DE69910000T2

DE69910000T2 - Elektromotorischer radnabenantrieb für fahrrad oder dergleichen

Info

Publication number: DE69910000T2
Application number: DE69910000T
Authority: DE
Inventors: Orville J. Birkestrand
Original assignee: Birkestrand Orville J Rock Island
Current assignee: Panasonic Cycle Technology Co Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2019-04-22
Also published as: BR9910173A; KR20010025010A; ATE246117T1; EP1076623B1; CA2328426C; CN1098191C; IL138752A0; US6355996B1; AU741269B2; EP1076623A1; CN1300261A; US6144125A; DE69910000D1; US6100615A; JP2002514550A; JP3803252B2; CA2328426A1; AU3753999A; WO1999058394A1; KR100530533B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine modulare motorbetriebene Radnabe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, für Fahrräder, Roller, Golfwägelchen und andere Straßen- und Geländefahrzeuge. Im Spezielleren bezieht sie sich auf eine modulare Elektromotor-/Radnabenbaugruppe, welche genügend Drehmoment erzeugt, um verschiedenartige Fahrzeuge anzutreiben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es gibt zahlreiche, heute gebräuchliche Fahrzeuge, die über batteriebetriebene Elektromotoren verfügen, um die Räder des Fahrzeugs anzutreiben. Diese umfassen Fahrräder, Erwachsenendreiräder, Rollstühle, Motorroller, Golfwägelchen, Geländefahrzeuge, etc. In vielen solcher Fahrzeuge ist der Motor am Fahrzeugrahmen angebracht, wobei der Motorausgang mittels eines Kettenantriebs, Getriebezugs oder ähnlichem mit den Rädern gekoppelt ist.
Im Stand der Technik gibt es auch verschiedene Fahrräder, welche einen Elektromotor aufweisen, der direkt mit einer Radnabe verbunden und so angeordnet ist, dass er diese Nabe in Drehung versetzt. In manchen Fällen ist der Motor außerhalb der Radnabe angebracht und nimmt einen beträchtlichen Raum ein, siehe z. B. Patent 5,622,187. Diese sind keine modularen Baugruppen. In anderen Fällen nimmt der Motor den Platz der gewöhnlichen Radnabe ein und versetzt die Felge des Rads in Drehung; siehe z. B. die Patente 552,271; 5,272,938; 5,341,892 und 5,581,136. Solche Motoren sind relativ groß und nehmen einen großen Prozentsatz der Fläche innerhalb der dazugehörigen Radfelge ein.
Es gibt einige Beispiele für zweirädrige Fahrzeuge, deren Motor vollständig innerhalb der Nabe des Rad untergebracht ist; siehe z. B. die Patente 572,036; 2,514,460 und 3,921,741. Was diese anbelangt ist in manchen Fällen die Nabenbaugruppe übermäßig breit, so dass sie nicht an der Gabel eines herkömmlichen Fahrradrahmens angebracht werden kann. In anderen Fällen besteht die Baugruppe aus vielen separaten Teilen, die schwierig herzustellen sind und sich nicht zu einer Einheit zusammenbauen lassen. Der größte Nachteil von motorbetriebenen Nabenbaugruppen dieser allgemeinen Art aus dem Stand der Technik ist jedoch, dass sie zu Überhitzung neigen, wenn sie über eine längere Zeit als einzige Energiequelle des Fahrrads oder eines anderen Fahrzeugs verwendet werden. Anders ausgedrückt, während diese Baugruppen aus dem Stand der Technik zufriedenstellend als eine Hilfskraftvorrichtung arbeiten können, verbrauchen sie, wenn sie nur zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet werden, entweder zu viel Energie und erschöpfen die dazugehörige Batterie nach einer nur relativ kurzen Zeit, oder sie entwickeln nicht genügend Drehmoment, um es dem Fahrzeug zu ermöglichen, sich mit einer ausreichenden Geschwindigkeit, insbesondere auf Steigungen, fortzubewegen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte modulare motorbetriebene Radnabenbaugruppe für Fahrräder und andere Fahrzeuge bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine modulare motorbetriebene Nabenbaugruppe dieses Typs bereitzustellen, welche in Länge und Durchmesser einer herkömmlichen, nicht motorbetriebenen Radnabe vergleichbar ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, solch eine modulare Baugruppe bereitzustellen, welche aus einer minimalen Anzahl separater Teile besteht, die zu einer Einheit zusammengebaut werden können, ohne dass dabei irgendein Spezialwerkzeug oder eine sonstige Ausrüstung erforderlich wäre.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine modulare motorbetriebene Nabenbaugruppe bereitzustellen, welche eine hohe Drehmomentleistung in einem Kompaktgehäuse liefert und den Einsatz eines Hochgeschwindigkeitsmotors ermöglicht, um Gehäusegröße und -gewicht zu minimieren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine motorbetriebene Radnabenbaugruppe bereitzustellen, die sich im Gebrauch nicht überhitzt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine modulare motorbetriebene Radnabenbaugruppe bereitzustellen, welche einen äußerst breitgefächerten Wirkungsgrad über einen breiten Geschwindigkeitsbereich aufweist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, solch eine Baugruppe bereitzustellen, welche auch als Motorgenerator zum Aufladen der Gleichstromquelle der Baugruppe fungieren und eine steuerbare elektrische Fahrzeugbremse bereitstellen kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine steuerbare elektrische Nabenbaugruppe dieses Typs mit einer absoluten Mindestanzahl an elektrischen Leitern bereitzustellen, die außenliegenden Anschlüssen zugeführt werden müssen, damit alle von diesen durch eine kleine zentrale Welle der Baugruppe hindurchgehen können.
Weitere Aufgaben sind teilweise offensichtlich und ergeben sich teilweise nachstehend.
Diese Aufgaben werden durch die Baugruppe nach Anspruch 1 gelöst.
Im Allgemeinen umfasst die vorliegende Baugruppe einen modularen Gleichstromelektromotor, der in eine Radnabe eingebaut ist, wobei er feststehende kollineare Wellen aufweist, die von entgegengesetzten Enden der Nabe herausragen. Der Motorstator ist in einem feststehenden Statorgehäuse oder -kasten im Inneren der Nabe angebracht, welches Gehäuse mit einer der Wellen verbunden ist. Planetenräder mit einer Ganguntersetzung sind drehbeweglich am Gehäuse angebracht, welche mit einem auf der Innenwand der Nabe ausgebildeten Zahnkranz kämmen. Diese Planetenräder werden durch ein Sonnenrad oder -ritzel mit kleinem Durchmesser in Drehung versetzt, welches sich mit einem im Stator angeordneten Motorläufer dreht. Durch eine der Wellen hindurch sind elektrische Anschlüsse zum Stator hergestellt, durch die der Stator, der den Motor zum Drehen bringt, mit Strom versorgt werden kann. Der Läufer dreht das Ritzel, das dann wiederum die Planetenräder in Drehung versetzt, wodurch die Nabe in Bezug auf die Wellen, die im Gebrauch feststehen, in Drehung versetzt wird.
