WO2010124742A1

WO2010124742A1 - Antrieb für ein radfahrzeug

Info

Publication number: WO2010124742A1
Application number: PCT/EP2009/055308
Authority: WO
Inventors: Philippe Kohlbrenner
Original assignee: Philippe Kohlbrenner
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2010-11-04

Abstract

Antrieb für ein Radfahrzeug, das eine Muskelkraft in Drehmoment umwandelnde Tretkurbel (1, 2) mit einer um eine Tretkurbelachse (R2) drehbaren Tretkurbelwelle (2) aufweist, der Antrieb umfassend: a) einen Elektromotor (10) mit einem Stator (11) und einem um eine Rotorachse (R12) drehbaren Rotor (12), wobei die Rotorachse (R12) von der Tretkurbelachse (R2) beabstandet ist, b) ein von der Tretkurbel (1, 2) um eine von der Tretkurbelachse (2) beabstandete Drehachse (R12) drehantreibbares Eingangsglied (5; 5'), c) ein von der Tretkurbel (1, 2) über das Eingangsglied (5; 5') und von dem Elektromotor (10) um die Drehachse (R12) des Eingangsglieds (5; 5') drehantreibbares Ausgangsglied (6) für den Abtrieb auf ein Rad (W) des Radfahrzeugs, d) einen Motorfreilauf (17; 17') für die Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors (10) auf das Ausgangsglied (6) e) und einen Tretkurbelfreilauf (18; 18') für die Übertragung eines Drehmoments der Tretkurbel (1, 2) auf das Ausgangsglied (6).

Description

Antrieb für ein Radfahrzeug

Die Erfindung betrifft einen Antrieb, mittels dem ein Radfahrzeug sowohl durch Muskelkraft als auch elektromotorische Kraft antreibbar ist. Die Erfindung hat einen Hybridantrieb dieser Art im eingebauten Zustand, also ein mit dem Antrieb ausgestattetes Radfahrzeug, und auch den Antrieb als solchen zum Gegenstand.

Die EP 0 743 238 Al beschreibt eine Kombination aus einem Tretkurbelantrieb und einem Elektromotor, die über Freiläufe ein gemeinsames Kurbelritzel antreiben. In einer ersten Ausführung sind der Elektromotor und die Tretkurbel nebeneinander angeordnet und treiben jeweils über ein Getriebe das Kurbelritzel an. In einer zweiten Ausführung sind die Tretkurbel und der Elektromotor koaxial angeordnet, und das gemeinsame Kurbelritzel wird vom Elektromotor direkt und von der Tretkurbel über ein Getriebe angetrieben. Der getriebetechnische Aufwand ist in beiden Ausführungen erheblich und erfordert eine spezielle Konstruktion für die Tretkurbelwelle, deren Drehlagerung und das Tretlagergehäuse. Standardkomponenten sind für den die Tretkurbel umfassenden Antriebsteil nicht verwendbar. In der zweiten Ausführung muss zusätzlich der Elektromotor speziell an die Gegebenheiten auf der Tretkurbelwelle angepasst sein.

Auch die JP 2007-7176221 A beschreibt einen Antrieb mit einer Tretkurbel und einem Elektromotor, der über eine Getriebestufe untersetzt wird.

Ein aus der WO 99/30960 A2 bekannter Antrieb weist eine Tretkurbel und einen Elektromotor auf, denen ebenfalls ein Kurbelritzel gemeinsam zugeordnet ist. Die Tretkurbel, der Rotor des Elektromotors und das Kurbelritzel sind jeweils in beide Drehrichtungen oder zumindest über Freiläufe in eine Antriebdrehsrichtung drehmomentfest mit der Tretkurbelwelle verbunden. Die Drehzahl des Motors ist mit der Drehzahl der durch Muskelkraft betätigten Tretkurbel identisch. Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Antrieb der genannten Art in einfacher und kompakter Bauweise mit einer hinsichtlich der Abgabe des Drehmoments verbesserter Abstimmung zwischen dem mit Muskelkraft zu betreibenden Antriebsteil und dem elektromotorischen Antriebsteil zu schaffen.

Die Erfindung geht von einem Antrieb für ein Radfahrzeug aus, der einen Elektromotor mit einem Stator und einem um eine Rotorachse drehbaren Rotor umfasst. Die Erfindung setzt ein Radfahrzeug voraus, dass mittels einer Tretkurbel mit Muskelkraft betreibbar ist. Für die Einleitung des Drehmoments der Tretkurbel, die Bestandteil des erfmdungsgemäßen Antrieb sein kann aber nicht sein muss, umfasst der Antrieb ein Eingangsglied, das von der Tretkurbel um die eine von der Tretkurbel beabstandete Drehachse drehantreibbar ist. Das Eingangsglied bildet somit einen Anschluss zur Seite der Tretkurbel hin. Der Antrieb beinhaltet ferner ein Ausgangsglied für den Abtrieb auf ein Rad des Radfahrzeugs. Das Ausgangsglied ist über das Eingangsglied von der Tretkurbel und auch von dem Elektromotor um die gleiche Drehachse wie das Eingangsglied drehantreibbar. In bevorzugten Ausführungen kann es wahlweise entweder allein über das Eingangsglied oder allein vom Elektromotor oder auch in Kombination über das Eingangsglied und vom Elektromotor gemeinsam angetrieben werden. Der Antrieb ist bevorzugt dafür eingerichtet, dass ein Fahrer des Radfahrzeugs wählen kann, ob er nur per Muskelkraft oder nur per Elektromotor oder aber mit Muskelkraft und elektromotorischer Unterstützung fahren möchte. Gegenstand der Erfindung sind auch vereinfachte Ausführungen, in denen der Antrieb dafür eingerichtet ist, den Elektromotor nur im Unterstützungsbetrieb, also nur in Kombination mit dem Tretkurbelantriebsteil zu betreiben. Obgleich weniger bevorzugt kann der elektromotorische Antrieb auch dafür eingerichtet sein, auf das Rad nur dann abzutreiben, wenn über das Eingangsglied kein Drehmoment eingeleitet wird.

Zum Antrieb gehören auch noch ein Motorfreilauf für die Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors und ein Tretkurbelfreilauf für die Übertragung eines Drehmoments der Tretkurbel jeweils auf das Ausgangsglied. Der Motorfreilauf weist eine im Drehmomentfluss vom Elektromotor auf das Ausgangsglied aufwärtige Antriebsseite für den Antrieb durch den Elektromotor und eine in diesem Drehmomentfluss abwärtige Abtriebsseite für den Abtrieb auf das Ausgangsglied auf. Der Tretkurbelfreilauf ist im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbel und dem Ausgangsglied angeordnet und weist analog dem Motorfreilauf eine in diesem weiteren Drehmomentfluss aufwärtige Antriebsseite für den Antrieb durch die Tretkurbel und eine abwärtige Abtriebsseite für den Abtrieb auf das Ausgangsglied auf. Der Motorfreilauf koppelt den Rotor in eine Antriebsdrehrichtung des Antriebs mit dem Ausgangsglied und entkoppelt den Rotor in die Gegendrehrichtung vom Ausgangsglied. Der Tretkurbelfreilauf dient in analoger Weise der Kopplung und Entkopplung der Tretkurbel mit und vom Ausgangsglied. Das Drehmoment des Elektromotors wird somit über den Motorfreilauf nur in die Antriebsdrehrichtung auf das Ausgangsglied übertragen. Das Drehmoment der Tretkurbel wird über den Tretkurbelfreilauf in die Antriebsdrehrichtung auf das Ausgangsglied übertragen, während eine Drehmomentübertragung in die Gegendrehrichtung nicht oder allenfalls in einem vernachlässigbaren Ausmaß stattfindet, der Tretkurbelfreilauf also zulässt, dass das Ausgangsglied die Tretkurbel in die Antriebsdrehrichtung "überholt". Die Freiläufe wirken jeweils in ihrem Drehmomentfluss als Ein-Wege-Kupplung. Im Ergebnis ist das Ausgangsglied vom Elektromotor über den Motorfreilauf und von der Tretkurbel über den Tretkurbelfreilauf in die Antriebsdrehrichtung drehantreibbar, aber relativ zum Rotor des Elektromotors und auch relativ zur Tretkurbel, bevorzugt relativ zum Eingangsglied, um seine Drehachse in die Antriebsdrehrichtung drehbar.

Der Fahrer kann somit über die Tretkurbel das Radfahrzeug antreiben ohne den Elektromotor mitzuschleppen. Der Elektromotor kann in solchen Phasen des Fahrbetriebs stillstehen, was Energie spart. Er kann den Fahrer über den Motorfreilauf auch unterstützen, indem die Drehmomente der Tretkurbel und des Elektromotors mittels des Eingangsglieds auf das Ausgangsglied überlagert werden. Schließlich kann er das Radfahrzeug auch alleine antreiben, falls eine Steuerung für das Antriebs-Management von Motor und Tretkurbel dies zulässt, während der Tretkurbelfreilauf die Tretkurbel abkoppelt.

Da das Drehmoment der Tretkurbel über das beim elektromotorischen Antriebsteil angeordnete Eingangsglied auf das für die Tretkurbel und den Elektromotor gemeinsame Ausgangsglied übertragen wird, kann die Drehzahl der Tretkurbel auf einfache Weise in der Übertragungsstrecke zwischen der Tretkurbel und dem Eingangsglied oder zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied in einen für den Elektromotor günstigen Drehzahlbereich ins Schnelle übersetzt werden, so dass der Elektromotor besser auf die typischerweise niedrigeren Drehzahlen der Tretkurbel abgestimmt ist. Das Wort "oder" wird hier wie auch sonst von der Erfindung im üblichen logischen Sinne als "inklusiv oder" verwendet, umfasst also sowohl die Bedeutung von "entweder.... oder" als auch die Bedeutung von "und", soweit sich aus dem jeweils konkreten Zusammenhang nicht ausschließlich nur eine dieser Bedeutungen ergeben kann. Bezogen auf die Übersetzung der Drehzahl der Tretkurbel in Richtung Ausgangsglied bedeutet dies, dass die Übersetzung entweder nur in der Übertragungsstrecke von der Tretkurbel auf das Eingangsglied erfolgt oder nur in der Übertragungsstrecke vom Eingangsglied auf das Ausgangsglied oder aber kombiniert in beiden Übertragungsstrecken. Bevorzugt findet eine Übersetzung nur von der Tretkurbel auf das Eingangsglied statt.

Für die Übersetzung wird vorzugsweise ein Zugmittelgetriebe mit einem umlaufenden flexiblen Zugmittel verwendet. Die Drehmomentübertragung zwischen der Tretkurbel und dem Eingangsglied ist vorzugsweise formschlüssig. Bevorzugte Zugmittel sind dementsprechend ein Zahnriemen oder eine Kette. Alternativ zu einem Zugmittelgetriebe ist grundsätzlich aber auch eine Übertragungswelle verwendbar. In bevorzugten Ausführungen ist das Eingangsglied als ein Eingangsrad und ein Kurbelabtriebsglied als Kurbelrad gebildet, die von einem um diese beiden Räder endlos umlaufenden Zugmittel umschlungen werden. Bevorzugt handelt es sich hierbei um Zahnräder. Ein nur einstufiges Zugmittelgetriebe ist ein bevorzugter Kandidat für die Drehmomentübertragung von der Tretkurbel auf das Eingangsglied. Das Übersetzungsgetriebe ist vorteilhafterweise auf eine Übersetzung von wenigstens 1:3, bevorzugter wenigstens 1:4 ausgelegt, so dass das Eingangsglied mit wenigstens der dreifachen oder wenigstens der vierfachen Drehzahl der Tretkurbel dreht.

Für den Abtrieb vom Ausgangsglied auf das Rad wird vorzugsweise ebenfalls ein Zugmittelgetriebe verwendet, bevorzugte Zugmittel sind auch hier ein Zahnriemen oder eine Kette. Desweiteren könnte alternativ anstelle eines Zugmittelgetriebes auch eine Übertragungswelle verwendet werden. Besonders bevorzugte Kombinationen sind (i) ein Kettentrieb von der Tretkurbel auf das Eingangsglied und ein weiterer Kettentrieb vom Ausgangsglied auf das Rad, wobei der Kettentrieb zwischen Tretkurbel und Eingangsglied vorzugsweise feingliedriger ist, um eine möglichst hohe Übersetzung zu ermöglichen, (ii) ein Zahnriementrieb zwischen Tretkurbel und Eingangsglied in Kombination mit einem Kettentrieb für den Abtrieb vom Ausgangsglied auf das Rad und (iii) ein Kettentrieb als Kopplung zwischen Tretkurbel und Eingangsglied in Kombination mit einem Zahnriementrieb als Kopplung zwischen Ausgangsglied und Rad.

In bevorzugten Ausführungen ist wenigstens einer der Freiläufe Bestandteil des elektromotorischen Antriebs. Der Tretkurbelfreilauf kann abgerückt vom elektromotorischen Antrieb bei der Tretkurbel vorgesehen sein, vorzugsweise außerhalb eines die Tretkurbel drehbar lagernden Tretlagergehäuses. In besonders bevorzugten Ausführungen sind beide Freiläufe, also sowohl der Motorfreilauf als auch der Tretkurbelfreilauf, Bestandteil des elektromotorischen Antriebs. Vorteilhaft ist es ferner, wenn wenigstens einer der Freiläufe, bevorzugt beide Freiläufe, auf der für das Eingangsglied und das Ausgangsglied gemeinsamen Drehachse angeordnet ist oder sind.

In bevorzugten Ausführungen ist die Drehachse des Rotors, also die Rotorachse, gleichzeitig auch die Drehachse des Eingangsglieds und des Ausgangsglieds. Grundsätzlich könnte die für das Eingangsglied und das Ausgangsglied gemeinsame Drehachse jedoch auch von der Rotorachse beabstandet sein, beispielsweise in Ausführungen, in denen die Drehzahl des Elektromotors in Richtung Ausgangsglied untersetzt wird. Bevorzugten Ausführungen entspricht es jedoch, wenn der Elektromotor getriebelos, nur über den Motorfreilauf mit dem Ausgangsglied gekoppelt ist.

