EP4676818A1

EP4676818A1 - Antriebseinrichtung für ein fahrzeug

Info

Publication number: EP4676818A1
Application number: EP24707191.3A
Authority: EP
Inventors: Oliver LÖCHTE
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-03-03
Filing date: 2024-02-23
Publication date: 2026-01-14
Also published as: WO2024184099A1; DE102023201925B3; CN120693279A

Abstract

Eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug weist einen Elektromotor (3, 4) zum zumindest zeitweisen Antreiben des Fahrzeugs durch Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Elektromotor (3, 4), eine Tretkurbelwelle (2) zur Aufnahme von Muskelkraft zum zumindest zeitweisen Antreiben des Fahrzeugs durch Muskelkraft und ein Abtriebselement (14) auf, über das Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs von der Antriebseinrichtung abgebbar ist. Ein Getriebe mit einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis ist vorgesehen, das eingangsseitig mit einem Ausgangselement (5) des Elektromotors (3, 4) gekoppelt ist und das ausgangsseitig über ein Getriebeausgangselement (9) mit dem Abtriebselement (14) der Antriebseinrichtung koppelbar ist. Ferner ist ein mit der Tretkurbelwelle (2) gekoppeltes Tretkurbelwellenausgangselement (12) voregsehen, das mit dem Abtriebselement (14) der Antriebseinrichtung koppelbar ist. Die Antriebseinrichtung weist eine Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) auf, die zum Begrenzen eines auf einen Rotor (3) des Elektromotors wirkenden Drehmoments eingerichtet ist. Bei Überschreiten eines vorbestimmten maximalen Drehmoments durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) wird eine Rotation eines Abstützelements (8) relativ zu einem stationären Element der Antriebseinrichtung gestattet. Mindestens eine der axial und radial nach außen weisende Flächenabschnitte (81; 82; 83; 84) des Abstützelements (8) ist mit einer nach außen gewölbten Kontur ausgestaltet.

Description

Antriebseinrichtunq für ein Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, das zumindest zeitweise durch einen Elektromotor und zumindest zeitweise durch Muskelkraft angetrieben wird. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, bei der Antriebsleistung eines Elektromotors und durch Muskelkraft erzeugte Antriebsleistung kombiniert und zum Antreiben des Fahrzeugs eingesetzt werden können. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Antriebseinrichtung, bei der Konzentrizitätsabweichungen von Elementen innerhalb der Antriebeinrichtung verringerte Auswirkungen auf den Betrieb und die Haltbarkeit der Antriebseinrichtung haben.

Im Stand der Technik nach DE 10 2015 100676 B3 ist eine Antriebseinrichtung für ein Fahrrad oder ein Pedelec beschrieben. Bei dieser Antriebseinrichtung wird ein Elektromotor verwendet, um Antriebskraft für das Fahrzeug zu erzeugen. Dabei ist der Elektromotor mit einem Ausgangselement der Antriebseinrichtung über ein Wellengetriebe gekoppelt.

Im Stand der Technik nach EP 2 976 551 B1 ist ein Pin-Ring-Getriebe beschrieben, das eine Bauform eines Wellengetriebes darstellt, mit dem ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis zur Übertragung einer Antriebskraft bereitgestellt werden kann.

Eine Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug weist Folgendes auf: einen Elektromotor zum zumindest zeitweisen Antreiben des Fahrzeugs durch Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Elektromotor, eine Tretkurbelwelle zur Aufnahme von Muskelkraft zum zumindest zeitweisen Antreiben des Fahrzeugs durch Muskelkraft und ein Abtriebselement, über das Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs von der Antriebseinrichtung abgebbar ist; ein Getriebe mit einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis, das eingangsseitig mit einem Ausgangselement des Elektromotors gekoppelt ist und das ausgangsseitig über ein Getriebeausgangselement mit dem Abtriebselement der Antriebseinrichtung koppelbar ist; ein mit der Tretkurbelwelle gekoppeltes Tretkurbelwellenausgangselement, das mit dem Abtriebselement der Antriebseinrichtung koppelbar ist; wobei die Antriebseinrichtung eine Drehmomentbegrenzungsbaugruppe aufweist, die zum Begrenzen eines im Kraftübertragungspfad zwischen dem Elektromotor und dem Abtriebselement wirkenden Drehmoments eingerichtet ist, wobei bei Überschreiten eines vorbestimmten maximalen Drehmoments durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe eine Rotation eines Drehmomentstützbauteils relativ zu einem stationären Element der Antriebseinrichtung gestattet wird, so dass das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Drehmoment auf ein zulässiges Drehmoment begrenzt wird, wobei mindestens einer von axial und radial nach außen weisenden Flächenabschnitten des Drehmomentstützbauteils mit einer nach außen gewölbten Kontur ausgestaltet ist.

Die Antriebseinrichtung kann an dem Fahrzeug fest montiert sein. Die Antriebseinrichtung kann derart als Baugruppe ausgebildet und an dem Fahrzeug montierbar sein, dass eine kompakte Ausgestaltung ermöglicht wird. Das Fahrzeug kann zum Transport von Personen vorgesehen sein. Ergänzend kann das Fahrzeug zum Transport von Gütern vorgesehen sein. Das Fahrzeug kann als Einspurfahrzeug ausgebildet sein. Alternativ kann das Fahrzeug als Mehrspurfahrzeug ausgebildet sein. Das Fahrzeug kann als E-Bike beziehungsweise Pedelec ausgeführt sein, bei dem sowohl Muskelkraft als auch Antriebskraft eines elektrischen Antriebs zum Antreiben des Fahrzeugs eingesetzt werden kann. Eine elektrische Energiespeichereinrichtung kann vorgesehen sein, mit der der Elektromotor der Antriebseinrichtung betreibbar ist. Ferner kann eine Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, mit der der Betrieb des Elektromotors gesteuert werden kann. Das Fahrzeug kann Pedale aufweisen, die an der Tretkurbelwelte montiert sind, um die Einleitung der Muskelkraft zu ermöglichen.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehmomentstützbauteil mit einem Gehäuse der Antriebsreinrichtung zur Abstützung eines Reaktionsmoments gekoppelt sein, wobei die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe im Kraftübertragungspfad zwischen dem Drehmomentstützbauteil und dem Gehäuse vorgesehen sein kann, um das Abstützmoment auf ein vorbestimmtes maximales Abstützmoment zu begrenzen.

