehäuse verhältnismäßig dünnwandig, das heißt in Leichtbauweise gestaltet werden kann, wodurch eine Gewichtsreduktion der Baugruppe erreicht wird. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Gehäuse Teile des Getriebes zwischen dem Elektromotor und dem Abtriebsglied mitbildet, wie zum Beispiel bei Zykloidgetrieben oder Planetengetrieben, da diese eine hohe Präzision der einzelnen Getriebebauteile fordern.
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Bei einem entsprechenden Gehäuse, bei dem die Krafteinleitung nicht wie bei der Erfindung erfolgt, besteht die Gefahr, dass sich das Gehäuse verformt, wodurch die Funktion des Getriebes gestört werden kann.
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Die Drehachse des Spannmittels kann sich in Umfangsrichtung oder tangential zur Umfangsrichtung des Tretlagergehäuses erstrecken. Das Spannmittel kann zum Beispiel eine Schraube sein. Das Gewinde der Schraube kann zum Beispiel in eines aus erstem und zweitem Ende, insbesondere in die erste oder zweite Lagerung, eingreifen, wobei sich der Kopf an dem anderen aus erstem und zweitem Ende, insbesondere an der ersten oder zweiten Lagerung, abstützt, so dass eine Drehung der Schraube in die erste Drehrichtung bewirkt, dass sich das erste Ende und das zweite Ende aufeinander zu bewegen. Bei Drehung in die entgegengesetzte Drehrichtung können sich die Enden voneinander weg bewegen.
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In besonders bevorzugten Ausführungen erstreckt sich die Drehachse des Spannmittels in etwa parallel zu der Kurbelwellendrehachse. In dieser Ausführung ist es von Vorteil, wenn das Spannmittel ein Exzenterbolzen ist, der das erste und zweite Ende des Tretlagergehäuses verbindet. Aufgrund der Exzentrizität des Exzenterbolzens werden das erste und zweite Ende des Tretlagergehäuses relativ zueinander bewegt, wenn der Exzenterbolzen verdreht wird.
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Das Spannmittel, insbesondere der Exzenterbolzen kann insbesondere eine Exzenterfläche aufweisen, welche sich um eine parallel versetzt zu der Drehachse des Spannmittels angeordnete Exzenterachse erstreckt. Außerdem kann das Spannmittel mindestens eine Zylinderfläche aufweisen, welche sich konzentrisch um die Drehachse erstreckt, wobei an einem aus erstem Ende und zweitem Ende mindestens eine erste Lagerung, insbesondere Bohrung, angeordnet ist, welche die mindestens eine Exzenterfläche umgibt und an dem anderen aus erstem Ende und zweitem Ende eine zweite Lagerung, insbesondere Bohrung, angeordnet ist, welche die Zylinderfläche umgibt. Durch Drehen des Spannmittels um seine Drehachse wird die Exzenterachse um die Drehachse gedreht, wodurch die Exzenterfläche an seiner Lagerung, insbesondere Bohrung, gleitet und das Ende relativ zu dem anderen Ende bewegt.
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In bevorzugten Ausführungen kann eines aus erstem Ende und zweitem Ende des Tretlagergehäuses oder eines aus erster Lagerung und zweiter Lagerung zwei Laschen aufweisen, wobei jede dieser Laschen eine Bohrung für die Aufnahme jeweils einer Exzenterfläche des Spannmittels aufweist. Das Spannmittel kann somit je Lasche eine Exzenterfläche aufweisen. Das Spannmittel kann entlang seiner Drehachse zwischen den Exzenterflächen die zylindrische Fläche aufweisen. In Richtung der Kurbelwellendrehachse kann zwischen den Laschen die von dem zweiten Ende gebildete Lagerung, insbesondere Buchse angeordnet sein, welche eine Bohrung bildet oder aufweist, in welcher die mindestens eine Zylinderfläche des Spannmittels angeordnet ist. Die mindestens eine Zylinderfläche ist vorzugsweise innerhalb eines gedachten Zylinders angeordnet, der dem Durchmesser der mindestens einen Exzenterfläche entspricht. Hierdurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Spannmittel durch die Lasche in die Buchse einführbar ist.
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Das Spannmittel kann einstückig oder mehrteilig ausgestaltet sei. Zum Beispiel kann das Spannmittel einen ersten Spannmittelbolzen und einen zweiten Spannmittelbolzen aufweisen, wobei der erste Spannmittelbolzen eine erste Exzenterfläche und eine erste Zylinderfläche aufweist und wobei der zweite Spannmittelbolzen eine zweite Exzenterfläche und eine zweite Zylinderfläche aufweist. Die erste und zweite Zylinderfläche kann in der Buchse angeordnet sein, wobei die erste Exzenterfläche des ersten Spannmittelbolzens in der ersten Lasche und die zweite Exzenterfläche des zweiten Spannmittelbolzens in der zweiten Lasche angeordnet sind, insbesondere in der von der jeweiligen Lasche gebildeten Bohrung.
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Der erste Spannmittelbolzen und der zweite Spannmittelbolzen können vorzugsweise formschlüssig so ineinandergreifen, dass die ersten und zweiten Spannmittelbolzen relativ zueinander um die Drehachse des Spannmittels verdrehfest sind. Das bedeutet, dass bei Ausübung eines Drehmoments und der hierdurch hervorgerufenen Verdrehung des ersten oder zweiten Spannmittelbolzens der andere Spannmittelbolzen mitgedreht wird. Zum Beispiel kann einer der Spannmittelbolzen mittels eines Schlüssels, wie zum Beispiel eines Innsechskantschlüssels, eines Schraubendrehers oder eines Vielzahnschlüssels, gedreht werden.
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Der erste Spannmittelbolzen und der zweite Spannmittelbolzen können von einem Sicherungsmittel, insbesondere einer Schraube, in dem formschlüssigen Eingriff, der eine Verdrehung zwischen dem ersten und zweiten Spannmittelbolzen verhindert, gehalten werden. Die den ersten und zweiten Spannmittelbolzen verbindende Schraube kann sich entlang der Drehachse des Spannmittels erstrecken, wobei der erste Spannmittelbolzen zum Beispiel ein Gewinde aufweist, in welches das Gewinde der Schraube eingeschraubt ist, wobei der zweite Spannmittelbolzen zwischen dem ersten Spannmittelbolzen und dem Schraubenkopf der Schraube angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird sichergestellt, dass der erste Spannmittelbolzen und zweite Spannmittelbolzen in dem verdrehgesicherten, insbesondere formschlüssigen Eingriff gehalten werden.