Der Tretkurbelfreilauf kann im Drehmomentfiuss zwischen der Tretkurbel und dem Ausgangsglied aufwärts vom Eingangsglied angeordnet sein, wie bereits erwähnt sogar bei der Tretkurbel, beispielsweise auf oder an einer Tretkurbelwelle der Tretkurbel, bevorzugt ist der Tretkurbelfreilauf jedoch im Drehmomentfiuss abwärts vom Eingangsglied angeordnet. Zusammengefasst kann der Tretkurbelfreilauf so angeordnet sein, dass das Drehmoment der Tretkurbel entweder vom Tretkurbelfreilauf über das Eingangsglied auf das Ausgangsglied oder bevorzugt vom Eingangsglied über den Tretkurbelfreilauf auf das Ausgangsglied übertragen wird. Die Antriebsseite des Motorfreilaufs ist vorzugsweise drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden, d.h. relativ zum Rotor sowohl in die Antriebsdrehrichtung als auch in die Gegendrehrichtung nicht drehbar. Die Abtriebsseite des Motorfreilaufs ist vorzugsweise drehfest mit dem Ausgangsglied verbunden, d. h. relativ zum Ausgangsglied sowohl in die Antriebsdrehrichtung als auch in die Gegenrichtung nicht drehbar. Bevorzugt sind beide drehfeste Anordnungen gemeinsam verwirklicht, so dass der Elektromotor das Ausgangsglied über dem Motorfreilauf direkt antreibt. In bevorzugten Ausführungen, in denen der Tretkurbelfreilauf im Drehmomentfluss zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied des Antriebs angeordnet ist, kann zwar grundsätzlich zwischen dem Eingangsglied und dem Ausgangsglied ein Getriebe vorgesehen sein, zweckmäßigerweise ein Übersetzungsgetriebe zur Übersetzung der Drehzahl des Eingangsglieds ins Schnelle, bevorzugter gilt aber auch in Bezug auf das Eingangsglied, das dieses über den Tretkurbelfreilauf mit dem Ausgangsglied direkt gekoppelt ist. In solch bevorzugter Ausführung ist die Antriebsseite des Tretkurbelfreilaufs drehfest mit dem Eingangsglied und die Abtriebsseite des Tretkurbelfreilaufs drehfest mit dem Ausgangsglied verbunden. Das Ausgangsglied macht in derartigen Ausführungen die Drehbewegung des Eingangsglieds 1 : 1 mit, wird also von diesem über den Tretkurbelfreilauf mitgenommen.

In bevorzugten Ausführungen umfasst der Antrieb eine vom Elektromotor drehantreibbare, mit dem Rotor koaxiale Rotorwelle, die relativ zu einem mit dem Stator elektromagnetisch wechselwirkenden Teil des Rotors vorzugsweise drehfest ist, und eine mit dem

Ausgangsglied drehmomentfest, vorzugsweise in beide Drehrichtungen drehfest verbundene

Abtrieb s welle. Die Rotorwelle und die Abtriebswelle sind vorzugsweise konzentrisch zueinander angeordnet, überlappen einander also axial zumindest abschnittsweise. Dabei kann die Abtriebswelle die Rotorwelle umgeben, bevorzugter umgibt jedoch die Rotorwelle die

Abtriebswelle, d.h. wenigstens ein axialen Abschnitt der Rotorwelle umgibt wenigstens einen axialen Abschnitt der Abtriebs welle. Das Eingangsglied kann mit der Abtriebswelle in beide

Drehrichtungen drehfest verbunden sein, falls der Tretkurbelfreilauf im Drehmomentfluss aufwärts vom Eingangsglied angeordnet ist. In einer alternativen Ausführung können der Tretkurbelfreilauf an einem von dem Ausgangsglied abgewandten oder am gleichen axialen

Ende der Abtriebswelle wie das Ausgangsglied und das Eingangsglied auf oder an dem

Tretkurbelfreilauf angeordnet sein. Bevorzugten Ausführungen entspricht es jedoch, wenn für das Eingangsglied eine Zusatzwelle vorgesehen ist, an oder auf der das Eingangsglied drehfest, also in beide Drehrichtungen relativ zur Zusatzwelle unbeweglich, angeordnet ist. Der Tretkurbelfreilauf kann im Drehmomentfluss zwischen dieser Zusatzwelle und der Abtriebswelle angeordnet sein. Sind die Zusatzwelle und die Abtriebswelle wie bevorzugt konzentrisch zueinander angeordnet kann der Tretkurbelfreilauf, insbesondere in einem Ringspalt zwischen der Zusatzwelle und der Abtriebswelle angeordnet sein.

Der Elektromotor ist vorzugsweise ein Außenläufermotor. Der Stator wird vom Rotor, dem Außenläufer, umgeben. Der Außenläufermotor kann ein Asynchronmotor sein, bevorzugt handelt es sich um einen Gleichstrommotor, der einen den Stator umgebenden Polring mit Dauermagneten aufweist. Außenläufermotoren haben im Vergleich zu Innenläufern einen hohen Wirkungsgrad und ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen. Allerdings sind diese Drehzahlen immer noch höher als die Drehzahl der Tretkurbel bei üblichen Tretfrequenzen des Fahrers. Aufgrund der Einleitung des Drehmoments der Tretkurbel über das Eingangsglied kann jedoch das Verhältnis der Drehzahl des Elektromotors zur Drehzahl der Tretkurbel entsprechend dem Übersetzungsverhältnis zwischen Tretkurbel und Ausgangsglied, vorzugsweise zwischen Tretkurbel und Eingangsglied, soweit erhöht werden, dass der Außenläufermotor in einem in Bezug auf sein Drehmoment und seinen Wirkungsgrad günstigen Drehzahlbereich arbeitet. In der bevorzugten Ausführung als Gleichstrommotor weist der Elektromotor über den Rotorring in Umfangsrichtung verteilt vorteilhafterweise wenigstens 28 Magnetpole auf, ist also als hochpoliger Elektromotor ausgeführt.

Ein besonderer Vorteil des Außenläufers ist, dass die Drehzahl des Elektromotors zum Ausgangsglied hin nicht untersetzt werden muss, auf ein Getriebe zwischen dem Rotor des

Elektromotors und dem Ausgangsglied also verzichtet werden kann. Wird dennoch ein

Getriebe zwischengeschaltet, kann dieses Getriebe mit einem deutlich geringeren

Untersetzungsverhältnis als bei Verwendung eines Innenläufermotors ausgeführt sein.

Besonders bevorzugten Ausführungen entspricht es jedoch, auf die Zwischenschaltung eines Getriebes zu verzichten, so dass der Elektromotor das Ausgangsglied über den Motorfreilauf direkt antreibt, das Ausgangsglied also mit der Drehzahl des Rotors angetrieben wird. Der elektromotorische Antrieb weist insbesondere in der Ausfuhrung des Motors als Außenläufer, aber auch bereits bei Ausbildung des Elektromotors als Innenläufer, aufgrund der Zwischenschaltung des Eingangsglieds ein verbessertes Leistungs/Gewichts- Verhältnis auf, wobei der Vorteil dann besonders groß ist, wenn auf ein Getriebe zwischen dem Elektromotor und dem Ausgangsglied verzichtet wird. Vorhanden sind die Vorteile jedoch auch bei Verwendung eines Getriebes, wenn auch nur in verringertem Umfang, weil dieses Getriebe mit einem gegenüber dem Stand der Technik deutlich geringeren Untersetzungsverhältnis ausgeführt werden kann.

In bevorzugten Ausführungen erstreckt sich eine Rotorwelle des Rotors in den Stator. Noch bevorzugter erstreckt sie sich nicht nur in, sondern durch den Stator. Grundsätzlich wäre es jedoch auch möglich, einen Rotorring, der den Stator umgibt, an einer Seite des Stators mittels eines Verbindungskörpers mit der Rotorwelle zu verbinden und die Rotorwelle an der gleichen Seite vom Stator wegzuführen, so dass die Rotorwelle axial neben dem Stator angeordnet wäre. Bevorzugter wird jedoch das Drehmoment des Elektromotors an einer axialen Seite des Stators in die Rotorwelle eingeleitet, die Rotorwelle durch einen zentralen Hohlraum des Stators zu dessen anderen axialen Seite geführt und dort das Ausgangsglied angeordnet oder auf dieses abgetrieben. Ragt die Rotorwelle oder eine von der Rotorwelle separate Abtriebswelle in oder durch den Stator, kann vorteilhafterweise wenigstens ein Drehlager wenigstens einer dieser Wellen innerhalb des Stators angeordnet sein.

Von Vorteil ist, wenn zumindest ein Axialabschnitt des Motorfreilaufs oder vorzugsweise der Motorfreilauf über seine gesamte axiale Länge oder wenigstens den überwiegenden Teil seiner Länge in einem Hohlraum des Stators angeordnet ist, vorzugsweise in einem Ringraum zwischen der Rotorwelle und der Abtriebs welle. Der Freilauf kann zwischen axial beabstandeten Drehlagern, die die beiden Wellen relativ zueinander drehbar lagern, angeordnet sein. Eines dieser Drehlager kann oder beide Drehlager können ebenfalls in dem Hohlraum des Stators angeordnet sein. Es können auch beide Drehlager jeweils zumindest teilweise axial außerhalb des Hohlraums angeordnet sein, wobei das eine dieser Drehlager axial an derjenigen Position angeordnet ist, an der der Rotorring sich über einen Verbindungskörper an der Rotorwelle abstützt. Ein anderes Drehlager, das die Anordnung aus Rotorwelle und Motorwelle an dieser Seite des Stators relativ zu einem Gestell des Radfahrzeugs drehbar abstützt, ist vorzugsweise axial eingerückt in dem Hohlraum des Stators angeordnet.

Die Tretkurbel umfasst wenigstens eine Pedale, bevorzugter zwei Pedale, und eine Tretkurbelwelle, die mit der Pedale oder den Pedalen nicht verdrehbar verbunden ist. Ein zum Eingangsglied abtreibendes Kurbelabtriebsglied kann insbesondere nicht verdrehbar mit der Tretkurbelwelle verbunden sein. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, das Kurbelabtriebsglied über ein Getriebe mit der Tretkurbelwelle zu verbinden.

Das Radfahrzeug kann insbesondere ein Zweirad sein, das in der bei Fahrrädern üblichen Weise per Muskelkraft über die Tretkurbel angetrieben wird. Es kann sich auch um ein Radfahrzeug mit mehr als zwei Rädern handeln, beispielsweise einen Rollstuhl, ein Radfahrzeug mit drei Rädern oder ein Radfahrzeug mit noch mehr Rädern für insbesondere mehr als eine Person.

Zu Merkmalen des Elektromotors, des Motorfreilaufs und der Drehlagerung des Rotors des Elektromotors wird die PCT/EP2008/054773 in Bezug genommen, wobei die in dieser Anmeldung offenbarten Merkmale die hier offenbarten Merkmale ergänzen oder auch ersetzen können.

Um ein Kurbelabtriebsglied oder insbesondere das Ausgangsglied des erfindungsgemäßen Antriebs oder eine Übertragungseinrichtung wie beispielsweise eine Welle oder insbesondere ein umlaufendes flexibles Zugmittel vor Verschmutzung zu schützen, ist es von Vorteil, wenn die Übertragungseinrichtung sich innerhalb einer Verkleidung oder Verkapselung erstreckt, die auch das Ausgangsglied oder das Kurbelabtriebsglied verkleidet, so dass die Abtriebsseite des Antriebs oder zumindest die Abtriebsseite des elektromotorischen Antriebsteils quasi gekapselt und somit vor Verschmutzung geschützt ist. Die Verkleidung oder Verkapselung kann vorteilhafterweise eine Radschwinge umfassen, die das vom Antrieb angetriebene Rad drehbar lagert und optional gegen eine Federeinrichtung oder Feder-Dämpfungseinrichtung an einem Rahmen des Radfahrzeugs beweglich abstützt. Die Radschwinge kann am Rahmen gegen die Federkraft oder Feder- und Dämpfungskraft der Federeinrichtung oder Feder- und Dämpfungseinrichtung insbesondere schwenkbeweglich angeordnet sein. Der erfϊndungsgemäße Antrieb kann vorteilhafterweise um diesen Schutzaspekt weiterentwickelt sein. Die Führung einer Übertragungseinrichtung innerhalb der Radschwinge, vorzugsweise einer beweglich an dem Rahmen des Radfahrzeugs abgestützten Radschwinge, ist aber auch grundsätzlich von Vorteil. Einen eigenen Gegenstand bildet dementsprechend auch ein Radfahrzeug umfassend: a) einen Rahmen (A, S), b) eine Tretkurbel (1, 2) zur Umwandlung von Muskelkraft in Drehmoment, c) ein mittels der Tretkurbel (1, 2) antreibbares Rad (W), d) eine das Rad (W) am Rahmen (A, S) abstützende hohle Radschwinge (C), e) einen Elektromotor (10) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12) f) und eine Übertragungseinrichtung (7; 7') für die Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors (10) oder der Tretkurbel (1, 2) auf das Rad (W), g) wobei die Übertragungseinrichtung (7; 7') sich im Inneren der Radschwinge (C) erstreckt.

Die in Klammern gesetzten Bezugszeichen beziehen sich auf die anhand von Figuren weiter unten erläuterten Ausführungsbeispiele. Die Bezugszeichen dienen lediglich dem rascheren Verständnis, beschränken den weiteren Erfindungsgegenstand jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele.

