EP4532309A1

EP4532309A1 - Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes fahrzeug und mikromobilitätsfahrzeug mit dieser antriebseinrichtung

Info

Publication number: EP4532309A1
Application number: EP23741977.5A
Authority: EP
Inventors: Fabian Kutter; Philipp Rechenbach; Uwe Griesmeier; Johannes Kaltenbach
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2023-05-15
Publication date: 2025-04-09
Also published as: WO2023227405A1; DE102022205263B3; US20260001617A1

Abstract

Eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug ist vorgesehen, die eine Kurbeleinrichtung (3) zur Aufnahme einer Muskelkraft und ein Überlagerungsgetriebe (1) zur Übertragung der Muskelkraft auf ein Abtriebsrad (10) zum Antreiben des Fahrzeugs aufweist. Ferner sind eine elektrische Maschine (2) und ein am Fahrzeug montierbares Gehäuse (6) zur zumindest teilweisen Aufnahme von Elementen der Antriebseinrichtung vorgesehen. Das Überlagerungsgetriebe (1) ist als Stufenplanetensatz mit mindestens einem Stufenplanetenrad (15), entsprechenden Hohlrädern (12, 14) und einem Eingangselement ausgebildet. Die Kurbeleinrichtung (3) ist mit einem der Hohlräder (12, 14) koppelbar und ein Ausgangselement (22) der elektrischen Maschine (2) ist mit dem Eingangselement gekoppelt. Das Überlagerungsgetriebe (1) ist bezüglich des Gehäuses (6) drehbar angeordnet, so dass eine Rotation der elektrischen Maschine (2) und eine Rotation der Kurbeleinrichtung (3) überlagert und auf das Abtriebsrad (10) übertragen werden können. Ferner ist ein Mikromobilitätsfahrzeug vorgesehen, dass eine derartige Antriebseinrichtung aufweist.

Description

Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug und Mikromobilitätsfahrzeug mit dieser Antriebseinrichtung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, bei dem eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest zeitweise durch eine Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeugs erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Antriebseinrichtung ausgestattet ist.

DE 10 2009 045 447 offenbart eine Antriebseinrichtung für ein Zweirad, bei dem eine durch Muskelkraft eingeleitete Antriebskraft durch eine elektrische Antriebsmaschine unterstützt werden kann. Bei dieser Antriebseinrichtung ist ein Planetengetriebe zur Herabsetzung der Ausgangsdrehzahl der elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen.

CN 1237520 A offenbart eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, das als Zweirad ausgebildet sein kann. Bei dieser Antriebseinrichtung wird ein Getriebe eingesetzt, mit dem die Antriebskraft einer elektrischen Maschine und eine durch Muskelkraft des Fahrers herbeigeführte Antriebskraft überlagert werden können.

Eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug ist vorgesehen, wobei die Antriebseinrichtung eine Kurbeleinrichtung zur Aufnahme einer Muskelkraft und ein Überlagerungsgetriebe zur Übertragung der Muskelkraft auf ein Abtriebsrad aufweist. Über das Abtriebsrad wird eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs abgegeben. Ferner weist die Antriebseinrichtung eine elektrische Maschine und ein am Fahrzeug montierbares Gehäuse zur zumindest teilweisen Aufnahme von Elementen der Antriebseinrichtung auf. Das Überlagerungsgetriebe ist als Stufenplanetensatz mit mindestens einem Stufenplanetenrad, entsprechenden Hohlrädern und einem Eingangselement ausgebildet. Die Kurbeleinrichtung ist mit einem der Hohlräder koppelbar und ein Ausgangselement der elektrischen Maschine ist mit dem Eingangselement gekoppelt. Das Überlagerungsgetriebe ist bezüglich des Gehäuses drehbar angeordnet, so dass eine Rotation der elektrischen Maschine und eine Rotation der Kurbeleinrichtung überlagert und auf das Abtriebsrad übertragen werden.

Die elektrische Maschine ist in diesem Zusammenhang als eine elektrische Maschine zur Drehzahlsteuerung ausgebildet, wobei sich die Drehzahlsteuerung auf das Abtriebsrad bezieht und im Zusammenhang mit dem Überlagerungsgetriebe herbeigeführt wird. Die Kurbeleinrichtung kann eine Kurbelwelle aufweisen, die beidseitig entsprechende Kurbelarme trägt. Über die Kurbelarme mit daran angebrachten Pedalen kann die durch Muskelkraft erzeugte Antriebskraft auf die Kurbelwelle aufgebracht werden. Das Eingangselement kann in diesem Zusammenhang ein Element des Überlagerungsgetriebes sein, das zur Einleitung einer Antriebskraft der elektrischen Maschine in das Überlagerungsgetriebe geeignet ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Stufenplanetenrad ein Planetenrad mit großem Durchmesser und ein damit gekoppeltes Planetenrad mit kleinem Durchmesser aufweisen. Das Überlagerungsgetriebe kann dabei ferner ein Hohlrad mit großem Durchmesser, das mit dem Planetenrad mit großem Durchmesser eingreift, und ein Hohlrad mit kleinem Durchmesser aufweisen, das mit dem Planetenrad mit kleinem Durchmesser eingreift.

