EP2986495A1 - Schaltbares mehrganggetriebe für ein elektrisch betriebenes zweirad sowie zweirad - Google Patents

Schaltbares mehrganggetriebe für ein elektrisch betriebenes zweirad sowie zweirad

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Publication number
EP2986495A1
EP2986495A1 EP14716539.3A EP14716539A EP2986495A1 EP 2986495 A1 EP2986495 A1 EP 2986495A1 EP 14716539 A EP14716539 A EP 14716539A EP 2986495 A1 EP2986495 A1 EP 2986495A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
drive
sun gear
gears
planetary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14716539.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Peter Dommsch
Norbert Martin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2986495A1 publication Critical patent/EP2986495A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/70—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at single endless flexible member, e.g. chain, between cycle crankshaft and wheel axle, the motor engaging the endless flexible member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/18—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears with a plurality of planetary gear units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M7/00—Motorcycles characterised by position of motor or engine
    • B62M7/12—Motorcycles characterised by position of motor or engine with the engine beside or within the driven wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K2204/00—Adaptations for driving cycles by electric motor

Definitions

  • the present invention relates to electrically operated two-wheelers, so-called electric scooters or scooters, and in particular electrically operated two-wheelers with a manual transmission.
  • Electrically powered two-wheelers such as electric scooters or scooters, can be realized either with a drive motor provided in the rear hub or with a separate frame or swing fixed drive motor. Drive motors arranged in the latter manner can then be coupled to the rear wheel by means of a suitable reduction.
  • Powerful electric scooters have the disadvantage that to achieve sufficient starting torques torque-strong drive motors must be used, which in turn must be operated in more than 70% of their cycle times in a partial load range.
  • electric drives In the partial load range, electric drives generally have a low efficiency, so that despite efficient electric motors with peak efficiencies of up to 95%, the cycle efficiencies achieved are well below 80%.
  • the cycle efficiency and thus the range can theoretically be increased by up to 10%, given the appropriate design of the drive motors and the available reduction ratios.
  • the drive motor can be designed to provide a lower starting torque at the same time, which brings both a weight saving and an improvement in the cycle efficiency with it.
  • Gear selection is made in predominantly spur gear transmissions, which are positioned directly on the rear wheel together with the drive motor.
  • gear selection leads to an undesirable asymmetry of the weight distribution in the region of the rear wheel.
  • only one of the speed stages can be used when the actuator is subjected to a continuous holding current, whereby the energy consumption is increased.
  • this object is achieved by the switching arrangement for a drive wheel of a bicycle according to claim 1 and by the drive arrangement, the bicycle and the method according to the independent claims.
  • a shifting arrangement for a drive wheel of a bicycle comprising: a first planetary gear having a first sun gear, first planetary gears and a first ring gear engaged with each other;
  • a second planetary gear having a second sun gear, second planetary gears and a second ring gear engaged with each other;
  • the switching arrangement is designed as a switchable multi-speed transmission, in particular as a two-speed transmission, and has a first planetary gear and a second planetary gear. Furthermore, the ring gear of the first planetary gear is permanently fixed and the ring gear of the second planetary gear freely rotatable and lockable for changing a gear.
  • the planetary gears of the planetary gear are each disposed between the sun gear and the ring gear and both coupled with each other and fixed to an output shaft of the transmission unit.
  • the two sun gears of the planetary gear are rotatably connected to each other via a common motor shaft in a fixed forward direction of rotation.
  • the sun gear of the first planetary gear is connected via a corresponding freewheel with the motor shaft, so that a drive-through in the reverse direction is ensured.
  • the above switching arrangement has the advantage that only the higher gear stage caused by the second planetary gear has to be actively engaged.
  • a in the sense of the forward direction of rotation oriented in the opposite direction freewheel in Drehrmo- ment flow of the first low gear causes with selected (activated) second gear, ie the corresponding ring gear of the second planetary gear is blocked, the freewheel in the first gear is in the drive and no moment can transmit.
  • the ring gear of the second planetary gearset is released, the second gear stage is decoupled and the active gearbox is deactivated.
  • the rotation of the motor shaft by the drive motor becomes the lock operation of the freewheel on the first planetary gear, and the first speed step becomes effective.
  • first ring gear may be fixed and a clutch may be provided to switchably lock or release the second ring gear.
  • the first planetary gear may have a first reduction, which is higher than a second reduction of the second planetary gear.