Umfasst das Radfahrzeug eine am Rahmen beweglich, vorzugsweise schwenkbeweglich abgestützte Radschwinge, die ein Rad drehbar lagert, das von einem Hybridantrieb mit einem Tretkurbelantriebsteil und einem elektromotorischen Antriebsteil in Antriebsverbindung steht, so ist von Vorteil, wenn die Radschwinge zumindest mit demjenigen dieser beiden Antriebsteile gemeinsam beweglich am Rahmen abgestützt ist, der im Drehmomentfluss dem angetriebenen Rad am nächsten ist. Ein weiterer eigenständiger Gegenstand ist somit ein Radfahrzeug umfassend: a) einen Rahmen (A, S), b) eine Tretkurbel (1, 2) zur Umwandlung von Muskelkraft in Drehmoment, c) ein mittels der Tretkurbel (1, 2) antreibbares Rad (W), d) eine das Rad (W) am Rahmen (A, S) beweglich abstützende Radschwinge (C), e) einen Elektromotor (10) mit einem Stator (11) und einem Rotor (12) f) und eine Übertragungseinrichtung (7; 7') für die Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors (10) oder der Tretkurbel (1, 2) auf das Rad (W), g) wobei die Tretkurbel (1, 2) oder der Elektromotor (10), vorzugsweise die Tretkurbel (1, 2) und der Elektromotor (10), mit der Radschwinge (C) gemeinsam beweglich am Rahmen (A, S) abgestützt ist.

Die beiden weiteren Erfindungsgegenstände, zum einen die Verwendung einer hohlen Radschwinge als Verkleidung bzw. Kapselung für eine auf das Rad abtreibende Übertragungseinrichtung und zum anderen die bewegliche Abstützung einer Radschwinge gemeinsam zumindest mit dem im Drehmomentfluss dem angetriebenen Rad nächsten Antriebsteil eines Hybridantriebs, können vorteilhafterweise miteinander kombiniert werden. Der Antrieb, insbesondere der elektromotorische Antriebsteil, kann vorteilhafterweise ein erfmdungsgemäßer Antrieb nach den Ansprüchen oder den vorstehend erläuterten Ausgestaltungen sein.

In bevorzugter Ausführung der genannten weiteren Aspekte umfasst der Antrieb des Radfahrzeugs, der wie gesagt insbesondere erfindungsgemäß gebildet sein kann, ein Motorgehäuse für den Elektromotor und ein Tretlagergehäuse, das die Tretkurbelwelle der Tretkurbel um die Tretkurbelachse drehbar lagert. Ist die Radschwinge mit wenigstens einem der beiden Antriebsteile des Hybridantriebs gemeinsam beweglich abgestützt, so ist wenigstens eines der Gehäuse, vorzugsweise sowohl das Motorgehäuse als auch das Tretlagergehäuse, mit der Radschwinge gemeinsam beweglich am Rahmen abgestützt. Die Radschwinge kann mit dem Motorgehäuse oder dem Tretlagergehäuse, vorzugsweise mit beiden Gehäusen, fest und somit nur mit dem jeweiligen Gehäuse gemeinsam beweglich verbunden sein. Grundsätzlich kann die Radschwinge mit dem betreffenden Gehäuse oder beiden Gehäusen in einem Stück geformt sein, d.h. in einem gemeinsamen Verfahren der Urformung geformt sein, zweckmäßigerweise sind die Radschwinge und das Gehäuse aber oder beide Gehäuse separat gefertigt und fest miteinander gefügt.

Falls das angetriebene Rad wie bevorzugt über eine Schaltung angetrieben wird, hat eine Nabenschaltung den Vorzug. Eine Nabenschaltung hat im Vergleich mit einer Kettenschaltung den Vorteil, dass das drehmomentfest mit dem angetriebenen Rad verbundene Antriebsrad, das vorzugsweise als Zahnrad gebildet ist, beim Schalten nicht gewechselt wird, der Hybridantrieb also stets auf das gleiche Antriebsrad des angetriebenen Rads abtreibt. Dies ist von Vorteil insbesondere in Ausführungen, in denen das auf das Rad abtreibende Übertragungsmittel wie vorstehend geschildert durch eine hohle Radschwinge geführt wird. Einer Nabenschaltung wird aber auch grundsätzlich der Vorzug gegeben.

Wird das Drehmoment der Tretkurbelwelle ermittelt, wie dies in bevorzugten Ausführungen der Fall ist, kann der Elektromotor vorteilhafterweise in Abhängigkeit vom Drehmoment der Tretkurbelwelle gesteuert oder geregelt werden. In solchen Ausführungen ist ein Drehmomentsensor in eine Steuerung des Elektromotors integriert. Die Steuerung entscheidet beispielsweise, ob der Elektromotor überhaupt eingeschaltet wird und Drehmoment in das Ausgangsglied einleitet. Vorzugsweise ist Bedingung für das Einschalten, dass die Einleitung eines Drehmoments über die Tretkurbel mittels des Sensors festgestellt wird. An einem Bedienteil kann ein Bedienelement vorgesehen sein, mit dem der Fahrer auswählen kann, ob der Elektromotor nur unterstützt oder ständig Drehmoment einleitet. Am Bedienteil kann stattdessen oder vorzugsweise zusätzlich die Möglichkeit der Einstellung des vom Elektromotor erzeugten Drehmoments gegeben sein. Die Einstellmöglichkeit kann so verwirklicht sein, dass das Drehmoment des Elektromotors unabhängig vom Drehmoment der Tretkurbel einstellbar ist, der Motor also einfach das eingestellte Motordrehmoment erzeugt. Alternativ kann die Einstellmöglichkeit so verwirklicht sein, dass der Elektromotor ein Drehmoment erzeugt, das in Kombination mit dem Drehmoment der Tretkurbel das eingestellte Drehmoment ergibt, der Elektromotor also die Differenz aus eingestelltem Drehmoment und dem Drehmoment der Tretkurbel erzeugt.

Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise in einem Tretlagergehäuse angeordnet, das in herkömmlicher Weise ein Tretlagerrohr sein kann, aber nicht unumgänglich sein muss. Der Sensor kann zur Ermittlung des Drehmoments insbesondere die Drehwinkelposition erfassen, die ein Abtriebsende der Tretkurbelwelle relativ zu einem Antriebsende der Tretkurbelwelle einnimmt. Der Sensor ist bevorzugt ein Hallsensor oder Magnetpolsensor. Hinsichtlich weiterer Aspekte des Sensors, der Anordnung im Tretlagergehäuse und der Ausführung als Magnetpolsensor, wird die PCT/EP2008/054773 in Bezug genommen. Ein Hallsensor kann als reiner Drehmomentsensor oder nur als Drehzahlsensor oder in Doppelfunktion zur Ermittlung des Drehmoments und der Drehzahl der Tretkurbelwelle dienen. Im Falle eines Drehzahlsensors detektiert ein Hall-Element des Sensors die Durchgänge von Magnetfeldelementen oder nur eines einzigen Magnetfeldelements eines Drehglieds des Sensors, woraus mittels eines nachgeschalteten Zählglieds und eines Zeitglieds die Drehzahl bestimmt wird. Das Hall-Element ist vorzugsweise in einer Öffnung am Umfang des Tretlagergehäuses radial gegenüber dem Drehglied angeordnet. Das Drehglied kann beispielsweise ein Polglied mit Dauermagneten mit in Umfangsrichtung alternierender Polarität oder bevorzugt einfach nur ein Drehglied aus einem Material sein, dass ein Magnetfeld im Bereich des Hall-Elements von diesem erfassbar verändert, wenn sich die Drehwinkelposition des Drehglieds relativ zum Hall-Element ändert. Im Fall eines nicht dauermagnetischen Drehglieds weist das Drehglied an seinem äußeren Umfang wenigstens einen radial vorstehenden Vorsprung oder wenigstens eine radial zurückstehende Vertiefung auf, und beeinflusst bei einer Drehbewegung relativ zum Hall-Element aufgrund seiner Form den magnetischen Fluss. Das Hall-Element detektiert Änderungen der Drehwinkelposition solch eines Magnetfeldelements. Solch ein einfaches Drehglied ist aus einem ferromagnetischen Material oder einem anderen, den Magnetfluss in detektierbarer Weise beeinflussenden Material gefertigt. Es kann auch nur der wenigstens eine Vorsprung oder das Material im Flankenbereich oder Fußbereich der wenigstens einen Vertiefung aus solch einem Material gebildet sein.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments oder der Drehzahl einer Tretkurbelwelle eines Radfahrzeugs, vorzugsweise eines Fahrrads. Bevorzugt findet sie Verwendung bei Radfahrzeugen mit Hybridantrieben, die mit Muskelkraft betreibbar sind und zur Unterstützung einen motorischen Antrieb aufweisen, insbesondere einen Antrieb nach der Erfindung oder einen anderen elektromotorischen Antrieb. Sie kann mit Vorteil aber auch im Radsportbereich, auch im Hobbysportbereich und grundsätzlich überall da zum Einsatz gelangen, wo das per Muskelkraft erzeugte Drehmoment oder die Drehzahl von Interesse ist oder sind, also auch bei Radfahrzeugen nur mit Tretkurbelantrieb. Bei Hybridantrieben kann die Drehmomenterfassung beispielsweise zur Steuerung oder Regelung des Zusatzantriebs verwendet werden. Beispiele hierfür sind aus der EP 0 743 238 Al, der JP 2007176221 A und insbesondere der WO 99/30960 A2 bekannt. Es ist daher auch eine Aufgabe der Erfindung, die Anordnung eines Sensors zur Erfassung des Drehmoments oder der Drehzahl einer Tretkurbelwelle in einem üblichen Tretlagergehäuse, vorzugsweise auch eine einfache Nachrüstung zu ermöglichen.

Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments oder der Drehzahl einer Tretkurbelwelle eines Radfahrzeugs aus, die ein Tretlagergehäuse, eine durch das Tretlagergehäuse erstreckte Tretkurbelwelle, ein erstes Drehlager und vorzugsweise ein weiteres, zweites Drehlager für die Drehlagerung der Tretkurbelwelle und einen Drehmomentsensor oder Drehzahlsensor aufweist. Wird das Drehmoment erfasst, weist die Vorrichtung ferner eine Übertragungsstruktur auf, die sich unter dem übertragenen Drehmoment verformt und deren vom Drehmoment abhängige Verformung mittels des Drehmomentsensors erfasst wird. Wird die Drehzahl erfasst, kann die Vorrichtung eine Übertragungsstruktur für die Übertragung der Drehgeschwindigkeit der Tretkkurbelwelle auf ein Drehglied des Drehzahlsensors aufweisen, die in erster Linie der Anordnung des Drehglieds auf der Tretkurbelwelle dienen kann. Die Übertragungsstruktur für eine Drehmomenterfassung kann gleichzeitig auch die Übertragungsstruktur für den Drehzahlsensor bilden. Falls sowohl das Drehmoment als auch die Drehzahl erfasst wird, kann für beide Größen je eine eigener Sensor vorgesehen und wie nachstehend erläutert angeordnet sein. Bevorzugter wird in Ausführungen mit Drehmoment- und Drehzahlerfassung ein Sensor verwendet, der beide Größen erfassen kann, also ein Drehmoment- und Drehzahlsensor. Wenn im Folgenden unspezifisch nur von einem "Sensor" die Rede ist, soll damit ein reiner Drehmomentsensor ebenso wie ein reiner Drehzahlsensor und auch ein Drehmoment- und Drehzahlsensor umfasst sein. Mit dem Begriff "Drehmomentsensor" wird sowohl ein reiner Drehmomentsensor als auch ein Drehmoment- und Drehzahlsensor und mit dem Begriff "Drehzahlsensor" ein reiner Drehzahlsensor und auch ein Drehmoment- und Drehzahlsensor bezeichnet.

Vorzugsweise ist die Übertragungsstruktur in dem Tretlagergehäuse drehmomentfest mit der Tretkurbelwelle verbunden, drehmomentfest zumindest in eine Antriebsdrehrichtung der Tretkurbelwelle, vorzugsweise drehfest in Bezug auf beide Drehrichtungen um eine Drehachse der Tretkurbelwelle. Ein Verbindungsbereich mit der Tretkurbelwelle bildet ein Antriebsende der Übertragungsstruktur. Die Übertragungsstruktur weist ferner ein Abtriebsende auf, an dem das am Antriebsende eingeleitete Drehmoment mittels eines Kurbelabtriebsglieds weitergeleitet wird, vorzugsweise mittels eines Kurbelritzels eines Zugmittelgetriebes. Das Kurbelabtriebsglied kann insbesondere verdrehgesichert mit dem Abtriebsende der Übertragungsstruktur verbunden sein, verdrehgesichert zumindest in die Antriebsdrehrichtung, vorzugsweise drehfest in Bezug auf beide Drehrichtungen um die Drehachse der Tretkurbelwelle. Der Sensor ist ebenfalls in dem Tretlagergehäuse angeordnet und erfasst in Ausführungen als Drehmomentsensor das Drehmoment über die Drehwinkelposition, die das Abtriebsende der Übertragungsstruktur relativ zu dem Antriebsende einnimmt und in Ausführungen als Drehzahlsensor die Drehzahl der Übertragungsstruktur. Änderungen der relativen Drehwinkelposition sind gleichbedeutend mit Änderungen des durch die Übertragungsstruktur übertragenen Drehmoments, das wiederum dem Drehmoment der Tretlagerwelle entspricht, zumindest in bevorzugten Ausführungen, in denen die Übertragungsstruktur das Drehmoment der Tretkurbelwelle schlupffrei überträgt.