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Wie bereits erwähnt ist es bevorzugt, dass der erste Spannmittelbolzen eine Schlüsselaufnahme, insbesondere einen Innsechskant oder dergleichen aufweist, so dass der erste Spannmittelbolzen und der zweite Spannmittelbolzen durch Drehen des ersten Spannmittelbolzens mittels eines für die Schlüsselaufnahme (Mitnahmeprofil) vorgesehenen Schlüssels relativ zu dem Tretlagergehäuse drehbar sind.
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Das Spannmittel kann mittels eines Sicherungsmittels, insbesondere einer Schraube gegen Verdrehen um die Drehachse des Spannmittels relativ zu dem Tretlagergehäuse gesichert werden. Das Sicherungsmittel kann zum Beispiel bauartbedingt sein, wie zum Beispiel durch ein selbsthemmendes Gewinde bereitgestellt werden. Optional kann das Sicherungsmittel einen Anschlag aufweisen, gegen den ein Gegenanschlag des Spannmittelbolzens gedrückt wird, zum Beispiel wenn der Spannmittelbolzen über einen Totpunkt hinaus verdreht wird, was insbesondere bei einem Exzenterbolzen von Vorteil sein kann. Der Exzenterbolzen kann den Gegenanschlag aufweisen, wobei eines aus zweitem und erstem Ende, insbesondere die erste oder zweite Lagerung, des Tretlagergehäuses den Anschlag aufweist.
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Allgemein bevorzugt kann das Tretlagergehäuse über seinen Umfang an einer einzigen Stelle unterbrochen sein, so dass eine Drehung des Spannmittels eine elastische Verformung des Tretlagergehäuses bewirkt. Insbesondere kann z. B. eine elastische Biegeverformung um die Kurbelwellendrehachse des Tretlagergehäuses bewirkt werden, wenn das Spannmittel gedreht wird.
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Alternativ kann das Tretlagergehäuse über seinen Umfang an einer weiteren Stelle unterbrochen sein, wodurch sich ein drittes Ende und ein viertes Ende des Tretlagergehäuses gegenüberliegen. Hierdurch kann das Tretlagergehäuse ein ersten schalenförmiges Tretlagergehäuseteil und ein zweites schalenförmiges Tretlagergehäuseteil aufweisen, wobei das erste Tretlagergehäuseteil das erste Ende und das dritte Ende bilden kann. Das zweite Tretlagergehäuseteil kann das zweite Ende und das vierte Ende bilden.
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Das dritte Ende und das vierte Ende können zum Beispiel über ein Scharnier verbunden sein, so dass das erste Tretlagergehäuseteil und das zweite Tretlagergehäuseteil im Bereich des zweiten Endes und des vierten Endes relativ zueinander schwenkbar sind. Vorausgesetzt, die durch das Wegschwenken des ersten oder zweiten Tretlagergehäuseteils gebildete Öffnung ist groß genug, kann die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit mit einer Bewegung quer zu der Kurbelwellendrehachse in das Tretlagergehäuse eingelegt oder bewegbar sein und/oder mit einer Bewegung quer zur Kurbelwellendrehachse aus dem Tretlagergehäuse entnehmbar, insbesondere bewegbar sein. Alternativ kann die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit mit einer Bewegung entlang der Kurbelwellendrehachse in das Tretlagergehäuse eingelegt oder bewegbar sein oder aus dem Tretlagergehäuse entnehmbar oder bewegbar sein.
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Insbesondere kann die Baugruppe ein weiteres relativ zu dem Tretlagergehäuse drehbares Spannmittel aufweisen, welches das dritte Ende und das vierte Ende verbindet, wobei eine Drehung des Spannmittels relativ zu dem Tretlagergehäuse bewirkt, dass sich das dritte Ende relativ zu dem vierten Ende bewegt. Dieses weitere Spannmittel kann dem oben erwähnten Spannmitteln entsprechen. Um Wiederholungen zu vermeiden wird daher auf die Beschreibung des hierin erwähnten Spannmittels Bezug genommen.
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Beispielsweise kann eines aus drittem und viertem Ende so gestaltet sein wie das erste Ende. Das andere aus drittem und viertem Ende kann so gestaltet sein wie das zweite Ende. Das bedeutet, dass das dritte Ende wie das erste Ende und das vierte Ende wie das zweite Ende oder aber das dritte Ende wie das zweite Ende und das vierte Ende wie das erste Ende ausgestaltet sein kann. Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die Beschreibung für das erste Ende und das zweite Ende, insbesondere in Verbindung mit dem Spannmittel verwiesen.
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Allgemein bevorzugt kann die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit mit einer Bewegung entlang der Kurbelwellendrehachse aus dem Tretlagergehäuse herausziehbar und/oder mit einer Bewegung entlang der Kurbelwellendrehachse in das Tretlagergehäuse einschiebbar sein. Hierdurch lässt sich die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit äußerst einfach in das Tretlagergehäuse montieren.
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Bevorzugt kann das Tretlagergehäuse eine Axialgegenanschlagfläche aufweisen, wobei das Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit eine Axialanschlagfläche aufweist. Die Axialanschlagfläche und die Axialgegenanschlagfläche liegen vorzugsweise aneinander an, wenn die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit in das Tretlagergehäuse eingesetzt ist. Die Axialanschlagfläche und die Axialgegenanschlagfläche weisen vorzugsweise in Richtung der Kurbelwellendrehachse. Hierdurch kann die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit eine vordefinierte Position in Bezug auf das Tretlagergehäuse einnehmen, wenn die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit ordnungsgemäß in das Tretlagergehäuse eingesetzt ist.
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Besonders vorteilhaft kann die Baugruppe mindestens eine Schraube aufweisen, deren Schraubenlängsachse in etwa parallel zu der Kurbelwellendrehachse verläuft, wobei mittels der mindestens einen Schraube die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit so am dem Tretlagergehäuse befestigt ist, dass die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit in Bezug auf das Tretlagergehäuse entlang der Kurbelwellendrehachse verschiebefest und vorzugsweise auch um die Kurbelwellendrehachse verdrehfest ist. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des Tretlagergehäuses zwischen dem Schraubenkopf der mindestens einen Schraube und dem Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit eingeklemmt sein. Zum Beispiel kann die mindestens eine Schraube die Axialanschlagfläche und/oder die Axialgegenanschlagfläche durchsetzten. Zum Beispiel kann die Axialgegenanschlagfläche des Tretlagergehäuses von einem Steg gebildet werden, der eine Bohrung aufweist, durch den sich der Schaft der Schraube erstreckt, wobei die Schraube mit einem Innenewinde des Gehäuses der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit verschraubt ist, so dass dieser Steg zwischen dem Schraubenkopf und dem Gehäuse der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit eingeklemmt ist. Hierdurch kann die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit in Bezug auf das Tretlagergehäuse entlang der Kurbelwellendrehachse verschiebefest bzw. gegen Verschiebung gesichert sein.
