EP4747596A1

EP4747596A1 - Drehmomentübertragungsanordnung für eine antriebseinrichtung

Info

Publication number: EP4747596A1
Application number: EP24743327.9A
Authority: EP
Inventors: Christoph Margraf; Thomas Riedisser
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2023-07-21
Filing date: 2024-07-11
Publication date: 2026-05-27
Also published as: WO2025021525A1; DE102023206981B3

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungsanordnung (5) für eine Antriebseinrichtung (1) eines muskelbetriebenen Fahrzeugs. Die Anordnung (5) weist ein erstes Drehmomentübertragungsbauteil (7) mit einer ersten Umfangsverzahnung (13), ein zweites Drehmomentübertragungsbauteil (10) mit einer zweiten Umfangsverzahnung (17) und eine Sensoreinrichtung (11) zum Messen einer Belastungsgröße von einem der Drehmomentübertragungsbauteile (7; 10) auf. Die erste und die zweite Umfangsverzahnung (13, 17) kämmen zur Drehmomentübertragung entlang eines Verzahnungskreises (K) miteinander. Ein Spiel zwischen den Zähnen (14) der ersten Umfangsverzahnung (13) und den Zähnen (18) der zweiten Umfangsverzahnung (17) ist so ausgebildet, dass Anlagepunkte (16.1, 16.2, 16.3) äquidistant zueinander entlang des Verzahnungskreises (K) angeordnet sind.

Description

Drehmomentübertragungsanordnung für eine Antriebseinrichtung

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentübertragungsanordnung für eine Antriebseinrichtung eines muskelbetriebenen Fahrzeugs. Darüber hinaus be- zieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebe- nes Fahrzeug mit solch einer Drehmomentübertragungsanordnung, und auf ein muskel- betriebenes Fahrzeug mit solch einer Antriebseinrichtung. Ferner bezieht sich die vorlie- gende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen solch einer Drehmomentübertra- gungsanordnung.

Stand der Technik

Muskelbetriebene Fahrzeuge mit elektrischer Unterstützung, beispielsweise E-Bikes oder Pedelecs, können eine Antriebseinrichtung mit einer Kurbeleinrichtung zur Einlei- tung einer Muskelkraft eines Fahrers und eine elektrische Maschine zur Bereitstellung eines Unterstützungsdrehmoments aufweisen. Aufgrund des beschränkten Bauraums und zum Ermöglichen einer einfachen Montage sowie Demontage können Bauteile in einem Drehmomentübertragungspfad der Antriebseinrichtung lösbar miteinander über eine Verzahnung verbunden sein. Zur Steuerung der elektrischen Maschine der An- triebseinrichtung wird häufig ein Drehmoment in der Antriebseinrichtung mit einem Drehmomentsensor erfasst. Drehmomentsensoren sind beispielsweise aus der DE 10 2019 203 322 A1, DE 20 2011 052 156 U1 und EP 3480 575 A1 bekannt. Auf- gabe der vorliegenden Erfindung war es, eine Drehmomentübertragungsanordnung mit zwei über eine Verzahnung verbundenen Drehmomentübertragungsbauteilen bereitzu- stellen, die eine zuverlässige und genaue Messung einer Belastungsgröße in einem der Drehmomentübertragungsbauteile ermöglicht.

Darstellung der Erfindung

Gelöst wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 beanspruchte Drehmomentübertra- gungsanordnung für eine Antriebseinrichtung eines muskelbetriebenen Fahrzeugs. Bei dem muskelbetriebenen Fahrzeug kann es sich um ein Einspurfahrzeug, beispielsweise ein Fahrrad, handeln. Bei dem Fahrrad kann es sich um ein E-Bike oder ein Pedelec handeln. Die Antriebseinrichtung kann eine Kurbeleinrichtung aufweisen, über welche ein Fahrer des Fahrzeugs eine Muskelkraft in die Antriebseinrichtung einleiten kann.

Die Kurbeleinrichtung kann mit einem Abtrieb der Antriebseinrichtung mechanisch wirk- verbunden sein, beispielsweise über ein Getriebe. Das Getriebe kann als Planetenge- triebe ausgebildet sein und eine oder mehrere Planetenstufen aufweisen. Der Abtrieb kann als Kettenblatt oder andersartig ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die An- triebseinrichtung eine elektrische Maschine aufweisen, die ebenfalls mit dem Antrieb oder vorzugsweise Abtrieb der Antriebseinrichtung mechanisch Wirkverbunden sein kann. Im Falle der Anbindung der elektrischen Maschine an dem Abtrieb der Antriebs- einrichtung kann ein durch einen Fahrer auf die Kurbeleinrichtung aufgeprägtes Dreh- moment, welches über ein Getriebe übersetzt werden kann, und ein durch die elektri- sche Maschine bereitgestelltes Drehmoment aufsummiert werden.

Der Abtrieb der Antriebseinrichtung kann mit einem Antriebsrad des Fahrzeugs, bei- spielsweise einem Hinterrad eines Fahrrads, mechanisch Wirkverbunden sein. Die me- chanische Wirkverbindung kann mittels eines Endlosumlaufelements, wie einer Kete oder einem Riemen, ausgebildet werden. Demnach kann über die Antriebseinrichtung ein Drehmoment an das Antriebsrad zum Vortrieb des Fahrzeugs übertragen werden.