  • One or more further planetary gears may each be provided, each with a further sun gear, further planet gears and a further ring gear whose reduction ratios are between the first gear reduction and the second gear reduction, whereby further clutches are provided to switchably block or release the further gear wheels. and wherein the further sun gears are each provided with a freewheel, via which the motor shaft is coupled to the one or more further sun gears to transmit a torque in the first direction of rotation and to provide a through drive in the opposite second direction of rotation.
  • a drive assembly for a two-wheeler comprising:
  • a secondary reduction to couple an output shaft of the shift assembly to a drive wheel. Due to the secondary reduction, the total reduction can be adapted to different diameters of a drive wheel rim without having to provide different variants of switching arrangements. Furthermore, it is possible to arrange the drive assembly offset from the drive wheel, for example on a rear wheel drive rocker, and to couple with the drive wheel by means of the secondary reduction, such as a chain or a toothed belt.
  • the drive arrangement may be arranged on a rear swinging arm, in particular between swinging arms of the rear swinging arm.
  • a bicycle is provided with a drive wheel disposed on a rear swing arm, the drive wheel being coupled to the above drive assembly.
  • a method for switching the above switching arrangement wherein for switching between a first drive stage and a second drive stage, only the second ring gear is blocked or released.
  • Figure 1 is a schematic representation of a rear swing arm of an electrically operated two-wheeler
  • Figure 2 is a schematic representation of the gearbox of
  • FIG. 3 is a schematic representation of the gearbox of
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a rear swing arm 1 of a two-wheeler, in particular an electrically operated electric scooter or
  • the rear swing arm 1 has an oscillating axis 2 about which the rear swing arm 1 is pivotally mounted.
  • the rear swing arm 1 is loaded with a spring to realize suspension of the two-wheeler (not shown).
  • a drive wheel 3 with a wheel rim 4 and a tire 5 is arranged at one of the swing axle 2 opposite end of the rear swing arm 1.
  • the drive wheel 3 of the bicycle is arranged on a rear wheel shaft 6, which is held between two swing arms supported on the rear swing arm 1.
  • the rear swinging arm 1 is designed as a two-arm swinging arm, with one-arm swinging generally also being able to be used in conjunction with the present invention.
  • the rear wheel shaft 6 carries, axially offset from the drive wheel 3, a rear sprocket 7, which may alternatively also be designed as a rear pulley.
  • the rear sprocket 7 is coupled via a chain 9 with a pinion 8.
  • a front pulley and instead of the chain 9, a toothed belt may be provided.
  • the pinion 8 or the front pulley, the chain 9 or the toothed belt and the rear sprocket 7 and the rear pulley form a secondary reduction for coupling the
  • a drive motor 10 is provided, which is preferably attached to the rear swing arm 1 between the swingarm arms and a motor shaft 15 has.
  • the drive motor 10 is arranged so that the motor shaft is preferably arranged axially parallel to the rear wheel shaft 6.
  • the drive motor 10 is preferably designed as an electric motor and is fed by a (not shown) electrical energy source via a control unit for adjusting the drive torque to be provided.
  • a manual transmission 1 1 Scholl- tion
  • the output shaft 12 is connected to the pinion 8 and the front pulley.
  • the gearbox 1 1 is preferably installed compact with the drive motor 10, wherein an adaptation of the drive system to different diameters of a drive wheel 3 by adjusting the secondary reduction 7, 8, 9 is provided.
  • the manual transmission 1 1 is shown in more detail in the schematic representation of Figure 2.
  • the transmission 1 1 is designed as a two-speed transmission, which has a first planetary gear 20 and a second planetary gear 30.
  • the first planetary gear 20 has a first sun gear 21, a plurality of the first sun gear 21 rotating first planetary gears 22 and a first the first planetary gears 22 encircling ring gear 23.
  • the first planetary gears 22, the first sun gear 21, and the first ring gear 23 are formed as gears, with the first planetary gears 22 meshing with the first sun gear 21 and the first ring gear 23.
  • the second planetary gear 30 has a second sun gear 31, a plurality of second planetary gears 32 revolving around the second sun gear 31, and a second ring gear 33 revolving around the second planetary gears 32.
  • the second planetary gears 32, the second sun gear 31 and the second ring gear 33 are formed as gears, wherein the second planet gears 32 are engaged with the second sun gear 31 and the second ring gear 33.
  • the drive motor 10 is connected via its motor shaft 15 fixed to the second sun gear 31.