Gemäß einer Ausführungsform kann bei Überschreiten des vorbestimmten maximalen Abstützmoments durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe eine Rotation des Drehmomentstützbauteils des Getriebes relativ zu einem stationären Element gestattet werden, so dass das auf den Rotor des Elektromotors aufgrund des Reaktionsmoments wirkende Drehmoment auf ein zulässiges Drehmoment begrenzt werden kann.

Dabei kann sich das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Drehmoment durch den Antrieb des Elektromotors und die Übertragungsfunktion des Getriebes ergeben. In diesem Fall entspricht das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Drehmoment dem vorliegenden Antriebsmoment des Elektromotors. Das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Drehmoment kann sich zusätzlich oder alternativ aus einer Einwirkung auf das Getriebe ergeben. Insbesondere wenn eine Einwirkung auf die Ausgangsseite des Getriebes vorliegt, wird diese über das Getriebe zumindest teilweise auf den Rotor des Elektromotors übertragen. Zusätzlich oder alternativ können Drehmomentstöße, die auf die Ausgangsseite des Getriebes einwirken, über das Getriebe auf den Rotor des Elektromotors übertragen werden.

Ferner kann sich das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Drehmoment aus der dynamischen Betriebsweise der Antriebseinrichtung ergeben. Insbesondere kann sich das auf den Rotor des Elektromotors wirkende Drehmoment aus einer dynamischen Betriebsweise im Zusammenhang mit einer Massenträgheit der beteiligten bewegten Elemente ergeben. So kann das Drehmoment auf den Rotor des Elektromotors starken Schwankungen unterliegen, wenn starke Drehzahländerungen am Elektromotor vorliegen oder an der Ausgangsseite des Getriebes Drehzahlschwankungen induziert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe eine Reibkupplungsanordnung aufweisen, die durch ein Vorspannelement derart vorgespannt sein kann, dass bei Überschreiten eines an der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe anliegenden vorbestimmten maximalen Drehmoments ein Schlupf in der Reibkupplungsanordnung herbeigeführt werden kann, so dass durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe eine Relativbewegung zwischen dem Drehmomentstützbauteil und dem stationären Element gestattet werden kann.

Die Reibkupplungsanordnung kann aus einer oder mehreren Reibkupplungsscheiben ausgebildet sein. Alternativ kann die Reibkupplungsanordnung aus einem oder mehreren Kegelelementen ausgebildet sein. Die Reibkupplungsanordnung kann achsensymmetrisch zu einer Symmetrieachse der Antriebseinrichtung angeordnet sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehmomentstützbauteil rotationsymmetrisch sein und an einem Außenumfang mindestens einen radial nach außen weisenden Flächenabschnitt aufweisen, der über die nach außen gewölbte Kontur mit einem Innenumfang an des stationären Elements eingreift. Dabei kann die nach außen gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschnitten radial nach außen gewölbt sein. Ferner kann die nach außen gewölbte Kontur von mindestens einem der axial nach außen weisenden Flächenabschnitten axial nach außen gewölbt sein. Die gewölbte Kontur kann dabei rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse des Drehmomentstützbauteils ausgestaltet sein. Die gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschnitten kann vollständig um das Drehmomentstützbauteil umlaufend vorgesehen sein. Die gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschnitten kann einen entlang der axialen Richtung des Drehmomentstützbauteils variierenden Durchmesser mit einem maximalen Durchmesser im axial mittleren Bereich der gewölbten Kontur aufweisen. Die gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschniten kann rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse des

Drehmomentstützbauteils ausgestaltet sein. Die gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschnitten kann vollständig um das Drehmomentstützbauteil umlaufend vorgesehen sein. Die gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschnitten kann an einem entsprechenden Endabschnitt des Drehmomentstützbauteils vorgesehen sein. Die gewölbte Kontur von mindestens einem der radial nach außen weisenden Flächenabschnitten kann eine kreisförmige Erhebung des Flächenabschnitts sein, die eine in der radialen Richtung des Drehmomentstützbauteils variierende Ausdehnung mit einer maximalen axialen Ausdehnung im radial mittleren Bereich der gewölbten Kontur aufweist.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehmomentstützbauteil rotationsymmetrisch sein und an dem Drehmomentstützbauteil mindestens ein radial nach außen weisender Flächenabschnitt vorgesehen sein, der mit einer radial nach innen weisenden Fläche eines Halters des Vorspannelements der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe eingreifen kann.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehmomentstützbauteil an einem Außenumfang zwei radial nach außen weisende Flächenabschnitte aufweisen, die axial voneinander beabstandet sein können.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehmomentstützbauteil sich axial erstrecken und mindestens einen axial nach außen weisenden Flächenabschnitt aufweisen, der über die nach außen gewölbte Kontur mit einem radialen Abschnit des stationären Elements eingreifen kann.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Drehmomentstützbauteil sich axial erstrecken und mindestens einen axial nach außen weisenden Flächenabschnitt aufweisen, der über die nach außen gewölbte Kontur mit einem radialen Abschnitt eines Halters des Vorspannelements der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe eingreifen kann.