Die Drehmomentübertragungsanordnung kann an einer beliebigen Stelle in der An- triebseinrichtung angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist die Drehmomentüber- tragungsanordnung in einem Drehmomentübertragungspfad zwischen der oben be- schriebenen Kurbeleinrichtung und dem oben beschriebenen Getriebe vorgesehen.

Die Drehmomentübertragungsanordnung weist ein erstes Drehmomentübertragungs- bauteil mit einer ersten Umfangsverzahnung und ein zweites Drehmomentübertra- gungsbauteil mit einer zweiten Umfangsverzahnung auf. Bei den Drehmomentübertra- gungsbauteilen kann es sich um im Wesentlichen rotationssymmetrische Bauteile han- deln, die rotationssymmetrisch zu einer Mitelachse ausgebildet sein können. Die Mitel- achsen der Drehmomentübertragungsbauteile können in einer Ausführungsform zusam- menfallen, so dass die Drehmomentübertragungsbauteile koaxial zueinander angeord- net sein können. Sowohl das erste als auch das zweite Drehmomentübertragungsbauteil weisen eine Umfangsverzahnung auf, die entlang des Umfangs, beispielsweise des gesamten Umfangs, des jeweiligen Drehmomentübertra- gungsbauteils angeordnet sein kann. Ebenso kann die Umfangsverzahnung entlang des Umfangs Unterbrechungen wie beispielsweise vergrößerte Zahnlücken aufweisen. Die Verzahnungen können sich dabei jeweils sowohl in Richtung der Mittelachse des jeweiligen Drehmomentübertragungsbauteils als auch senkrecht dazu, beispielsweise in Radialrichtung des jeweiligen Bauteils, erstrecken. Zur Übertragung eines Drehmo- ments kämmen die erste und die zweite Umfangsverzahnung dabei entlang eines Ver- zahnungskreises. Beispielsweise kämmt jeder Zahn des ersten Drehmomentübertra- gungsbauteils mit einem Zahn des zweiten Drehmomentübertragungsbauteils, um ein Drehmoment zwischen den Bauteilen übertragen zu können. Die erste Umfangsverzah- nung und alternativ oder zusätzlich die zweite Umfangsverzahnung kann dabei jeweils als Kronenverzahnung oder aber auch andersartig ausgebildet sein. Die Kronenverzah- nung weist hierbei fertigungstoleranzbedingt sowie montagebedingt ein gewisses Flan- kenspiel auf.

Darüber hinaus umfasst die Drehmomentübertragungsanordnung eine Sensoreinrich- tung zum Messen einer Belastungsgröße von einem der Drehmomentübertragungsbau- teile. Die Sensoreinrichtung kann einen oder mehrere Sensoren aufweisen, die an dem- selben oder an unterschiedlichen Orten angeordnet sein können. Mitels der Sensorein- richtung kann eine Belastungsgröße, beispielsweise ein über das Bauteil übertragenes Drehmoment, bestimmt werden. Das Drehmoment kann beispielsweise basierend auf einer durch die Sensoreinrichtung erfassten Schubspannung bestimmt werden. Hierfür kann die Sensoreinrichtung einen Dehnmessstreifen aufweisen. Die Sensoreinrichtung kann dabei derart angeordnet und ausgebildet sein, dass basierend auf der mit ihr er- fassten Belastungsgröße von einem der Drehmomentübertragungsbauteile ein durch den Fahrer auf die Kurbeleinrichtung aufgeprägtes Drehmoment erfasst oder berechnet werden kann. Basierend auf der mit der Sensoreinrichtung erfassten Belastungsgröße kann die oben beschriebene elektrische Maschine der oben beschriebenen Antriebsein- richtung gesteuert werden.

Dabei ist ein Spiel zwischen den Zähnen der ersten und zweiten Umfangsverzahnung so ausgebildet, dass Anlagepunkte, an denen die erste Umfangsverzahnung mit der zweiten Umfangsverzahnung zu Beginn einer Drehmomentübertragung als erstes in Kontakt kommt, äquidistant zueinander entlang des Verzahnungskreises angeordnet sind. Bei den Anlagepunkten handelt es sich demnach um Positionen, an welchen die beiden Verzahnungen bei Beginn einer Drehmomentübertragung zwischen den Bautei- len als erstes miteinander in Kontakt treten. Die Anlagepunkte können lediglich im Neu- zustand der Drehmomentübertragungsanordnung vorhanden sein und aufgrund von Verschleiß oder oberflächlicher plastischer Verformung durch Belastung oberhalb der Streckgrenze des Verzahnungswerkstoffs während des Betriebs entfallen. Ebenso kön- nen während des Betriebs aufgrund von Verschleiß oder oberflächlicher plastischer Verformung zusätzliche Anlagepunkte hinzukommen. Im Rahmen einer Ausführungs- form sind die Anlagepunkte lediglich im Neuzustand äquidistant zueinander entlang des Verzahnungskreises angeordnet. Die Drehmomentübertragungsanordnung kann eine beliebige Anzahl von Anlagepunkten aufweisen.