  • the output shaft 12 is fixedly coupled to axle holes of the first and second planetary gears 22, 32 so that rotation of the planetary gears 22, 32 about the respective sun gear 21, 31 causes rotation of the output shaft 12.
  • the first sun gear 21 has a smaller diameter than the second sun gear 31. Accordingly, the first planet gears 22 are formed with a larger diameter than the second planet gears 32 and the first ring gear 23 has a higher inner diameter than the second
  • the first ring gear 23 is fixed, d. H. not rotatable, mounted so that when decoupled second planetary gear 30 of the freewheel 24 engages and the first planetary gear 20 transmits a torque to the output shaft 14, which results from the drive torque of the drive motor 10 of the first reduction of the first planetary gear 20.
  • the torque flow is schematically represented by arrows on the motor shaft 15 via the first sun gear 21, the first planet gears 22 and the output shaft 12.
  • the second ring gear 33 of the second planetary gear 30 is provided with a switchable clutch 34, which allow a rotation of the second ring gear 33 and in the case of a shift, the second ring gear 33 can block.
  • a switchable clutch 34 which allow a rotation of the second ring gear 33 and in the case of a shift, the second ring gear 33 can block.
  • FIG. 3 the second ring gear 33 is blocked and the drive torque of the drive motor 10 via the second planetary gear 30, d. H. via the second planet gears 32, on the
  • Planet wheels 32 rotate predetermined speed around the first sun gear 21 and rotate due to the lower reduction of the second planetary gear 30, the first sun gear 21 faster than it is caused by the drive of the first sun gear 21 through the motor shaft 15.
  • a relative movement between the first planet gears 22 and the first sun gear 21 effectively takes place, which corresponds to a reverse direction of rotation.
  • the first sun gear 21 is then decoupled from the motor shaft 15 of the drive motor 10, so that no torque-locking coupling is effected.
  • the first sun gear 21 rotates in the reverse direction with respect to the rotation of the output shaft 12 of the drive motor 10 and thus runs freely.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung (11) für ein Antriebsrad (3) eines Zweirads, umfassend: - ein erstes Planetengetriebe (20) mit einem ersten Sonnenrad (21), ersten Planetenrädern (22) und einem ersten Hohlrad (23), wobei das erste Sonnenrad (21) über die ersten Planetenräder (22) mit dem ersten Hohlrad (23) gekoppelt ist; - ein zweites Planetengetriebe (30) mit einem zweiten Sonnenrad (31), zweiten Planetenrädern (32) und einem zweiten Hohlrad (33), wobei das zweite Sonnenrad (31 ) über die zweiten Planetenräder (32) mit dem zweiten Hohlrad (33) gekoppelt ist; - eine Motorwelle (15), die fest mit dem zweiten Sonnenrad (31 ) gekoppelt ist; - eine Abtriebswelle (12), die fest mit den ersten und den zweiten Planetenrädern (22, 32) gekoppelt ist, so dass eine Umlaufbewegung der Planetenräder (22, 32) um das entsprechende Sonnenrad (21, 31) auf die Abtriebswelle (12) übertragen ist; und - einen Freilauf (24), über den die Motorwelle (15) mit dem ersten Sonnenrad (21) gekoppelt ist, um in einer ersten Drehrichtung ein Drehmoment zu übertragen und in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung einen Durchtrieb bereitzustellen.

Description

Beschreibung
Schaltbares Mehrganggetriebe für ein elektrisch betriebenes Zweirad
sowie Zweirad
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft elektrisch betriebene Zweiräder, so genannte Elektroroller bzw. Scooter, und insbesondere elektrisch betriebene Zweiräder mit einem Schaltgetriebe.
Stand der Technik
Elektrisch betriebene Zweiräder, wie beispielsweise Elektroroller bzw. Scooter, können entweder mit einem in der Hinterradnabe vorgesehenen Antriebsmotor oder mit einem separaten rahmen- oder schwingenfest angeordneten Antriebsmotor realisiert sein. In letzterer Weise angeordnete Antriebsmotoren können dann mithilfe einer geeigneten Untersetzung mit dem Hinterrad gekoppelt sein.
Derartige Untersetzungen bieten zumeist keinen Gangwechsel an, sondern sind als Ein-Gang-Versionen ausgeführt.