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Die Erfindung wurde anhand mehrerer bevorzugter Ausführungen beschrieben. Im Folgenden wird eine besonders bevorzugte Ausführung anhand von Figuren beschrieben. Die dabei offenbarten Merkmale bilden den Gegenstand der Erfindung einzeln und in jeglicher Merkmalskombination vorteilhaft weiter. Es zeigen:
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1 eine Querschnittsansicht durch eine Motor-Getriebe-Tretlagerenheit,
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2 eine Seitenansicht auf einen Exzenterkörper der Motor-Getriebe-Tretlagereinheit aus 1,
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3 eine Vorderansicht des Exzenterkörpers aus 2,
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4 ein Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A aus 3,
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5 eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe, welche insbesondere die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit aus den 1 bis 4 umfasst,
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6 ein Spannmittel, insbesondere ein Exzenterbolzen, für die Baugruppe aus 5.
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5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Baugruppe, welche ein Tretlagergehäuse 300 und eine Motor-Getriebe-Tretlagereinheit 100 umfasst, insbesondere die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit 100 aus den 1 bis 4.
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Das Tretlagergehäuse 300 umfasst ein erstes schalenförmiges Tretlagergehäuseteil 310 und ein zweites schalenförmiges Tretlagergehäuseteil 320. Das erste Tretlagergehäuseteil 310 oder das zweite Tretlagergehäuseteil 320 können von einem Rahmen, insbesondere Fahrradrahmen gebildet werden oder daran befestigt sein, insbesondere unlösbar. Zum Beispiel kann der Rahmen die Kontur des ersten oder zweiten Tretlagergehäuseteils 310, 320 bilden. Der Rahmen kann zum Beispiel aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein, an dem das entsprechende Tretlagergehäuseteil zum Beispiel unlösbar befestigt ist. Beispielsweise kann der Rahmen aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff gebildet sein, wobei die Kontur des ersten oder zweiten Tretlagergehäuseteils 310, 320 direkt von dem faserverstärkten Kunststoff gebildet werden kann. Alternativ kann der zum Beispiel aus Metall oder einem Kunststoff Gebildete erste oder zweite Tretlagergehäuseteil 310, 320 stoffschlüssig, insbesondere unlösbar an dem Rahmen befestigt sein oder in den Rahmen eingearbeitet oder integriert sein.
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Das erste Tretlagergehäuseteil 310 bildet ein erstes Ende 311 und ein drittes Ende 312, wobei das zweite Tretlagergehäuseteil 320 ein zweites Ende 321 und ein viertes Ende 322 bildet. Im zusammengesetzten Zustand liegen sich das erste Ende 311 und das zweite Ende 321 in Umfangsrichtung gegenüber, wobei an dieser Stelle das Tretlagergehäuse 300 unterbrochen ist. Ferner liegen sich das dritte Ende 312 und das vierte Ende 322 in Umfangsrichtung gegenüber, wobei an dieser Stelle das Gehäuse 300 ebenfalls unterbrochen ist. Das erste Ende 311 ist über das in 6 detailliert dargestellte Spannmittel 350, 360 mit dem zweiten Ende 321 verbunden. Das dritte Ende 312 ist über das in 6 dargestellte Spannmittel 350, 360 mit dem vierten Ende 322 verbunden. Im Folgenden wird die Befestigung zwischen dem ersten Ende 311 und dem zweiten Ende 321 beschrieben, wobei dies sinngemäß auch für die Befestigung zwischen dem dritten Ende 312 und dem vierten Ende 322 gilt, insbesondere mit der Maßgabe, dass das dritte Ende 312 wie das erste Ende 311 und das vierte Ende 322 wie das zweite Ende 321 ausgestaltet sind.
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Das insbesondere in 6 detailliert dargestellte Spannmittel 350, 360 weist einen ersten Spannmittelbolzen 350 und einen zweiten Spannmittelbolzen 360 auf. Der erste Spannmittelbolzen 350 und der zweite Spannmittelbolzen 360 greifen an ihren zueinander weisenden Stirnseiten formschlüssig ineinander, so dass der erste Spannmittelbolzen 350 und der zweite Spannmittelbolzen 360 zueinander verdrehfest angeordnet sind. Der erste Spannmittelbolzen 350 weist hierfür stirnseitig einen Steg 353 auf, der in eine stirnseitige Nut 363 des zweiten Spannmittelbolzens 360 eingreift. Der erste Spannmittelbolzen 350 weist eine erste Exzenterfläche 351 und eine erste Zylinderfläche 352 auf. Der zweite Spannmittelbolzen 360 weist eine zweite Exzenterfläche 361 und eine zweite Zylinderfläche 362 auf. Die erste und zweite Exzenterfläche 351, 361 sind vorzugsweise zylindrische Flächen, welche um eine gemeinsame Exzenterachse, welche parallel und beabstandet zu der Drehachse um welche sich die erste Zylinderfläche 352 und/oder die zweite Zylinderfläche 362 konzentrisch erstrecken, angeordnet sind. Die erste und zweite Exzenterfläche 351, 361 erstrecken sich konzentrisch um die Exzenterachse.
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Der erste Spannmittelbolzen 350 weist einen ersten Kragen 354 auf, der radial über die erste Exzenterfläche 351 ragt. Der zweite Spannmittelbolzen 360 weist einen zweiten Kragen 364 auf, der radial über die zweite Exzenterfläche 361 ragt. Zwischen dem ersten Kragen 354 und dem zweiten Kragen 364 sind die erste Exzenterfläche 351 und die zweite Exzenterfläche 361 und insbesondere auch die Zylinderflächen 352, 362 angeordnet.
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Der erste Spannmittelbolzen 350 weist an seiner zum zweiten Spannmittelbolzen 360 weisenden Stirnseite eine Gewindebohrung auf. Der zweite Spannmittelbolzen 360 weist eine Durchgangsbohrung auf, durch welche sich eine Schraube 370 erstreckt, wobei die Schraube 370 mit ihrem Gewinde in die Gewindebohrung des ersten Spannmittelbolzens 350 eingeschraubt ist. Der zweite Spannmittelbolzen 360 ist zwischen dem Kopf der Schraube 370 und dem ersten Spannmittelbolzen 350 eingefasst, insbesondere eingeklemmt, wodurch vorteilhaft der erste und zweite Spannmittelbolzen 350, 360 in dem zueinander verdrehfesten Eingriff gehalten werden.