Ein Kettenzahnrad mit einer Einwegkupplung ist in die Nabenbaugruppe eingebaut, so dass, wenn der Motor die Nabe schneller dreht, als sich das Kettenzahnrad dreht (wie bei einem Hilfskraft-Fahrrad), sich das Kettenzahnrad im Freilauf befindet. Zusätzlich kann der Motor, wenn das dazugehörige Rad abgebremst oder vom Boden abgehoben und manuell gedreht wird, als Generator zum Wiederaufladen der Batterien fungieren, die den Motor mit Strom versorgen.
Die Nabe ist nach außen hin abgedichtet, und es sind innere Schmiermittelkanäle zur Umwälzung eines Fluids vorgesehen, welches Wärme aus dem Motor im Statorgehäuse und der Ganguntersetzung zur Nabe überträgt, wo sie nach außen abgeleitet wird, wodurch es dem Motor ermöglich ist, über einen längeren Zeitraum ohne Überhitzung mit einer hohen Drehmomentleistung zu arbeiten.
Im Grunde ist der Motor ein hoch leistungsstarker, drehzahlveränderlicher, bürstenloser, sensorloser, intern gekühlter, durch Computer abgeglichener Drehstrommotor/-Generator mit äußerst breitgefächerten Wirkungsgraden, die 95% bei einer 90%-igen Leistung nahe kommen bis zu und unter 20%-igen Höchstdrehzahl. Dieser Hochleistungsmotor ist mit einem ungewöhnlich kleinen, sehr effizienten Planetenuntersetzungsgetriebe vereint, was eine ungewöhnlich kompakte motorbetriebene Nabenbaugruppe für ein Fahrzeug ergibt.
Wie noch zu sehen sein wird, besteht die modulare Baugruppe aus einer minimalen Anzahl an Teilen, die relativ einfach herzustellen und zu einer Einheit zusammenzusetzen sind. Deshalb sollte die Baugruppe mengenmäßig wirtschaftlich herzustellen sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der Art und Aufgaben der Erfindung sollte Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden:
1 ist eine Schemaansicht eines Fahrrads, bei dem erfindungsgemäße motorgetrieben Nabenbaugruppen in die Vorder- und Hinterräder des Fahrrads eingebaut sind;
2 ist eine Längsschnittansicht der Nabenbaugruppe im Vorderrad des Fahrrads von 1;
3 ist eine in ihre Einzelteile zerlegte Seitenansicht, die die Bestandteile der Ganguntersetzung der Baugruppe von 2 ausführlicher zeigt;
4 ist eine Draufsicht entlang der Linie 4-4 von 3;
5 ist eine Draufsicht entlang der Linie 5-5 von 3;
6 ist eine Teilschnittansicht einer weiteren motorbetriebenen Nabenbaugruppenausführungsform, die das Hinterrad des Fahrrads von 1 antreibt;
7 ist ein Ansicht ähnlich 2 noch einer weiteren motorbetriebenen Nabenbaugruppenausführungsform, die die Erfindung verkörpert;
8 ist eine Teilschnittansicht, die ein Kraftfahrzeugrad mit einer Nabenbaugruppe zeigt, die die Erfindung verkörpert;
9 ist eine Schnittansicht ähnlich 7 noch einer weiteren Nabenbaugruppenausführungsform, und
10 ist eine Teilschnittansicht in einem größeren Maßstab, die die Baugruppe von 9 mit einer zweistufigen Ganguntersetzung darstellt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORM
Man beziehe sich nun auf 1, die ein Fahrrad zeigt, welches einen mehr oder weniger standardmäßigen Rahmen 10 mit oberen und unteren Rahmenrohren 12 und 14 umfasst, einen an den nach vorne gerichteten Enden der Rahmenrohre angebrachten Lenkstangenschaft 16, eine drehbeweglich am Lenkstangenschaft 16 angebrachte vordere Gabel 18, wobei die vordere Gabel von Lenkstangen 22 gedreht wird. Ein Vorderrad 24 ist drehbeweglich zwischen den Schenkeln der vorderen Gabel 18 gelagert, wobei das Rad eine Felge 24a umfasst, die durch radiale Speichen 24b mit einer motorbetriebenen Nabenbaugruppe 26 verbunden ist, die die Erfindung verkörpert, und die am unteren Ende der vorderen Gabel 18 befestigt ist.
Die oberen und unteren Rahmenrohre 12 und 14 erstrecken sich nach hinten zu einem Sattelstützrohr 28, wobei sich das untere Ende des Sattelstützrohrs und das untere Rahmenrohr bei einem Kettenzahnradrohr 32 treffen, das ein Pedalkettenzahnrad 34 drehbeweglich trägt. Eine hintere Gabel 36 erstreckt sich vom Kettenzahnradrohr nach hinten und lagert drehbeweglich, zusammen mit einer gegabelten Hinterradstrebe 38, ein Hinterrad 42. Das Rad 42 umfasst eine Felge 42a und radiale Speichen 42b die sich zu einer erfindungsgemäßen Nabeneinheit 44 erstrecken, die am hinteren Ende eines hinteren Kettenzahnrads 46 befestigt ist. Bei dem in 1 dargestellten Fahrrad umfasst die Nabenbaugruppe 44 ein hinteres Kettenzahnrad 46, welches durch eine Kette 48 mit dem Pedalkettenzahnrad 34 verbunden ist.
Eine Batteriesatz-/Steuereinheit 52 ist von einem Gepäckträger 53 getragen, der sich rückwärtig des Sattelstützrohrs 28 über dem Hinterrad 42 erstreckt und von einem Paar Streben 53a festgehalten wird, die sich zur Hinterachse des Fahrrads hin erstrecken. Die Einheit 52 ist durch dreiadrige Anschlussleitungen 53 jeweils an die Nabenbaugruppen 26 und/oder 44 und jeweils an eine elektronische Kombinationsdrosselnutzbremssteuerung 54 angeschlossen, die in die Lenkstangen 22 eingebaut ist. Wenn sie betätigt wird, veranlasst die Steuerung 54 die Steuereinheit 52 dazu, die Nabenbaugruppe 44 in einem Nutzbremsmodus zu betreiben, so dass die Vorwärtsbewegung des Fahrrads verlangsamt oder angehalten werden kann. Eine herkömmliche (nicht gezeigte) manuell betätigte Scheibenbremse kann der Vorderradfelge 24a zugeordnet sein.
Auf diese Weise kann das Fahrrad von 1 durch den Fahrer, indem er eine Pedalwirkung auf die Kurbel 34 ausübt und/oder durch die motorbetriebene Vorderradnabenbaugruppe 26 und/oder durch die motorbetriebe Hinterradnabenbaugruppe 44 angetrieben werden. Selbstverständlich kann auch entweder die vordere Nabenbaugruppe 26 oder die hintere Nabenbaugruppe 44 durch eine herkömmliche vordere oder hintere Radnabe ersetzt werden.