Dabei kann das Spiel zwischen den Zähnen der Umfangsverzahnungen so ausgebildet sein, dass sich Anlagepunkte ergeben, die zu einem homogenen, beispielsweise sym- metrischen, Belastungsbild in einem der Drehmomentübertragungsbauteile führen. Das homogene Belastungsbild kann beispielsweise in dem Drehmomentübertragungsbauteil vorliegen, in welchem mitels der Sensoreinrichtung eine Belastungsgröße gemessen werden kann. Dies erlaubt eine zuverlässige und genaue Messung der Belastungs- größe mittels der Sensoreinrichtung. Wären die Anlagepunkte hingegen nicht äqui- distant zueinander angeordnet, so käme es zu einem inhomogenen Belastungsbild, was zu Ungenauigkeiten bei der Erfassung der Belastungsgröße mitels der Sensoreinrich- tung führen würde. Mit der der vorliegenden Erfindung wird demnach eine zuverlässige und genaue Ermittlung einer Belastungsgröße eines Drehmomentübertragungsbauteils ermöglicht, welches mit einem anderen Drehmomentübertragungsbauteil in kämmen- dem Eingriff steht.

Im Rahmen einer Ausführungsform ist das Spiel zwischen den Zähnen der ersten Um- fangsverzahnung und den Zähnen der zweiten Umfangsverzahnung so eingerichtet, dass zu Beginn der Drehmomentübertragung drei äquidistant zueinander entlang des Verzahnungskreises angeordnete Anlagepunkte ausgebildet werden. Die Anlagepunkte können im Rahmen dieser Ausführungsform einen Winkel von 120° zueinander aufweisen. In einer Ausführungsform werden ausschließlich drei und keine weiteren An- lagepunkte ausgebildet Durch das Vorsehen von drei Anlagepunkten kann eine Dreh- momentübertragungsanordnung mit den oben beschriebenen Vorteilen in besonders einfacher Art und Weise bereitgestellt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das Spiel zwischen den Zähnen der Umfangsverzahnung jedoch auch so einge- richtet sein, dass zu Beginn der Drehmomentübertragung vier, fünf, sechs, sieben oder mehr äquidistant zueinander angeordnete Anlagepunkte entlang des Verzahnungskrei- ses ausgebildet werden. Die Anlagepunkte können dabei jeweils so zueinander ange- ordnet sein, dass sie bei Verbindung miteinander ein gleichseitiges Vieleck ausbilden. Hierdurch wäre es auch möglich, über den Umfang gesehen vergrößerte Zahnlücken einzubringen falls funktional oder fertigungstechnisch nötig, ohne dass die Homogenität der Belastungsbildes beeinträchtigt würde.

Gemäß einer Ausführungsform weist das zweite oder vorzugsweise erste Drehmomen- tübertragungsbauteil an den Positionen der Anlagepunkte kleinere Lücken zwischen zwei benachbarten Zähnen der ersten Umfangsverzahnung als an allen anderen Positi- onen auf. Bei einer Lücke kann es sich um einen Abstand, beispielsweise einen Winkel- abstand, in Umfangsrichtung zwischen den benachbarten Zähnen handeln. Bei dem Abstand kann es sich auch um einen Minimalabstand zwischen den benachbarten Zäh- nen handeln. Bei den benachbarten Zähnen kann es sich um Zähne handeln, die in Umfangsrichtung des Drehmomentübertragungsbauteils nebeneinander angeordnet sind. Im Rahmen dieser Ausführungsform können die Lücken zwischen zwei benach- barten Zähnen an den Positionen der Anlagepunkte der ersten Umfangsverzahnung auch kleiner als alle Lücken zwischen benachbarten Zähnen der zweiten Umfangsver- zahnung des zweiten Drehmomentübertragungsbauteils ausgebildet sein. Die kleineren Lücken können ausgebildet werden, indem die benachbarten Zähne, beispielsweise in Umfangsrichtung, vergrößert werden. So können die Anlagepunkte auf besonders ein- fache Art und Weise ausgebildet werden.

In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung zum Messen einer Belastungsgröße des ersten Drehmomentbauteils ausgebildet. Bei dem ersten Drehmomentbauteil kann es sich um das Bauteil handeln, welches die oben beschriebenen kleineren Lücken auf- weist. In einer Ausführungsform ist die Sensoreinrichtung in Umfangsrichtung des Verzahnungskreises auf einen der Anlagepunkte ausgerichtet. Mit anderen Worten kann im Rahmen dieser Ausführungsform die Sensoreinrichtung auf eine der kleineren Lücken zwischen benachbarten Zähnen in Umfangsrichtung ausgerichtet werden. Dies führt zu dem Vorteil, dass mittels der Sensoreinrichtung die Belastungsgröße an einem Ort gemessen werden kann, an welchem diese einen besonders hohen, beispielsweise einen Maximalwert, beziehungsweise einen für die besonders relevanten Sensorfälle repräsentativen Wert aufweist. Bei der Sensoreinrichtung kann es sich um eine Sen- soreinrichtung handeln, die zur Drehmomentmessung in einem der Drehmomentüber- tragungsbauteile ausgebildet ist. Beispielsweise weist die Sensoreinrichtung hierfür ei- nen Dehnmessstreifen auf, wie oben beschrieben.