Vorzugsweise ist radial zwischen der Tretkurbelwelle und dem Tretlagergehäuse eine Lagerschalenstruktur angeordnet, die kippfest mit dem Tretlagergehäuse verbunden ist und die Tretkurbelwelle außerhalb des Tretlagergehäuses mittels des ersten Drehlagers drehbar lagert, indem die Tretkurbelwelle über das erste Drehlager radial nach außen, d. h. in radialer Richtung bezüglich der Drehachse, abgestützt ist. Vorzugsweise stützt die Lagerschalenstruktur die Tret lagerwelle auch in wenigstens eine axiale Richtung ab. Mittels der Lagerschalenstruktur wird somit das erste Drehlager aus dem Tretlagergehäuse nach außen verlagert, wodurch im Tretlagergehäuse entsprechend Platz für den Sensor und eine zur Anordnung des Sensors gegebenenfalls erforderliche Halte- oder Trageinrichtung geschaffen wird, beispielsweise für die bevorzugt vorhandene Übertragungsstruktur.

Die Lagerschalenstruktur kann insgesamt oder gegebenenfalls auch nur in einem oder mehreren Axialabschnitt(en) insbesondere hülsenförmig sein, die Tretkurbelwelle also in Umfangsrichtung umlaufend umgeben. Sie kann auch aus mehreren Segmenten zusammengesetzt sein, die erst in der Gesamtheit im eingebauten Zustand solch eine Hülse ergeben. Grundsätzlich muss sie jedoch nur die Funktion der Drehlagerung erfüllen und eine hierfür geeignete Form aufweisen. Die Lagerschalenstruktur weist außerhalb der Tretkurbelwelle vorzugsweise einen radial vergrößerten Axialabschnitt auf, in dem das erste Drehlager angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist die Lagerschalenstruktur zumindest in diesem Axialabschnitt als Hülse gebildet, wobei die Hülse vorzugsweise um die Drehachse der Tretkurbelwelle einen geschlossenen Mantel aufweist, grundsätzlich aber auch Durchbrechungen haben kann. Der in radialer Richtung vergrößerte Axialabschnitt, erweitert im Vergleich zu einem in das Tretlagergehäuse ragenden Axialabschnitt, schafft in radialer Richtung Raum für die Anordnung des ersten Drehlagers. Ist die Lagerschalenstruktur wie bevorzugt in dem radial vergrößerten Axialabschnitt als Hülse gebildet, bedeutet dies, dass sie dort einen größeren freien Innenquerschnitt, vorzugsweise kreiszylindrischen Innenquerschnitt aufweist. Grundsätzlich genügt es jedoch, die zur radialen Abstützung erforderlichen Stützstellen für das erste Drehlager zu bilden. Die Lagerschalenstruktur kann in dem radial vergrößerten Axialabschnitt so weit vergrößert sein, vorzugsweise solch einen kreiszylindrischen Innenquerschnitt aufweisen, dass er radial weiter ist als ein größter Innenquerschnitt des Tretlagergehäuses. Der Innenquerschnitt des Tretlagergehäuses ist in bevorzugten Ausführungen zumindest im Wesentlichen durchgehend kreiszylindrisch.

Das Tretlagergehäuse ist in bevorzugten Ausführungen ein Standard-Tretlagergehäuse, wie es bei Fahrrädern üblicherweise vorzufinden ist. Das Standardgehäuse ist dementsprechend im Wesentlichen ein Rohr mit der üblichen Befestigungseinrichtung für eine Standard- Tretkurbelwelle ohne Drehmoment- oder Drehzahlerfassung. In derartigen Ausführungen kann die Lagerschalenstruktur vorteilhafterweise so ausgeführt sein, dass sie wie die herkömmlichen Lagereinsätze links- und rechtsseitig in das Tretlagergehäuse eingesetzt und fest mit diesem verbunden wird, um die Tretkurbelwelle zu lagern. Die Lagerschalenstruktur ersetzt den links- und rechtsseitigen Lagereinsatz herkömmlicher Anordnungen aus Tretlagergehäuse und Tretlagerwelle. So kann die Lagerschalenstruktur in vorteilhaften Ausführungen beispielsweise in das Tretlagergehäuse eingeschraubt sein oder eingeschraubt werden, wobei das Tretlagergehäuse an dem betreffenden Stirnende ein Innengewinde und die Lagerschalenstruktur ein passendes Außengewinde aufweist.

Obgleich es im Hinblick auf die Gewinnung von Raum innerhalb des Tretlagergehäuses bereits vorteilhaft ist, wenn die Lagerschalenstruktur nur an einer Stirnseite aus dem Tretlagergehäuse ragt und an der betreffenden Stirnseite außen die Lagerstelle schafft, entspricht es bevorzugteren Ausführungen, wenn die Lagerschalenstruktur auch auf der anderen Stirnseite aus dem Tretlagergehäuse ragt und dort mittels des zweiten Drehlagers ebenfalls für die Drehlagerung der Tretkurbelwelle sorgt, indem sie das zweite Tretlager nach radial außen stützt. In solchen Ausführungen ist die Lagerschalenstruktur zweckmäßig erweise mehrteilig und umfasst eine erste Lagerschale und wenigstens eine weitere, zweite Lagerschale, wovon die eine zur einen Stirnseite und die andere zur anderen Stirnseite aus dem Tretlagergehäuse ragt, um an der jeweiligen Stirnseite drehbar zu lagern. Das zur Lagerschalenstruktur Gesagte gilt vorzugsweise für jede dieser Lagerschalen. Die Lagerschalen sind vorzugsweise dafür eingerichtet, dass die eine von links und die andere von rechts in das Tretlagergehäuse einsetzbar bzw. bereits eingesetzt sind. Bevorzugt sind oder werden sie von der jeweiligen Stirnseite her in das Tretlagergehäuse eingeschraubt, vorzugsweise durch eine Schraubverbindung unmittelbar mit einem Rohrmantel des Tretlagergehäuses .

Die Lagerschalenstruktur kann nicht nur der Drehlagerung der Tretkurbelwelle, sondern gleichzeitig auch der Lagerung des Sensors oder eines Teils des Sensors dienen, wofür wieder die PCT/EP2008/054773 in Bezug genommen wird. Die Lagerschalenstruktur kann insbesondere einen relativ zum Tretlagergehäuse nicht bewegten oder zumindest nicht für die Erfassung notwendig bewegten Sensorteil lagern.

In ebenfalls bevorzugten Ausführungen dient die Lagerschalenstruktur im Tretlagergehäuse allerdings nur der Schaffung von Raum im Tretlagergehäuse, nämlich für den Sensor.

Das Drehmoment wird wie bereits erwähnt über die relative Drehwinkelposition zwischen dem Antriebs- und dem Abtriebsende der Übertragungsstruktur erfasst. Die

Übertragungsstruktur wird zwischen ihrem Antriebsende und ihrem Abtriebsende in

Abhängigkeit von der Größe des Drehmoments belastet. Die Belastung kann eine

Zugbekastung, eine Druckbelastung und grundsätzlich jede Art von Belastung sein, solange das Drehmoment übertragen wird. Bevorzugt wird die Übertragungsstruktur auf Torsion belastet, ist also als Torsions struktur geformt und angeordnet. Sie weist bevorzugt eine axial erstreckte Torsionsstrecke auf, die sich bis zum Antriebsende und von dort in Richtung auf das Abtriebsende erstreckt. Vorzugsweise ist die Torsions strecke hülsenförmig, die Übertragungsstruktur dementsprechend eine Torsionshülse. Noch bevorzugter ist die Übertragungsstruktur im Ganzen hülsenfÖrmig, weist also ein hülsenförmiges Antriebsende, daran axial anschließend die hülsenförmige Torsionsstrecke und ein daran anschließendes hülsenförmiges Abtriebsende auf. Im Bereich des Abtriebsendes wird die Übertragungsstruktur vorzugsweise zur Tretkurbelwelle hin radial abgestützt, was insbesondere mittels einer Gleitlagerbuchse vorgenommen werden kann, vorzugsweise einer Gleitlagerbuchse, die in einem unmittelbar zwischen der Tretkurbelwelle und der Übertragungsstruktur gebildeten Ringspalt angeordnet ist. Von einschließlich solch einer Drehlagerung auf der Tretkurbelwelle ist die Übertragungsstruktur bis zu dem Antriebsende im Rahmen der Torsionsbelastung frei beweglich.

Nachfolgend sind bevorzugte Merkmale der weiteren Erfindung zusammengestellt. Dabei werden Bezugszeichen von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen verwendet. Die Bezugszeichen dienen nur der rascheren Orientierung. Die zur Anordnung des Sensors oder der mehreren Sensoren offenbarten Merkmale können mit Vorteil in Kombination mit den zum Antrieb offenbarten Merkmalen zur Anwendung gelangen.

I Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments einer Tretkurbelwelle eines Radfahrzeugs, die Vorrichtung umfassend: a) ein Tretlagergehäuse (22), b) eine durch das Tretlagergehäuse (22) erstreckte Tretkurbelwelle (2) zur Umwandlung von Muskelkraft in Drehmoment, c) ein erstes Drehlager (27) und vorzugsweise ein zweites Drehlager (28) für die Tretkurbelwelle (2), d) eine Übertragungsstruktur (35), die zur Übertragung des Drehmoments in dem

Tretlagergehäuse (22) an einem Antriebsende (36) drehfest mit der

Tretkurbelwelle (2) verbunden ist und ein Abtriebsende (37) für die Übertragung des Drehmoments auf ein Rad (W) des Radfahrzeugs aufweist, e) und einen in dem Tretlagergehäuse (22) angeordneten Sensor (40), der zur Ermittlung des Drehmoments die Drehwinkelposition erfasst, die das

Abtriebsende (37) relativ zu dem Antriebsende (36) der Übertragungsstruktur (35) einnimmt. II In bevorzugten Ausführungen ist radial zwischen der Tretkurbelwelle (2) und dem Tretlagergehäuse (22) eine Lagerschalenstruktur (30) angeordnet, die kipp fest mit dem Tretlagergehäuse (22) verbunden ist und aus dem Tretlagergehäuse (22) ragt, wobei die Tretkurbelwelle (2) außerhalb des Tretlagergehäuses (22) mittels des ersten Drehlagers

(27) drehbar von der Lagerschalenstruktur (30) gelagert wird.

III Vorrichtung nach dem vorhergehenden Absatz, wobei die Lagerschalenstruktur (30) die Übertragungsstruktur (35) umgibt, wenigstens in einem axialen Abschnitt, vorzugsweise innerhalb und außerhalb des Tretlagergehäuses (22). IV Vorrichtung nach einem der drei vorhergehenden Absätze, wobei das Tretlagergehäuse (22) längs der Tretkurbelwelle (2) eine innere Weite von maximal 60 mm aufweist, vorzugsweise rohrförmig ist, vorzugsweise einen für Fahrräder standardmäßigen Innenquerschnitt aufweist.

V Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze in Kombination mit Absatz II, wobei die Lagerschalenstruktur (30) außerhalb des Tretkurbelgehäuses (22) einen radial vergrößerten Axialabschnitt aufweist, in dem das erste Drehlager (27) angeordnet ist und der die Tretkurbelwelle (2) vorzugsweise umlaufend umgibt.

VI Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze in Kombination mit Absatz II, wobei die Übertragungsstruktur (35) mit dem Abtriebsende (37) aus dem Tretlagergehäuse (22) ragt und das erste Drehlager (27) in eine radiale Richtung an dem

Abtriebsende (37) der Übertragungsstruktur (35) und in die radiale Gegenrichtung an der Lagerschalenstruktur (30) abgestützt ist.

VII Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze in Kombination mit Absatz II, wobei die Tretkurbelwelle (2) auch mittels des zweiten Drehlagers (28) drehbar von der Lagerschalenstruktur (30) gelagert wird, vorzugsweise ebenfalls außerhalb des

Tretlagergehäuses (22).

VIII Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze in Kombination mit Absatz II, wobei die Lagerschalenstruktur (30) eine erste Lagerschale (31) und eine zweite Lagerschale (32) aufweist, die jeweils radial zwischen der Tretkurbelwelle (2) und dem Tretlagergehäuse (22) angeordnet sind, die erste Lagerschale (31) an einer Stirnseite des

Tretlagergehäuses (22) axial aus dem Tretlagergehäuse (22) und die zweite Lagerschale (32) an der axial gegenüberliegenden Stirnseite des Tretlagergehäuses (22) axial aus dem Tretlagergehäuse (22) ragt, die Lagerschalen (31, 32) jeweils kippfest mit dem Tretlagergehäuse (22) verbunden sind und die Tretkurbelwelle (2) mittels des ersten Drehlagers (27) von der ersten Lagerschale (31) und mittels des zweiten Drehlagers (28) von der zweiten Lagerschale (32) jeweils außerhalb des Tretlagergehäuses (22) drehbar gelagert wird.

IX Vorrichtung nach dem vorhergehenden Absatz, wobei jede der Lagerschalen (31, 32) außerhalb des Tretlagergehäuses (22) einen radial vergrößerten Axialabschnitt aufweist, in dem das jeweils zugeordnete Drehlager (27, 28) angeordnet ist.

X Vorrichtung nach einem der zwei vorhergehenden Absätze und wenigstens einem der fo lgenden Merkmale : die Lagerschalen (31, 32) sind einzeln kippfest mit dem Tretlagergehäuse (22) verbunden; die Lagerschalen (31, 32) sind einzeln drehfest mit dem Tretlagergehäuse (22) verbunden; - die Lagerschalen (31, 32) sind einzeln axial unbeweglich mit dem

Tretlagergehäuse (22) verbunden; die Lagerschalen (31, 32) sind von der jeweiligen Stirnseite aus axial aufeinander zu in das Tretlagergehäuse (22) eingesetzt; die Lagerschalen (31, 32) sind von den Stirnseiten her in das Tretlagergehäuse (22) eingeschraubt.

XI Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze, wobei ein erstes Drehglied (41) und ein zweites Drehglied (42) des Sensors (40) in dem Tretlagergehäuse (8) an oder auf der Übertragungsstruktur (35) angeordnet sind.