Dabei kann das Stufenplanetenrad zwei miteinander gekoppelte Planetenräder aufweisen, die unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen. Dabei kann ein Planetenrad mit großem Durchmesser vorgesehen sein, dessen Durchmesser größer als derjenige des weiteren Planetenrads ist, dessen wirksamer Durchmesser entsprechend kleiner als derjenige des Planetenrads mit großem Durchmesser ist. Entsprechend können zwei Hohlräder vorgesehen sein, die unterschiedliche wirksame Durchmesser aufweisen. Dabei ist ein Hohlrad mit großem Durchmesser vorgesehen, dessen wirksamer Durchmesser größer als derjenige des Weiteren Hohlrads ist, das entsprechend einen kleinen Durchmesser als das Hohlrad mit großem Durchmesser aufweist. Die Hohlräder können jeweils eine Innenverzahnung aufweisen. Die Innenverzahnung der Hohlräder kann mit entsprechenden Außenverzahnungen der Planetenräder zur Kraftübertragung eingreifen. Das Stufenplanetenrad kann drehbar gelagert sein, so dass sich das Planetenrad mit großem Durchmesser und das Planetenrad mit kleinem Durchmesser mit derselben Drehzahl drehen. Die Hohlräder können im Betrieb des Überlagerungsgetriebes mit einer voneinander abweichenden Drehzahl gedreht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Überlagerungsgetriebe ein Sonnenrad mit kleinem Durchmesser aufweisen, das mit dem Planetenrad mit großem Durchmesser eingreift. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Planetenrad mit kleinem Durchmesser nur mit dem Hohlrad mit kleinem Durchmesser eingreift. Das Sonnenrad mit kleinem Durchmesser kann dabei das Eingangselement bilden, mit dem das Ausgangselement der elektrischen Maschine gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Planetenrad mit kleinem Durchmesser mit keinem anderen Element eingreift als mit dem Hohlrad mit kleinem Durchmesser.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Überlagerungsgetriebe ein Sonnenrad mit großem Durchmesser aufweisen, das mit dem Planetenrad mit kleinem Durchmesser eingreift. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Planetenrad mit großem Durchmesser nur mit dem Hohlrad mit großem Durchmesser eingreift. Das Sonnenrad mit großem Durchmesser kann dabei das Eingangselement bilden, mit dem das Ausgangselement der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Planetenrad mit großem Durchmesser mit keinem anderen Element eingreift als mit dem Hohlrad mit großem Durchmesser.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Überlagerungsgetriebe einen Stufenplanetensteg aufweisen, der das mindestens eine Stufenplanetenrad drehbar und auf einer Umlaufbahn um eine Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes bewegbar hält. Der Stufenplanetensteg kann das Eingangselement bilden, mit dem das Ausgangselement der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Stufenplanetenrad nur mit den entsprechenden Hohlrädern eingreift. Gemäß dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Stufenplanetenrad mit keinen anderen Elementen als mit den entsprechenden Hohlrädern eingreift. Die entsprechenden Hohlräder sind dabei jeweils das Hohlrad mit großem Durchmesser und das Hohlrad mit kleinem Durchmesser. Der Stufenplanetensteg kann dabei jede Form annehmen, so lange dieser geeignet ist, um das Stufenplanetenrad drehbar zu halten und gleichzeitig das Stufenplanetenrad auf einer Umlaufbahn um die Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes bewegbar zu halten. Der Stufenplanetensteg gemäß dieser Ausführungsform kann dann das Eingangselement bilden, mit dem das Ausgangselement der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Über diese Kopplung des Ausgangselements der elektrischen Maschine und dem als Stufenplanetensteg ausgebildeten Eingangselement kann das Stufenplanetenrad auf seiner Umlaufbahn bewegt werden.

Gemäß einer Ausführungsform können die elektrische Maschine und das Überlagerungsgetriebe koaxial zueinander angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrische Maschine und das Überlagerungsgetriebe koaxial auf einer Symmetrieachse angeordnet sind, wobei die elektrische Maschine und das Überlagerungsgetriebe in der Axialrichtung zueinander benachbart angeordnet sind.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Kraftübertragungspfad zwischen der Kurbeleinrichtung und dem Überlagerungsgetriebe ein Freilauf vorgesehen sein, der eine Kraftübertragung zwischen der Kurbeleinrichtung und dem Überlagerungsgetriebe nur in einer Drehrichtung erlaubt. Dabei kann vorgesehen sein, dass in einer ersten Drehrichtung der Kurbeleinrichtung eine Antriebskraft auf das Überlagerungsgetriebe übertragen wird, wobei in einer zweiten Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der ersten Drehrichtung ist, keine Kraft auf das Überlagerungsgetriebe von der Kurbeleinrichtung übertragen werden kann. Der Freilauf kann dabei jede Gestalt annehmen, solange die vorstehend genannte Funktion erfüllt wird.

Gemäß einer Ausführungsform kann ferner eine elektrische Antriebsmaschine vorgesehen sein, die über ein Ausgangselement mit einem Eingangselement des Überlagerungsgetriebes gekoppelt werden kann, so dass die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine auf das Abtriebsrad des Überlagerungsgetriebes übertragen werden kann. Die elektrische Antriebsmaschine ist dabei zusätzlich zu der elektrischen Maschine vorgesehen, die zur Drehzahlsteuerung im Zusammenhang mit dem Überlagerungsgetriebe vorgesehen ist. In einer Ausführungsform kann elektrische Antriebsmaschine mit einer höheren Ausgangsleistung als die elektrische Maschine zur Drehzahlsteuerung ausgelegt sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen dem Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine und dem Eingangselement des Überlagerungsgetriebes ein Untersetzungsgetriebe zur Verringerung der von der elektrischen Antriebsmaschine abgegebenen Drehzahl vorgesehen sein. Dabei kann jede Art eines Untersetzungsgetriebes eingesetzt werden, solange die von der elektrischen Antriebsmaschine abgegebene Antriebskraft mit einer verringerten Drehzahl auf das Überlagerungsgetriebe aufgebracht werden kann. Dabei kann aufgrund der Verringerung der Drehzahl das verfügbare Drehmoment ausgehend von dem Drehmoment der elektrischen Antriebsmaschine erhöht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Untersetzungsgetriebe eines von einem Planetensatz und einem Stirnradsatz aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Untersetzungsgetriebe einen Planetensatz aufweist, der koaxial zu dem Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine vorgesehen ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass ein Stirnradsatz mit mindestens zwei Stirnrädern vorgesehen ist. Mit dem Stirnradsatz, der mindestens zwei Stirnräder aufweist, kann bewirkt werden, dass ein Versatz zwischen dem Ausgangselement der elektrischen Antriebsmaschine und dem Eingangselement des Überlagerungsgetriebes erzeugt wird. Der Stirnradsatz kann mehr als zwei Stirnräder, insbesondere drei Stirnräder aufweisen. Ferner kann vorgesehen sein, dass mehr als ein Planetensatz vorgesehen ist, wobei die Planetensätze in Reihe miteinander verbunden werden können.

Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine bezüglich des Überlagerungsgetriebes und der elektrischen Maschine axial versetzt angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die elektrische Antriebsmaschine bezüglich der Symmetrieachse von Überlagerungsgetriebe und elektrischer Maschine zur Drehzahlsteuerung axial versetzt angeordnet ist. Dabei kann ein Stirnradsatz vorgesehen sein, der zum Ausgleich des axialen Versatzes zwischen der elektrischen Antriebsmaschine und dem Überlagerungsgetriebe sowie der elektrischen Maschine eingerichtet ist. Mit diesem Aufbau kann eine kompakte Antriebseinrichtung bereitgestellt werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine direkt auf ein das Abtriebsrad tragendes Element des Überlagerungsgetriebes aufgebracht werden. Insbesondere kann die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine ohne Durchlaufen des Überlagerungsgetriebes auf das das Abtriebsrad tragende Element des Überlagerungsgetriebes aufgebracht werden. Dabei kann die Antriebskraft der elektrischen Maschine diejenige Antriebskraft sein, die gegebenenfalls nach Durchlaufen eines Untersetzungsgetriebes erzeugt wird. Das das Abtriebsrad tragende Element des Überlagerungsgetriebes kann dabei jedes Element sein, das kraftschlüssig mit dem Abtriebsrad verbunden ist. Mit dieser Ausführungsform wird bewirkt, dass das Aufbringen einer Antriebskraft auf das das Abtriebsrad tragende Element unmittelbar ein Aufbringen der Antriebskraft auf das Abtriebsrad bewirkt. Dabei kann das das Abtriebsrad tragende Element eine Verzahnung aufweisen, mit der ein Element der elektrischen Antriebsmaschine und gegebenenfalls des Untersetzungsgetriebes zur Kraftübertragung eingreift.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kurbeleinrichtung mit dem Hohlrad mit kleinem Durchmesser koppelbar sein. Wenn die Kurbeleinrichtung mit dem Hohlrad mit kleinem Durchmesser koppelbar ist, kann die auf die Kurbeleinrichtung aufgebrachte Antriebskraft auf das Hohlrad mit kleinem Durchmesser aufgebracht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kurbeleinrichtung in vorbestimmten Betriebszuständen von dem Hohlrad entkoppelt ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Kurbeleinrichtung mit dem Hohlrad mit großem Durchmesser koppelbar sein. Wenn die Kurbeleinrichtung mit dem Hohlrad mit großem Durchmesser koppelbar ist, kann die auf die Kurbeleinrichtung aufgebrachte Antriebskraft auf das Hohlrad mit großem Durchmesser aufgebracht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Kurbeleinrichtung in vorbestimmten Betriebszuständen von dem Hohlrad entkoppelt ist. Gemäß einer Ausführungsform kann die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine nach Durchlaufen des Überlagerungsgetriebes auf das Abtriebsrad des Überlagerungsgetriebes übertragen werden. Insbesondere kann die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine unter Einbeziehung des Überlagerungsgetriebes auf das das Abtriebsrad tragende Element des Überlagerungsgetriebes aufgebracht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Ausgangselement der elektrischen Maschine über einen Freilauf gegenüber dem Gehäuse festlegbar ist. Mit dieser Ausführungsform wird bewirkt, dass die elektrische Maschine, die in Verbindung mit dem Überlagerungsgetriebe zur Drehzahlsteuerung vorgesehen ist, festgelegt werden kann, so dass die elektrische Maschine nicht drehbar gehalten wird. Dadurch kann die Drehzahlsteuerung durch die elektrische Maschine im Zusammenhang mit dem Überlagerungsgetriebe unterbunden werden. Der Freilauf kann dabei als schaltbarer Freilauf ausgestaltet sein. Die Funktion als schaltbarer Freilauf kann durch ein elektromagnetisches Element, ein hydraulisches Element oder ein mechanisches Element herbeigeführt werden. Die Funktion zum Schalten des Freilaufs kann über eine Anweisung des Fahrers, eine von einer Steuerungseinrichtung abgegebene Anweisung oder auf jedem anderen Wege erfolgen. Der Freilauf kann als drehrichtungsabhängige Freilauf ausgeführt sein.

Dabei kann die Sperrfunktion auf eine Drehrichtung beschränkt werden. Der Freilauf kann somit als schaltbarer Freilauf ausgebildet sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann eine Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, die den Betriebszustand, insbesondere Drehzahl und Drehrichtung, der elektrischen Maschine auf der Basis von zugeführten Informationen steuert, so dass sich zwischen der Drehzahl der Kurbelvorrichtung und dem Abtriebsrad ein vorbestimmtes Verhältnis einstellt. Dabei kann durch Steuerung der Drehzahl der elektrischen Maschine bei vorliegender Drehzahl der Kurbelvorrichtung das Verhältnis erhöht oder verringert werden. Ferner kann bewirkt werden, dass bei veränderlicher Drehzahl der Kurbelvorrichtung durch Steuern der Drehzahl der elektrischen Maschine die Drehzahl des Abtriebsrads konstant bleibt oder innerhalb eines vorbestimmten Drehzahlbereichs gehalten werden kann. Ferner kann vorgesehen sein, dass die Steuerungseinrichtung die Drehrichtung der elektrischen Maschine steuert, so dass vorbestimmte Verhältnisse zwischen der Drehzahl der

Kurbelvorrichtung und der Drehzahl des Antriebsrads herbeigeführt werden können.

Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine für einen rekuperativen Betrieb eingerichtet sein, wobei die im rekuperativen Betrieb erzeugte elektrische Energie zumindest teilweise für den Betrieb der elektrischen Maschine eingesetzt werden kann. Dabei kann der rekuperative Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine dadurch herbeigeführt werden, dass durch das Antreiben der Kurbelvorrichtung die elektrische Antriebsmaschine in Rotation versetzt wird. Der rekuperative Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine kann alternativ oder ergänzend dadurch herbeigeführt werden, dass durch den Fährbetrieb des Fahrzeugs die elektrische Antriebsmaschine in Rotation versetzt wird. Die dadurch erzeugte elektrische Energie kann direkt oder indirekt über eine elektrische Energiespeichereinrichtung zum Betrieb der elektrischen Maschine eingesetzt werden. Mit dieser Ausführungsform wird bewirkt, dass eine Drehzahlsteuerung durch die elektrische Maschine herbeigeführt werden kann, ohne dass elektrische Energie von außen zugeführt werden muss.

Gemäß einer Ausführungsform kann ferner eine elektrische Energiespeichereinrichtung vorgesehen sein, die elektrische Energie zum Betrieb der Antriebseinrichtung bereitstellt. Dabei kann die elektrische Energiespeichereinrichtung ein Akkumulator zum Speichern elektrischer Energie sein. Die elektrische Energiespeichereinrichtung kann über eine externe Energiequelle aufladbar sein. Die elektrische Energiespeichereinrichtung kann von dem zugeordneten Fahrzeug, das als Mikromobilitätsfahrzeug ausgebildet sein kann, abnehmbar vorgesehen sein. Ein Mikromobilitätsfahrzeug ist ein für den Individualverkehr geeignetes Fahrzeug und kann z. B. als E-Bike, (S-) Pedelec, Cargobike, Velomobil o. ä. ausgebildet sein. Ein Mikromobilitätsfahrzeug kann als Zweirad-, Dreirad- oder Vierrad-Fahrzeug ausgebildet sein.

Die elektrische Energiespeichereinrichtung kann ferner so ausgestaltet sein, dass diese im Zusammenwirken mit der Steuerungseinrichtung elektrische Energie, die im rekuperativen Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine erzeugt wird, speichern kann. Die vorstehend beschriebene Antriebseinrichtung kann an einem Fahrzeug vorgesehen sein, das zumindest zeitweise mit Muskelkraft betrieben wird. Das Fahrzeug kann dabei jedes Mikromobilitätsfahrzeug sein, welches geeignet für einen Muskelkraftbetrieb ist, wie zum Beispiel ein Zweirad, ein Dreirad, ein Lastenrad, ein handbetriebenes Fahrzeug und andere geeignete Ausgestaltungen von Fahrzeugen.

Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist ein Mikromobilitätsfahrzeug mit wenigstens zwei Rädern vorgesehen, das eine Antriebseinrichtung mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweist. Dabei ist das Abtriebsrad der Antriebseinrichtung mit einem der Räder zum Antrieb des Mikromobilitätsfahrzeugs gekoppelt. Das Abtriebsrad kann dabei über ein Kraftübertragungselement mit einem der Räder zum Antrieb des Mikromobilitätsfahrzeugs gekoppelt sein. Das Mikromobilitätsfahrzeug kann ferner eine elektrische Energiespeichereinrichtung aufweisen, die zur Abgabe und Aufnahme von elektrischer Energie für den Betrieb der Antriebseinrichtung eingerichtet ist. Ferner kann das Mikromobilitätsfahrzeug eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die für den Betrieb der Antriebseinrichtung eingerichtet ist.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform;

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, die eine Abwandlung der Ausführungsform von

Fig. 2 darstellt; Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, die eine Abwandlung der Ausführungsform von Fig. 1 darstellt;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform;

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht einer Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform;

Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorgeschlagenen Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform. Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, weist die Antriebseinrichtung ein Überlagerungsbetriebe 1 , eine elektrische Maschine 2, die zur Drehzahlsteuerung dient, sowie eine Kurbelvorrichtung 3 auf. Zusätzlich sind eine Steuerungseinrichtung 4 und eine elektrische Energiespeichereinrichtung 5 vorgesehen. Die vorstehend genannten Baugruppen der Antriebseinrichtung und deren Wirkungsweise werden im Folgenden in Anwendung auf ein als Zweirad ausgebildetes Mikromobilitätsfahrzeug erläutert.

Das Überlagerungsgetriebe 1 weist, wie in Fig. 1 ersichtlich ist, auf der rechten Seite ein Abtriebsrad 10 auf. Das Abtriebsrad 10 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Kettenrad ausgeführt, das zur Kraftübertragung über eine Antriebskette mit einem Hinterrad eines Zweirads verbunden ist. Das Abtriebsrad 10 ist über ein Hohlwellenelement mit einem Hohlradträger 11 verbunden. Die Rotation des Hohlradträgers 11 wird direkt auf das Abtriebsrad 10 übertragen. An dem Hohlradträger 11 ist ein Hohlrad 12 vorgesehen. Koaxial durch das Abtriebsrad 10 erstreckt sich eine Kurbelvorrichtung 3, die eine Kurbelwelle 30 aufweist, an der an der linken und rechten Seite jeweilige Kurbelarme 31 , 32 vorgesehen sind. Die Ausrichtung der Kurbelarme 31 , 32 bezüglich der Kurbelwelle 30 ist um 180° versetzt. Am Ende der Kurbelarme 31 , 32 sind Pedale vorgesehen. Über die Pedale und die Kurbelarme 31 , 32 kann auf die Kurbelwelle 30 eine Antriebskraft durch den Fahrer des Zweirads aufgebracht werden.

Auf der Kurbelwelle 30 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Freilauf 16 vorgesehen. Der Freilauf 16 ist einerseits mit der Kurbelwelle 30 gekoppelt und andererseits mit einem Hohlradträger 13. Der Freilauf 16 bewirkt, dass eine Drehung der Kurbelwelle 30 relativ zu dem Hohlradträger 13 in einer Richtung auf den Hohlradträger 13 übertragen wird, während bei einer Drehung der Kurbelwelle 30 relativ zu dem Hohlradträger 13 in der entgegengesetzten Richtung keine Kraft auf den Hohlradträger 13 übertragen wird. Der Hohlradträger 13 trägt ein Hohlrad 14.

Das an einem weiteren Hohlradträger 11 vorgesehene Hohlrad 12 ist ein Hohlrad mit großem Durchmesser, während das an dem Hohlradträger 13 vorgesehene Hohlrad 14 ein Hohlrad mit kleinem Durchmesser ist. Insbesondere hat das Hohlrad 12 einen größeren wirksamen Durchmesser als das Hohlrad 14.

In dem Überlagerungsgetriebe 1 ist eine Mehrzahl von Stufenplaneten rädern 15 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind um den Umfang der durch die Kurbelwelle 30 gebildeten Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes 1 drei identisch aufgebaute Stufenplanetenräder 15 vorgesehen. Im Folgenden wird nur ein Stufenplanetenrad 15 erläutert und der Aufbau der weiteren Stufenplanetenräder ist entsprechend identisch. Das Stufenplanetenrad 15 weist ein Planetenrad 151 mit großem Durchmesser und ein Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser auf. Die Planetenräder 151 , 152 sind über eine Stufenplanetenachse 153 starr miteinander gekoppelt. Die Stufenplanetenachse 153 wird drehbar von einem Stufenplanetenträger 154 gehalten.

Die in dem Überlagerungsgetriebe 1 vorgesehenen Stufenplanetenräder 15 werden von dem Stufenplanetenträger 154 jeweils drehbar und auf einer gemeinsamen Umlaufbahn um die Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes 1 gehalten. Dabei steht die Verzahnung des Hohlrads 12 mit großem Durchmesser im Eingriff mit der Verzahnung des Planetenrads 151 mit großem Durchmesser, während die Verzahnung des Hohlrads 14 mit kleinem Durchmesser mit der Verzahnung des Planetenrads 152 mit kleinem Durchmesser steht. In der vorliegenden Ausführungsform weist das Überlagerungsgetriebe 1 ein Sonnenrad 17 auf. Das Sonnenrad 17 greift mit seiner Verzahnung in die Verzahnung des Planetenrads 151 mit großem Durchmesser ein. Das Sonnenrad 17 ist als Sonnenrad mit kleinem Durchmesser ausgeführt und steht in der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit einem Ausgangselement 22, das an anderer Stelle beschrieben wird.

Auf diese Weise ist das Überlagerungsgetriebe 1 als Stufenplanetensatz aufgebaut, bei dem eine Antriebskraft von der Kurbelvorrichtung 3 sowie von dem Ausgangselement 22, das mit dem Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser gekoppelt ist, eingeführt werden kann. Die Antriebskraft kann bei dem Überlagerungsgetriebe 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform über das Abtriebsrad 10 abgegeben werden. In der vorliegenden Ausführungsform dient das Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser als Eingangselement.