Man beziehe sich nun auf 2, die eine Vorderradnabenbaugruppe 26 ausführlicher zeigt. Diese Baugruppe umfasst einen modularen, sensorlosen, 8-poligen Gleichstrom-Elektromotor, der allgemein bei 62 gezeigt ist, welcher ein einstufiges Planetenuntersetzungsgetriebe antreibt, das allgemein mit 64 angegeben ist, um eine äußere Nabe 66 bezüglich eines Paars kollinearer Flanschwellen 68 und 72 in Drehung zu versetzen, welche im Gebrauch am unteren Ende der Vordergabel 18 des Fahrrads (1) befestigt sind. Die Nabe 66 ist durch Speichen 24b mit der Felge 24a verbunden, so dass der Läufer, wenn der Motor 62 von der Batteriesatz-/Steuereinheit 52 (1) mit Strom versorgt wird, das Rad 24 in Drehung versetzt.
Der Motor 62 umfasst ein schalenartiges Statorgehäuse 74 mit einer zylindrischen Seitenwand 74a und einer allgemein scheibenförmigen Stirnwand 74b. Die Welle 68 erstreckt sich axial aus der Mitte der Stirnwand 74b heraus. Das Statorgehäuse 74 enthält einen Lamellenblock 76 und eine in Sternschaltung angeordnete Dreileiter-Drehstrom-Ringwicklung 78. Die drei Wicklungsdrähte 78a 78b und 78c sind aus dem Gehäuse 74 durch einen Durchgang 82 in der Gehäusestirnwand 74b und der Welle 68 herausgeführt, wobei sich diese Drähte zu einem dreipoligen Steckverbinder 84 erstrecken, der in das äußere Ende der Welle 68 eingebaut ist. Um das Herausleiten der Drähte aus dem Gehäuse zu erleichtern, kann die Welle 68 wie gezeigt als Rohr ausgebildet und mit einem Stopfen 86 aus einem Epoxidmaterial verschlossen sein. Alternativ kann die Welle 68 ein vom Gehäuse 74 getrenntes Teil sein, das an der Gehäusestirnwand 74b von dessen Innenseite her eingepresst ist. In diesem Fall können integrale Dorne der Welle in Schlitze in der Stirnwand des Statorgehäuses 74 eingreifen, um die Welle drehfest am Gehäuse festzulegen. Dieser Aufbau ermöglicht es, dass die Drähte 78a–78c der Wicklung 78 durch die Welle 68 eingezogen werden können, bevor Welle und Wicklung in das Statorgehäuse 74 eingesetzt werden. Dies vereinfacht in gewisser Weise das Einziehen dieser Drähte.
Ebenfalls im Statorgehäuse 74 bei der Achse der Wicklung 78 positioniert befindet sich ein schalenartiger Läufer 88 mit einer zylindrischen Seitenwand 88a und einer Stirnwand 88b die dem offenen Ende des Statorgehäuses 74 zugewandt ist. Eine rohrförmige Welle 92 erstreckt sich axial aus der Mitte der Stirnwand 88b zu einer Stelle bis genau über das offene Ende der Welle 74 hinaus. Der Läufer besitzt acht im Allgemeinen rechteckige, sich längs erstreckende Permanentmagnete 89 mit abwechselnder Nord-/Südpol-Ausrichtung, die um seinen Umfang herum beabstandet angeordnet sind.
Immer noch mit Bezug auf 2 ist die Welle 68, um den Läufer 88 drehbeweglich an der Achse der Nabenbaugruppe 26 zu lagern, mit einer inneren Endverlängerung 68a versehen, die sich in das Gehäuse 74 erstreckt. Diese Verlängerung ist gestuft, um den inneren Laufring eines kreisförmigen Lagers 94 aufzunehmen, dessen äußerer Laufring in einer Schulterbohrung 96 aufgenommen ist, die im Abschnitt des offenen Endes der Läuferseitenwand 88a vorhanden ist. Vorzugsweise ist eine Federscheibe 98 zwischen dem Lager 94 und seinem Sitz in der Wellenverlängerung 68a vorhanden, um zur Geräuschminimierung beim Betrieb der Baugruppe eine Federung vorzusehen und das Lager vorzubelasten.
Die Läuferstirnwand 88b und die davon herausragende rohrförmige Welle 92 haben einen axialen Durchgang 102, der sich aus Gründen, die noch deutlich werden, verjüngt. Auch ist die radial äußere Wand der Welle 92 gestuft, um einen Sitz für den inneren Laufring eines kreisförmigen Lagers 104 bereitzustellen.
Wie am besten in den 2 bis 4 zu sehen ist, ist das offene Ende des Statorgehäuses 74 durch einen ringförmigen Endverschluss 106 verschlossen, um ein Motorgehäuse zu bilden. Der Endverschluss umfasst eine kreisförmige Flansch- oder Seitenwand 106a die mit Außengewinde versehen ist, das mit einem ähnlichen Gewinde 108, das in der Statorgehäuseseitenwand 74a am offenen Ende des Gehäuses ausgebildet ist, zusammenpasst. Vorzugsweise ist ein O-Ring 109 zwischen diesen beiden Elementen vorgesehen, um dort eine Federung und fluiddichte Abdichtung vorzusehen. Die Gewinde werden beim Endzusammenbau verklebt, so dass der Aufbau das Drehmoment in beiden Richtungen übertragen kann, ohne dass sich dabei die Verschraubung löst.
Der Endverschluss 106 ist auch mit einem radial inneren Flansch oder Ansatz 110 versehen, der einen Sitz für den äußeren Laufring des Lagers 104 bildet, so dass die entgegengesetzten Enden des Läufers, wenn der Endverschluss am Statorgehäuse 74 befestigt ist, drehbeweglich von ihren jeweiligen Lagern 94 und 104 zur Drehung um die gemeinsame Achse der Wellen 68 und 72 gelagert sind, welche die Rotationsachse der gesamten Nabenbaugruppe 26 darstellt. Auch drückt die Verschlussseitenwand oder der Verschlussflansch 106a wenn der Verschluss 106 am Gehäuse 74 befestigt ist, den Lamellenblock 76 des Motors zusammen, wodurch jegliche Maßtoleranzen zwischen der Lamellenblocklänge und den verschiedenen maschinell bearbeiteten Teilen des Motors aufgefangen und Wirbelstromverluste im Motor minimiert werden. Somit schließen das Statorgehäuse 74 und der Verschluss 106 die innenliegenden Elemente des Motors 62 vollständig ein, d. h. sie bilden ein geschlossenes Statorgehäuse, das diese Elemente vor der außerhalb des Motors befindlichen Umgebung schützt. In diesem Zusammenhang wäre anzumerken, dass das Lager 104, das im Endverschluss 110 untergebracht ist, ein geschlossenes Lager ist, so dass keine flüssigen oder gasförmigen Medien von außen über das Lager in das Gehäuse 74 eindringen können.
Immer noch mit Bezug auf die 2 bis 4 trägt der Endverschluss 106 auch Bauteile der Ganguntersetzung 64. Genauer ausgedrückt springen mehrere Stützen 112 von der Außenseite des Verschlusses 106 vor. In der dargestellten Baugruppe sind vier solche Stützen 112 in einem Kreis angeordnet. Zwei dieser Stützen, d. h. die obere und untere, fungieren als Achse für ein Paar ringförmiger Planetenräder 114, die mittels kreisförmiger Lager 116 drehbeweglich an diesen Achsen gelagert sind. Vorzugsweise sind die Stützen und die Innenwände der Lager gestuft, um Sitze für die Lager bereitzustellen, wobei die äußeren Laufringe der Lager durch Sprengringe 118 (2) in ihrem jeweiligen Lager gehalten werden.