Eingängig ausgeführte Elektroroller haben den Nachteil, dass zum Erreichen ausreichender Anfahrmomente drehmomentenstarke Antriebsmotoren eingesetzt werden müssen, die wiederum in mehr als 70% ihrer Zyklusbetriebszeiten in einem Teillastbereich betrieben werden müssen. In dem Teillastbereich weisen Elektroantriebe in der Regel einen geringen Wirkungsgrad auf, so dass trotz effizienter Elektromotoren mit Spitzenwirkungsgraden von bis zu 95% die erreichten Zykluswirkungsgrade deutlich unter 80% liegen. Durch Einsatz eines Zweiganggetriebes kann theoretisch, bei entsprechender Auslegung der Antriebsmotoren und der verfügbaren Untersetzungen, der Zykluswirkungsgrad und damit die Reichweite um bis zu 10% erhöht werden. Durch die dadurch mögliche höhere Untersetzung kann gleichzeitig der Antriebsmotor zum Bereitstellen eines geringeren Anfahrdrehmoments ausgelegt werden, was sowohl eine Gewichtseinsparung als auch eine Verbesserung des Zykluswirkungsgrads mit sich bringt.
Man kann Elektroroller mit Zweiganggetrieben vorsehen, bei denen die
Gangwahl in vorwiegend stirnverzahnten Getrieben erfolgt, die gemeinsam mit dem Antriebsmotor unmittelbar am Hinterrad positioniert sind. Eine solche Anordnung führt jedoch zu einer unerwünschten Asymmetrie der Gewichtsverteilung im Bereich des Hinterrads. Weiterhin kann nur eine der Fahrstufen verwendet werden, wenn der Aktuator mit einem kontinuierlichen Haltestrom beaufschlagt wird, wodurch die Energieaufnahme erhöht ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltanordnung für ein Zweirad zur Verfügung zu stellen, die einen geringen Bauraum benötigt und deren Anordnung eine Asymmetrie der Gewichtsverteilung am Hinterrad weitestgehend vermeidet.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Schaltanordnung für ein Antriebsrad eines Zweirads gemäß Anspruch 1 sowie durch die Antriebsanordnung das Zweirad und das Verfahren gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Schaltanordnung für ein Antriebsrad eines Zweirads vorgesehen, umfassend: - ein erstes Planetengetriebe mit einem ersten Sonnenrad, ersten Planetenrädern und einem ersten Hohlrad, die sich miteinander in Eingriff befinden;
- ein zweites Planetengetriebe mit einem zweiten Sonnenrad, zweiten Planetenrädern und einem zweiten Hohlrad, die sich miteinander in Eingriff befinden;
- eine Motorwelle, die fest mit dem zweiten Sonnenrad gekoppelt ist;
- eine Abtriebswelle, die fest mit den ersten und den zweiten Planetenrädern gekoppelt ist, so dass eine Umlaufbewegung der Planetenräder um das entsprechende Sonnenrad auf die Abtriebswelle übertragen wird; und
- einen Freilauf, über den die Motorwelle mit dem ersten Sonnenrad gekoppelt ist, um in einer ersten Drehrichtung ein Drehmoment zu übertragen und in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung einen Durchtrieb bereitzustellen.
Eine Idee der obigen Schaltanordnung besteht darin, diese räumlich zwischen einer Motorwelle eines Antriebsmotors und der Abtriebswelle anzuordnen. Die Schaltanordnung ist als schaltbares Mehrganggetriebe, insbesondere als Zweiganggetriebe, ausgebildet und weist ein erstes Planetengetriebe und ein zweites Planetengetriebe auf. Weiterhin ist das Hohlrad des ersten Planetengetriebes dauerhaft festgelegt und das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes zum Wechsel einer Fahrstufe frei dreh- und blockierbar. Die Planetenräder der Planetengetriebe sind jeweils zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnet und sowohl miteinander als auch fest mit einer Abtriebswelle der Getriebeeinheit gekoppelt. Die beiden Sonnenräder der Planetengetriebe sind über eine gemeinsame Motorwelle drehfest in einer festgelegten Vorwärts-Drehrichtung miteinander verbunden. Dazu ist das Sonnenrad des ersten Planetengetriebes über einen entsprechenden Freilauf mit der Motorwelle verbunden, so dass ein Durchtrieb in Rückwärtsrichtung gewährleistet ist.