Gemäß einer Ausführungsform können an dem Drehmomentstützbauteil zwei axial nach außen weisende Flächenabschnitte vorgesehen sein, die an den axialen Endabschnitten des das Drehmomentstützbauteils vorgesehen sein können.

Gemäß einer Ausführungsform kann die nach außen gewölbte Kontur von mindestens einem der Flächenabschnite mit einem vorbestimmten Wölbungsradius ausgebildet sein. Der vorbestimmte Wölbungsradius ist dabei für die gewölbte Kontur des radial nach außen weisenden Flächenabschnitts ein Radius der Kontur bei Betrachtung eines Längsschnitts des Drehmomentstützbauteils entlang der axialen Richtung am Außenumfang des Drehmomentstützbauteils. Der vorbestimmte Wölbungsradius ist für die gewölbte Kontur des axial nach außen weisenden Flächenabschnitts ein Radius der Kontur bei Betrachtung eines Längsschnitts des Drehmomentstützbauteils entlang der axialen Richtung am axialen Endabschnitt des Drehmomentstützbauteils, Gemäß einer Ausführungsform können die Wölbungsradien der nach außen gewölbten Kontur für jeden Flächenabschnitt mit einem vorbestimmten Wölbungsradius ausgelegt sein, wobei mindestens für die radial nach außen weisenden Flächenabschnite jeweils verschiedene Wölbungsradien vorgesehen sein können.

Gemäß einer Ausführungsform kann der vorbestimmte Wölbungsradius so ausgebildet sein kann, dass eine Konzentrizitätsabweichung zwischen dem Drehmomentstützbauteil und dem stationären Element ausgeglichen werden kann. Die Flächenabschnitte mit dem vorbestimmten Wölbungsradius stehen gemäß dem vorliegenden Konzept nicht vollständig in Kontakt mit einer Fläche, in die der Flächenabschnitt eingreift, so dass hierdurch ein gewisser Bewegungsfreiheitsgrad gestattet wird und ein Verkanten des Drehmomentstützbauteils verhindert werden kann. Hierzu können die Wölbungsradien für vorbestimmte Abmessungen der Antriebseinrichtung derart ausgelegt werden, dass ein Verkanten des Drehmomentstützbauteils verringert oder verhindert werden kann. Mit dieser Maßnahme kann die Funktion zur Drehmomentbegrenzung sicher ermöglicht werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann das stationäre Element als Gehäuse der Antriebseinrichtung ausgebildet sein kann und das Drehmomentstützbauteil einen Außenring des Getriebes aufweisen kann, mit dem ein Reaktionsmoment des Getriebes in das Gehäuse einleitbar ist.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Getriebe als Wellengetriebe mit einem als stationäres Element dienenden Gehäuse ausgebildet sein, das eine mit einer Außenverzahnung versehene und mit einem Getriebeausgangselement gekoppelten Innenbuchse, einen mit einer Innenverzahnung versehenen Außenring, der ein Drehmomentstützbauteil des Getriebes sein kann, und ein von dem Elektromotor über eine Eingangsseite des Getriebes antreibbares Buchsenlager zur umlaufenden Verformung der Innenbuchse aufweisen kann, wobei die Außenverzahnung der Innenbuchse eine geringere Anzahl von Zähnen aufweisen kann als die Innenverzahnung des Außenrings und die umlaufende Verformung der Innenbuchse eine Rotation der Innenbuchse relativ zu dem Außenring bewirken kann. Gemäß einer Ausführungsform kann das Abtriebselement mit einem Abtriebsrad gekoppelt sein, das über ein Zugmitel mindestens ein angetriebenes Rad des Fahrzeugs antreibt. Dabei kann zwischen dem Abtriebsrad und dem mindestens einen angetriebenen Rades des Fahrzeugs ein Gangwechselmechanismus vorgesehen sein, der zum gestuften Ändern des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem Abtriebsrad und dem mindestens einen angetriebenen Rad eingerichtet ist.

Das Zugmittel kann eine Kette sein, die über eine Anordnung von Ritzeln beziehungsweise Kettenblättern geführt wird. Wenn das Zugmitel als Kette ausgeführt ist, kann der Gangwechselmechanismus durch eine Kettenschaltung ausgebildet sein. Der als Kettenschaltung ausgebildete Gangwechselmechanismus kann mit Stelleinrichtungen versehen sein, die das als Kete ausgebildete Zugmittel auf Zahnräder mit verschiedenen Zähnezahlen führt. Insbesondere kann die

Kettenschaltung am angetriebenen Rad eine Vielzahl von Ritzeln mit verschiedenen Zähnezahlen aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann die Ketenschaltung am Tretkurbelbereich eine Vielzahl von Kettenblättern mit unterschiedlichen Zähnezahlen aufweisen. Durch Führen der Kete auf eine vorbestimmte Kombination von Ritzeln beziehungsweise Kettenblättern kann die Übersetzung zwischen dem Abtriebsrad der Antriebseinrichtung und dem angetriebenen Rad des Fahrzeugs diskret eingestellt werden.