Die Planetenräder 114 kämmen mit einem Sonnenrad oder Ritzel 122 kleinen Durchmessers, das axial von der Läuferwelle 92 zwischen diesen Getrieben vorspringt. Das Sonnenrad umfasst eine Wellenverlängerung 122a die so bemessen und verjüngt ist, dass sie sich sehr eng durch Keilwirkung im sich verjüngenden Durchgang 102 in der Läuferwelle 92 festsetzt, so dass sich das Sonnenrad und der Läufer gemeinsam drehen.
Die Stützen 112 erstrecken sich etwas über die Lager 116 hinaus, welche die Planetenräder 114 tragen. Dies ermöglicht es, dass die Lager und somit auch die Räder von einer starren Halteplatte 124 festgesetzt werden können, die koaxial zum inneren Ende der Baugruppenwelle 72 angebracht ist. Genauer ausgedrückt ist die Innenseite der Platte 124 mit einer kreisförmigen Anordnung von vier Aufnahmen oder Muffen 126 ausgebildet, die so bemessen und angeordnet sind, dass sie die herausragenden Enden der Stützen 112 aufnehmen, wobei die Enden der oberen und unteren Muffen am inneren Laufring der Lager 116 anliegen. Auf diese Weise sind die Planetenräder 114 am Statorgehäuseendverschluss 106 befestigt, können aber vom Sonnenrad 122 um ihre Achsen in Drehung versetzt werden, welches, wie in 2 gezeigt, etwas von der Scheibe 124 beabstandet ist, so dass ein minimaler Reibungskontakt zwischen dem Sonnenrad und der Scheibe besteht.
Vorzugsweise ist die Scheibe 124 lösbar durch Schrauben 125 am Endverschluss 106 befestigt, welche sich durch Löcher 127 in der Scheibe 124 erstrecken und nach unten in die Gewindebohrungen 129 in die Stützen 112 eingedreht sind.
Mit Bezug auf 2 ist die Nabe 66 der Baugruppe ein schalenartiges Teil, das so angeordnet ist, dass es den Motor 62 und die Planetenräder 114 der Ganguntersetzung 64 aufnimmt und einschließt. Die Nabe 66 umfasst eine zylindrische Seitenwand 66a und eine ringförmige Stirnwand 66b die wie in 2 gezeigt, leicht einwärts gekrümmt sein kann. Die Stirnwand 66b besitzt eine zentrale Öffnung 128, die ein Spiel für die Welle 72 bereitstellt. Die Öffnung 128 ist mit einer Schulterbohrung versehen, um einen Sitz für den äußeren Laufring eines selbstschmierenden und geschlossenen Wellenlagers 132 bereitzustellen, welches es der Nabe 66 ermöglicht, sich bezüglich dieser Welle frei zu drehen. Vorzugsweise ist eine gekümpelte Unterlegscheibe 134 zwischen dem Lager 132 und der Stirnwand 66b vorhanden, um eine Federung bereitzustellen, die es der Baugruppe ermöglicht, sich leichten Maßschwankungen von Teilen besser anzupassen und das Lager zur Minimierung von Geräusch und Schwingungen vorzubelasten.
Das letzte Bauteil der Ganguntersetzung 64, nämlich ein Zahnkranz 136 ist auf der Innenfläche der Nabenseitenwand 66a den Planetenrädern 114 gegenüberliegend ausgebildet. Wie in 2 gezeigt ist, erstrecken sich die Planetenräder 114 etwas über die Seitenwand des Motors 62 hinaus, um mit den Zähnendes Zahnkranzes 136 zu kämmen.
Der Motor 62 und die Bauteile der Ganguntersetzung 64 werden mit der Nabe 66 zusammengebaut, indem sie, zuerst die Welle 72, in das offene Ende der Nabe eingeschoben werden, bis die Scheibe 124 am Lager 132 in Anlage kommt. Sie werden durch eine ringförmige Endabdeckung 138 in der Nabe gehalten. Die Endabdeckung hat einen zentralen Durchgang 142, welcher ein Spiel für die Welle 68 der Baugruppe bereitstellt, wobei dort ein kreisförmiges, selbstschmierendes und geschlossenes Wellenlager 144 zwischen der Welle und der Wand des Durchgangs 142 vorgesehen ist, so dass sich die Endabdeckung 138 zusammen mit der Nabe 66 bezüglich der Welle 68 frei drehen kann. Der Umfang der Endabdeckung 138 ist mit Gewinde versehen, so dass die Endabdeckung in das offene Ende der Nabe 66 eingeschraubt werden kann. Dazu weist die Innenwand der Nabenseitenwand 66a ein Innengewinde 146 auf, das mit dem Innengewinde auf der Endabdeckung zusammenpasst. Wenn die Endabdeckung fest auf die Nabe aufgeschraubt ist, werden alle Bauteile der Baugruppe im ordnungsgemäßen koaxialen Verhältnis zusammengehalten. Vorzugsweise ist ein O-Ring 148 zwischen der Endabdeckung und der Nabe vorhanden, um an dieser Stelle eine fluiddichte Abdichtung bereitzustellen, und die Gewinde sind miteinander verklebt, um ein Lösen der Verschraubung beim Betrieb zu verhindern.
Aus dem Vorstehenden wird deutlich, dass beim Gebrauch der vorliegenden Baugruppe die Wellen 68 und 72, die am Fahrradrahmen 10 (1) angebracht sind, wie das Statorgehäuse 74, der Endverschluss 106 und die Halteplatte 124, die alle aneinander befestigt sind, feststehend sind. Wenn die Statorwicklung 78 des Motors 62 mit Strom versorgt wird, drehen sich deshalb der Läufer 88 und das Sonnenrad 122, die miteinander verbunden sind, mit einer Drehzahl, die von 0 bis 4000 Umdrehungen je Minute oder darüber variiert werden kann. Das Sonnenrad wiederum dreht die Planetenräder 114 der Ganguntersetzung 64, welche ihrerseits die den Zahnkranz 136 tragende Nabe 66 zum Drehen bringt. In einer typischen Baugruppe kann das Sonnenrad 122 6 Zähne aufweisen, und jedes Planetenrad 114 kann 30 Zähne aufweisen, während der Zahnkranz 136 66 Zähne haben kann. Dies verleiht der einstufigen Ganguntersetzung 64 ein Ganguntersetzungsverhältnis von 11 : 1.