In Fig. 1 ist auf der linken Seite von dem Überlagerungsgetriebe 1 eine elektrische Maschine 2 dargestellt. Die elektrische Maschine 2 hat einen symmetrischen Aufbau und ist symmetrisch zu der Kurbelwelle 30 aufgebaut. Die Kurbelwelle 30 ragt durch das Zentrum der elektrischen Maschine 2 hindurch. Die elektrische Maschine 2 weist einen Rotor 20 auf, der drehbar gelagert ist. Ferner weist die elektrische Maschine 2 einen Stator 21 auf, der an einem Gehäuse 6 drehfest montiert ist. Der Rotor 20 ist mit dem Ausgangselement 22 verbunden. Somit kann eine Rotation der elektrischen Maschine 2 über das Ausgangselement 22 auf das Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser übertragen werden.

Wie in Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Steuerung 4 mit der elektrischen Maschine 2 verbunden. Die elektrische Maschine 2 wird in der vorliegenden Ausführungsform von elektrischer Energie betrieben, die in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 5 gespeichert ist. Die Steuerungseinrichtung 4 steuert die Drehzahl und die Drehrichtung der elektrischen Maschine 2, so dass die entsprechende Drehung über das Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser als Eingangselement des Überlagerungsgetriebes eingeleitet werden kann. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Steuerungseinrichtung 4 mit Signalen bzw. Informationen versorgt, die von einem Fahrer des Zweirads eingegeben werden. Im Folgenden wird die Funktion der Antriebseinrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, das in Fig. 1 gezeigt ist.

In einem Betriebszustand, in dem die elektrische Maschine 2 nicht mit elektrischer Energie versorgt wird, kann der Fahrer des Zweirads über die Tretkurbeln die Kurbelvorrichtung 3 zur Vorwärtsfahrt des Zweirads antreiben. Dabei wird die Antriebskraft von der Kurbelvorrichtung 3 über die Kurbelwelle 30, den Freilauf 16 und den Hohlradträger 13 auf das Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser übertragen. Hierdurch wird das Stufenplanetenrad 15 über das Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser in Drehung versetzt und auf einer Umlaufbahn bewegt. Durch die Drehung des Stufenplanetenrads 15 und dem Umlauf des Stufenplanetenrads 15 wird über den Eingriff des Planetenrads 151 mit großem Durchmesser mit dem Hohlrad 12 mit großem Durchmesser der Hohlradträger 11 und somit das Abtriebsrad 10 gedreht. Durch die Verhältnisse der Verzahnungen von den einzelnen Planetenrädern und Hohlrädern wird hierdurch ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 herbeigeführt. Aufgrund der Kopplung der vorgesehenen Stufenplaneten 15 den Planetenträger trifft der vorstehend beschriebene Bewegungsablauf für jeden der Stufenplanetenträger 15 zu.

In einem weiteren Betriebszustand wird die elektrische Maschine 2 mit elektrischer Energie versorgt, so dass diese sich dreht. Dabei kann die elektrische Maschine 2 in einer Drehrichtung angetrieben werden, die derjenigen entspricht, mit der die Kurbelwelle 30 gedreht wird. Hierdurch wird die Drehung des Ausgangselements 22 der elektrischen Maschine 2 über das Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser auf das Stufenplanetenrad 15 übertragen. In diesem Fall werden die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 und die Drehzahl der Kurbelwelle 30 miteinander überlagert. Dadurch kann das Drehzahlverhältnis und somit die Übersetzung zwischen der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 in Abhängigkeit von der Drehzahl der elektrischen Maschine 2 eingestellt werden.

In einem weiteren Betriebszustand kann die elektrische Maschine 2 in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden, in der sich die Kurbelwelle 30 dreht. Auch in diesem Fall werden die Drehzahl der elektrischen Maschine 2 und die Drehzahl der Kurbelwelle 30 überlagert, so dass sich ein veränderliches Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 ergibt.

Über die Steuerungseinrichtung 4 kann in der vorliegenden Ausführungsform der Fahrer über ein nicht dargestelltes Eingabeelement ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 vorgeben. Die Steuerungseinrichtung 4 steuert dann auf der Grundlage der Vorgabe des Fahrers des Zweirads die Drehrichtung und die Drehzahl der elektrischen Maschine 2, so dass sich das gewünschte Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 einstellt. Während des Betriebs der Abtriebseinrichtung rotiert das Überlagerungsgetriebe 1 um seine Achse. Insbesondere ist das Überlagerungsgetriebe ist nicht gegenüber dem Gehäuse 6 drehfest abgestützt. Ferner greift in dieser Ausführungsform das Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser über seine Verzahnung nur mit dem Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser ein.

In eine abgewandelten Ausführungsform sind entsprechende Drehzahlsensoren und Geschwindigkeitssensoren vorgesehen, deren Signale in die Steuerungseinrichtung 4 eingeführt werden. Die Steuerungseinrichtung 4 kann auf der Grundlage der Signale ein optimales Übersetzungsverhältnis zwischen der Kurbelwelle 30 und der elektrischen Maschine 2 bestimmen und die elektrische Maschine 2 entsprechend steuern. In diesem Fall wird eine stufenlose automatische Übersetzungssteuerung für die Antriebseinrichtung erzielt.

Für den Fall, dass der Fahrer des Zweirads das Antreiben der Kurbelwelle 30 über die Tretkurbeln einstellt, kann das Überlagerungsgetriebe 1 aufgrund der Anordnung des Freilaufs 16 weiter rotieren. Ferner besteht die Möglichkeit, dass der Fahrer über die Tretkurbeln die Kurbelwelle 30 rückwärts dreht, wobei in diesem Fall durch die Anordnung des Freilaufs 16 keine Antriebskraft in das Überlagerungsgetriebe 1 eingeleitet wird. Im Folgenden wird eine Antriebseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform auf der Grundlage der Darstellung von Fig. 2 beschrieben. Zur Vereinfachung werden lediglich die Unterschiede zwischen der Antriebseinrichtung von Fig. 2 und der Antriebseinrichtung von Fig. 1 erläutert. Wie in Fig. 2 ersichtlich ist, ist an der elektrischen Maschine 2 ein Ausgangselement 22 vorgesehen. Das Ausgangselement 22 ist abweichend von dem Aufbau von Fig. 1 mit einem Sonnenrad 18 mit großem Durchmesser ausgebildet, das mit dem Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser eingreift. Das Planetenrad 151 mit großem Durchmesser ist in dieser Ausführungsform lediglich im Eingriff mit dem Hohlrad 12 mit großem Durchmesser.

Die Funktionsweise und die Vorteile der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform sind dieselben wie diejenigen von Fig. 1 . Mit dem in Fig. 2 gezeigten Aufbau kann ein alternatives Übersetzungsverhältnis des Überlagerungsgetriebes vorgesehen werden.

Im Folgenden wird eine Antriebseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel auf der Grundlage der Darstellung von Fig. 3 beschrieben. Im Folgenden werden lediglich Unterschiede zwischen der Antriebseinrichtung von Fig.