In einer Ausführungsform ist das erste Drehmomentübertragungsbauteil dabei im We- sentlichen als Topf mit einer Mantelfläche und beispielsweise einem Boden ausgebildet. Die Mantelfläche kann zylindrisch und der Boden beispielsweise kreisförmig ausgebildet sein. Das zweite Drehmomentübertragungsbauteil kann im Wesentlichen als Scheibe ausgebildet sein. In einer Ausführungsform ist das zweite Drehmomentübertragungs- bauteil als Planetenträger ausgebildet, welcher ein oder mehrere Planetenräder tragen kann, die mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad kämmen können. Der Planetenträ- ger kann Teil des oben beschriebenen Getriebes der Antriebseinrichtung sein. Eine Mit- telachse des Topfs kann mit einer Mittelachse der Scheibe zusammenfallen, so dass der Topf und die Scheibe koaxial zueinander angeordnet sein können. Das zweite Drehmomentübertragungsbauteil, also die Scheibe, kann dabei einen durch das erste Drehmomentübertragungsbauteil, also den Topf, aufgespannten Innenraum im Wesent- lichen verschließen. In dem Innenraum des Topfs können Komponenten einer Plane- tenstufe, beispielsweise ein Sonnenrad, ein Hohlrad und Planetenräder angeordnet sein.

Die erste Umfangsverzahnung kann dabei entlang einer Stirnseite der Mantelfläche des Topfes ausgebildet sein. Bei der Stirnseite kann es sich um die Seite der Mantelfläche handeln, welche parallel zu einem Boden des Topfes angeordnet ist. Die erste Um- fangsverzahnung an der Stirnseite der Mantelfläche kann Zähne aufweisen, die entlang der Stirnseite verteilt sind und sich jeweils in Richtung der Mittelachse des Topfes er- strecken. Die zweite Umfangsverzahnung kann im Rahmen dieser Ausführungsform an einer Umfangsfläche der Scheibe ausgebildet sein und demnach Zähne aufweisen, die über den Umfang der Scheibe verteilt sind. Die einzelnen Zähne können sich jeweils senkrecht zur Mittelachse erstrecken, beispielsweise in Radialrichtung der Scheibe. Demnach können die Erstreckungsrichtungen der einzelnen Zähne der ersten Um- fangsverzahnung und der einzelnen Zähne der zweiten Umfangsverzahnung im We- sentlichen senkrecht zueinander angeordnet sein. Die vorliegende Ausführungsform führt zu dem Vorteil, dass eine oben beschriebene Drehmomentübertragungsanord- nung in einer bauraumarmen Umgebung einer Antriebseinrichtung eines Fahrzeugs, beispielsweise eines Fahrrads, vorgesehen werden kann.

Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einem Abtrieb, der mit einem Antriebsrad des Fahrzeugs wirkverbindbar ist. Bei dem Abtrieb kann es sich um ein Ketenblatt der An- triebseinrichtung handeln. Bei dem Antriebsrad kann es sich um ein Hinterrad eines Fahrrads handeln. Der Abtrieb kann mit dem Antriebsrad über ein Endlosumlaufele- ment, wie oben beschrieben, mechanisch Wirkverbunden werden. Die Antriebseinrich- tung weist darüber hinaus eine Kurbeleinrichtung zum Einleiten einer Muskelkraft in die Antriebseinrichtung auf. Die Kurbeleinrichtung kann eine oder mehrere Kurbeln mit da- ran montierten Pedalen aufweisen, über welche ein Fahrer des Fahrzeugs eine Muskel- kraft in die Antriebseinrichtung einleiten kann. Darüber hinaus kann die Antriebseinrich- tung ein Getriebe zur Übersetzung und Übertragung der eingeleiteten Muskelkraft an den Abtrieb aufweisen.