Es ist wichtig, an dieser Stelle festzuhalten, dass die vorliegende Nabenbaugruppe keine Durchgangswelle besitzt. Anders ausgedrückt ist das Sonnenrad oder Ritzel 122, welches mit dem Motorläufer 88 verbunden ist, vollständig getrennt von den beiden Wellen 68 und 72. Deshalb unterliegt es keinen Biegungskräften. Dies bedeutet, dass das Sonnenrad oder Ritzel 122 auf den Fahrradmodellen einen sehr kleinen Durchmesser, z. B. 0,50 Zoll, haben kann. Dies wiederum ermöglicht den Einsatz von Planetenrädern mit großem Durchmesser, so dass die einstufige Ganguntersetzung 64 eine große Ganguntersetzung, z. B. 11 : 1, in einem kleinen Gehäuse bereitstellen kann. Diese wirkungsvolle, kompakte, größere Ganguntersetzung für eine bestimmte Leistungsdrehzahl und ein bestimmtes Leistungsdrehmoment, macht einen Motor mit höherer Drehzahl möglich, was es wiederum ermöglicht, den Motor und die gesamte Nabe für eine bestimmte Nenndauerleistung viel kleiner auszulegen.
Es ist auch ein Merkmal der Erfindung, dass der Motor 62 der Baugruppe einen feststehenden Stator aufweist, der sehr nah an der Seitenwand 66a der Drehnabe 66 angeordnet und durch einen engen, z. B. 0,15 Zoll großen, ringförmigen Spalt 152 beabstandet ist. Dies bedeutet, dass es eine wirksame Übertragung von Wärme, die in der Wicklung 78 erzeugt wurde, zur Nabenseitenwand 66a gibt, welche Wärme dann nach außen abgeleitet wird. Um diesen Prozess zu beschleunigen, kann die Nabenseitenwand 66a mit einer Reihe auf dem Umfang angeordneter Kühlrippen 66a versehen sein, um die außenliegende Oberfläche der Seitenwand zu vergrößern.
Eine Kühlung der modularen Baugruppe kann durch Umwälzen eines Kühl- oder Schmiermittels im Inneren des Baugruppe noch optimiert werden. Insbesondere in der Baugruppe von 2 ist die Welle 72 mit einem axialen Durchgang 154 und einem Öl- oder Fettanschluss 156 am äußeren Ende der Welle versehen, wodurch ein Schmiermittel wie Öl O in die Baugruppe so eingebracht werden kann, dass das Öl die Nabe 66 bis zum Pegel eines mit Innengewinde versehenen Ölpegeldurchgangs 158 füllen kann, der in der Nabenstirnwand 66b vorhanden ist. Erreicht das Öl O den Sollpegel, kann der Durchgang 158 mit einem mit Gewinde versehenen Stopfen 162 verschlossen werden.
Steht die Baugruppe, sammelt sich das Öl O am Grund der Baugruppe auf einen Pegel unterhalb demjenigen der selbstschmierenden und geschlossenen Hauptwellenlager 132 und 144, wie in 2 gezeigt ist. Deshalb besteht, wenn die Baugruppe im Ruhezustand ist, keine Möglichkeit, dass Öl aus der Baugruppe ausläuft. Ist andererseits die Baugruppe in Betrieb, wird das Öl O durch die Zentrifugalkraft radial nach außen, von den Lagern 132 und 144 weg geschleudert. Das Öl wird umgewälzt und durch die relativen Drehbewegungen der Planetenräder 114 und der Nabe 66 um dass Innere der Nabe 66 gespritzt. Auf diese Weise wird Wärme, die vom Motor 62 und der Ganguntersetzung 64 erzeugt wird, auf das Öl übertragen, das durch den Spalt zwischen der Platte 124 und der Nabenstirnwand 66b und zwischen der Endabdeckung 138 und der Statorgehäusestirnwand 74b und zwischen der Statorgehäuseseitenwand 74a und der Nabenseitenwand 66a zirkuliert, so dass die Wärme wirksam zur Außenhülle der Baugruppe transportiert wird, die sich sowohl in Rotations- als auch Translationsbewegung durch den Luftstrom befindet, in dem die Wärme an die Atmosphäre abgegeben wird. Dies ermöglicht es, dass die Baugruppe über einen längeren Zeitraum ohne Überhitzung mit Maximalleistung betrieben werden kann.
Es ist wichtig, festzuhalten, dass das Öl O aus dem Statorgehäuse 74 ausgeschlossen und von den elektrischen Leitungen 78a bis 78c die Strom vom Steckverbinder 84 zur Statorwicklung 78 leiten, vollkommen isoliert ist, so dass das Öl auf den Betrieb des Motors 62 keinerlei Auswirkung hat. Trotzdem gibt es nur ein Lager und eine Dichtung zwischen den Teilen des Motors 62 und dem Öl, d. h. das Lager 104 und den O-Ring 109.
Eine gemäß den 2 bis 5 aufgebaute modulare, motorbetriebene Nabenbaugruppe mit einer Länge (ohne die vorstehenden Wellen 68 und 72) von nur ca. 4,25 Zoll, einem Durchmesser von weniger als 4,5 Zoll und einem Gewicht von weniger als 2,5 kg oder 5,5 Pfund, kann eine Nutzleistung von bis zu 300 Watt erbringen, was dreimal mehr ist als ein gewöhnlicher Mensch zu erbringen vermag. Deshalb ist die Nabenbaugruppe 26 in der Lage, das Fahrrad von 1 relativ steile Ansteigungen hinauf mit Leichtigkeit anzutreiben.
Man beziehe sich nun auf die 1 und 6, welche die Hinterradnabenbaugruppe 44 des Fahrrads von 1 darstellen. Die Baugruppe 44 ist der Baugruppe 26 sehr ähnlich und deshalb sind die ähnlichen Teile davon mit denselben Bezugszeichen versehen. Der einzige wirkliche Unterschied zwischen den beiden ist, dass die Welle 72 von Baugruppe 44 länger ist als die entsprechende Welle von Baugruppe 26, und die Nabenstirnwand ist mit einem sich axial erstreckenden Flansch 172 versehen, welcher als eine Nabe für das Kettenzahnrad 46 und eine Einweg- bzw. Freilaufkupplung 174 fungiert. Vorzugsweise ist die innere Oberfläche des Flanschs 172 konusförmig, so dass der sich drehende Flanschkonus, wenn sich die Nabe 62 dreht, Schmutz und Feuchtigkeit vom Lager 132 weg austreibt. Die Einbeziehung des Kettenzahnrads 46 ermöglicht es, dass die Nabe 66 der Baugruppe 44 (und das Hinterrad 42 als Ganzes) manuell durch das Kettenzahnrad 46 und seinen Kettenantrieb oder durch den in der Baugruppe 44 vorhandenen Motor 62 oder durch eine Kombination beider Kraftquellen in Drehung versetzt werden kann. Dreht der Motor 62 die Nabe 66 schneller als das Kettenzahnrad 46, geht das Kettenzahnrad, aufgrund des Vorhandenseins der Kupplung 174 in den Freilauf über.
Wird von der Batteriesatz-/Steuereinheit 52 des Fahrrads kein Strom an den Motor 62 in der hinteren Nabenbaugruppe 44 angelegt und die hintere Nabe 66 mittels des Kettenantriebs und Kettenzahnrads 46 gedreht, kann dieser Motor als Generator wirken, um an die Einheit 52 elektrischen Strom zurückzuliefern, um den darin befindlichen Batteriesatz wieder aufzuladen. Und zwar kann zur Erleichterung dieses Wiederaufladens das Fahrrad von 1 mit einem (nicht gezeigten) Ständer ausgerüstet sein, der nach unten geschwungen werden kann, um das Hinterrad 42 vom Boden abgehoben zu stützen. Der Fahrer kann dann die Pedalkurbel 34 mit einer hohen Geschwindigkeit betätigen. Dies dreht die Nabe 66 und lässt den Motor 62 zu einem Stromgenerator werden und eine Gleichstromabgabe erzeugen, die den Batteriesatz in der Einheit 52 wirksam auflädt.