Der Gangwechselmechanismus kann alternativ als Nabenschaltung am angetriebenen Rad des Fahrzeugs ausgebildet sein. In diesem Fall kann im Bereich einer Nabe des angetriebenen Rads des Fahrzeugs eine Zahnradgetriebeanordnung vorgesehen sein, mit der das Übersetzungsverhältnis zwischen dem angetriebenen Rad und einem mit der Nabenschaltung verbundenen Antriebselement diskret variabel ist. In diesem Fall kann das Zugmittel eine Kette sein. Alternativ kann das Zugmittel ein Riemen einschließlich eines Zahnriemens sein.

Gemäß einer Ausführungsform kann im Kraftübertragungspfad zwischen dem Getriebeausgangselement und dem Abtriebselement ein Freilauf vorgesehen sein. Der Freilauf zwischen dem Getriebeausgangselement und dem Abtriebselement kann so ausgestaltet sein, dass eine Kraftübertragung von dem Getriebeausgangselement zu dem Abtriebselement für einen Antrieb des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung erfolgen kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Kraftübertragungspfad zwischen dem Tretkurbelwellenausgangselement und dem Abtriebselement ein Freilauf vorgesehen sein. Der Freilauf zwischen dem Tretkurbelwellenausgangselement und dem Abtriebselement kann so ausgestaltet sein, dass eine Kraftübertragung von dem Tretkurbelwellenausgangselement zu dem Abtriebselement für einen Antrieb des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung erfolgen kann.

Das Fahrzeug der vorstehend genannten Ausführungsformen kann als E-Bike beziehungsweise Pedelec ausgestaltet sein. Insbesondere kann das Fahrzeug als Einspurfahrzeug mit einem Vorderrad und einem Hinterrad ausgestaltet sein. Dabei kann das angetriebene Rad des Fahrzeugs das Hinterrad sein. Die Antriebseinrichtung kann an einem Rahmen des Fahrzeugs montiert sein. Das Fahrzeug kann ferner eine elektrische Energiespeichereinrichtung aufweisen, die zur Zufuhr von elektrischer Energie zu der Antriebseinrichtung vorgesehen sein kann. Das Fahrzeug kann ferner ein Bedienelement aufweisen, mit dem der Fahrer den Gangwechselmechanismus betätigen kann.

Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform der Antriebseinrichtung in einer Detailansicht; und

Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung die Ausführungsform der Antriebseinrichtung in einer Gesamtansicht.

Im Folgenden werden Ausführungsformen anhand der Zeichnungen beschrieben.

Figur 1 ist eine Detailansicht der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform. Zunächst wird der grundlegende Aufbau der Antriebseinrichtung anhand von Figur 2 erläutert. Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform der Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug. In der in Figur 2 gezeigten Ansicht ist die Antriebseinrichtung entlang einer Symmetrieachse geschnitten dargestellt. Die Antriebseinrichtung von Figur 2 weist ein Gehäuse 1 auf, das einen Außenumfang der Antriebseinrichtung bildet. An dem Gehäuse 1 sind Befestigungsmittel vorgesehen, die zur Befestigung der Antriebseinrichtung an einem Fahrzeug ausgestaltet sind.

In dem Gehäuse 1 befindet sich eine Tretkurbelwelle 2, die sich in axialer Richtung durch das Gehäuse 1 erstreckt und an beiden axialen Enden aus dem Gehäuse 1 vorsteht. Die Tretkurbelwelle 2 ist innerhalb des Gehäuses 1 drehbar gelagert. An der Tretkurbelwelle 2 werden in Figur 1 nicht gezeigte Tretkurbeln montiert, die zum Einleiten von Muskelkraft in die Tretkurbelwelle 2 ausgestaltet sind.

Die Tretkurbelwelte 2 weist ein Tretkurbelwellenausgangselement 12 auf, das in der vorliegenden Ausführungsform als radialer Ansatz an der Tretkurbelwelle 2 vorgesehen ist. Am Außenumfang des Tretkurbelweltenausgangselements 12 ist ein erster Freilauf 13 vorgesehen, mit dem das Tretkurbelwellenausgangselement 12 mit einem Abtriebselement 14 der Antriebseinrichtung koppelbar ist. Das Abtriebselement 14 ist in der vorliegenden Ausführungsform als hülsenförmiges Element ausgestaltet, an dessen Innenumfang der erste Freilauf 13 vorgesehen ist.

Das Abtriebselement 14 ist innerhalb des Gehäuses 1 drehbar gelagert und steht axial aus dem Gehäuse vor, wie in Figur 2 gezeigt ist. An dem Abtriebselement 14 ist ein als Zahnrad ausgebildetes Abtriebsrad 15 vorgesehen. Eine Drehung des Abtriebselements 14 bewirkt somit eine Drehung des Abtriebsrads 15, das fest mit dem Abtriebselement 14 verbunden ist.

Bei einer Drehung der Tretkurbelwelte 2 in einer ersten Richtung, die einer Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs zugeordnet wird, überträgt der erste Freilauf 13 die Rotation des Tretkurbelwellenausgangselements 12 auf das Abtriebselement 14. Somit dreht sich das Abtriebsrad 15 in diesem Fall durch die Drehung der Tretkurbelwelte 2 in der Richtung, die der Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs zugeordnet ist. Bei einer Drehung der Tretkurbelwelte 2 in entgegengesetzter Richtung relativ zu dem Abtriebselement 14 öffnet der erste Freilauf 13 und die Drehung der Tretkurbelwelte 2 wird nicht auf das Abtriebsrad 15 übertragen. Auf der linken Seite in Figur 2 ist ein Elektromotor in einem entsprechenden Hohlraum des Gehäuses 1 vorgesehen. Der Elektromotor weist einen Stator 4 auf, der stationär zum Gehäuse 1 angebracht ist. Ferner weist der Elektromotor einen Rotor 3 auf, der radial außerhalb des Stators 4 angeordnet ist und der über eine entsprechende Lagerung drehbar am Gehäuse 1 gestützt ist. Der Motor mit dem innenliegenden Stator 4 und dem außenliegenden Rotor 3 ist somit als Außenläufer konstruiert. An dem in Figur 2 links vom Elektromotor angeordneten Bereich ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, die der Bestromung des Stators 4 des Elektromotors aus einer externen Energiequelle dient. Bei Bestromung des Stators 4 wird die Wicklung des Stators 4 erregt und eine Rotation des Rotors 3 des Elektromotors herbeigeführt. Diese Rotation des Rotors 3 des Elektromotors wird auf ein Ausgangselement 5 des Elektromotors übertragen.