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In 5 wird das Spannmittel aus 6 in einem teilzerlegten Zustand gezeigt. Das erste Ende 311 weist eine Buchse auf, welche eine Bohrung 313 aufweist, deren Längsachse sich parallel zur Kurbelwellendrehachse der Kurbelwelle 1 erstreckt. Das zweite Ende 321 weist zwei Laschen auf, die jeweils eine Bohrung 323 aufweisen. Im zusammengesetzten Zustand des Tretlagergehäuses 300 ist die Buchse des ersten Endes 311 zwischen den Laschen des zweiten Endes 321 angeordnet. Das Spannmittel 350, 360 erstreckt sich durch die Laschen und die Buchse und ist so wie in 6 dargestellt, zusammengesetzt. Die erste zylindrische Exzenterfläche 351 ist in der zylindrischen Bohrung 323 der ersten Lasche angeordnet, wobei die Zylinderfläche 352 in der Bohrung 313 angeordnet ist. Die zweite zylindrische Exzenterfläche 361 ist in der zylindrischen Bohrung 323 angeordnet, wobei die Zylinderfläche 362 in der Bohrung 313 angeordnet ist. Die Laschen sind im montierten Zustand des Tretlagergehäuses 300 zwischen dem ersten Kragen 354 und dem zweiten 364 angeordnet.
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Das dritte Ende 312 und das vierte Ende 322 sind wie gesagt so verbunden wie die Enden 321 und 311. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Tretlagergehäuse 300 auch anders ausgestaltet sein kann, insbesondere nur eine Unterbrechung mit einem ersten Ende 311 und einem zweiten Ende 321 aufweisen kann. Das dritte Ende 312 und das vierte Ende 322 können alternativ auch über einen Bolzen verbunden sein, der nicht exzentrisch sein muss, um ein Scharnier zu bilden.
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Durch Drehen des Spannmittels 350, 360 in eine erste Drehrichtung relativ zu dem Gehäuse 300 wird aufgrund der Exzenterflächen 351, 361 das zweite Ende 321 relativ zu dem ersten Ende 311 bewegt. Das Spannmittel 350, 360 weist ein Mitnahmeprofil in der Gestalt eines Innensechskants 355 auf, in den ein entsprechender Mitnahmeschlüssel, hier ein Innensechskantschlüssel gesteckt werden kann, mit dem das Spannmittel 350, 360 drehbar ist. Der Innensechskant 355 ist nur beispielhaft und steht stellvertretend für ein Mitnahmeprofil, über das mittels eines geeigneten Mitnahmeschlüssels das Spannmittel 350, 360 drehbar ist.
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Die erste Lasche und die zweite Lasche oder zumindest eine dieser Laschen weist oder weisen eine Gewindebohrung auf, welche quer zu der Bohrungslängsachse der Bohrung 323 verläuft. In diese Gewindebohrung kann eine Schraube 380 eingeschraubt werden, welche in dem gezeigten Beispiel eine Madenschraube ist. Mittels der Schraube 380 kann das Spannmittel 350, 360 in einer gewünschten Drehposition festgestellt werden, wobei die Schraube 380 gegen die Exzenterfläche 351 drückt, wodurch eine Drehung des Spannmittels 350, 360 verhindert wird. Soll das Spannmittel 350, 360 gedreht werden, wird zuvor die Schraube 380 aus dem Eingriff mit dem Spannmittel 350, 360 gelöst.
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Bevorzugt weist die Exzenterfläche 351, 361 einen größeren Durchmesser auf als die Zylinderfläche 352, 362. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser der Bohrung 313 kleiner als der Innendurchmesser der Bohrung 323. Insbesondere sind der Bohrungsdurchmesser der Bohrung 313 an den Außendurchmesser der Zylinderfläche 352, 362 und der Bohrungsdurchmesser der Bohrung 323 an den Außendurchmesser der Exzenterfläche 351, 361 angepasst.
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Durch Drehen des Spannmittels 350, 360 wird das Gehäuse 110 von dem Tretlagergehäuse 300 an seinem Umfang eingeklemmt. Durch Drehen des Spannmittels 350, 360 in die entgegengesetzte Drehrichtung kann das eingeklemmte Gehäuse 110 aus der Klemmung des Tretlagergehäuses 300 gelöst werden.
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Das zweite Tretlagergehäuseteil 320 weist an seinem Innenumfang einen Steg 330 auf, der eine Gegenanschlagfläche für eine stirnseitig an dem Gehäuse 110 gebildete Anschlagfläche bildet. Wenn die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit 100 in das Tretlagergehäuse 300 eingesetzt ist, liegen die Anschlagfläche und die Gegenanschlagfläche aneinander an, wodurch eine definierte Position des Gehäuses 110 in Bezug auf das Tretlagergehäuse 300 vorgegeben wird. Der Steg 330 ist von mindestens einer Bohrung durchsetzt, wobei das Gehäuse 110 Gewindebohrungen aufweist. Durch die Bohrung des Stegs 330 kann sich eine Schraube erstrecken, die in die Gewindebohrung des Gehäuses 110 eingeschraubt ist, so dass der Steg 330 zwischen dem Schraubenkopf und dem Gehäuse 110 eingeklemmt ist. Hierdurch wird vorteilhaft verhindert, dass die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit 100 entlang der Kurbelwellendrehachse aus dem Tretlagergehäuse 300 herausgezogen werden kann.
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Das Gehäuse 110 kann eine Abstützfläche 111 aufweisen, gegen die das Tretlagergehäuse 300, insbesondere das zweite Tretlagergehäuseteil 320 drückt, wenn die Motor-Getriebe-Tretlagereinheit 310 von dem Tretlagergehäuse 300 eingeklemmt wird.
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Das Gehäuse 110 weist an seinem Außenumfang mindestens einen, vorzugsweise mehrere längliche Rippen 112 auf. Am Innenumfang des Tretlagergehäuses 300, insbesondere des ersten Tretlagergehäuseteils 310 ist mindestens eine, vorzugsweise mehrere längliche Nuten gebildet, die sich entlang der Kurbelwellendrehachse erstrecken. Jeder der Rippen 112 ist eine Nut zugeordnet, in der die Rippe 112 im montierten Zustand angeordnet ist. Hierdurch greifen das Gehäuse 110 und das Tretlagergehäuse 300 formschlüssig so ineinander, dass eine Drehung des Gehäuses 110 um die Kurbelwellendrehachse relativ zu dem Tretlagergehäuse 300 verhindert wird.