XII Vorrichtung nach dem vorhergehenden Absatz in Kombination mit Absatz II, wobei die Lagerschalenstruktur (30) eine Lagerschale (31) und eine Dichtschale (33) aufweist, die

Lagerschale (31) und die Dichtschale (33) radial zwischen der Tretkurbelwelle (2) und dem Tretlagergehäuse (22) angeordnet sind, die Lagerschale (31) kipp fest mit dem Tretlagergehäuse (22) verbunden ist und an einer Stirnseite des Tretlagergehäuses (22) axial aus dem Tretlagergehäuse (22) ragt und dort die Tretkurbelwelle (2) mittels des ersten Drehlagers (27) lagert, die Dichtschale (33) in dem Tretlagergehäuse (22) angeordnet ist und von der Lagerschale (31) in wenigstens eine der zwei axialen Richtungen festgelegt wird und die Dichtschale (33) zumindest einen Teil (41, 42) des Sensors (40) vor Verschmutzung schützt.

XIII Vorrichtung nach dem vorhergehenden Absatz in Kombination mit Absatz VIII, wobei die Dichtschale (33) axial zwischen den Lagerschalen (31, 32) angeordnet ist und von den Lagerschalen (31 , 32) axial festgelegt wird.

XIV Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze, wobei die Übertragungsstruktur (30) mit dem Abtriebsende (37) aus dem Tretlagergehäuse (22) ragt und das zweite Drehlager (28) außerhalb des Tretlagergehäuses (22) radial in Richtung auf eine Drehachse (R₂) der Tretkurbelwelle (2) stützt. XV Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Absätze, wobei die Lagerschalenstruktur (30) ein Drehglied (41, 42) des Sensors (40) innerhalb des Tretlagergehäuses (22) umgibt und dadurch vor Verschmutzung schützt.

Noch ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung von Raum für einen Drehmomentsensor oder Drehzahlsensor mittels der vorstehend bereits genannten

Lagerschalenstruktur. Dieser Erfindungsgegenstand zeichnet sich durch folgende Merkmale aus, wobei die Bezugszeichen ebenfalls nur der Erläuterung dienen, andererseits aber natürlich in Kombination mit den Ausführungsbeispielen bevorzugte Zusatzmerkmal offenbaren:

Vorrichtung zur Erfassung des Drehmoments einer Tretkurbelwelle eines Radfahrzeugs, die

Vorrichtung umfassend: a) ein Tretlagergehäuse (22), b) eine durch das Tretlagergehäuse (22) erstreckte Tretkurbelwelle (2) zur Umwandlung von Muskelkraft in Drehmoment, c) ein erstes Drehlager (27) und vorzugsweise ein zweites Drehlager (28) für die Tretkurbelwelle (2), d) eine Lagerschalenstruktur (30), die kippfest mit dem Tretlagergehäuse (22) verbunden ist und aus dem Tretlagergehäuse (22) ragt, e) wobei die Tretkurbelwelle (2) außerhalb des Tretlagergehäuses (22) mittels des ersten Drehlagers (27) drehbar von der Lagerschalenstruktur (30) gelagert wird, f) und einen in dem Tretlagergehäuse (22) angeordneten Sensor (40) zur Ermittlung des Drehmoments oder der Drehzahl der Tretkurbelwelle (2).

Der Sensor weist vorzugsweise wenigstens ein Drehglied (41) auf, das zumindest in eine Antriebsdrehrichtung der Tretkurbelwelle verdrehgesichert mit dieser verbunden ist, und einen relativ zum Tretlagergehäuse ortsfesten Aufnehmer (43). Ist der Sensor wie bevorzugt ein Hallsensor, bildet ein Hall-Element den Aufnehmer, und der Sensor weist ferner in räumlicher Nähe zum Hall-Element einen Magnetfelderzeuger auf. Der Magnetfelderzeuger kann von einem Dauermagneten oder mit einer Spule gebildet werden. Eine derartige Anordnung kann bereits einen einfachen Sensor nur zur Erfassung der Drehzahl bilden. Für eine Signalverstärkung ist es vorteilhaft, in Umfangsrichtung des Drehglieds gesehen hintereinander wenigstens zwei Hall-Elemente mit einem gemeinsamen oder jeweils einem eigenen Magnetfelderzeuger anzuordnen.

Der Sensor (40) kann insbesondere ein Drehmomentsensor sein. In derartigen Ausführungen ist die vorstehend erläuterte Übertragungsstruktur (35) zur Übertragung des Drehmoments in dem Tretlagergehäuse an einem Antriebsende (36) drehfest mit der Tretkurbelwelle (2) verbunden und weist ein Abtriebsende (37) für die Übertragung des Drehmoments auf ein Rad (W) des Radfahrzeugs auf. Der Drehmomentsensor (40) erfasst zur Ermittlung des Drehmoments die Drehwinkelposition, die das Abtriebsende (37) relativ zu dem Antriebsende (36) einnimmt.

Handelt es sich bei dem Sensor (40) um einen reinen Drehzahlsensor, kann eine Übertragungsstruktur vorgesehen sein, die lediglich der Kopplung des Drehglieds des Drehzahlsensors mit der Tretkurbelwelle dient, wobei solch eine vereinfachte Übertragungsstruktur zumindest in eine Antriebsdrehrichtung verdrehgesichert mit der Tretkurbelwelle und das Drehglied in die gleiche Antriebsdrehrichtung verdrehgesichert mit der Übertragungsstruktur verbunden sein kann. Bevorzugt sind die Übertragungsstruktur und der reine Drehzahlsensor jeweils auch in die Gegendrehrichtung drehfest mit der Tretkurbelwelle bzw. der Übertragungsstruktur verbunden. Ein reiner Drehzahlsensor kann in einer vereinfachten Ausführung auch unmittelbar in beide Drehrichtungen drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden sein. In bevorzugten Ausführungen bildet der Drehmomentsensor auch gleichzeitig den Drehzahlsensor, wobei allerdings eine dem Sensor nachgeschaltete Auswerteeinrichtung einen Auswertungszweig oder eine eigene Auswertungseinheit für das Drehmoment und einen Auswertungszweig oder eine eigene Auswertungseinheit für die Drehzahl aufweist. Ist im Tretlagergehäuse nur ein reiner Drehzahlsensor angeordnet, so gelten für die Lagerschalenstruktur (30) ebenfalls die vorstehenden Ausführungen, d.h. die Lagerschalenstruktur (30) kann insbesondere eines oder mehrere der vorstehend beschriebenen Merkmale aufweisen, so beispielsweise die beiden Lagerschalen aufweisen, wobei der Drehzahlsensor vorzugsweise axial zwischen den Lagerschalen angeordnet ist.

Die zum Sensor offenbarten Merkmale können mit Vorteil in Kombination mit den zum Antrieb offenbarten Merkmalen zur Anwendung gelangen.

Der Drehmomentsensor kann beispielsweise als Dehnmesssensor mit einem oder mehreren Dehnmessstreifen ausgeführt sein. In Frage kommen auch kapazitive Messaufnehmer.

Bevorzugt ist der Drehmomentsensor als Magnetpolsensor oder noch bevorzuger als

Hallsensor ausgeführt. Bevorzugten Ausführungen eines Hallsensors entspricht es, wenn in der Messstrecke ein erstes Drehglied und ein zweites Drehglied angeordnet sind, von denen das eine näher bei dem Antriebsende und das andere näher bei dem Abtriebsende der Übertragungsstruktur an oder auf dieser angeordnet ist. Die Drehglieder sind in Bezug auf die

Richtung der Belastung, die die Übertragungsstruktur durch die Übertragung des

Drehmoments erfährt, unbeweglich mit der Übertragungsstruktur verbunden. Bei Änderungen des Drehmoments ändert sich daher die relative Drehwinkelposition, die die Drehglieder relativ zueinander aufweisen. Der Hallsensor kann vorteilhafterweise den Sensor der vorstehenden Absätze I bis XV bilden.

In Ausführungen mit Lagerschalenstruktur umfasst die Lagerschalenstruktur vorzugsweise eine Dichtschale. In Ausführungen, in denen die Lagerschalenstruktur eine erste Lagerschale und eine zweite Lagerschale aufweist, kann die Dichtschale insbesondere axial zwischen den Lagerschalen angeordnet sein. Die Dichtschale schützt das oder die Drehglied(er) des Sensors. Die Lagerschalen sind in Ausführungen, in denen für den Einbau eine Drehbewegung erforderlich ist, wie beispielsweise im Falle der genannten Schraubverbindung, von der Dichtschale in Bezug auf die Drehbewegung vorzugsweise entkoppelt, relativ zur Dichtschale also drehbar. Die Dichtschale wird im Tretlagergehäuse vorzugsweise angeordnet, bevor die Lagerschalen montiert werden.

Für einen Hallsensor gelten die weiter oben erläuterten Merkmale, insbesondere hinsichtlich der Art und Funktion der Drehglieder. Der Drehmoment-Hallsensor umfasst wenigstens zwei Hall-Elemente mit zugeordneten Magnetspulen oder Permanentmagneten zur Erzeugung eines das jeweilige Hall-Element beeinflussenden Magnetflusses. Eines der wenigstens zwei Hall-Elemente ist dem ersten Drehglied zugeordnet und diesem radial gegenüberliegend angeordnet, das andere der wenigstens zwei Hall-Elemente ist dem zweiten Drehglied zugeordnet und diesem radial zugewandt angeordnet.

In bevorzugten Ausführungen umfasst der Hallsensor ein erstes Hall-Element und ein zweites Hall-Element, die gemeinsam dem ersten Drehglied zugeordnet und der Mantelfläche dieses Drehglieds radial gegenüberliegend angeordnet sind. Der Hallsensor umfasst in derartigen Ausführungen ferner ein drittes Hall-Element und ein viertes Hall-Element die gemeinsam dem zweiten Drehglied zugeordnet und dessen Mantelfläche radial gegenüberliegend angeordnet sind. Für die Anordnung der Hall-Elemente kann das Tretlagergehäuse in seinem die Übertragungsstruktur umgebenden Mantel Öffnungen aufweisen, in denen oder durch die hindurch die Hall-Elemente in der beschriebenen Weise den Drehgliedern gegenüberliegend angeordnet sind. Durch die Öffnungen können auch auf einfache Weise die Ein- und Ausgänge für die Hall-Elemente vorgesehen sein. Die Zuordnung von jeweils wenigstens zwei Hall-Elementen pro Drehglied, wobei die jeweils dem gleichen Drehglied zugeordneten Hall-Elemente zweckmäßigerweise in Drehrichtung des betreffenden Drehglieds hintereinander angeordnet sind, lässt sich zum einen mit Vorteil zur Signalverstärkung nutzen und ermöglicht zum anderen auch eine Bestimmung der Drehrichtung der Tretkurbelwelle. Die jeweils dem gleichen Drehglied zugeordneten Hall-Elemente sind in Drehrichtung des jeweiligen Drehglieds zueinander vorzugsweise so beabstandet, dass eines dieser Hall- Elemente einer aufsteigenden Flanke eines radialen Vorsprungs oder einer Vertiefung an der Mantelfläche des Drehglieds und das andere einer abfallenden Flanke eines radialen Vorsprungs oder einer Vertiefung, vorzugsweise des gleichen Vorsprungs oder der gleichen Vertiefung, gegenüberliegt. Bei dem Vorsprung kann es sich insbesondere um einen Zahn eines verzahnten Drehglieds handeln. Bevorzugt werden Drehglieder verwendet, die über ihren Umfang in gleichmäßiger Teilung verzahnt sind. Eine Anordnung in Umfangsrichtung direkt hintereinander hat den Vorteil, dass die Ein- und Ausgänge der jeweils dem gleichen Drehglied zugeordneten Hall-Elemente auf einfache Weise mit der dazugehörigen Auswerteeinrichtung signaltechnisch verbunden werden können. Besonders bevorzugt sind die jeweils dem gleichen Drehglied zugeordneten Hall-Elemente auf jeweils einer gemeinsamen Platine angeordnet.

Bevorzugte Merkmale werden auch in den Unteransprüchen und den Kombinationen der Unteransprüche beschrieben.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An den Ausführungsbeispielen offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:

Figur 1 ein Radfahrzeug mit einem Antrieb eines ersten Ausführungsbeispiels in einer Seitenansicht von links,

Figur 2 das Radfahrzeug in einer Seitenansicht von rechts Figur 3 einen den Antrieb enthaltenden Teil des Radfahrzeugs,

Figur 4 den Antrieb im Schnitt B-B der Figur 1,

Figur 5 den Antrieb im Schnitt C-C der Figur 1 ,

Figur 6 den Antrieb in einer Seitenansicht von links,

Figur 7 den Antrieb in einer Seitenansicht von rechts, Figur 8 einen Antrieb eines zweiten Ausführungsbeispiels in einem Schnitt,

Figur 9 den Antrieb des zweiten Ausführungsbeispiels in einer Ansicht,

Figur 10 ein Tretkurbellager mit integrierter Drehmomenterfassung,

Figur 11 ein Detail des Tretkurbellagers der Figur 10,

Figur 12 das Tretkurbellager im Schnitt D-D der Figur 10, Figur 13 ein Detail des Querschnitts der Figur 12 und

Figur 14 Ausgangssignale eines Drehmomentsensors Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Radfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Antrieb, Figur 1 in einer Seitenansicht von links und Figur 2 in einer Seitenansicht von rechts. Das Radfahrzeug ist ein Fahrrad mit einem Rahmen, von dem ein Rahmenunterteil mit A und ein Sattelrohr mit S bezeichnet sind. Der Antrieb umfasst eine per Muskelkraft antreibbare Tretkurbel mit einer linken und einer rechten Pedale 1 und einer Tretkurbelwelle 2, mit der die Pedalen 1 drehsteif, vorzugsweise lösbar verbunden sind. Der Antrieb umfasst ferner einen elektromotorischen Antriebsteil mit einem Elektromotor 10. Das vom Fahrer mittels der Tretkurbel 1 , 2 erzeugte Drehmoment ist über eine erste Übertragungseinrichtung in Richtung auf den Elektromotor 10 und von dort mittels einer zweiten Übertragungseinrichtung auf ein Hinterrad W des Radfahrzeugs übertragbar. Das Drehmoment des Elektromotors 10 ist mittels der zweiten Übertragungseinrichtung ebenfalls auf das Hinterrad W übertragbar.