Ferner kann die Antriebseinrichtung eine mit dem Abtrieb mechanisch Wirkverbundene elektrische Maschine aufweisen, über welche ein Drehmoment an den Antrieb odervor- zugsweise Abtrieb zur Unterstützung des Fahrers bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung eine Drehmomentübertragungsanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen, wobei die Drehmomentübertra- gungsanordnung im Drehmomentübertragungspfad zwischen der Kurbeleinrichtung und dem Getriebe angeordnet sein kann. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit solch einer Antriebseinrichtung. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Vorteile der einzelnen Komponenten wird auf die obigen Ausführun- gen im Zusammenhang mit der Drehmomentübertragungsanordnung verwiesen. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Drehmomentübertragungsanordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausfüh- rungsformen. Das Verfahren umfasst ein Definieren eines maximalen Spiels zwischen den Zähnen der ersten Umfangsverzahnung und den Zähnen der zweiten Umfangsver- zahnung an den Positionen der Anlagepunkte. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Definieren eines minimalen Spiels zwischen den Zähnen der ersten Umfangsver- zahnung und den Zähnen der zweiten Umfangsverzahnung an allen anderen Positio- nen, also an allen Positionen, an denen keine Anlagepunkte ausgebildet werden. Das maximale Spiel an den Positionen der Anlagepunkte ist dabei kleiner als das minimale Spiel an allen weiteren Positionen. So kann sichergestellt werden, dass die Anlage- punkte trotz Fertigungstoleranzen und notwendiger Spiele für die Montage bei den Drehmomentübertragungsbauteilen und deren Umfangsverzahnungen an den anvisier- ten Positionen ausgebildet werden. Hinsichtlich der Ausgestaltung und Vorteile der ein- zelnen Merkmale wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der Dreh- momentübertragungsanordnung verwiesen.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt schematisch eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt schematisch eine Drehmomentübertragungsanordnung der Antriebsein- richtung aus Figur 1 in einer Schnittansicht.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine Antriebseinrichtung 1 für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß ei- ner Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das muskelbetriebene Fahrzeug ist in der vorliegenden Ausführungsform als Fahrrad, genauer gesagt als Pedelec ausgebil- det. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst eine Kurbeleinrichtung 2, über welche ein Fahrer des Fahrrads eine Muskelkraft in diese einbringen kann. Die Kurbeleinrichtung 2 um- fasst eine Welle, an deren Enden jeweils Kurbeln 3 zum Einleiten eines Drehmoments in die Antriebseinrichtung 1 über den Fahrer des Fahrrads vorgesehen sind. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung 1 einen Abtrieb 4, der in der vorliegenden Aus- führungsform als Kettenblatt ausgebildet ist. Der Abtrieb 4 kann mit einem Antriebsrad, beispielsweise einem Hinterrad, des Fahrrads über ein Endlosumlaufelement, beispiels- weise einer Kette oder Riemen, mechanisch wirkverbunden werden. Ein von dem Fah- rer über die Kurbeleinrichtung 2 eingeleitetes Drehmoment kann über eine Drehmomen- tübertragungsanordnung 5 und ein Getriebe 6 an den Abtrieb 4 der Antriebseinrichtung 1 übertragen werden. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung 1 eine elektrische Maschine 20, welche über ein nicht gezeigtes Stkwadgetriebe Reduziergetriebe mit Seitentrieb ebenfalls mit dem Abtrieb 4 mechanisch wirkverbunden ist. Alternativ kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform die elektrische Maschine 20 auch über ein Reduziergetriebe mit Seitentrieb an den Antrieb 2 angebunden sein. Die elektrische Ma- schine 20 kann ein Drehmoment zur Unterstützung des Fahrers bereitstellen. Am Ab- trieb 4 liegen demnach das durch den Fahrer über die Kurbeleinrichtung 2 eingeleitete und über das Getriebe 6 übersetzte Drehmoment sowie das durch die elektrische Ma- schine 20 bereitgestellte und über das nicht gezeigte Stirnradgetriebe übersetzte Dreh- moment an.

Das Getriebe 6 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Planetengetriebe ausgebil- det und weist eine erste Planetenstufe 6.1 sowie weitere Planetenstufen 6.2 auf. Die Kurbeleinrichtung 2 ist über die Drehmomentübertragungsanordnung 5 mit der ersten Planetenstufe 6.1 des Getriebes 6 mechanisch wirkverbunden. Die erste Planetenstufe 6.1 ist wiederum mit den weiteren Planetenstufen 6.2 mechanisch wirkverbunden. Die weiteren Planetenstufen 6.2 sind mit dem Abtrieb 4 mechanisch wirkverbunden.

Wie in Figur 1 zu sehen, weist die Drehmomentübertragungsanordnung 5 der vorliegen- den Ausführungsform ein erstes Drehmomentübertragungsbauteil 7 auf, welches vorlie- gend als Topf ausgebildet ist. Der Topf 7 umfasst eine Bodenfläche 8 und eine Mantel- fläche 9, wobei dessen Mittelachse koaxial zur einer die Kurbeln 3 verbindendem Welle der Kurbeleinrichtung 2 angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Drehmomentüber- tragungsanordnung 5 ein zweites Drehmomentübertragungsbauteil 10, dessen Mitel- achse mit der Mittelachse des Topfes 7 zusammenfällt. Das zweite Drehmomentüber- tragungsbauteil 10 ist vorliegend als Scheibe, genauer gesagt als Planetenträger der ersten Planetenstufe 6.1 ausgebildet. Der Planetenträger 10 trägt mehrere nicht ge- zeigte Planetenräder, die mit einem Sonnenrad und einem Hohlrad der ersten Planeten- stufe 6.1 kämmen. In der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Planetenstufe 6.1 im Wesentlichen in dem Topf 7 aufgenommen und wird in Richtung dessen Mitelachse auf der einen Seite durch den Boden 8 und auf der anderen Seite durch den Planeten- träger 10 eingeschlossen. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist der Boden 8 des Topfes 7 per- manent drehfest mit der Kurbeleinrichtung 2 zur Drehmomentübertragung verbunden. Der Topf 7 ist ferner lösbar mit dem Planetenträger 10 der ersten Planetenstufe 6.1 zur Drehmomentübertragung verbunden. Diese lösbare Verbindung ist in Form einer Ver- zahnung ausgebildet, die im Folgenden unter Bezugnahme auf Figur 2 beschrieben wird. Aufgrund der lösbaren Verbindung ist ein einfacher Zusammenbau und Toleranz- ausgleich der Antriebseinrichtung 1 möglich, indem der Topf 7, die erste Planetenstufe 6.1 samt des Planetenträgers 10 nacheinander ineinander gestapelt werden können.