Wird die Nutzbremssteuerung 54 (1) betätigt, arbeitet der Motor 62 in der Nabenbaugruppe 44 (und/oder 26) als Generator und Bremse, um die Vorwärtsbewegung des Fahrrads zu verlangsamen oder anzuhalten, wobei er diese Energie wieder auffängt und zum Batteriesatz in der Einheit 52 zurückleitet.
7 zeigt eine einseitig aufgehängte modulare motorbetriebene Nabenbaugruppe 182, die sich zum Antrieb von Rollstühlen, Geländefahrzeugen, lenkbaren Vorderrädern von Dreirädern etc. eignet. Die Baugruppe 182 ähnelt etwas der in 2 dargestellten Baugruppe 26. Deshalb tragen entsprechende Teile dieselben Bezugszeichen. Der Hauptunterschied zwischen den beiden modularen Baugruppen ist, dass die Baugruppe 182 nur von einer Welle 68 getragen wird, d. h. es gibt keine Welle 72 an der entgegengesetzten Seite der Baugruppe. Dementsprechend ist die Welle 68 länger und so gestaltet, dass sie an einem geeigneten Rahmenteil oder einer in durchbrochenen Linien dargestellten Halterung S angebracht werden kann. Der äußere Endabschnitt der Welle 68 ist mit einem Außengewinde versehen, um eine Mutter 184 aufzu nehmen, die zur Befestigung der Baugruppe an der Halterung S auf das Ende der Welle aufgeschraubt werden kann. Auch besitzt die Halteplatte 124, welche die Planetenräder 114 der Ganguntersetzung 64 hält, anstelle einer Welle 72 eine sich axial erstreckende Zapfenwelle 186, die es ermöglicht, dass die Stirnwand 66b der Nabe 66, wie in 7 gezeigt, durchgehend oder über dem Ende der Zapfenwelle 186 geschlossen ist. Ein Öleinfüll-/Ablaufstutzen 187 ist in der Nabenstirnwand 66b vorhanden, wodurch Öl O aus den zuvor beschriebenen Gründen in die Nabe 66 eingebracht werden kann.
Schließlich ist die dargestellte zylindrische Wand 66a der Nabe 66, obwohl die Baugruppe 182 ein Speichenrad wie in 2 drehen könnte, statt dessen mit einem kleinen Gussscheibenrad 188 aus Urethan oder einem anderen solchen robusten, nachgiebigen Material umgeben.
Man gehe nun zu 8, welche eine modulare motorbetriebene Nabenbaugruppe 192 zum Antreiben des Rads eines Rollers, Golfwägelchens oder eines anderen Kleinfahrzeugs zeigt. Der Innenaufbau der Baugruppe 192 ist im Wesentlichen derselbe wie bei der in 2 dargestellten Baugruppe 26. Die Baugruppe 192 weist jedoch eine Drehnabe 194 auf, deren zylindrische Seitenwand 194a mit einem umlaufenden, sich radial erstreckenden Flansch 196 ausgebildet ist, der zu einer Reifenfelge 198 führt. Im Gebrauch kann die Felge 198 einen Standardreifen T haltern. Vorzugsweise ist eine kreisförmige Anordnung radialer Stege 199 im Flansch 196 vorgesehen, um eine zentrifugale Luftzirkulation um die und eine Abkühlung der Nabe 194 zu fördern.
Nunmehr mit Bezug auf 9 ist eine weitere modulare Nabenbaugruppe 202 gezeigt, die wie die in 7 dargestellte, einseitig aufgehängt angebracht ist, und die sich zum Drehen eines Rads mit einem Standardreifen eignet, wie dies bei der Ausführungsform von 8 der Fall ist. Der Innenaufbau der Baugruppe 202 ist im Wesentlichen derselbe wie bei der in 7 gezeigten Baugruppe 182. Dennoch weist die Baugruppe 202 eine Nabe 204 auf, die sich von denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen unterscheidet. Insbesondere ist die Nabe 204 ein Gussteil mit einer radial gerippten zylindrischen Seitenwand 204a zur Verstärkung und Kühlwirkung, und mit einer Stirnwand 204b, die am Ende der Nabe, und nicht am entgegengesetzten Ende wie in 7, angrenzend an die Welle 68 angeordnet ist. Die Seitenwand 204a umschließt den Motor 62 der Baugruppe, endet aber kurz vor der Ganguntersetzung 64. Auf halbem Wege entlang ihrer Länge ist die Seitenwand 204a mit einem außenliegenden umlaufenden Flansch 206 ausgebildet. Der Flansch 206 stellt einen Sitz für eine ringförmige Reifenfelge 208 mit einem sich radial einwärts erstreckenden Steg oder Flansch 208a bereit, dessen Innendurchmesser etwas größer ist als derjenige der Nabenwand 204a. Die Reifenfelge kann über die Felge 208a durch eine kreisförmige Anordnung von Bolzen 210, welche sich durch Löcher 212 im Steg 208a erstrecken und nach unten in die Gewindebohrung 214 im Nabenflansch 206 eingedreht sind, lösbar am Nabenflansch 206 befestigt werden.
Somit kann der Reifen und/oder die Felge 208, sollte er/sie beschädigt sein, aus der Nabenbaugruppe 202 entnommen werden, ohne dass die Baugruppe aus ihrer Halterung S abgenommen werden muss. Die Nabenbaugruppe 202 schließt auch eine Maßnahme zum mechanischen Bremsen der Nabe 204 ein. Insbesondere ist eine ringförmige perforierte Bremsscheibe 216 mittels einer kreisförmigen Anordnung von Schrauben 218, welche sich durch entsprechende Löcher in der Scheibe erstrecken und nach unten in Gewindebohrungen 220 in der Stirnwand 204b eingedreht sind, an der Nabenstirnwand 204b angebracht. Um die Nabe abzubremsen, kann die Scheibe 216 durch herkömmliche, in durchbrochenen Linien gezeigte Bremssättel C in Reibungseingriff genommen werden.
Das offene Ende der Nabe 202 angrenzend an die Ganguntersetzung 64 ist mit einer Endabdeckung 218 verschlossen, welche die von der Halteplatte 124 vorstehende Zapfenwelle 186 vollständig abdeckt. Die Endabdeckung 218 umfasst eine zylindrische Seitenwand 218a welche so angeordnet ist, dass sie in verriegelnder Weise am Rand der Nabenseitenwand 204a anliegt. In dieser Ausführungsform ist die Innenfläche der Seitenwand 218a der Endabdeckung mit einem Zahnkranz 222 ausgebildet, der mit den Zähnen der Planetenräder 114 der Ganguntersetzung 64 kämmt.