Auf der in Figur 2 rechten Seite des Elektromotors ist ein Getriebe vorgesehen. Das in Figur 2 gezeigte Getriebe ist in der vorliegenden Ausführungsform als Wellengetriebe ausgebildet. Dabei weist das Wellengetriebe eine Innenbuchse 7 auf, an deren Außenseite eine Verzahnung vorgesehen ist. Die Innenbuchse 7 ist als in Umfangsrichtung flexible Hülse ausgebildet. Außerhalb der Innenbuchse 7 ist ein Außenring 8 angeordnet, der in der vorliegenden Ausführungsform als Drehmomentstützbauteil dient. Der Außenring 8 weist eine Innenverzahnung auf, die selektiv mit der Außenverzahnung der Innenbuchse 7 in Eingriff gelangen kann. Innerhalb der Innenbuchse 7 ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Buchsenlager 6 vorgesehen. Das Buchsenlager 6 weist einen Außenring auf, der von der Kreisform abweicht. Insbesondere ist der Außenring des Buchsenlagers 6 ellipsenförmig. Der Innenring des Buchsenlagers 6 ist mit dem Ausgangselement 5 des Elektromotors gekoppelt.

Bei einer Rotation des Rotors 3 des Elektromotors wird das Buchsenlager 6 in Rotation versetzt. Aufgrund der von der Kreisform abweichenden Form des Außenrings 8 des Buchsenlagers 6 und dessen Anlage an einem Innenumfang der Innenbuchse 7 wird die Innenbuchse 7 umlaufend verformt. Als für ein Wellengetriebe charakteristische Ausgestaltung weist die Innenbuchse 7 eine Anzahl von Zähnen auf, die geringer als die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung des Außenrings 8 ist. Somit wird bei festliegendem Außenring 8 und bei Rotation des Buchsenlagers 6 die Innenbuchse 7 in Rotation versetzt. Dabei ist die Drehrichtung der Innenbuchse 7 entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Rotors 3 des Elektromotors.

Aufgrund der besonderen Konstruktion des Wellengetriebes können bei kompakten Bauformen hohe Übersetzungsverhältnisse von 1 :50 oder mehr erzielt werden. In der vorliegenden Anwendung kann somit ein Elektromotor eingesetzt werden, der aufgrund der relativ hohen Nenndrehzahlen eine kompakte Bauform hat. Insbesondere sind Elektromotoren einsetzbar, die eine Nenndrehzahl von 5.000 U/min oder darüber aufweisen. Die verringerte Drehzahl aufgrund des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes wird auf ein Abstützelement 10 des Wellengetriebes übertragen, das drehbar über Lagerungen am Gehäuse 1 abgestützt ist.

Mit einem an dem Außenring 8 des Wellengetriebes vorgesehenen Abstützelement 10 ist ein Getriebeausgangselement 9 gekoppelt. Die Rotation des Abstützelements 10 wird auf das Getriebeausgangselement 9 übertragen, das radial außerhalb des Abstützelements 10 des Wellengetriebes liegt. Dabei wird auf den Außenring 8 als Drehmomentabstützbauteil ein Reaktionsmoment ausgeübt, das auf das Gehäuse 1 als stationäres Element übertragen wird.

Am radial äußeren Umfang des Getriebeausgangselements 9 ist ein zweiter Freilauf 11 vorgesehen. Der zweite Freilauf 11 liegt zwischen der radialen Außenumfangsfläche des Getriebeausgangselements 9 und der radialen Innenumfangsfläche des Abtriebselements 14 der Antriebseinrichtung. Der zweite Freilauf 11 ist so eingerichtet, dass er eine Rotation des Getriebeausgangselements 9, die einer Vorwärtsfahrt des Fahrzeugs zugeordnet ist, auf das Abtriebselement 14 überträgt. Eine Rotation des Getriebeausgangselements 9 relativ zu dem Abtriebselement 14 in einer Drehrichtung, die entgegengesetzt zu der Drehrichtung ist, die der Vorwärtsfahrt zugeordnet wird, wird nicht auf das Abtriebselement 14 übertragen.

Somit werden an dem Abtriebselement 14 die Rotationen der Tretkurbelwelle 2 und des Getriebeausgangselements 9 zusammengeführt. Auf diese Weise wird die Antriebseinrichtung mit einer Funktion zum Kombinieren der in die Tretkurbelwelle 2 eingeleiteten Muskelkraft und der von dem Rotor 3 des Elektromotors abgegebenen Antriebskraft ausgestaltet.