3 und derjenigen von Fig. 1 erläutert.

Wie in der Antriebseinrichtung von Fig. 1 weist die elektrische Maschine 2 das Ausgangselement 22 auf. Das Ausgangselement 22 der elektrischen Maschine 2 in dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ist abweichend von dem Aufbau von Fig. 1 mit einem Stufenplanetensteg 19 verbunden. Der Stufenplanetensteg 19 ist mit dem Stufenplanetenträger 154 verbunden, der die Stufenplanetenräder 15 drehbar und auf einer Umlaufbahn bewegbar hält. Somit wird eine Drehung der elektrischen Maschine 2 über das Ausgangselement 22 auf den Stufenplanetensteg 19 übertragen, so dass die Stufenplanetenräder 15 auf einer Umlaufbahn um die Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes bewegt werden. Wie in Fig. 3 ersichtlich ist, greift das Planetenrad 151 mit großem Durchmesser nur mit dem Hohlrad 12 mit großem Durchmesser ein, während das Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser nur mit dem Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser eingreift. Ein Sonnenrad ist in der Antriebseinrichtung des Ausführungsbeispiels von Fig. 3 nicht vorgesehen. Die Funktion und die Vorteile der Antriebseinrichtung von Fig. 3 sind dieselben wie diejenigen, die unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben sind. Mit dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau lassen sich alternative Übersetzungsverhältnisse zwischen der elektrischen Maschine 2, dem Überlagerungsgetriebe, dem Abtriebsrad 10 und der Kurbelwelle 30 erzielen.

Fig. 4 stellt eine Abwandlung der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform dar. Abweichend von dem Aufbau der Antriebseinrichtung von Fig. 2 ist in der Antriebseinrichtung von Fig. 4 die Ausrichtung des Stufenplanetenrads 15 umgekehrt. Insbesondere sind bei dieser Ausführungsform die Positionen des Planetenrads 151 mit großem Durchmesser und des Planetenrads 152 mit kleinem Durchmesser vertauscht. Wie in der Ausführungsform von Fig. 2 steht das Sonnenrad 18 mit großem Durchmesser im Eingriff mit dem Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser. Ferner ist das Abtriebsrad 10 mit dem Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser verbunden, während die Kurbelwelle 30 mit dem Hohlrad 12 mit großem Durchmesser verbindbar ist. Der weitere Aufbau der Antriebseinrichtung, die in Fig. 4 gezeigt ist, entspricht demjenigen der Antriebseinrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist. Mit diesem Aufbau kann ein alternatives Übersetzungsverhältnis erzielt werden.

Fig. 5 stellt eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform dar. Abweichend von dem Aufbau der Antriebseinrichtung von Fig. 1 ist in der Antriebseinrichtung von Fig. 5 die Ausrichtung des Stufenplanetenrads 15 umgekehrt. Insbesondere sind bei dieser Ausführungsform die Positionen des Planetenrads 151 mit großem Durchmesser und des Planetenrads 152 mit kleinem Durchmesser vertauscht. Wie in der Ausführungsform von Fig. 1 steht das Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser im Eingriff mit dem Planetenrad 151 mit großem Durchmesser. Ferner ist das Abtriebsrad 10 mit dem Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser verbunden, während die Kurbelwelle 30 mit dem Hohlrad 12 mit großem Durchmesser verbindbar ist. Der weitere Aufbau der Antriebseinrichtung, die in Fig. 5 gezeigt ist, entspricht demjenigen der Antriebseinrichtung, die in Fig. 1 dargestellt ist. Mit diesem Aufbau kann ein alternatives Übersetzungsverhältnis erzielt werden. Eine Antriebseinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform wird im Folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert. Wie in Fig. 6 ersichtlich ist, weist die Antriebseinrichtung zusätzlich zu dem Aufbau, der in Fig. 1 gezeigt ist, eine elektrische Antriebsmaschine 7 auf, die zusätzlich zu der elektrischen Maschine 2 vorgesehen ist. Ferner ist in der Ausführungsform von Fig. 6 ein Untersetzungsgetriebe 8 dargestellt. Es ist anzumerken, dass der Aufbau der elektrischen Maschine 2, des Überlagerungsgetriebes 1 und der Kurbelvorrichtung 3 derselbe wie der Aufbau der Antriebseinrichtung von Fig. 1 ist. Jedoch kann die Ausführungsform von Fig. 6 auch mit den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und Fig. 3 und den zusätzlich beschriebenen Abwandlungen, die in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt sind, ausgebildet werden.

Die elektrische Antriebsmaschine 7, die zusätzlich zu der elektrischen Maschine 2 vorgesehen ist, ist in der vorliegenden Ausführungsform achsparallel versetzt zu der Symmetrieachse der elektrischen Maschine 2 und des Überlagerungsgetriebes 1. Die elektrische Antriebsmaschine 7 weist einen Rotor 70 auf, der drehbar gelagert ist. Ferner weist die elektrische Antriebsmaschine 7 einen Stator 71 auf, der an dem Gehäuse 6 der Antriebseinrichtung befestigt ist. An dem Rotor 70 der elektrischen Antriebsmaschine 7 ist ein Ausgangselement 72 vorgesehen. Das Ausgangselement 72 steht in Verbindung mit einem Planetensatz 82, der dazu dient, die Drehzahl an dem Ausgangselement 72 ausgehend von der Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 7 herabzusetzen.

Der Planetensatz 82 weist ein Ausgangselement auf, das eingangsseitig mit einem Stirnradsatz 81 verbunden ist. Der Stirnradsatz 81 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist ein Zahnrad auf, das an dem Ausgangselement des Planetensatzes 82 vorgesehen ist. Dieses Zahnrad greift mit einem Zwischenrad ein, das wiederum mit einem Eingangselement 83 des Überlagerungsgetriebes eingreift. Das Eingangselement 83 des Überlagerungsgetriebes 1 ist als Verzahnung am Umfang des Hohlradträgers 11 ausgebildet. Somit ist in der vorliegenden Ausführungsform der Planetensatz 82 vorgesehen, um die Drehzahl der elektrischen Antriebsmaschine 7 herabzusetzen, und ist ferner der Stirnradsatz 81 vorgesehen, um den achsparallelen Versatz der elektrischen Antriebsmaschine 7 bezüglich der Symmetrieachse der elektrischen Maschine 2 und des Überlagerungsgetriebes 1 auszugleichen.