Zu dem elektromotorischen Antriebsteil gehört schließlich auch noch eine Quelle B für elektrische Energie, im Ausführungsbeispiel ein elektrischer Akkumulator, d.h. eine wiederaufladbare Batterie. Obgleich weniger bevorzugt, könnte statt eines Akkumulators auch eine einfache, nicht wieder aufladbare Batterie als Energiequelle B verwendet werden. In einer anderen bevorzugten Alternative kann eine Brennstoffzelle als Energiequelle B zum Einsatz gelangen. Die Energiequelle B ist ergonomisch und aerodynamisch günstig am Rahmenunterteil A angeordnet, im Ausführungsbeispiel längs der Rückseite des Unterteils A.

Eine Radschwinge C lagert das Rad W um eine Radachse drehbar. Die Schwinge C ist am Rahmen A,S gegen die Kraft einer Feder- und Dämpfungseinrichtung D beweglich abgestützt, um den Fahrkomfort zu erhöhen. Die Schwinge C bildet einen Teil einer Verkapselung für die Übertragungseinrichtungen und mit diesen im Eingriff befindlichen Gliedern des Antriebs. Gekapselt und dadurch vor Verschmutzung geschützt ist nahezu die gesamte Abtriebsseite des Antriebs, insbesondere ein mit der zweiten Übertragungseinrichtung in einem Eingriff befindliches Ausgangsglied des Antriebs, das auf einer Rotorachse des Elektromotors 10 angeordnet ist, ferner ein Kurbelabtriebsglied 3, das beispielhaft als Kurbelritzel gebildet und auf der Tretkurbelachse, also der Drehachse der Tretkurbelwelle 2 angeordnet und mit der Tretkurbelwelle 2 drehfest und vorzugsweise lösbar verbunden ist. Die Verkapselung des Ausgangsglieds des Antriebs, des Kurbelabtriebsglieds 3 und der beiden Übertragungseinrichtungen wird von Gehäuseteilen des Antriebs und der hohlen Schwinge C gebildet. Von den Gehäuseteilen des Antriebs ist in Figur 2 insbesondere ein äußeres Verkleidungsteil 23 erkennbar, dass den Bereich der ersten Übertragungseinrichtung, das Kurbelabtriebsglied 3 und das Ausgangsglied des Antriebs an einer Seite außen verdreht. Die zweite Übertragungseinrichtung erstreckt sich vom Ausgangsglied bis nahe zu einem mit dem Rad W verbundenen, um dessen Radachse drehbaren Antriebsglied, das beispielhaft in konventioneller Weise als Zahnrad gebildet sein kann. In der Nabe des Rads W ist eine Nabenschaltung integriert, über die das Antriebsrad mit dem Rad Drehmoment übertragend gekoppelt ist.

Das Gehäuse für die Tretkurbel 1, 2 und das Gehäuse für den Elektromotor 10 sind fest miteinander gefügt, so dass sie eine Gehäuseeinheit 20 bilden, zu der auch das seitliche Verkleidungsteil 23 gehört, das mit den Gehäusen lösbar verbunden ist, um Wartungsarbeiten vornehmen zu können. Die Gehäuseeinheit 20 ist ferner mit der Schwinge C gefügt, so dass die Schwinge C und die Gehäuseeinheit 20 eine Bewegungseinheit C, 20 bilden, also nur gemeinsam gegen die Kraft der Feder- und Dämpfungseinrichtung D relativ zum Rahmen A, S beweglich sind. Die Bewegungseinheit C, 20 ist um eine in Figur 1 mit R20 bezeichnete Schwenkachse schwenkbar am Rahmen A, S abgestützt. Die horizontale Schwenkachse R20 erstreckt sich im unteren Bereich des Rahmens, in etwa dort, wo das Rahmenunterteil A und das Sattelrohr S aufeinander stoßen.

Figur 3 zeigt den Antrieb in einem Längsschnitt durch die von der Gehäuseeinheit 20 und der Schwinge C gebildete Verkapselung, so dass die beiden Übertragungseinrichtungen und die damit in Eingriff befindlichen Glieder des Antriebs sichtbar sind. Auf einer zentralen Rotorachse des Elektromotors 10 sind ein Eingangsglied 5 und das bereits genannte Ausgangsglied 6 des Antriebs angeordnet, so dass sie um die Rotorachse drehbar sind. Die erste Übertragungseinrichtung ist mit 4 bezeichnet, die zweite Übertragungseinrichtung mit 7. Die Übertragungseinrichtungen 4 und 7 sind endlos umlaufende Ketten. Die erste Übertragungseinrichtung 4 umschlingt das Kurbelabtriebsglied 3 und das Eingangsglied 5 und wird über ein Umlenkmittel 9a geführt, um den Umschlingungswinkel bei dem Eingangsglied 5 zu vergrößern. Die erste Übertragungseinrichtung 4 überträgt das per Muskelkraft erzeugte Drehmoment der Tretkurbel 1, 2 auf das Eingangsglied 5. Die Durchmesser des Kurbelabtriebsglieds 3 und des Eingangsglieds 5, die jeweils als Zahnrad gebildet sind, sind so gewählt, dass die Drehzahl der Tretkurbel 1, 2 zum Eingangsglied 5 ins Schnelle übersetzt wird. Das Übersetzungsverhältnis beträgt wenigstens 1:3, bevorzugter wenigstens 1:4 und noch bevorzugter wenigstens 1:5.

Die zweite Übertragungseinrichtung 7 umschlingt das Ausgangsglied 6 und das Antriebsglied 8 des Rads W. Die Übertragungseinrichtung 7 wird nahe des Antriebsrads 8 um ein Umlenkmittel 9b gefuhrt, um den Umschlingungswinkel beim Antriebsglied 8 und in einem geringeren Ausmaß auch beim Ausgangsglied 6 zu vergrößern. Der Abstand zwischen der Drehachse des Ausgangsglieds 6 und der Drehachse des Antriebsglieds 8 ist deutlich größer als der Abstand zwischen der Drehachse des Kurbelabtriebsglieds 3 und der Drehachse des Eingangsglieds 5, da die Tretkurbel 1, 2 und der Elektromotor 10 dicht nebeneinander, beispielhaft sogar in einer gemeinsamen Gehäuseeinheit 20 angeordnet sind.

Die Aufspaltung der Drehmomentübertragung mit der ersten Übertragungseinrichtung 4, die den Elektromotor 10 und die Tretkurbel 1, 2 miteinander koppelt, und der zweiten Übertragungseinrichtung 7, die den Hybridantrieb insgesamt, also die Tretkurbel 1, 2 und den Elektromotor 10, mit dem angetriebenen Rad W koppelt, dient der besseren Abstimmung der Drehgeschwindigkeit der Tretkurbel 1, 2 und der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 10. Typische Drehzahlen der Tretkurbel 1, 2 liegen deutlich unterhalb des Drehzahlbereichs, in dem der Elektromotor 10 mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist. Mit dem die erste Übertragungseinrichtung 4 umfassenden Zugmittelgetriebe wird die Drehgeschwindigkeit der Tretkurbel 1, 2 vorteilhafterweise in einer einzigen Getriebestufe in den für den Elektromotor 10 günstigen Drehzahlbereich übersetzt.

Figur 4 zeigt den Schnitt B-B der Figur 1. Der Schnitt enthält die Drehachse R₂ der Tretkurbelwelle 2 und die Drehachse Ri₂ des Elektromotors 10. Der Elektromotor 10 ist in einem Motorgehäuse 21 aufgenommen, das in der Gehäuseeinheit 20 wie gesagt fest mit einem Tretlagergehäuse 22 verbunden ist. Im Bereich des Tretlagergehäuses 22 laufen das Rahmenunterteil A und das Sattelrohr S zusammen. Das Tretlagergehäuse 22 stützt die Tretkurbelwelle 2 in einem Tretkurbellager radial und axial ab. Der Elektromotor 10 ist als Außenläufermotor ausgeführt. Er umfasst einen in Bezug auf das Motorgehäuse 21 ortsfest und nicht beweglich angeordnete Feldwicklung als Stator 11 und einen Rotor 12 mit einem Rotorring 12a, der den Stator 11 umgibt. Der Rotorring 12a ist drehsteif mit einer Rotorwelle 14 verbunden, die zentral durch den Stator 11 geführt ist. Der Rotor 12 ist um die Drehachse R12 drehbar, die im folgenden daher als Rotorachse bezeichnet wird. Der Elektromotor 10 umfasst ferner eine Abtriebswelle 16, die um die Rotorachse R12 drehbar ist. Das Ausgangsglied 6 ist mit der Abtriebswelle 16 drehfest verbunden, so dass es relativ zur Abtriebswelle 16 weder in die eine noch in die andere Drehrichtung um die Rotorachse R12 drehbar ist. Die Rotorwelle 14 und die Abtriebswelle 16 sind auf der Rotorachse R12 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei die Abtriebswelle 16 die innenliegende und die Rotorwelle 14 die außenliegende Welle der geschachtelten Anordnung bildet. Die Abtriebswelle 16 ragt mit einem Abtriebsende aus der Rotorwelle 14 heraus. Das Ausgangsglied 6 ist an dem Abtriebsende auf der Abtriebswelle 16 angeordnet.

Die Wellenanordnung ist um eine weitere Welle, eine Zusatzwelle 15, ergänzt. Die Wellen 14, 15 und 16 sind zueinander konzentrisch, bilden also eine geschachtelte Wellenanordnung. Die Zusatzwelle 15 bildet die innerste Welle der Wellenanordnung. Sie ragt mit einem Antriebsabschnitt in die hohle Abtriebswelle 16 und ragt mit einem Abtriebsende aus dieser heraus. Das Eingangsglied 5 ist an dem Abtriebsende drehfest mit der Zusatzwelle 15 verbunden, so dass es in keine der beiden Drehrichtungen um die Rotorachse Ri 2 relativ zur Zusatzwelle 15 gedreht werden kann. Die Zusatzwelle 15 und die Abtriebswelle 16 ragen mit ihrem jeweiligen Abtriebsende an der gleichen Seite aus der Rotorwelle 14 heraus, wobei die Zusatzwelle 15 wiederum zur gleichen Seite aus der Abtriebswelle 16 herausragt. Entsprechend ist das Eingangsglied 5 vom Elektromotor 10 aus gesehen weiter außen als das Ausgangsglied 6 angeordnet. Der axiale Versatz ist allerdings gering, so dass die Übertragungseinrichtungen 4 und 7 im Bereich der Glieder 5 und 6 axial in geringem Abstand nebeneinander laufen, die Übertragungseinrichtung 4 vom Elektromotor 10 und dem Rahmen A, S (Figuren 1 und 2) aus gesehen außen und die Übertragungseinrichtung 7 innen.

In Figur 4 ist auch die gemeinsame Schwenkachse R20 der Gehäuseeinheit 20 und der Radschwinge C sowie das die Schwenkachse R20 festlegende Schwenklager zu erkennen. Für die Bildung des Schwenklagers ist der Rahmen A, S im Verbindungsbereich des Rahmenunterteils A und des Sattelrohrs S verstärkt und das Schwenklager im Bereich der Verstärkung angeordnet. Die Gehäuseeinheit 20 weist eine Schwenklagerstruktur 25 auf, mit der sie ihren Teil des Schwenklagers bildet.

Figur 5 zeigt den Elektromotor 10 alleine, losgelöst von dem Tretkurbelantriebsteil. Vom Motorgehäuse 21 ist ein zentrales Hülsenteil dargestellt, auf dem der Stator 1 angeordnet ist. Der Rotor 12 umfasst wie bereits erwähnt einen Rotorring, der aus einem Rückschlussring 13 und einem Polring 12a besteht. Der Polring 12a wird von einer Mehrzahl von Dauermagneten gebildet, die über den Umfang gleichmäßig verteilt in alternierenden Polfolge angeordnet sind. Der Polring 12a umgibt unmittelbar den Stator 11, d.h. die Feldwicklung, unter Freilassung eines möglichst schmalen Ringspalts. Der Rückschlussring 13 ist an einem axialen Ende über einen Verbindungsabschnitt mit der Rotorwelle 14 in Bezug auf beide Richtungen einer relativen Drehbewegung um die Rotorachse Ri ₂ drehfest verbunden. Der Rotor 12 weist im ganzen gesehen die Form eines Ringtopfs auf mit dem Rotorring 12a, 13 als äußerer Topfwand, dem Verbindungsabschnitt als Topfboden und der hohlen Rotorwelle 14 als innerer Topfwand. Dieser Ringtopf ist sozusagen über den Stator 11 gestülpt, wobei die Rotorwelle 14 den Stator 11 durchragt. Der Rotor 12 ist in einem linken Drehlager 121 und einem rechten Drehlager 12r drehbar abgestützt, wobei das linke Drehlager 121 im Stator 11 in dem dort zwischen dem Stator 11 und der Rotorwelle 14 verbleibenden Ringspalt angeordnet ist. Das rechte Drehlager 12r ist außerhalb des Stators 11 axial auf der Seite des Ausgangsglieds 6 und nahe bei diesem angeordnet. Die Feldwicklung des Stators 11 ist auf einem hülsenförmigen Statorträger angeordnet. Der Statorträger ist mit dem Motorgehäuse 21 unbeweglich verbunden, beispielhaft mittels stift- oder bolzenförmiger Befestigungsmittel. Er ist daher ebenfalls mit dem Bezugszeichen 21 bezeichnet. Das linke Drehlager 121 ist nahe bei dem anderen axialen Ende des Stators 11 radial an dem Statorträger abgestützt.