In der vorliegenden Ausführungsform ist das Abtriebsrad 15 als Kettenblatt eines Fahrradantriebs ausgestaltet. Das als Kettenblatt ausgestaltete Abtriebsrad 15 trägt eine nicht gezeigte Kette als Zugmittel, die mit einem ebenfalls nicht gezeigten Ritzelpaket an einer Nabe eines Hinterrads des Fahrrads vorgesehen ist. In einer Ausführungsform weist das Fahrzeug eine Ketenschaltung auf, die über ein Schaltwerk die Kette auf Ritzel mit verschiedenen Zähnezahlen führen kann. Das Schaltwerk wird in der vorliegenden Ausführungsform über ein Bedienelement von dem Fahrer betätigt.

Im Betrieb des Fahrzeugs kann der Fahrer über die Tretkurbelwelle 2 Muskelkraft in die Antriebseinrichtung einleiten, die auf das Abtriebselement 14 über den ersten Freilauf 13 übertragen wird. Gleichzeitig oder zumindest zeitweise kann die Antriebskraft des Elektromotors über das in Figur 1 gezeigte Getriebe sowie über den zweiten Freilauf 11 ebenfalls auf das Abtriebselement 14 übertragen werden. Wenn in einem solchen Betriebszustand der Fahrer das Bedienelement zum Wechseln der Position der Kette zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem als Ketenblatt ausgeführten Abtriebsrad 15 und dem Hinterrad betätigt, treten dynamische Drehzahländerungen auf und werden aufgrund der Trägheit der massebehafteten Elemente regelmäßig Stöße verursacht. Ferner ergeben sich im Betrieb des Fahrzeugs beispielsweise beim Bremsen oder beim Fahren auf stark unebenem Untergrund starke Schwingungen und Stöße im Antriebsstrang zwischen dem Abtriebsrad 15 und dem Hinterrad des Fahrzeugs.

Zur Berücksichtigung dieser Zusammenhänge weist die Antriebseinrichtung eine in Figur 2 gezeigte Drehmomentbegrenzungsbaugruppe 20 auf. In der Ausführungsform von Figur 2 radial außerhalb von dem Außenring 8 und radial innerhalb des Gehäuses 1 eine Drehmomentbegrenzungsbaugruppe 20 vorgesehen, die eine Reibkupplungsanordnung 21 , ein Vorspannelement 22a und einen Halter 26 aufweist. In der Ausführungsform von Figur 2 wird der Außenring 8 über die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe 20 stationär am Gehäuse 1 gehalten und erfüllt damit die Funktion als Drehmomentstützbauteil zur Aufnahme des Reaktionsmoments im Betrieb der Antriebeinrichtung. Die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe 20 weist die Feder 22 auf, die in dem Halter 26 untergebracht ist. Die Feder 22 gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Vielzahl von Federelementen auf. Insbesondere ist die Feder 22 aus einer Vielzahl von Schraubendruckfedern gebildet, die um den Umfang der Feder 22 verteilt sind. Denkbar ist in einer alternativen Ausführungsform auch eine Feder 22, die aus einer einzelnen Schraubendruckfeder, Tellerfeder oder Ähnlichem ausgeführt ist. Der Halter 26 ist am Innenumfang des Gehäuses 1 angebracht. Auf der bezogen auf die axiale Richtung anderen Seite ist am Außenumfang des Außenrings 8 die Reibkupplungsanordnung 21 vorgesehen, die aus mehreren Reibkupplungselementen besteht, die konzentrisch um den Außenumfang des Außenrings 8 angeordnet sind.

Die Reibkupplungselemente weisen stationäre Reibkupplungselemente, die drehfest an dem Gehäuse 1 angebracht sind, und bewegliche Reibkupplungselemente auf, die an dem Außenumfang des Außenrings 8 befestigt sind. Die stationären und beweglichen Reibkupplungselemente sind abwechselnd aufeinandergeschichtet. Aufgrund der Federkraft des Vorspannelements 22 werden die stationären und die beweglichen Reibkupplungselemente der Reibkupplungsanordnung 21 zusammengepresst, so dass bis zu einem gewissen Drehmoment der Außenring 8 stationär zum Gehäuse 1 bleibt. Bei Überschreiten des maximalen Auslegungsdrehmoments wird an der Reibkupplungsanordnung 21 ein Schlupf erzeugt, so dass sich die stationären und die beweglichen Reibkupplungselemente der Reibkupplungsanordnung 21 relativ zueinander drehen können und sich somit der Außenring 8 relativ zum Gehäuse 1 drehen kann.

Somit wird bewirkt, dass bei Überschreiten eines maximalen Abstützmoments sich der Außenring 8 relativ zum Gehäuse 1 drehen kann. Mit dieser Funktion wird bewirkt, dass das maximal auf den Rotor 3 des Elektromotors wirkende Drehmoment begrenzt werden kann.

Daher kann für den Fall, dass das Abstützmoment, das am Außenring 8 wirkt, ein maximales Moment übersteigt, das im Kraftübertragungspfad der Antriebseinrichtung wirkende Drehmoment begrenzt werden. Insbesondere können die Elemente des Getriebes der Antriebseinrichtung vor einer Überlastung geschützt werden, so dass die Betriebssicherheit verbessert werden kann. Zu diesem Zweck wird die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe 20 und insbesondere die Federkraft des Vorspannelements 22, entsprechend den Vorgaben zum Schutz der Elemente, die zur Kraftübertragung in der Antriebseinrichtung dienen, ausgelegt.

In Figur 1 ist das Konzept einer Ausgestaltung des Drehmomentstützbauteils dargestellt. Das Drehmomentstützbauteil ist in Figur 1 der Außenring 8. Es ist anzumerken, dass in alternativen Ausführungsformen das Drehmomentstützbauteil ein separates Element ist, das mit dem Außenring 8 verbunden ist.