Mit dem ersten Drehmomentübertragungsbauteil 7, genauer gesagt dem Boden 8 des Topfes 7, ist eine Sensoreinrichtung 11 zum Messen einer Belastungsgröße des ersten Drehmomentübertragungsbauteils 7 mechanisch verbunden. In der vorliegenden Aus- führungsform handelt es sich bei der Sensoreinrichtung 11 um eine Einrichtung zur Messung eines an dem Topf 7 anliegenden Drehmoments, beispielsweise um einen Dehnmessstreifen. Über die Sensoreinrichtung 11 kann demnach ein am Topfboden 8 anliegendes Drehmoment und darüber ein Drehmoment an der Kurbeleinrichtung 2 er- fasst werden. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst eine Steuereinrichtung 12, mit welcher die Sensoreinrichtung 11 elektronisch verbunden ist. Die Steuereinrichtung 12 ist ferner elektronisch mit der elektrischen Maschine 20 verbunden, um diese basierend auf dem mit der Sensoreinrichtung 11 erfassten Drehmoment zu steuern.

Figur 2 zeigt eine Schnitansicht durch die Drehmomentübertragungsanordnung 5 der Antriebseinrichtung 1 an dem Ort, an welchem die Mantelfläche 9 des Topfes 7 mit dem Planetenträger 10 lösbar verbunden ist. Bei der Schnittansicht handelt es sich um einen Schnitt, der senkrecht zu den Mittelachsen des Topfes 7 und des Planetenträgers 10 angeordnet ist. Wie aus Figuren 1 und 2 ersichtlich, weist der Topf 7 an dessen Mantel- fläche 9 eine erste Umfangsverzahnung 13 auf, die an einer Stirnfläche der Mantelflä- che 9 angeordnet ist. Die Umfangsverzahnung 13 ist entlang des gesamten Umfangs der Mantelfläche 9 angeordnet, wobei sich die Zähne der Umfangsverzahnung 13 je- weils in Richtung der Mittelachse des Topfes 7 erstreckt. Alternativ kann in einer nicht dargestellten Ausführungsform die Umfangsverzahnung 13 äquidistant und rotations- symmetrisch lokal unterbrochen ausgeführt werden und sich somit nicht über den ge- samten Umfang erstrecken. Die erste Umfangsverzahnung 13 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 14, wobei zwischen benachbarten Zähnen 14 jeweils eine Lücke 15 ausge- bildet ist. Die Lücken 15 zwischen benachbarten Zähnen 14 weisen dabei jeweils einen im Wesentlichen identischen Abstand, vorliegenden einen identischen Winkelabstand, auf. An drei Positionen weisen die benachbarten Zähne 14 jedoch eine kleinere Lücke 16.1 , 16.2 und 16.3 als die Lücke 15 zwischen allen sonstigen benachbarten Zähnen 14 auf. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Abstände von benachbarten Zäh- nen 14 zum Ausbilden der kleineren Lücken 16.1 , 16.2 und 16.3 verringert, indem die an die kleineren Lücken 16.1, 16.2 und 16.3 angrenzenden Zähne 14 in Umfangsrich- tung U verbreitert werden. Die Positionen 16.1 , 16.2 und 16.3, an denen die Abstände von benachbarten Zähnen 14 kleiner als an allen anderen Positionen sind, sind dabei in Umfangsrichtung U äquidistant zueinander angeordnet. Demnach sind die Positionen mit den kleineren Abständen zwischen benachbarten Zähnen 14 jeweils um 120° zuei- nander versetzt vorgesehen.

In Figur 2 ist ferner das zweite Drehmomentübertragungsbauteil 10 zu sehen, welches vorliegend als Planetenträger ausgebildet ist. Der Planetenträger 10 weist eine zweite Umfangsverzahnung 17 auf, die an einer radialen Außenfläche in Umfangsrichtung an- geordnet ist. Die Zähne 18 der zweiten Umfangsverzahnung 17 sind gleichmäßig über den Umfang des Planetenträgers 10 verteilt und erstrecken sich jeweils senkrecht zur Mittelachse des Planetenträgers 10. Die Zähne 18 sind in der vorliegenden Ausfüh- rungsform dabei derart angeordnet, dass benachbarte Zähne 18 jeweils einen im We- sentlichen gleichen Abstand zueinander aufweisen. Die Lücken 19 benachbarter Zähne 18 der zweiten Umfangsverzahnung 17 sind also im Wesentlichen gleich groß ausgebil- det. Die Zähne 18 der zweiten Umfangsverzahnung 17 sind dabei jeweils in einer Lücke 15, 16.1 , 16.2 und 16.3 zwischen den Zähnen 14 der ersten Umfangsverzahnung 13 angeordnet. Demnach kämmt die erste Umfangsverzahnung 13 mit der zweiten Um- fangsverzahnung 17 entlang eines in Umfangsrichtung U verlaufenden Verzahnungs- kreises K. Vorliegend sind sowohl die erste Umfangsverzahnung 13 als auch die zweite Umfangsverzahnung 17 als Kronenverzahnung ausgebildet. Die Sensoreinrichtung 11 ist in der vorliegenden Ausführungsform in Umfangsrichtung U auf eine der kleinerer Lü- cken 16.1 , 16.2 und 16.3 ausgerichtet.