Die obige Schaltanordnung hat den Vorteil, dass nur die durch das zweite Planetengetriebe bewirkte höhere Fahrstufe aktiv eingekuppelt werden muss. Ein im Sinne der Vorwärts-Drehrichtung gegensinnig orientierter Freilauf im Drehrmo- mentfluss der ersten niedrigen Fahrstufe bewirkt, dass sich bei ausgewählter (aktivierter) zweiter Fahrstufe, d. h. das entsprechende Hohlrad des zweiten Planetengetriebes ist blockiert, der Freilauf in der ersten Fahrstufe im Durchtrieb befindet und kein Moment übertragen kann. Ist das Hohlrad des zweiten Planetengetriebes dagegen freigegeben, so ist die zweite Fahrstufe entkuppelt und die akti- ve Drehung der Motorwelle durch den Antriebsmotor wird zum Sperrbetrieb des Freilaufs am ersten Planetengetriebe, und die erste Fahrstufe wird wirksam.
Dadurch lässt sich eine Schaltanordnung mit einem geringen Bauraum realisieren. Das Vorsehen lediglich einer Kupplung zur Auswahl, ob die höhere Fahrstufe ausgewählt oder nicht ausgewählt ist, ermöglicht die sichere Vermeidung eines gleichzeitigen Einlegens beider Fahrstufen, das zum Blockieren des Antriebsrads führen könnte.
Weiterhin kann das erste Hohlrad festgelegt sein und es kann eine Kupplung vorgesehen sein, um das zweite Hohlrad schaltbar zu blockieren oder freizugeben.
Gemäß einer Ausführungsform kann das erste Planetengetriebe eine erste Untersetzung aufweisen, die höher ist als eine zweite Untersetzung des zweiten Planetengetriebes.
Es können ein oder mehrere weitere Planetengetriebe mit jeweils einem weiteren Sonnenrad, weiteren Planetenrädern und einem weiteren Hohlrad vorgesehen sein, deren Untersetzungen zwischen der ersten Untersetzung und der zweiten Untersetzung liegen, wobei weitere Kupplungen vorgesehen sind, um die weiteren Hohlräder schaltbar zu blockieren oder freizugeben, und wobei die weiteren Sonnenräder jeweils mit einem Freilauf versehen sind, über den die Motorwelle mit dem einen oder den mehreren weiteren Sonnenrädern gekoppelt ist, um in der ersten Drehrichtung ein Drehmoment zu übertragen und in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung einen Durchtrieb bereitzustellen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Antriebsanordnung für ein Zweirad vorgesehen, umfassend:
- einen Antriebsmotor;
- die obige Schaltanordnung, die an dem Antriebsmotor angeordnet ist; und
- eine Sekundäruntersetzung, um eine Abtriebswelle der Schaltanordnung mit einem Antriebsrad zu koppeln. Durch die Sekundäruntersetzung kann die Gesamtuntersetzung an unterschiedliche Durchmesser einer Antriebsradfelge angepasst werden, ohne dass dazu verschiedene Varianten von Schaltanordnungen vorgesehen werden müssen. Weiterhin ist es möglich die Antriebsanordnung versetzt zum Antriebsrad, beispielsweise an einer Hinterradtriebschwinge, anzuordnen und mithilfe der Sekundäruntersetzung, wie beispielsweise einer Kette oder eines Zahnriemens, mit dem Antriebsrad zu koppeln.
Weiterhin kann die Antriebsanordnung an einer Hinterradschwinge, insbesondere zwischen Schwingarmen der Hinterradschwinge, angeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Zweirad mit einem an einer Hinterradschwinge angeordneten Antriebsrad vorgesehen, wobei das Antriebsrad mit der obigen Antriebsanordnung gekoppelt ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Schalten der obigen Schaltanordnung vorgesehen, wobei zum Schalten zwischen einer ersten fahrstufe und einer zweiten Fahrstufe lediglich das zweite Hohlrad blockiert oder frei- gegeben wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Hinterradschwinge eines elektrisch betriebenen Zweirads; Figur 2 eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes der
Schaltanordnung bei ausgewählter erster Fahrstufe; und
Figur 3 eine schematische Darstellung des Schaltgetriebes der
Schaltanordnung bei einer ausgewählten zweiten Fahrstufe. Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hinterradschwinge 1 eines Zweirads, insbesondere eines elektrisch betriebenen Elektrorollers bzw.
Scooters. Die Hinterradschwinge 1 weist eine Schwingachse 2 auf, um die die Hinterradschwinge 1 schwenkbar gelagert ist. Die Hinterradschwinge 1 ist mit einer Feder beaufschlagt, um eine Federung des Zweirads zu realisieren (nicht gezeigt).