Die Endabdeckung 218 ist durch eine kreisförmige Anordnung von Schrauben 224, die sich durch Löcher 226 in der Endabdeckung erstrecken und nach unten in die Gewindebohrungen 228 in der Nabenseitenwand 204a eingedreht sind, an der Nabenwand 202a befestigt.
Vorzugsweise sind ein Ölstutzen 232 und ein Stopfen 234 in die Endabdeckung 218 eingebaut, so dass die Nabe 204, wie vorstehend im Zusammenhang mit 2 beschrieben, teilweise mit Kühlmittelöl O befüllt werden kann.
Für relativ hochleistungsfähige Versionen der Baugruppe von 9 z. B. 5 Kilowatt oder mehr, die sich zum Antreiben von Strandfahrzeugen, kleinen Stadtautos, etc. eignen, kann die Zirkulation von Kühlschmierstoff O durch die Baugruppe durch eine außenliegende Pumpe erleichtert werden, die das Öl in einem geschlossenen Kreislauf zwischen einem außenliegenden Vorratsbehälter, dem Kühler des Fahrzeugs und den verschiedenen Nabenbaugruppen am Fahrzeug umwälzt. In diesem Fall können die notwendigen Ölverbindungen zu jeder Baugruppe über Anschlüsse auf der Welle 68 anstelle der Anschlüsse 232, 234 an der Nabe 204 hergestellt sein. Dies Wellenanschlüsse leiten das Öl in das und aus dem Innere/n der Baugruppe. Ein Magnetventil kann in den externen Ölkreis lauf eingebaut sein, um die außenliegende Pumpe beim Anlassen des Fahrzeugs einzuschalten, damit die innenliegende Ölpumpe der Baugruppe, die aus dem sich drehenden Sonnenrad 122 und den Planetenrädern 114 besteht, die zuvor beschrieben wurden, „gezündet" wird.
Ein deutlicher Vorteil der Baugruppe 202 von 9 ist nämlich, dass die Endabdeckung 218 abgenommen werden kann, um zur Wartungs- und Reparaturzwecken Zugang zum Inneren der Baugruppe zu erlangen, ohne dass dabei die Nabe aus ihrer Halterung S oder die Radfelge 208 von der Nabe abgenommen werden muss. Falls der Läufer 88, das Ritzel 122 und/oder der Zahnkranz 222 beschädigt werden sollten, muss auch nur die Endabdeckung 218 wieder angebracht werden.
Ein weiterer Vorteil des Aufbaus von 9 besteht darin, dass die einstufige Ganguntersetzung 64 einfach durch eine zweistufige Ganguntersetzung 236, wie in 9A gezeigt, ersetzt werden kann, um der gesamten Nabenbaugruppe ein höheres Ganguntersetzungsverhältnis von z. B. 15 : 1 zu verleihen.
Die in 9A gezeigte zweistufige Ganguntersetzung 236 unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen einstufigen Ganguntersetzung 64 in erster Linie dadurch, dass sie zweiteilige Planetenräder 238 besitzt, die drehbeweglich an den Stützen 112 angebracht sind, die von der Halteplatte 106 vorstehen. Jedes der beiden Räder 238 umfasst einen Geradstirnradabschnitt 238a mit relativ großem Durchmesser, welcher mit dem Sonnenrad 122 kämmt, und einen zweiten Geradstirnradabschnitt 238b mit kleinerem Durchmesser, welcher sich axial über die entsprechende Stütze 112 hinaus erstreckt. Wie zuvor sind die Planetenräder 238 durch eine Halteplatte 242 drehbeweglich an den Stützen 112 befestigt. Hier jedoch hat die Halteplatte Aufnahmen oder Muffen 244, die durch den Stirnradabschnitt 238b vorspringen und mit Schulterbohrung versehen sind, um die Enden der dazugehörigen Stützen 112 aufzu nehmen. Die Muffen 244 stellen Sitze für kreisförmige Lager 246 bereit, so dass sich die Rädersegmente 238b bezüglich der Muffen 244 frei drehen können. Die Halteplatte 242 ist an den Stützen durch Schrauben 248 befestigt, welche sich durch die Muffen erstrecken und wie zuvor in die Enden der Stützen 112 eingeschraubt sind.
Die Baugruppe von 9A ist mit einer Endabdeckung 252 versehen, die der Endabdeckung 218 von 9 ähnelt, mit der Ausnahme, dass sie so bemessen und gestaltet ist, dass sie die zusätzliche Länge der zweistufigen Ganguntersetzung 236 unterbringen kann. Am Wichtigsten ist, dass die Endabdeckung 252 eine gestufte Seitenwand mit einem ersten Seitenwandabschnitt 252a hat, der die Geradstirnradabschnitte 238b umgibt. Dieser Abschnitt ist auf seiner Innenfläche mit einem Zahnkranz 254 ausgebildet, der mit den Zähnen der Geradstirnradabschnitte 238b beider Planetenräder 238 kämmt. Ein zweiter Seitenwandabschnitt 252b der Endabdeckung 252 umgibt die Geradstirnradabschnitte 238a mit deutlichem Spiel und liegt am Ende der Nabenseitenwand 204a an. Wie bei der Nabenbaugruppe von 9 ist die Endabdeckung 252 durch eine kreisförmige Anordnung von Schrauben 256 an der Nabenseitenwand 204a befestigt.
Natürlich kann die zweiteilige Nabenkonstruktion mit dem ab- nehmbaren Zahnkranz und der zweistufigen Ganguntersetzung, die in den 9 und 9A gezeigt sind, auch in die in den 2 und 7 dargestellten Nabenbaugruppen eingebaut werden, um die zuvor beschriebenen Vorteile für diese Baugruppen zu erzielen, d. h. einfache Reparatur und Veränderung des Ganguntersetzungsverhältnisses. Ähnlich können auch andere Aspekte der verschiedenen Baugruppenausführungsformen je nach der besonderen Anwendung untereinander ausgetauscht werden.
Aus dem Vorstehenden geht hervor, dass die vorliegende modulare motorbetriebene Radnabenbaugruppe deutliche Vorteile erzielt, was die Fähigkeit anbelangt, ein Hochleistungsdrehmoment in einem kleinen, kompakten Gehäuse zu erzielen, ohne dass sich die Baugruppe selbst nach langdauerndem kontinuierlichen Einsatz überhitzt. Die modulare Baugruppe kann an eine breite Vielfalt von mit Rädern versehenen Fahrzeugen, von kleinen Zwei- und Dreirädern bis hin zu Straßen- und Geländefahrzeugen und LKWs angepasst werden. Die Baugruppe kann als Motor oder Generator so betrieben werden, dass sie als Antriebsmotor oder Bremse wirkt. Trotz all dieser Vorteile lässt sich die Baugruppe relativ kostengünstig herstellen und leicht zusammenbauen und reparieren. Deshalb sollte sie die Gesamtkosten des Fahrzeugs, in das sie eingebaut wird, nicht nennenswert erhöhen.