Wie in Figur 1 dargestellt ist, weist das der Außenring 8 eine axiale Erstreckung auf und ist rotationssymmetrische ausgebildet. An der axialen Seite des Außenrings 8, der im Bereich des Halters 26 des Vorspannelements 22 gelegen ist, weist ein radial nach außen weisender Flächenabschnitt 81 eine nach außen gewölbte Kontur auf. Die gewölbte Kontur ist rotationssymmetrisch ausgebildet und verläuft um den Außenumfang des Außenrings 8. Wie in Figur 1 gezeigt ist, weist die nach außen gewölbte Kontur einen Wölbungsradius R1 auf, der auf die Kontur bei Betrachtung eines axialen Längsschnitts des Außenrings bezogen ist Ferner weist an der axialen Seite des Außenrings 8, der sich an einem radial nach innen vorspringenden Abschnitt des Gehäuses 1 abstützt, ein radial nach außen weisender Flächenabschnitt 82 eine nach außen gewölbte Kontur auf. Die gewölbte Kontur ist ebenfalls rotationssymmetrisch ausgebildet und verläuft ebenfalls um den Außenumfang des Außenrings 8. Wie in Figur 1 gezeigt ist, weist die nach außen gewölbte Kontur einen Wölbungsradius R2 auf, der auf die Kontur bei Betrachtung eines axialen Längsschnitts des Außenrings bezogen ist. Die Wölbungsradien R1 und R2 sind voneinander verschieden. Insbesondere ist der Wölbungsradius R2 kleiner als der Wölbungsradius R1.

Zusätzlich sind an den axial entgegengesetzten Endbereichen des Außenrings 8 Flächenabschnitte 83 und 84, die die sich axial am Gehäuse 1 beziehungsweise am Halter 26 des Vorspannelements 22 abstützen, vorgesehen. Diese Flächenabschnitte 83 und 84 weisen ebenfalls nach außen, nämlich in die axiale Richtung, gewölbte Konturen auf. Die gewölbten Konturen an den axial nach außen weisenden Flächenabschnitten 83 und 84 weisen jeweils einen Wölbungsradius R3 beziehungsweise R4 auf.

Die gewölbten Konturen an den entsprechenden Flächenabschnitten bilden jeweils umlaufende Erhebungen aus den Flächen, Der Außenring 8 greift mit den Flächenabschnitten 81 , 82, 83, 84 in die jeweils gegenüberliegenden Flächen ein und stütz sich entsprechend ab.

Aufgrund der mit den gewölbten Konturen versehenen Flächenabschnitten als Kontaktbereiche zur Montage des Außenrings 8 wird ein verbesserter Freiheitsgrad bei möglichen Fertigungsabweichungen der Elemente der Antriebseinrichtung ermöglicht, so dass ein Verkanten des Außenrings 8 weniger wahrscheinlich ist, insbesondere wenn aufgrund einer Überschreitung des maximal zulässigen Drehmoments an der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe 20 eine Rotation des Außenrings 8 erfolgen soll. Mit der vorliegenden Ausführungsform kann somit bewirkt werden, dass übermäßige Drehmomentschwankungen, Stöße sowie die Übertragung von starken Drehmomenten aufgrund der Trägheit des Gesamtsystems nur bis zu einem maximalen

Auslegungswert auf den Rotor 3 des Elektromotors übertragen werden. Somit können die Funktion und die Haltbarkeit des Elektromotors verbessert werden. Gleichzeitig kann durch die Ausgestaltung des Außenrings 8 als Drehmomentstützbauteil die Funktionssicherheit bei Überschreiten des zulässigen Drehmoments in der Antriebseinrichtung verbessert werden.

In den vorliegenden Ausführungsformen wird die Antriebseinrichtung auf ein als E-Bike oder Pedelec ausgestaltetes Fahrrad angewendet. In alternativen Ausführungsformen wird die Antriebseinrichtung auf ein Mehrspurfahrzeug, insbesondere auf ein Fahrzeug mit drei oder vier Rädern angewendet. Bezugszeichen

1 Gehäuse

Tretkurbelwelle

Rotor Elektromotor

Stator Elektromotor

5 Ausgangselement Elektromotor

6 Buchsenlager Wellengetriebe

7 Innenbuchse Wellengetriebe

8 Außenring (Drehmomentstützbauteil)

9 Getriebeausgangselement

10 Abstützelement Wellengetriebe

11 zweiter Freilauf

12 T retkurbelwellenausgangselement

13 erster Freilauf

14 Abtriebselement

15 Abtriebsrad

20 Drehmomentbegrenzungsbaugruppe

21 Reibkupplungsanordnung

22 Vorspannelement

26 Halter

81 Flächenabschnitt

82 Flächenabschnitt

83 Flächenabschnitt

84 Flächenabschnitt

R1-R4 Wölbungsradius

Claims

Patentansprüche

1 . Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug, mit

- einem Elektromotor (3, 4) zum zumindest zeitweisen Antreiben des Fahrzeugs durch Zufuhr von elektrischer Leistung zu dem Elektromotor (3, 4), einer Tretkurbelwelle (2) zur Aufnahme von Muskelkraft zum zumindest zeitweisen Antreiben des Fahrzeugs durch Muskelkraft und einem Abtriebselement (14), über das Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs von der Antriebseinrichtung abgebbar ist;

- einem Getriebe mit einem vorbestimmten Übersetzungsverhältnis, das eingangsseitig mit einem Ausgangselement (5) des Elektromotors (3, 4) gekoppelt ist und das ausgangsseitig über ein Getriebeausgangselement (9) mit dem Abtriebselement (14) der Antriebseinrichtung koppelbar ist;