An einem der Schwingachse 2 gegenüberliegenden Ende der Hinterradschwinge 1 ist ein Antriebsrad 3 mit einer Radfelge 4 und einem Reifen 5 angeordnet. Das Antriebsrad 3 des Zweirads ist an einer Hinterradwelle 6 angeordnet, die zwischen zwei Schwingenarmen gelagert an der Hinterradschwinge 1 gehalten ist. Die Hinterradschwinge 1 ist im gezeigten Beispiel als Zweiarmschwinge ausgeführt, wobei in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung grundsätzlich auch Einarmschwingen eingesetzt werden können.
Die Hinterradwelle 6 trägt axial versetzt zu dem Antriebsrad 3 weiterhin ein hinte- res Kettenrad 7, das alternativ auch als eine hintere Riemenscheibe ausgebildet sein kann. Das hintere Kettenrad 7 ist über eine Kette 9 mit einem Ritzel 8 gekoppelt. Anstelle des Ritzels 8 kann eine vordere Riemenscheibe und anstelle der Kette 9 ein Zahnriemen vorgesehen sein. Das Ritzel 8 bzw. die vordere Riemenscheibe, die Kette 9 bzw. der Zahnriemen und das hintere Kettenrad 7 bzw. die hintere Riemenscheibe bilden eine Sekundäruntersetzung zur Kopplung des
Antriebsmotors 10 mit dem Antriebsrad 3.
Es ist ein Antriebsmotor 10 vorgesehen, der an der Hinterradschwinge 1 vorzugsweise zwischen den Schwingenarmen befestigt ist und eine Motorwelle 15 aufweist. Der Antriebsmotor 10 ist so angeordnet, dass die Motorwelle vorzugsweise achsparallel zur Hinterradwelle 6 angeordnet ist. Der Antriebsmotor 10 ist vorzugsweise als Elektromotor ausgebildet und wird von einer (nicht gezeigten) elektrischen Energiequelle über eine Steuereinheit zum Einstellen des bereitzustellenden Antriebsmoments gespeist. Zwischen dem Antriebsmotor 10 und dem Ritzel 8 ist unmittelbar am Antriebsmotor 10 ein Schaltgetriebe 1 1 (Schaltanord- nung) vorgesehen, dessen Abtriebswelle 12 mit dem Ritzel 8 bzw. der vorderen Riemenscheibe verbunden ist.
Das Schaltgetriebe 1 1 wird vorzugsweise kompakt mit dem Antriebsmotor 10 verbaut, wobei eine Anpassung des Antriebssystems an verschiedene Durchmesser eines Antriebsrads 3 durch Anpassung der Sekundäruntersetzung 7, 8, 9 vorgesehen wird.
Das Schaltgetriebe 1 1 ist in der schematischen Darstellung der Figur 2 detaillier- ter gezeigt. Das Schaltgetriebe 1 1 ist als Zweiganggetriebe ausgebildet, das ein erstes Planetengetriebe 20 und ein zweites Planetengetriebe 30 aufweist. Das erste Planetengetriebe 20 weist ein erstes Sonnenrad 21 , mehrere das erste Sonnenrad 21 umlaufende erste Planetenräder 22 und ein erstes die ersten Planetenräder 22 umlaufendes Hohlrad 23 auf. Die ersten Planetenräder 22, das erste Sonnenrad 21 und das erste Hohlrad 23 sind als Zahnräder ausgebildet, wobei die ersten Planetenräder 22 mit dem ersten Sonnenrad 21 und dem ersten Hohlrad 23 in Eingriff stehen.
Analog weist das zweite Planetengetriebe 30 ein zweites Sonnenrad 31 , mehrere das zweite Sonnenrad 31 umlaufende zweite Planetenräder 32 und ein zweites die zweiten Planetenräder 32 umlaufendes Hohlrad 33 auf. Die zweiten Planetenräder 32, das zweite Sonnenrad 31 und das zweite Hohlrad 33 sind als Zahnräder ausgebildet, wobei die zweiten Planetenräder 32 mit dem zweiten Sonnenrad 31 und dem zweiten Hohlrad 33 in Eingriff stehen.
Der Antriebsmotor 10 ist über seine Motorwelle 15 fest mit dem zweiten Sonnenrad 31 verbunden. Die Verbindung der Motorwelle 15 mit dem ersten Sonnenrad 21 erfolgt über einen Freilauf 24, der für eine Vorwärtsdrehrichtung sperrt und eine Momentenübertragung zulässt und in einer (der Vorwärtsrichtung ent- gegengesetzten) Rückwärtsdrehrichtung kein Moment auf das erste Sonnenrad 21 überträgt.