Die elektrische Antriebsmaschine 7 kann über die Steuerungseinrichtung 4 und unter Verwendung von elektrischer Energie, die in der elektrischen Energiespeichereinrichtung 5 gespeichert ist, angetrieben werden. In einem Betriebszustand, in welchem der Fahrer des Zweirads über die Tretkurbeln die Kurbelwelle 30 zur Vorwärtsfahrt des Zweirads antreibt, rotiert das Überlagerungsgetriebe 1 , insbesondere der Hohlradträger 11 mit dem daran angebrachten Eingangselement 83, in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der elektrischen Maschine 2. Entsprechend einer Vorgabe von dem Fahrer des Zweirads kann die elektrische Antriebsmaschine 7 angetrieben werden, so dass die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine 7 auf das Eingangselement 83 des Überlagerungsgetriebes 1 aufgebracht wird. Somit kann die von dem Fahrer des Zweirads über die Tretkurbeln aufgebrachte Antriebskraft durch die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine ergänzt werden. Das in Fig. 6 gezeigte System stellt somit einen elektrisch unterstützten Antrieb dar, wie er bei Pedelecs oder E-Bikes, also Fahrrädern mit elektrischer Unterstützung eingesetzt wird.

Da zusätzlich das Überlagerungsgetriebe 1 und die elektrische Maschine 2, die bereits unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurden, vorgesehen sind, werden in dieser Ausführungsform die Unterstützungsfunktion der elektrischen Antriebsmaschine 7 mit der Funktion mit variablem Übersetzungsverhältnis durch das Überlagerungsgetriebe 1 und die elektrische Maschine 2 miteinander kombiniert.

Eine Antriebseinrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die Darstellung von Fig. 7 erläutert. Im Folgenden werden lediglich Unterschiede zwischen dem Aufbau der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 6 und dem Aufbau gemäß Fig. 7 beschrieben.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 7 weist die Antriebseinrichtung die elektrische Antriebsmaschine 7 und das Untersetzungsgetriebe 8 auf. Dabei ist die elektrische Antriebsmaschine 7 ähnlich aufgebaut wie diejenige von Fig. 6 und ist ebenfalls das Untersetzungsgetriebe 8 ähnlich aufgebaut wie in Fig. 6. Der Aufbau der Antriebseinrichtung von Fig. 7 weicht von dem Aufbau der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 6 dahingehend ab, dass die Kurbelwelle 30 der Kurbelvorrichtung 3 eingerichtet ist, um die Rotation auf den Hohlradträger 11 zu übertragen. Hierdurch wird bewirkt, dass die Rotation der Kurbelwelle 30 auf das Hohlrad 12 mit großem Durchmesser übertragen wird. Die Rotation des Hohlrads 12 mit großem Durchmesser wird in der vorliegenden Ausführungsform auf das Planetenrad 151 mit großem Durchmesser übertragen. Das Planetenrad 151 mit großem Durchmesser steht im Eingriff mit dem Sonnenrad 17 mit kleinem Durchmesser, das mit der elektrischen Maschine 2 verbunden ist. Das Planetenrad 152 mit kleinem Durchmesser steht im Eingriff mit dem Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser. Das Hohlrad 14 mit kleinem Durchmesser ist über den Hohlradträger 13 mit dem Abtriebsrad 10 gekoppelt.

In der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform ist ferner ein Freilauf 162 vorgesehen, der die Rotation der elektrischen Maschine 2 gegenüber dem Gehäuse 6 in zumindest einer Drehrichtung beschränken kann. Der Freilaufl 62 ist in der vorliegenden Ausführungsform als schaltbarer Freilauf ausgestaltet. Somit kann in vorteilhafter Weise die Rotation der elektrischen Maschine 2 in vorbestimmten Betriebszuständen unterbunden werden. In einer hiervon abweichenden Ausführungsform ist zwischen der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 ein nicht schaltbarer Freilauf 162 vorgesehen, der eine Kraftübertragung zwischen der Kurbelwelle 30 und dem Abtriebsrad 10 nur in einer Drehrichtung erlaubt. Ferner ist in der vorliegenden Ausführungsform zwischen der Kurbelwelle 30 und dem Hohlradträger 11 ein Freilauf 163 vorgesehen, der die Übertragung der Drehung der Kurbelwelle 30 auf den Freilaufträger 11 nur in einer Drehrichtung erlaubt.

Mit den Ausführungsformen, die in Fig. 6 und Fig. 7 dargestellt sind, wird somit eine elektrisch unterstützte Antriebseinrichtung für ein Zweirad mit der Funktion einer variablen Einstellung des Übersetzungsverhältnisses zwischen Kurbeldrehzahl und Abtriebsraddrehzahl. Der Betrieb der elektrischen Antriebsmaschine 7 und der elektrischen Maschine 2, die für die Drehzahlsteuerung eingesetzt wird, kann durch die Steuerungseinrichtung 4 gesteuert werden. Dabei kann die elektrische Energie zum Betrieb der Antriebseinrichtung von der elektrischen Energiespeichereinrichtung 5 bezogen werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die elektrische Antriebsmaschine 7 für einen rekuperativen Betrieb genutzt werden. In diesem rekuperativen Betrieb kann die elektrische Antriebsmaschine 7 angetrieben werden, während die Kurbelwelle 30 von dem Fahrer des Zweirads angetrieben wird. Die mit diesem Antrieb bewirkte Rekuperation der elektrischen Antriebsmaschine 7 kann zur Energieerzeugung eingesetzt werden. Diese Energie kann wiederum für den Betrieb der elektrischen Maschine 2 eingesetzt werden, die für die Drehzahlsteuerung eingesetzt wird. Somit ist es möglich, einen batterieneutralen Betrieb zu ermöglichen.

Mit der Antriebseinrichtung gemäß Fig. 6 und Fig. 7 kann ferner ein rekuperativer Bremsmodus verwirklicht werden. Hierzu kann mit bekannten Mitteln die elektrische Antriebsmaschine 7 durch die Steuerungseinrichtung 4 in einen Rekuperationsmodus versetzt werden, so dass an der Antriebseinrichtung ein Bremsmoment erzeugt wird. Die durch den Rekuperationsbetrieb der elektrischen Antriebsmaschine 7 erzeugte elektrische Energie kann dabei in der Batterie gespeichert oder anderweitig genutzt werden.