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Die in 1 dargestellte Motor-Getriebe-Tretlagereinheit 100 weist ein Gehäuse 110 auf, in dem eine Kurbelwelle 1, insbesondere eine Innenlagerachse, drehbar gelagert ist. In dem Gehäuse 110 ist ein Elektromotor 120 angeordnet, dessen Rotor 30 über ein Zykloidgetriebe 130 mit einem Abtriebsglied 13, 48 gekoppelt ist. Über das Zykloidgetriebe 130 wird eine Eingangsdrehzahl des Rotors 30 zu dem Abtriebsglied 13, 48 hin untersetzt, das heißt, dass sich das Abtriebsglied 13, 30 mit einer geringeren Drehzahl relativ zu dem Gehäuse 110 dreht als der Rotor 30.
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Die Kurbelwelle 1 ist als Hohlwelle ausgestaltet, wodurch eine deutliche Gewichtsreduktion erzielt wird. Die Kurbelwelle 1 kann zum Beispiel aus Stahl, einer Leichtmetall-, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumlegierung, oder aus einer Titanlegierung hergestellt sein. Die Kurbelwelle weist an ihren aus dem Gehäuse 110 hervorstehenden Enden jeweils eine Außenverzahnung auf, auf die eine Kurbel aufgesteckt werden kann, die hierdurch um die Kurbelwellendrehachse drehfest mit der Kurbelwelle 1 verbunden werden kann.
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Das Gehäuse 110, welches vorzugsweise aus einer Leichtmetalllegierung, insbesondere Aluminium- oder Magnesiumlegierung, hergestellt sein kann, weist einen Gehäusegrundkörper 42 auf, der hülsenförmig ausgestaltet ist und die Kurbelwelle 1 umgibt. An einer ersten Stirnseite des Gehäusegrundkörpers 42 ist ein erster Gehäusedeckel 35 befestigt. Der Gehäusedeckel 35 weist einen Lagersitz für das Wälzlager 11, insbesondere Kugellager, auf, welches sich an dem Außenumfang der Kurbelwelle 1 abstützt. Hierdurch wird die Kurbelwelle 1 drehbar an dem Gehäuse 110 gelagert. Der Gehäusegrundkörper 42 weist an seiner ersten Stirnseite einen Zentrierbund auf, wobei der erste Gehäusedeckel 35 ebenfalls einen Zentrierbund aufweist, wobei der Zentrierbund des ersten Gehäusedeckels 35 an dem Zentrierbund des Gehäusegrundkörpers 42 in Bezug auf die Kurbelwellendrehachse zentriert wird. Der Lagersitz weist eine zylindrische Innenumfangsfläche auf, die konzentrisch zu der zylindrischen Fläche des Zentrierbunds des Gehäusegrundkörpers 42 oder/und des ersten Gehäusedeckels 35 ist.
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Der erste Gehäusedeckel 35 ist mittels mindestens einer Schraube 47 an dem Gehäusegrundkörper 42 befestigt. In dem Gehäusegrundkörper 42 ist ein Innengewinde gebildet, in welches ein Außengewinde der mindestens einen Schraube 47 eingeschraubt ist, wobei der Gehäusedeckel 35 zwischen dem Schraubenkopf der Schraube 47 und dem Gehäusegrundkörper 42 eingeklemmt ist. Die Längsachse der Schraube 47 verläuft in etwa parallel zu der Kurbelwellendrehachse.
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Auf der gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite des Gehäusegrundkörpers 42 ist ein zweiter Gehäusedeckel 34 mittels mindestens einer Schraube 46 befestigt, wobei der zweite Gehäusedeckel 34 zwischen dem Schraubenkopf der Schraube 46 und dem Gehäusegrundkörper 42, der ein Innengewinde aufweist, in welches das Außengewinde der Schraube 46 eingeschraubt ist, eingeklemmt ist. Die zweite Stirnseite des Gehäusegrundkörpers 42 und der Gehäusedeckel 34 weisen jeweils einen Zentrierbund auf, wobei der Zentrierbund des Gehäusedeckels 34 an den Zentrierbund des Gehäusegrundkörpers 42 zentriert ist. Der Gehäusedeckel 34 weist einen zylindrischen Lagersitz auf, dessen Innenumfangsfläche konzentrisch zu der Außenumfangsfläche des Zentrierbunds des zweiten Deckels 34 ist. In dem Lagersitz des Gehäusedeckels 34 ist ein Wälzlager 16, insbesondere Kugellager, aufgenommen. Das Wälzlager 16 stützt sich auf einer Abtriebshülse 13 des Abtriebsglieds 13, 48 ab, wobei die Abtriebshülse 13 relativ zu dem Gehäuse 110 um die Kurbelwellendrehachse drehbar ist. An der Abtriebshülse 13 ist eine Zahnkranzaufnahme 48 verdrehgesichert befestigt, wobei an der Zahnkranzaufnahme 48 ein Zahnkranz oder mehrere Zahnkränze für ein Kettengetriebe befestigt werden können. Das Kettengetriebe kann eine Kette aufweisen, welche einen der Zahnkränze umschlingt und zu einem Zahnkranz am Hinterrad des Fahrrads führt und diesen Zahnkranz ebenfalls umschlingt.
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Die Abtriebshülse 13 ist mit voneinander in Richtung der Kurbelwellendrehachse beabstandeten Wälzlagern 4a, 4b drehbar an der Kurbelwelle 1 abgestützt. Die Wälzlager 4a, 4b sind in dem gezeigten Beispiel als Nadellager 4a, 4b ausgeführt. Zwischen den Wälzlagern 4a, 4b ist eine Distanzhülse 5 angeordnet. Die Wälzlager 4a, 4b sind zwischen dem Innenumfang der Abtriebshülse 13 und dem Außenumfang der Kurbelwelle 1 angeordnet bzw. stützten sie hieran ab. Die Kurbelwelle 1 stützt sich somit über die Wälzlager 4a, 4b, die Abtriebshülse 13 und das zweite Wälzlager 16 an dem zweiten Gehäusedeckel 34 ab.
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Das Wälzlager 16 wird mittels einer an der Abtriebshülse 13 befestigten Axialwellensicherung 17, insbesondere ein Seegerring, in seinem Sitz auf dem Außenumfang der Abtriebshülse 13 gehalten. Das Wälzlager 16 wird mittels einer an dem Gehäusedeckel 34 befestigten Axialwellensicherung 19, insbesondere einen Seegerring, in dem Innenumfang des Lagersitzes des Gehäusedeckels 34 gehalten. Das Wälzlager 11 wird mittels einer an dem ersten Gehäusedeckel 35 befestigten Axialwellensicherung 51, insbesondere Seegerring, in dem Lagersitz des zweiten Gehäusedeckels 35 gehalten.