Die Abtriebswelle 16 erstreckt sich vom Ausgangsglied 6 aus gesehen in die Rotorwelle 14 und dementsprechend auch in den Hohlraum I Ia des Stators 11. Sie durchragt den Stator 11 und beispielhaft auch die Rotorwelle 14. Die Abtriebswelle 16 und die Zusatzwelle 15 sind über ein linkes Drehlager 151 und ein rechtes Drehlager 15r, die axial voneinander beabstandet sind, drehbar aneinander abgestützt. Die Drehlager 151 und 15r sind in einem Ringspalt zwischen der Zusatzwelle 15 und der Abtriebswelle 16 angeordnet. In der geschachtelten Wellenanordnung bildet die Abtriebswelle 16 die mittlere Welle.

Zwischen der Abtriebswelle 16 und der sie umgebenden Rotorwelle 14 verbleibt ein

Ringspalt, in dem ein Motorfreilauf 17 untergebracht ist. Radial innen verbleibt der bereits genannte Ringspalt zwischen der Zusatzwelle 15, die die innere Welle der Wellenanordnung bildet, und der Abtriebswelle 16. In diesem Ringspalt sind wie bereits erwähnt die Drehlager

151 und 15r angeordnet und axial zwischen diesen ein Tretkurbelfreilauf 18. Die Drehlager

151 und 15r sind an den axialen Enden des Ringspalts angeordnet, so dass der dazwischen verbleibende Ringspalt axial ausreichend lang ist, um einen für die Drehmomentübertragung durch den Freilauf 18 ausreichend langen Ringspalt zu erhalten.

Der Motorfreilauf 17 verbindet die Wellen 14 und 16 miteinander drehfest in Antriebsdrehrichtung des Elektromotors 10, wenn nämlich der Elektromotor 10 ein Drehmoment in das mit der Übertragungseinrichtung 7 gebildete Zugmittelgetriebe einleiten soll, entkoppelt die Rotorwelle 14 jedoch in Bezug auf die Gegendrehrichtung, um das Radfahrzeug über die Tretkurbel 1, 2 mit Muskelkraft antreiben zu können ohne den Rotor 12 mitzuschleppen. Der Motorfreilauf 17 ist ein Hülsenfreilauf und setzt sich aus mehreren Freilaufeinheiten 17i zusammen. Beispielhaft sind axial nebeneinander zwei Freilaufeinheiten 17i im Ringspalt angeordnet. Die Freilaufeinheiten 17i sind jeweils als separat montierbare Freilaufhülsen ausgeführt. Das vom Motorfreilauf 17 in die Antriebsdrehrichtung übertragbare Drehmoment entspricht der Summe der von den einzelnen Freilaufeinheiten 17i übertragbaren Einzeldrehmomente. In Abhängigkeit vom zu übertragenden Drehmoment kann gegebenenfalls nur eine der Freilaufeinheiten 17i vorgesehen sein, oder drei oder noch mehr der Freilaufeinheiten 17i. Die Abtriebswelle 16 müsste bei Anordnung von mehr als zwei der Freilaufeinheiten 17i axial entsprechend verlängert werden, ausgehend von der Anordnung der Figur 5 tiefer in den Hohlraum 11h des Stators 11 hinein, also zu der von dem Ausgangsglied 6 abgewandten Seite hin. Die Aufspaltung in mehrere Freilaufeinheiten 17i ermöglicht eine flexible Anpassung an den Drehmomentbedarf.

Der Tretkurbelfreilauf 18 ist analog dem Motorfreilauf 17 ebenfalls als Hülsenfreilauf aus mehreren Freilaufeinheiten 18i zusammengesetzt. Hinsichtlich der Freilaufeinheiten 18i gilt das zu den Freilaufeinheiten 17i Gesagte ebenfalls. Soll ein größeres Drehmoment übertragbar sein, müssten lediglich sowohl die Abtriebswelle 16 als auch die Zusatzwelle 15 axial entsprechend verlängert werden, um eine größere Anzahl der Freilaufeinheiten 18i im Ringspalt zwischen den Drehlagern 151 und 15r anordnen zu können.

Die Drehlager 151 und 15r sind Nadellager und können daher vorteilhafterweise als in radialer Richtung schlanke ringförmige Lager gebildet sein. Das linke Drehlager 151 ist innerhalb des Stators 11 angeordnet. Das rechte Drehlager 15r ist axial auf der gleichen Höhe wie das Ausgangsglied 6 angeordnet, so dass es die Abtriebswelle 16 radial unterhalb des Ausgangsglieds 6 auf der Zusatzwelle 15 abstützt.

Die Anordnung nicht nur des Motorfreilaufs 17, sondern auch des Tretkurbelfreilaufs 18 im Bereich des elektromotorischen Antriebsteils hat den Vorteil, dass der Tretkurbelantriebsteil, insbesondere das Tretlagergehäuse 22, frei von Freiläufen gestaltet werden kann. Das Tretlagergehäuse 22 kann daher ein Standard-Tretlagergehäuse, im Beispiel ein Standard- Tretlagergehäuse für Zweiräder, sein. Dies senkt die Kosten des Hybridantriebs und erleichtert auch Wartungs- und Reparaturarbeiten am Tretkurbelantriebsteil. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn wie im Ausführungsbeispiel die Freiläufe 17 und 18 auf der Rotorachse R12 angeordnet sind. Besonders kompakt und einfach im Aufbau sowie geräuscharm wird trotz der beiden Freiläufe 17 und 18 die elektromotorische Antriebseinheit dann, wenn der Elektromotor 10 wie im Ausführungsbeispiel als Außenläufer gebildet ist, da diese Motorbauart bei im Vergleich zu Innenläufern niedrigen Drehzahlen hohe Wirkungsgrade erzielt und daher die Abstimmung auf die niedrigen Drehzahlen der Tretkurbel 1, 2 vereinfacht wird. Aufgrund der Trennung des Abtriebs der Tretkurbel 1, 2 und des Elektromotors 10 einerseits und der Kopplung über das Eingangsglied 5 andererseits kann die Abstimmung nochmals verbessert werden. Im Ergebnis kann der Elektromotor 10 sogar wie bevorzugt das Ausgangsglied 6 direkt antreiben, nämlich ohne Untersetzungsgetriebe nur über den Motorfreilauf 17.

Die Figuren 6 und 7 zeigen nochmals die Bewegungseinheit aus Radschwinge C und Gehäuseeinheit 20, die Figur 6 in einer Seitenansicht von links und die Figur 7 in einer

Seitenansicht von rechts. Die Bewegungseinheit C, 20 ist losgelöst vom Radfahrzeug dargestellt. Aufgrund der Bildung solch einer Bewegungseinheit C, 20 wird erreicht, dass bei den Bewegungen der Schwinge C der Abstand zwischen den Drehachsen R₂ und R12 und insbesondere der Abstand zwischen der Rotorachse R12 und der Radachse des angetriebenen Rads W konstant und die Positionen der Achsen relativ zueinander unbewegt bleiben. Des Weiteren wird auch die Montage des Hybridantriebs erleichtert.

Die Figuren 8 und 9 zeigen einen erfindungsgemäßen Antrieb in einem zweiten Ausfuhrungsbeispiel. Im Unterschied zum ersten Ausfuhrungsbeispiel ist die erste Übertragungseinrichtung ein Zahnriemen und daher mit 4' bezeichnet. Das Eingangsglied ist dementsprechend eine verzahnte Riemenscheibe und lediglich der formalen Unterscheidung wegen mit 5' bezeichnet. Der Zahnriementrieb hat gegenüber dem Kettentrieb den Vorteil eines noch geräuschärmeren Laufs, ferner ist eine noch größere Übersetzung von der Tretkurbel 1, 2 auf das Eingangsglied 5' realisierbar.

Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass die erste Übertragungsrichtung 4' nicht auf der gleichen Seite wie die zweite Übertragungseinrichtung 7, sondern auf der gegenüberliegenden Seite der Tretkurbel 1, 2 und des Elektromotors 10 angeordnet ist. Der Zahnriementrieb ist gekapselt. Das äußere Verkleidungsteil ist wieder mit dem Bezugszeichen 23 versehen.

Ein dritter Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass der mit 18' bezeichnete Tretkurbelfreilauf nicht beim elektromotorischen Antriebsteil, sondern beim Tretkurbelantriebsteil, allerdings außerhalb des Tretlagergehäuses 22 angeordnet ist. Der Tretkurbelfreilauf 18' ist im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbelwelle 2 und dem als verzahnte Riemenscheibe gebildeten Kurbelabtriebsglied 3' auf der Tretkurbelachse R₂ angeordnet. Der Motorfreilauf 17' ist hingegen wieder beim elektromotorischen Antriebsteil, beispielhaft wie bevorzugt auf der Rotorachse R₁₂ in einem Ringspalt zwischen der Abtriebswelle 16 und der sie umgebenden Rotorwelle 14 angeordnet. Wegen der Anordnung des Tretkurbelfreilaufs 18' im Bereich des Tretkurbelantriebsteils entfällt auf der Seite des elektromotorischen Antriebsteils die Zusatzwelle 15 des ersten Ausführungsbeispiels.

Von den vorstehend beschriebenen Unterschieden abgesehen gelten die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel auch für das zweite Ausführungsbeispiel. In Figur 10 ist das in beiden Ausführungsbeispielen für den elektromotorischen Antriebsteil gleiche Tretkurbellager im Schnitt C-C der Figur 1 dargestellt. Die Tretkurbelwelle 2 erstreckt sich durch das rohrförmige Tretlagergehäuse 22 und ist in einem ersten Drehlager 27 und einem zweiten Drehlager 28 drehbar gelagert und mittels der Drehlager 27 und 28 radial und axial am Tretlagergehäuse 22 abgestützt. Das Tretlagergehäuse 22 ist wie bei Radfahrzeugen, insbesondere Fahrrädern, üblich ausgeführt. Es kann sich wie bevorzugt und im Ausführungsbeispiel verwirklicht um ein dem Standard entsprechendes Tretlagerrohr handeln mit einem über den größeren Teil seiner Länge außen und innen glatten, innen und außen vorzugsweise kreiszylindrischen Rohrmantel. Am Außenumfang des Tretlagergehäuses 22 setzt der das Unterteil A und das Sattelrohr S umfassende Rahmen des Radfahrzeugs an, der dort insbesondere angeschweißt oder anderweitig fest, vorzugsweise stoffschlüssig mit dem Tretlagergehäuse 22 verbunden sein kann. An den beiden axialen Enden ist vom jeweiligen Stirnende her an der Mantelinnenfläche je ein Innengewinde geformt. Auch insoweit kann das Tretlagergehäuse 22 vorteilhafterweise dem Standard entsprechen.

Im Unterschied zu herkömmlichen Tretkurbellagern sind die Drehlager 27 und 28 jedoch nicht in dem Tretlagergehäuse 22 angeordnet, sondern axial daneben, außerhalb des aus dem Rahmen A, S des Radfahrzeugs zerstörungsfrei nicht lösbaren Tretlagergehäuses 22. Statt der üblichen Lagereinsätze ist im Tretlagergehäuse 22 eine Lagerschalenstruktur 30 angeordnet, die sich aus mehreren Schalenteilen zusammensetzt. Sie umfasst eine erste Lagerschale 31 und eine zweite Lagerschale 32. Die Lagerschalen 31 und 32 sind an jeweils einer der Stirnseiten in das Tretlagergehäuse 22 eingeschraubt und unmittelbar mit dem jeweiligen Innengewinde des Tretlagergehäuses 22 verschraubt, die Lagerschale 31 von rechts und die Lagerschale 32 von links. Die Lagerschalen 31 und 32 sind Hülsenkörper. Sie umgeben die Tretlagerwelle 2 und weisen jeweils einen ersten Axialabschnitt auf, der zwischen der Tretlagerwelle 2 und dem Tretlagergehäuse 22 angeordnet und mit diesem am Stirnende verschraubt ist. An den ersten Axialabschnitt schließt sich jeweils ein am Stirnende aus dem Tretlagergehäuse 22 ragender radial erweiterter zweiter Axialabschnitt an, der einen größeren Außen- und einen größeren Innenquerschnitt als der erste Axialabschnitt hat. Die beiden Abschnitte sind über einen Ringflansch miteinander verbunden. Im radial erweiteren Axialabschnitt der Lagerschale 31 ist das Drehlager 27 und im erweiterten Axialabschnitt der Lagerschale 32 ist das Drehlager 28 angeordnet. Die Lagerschalen 31 und 32 stützen die Drehlager 27 und 28 radial nach außen in die von der Tretkurbelachse R₂ weg weisende Richtung, und axial an ihrem jeweiligen Ringflansch in Richtung auf das Tretlagergehäuse 22 ab. Die Anordnung der Drehlager 27 und 28 außerhalb des Tretlagergehäuses 22 schafft Raum im Inneren, im Spalt zwischen der Tretkurbelwelle 2 und dem Tretlagergehäuse 22, der für eine Erfassung des von der Tretkurbelwelle 2 übertragenen Drehmoments genutzt wird.

Eine Übertragungsstruktur 35 erstreckt sich über den größten Teil ihrer axialen Länge in dem Tretlagergehäuse 22. Sie ist an einem Antriebsende 36 drehmomentfest mit der Tretkurbelwelle 2 und an einem axial von dem Antriebsende 36 beabstandeten freien Abtreibsende 37 in Antriebsdrehrichtung drehmomentfest mit dem Kurbelabtriebsglied 3 verbunden, im ersten Ausführungsbeispiel wie dargestellt und im zweiten Ausführungsbeispiel (Figuren 8 und 9) über den Tretkurbelfreilauf 18'. Die Übertragungsstruktur 35 ist vom Antriebende 36, ausschließlich des Antriebsendes, bis zum Abtriebsende 37, einschließlich des Abtriebsendes, relativ zu der Tretkurbelwelle 2 im Rahmen ihrer Torsionssteifigkeit verdrehbar. Das Antriebsende 36 ist im Pfad des Drehmoments so angeordnet, dass das Drehmoment beider Pedalen 1, nämlich das auf der Tretkurbelwelle 2 vereinigte Drehmoment, durch die Übertragungsstruktur 35 auf das Kurbelabtriebsglied 3 übertragen wird. Das Antriebsende 36 ist im Tretlagergehäuse 22 und dort vorteilhafterweise nahe bei dem Stirnende angeordnet, das von dem Kurbelabtriebsglied 3 entfernt ist. Am Abtriebsende 37 ragt die Übertragungsstruktur 30 für die Verbindung mit dem Kurbelabtriebsglied 3 aus dem Tretlagergehäuse 22 heraus.