Bezuqszeichen

Überlagerungsgetriebe

Abtriebsrad

Hohlradträger

Hohlrad mit großem Durchmesser

Hohlradträger

Hohlrad mit kleinem Durchmesser

Stufenplanetenrad 1 Planetenrad mit großem Durchmesser 2 Planetenrad mit kleinem Durchmesser 3 Stufenplanetenachse 4 Stufenplanetenträger

Freilauf 1 Freilauf 2 Freilauf 3 Freilauf

Sonnenrad mit kleinem Durchmesser

Sonnenrad mit großem Durchmesser

Stufenplanetensteg elektrische Maschine zur Drehzahlsteuerung

Rotor

Stator

Ausgangselement

Kurbelvorrichtung

Kurbelwelle , 32 Kurbelarm

Steuerungseinrichtung

Elektrische Energiespeichereinrichtung

Gehäuse elektrische Antriebsmaschine

Rotor

Stator

Ausgangselement Untersetzungsgetriebe Stirnradsatz Planetensatz Eingangselement Überlagerungsgetriebe

Claims

Patentansprüche

1. Antriebseinrichtung für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, wobei die

Antriebseinrichtung eine Kurbeleinrichtung (3) zur Aufnahme einer Muskelkraft, ein Überlagerungsgetriebe (1 ) zur Übertragung der Muskelkraft auf ein Abtriebsrad (10), über das eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs abgegeben wird, eine elektrische Maschine (2) und ein am Fahrzeug montierbares Gehäuse (6) zur zumindest teilweisen Aufnahme von Elementen der Antriebseinrichtung aufweist, wobei das Überlagerungsgetriebe (1 ) als Stufenplanetensatz mit mindestens einem Stufenplanetenrad (15), entsprechenden Hohlrädern (12, 14) und einem Eingangselement (17; 18; 19) ausgebildet ist, wobei die Kurbeleinrichtung (3) mit einem der Hohlräder (12, 14) koppelbar ist und ein Ausgangselement (22) der elektrischen Maschine (2) mit dem Eingangselement (17; 18; 19) gekoppelt ist, wobei das Überlagerungsgetriebe (1 ) bezüglich des Gehäuses (6) drehbar angeordnet ist, so dass eine Rotation der elektrischen Maschine (2) und eine Rotation der Kurbeleinrichtung (3) überlagert und auf das Abtriebsrad (10) übertragen werden.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stufenplanetenrad (15) ein Planetenrad (151 ) mit großem Durchmesser und ein damit gekoppeltes Planetenrad (152) mit kleinem Durchmesser aufweist, wobei das Überlagerungsgetriebe (1 ) ferner ein Hohlrad (12) mit großem Durchmesser, das mit dem Planetenrad (151 ) mit großem Durchmesser eingreift, und ein Hohlrad (14) mit kleinem Durchmesser aufweist, das mit dem Planetenrad (152) mit kleinem Durchmesser eingreift.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (1) ein Sonnenrad (17) mit kleinem Durchmesser aufweist, das mit dem Planetenrad (151 ) mit großem Durchmesser eingreift und wobei das Planetenrad (152) mit kleinem Durchmesser nur mit dem Hohlrad (14) mit kleinem Durchmesser eingreift, wobei das Sonnenrad (17) mit kleinem Durchmesser das Eingangselement (17) bildet, mit dem das Ausgangselement (22) der elektrischen Maschine (2) gekoppelt ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (1 ) ein Sonnenrad (18) mit großem Durchmesser aufweist, das mit dem Planetenrad (152) mit kleinem Durchmesser eingreift und wobei das Planetenrad (151 ) mit großem Durchmesser nur mit dem Hohlrad (12) mit großem Durchmesser eingreift, wobei das Sonnenrad (18) mit großem Durchmesser das Eingangselement (18) bildet, mit dem das Ausgangselement (22) der elektrischen Maschine (2) gekoppelt ist.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (1 ) einen Stufenplanetensteg (19) aufweist, der das mindestens eine Stufenplanetenrad (15) drehbar und auf einer Umlaufbahn um eine Symmetrieachse des Überlagerungsgetriebes (1 ) bewegbar hält, wobei Stufenplanetensteg (19) das Eingangselement (19) bildet, mit dem das Ausgangselement (22) der elektrischen Maschine (2) gekoppelt ist, wobei das Stufenplanetenrad (15) nur mit den entsprechenden Hohlrädern (12, 14) eingreift.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (2) und das Überlagerungsgetriebe (1) koaxial zueinander angeordnet sind.

7. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftübertragungspfad zwischen der Kurbeleinrichtung (3) und dem Überlagerungsgetriebe (1 ) ein Freilauf vorgesehen ist, der eine Kraftübertragung nur in einer Drehrichtung erlaubt.

8. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine elektrische Antriebsmaschine (7) vorgesehen ist, die über ein Ausgangselement (72) mit einem Eingangselement (83) des Überlagerungsgetriebes (1 ) gekoppelt ist, so dass die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine (7) auf das Abtriebsrad (10) des Überlagerungsgetriebes (1) übertragen wird.

9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Ausgangselement (72) der elektrischen Antriebsmaschine und dem Eingangselement (83) des Überlagerungsgetriebes (1 ) ein Untersetzungsgetriebe (8) zur Verringerung der von der elektrischen Antriebsmaschine (7) abgegebenen Drehzahl vorgesehen ist.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe (8) eines von einem Planetensatz (82) und einem Stirnradsatz (81 ) aufweist.

11. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (7) bezüglich des Überlagerungsgetriebes (1 ) und der elektrischen Maschine (2) axial versetzt angeordnet ist.

12. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8-11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine (7) direkt auf ein das Abtriebsrad (10) tragendes Element des Überlagerungsgetriebes (1 ) aufgebracht wird.

13. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbeleinrichtung (3) mit dem Hohlrad (14) mit kleinem Durchmesser oder mit dem Hohlrad (12) mit großem Durchmesser koppelbar ist.

14. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8-11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebskraft der elektrischen Antriebsmaschine (7) nach Durchlaufen des Überlagerungsgetriebes (1 ) auf das Abtriebsrad (10) des Überlagerungsgetriebes (1 ) übertragen wird.

15. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangselement (22) der elektrischen Maschine (2) über einen Freilauf gegenüber dem Gehäuse (6) festlegbar ist.

16. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung (4) vorgesehen ist, die den Betriebszustand, insbesondere Drehzahl und Drehrichtung, der elektrischen Maschine (2) auf der Basis von zugeführten Informationen steuert, so dass sich zwischen der Drehzahl der Kurbelvorrichtung (3) und dem Abtriebsrad (10) ein vorbestimmtes Verhältnis einstellt.

17. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8-16, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Antriebsmaschine (7) für einen rekuperativen Betrieb eingerichtet ist, wobei die im rekuperativen Betrieb erzeugte elektrische Energie zumindest teilweise für den Betrieb der elektrischen Maschine (2) eingesetzt wird.

18. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine elektrische Energiespeichereinrichtung (5) vorgesehen ist, die elektrische Energie zum Betrieb der Antriebseinrichtung bereitstellt.

19. Mikromobilitätsfahrzeug mit wenigstens zwei Rädern und einer Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abtriebsrad (10) über ein Kraftübertragungselement mit einem der Räder zum Antrieb des Mikromobilitätsfahrzeugs gekoppelt ist.