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An dem ersten Gehäusedeckel 35 ist ein Wellendichtring, insbesondere ein Radialwellendichtring 36 gebildet, der den Ein- oder Austritt von Medien in das oder aus dem Gehäuse 110 verhindern soll. An der Zahnkranzaufnahme 48 ist ein Dichtring 36, insbesondere Radialwellendichtring aufgenommen, der ebenfalls den Eintritt bzw. Austritt von Medien in das bzw. aus dem Gehäuse 110 verhindern soll. Das erste Wälzlager 11 und das zweite Wälzlager 16 sind zwischen den Wellendichtringen 36 angeordnet.
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Der Elektromotor 120 ist ein bürstenloser, elektronisch kommutierter Gleichstrommotor in Außenläuferbauweiße. Der Stator des Motors 120 ist an dem ersten Gehäusedeckel 35 befestigt. Der Stator 40 weist ein Statorblechpaket aus einer Vielzahl von Einzelblechen auf, insbesondere aus Weicheisen. Ferner weist der Stator 40 mehrere Spulenwicklungen auf. Der um den Stator 40 um die Kurbelwellendrehachse drehbare Rotor 30 ist an einem Exzenterkörper 24 des Zykloidgetriebes 130 befestigt, insbesondere mittels mehrerer Niete 31, wie zum Beispiel Rundkopfniete. Der Exzenterkörper 24 wird mit dem Rotor 30 mitgedreht. Der Rotor 30 umgreift den Stator 40 über seinen Außenumfang. Der Rotor 30 weist eine Vielzahl über den Umfang des Rotors 30 verteilte Permanentmagnete wie zum Beispiel Neodym-Magnete auf. Die Neodym-Magnete sind über den Umfang des Blechpakets bzw. der Spulenwicklungen angeordnet. Der Rotor 30 weist ferner einen Rückschlussring 33 auf, wobei die Magnete 32 auf der Innenseite des Rückschlussrings 33 angeordnet sind. Das Blechpaket des Stators 40 wird mittels einer Mutter 41, welche die Kurbelwelle 1 umgibt, zwischen einer Stirnseite der Mutter 41 und einem Absatz des Gehäusedeckels 35 eingeklemmt und somit drehfest in Bezug auf den Deckel 35 bzw. das Gehäuse 110 gehalten. Die Mutter 41 weist ein Außengewinde auf, welches mit einem Innengewinde des Gehäusedeckels 35 verschraubt ist.
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An dem ersten Gehäusedeckel 35 oder allgemein an dem Gehäuse 110 ist mindestens ein Hallsensor 39, wie zum Beispiel mittels einer Schraube 38 befestigt. Mit dem Hallsensor 39 lässt sich die Drehwinkelposition des Rotors 30 in Bezug auf den Stator 40 feststellen, um der Steuerung des Elektromotors 120 die richtige Kommutation zu ermöglichen.
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Der mindestens eine Hallsensor 39 ist vorzugsweise signalübertragend, insbesondere kabelgebunden oder kabellos, insbesondere über Funk mit der Steuerung des Elektromotors 120 verbunden, die vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 110 angeordnet sein kann. Die Steuerung kann mindestens einen Mikroprozessor umfassen. Die Steuerung kann vorzugsweise zwischen dem Zykloidgetriebe 130 und dem zweiten Gehäusedeckel 34 angeordnet sein. Die Steuerung kann bevorzugt über ein Kontaktblech mit dem zweiten Deckel 34 verbunden sein, um die Wärmeabfuhr aus der Steuerung in den Deckel 34 zu ermöglichen.
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An dem Gehäuse 110, insbesondere an dem ersten Gehäusedeckel 35 kann ein Sensor befestigt sein, insbesondere in einem Bereich, der von dem Stator 40 des Elektromotors 120 umgeben wird. Relativ zu der Kurbelwelle sind um die Exzenterwellendrehachse verdrehgesichert mindestens einer, vorzugsweise eine Vielzahl Magnete, insbesondere Permanentmagnete 12 angeordnet. Die Permanentmagnete 12 sind vorzugsweise Neodym-Magnete. Die Vielzahl Magnete 12 sind vorzugsweise gleichmäßig über den Umfang der Kurbelwelle 1 angeordnet. Die Magnete 12 sind an einer Haltehülse 10, insbesondere in radialen Bohrungen einer Haltehülse 10 aufgenommen oder befestigt. Die Haltehülse 10 ist in Bezug auf die Kurbelwelle 1 verdrehgesichert, sodass sich die Magnete 12 und die Haltehülse 10 relativ zu dem Gehäuse 110 und somit auch zu dem Sensor (nicht gezeigt) drehen, wenn die Kurbelwelle 1 relativ zu dem Gehäuse 110 um ihre Kurbelwellenachse gedreht wird. Bei einer Drehung der Kurbelwelle 1 werden die Magnete 12 an dem Sensor vorbeibewegt, wobei der Sensor so gestaltet ist, dass er ein Signal erzeugen bzw. abgeben kann, wenn ein Magnet 12 an dem Sensor vorbeibewegt wird. Der Sensor ist signalübertragen, wie zum Beispiel drahtlos oder drahtgebunden, insbesondere elektrisch leitend, mit der Steuerung, insbesondere der Motorsteuerung verbunden. Die Steuerung weist mindestens einen Mikroprozessor auf. Die Steuerung ist vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 110 angeordnet, insbesondere zwischen dem Zykloidgetriebe 130 und dem Gehäusedeckel 34.
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Das Zykloidgetriebe 130 weist einen um die Kurbelwellendrehachse relativ zu der Kurbelwelle 1 drehbaren, monolithischen Exzenterkörper 24 auf. Der Exzenterkörper 24 ist über ein Wälzlager 9, insbesondere Kugellager, und über ein davon beabstandetes, weiteres Wälzlager 7, insbesondere Nadellager, drehbar an dem Außenumfang der Kurbelwelle 1 abgestützt. Das Wälzlager 9 ist vorteilhaft in dem Bereich angeordnet, der von dem Stator des Motors 120 umgeben wird. Das Wälzlager 7 ist vorzugsweise in dem Bereich angeordnet, in dem der Exzenterkörper 24 eine erste Exzenterfläche 24a und eine zweite Exzenterfläche 24b bildet.
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Vorteilhaft ist die Haltehülse 10 für die Magnete 12 zwischen dem ersten Wälzlager 11 und dem Wälzlager 9 angeordnet, insbesondere eingeklemmt. Zwischen dem Wälzlager 9 und dem Wälzlager 7 kann eine Distanzhülse 8 angeordnet sein.