Die Abtriebswelle 12 ist mit Achslöchern der ersten und zweiten Planetenräder 22, 32 fest gekoppelt, so dass ein Umlaufen der Planetenräder 22, 32 um das betreffende Sonnenrad 21 , 31 eine Drehung der Abtriebswelle 12 bewirkt. Das erste Sonnenrad 21 weist einen kleineren Durchmesser auf als das zweite Sonnenrad 31. Entsprechend sind die ersten Planetenräder 22 mit größerem Durchmesser ausgebildet als die zweiten Planetenräder 32 und das erste Hohlrad 23 weist einen höheren Innendurchmesser auf als das zweite
Hohlrad 33. Dadurch besteht für das erste Planetengetriebe 20 eine höhere
Untersetzung als für das zweite Planetengetriebe 30. Folglich dient die Funktion des ersten Planetengetriebes 20 zur Realisierung einer ersten niedrigen Fahrstufe und die Funktion des zweiten Planetengetriebes 30 zur Realisierung einer zweiten höheren Fahrstufe.
Das erste Hohlrad 23 ist fest, d. h. nicht drehbar, montiert, so dass bei entkoppeltem zweiten Planetengetriebe 30 der Freilauf 24 greift und das erste Planetengetriebe 20 ein Moment auf die Abtriebswelle 14 überträgt, das sich aus dem Antriebsmoment des Antriebsmotor 10 der ersten Untersetzung des ersten Plane- tengetriebes 20 ergibt. Der Momentenfluss ist durch Pfeile an der Motorwelle 15 über das erste Sonnenrad 21 , die ersten Planetenräder 22 und die Abtriebswelle 12 schematisch dargestellt.
Das zweite Hohlrad 33 des zweiten Planetengetriebes 30 ist mit einer schaltba- ren Kupplung 34 versehen, die eine Drehung des zweiten Hohlrads 33 zulassen und im Falle eines Schaltens das zweite Hohlrad 33 blockieren kann. Dieser Fall ist in Figur 3 schematisch dargestellt. In Figur 3 ist das zweite Hohlrad 33 blockiert und das Antriebsmoment des Antriebsmotors 10 wird über das zweite Planetengetriebe 30, d. h. über die zweiten Planetenräder 32, auf die
Abtriebswelle 12 übertragen. Der Momentenfluss für den Fall der Figur 3 ist durch Pfeile an der Motorwelle 15 über das zweite Sonnenrad 31 , die zweiten Planetenräder 32 und die Abtriebswelle 12 schematisch dargestellt.
Für das erste Planetengetriebe 20 stellt sich bei blockiertem zweiten Hohlrad 33 ein Fall ein, in dem sich die ersten Planetenräder 22 mit der durch die zweiten
Planetenräder 32 vorgegebenen Geschwindigkeit um das erste Sonnenrad 21 drehen und aufgrund der niedrigeren Untersetzung des zweiten Planetengetriebes 30 das erste Sonnenrad 21 schneller umlaufen, als es durch den Antrieb des ersten Sonnenrads 21 durch die Motorwelle 15 bewirkt wird. Dadurch findet ef- fektiv eine Relativbewegung zwischen den ersten Planetenrädern 22 und dem ersten Sonnenrad 21 statt, die einer Rückwärtsdrehrichtung entspricht. Aufgrund des Freilaufs 24 ist dann das erste Sonnenrad 21 von der Motorwelle 15 des Antriebsmotors 10 entkoppelt, so dass keine momentenschlüssige Kopplung bewirkt wird. Mit anderen Worten dreht sich durch das Mitnehmen der ersten Planetenräder 22 durch die zweiten Planetenräder 32 das erste Sonnenrad 21 bezüglich der Drehung der Abtriebswelle 12 des Antriebsmotors 10 in Rückwärtsrichtung und läuft somit frei. Auf diese Weise muss zum Einlegen oder Auskoppeln des zweiten Ganges nur das Schalten, d. h. Blockieren oder Freigeben, des zweiten Hohlrads 33 vorgenommen werden, da sich bei blockiertem zweiten Hohlrad 33 der Freilauf 24 in dem ersten Planetengetriebe 20 im Durchtrieb befindet und kein Moment übertragen werden kann.