Wird nun über die Kurbeleinrichtung 2 ein Drehmoment auf das erste Drehmomentüber- tragungsbauteil 7, also den Topf, aufgeprägt, so beginnen sich die Zähne 14 der ersten Umfangsverzahnung 13 in den Lücken 19 der zweiten Umfangsverzahnung 17 zu be- wegen. Da die Zähne 14 des Topfes 7 kleinere Lücken 16.1 , 16.2 und 16.3 an einigen Positionen als an allen anderen Positionen aufweisen, kommt es zunächst an den Posi- tionen 16.1 , 16.2 und 16.3 zu einem Kontakt zwischen den beiden Umfangsverzahnun- gen 13 und 17. Diese Positionen stellen demnach Anlagepunkte 16.1 , 16.2 und 16.3 dar, an welchen ein Initialkontakt zwischen den Verzahnungen 13 und 17 auftritt. Ent- lang des Verzahnungskreises K sind diese Anlagepunkte 16.1 , 16.2 und 16.3 folglich äquidistant zueinander angeordnet. Durch diese äquidistante Anordnung der Anlage- punkte 16.1 , 16.2 und 16.3 ergibt sich ein homogenes und rotationssymmetrisches Tragbild, also eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Drehmomentbelastung, in dem ersten Drehmomentübertragungsbauteil 7. Aufgrund des homogenen und rotati- onssymmetrischen Tragbilds ist mit der am Boden 8 des Topfes 7 angeordneten Sen- soreinrichtung 11 eine genaue und zuverlässige Drehmomenterfassung möglich.

Wären die Anlagepunkte hingegen nicht äquidistant zueinander angeordnet, käme es zu lokalen Belastungsspitzen im Tragbild, die in einer ungenauen und verfälschten Drehmomentmessung mit der Sensoreinrichtung 11 resultieren würden. Aufgrund der genauen und zuverlässigen Drehmomentmessung mit der Sensoreinrichtung 11 kann die Steuereinrichtung 12 daraufhin die elektrische Maschine 20 mit ebenfalls hoher Zu- verlässigkeit und Genauigkeit ansteuern. Im Neuzustand werden die drei äquidistant zu- einander angeordneten Anlagepunkte 16.1 , 16.2 und 16.3 zu einem homogenen Trag- bild im Topf 7 führen. Durch die hohe Flächenpressung wird es nach kurzer Zeit jedoch zu einem Verschleiß oder oberflächlicher plastischer Verformung durch Belastung ober- halb der Streckgrenze des Verzahnungswerkstoffs kommen, bis auch alle anderen Zähne zum Tragbild beitragen. Durch den Verschleiß bzw. oberflächlicher plastischer Verformung wird sich das Tragbild aber immer derart homogen ausbilden, dass die Schubspannung in dem Boden 8 des Topfes 7 reproduzierbare und repräsentativ auswertbare plausible Werte liefert, unabhängig der vorliegenden Fertigungstoleranzen der Mitnahmeverzahnung zwischen Topf 7 und Planetenträger 10.

Um die in Figuren 1 und 2 dargestellte Drehmomentübertragungsanordnung 5 herzu- stellen, wird in einem Verfahren zum Herstellen der Drehmomentübertragungsanord- nung 5 zunächst ein maximales Spiel zwischen den Zähnen 14 der ersten Umfangsver- zahnung 13 und den Zähnen 18 der zweiten Umfangsverzahnung 17 an den Positionen der Anlagepunkte 16.1 , 16.2 und 16.3 definiert. Anschließend wird ein minimales Spiel zwischen den Zähnen 14 der ersten Umfangsverzahnung 13 und den Zähnen 18 der zweiten Umfangsverzahnung 17 an allen anderen Positionen definiert. Das maximale Spiel an den Positionen der Anlagepunkte 16.1 , 16.2 und 16.3 wird dabei zu einem klei- neren Wert bestimmt als das minimale Spiel an allen weiteren Positionen. So kann si- chergestellt werden, dass eine Drehmomentübertragungsanordnung 5 hergestellt wird, bei welcher es zu Beginn der Drehmomentübertragung zu äquidistant zueinander ange- ordneten Anlagepunkten 16.1 , 16.2 und 16.3 kommt.