- einem mit der Tretkurbelwelle (2) gekoppelten Tretkurbelwellenausgangselement (12), das mit dem Abtriebselement (14) der Antriebseinrichtung koppelbar ist; wobei die Antriebseinrichtung eine Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) aufweist, die zum Begrenzen eines im Kraftübertragungspfad zwischen dem Elektromotor (3, 4) und dem Abtriebselement (14) wirkenden Drehmoments eingerichtet ist, wobei bei Überschreiten eines vorbestimmten maximalen Drehmoments durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) eine Rotation eines Drehmomentstützbauteils relativ zu einem stationären Element der Antriebseinrichtung gestattet wird, so dass das auf den Rotor (3) des

Elektromotors (3, 4) wirkende Drehmoment auf ein zulässiges Drehmoment begrenzt wird, wobei mindestens eine der axial und radial nach außen weisende Flächenabschnitte (81; 82; 83; 84) des Drehmomentstützbauteils mit einer nach außen gewölbten Kontur ausgestaltet ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützbauteil mit einem Gehäuse (1) der Antriebsreinrichtung zur Abstützung eines Reaktionsmoments gekoppelt ist, wobei die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) im Kraftübertragungspfad zwischen dem Drehmomentstützbauteil und dem Gehäuse (1) vorgesehen ist, um das Abstützmoment auf ein vorbestimmtes maximales Abstützmoment zu begrenzen.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des vorbestimmten maximalen Abstützmoments durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) eine Rotation des Drehmomentstützbauteils des Getriebes (3, 4) relativ zu einem stationären Element gestattet wird, so dass das auf den Rotor (3) des Elektromotors (3, 4) aufgrund des Reaktionsmoments wirkende Drehmoment auf ein zulässiges Drehmoment begrenzt wird.

4. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) eine Reibkupplungsanordnung (21) aufweist, die durch ein Vorspannelement (22) derart vorgespannt ist, dass bei Überschreiten eines an der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) anliegenden vorbestimmten maximalen Drehmoments ein Schlupf in der Reibkupplungsanordnung (21) herbeigeführt wird, so dass durch die Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) eine Relativbewegung zwischen dem Drehmomentstützbauteil und dem stationären Element gestattet wird.

5. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützbauteil rotationsymmetrisch ist und an einem Außenumfang mindestens einen radial nach außen weisenden Flächenabschnitt (81 , 82) aufweist, der über die nach außen gewölbte Kontur mit einem Innenumfang an des stationären Elements eingreift.

6. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützbauteil rotationsymmetrisch ist und an dem Drehmomentstützbauteil mindestens ein radial nach außen weisender Flächenabschnitt (81 ) vorgesehen ist, der mit einer radial nach innen weisenden Fläche eines Halters (26) des Vorspannelements (22) der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) eingreift.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützbauteil an einem Außenumfang zwei radial nach außen weisende Flächenabschnite (81 , 82) aufweist, die axial voneinander beabstandet sind.

8. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützbauteil sich axial erstreckt und mindestens einen axial nach außen weisenden Flächenabschnitt (83) aufweist, der über die nach außen gewölbte Kontur mit einem radialen Abschnitt des stationären Elements eingreift.

9. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehmomentstützbauteil sich axial erstreckt und mindestens einen axial nach außen weisenden Flächenabschnitt (84) aufweist, der über die nach außen gewölbte Kontur mit einem radialen Abschnitt eines Halters (26) des Vorspannelements (22) der Drehmomentbegrenzungsbaugruppe (20) eingreift.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Drehmomentstützbauteil zwei axial nach außen weisende

Flächenabschnitte (83, 84) vorgesehen sind, die an den axialen Endabschniten des das Drehmomentstützbauteils vorgesehen sind.

11. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die nach außen gewölbte Kontur von mindestens einem der Flächenabschnitte (81 , 82, 83, 84) mit einem vorbestimmten Wölbungsradius (R1 , R2, R3, R4) ausgebildet ist.

12. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbungsradien der nach außen gewölbten Kontur für jeden Flächenabschnitt mit einem vorbestimmten Wölbungsradius ausgelegt sind, wobei mindestens für die radial nach außen weisenden Flächenabschnitte (81 , 82) jeweils verschiedene Wölbungsradien vorgesehen sind.

13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Wölbungsradius so ausgebildet ist, dass eine Konzentrizitätsabweichung zwischen dem Drehmomentstützbauteil und dem stationären Element ausgeglichen werden kann.

14. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das stationäre Element als Gehäuse (1) der Antriebseinrichtung ausgebildet ist und das Drehmomentstützbauteil einen Außenring (8) des Getriebes aufweist, mit dem ein Reaktionsmoment des Getriebes in das Gehäuse einleitbar ist.

15. Antriebseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe als Wellengetriebe mit einem als stationäres Element dienenden Gehäuse (1) ausgebildet ist, das eine mit einer Außenverzahnung versehene und mit einem Getriebeausgangselement (9) gekoppelten Innenbuchse (7), einen mit einer Innenverzahnung versehenen Außenring (8), der ein Drehmomentstützbauteil des Getriebes ist, und ein von dem Elektromotor (3, 4) über eine Eingangsseite des Getriebes antreibbares Buchsenlager (6) zur umlaufenden Verformung der Innenbuchse (7) aufweist, wobei die Außenverzahnung der Innenbuchse (7) eine geringere Anzahl von Zähnen aufweist als die Innenverzahnung des Außenrings (8) und die umlaufende Verformung der Innenbuchse (7) eine Rotation der Innenbuchse (7) relativ zu dem Außenring (8) bewirkt.