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Der Hallsensor 39 oder die mehreren Hallsensoren 39 können auf einer Leiterplatte, die vorzugsweise alle Hallsensoren 39 aufweist, gebildet werden.
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Die Zahnkranzaufnahme 48 kann mittels eines Schraubbolzens 49 verdrehgesichert an der Abtriebshülse 13 befestigt sein.
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Die erste Exzenterfläche 24a ist eine zylindrische Außenumfangsfläche, welche sich konzentrisch um eine erste Exzenterachse erstreckt, die parallel versetzt zu der Kurbelwellendrehachse ist. Die zweite Exzenterfläche 24b ist eine zylindrische Außenumfangsfläche, welche sich konzentrisch um eine zweite Exzenterachse erstreckt, die parallel versetzt zu der Kurbelwellendrehachse ist. Die erste Exzenterachse und die zweite Exzenterachse sind um ca. 180° um die Kurbelwellendrehachse versetzt angeordnet. Insbesondere können die erste Exzenterachse und die zweite Exzenterachse jeweils den gleichen Abstand zur Kurbelwellendrehachse aufweisen.
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Die erste Exzenterfläche 24a wird durch den Nutgrund einer über den Umfang des Exzenterkörpers 24 umlaufenden Nut gebildet, wobei deren Nutflanken die erste Exzenterfläche 24a beidseitig einfassen. Die zweite Exzenterfläche 24b wird durch den Nutgrund einer zweiten über den Umfang des Exzenterkörpers umlaufenden Nut gebildet, wobei deren Nutflanken die zweite Exzenterfläche 24b beidseitig einfassen. Zwischen der ersten Nut und der zweiten Nut ist ein über den Umfang des Exzenterkörpers 24 umlaufender Steg 24c gebildet, der eine Nutflanke der ersten Nut und eine Nutflanke der zweiten Nut bildet.
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Der Exzenterkörper 24 bildet ferner einen Sitz für das Wälzlager 9, über welches sich der Exzenterkörper 24 zusätzlich zu dem Wälzlager 7 an der Kurbelwelle 1 abstützt. Der Exzenterkörper 24 erstreckt sich bis in den Bereich, der von dem Stator 40 umgeben wird.
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In den 2 bis 4 sind verschiedene Ansichten des Exzenterkörpers 24 einschließlich eines ersten Exzenterlagers 25 und eines zweiten Exzenterlagers 26 zur drehbaren Lagerung einer ersten Kurvenscheibe 27a und einer zweiten Kurvenscheibe 27b (1) gezeigt. Die in den Figuren gezeigte Ausführung des Exzenterlagers 25, 26 ist beispielhaft und kann ggf. durch eine andere hierin beschriebene Exzenterlagerung ersetzt werden.
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In der ersten Nut ist ein erstes Exzenterlager 25 und in der zweiten Nut ist ein zweites Exzenterlager 26 angeordnet. Das erste und zweite Exzenterlager 25, 26 sind gleich aufgebaut, so dass nur eines der Exzenterlager beschrieben wird, wobei das beschriebene sinngemäß für das andere Exzenterlager gilt. Das erste Exzenterlager 25 weist, wie am besten aus 4 erkennbar ist, eine Vielzahl von Wälzkörpern 25a auf, die auf der ersten Exzenterfläche 24a des Exzenterkörpers 24 abrollen. Ferner rollen die Wälzkörper 25a an einer zylindrischen Innenumfangsfläche der ersten Kurvenscheibe 27a ab. Zwischen benachbarten Wälzkörpern 25a ist ein Abstandshalter 25b aus Kunststoff angeordnet, der die benachbarten Wälzkörper 25a in einem definierten Abstand zueinander hält. Der Abstandhalter 25b ist in dem gezeigten Beispiel lose zwischen die Wälzkörper 25a eingelegt. Der Abstandshalter 25b kann zur Exzenterachse hin konkav sein bzw. gekrümmt sein. Wie am besten aus 4 erkennbar ist, sind um dem Umfang der ersten Exzenterfläche 24a abwechselnd ein Wälzkörper 25a und ein Abstandshalter 25b angeordnet.
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Durch die in 4 gezeigte Anordnung wird eine einfache Montage trotz eines monolithischen Exzenterkörpers ermöglicht.
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Bei der Montage können z. B. die Abstandshalter 26b und die Wälzkörper 26a in die zweite Nut eingelegt werden, wobei die erste Nut noch frei bleibt, d. h., dass die ersten Wälzkörper 25a und die Abstandshalter 25b noch nicht in die erste Nut eingelegt werden. Anschließend wird die zweite Kurvenscheibe 27b über die Wälzkörper 26a und Abstandshalter 26b geschoben, so dass die Kurvenscheibe 27b um die zweite Exzenterachse drehbar ist, und dadurch über die Wälzkörper 26a gelagert wird.
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Anschließend werden die Wälzkörper 25a und die Abstandshalter 25b in die erste Nut eingelegt, wobei die erste Kurvenscheibe 27a über den Wälzkörpern 25a und den Abstandshaltern 25b positioniert wird. Die erste Kurvenscheibe 27a ist somit um die erste Exzenterachse drehbar, wobei sie von den Wälzkörpern 25a gelagert wird.
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Die erste Kurvenscheibe 27a und die zweite Kurvenscheibe 27b weisen an ihren Außenumfängen jeweils eine Vielzahl Ausnehmungen auf. Das Gehäuse 110, insbesondere der Gehäusegrundkörper 42 weist einen vom Innenumfang des Gehäusegrundkörpers 42 abragenden, insbesondere ringförmigen Kragen auf, an dessen nach innen weisendem Umfang eine Vielzahl Zylinderkörper 43 angeordnet sind, wobei der Kragen für jeden dieser Zylinderkörper 43 eine Zylinderkörperaufnahme bildet, in der der jeweilige Zylinderkörper 43 gehalten, insbesondere drehbar gehalten wird. Die Anzahl der Zylinderkörper 43, die gleichmäßig um die Kurbelwellendrehachse verteilt angeordnet sind, ist um 1 größer als die Anzahl der Ausnehmungen an dem Außenumfang der ersten Kurvenscheibe oder der zweiten Kurvenscheibe 27a, 27b.
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Zwischen den ersten und zweiten Kurvenscheiben 27a, 27b ist ein ringförmiger Abstandshalter 28 angeordnet, der vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist und sicherstellt, dass die erste Kurvenscheibe 27a mit einem Abstand zur zweiten Kurvenscheibe 27b angeordnet ist.