Bezugszeichen

1 Antriebseinrichtung

2 Kurbeleinrichtung

3 Kurbel

4 Abtrieb

5 Drehmomentübertragungsanordnung

6 Getriebe

6.1, 6.2 Planetenstufe

7 erstes Drehmomentübertragungsbauteil

8 Topfboden

9 Mantelfläche

10 zweites Drehmomentübertragungsbauteil

11 Sensoreinrichtung

12 Steuereinrichtung

13 erste Umfangsverzahnung

14 Zähne

15 Lücke

16.1 ,16.2,16.3 kleinere Lücke, Anlagepunkte

17 zweite Umfangsverzahnung

18 Zähne

19 Lücke

20 elektrische Maschine

U Umfangsrichtung

K Verzahnungskreis

Claims

Patentansprüche

1. Drehmomentübertragungsanordnung (5) für eine Antriebseinrichtung (1) eines mus- kelbetriebenen Fahrzeugs aufweisend ein erstes Drehmomentübertragungsbauteil (7) mit einer ersten Umfangsverzahnung (13), ein zweites Drehmomentübertragungsbauteil (10) mit einer zweiten Umfangsverzahnung (17) und eine Sensoreinrichtung (11) zum Messen einer Belastungsgröße von einem der Drehmomentübertragungsbauteile (7;

10), wobei die erste und die zweite Umfangsverzahnung (13, 17) zur Drehmomentüber- tragung entlang eines Verzahnungskreises (K) miteinander kämmen und ein Spiel zwi- schen den Zähnen (14) der ersten Umfangsverzahnung (13) und den Zähnen (18) der zweiten Umfangsverzahnung (17) so ausgebildet ist, dass Anlagepunkte (16.1 , 16.2, 16.3), an denen die erste Umfangsverzahnung (13) mit der zweiten Umfangsverzah- nung (17) zu Beginn der Drehmomentübertragung als erstes in Kontakt kommt, äqui- distant zueinander entlang des Verzahnungskreises (K) angeordnet sind.

2. Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel zwischen den Zähnen (14) der ersten Umfangsverzahnung (13) und den Zähnen (18) der zweiten Umfangsverzahnung (19) so eingerichtet ist, dass zu Beginn der Drehmomentübertragung drei äquidistant zueinander entlang des Verzahnungskrei- ses (K) angeordnete Anlagepunkte (16.1, 16.2, 16.3) ausgebildet werden.

3. Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmomentübertragungsbauteil (7) an den Positionen der Anlagepunkte (16.1, 16.2, 16.3) kleinere Lücken zwischen zwei be- nachbarten Zähnen (14) der ersten Umfangsverzahnung (13) als an allen anderen Posi- tionen und als alle Lücken (19) zwischen benachbarten Zähnen (18) der zweiten Um- fangsverzahnung (17) des zweiten Drehmomentübertragungsbauteils (10) aufweist.

4. Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11) zum Messen einer Belastungsgröße des ersten Dreh- momentübertragungsbauteils (7) ausgebildet ist.

5. Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11) in Umfangsrichtung (U) des Verzahnungskreises (K) auf einen der Anlagepunkte (16.1 ; 16.2; 16.3) ausgerichtet ist.

6. Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (11 ) zur Drehmomentmes- sung in einem der Drehmomentübertragungsbauteile (7; 10) ausgebildet ist.

7. Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Drehmomentübertragungsbauteil (7) im Wesentlichen als Topf mit einer Mantelfläche (9) und das zweite Drehmomentübertra- gungsbauteil (10) im Wesentlichen als Scheibe ausgebildet ist, wobei eine Mitelachse des Topfs (7) mit einer Mittelachse der Scheibe (10) zusammenfällt, die erste Um- fangsverzahnung (13) entlang einer Stirnseite der Mantelfläche (9) des Topfs (7) ausge- bildet ist und sich in Richtung der Mittelachse erstreckt und die zweite Umfangsverzah- nung (17) an einer Umfangsfläche der Scheibe (10) ausgebildet ist und sich senkrecht zu der Mittelachse erstreckt.

8. Antriebseinrichtung (1) für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einem mit einem An- triebsrad des Fahrzeugs wirkverbindbaren Abtrieb (4), einer Kurbeleinrichtung (2) zum Einleiten einer Muskelkraft in die Antriebseinrichtung (1 ), einem Getriebe (6) zur Über- setzung und Übertragung der eingeleiteten Muskelkraft an den Abtrieb (4), einer mit dem Abtrieb (4) mechanisch Wirkverbundenen elektrischen Maschine (20) und einer Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drehmomentübertragungsanordnung (5) im Drehmomentübertragungspfad zwischen der Kurbeleinrichtung (2) und dem Getriebe (6) angeordnet ist.

9. Muskelbetriebenes Fahrzeug mit einer Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 8.

10. Verfahren zum Herstellen einer Drehmomentübertragungsanordnung (5) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend ein Definieren eines maximalen Spiels zwi- schen den Zähnen (14) der ersten Umfangsverzahnung (13) und den Zähnen (18) der zweiten Umfangsverzahnung (17) an den Positionen der Anlagepunkte (16.1 , 16.2, 16.3) und ein Definieren eines minimalen Spiels zwischen den Zähnen (14) der ersten Umfangsverzahnung (13) und den Zähnen (18) der zweiten Umfangsverzahnung (17) an allen anderen Positionen, wobei das maximale Spiel an den Positionen der Anlage- punkte (16.1 , 16.2, 16.3) kleiner als das minimale Spiel an allen weiteren Positionen ist.