Durch die Kombination von Kupplung 34 und Freilauf 24 in den beiden Planetengetrieben 20, 30 ist sicher ausgeschlossen, dass beide Fahrstufen gleichzeitig aktiviert werden können und dadurch das Schaltgetriebe 1 1 zum Blockieren kommt. Die erforderliche gegensinnige Orientierung des Freilaufs 24 ermöglicht einen Leerlauf bezüglich eines Rückwärtsrollens des Zweirads, ohne dass eine Fahrstufe "Leerlauf ausgewählt werden muss.

Claims

Ansprüche
1 . Schaltanordnung (1 1 ) für ein Antriebsrad (3) eines Zweirads, umfassend:
- ein erstes Planetengetriebe (20) mit einem ersten Sonnenrad (21 ), ersten Planetenrädern (22) und einem ersten Hohlrad (23), wobei das erste Sonnenrad (21 ) über die ersten Planetenräder (22) mit dem ersten Hohlrad (23) gekoppelt ist;
- ein zweites Planetengetriebe (30) mit einem zweiten Sonnenrad (31 ), zweiten Planetenrädern (32) und einem zweiten Hohlrad (33), wobei das zweite Sonnenrad (31 ) über die zweiten Planetenräder (32) mit dem zweiten Hohlrad (33) gekoppelt ist;
- eine Motorwelle (15), die fest mit dem zweiten Sonnenrad (31 ) gekoppelt ist;
- eine Abtriebswelle (12) , die fest mit den ersten und den zweiten Planetenrädern (22, 32) gekoppelt ist, so dass eine Umlaufbewegung der Planetenräder (22, 32) um das entsprechende Sonnenrad (21 , 31 ) auf die Abtriebswelle (12) übertragen wird; und
- einen Freilauf (24), über den die Motorwelle (15) mit dem ersten Sonnenrad (21 ) gekoppelt ist, um in einer ersten Drehrichtung ein Drehmoment zu übertragen und in einer entgegengesetzten zweiten Drehrichtung einen Durchtrieb bereitzustellen.
2. Schaltanordnung (1 1 ) nach Anspruch 1 , wobei das erste Hohlrad (23) festgelegt ist und eine Kupplung (34) vorgesehen ist, um das zweite Hohlrad (33) schaltbar zu blockieren oder freizugeben.
3. Schaltanordnung (1 1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Planetengetriebe (20) eine erste Untersetzung aufweist, die höher ist als eine zweite Untersetzung des zweiten Planetengetriebes (30) .
4. Schaltanordnung (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein oder mehrere weitere Planetengetriebe mit jeweils einem weiteren Sonnenrad, weiteren Planetenrädern und einem weiteren Hohlrad vorgesehen sind, deren Untersetzungen zwischen der ersten Untersetzung und der zweiten Untersetzung liegen, wobei weitere Kupplungen vorgesehen sind, um die weiteren Hohlräder schaltbar zu blockieren oder freizugeben, und wobei die weiteren Sonnenräder jeweils mit einem Freilauf versehen sind, über den die Motorwelle (15) mit dem einen oder den mehreren weiteren Sonnenrädern gekoppelt ist, um in der ersten Drehrichtung ein Drehmoment zu übertragen und in der entgegengesetzten zweiten Drehrichtung einen Durchtrieb bereitzustellen.
Antriebsanordnung für ein Zweirad, umfassend:
- einen Antriebsmotor (10);
- eine Schaltanordnung (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die an dem Antriebsmotor (10) angeordnet ist; und
- eine Sekundäruntersetzung (7, 8, 9), um eine Abtriebswelle (12) der Schaltanordnung (1 1 ) mit einem Antriebsrad (3) zu koppeln.
Antriebsanordnung nach Anspruch 5, wobei die Antriebsanordnung an einer Hinterradschwinge (1 ), insbesondere zwischen Schwingarmen der Hinterradschwinge (1 ), angeordnet ist.
Zweirad mit einem an einer Hinterradschwinge (1 ) angeordneten Antriebsrad, wobei das Antriebsrad (3) mit einer Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6 gekoppelt ist.
Verfahren zum Schalten einer Schaltanordnung (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei zum Schalten zwischen einer ersten Fahrstufe und einer zweiten Fahrstufe lediglich das zweite Hohlrad (33) blockiert oder freigegeben wird.
Verwendung einer Antriebsanordnung nach Anspruch 5 oder 6 in einem Zweirad.
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