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An einer Stirnfläche des Gehäusegrundkörpers 42 ist ein ringförmiges Haltestück 44, welches auch als Haltering 44 bezeichnet werden kann, angeordnet, welches die Zylinderkörper 43 an einem Ende der Zylinderkörper 43 in der Zylinderkörperaufnahme hält. Der Haltering 44 umgibt die Kurbelwelle 1 ringförmig und ist vorzugsweise aus Kunststoff gebildet. Der Haltering 44 weist an seiner zu der Kurvenscheibe 27b weisenden Stirnseite eine kreisförmig umlaufende Stufe auf, welche an dem zu dem Haltering 44 weisenden Ende des jeweiligen Zylinderkörpers 43 so an den Zylinderkörper 43 angreift, dass der Zylinderkörper 43 in seinem Sitz im Gehäusegrundkörper 42 gehalten wird.
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Die zu der Kurvenscheibe 27b weisende Stirnfläche des Halterings 44 bildet eine Gleitfläche für die zu dem Ring 44 weisenden Stirnfläche der Kurvenscheibe 27b.
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Der Ring 44 weist mindestens eine Gewindebohrung auf, in welcher das Außengewinde einer Schraube 45 eingeschraubt ist. Der Kragen des Gehäusegrundkörpers 42 ist zwischen dem Kopf der Schraube 45 und dem Ring 44 eingeklemmt. Obwohl in 1 nur eine derartige Schraubverbindung zu sehen ist, sind mehrere Schrauben über den Umfang verteilt zur Befestigung des Rings 44 an dem Kragen angeordnet.
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Die erste Kurvenscheibe 27a und die zweite Kurvenscheibe 27b weisen jeweils mindestens einen kreiszylindrischen Durchbruch auf, wobei sich ein Zapfen 22 durch den mindestens einen Durchbruch der ersten und zweiten Kurvenscheibe 27a, 27b erstreckt. Der mindestens eine Durchbruch der ersten und zweiten Kurvenscheibe 27a, 27b erstreckt sich um eine Achse, die parallel zu der Kurbelwellendrehachse ist. Der Durchbruch ist zwischen dem Innenumfang und den Ausnehmungen der Kurvenscheibe 27a, 27b gebildet. In dem gezeigten Beispiel weisen die erste und zweite Kurvenscheibe 27a, 27b jeweils mehrere solche Durchbrüche auf, wobei mehrere Zapfen 22 vorgesehen sind, die sich jeweils durch einen Durchbruch der ersten Kurvenscheibe 27a und der zweiten Kurvenscheibe 27b erstrecken. Der mindestens eine Zapfen 22 bzw. die mehreren Zapfen, weisen jeweils eine Längsachse auf, die sich parallel zu der Kurbelwellendrehachse erstreckt. Der mindestens eine Zapfen 22 bzw. die mehreren Zapfen 22 sind in einem hülsenförmigen Zapfenhalter 21 gehalten, der um die Kurbelwellendrehachse drehbar ist und die Abtriebshülse 13 umgibt und sich insbesondere an der Abtriebshülse 13 drehbar abstützt.
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Eine Drehung des Rotors 40 relativ zu dem Gehäuse 110 bewirkt eine Drehung des Exzenterkörpers 24 relativ zu dem Gehäuse 110. Die Exzenterflächen 24a, 24b treiben ihre jeweilige Kurvenscheibe 27a, 27b an, wobei die Kurvenscheiben 27a, 27b sich dabei über die Zylinderkörper 43 abrollen. Je Umdrehung des Exzenterkörpers 24 bewegen sich die erste und zweite Kurvenscheibe 27a, 27b um eine Ausnehmung, d. h. Kurvenabschnitt, weiter. Hierdurch wird der mindestens eine Zapfen 22 und somit auch der Zapfenhalter 21 mit den Kurvenscheiben 27a, 27b mitgedreht. Die Eingangsdrehzahl des Getriebes 130, die der Drehzahl des Rotors 40 entspricht, wird durch das Zykloidgetriebe 130 verringert auf den Zapfenhalter 21 übertragen.
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An dem Außenumfang des Zapfens 22 ist eine frei drehbare Hülse 23 gelagert. Der Außendurchmesser der Hülse 23 ist kleiner als der Durchmesser des Durchbruchs der ersten und zweiten Kurvenscheibe 27a, 27b, durch welchen sich der Zapfen 22 bzw. die Hülse 23 erstrecken. Vorzugsweise entspricht der Durchmesser des Durchbruchs in etwa der Summe aus dem Außendurchmesser der Hülse 23 und dem zweifachen Abstand zwischen der ersten oder zweiten Exzenterachse und der Kurbelwellendrehachse.
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Der Zapfenhalter 21 ist über einen ersten Freilauf 20, insbesondere einen Hülsenfreilauf an den Außenumfang der Abtriebshülse 13 gelagert. Der Freilauf 20 bewirkt, dass eine Drehung des Zapfenhalters 21 um die Kurbelwellendrehachse relativ zu dem Abtriebsglied 13, 48 in eine erste Drehrichtung nicht möglich ist und in eine zweite Drehrichtung möglich ist. Zwischen der Abtriebshülse 13 und der Kurbelwelle 1 ist ein zweiter Freilauf 14 angeordnet, der eine Drehung der Kurbelwelle 1 um die Kurbelwellendrehachse relativ zu dem Abtriebsglied 13 in eine erste Drehrichtung nicht zulässt und in eine zweite Drehrichtung zulässt.
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Der zweite Freilauf 14 kann eine Sperrklinke umfassen, die mit einer Federspange 15 in einem Eingriff mit dem Klinkenring 2 gehalten wird, wobei der Klinkenring eine Kontur aufweist, welche bewirkt, dass die Sperrklinke das Abtriebsglied 13 drehfest mit der Kurbelwelle 1 verbindet, wenn versucht wird, die Kurbelwelle 1 relativ zu der Abtriebswelle 13 in eine erste Drehrichtung zu drehen. Wenn die Kurbelwelle 1 relativ zu der Abtriebshülse 13 in die zweite Drehrichtung gedreht wird, rastet die Sperrklinke über die Kontur des Klinkenrings.
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Zwischen dem Wälzlager 4b und dem Klinkenring 2 ist ein ringförmiges Distanzstück angeordnet, welches vorzugsweise aus Kunststoff gebildet ist. Ferner ist zwischen dem ersten Freilauf 20 und dem zweiten Wälzlager 16 ein ringförmiger Abstandshalter 18 eingesetzt, welcher z. B. aus Kunststoff oder Metall gebildet sein kann. Zwischen dem ersten Freilauf 20 und dem Exzenterkörper 24 ist ein ringförmiger Abstandshalter 6 eingesetzt, welcher zum Beispiel aus Kunststoff oder Metall gebildet sein kann.