Die vorliegenden Nabenbaugruppen für größere Fahrzeuge ( 7–9) weisen nämlich weniger Teile auf ein konkurrierendes Fahrzeug mit Verbrennungskraftmaschine, da Antriebswellen, nicht schaltbare und schaltbare Kupplungen, Differenziale, Vorder- und Hinterachsen, Anlasser, Drehmomentwandler, sowie Antiblockiersysteme und Katalysatorsysteme unnötig sind. Insgesamt kann mit dem vorliegenden Elektroradsystem die Lebensdauer des ganzen Fahrzeugs ziemlich erhöht werden, da der ganze Motor, der Antriebszug und das Radsystem innerhalb von Minuten entfernt und ausgetauscht werden kann, indem nicht viel mehr als eine einzige Schraube gelöst wird, siehe z. B. 9, Schraube 184.
Somit wird klar, dass die zuvor dargelegten Aufgaben, unter anderem auch diejenigen, die aus der vorangehenden Beschreibung deutlich wurden, wirksam erfüllt sind, und da gewisse Änderungen im vorgenannten Aufbau vorgenommen werden können, ohne dass dabei der Rahmen der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, verlassen würde, soll alles, was in der vorstehenden Beschreibung enthalten oder in der begleitenden Zeichnung gezeigt ist, als veranschaulichend und nicht einschränkend gedeutet werden.

Claims

Motorbetriebene Radnabenbaugruppe, die einen geschlossenen Motorabschnitt (62) mit einer ersten (74b) und einer zweiten (106) Stirnwand und einer sich zwischen den Stirnwänden erstreckenden Seitenwand (74a), einer sich von der ersten Stirnwand (74b) aus erstreckenden ersten Welle (68) und einer sich von der zweiten Stirnwand aus erstreckenden rotierenden zweiten Welle (92) hat, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle koaxial mit der aber beabstandet zur ersten Welle (68) und ein Ganguntersetzungsabschnitt (64, 236) neben der zweiten Stirnwand (106) angeordnet ist, wobei der Ganguntersetzungsabschnitt ein Ritzel (122) am Ende der zweiten Welle (92), eine Mehrzahl in kämmendem Eingriff mit dem Ritzel (122) drehbar an der zweiten Stirnwand (106) angebrachter nicht umlaufender Planetenräder (114, 238), eine mit der zweiten Stirnwand verbundene dritte Welle (72, 186), wobei die dritte Welle getrennt von der aber koaxial mit der ersten und zweiten Welle ist, so dass die Nabenbaugruppe keine Durchgangswelle hat, eine Nabe (66) mit einer den Motorabschnitt (74) und Planetenräder (114, 238) eng einschließenden inneren Oberfläche, die drehbar mit der ersten (68) und dritten (72, 186) Welle gekoppelt ist, und einen an der inneren Oberfläche der Nabe (66, 194, 204) in kämmendem Eingriff mit den Planetenrädern (114, 238) stehenden ausgeformten Zahnkranz (136, 254) enthält, so dass dann, wenn sich die zweite Welle (106) mit einer gewählten Drehzahl dreht, die Nabe (66, 194, 204) relativ zur ersten (68) und dritten (72, 186) Welle mit einer niedrigeren Drehzahl rotiert.
Baugruppe nach Anspruch 1 und ferner Einrichtungen (156, 232) zum Einleiten einer wärmeleitfähigen Flüssigkeit (0) in die Nabe (66, 194, 204) enthaltend, so dass bei Rotation der Nabe die Flüssigkeit innerhalb der Nabe umgewälzt wird, so dass die im Motorabschnitt (62) erzeugte Wärme von der Flüssigkeit zur Nabe und damit nach außen geleitet wird.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die erste (68) und die dritte (72) Welle aus der Nabe (66) herausragen.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die erste Welle (68) aus der Nabe (66) herausragt.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Nabe (66) eine erste (138, 204b) und eine zweite (66b, 194, 218, 252) Stirnwand sowie eine sich zwischen den Stirnwänden erstreckende Seitenwand (66a, 194a, 204a) enthält.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der der Zahnkranz (136) in der Nabenseitenwand (66a) ausgeformt ist.
Baugruppe nach Anspruch 5, bei der die zweite Nabenstirnwand (218, 252) einen zylindrischen Rand (218a, 252a) hat, der eine Verlängerung der Nabenseitenwand (204a) bildet, und der Zahnkranz (222, 254) in diesem Rand ausgeformt ist.
Baugruppe nach Anspruch 5, bei der die zweite Nabenstirnwand (218, 252) ein von der Nabenseitenwand (194a, 204a) getrenntes Teil ist, und Einrichtungen (224) zur lösbaren Befestigung der zweiten Nabenstirnwand an der Nabenseitenwand vorgesehen sind.
Baugruppe nach Anspruch 8, bei der jedes Planetenrad (238) einen in kämmen– dem Eingriff mit dem Ritzel (122) stehenden gewählten ersten Abschnitt (238a) mit großem Durchmesser und einen kollinear zum ersten Abschnitt in kämmendem Eingriff mit dem Zahnkranz (254) stehenden zweiten Abschnitt (238b) mit kleinerem Durchmesser hat, so dass die Baugruppe eine zweistufige Ganguntersetzung aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der jedes Planetenrad (238) einen in kämmendem Eingriff mit dem Ritzel stehenden gewählten ersten Abschnitt (238a) mit großem Durchmesser und einen kollinear zum ersten Abschnitt in kämmendem Eingriff mit dem Zahnkranz (254) stehenden zweiten Abschnitt (238b) mit klei nerem Durchmesser hat, so dass die Baugruppe eine zweistufige Ganguntersetzung aufweist.
Baugruppe nach Anspruch 1, bei der die Nabe (66, 194, 204) eine erste (138, 204b) und eine zweite (66b, 194, 218, 252) Stirnwand sowie eine sich zwischen den Stirnwänden erstreckende Seitenwand (66a, 194a, 218, 252) hat; wobei der Motorabschnitt (62) ein Gehäuse (74), eine Statorwicklung (78) im Gehäuse (74), einen Läufer (88) in der Statorwicklung und drehbar am Gehäuse (74) angebracht enthält, wobei der Läufer an der zweiten Welle (92) befestigt ist.
Baugruppe nach Anspruch 11, bei der die Statorwickiung (78) eine Dreileiter-Drehstrom-Ringwicklung in Sternschaltung ist.
Baugruppe nach Anspruch 11, bei der die Planetenräder (114, 238) drehbar auf Achsen (112) angebracht sind, die aus der zweiten Stirnwand des Motorabschnittsendes herausragen und von einer lösbar auf diesen Achsen angebrachten Halteplatte (124, 242) gehaltert werden, wobei sich die dritte Welle (92, 186) axial von der Halteplatte aus erstreckt.
Baugruppe nach Anspruch 11, bei der die Nabe (116, 194, 204) einen Durchmesser unter 5 Zoll (12,7 cm) und die Baugruppe ein Ganguntersetzungsverhältnis größer als 10 : 1 hat.
Baugruppe nach Anspruch 11 und ferner einen an der ersten Welle (68) angebauten elektrischen Steckverbinder (84), sich vom Steckverbinder (84) aus entlang der ersten Welle zum Innern des Gehäuses (74) erstreckende elektrische Leiter (78a–78a) und Einrichtungen (ohne Bezugszeichen) zum Verbinden der Leiter mit der Statorwicklung (78) enthaltend.