Die Übertragungsstruktur 35 wird bei der Übertragung des Drehmoments zwischen dem Antriebsende 36 und dem Abtriebsende 37 elastisch auf Torsion beansprucht. Sie weist zwischen dem Antriebsende 36 und dem Abtriebsende 37 einen axialen Torsionsabschnitt 38 auf, an den sich an der vom Antriebsende 36 abgewandten Seite ein axialer Lagerabschnitt 39 anschließt, der bereits zum Abtriebsende 37 gerechnet wird. Der Torsionsabschnitt 38 bildet eine Torsionsmessstrecke für die Ermittlung des Drehmoments. Der Lagerabschnitt 39 ist steifer als der Torsionsabschnitt 38 und mit einem größeren Außenumfang ausgeführt. Die Torsion ist überwiegend auf den Torsionsabschnitt 38 konzentriert. Demgegenüber kann eine Torsion des Lagerabschnitts 39 vernachlässigt werden. Im Bereich des Lagerabschnitts 39 ist das Drehlager 28 an der Übertragungsstruktur 35 abgestützt. Dargestellt ist beispielhaft eine bevorzugte Anordnung unmittelbar zwischen radial außen der Lagerschalenstruktur 30 und radial innen der Übertragungsstruktur 35. Im Bereich des Lagerabschnitts 39 verbleibt zur Tretkurbelwelle 2 ein schmaler Ringspalt für eine Gleitlagerbuchse, durch die die Übertragungsstruktur 35 radial unter dem Drehlager 28 und auch noch unter dem Kurbelabtriebsglied 3 gleitbeweglich drehbar auf der Tretkurbelwelle 2 unterstützt wird.

Die Übertragungsstruktur 35 ist ein Hülsenkörper, d. h. sie wirkt bei der Übertragung und Erfassung des Drehmoments als Torsionshülse. Der Axialabschnitt mit dem Antriebsende 36 und dem Torsionsabschnitt 38 hat einen Innenquerschnitt mit enger radialer Passung zum Außenquerschnitt der Tretkurbelwelle 2. Im Lagerabschnitt 39 ist der Innenquerschnitt zur Bildung des Spalts für die Gleitlagerbuchse geringfügig erweitert.

Das Drehlager 27 ist radial innen an der Tretkurbelwelle 2 abgestützt. Die Anordnung ist vorzugsweise wie dargestellt so gewählt, dass das Drehlager 27 radial außen unmittelbar an der Lagerschale 31 abgestützt ist. Die Anordnung entspricht in Bezug auf die Lagerschale 31 derjenigen des Drehlagers 28.

Die Lagerschalen 31 und 32 weisen für die Abstützung der Drehlager 27 und 28 im jeweils verdickten axialen Endabschnitt den gleichen Innenquerschnitt auf. Die Lagerschalen 31 und 32 sind vorzugsweise auch im Übrigen identisch. Bei den Drehlagern 27 und 28 handelt es sich um Standard-Käfiglager, dargestellt sind Kugellager.

Die Tretkurbelwelle 2 entspricht im Wesentlichen vorteilhafterweise einer herkömmlichen Tretkurbelwelle. Sie kann insbesondere einen üblichen Durchmesser aufweisen. Das Gleiche gilt für den Innendurchmesser des Tretkurbelgehäuses 22. Bevorzugt ist sie kreizylindrisch mit einem Durchmesser aus dem Bereich von 30 bis 40 mm. Der Innendurchmesser des bevorzugt ebenfalls kreiszylindrischen Tretlagergehäuses 22 beträgt vorzugsweise zwischen 40 und 70 mm, noch bevorzugter zwischen 45 und 55 mm.

Die Lagerschalenstruktur 30 erfüllt nicht nur eine Lagerungsfunktion für die Tretkurbelwelle 2, sondern schützt auch Komponenten eines Sensors 40. Mit dem Sensor 40 wird das auf die Tretkurbelwelle 2 wirkende Drehmoment ermittelt. Der Sensor weist ein am Antriebsende 36 der Übertragungsstruktur 35 angeordnetes erstes Drehglied 41 und ein näher beim Abtriebsende 37 der Übertragungsstruktur 35 angeordnetes zweites Drehglied 42 auf. Die Drehglieder 41 und 42 sind drehfest mit der Übertragungsstruktur 35 verbunden und axial über die Torsionsstrecke 38 voneinander beabstandet. Die Drehwinkelposition, die die Drehglieder 41 und 42 relativ zueinander einnehmen, ändert sich somit in Abhängigkeit von dem von der Tretkurbelwelle 2 übertragenen Drehmoment. Die Drehglieder 41 und 42 bilden zusammen mit zugeordneten Hall-Elementen 43 und 45 sowie diesen zugeordneten Magnetfelderzeugern 44 und 46 einen Hallsensor.

Figur 11 zeigt das dem Abtriebsende 37 nahe Drehglied 42 mit dem zugeordneten Hall- Element 44 und dessen Magnetfelderzeuger 46. Figur 12 zeigt das andere Drehglied 41 mit dem ihm zugeordneten Hall- Aufnehmer 43, 44 im Querschnitt D-D der Figur 10, und Figur 13 zeigt den Bereich um den Hall- Aufnehmer 43, 44 in nochmals vergrößerter Darstellung.

Die Drehglieder 41 und 42 sind gleich und jeweils als Zahnräder mit gleichmäßiger Zahnteilung aus einem weich magnetischen Material geformt. Die Hall- Aufnehmer 43, 44 und 45, 46 sind jeweils auf der gleichen axialen Höhe wie das zugeordnete Drehglied 41 oder 42 diesem außen gegenüberliegend angeordnet. Die Hall- Aufnehmer 43, 44 und 45, 46 sind in jeweils einer Öffnung des Tretlagergehäuses 22 angeordnet.

Wie in den Figuren 12 und 13 zu erkennen ist, umfasst jeder der Hall- Aufnehmer 43, 44 und 45, 46 jeweils zwei Hall-Elemente und pro Hall-Element einen Magnetfelderzeuger. In den Figuren 12 und 13 ist der Hall- Aufnehmer 43, 44 stellvertretend auch für den anderen Hall- Aufnehmer 45, 46 dargestellt. Die beiden Hall-Elemente sind mit 43a und 43b, die Magnetfeldelemente 44a und 44b bezeichnet. Die Hall-Elemente 43a und 43b sind in Umfangsrichtung um die Tretkurbelachse R₂ nebeneinander, also in Drehrichtung des Drehglieds 41 hintereinander auf einer gemeinsamen Platine 47 angeordnet. Die Anordnung beim anderen Drehglied 42 ist wie gesagt die gleiche. Die Hall-Elemente 43a und 43b sind in Umfangsrichtung gesehen so angeordnet, dass bei einer Drehbewegung des Drehglieds 41 eines der Hall-Elemente 43a und 43b eine in Drehrichtung vorlaufende und das andere der Hall-Elemente 43a und 43b gleichzeitig einer nachlaufenden Flanke eines Zahns des Drehglieds 41 gegenüberliegt. Die beiden Ausgangssignale der Hall-Elemente 43a und 43b sind daher um 90° zueinander phasenversetzt. In Figur 13 ist die Nord- Süd-Richtung der von den Magnetfelderzeugern 44a und 44b erzeugten Magnetfelder durch Richtungspfeile angedeutet.

In Figur 14 sind in einem Diagramm (a) die Ausgangssignale der Hall-Elemente 43a, 43b, 45a und 45b im unbelasteten Zustand und zum Vergleich daneben in einem Diagramm (b) bei Drehmomentübertragung dargestellt. Die Ausgangssignale der jeweils dem gleichen Drehglied 41 oder 42 zugeordneten Hall-Elemente, zum einen die Hall-Elemente 43a und 43b und zum anderen die Hall-Elemente 45a und 45b, sind wie gesagt relativ zueinander wegen der in Umfangsrichtung versetzten Anordnung um 90° phasenverschoben. Durch Differenzbildung wird für die Hall-Elemente 43a und 43b und ebenso für die Hall-Elemente 45a und 45b ein gemeinsames Ausgangssignal von erhöhter Signalstärke erhalten. Durch Vergleich des gemeinsamen Ausgangssignals der Hall-Elemente 43a und 43b mit dem gemeinsamen Ausgangssignal der Hall-Elemente 45a und 45b wird mittels einer elektronischen Auswerteeinrichtung das momentan übertragene Drehmoment ermittelt.

Der Sensor 40 wird in Doppelfunktion auch zur Ermittlung der Drehzahl der Tretkurbelwelle 2 verwendet. In der Funktion als Drehzahlsensor detektieren die Hall-Elemente 43a, 43b, 45a und 45b oder detektiert nur eines dieser Elemente die Durchgänge der Zähne des zugeordneten Drehglieds 41 oder 42 oder nur eines bestimmten Zahns, woraus mittels eines nachgeschalteten Zählglieds und eines Zeitglieds die Drehzahl bestimmt wird.

Der Sensor 40 ist in eine Steuerung des Elektromotors 10 integriert. Die Steuerung entscheidet beispielsweise, ob der Elektromotor 10 überhaupt eingeschaltet wird und Drehmoment in das Zugmittelgetriebe einleitet. Bedingung für das Einschalten ist vorzugsweise, dass die Einleitung eines Drehmoments über die Tretkurbelwelle 2 festgestellt wird. Gegebenenfalls kann an einem Bedienteil, beispielsweise der Bedieneinheit 26 (Figur 1), ein Bedienelement vorgesehen sein, mit dem der Fahrer auswählen kann, ob der Elektromotor 10 nur unterstützt oder ständig Drehmoment einleitet. Ferner kann an der Einheit 26 die Möglichkeit der Einstellung des vom Motor 10 erzeugten Drehmoments gegeben sein.

Bezueszeichen:

1 Tretkurbel, Pedale

2 Tretkurbel, Tretkurbelwelle

3, 3' Kurbelabtriebsglied

4, 4' Übertragungseinrichtung

5, 5' Eingangsglied

6 Ausgangsglied

7 Übertragungseinrichtung

8 Antriebsglied Rad

9a Umlenkmittel

9b Umlenkmittel

10 Elektromotor

11 Stator

11h Statorhohlraum

12 Rotor

12a Polring

121 Drehlager

12r Drehlager

13 Rückschlussring

14 Rotorwelle

15 Zusatzwelle

151 Drehlager

15r Drehlager

16 Abtriebswelle

17 Motorfreilauf

17i Freilaufeinheit

18, 18' Tretkurbelfreilauf 18i Freilaufeinheit

19 -

20 Gehäuseeinheit

21 Motorgehäuse

22 Tretlagergehäuse

23 Verkleidungsteil

24 S chwenklager struktur

25 -

26 Steuerungs-Bedieneinheit

27 Drehlager

28 Drehlager

29 -

30 Lagerschalenstruktur

31 Lagerschale

32 Lagerschale

33 Dichtschale

34 -

35 Übertragungsstruktur

36 Antriebsende

37 Abtriebsende

38 Torsionsabschnitt

39 Lagerabschnitt

40 Sensor

41 Drehglied

42 Drehglied

43 Hall-Element

44 Magnetelement, Spule

45 Hall-Element

46 Magnetelement, Spule

47 Platine

A Rahmenunterteil B Energiequelle

C Radschwinge

D Federdämpfer

S Sattelrohr

R₂ Tretkurbelachse

Rl 2 Rotorachse

R20 Schwingachse

Claims

Ansprüche

1. Antrieb für ein Radfahrzeug, das eine Muskelkraft in Drehmoment umwandelnde Tretkurbel (1, 2) mit einer um eine Tretkurbelachse (R₂) drehbaren Tretkurbelwelle (2) aufweist, der Antrieb umfassend: a) einen Elektromotor (10) mit einem Stator (11) und einem um eine Rotorachse

(R12) drehbaren Rotor (12), wobei die Rotorachse (R12) von der Tretkurbelachse

(R₂) beabstandet ist, b) ein von der Tretkurbel (1, 2) um eine von der Tretkurbelachse (2) beabstandete

Drehachse (R12) drehantreibbares Eingangsglied (5; 5'), c) ein von der Tretkurbel (1, 2) über das Eingangsglied (5; 5') und von dem Elektromotor (10) um die Drehachse (R12) des Eingangsglieds (5; 5') drehantreibbares Ausgangsglied (6) für den Abtrieb auf ein Rad (W) des Radfahrzeugs, d) einen Motorfreilauf (17; 17') für die Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors (10) auf das Ausgangsglied (6) e) und einen Tretkurbelfreilauf (18; 18') für die Übertragung eines Drehmoments der Tretkurbel (1, 2) auf das Ausgangsglied (6).

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Freiläufe (17, 18; 17', 18'), vorzugsweise sowohl der Motorfreilauf (17) als auch der Tretkurbelfreilauf (18), von der Tretkurbel (1, 2) getrennt bei dem Elektromotor (10) angeordnet ist.

3. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Freiläufe (17, 18; 17', 18'), vorzugsweise sowohl der Motorfreilauf (17) als auch der Tretkurbelfreilauf (18), auf der Drehachse (R12) des Ausgangsglieds (6) angeordnet ist.

4. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorachse (R12) die Drehachse (R12) des Eingangsglieds (5; 5') und des Ausgangsglieds (6) ist.

5. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tretkurbelfreilauf (18) im Drehmomentfluss abwärts vom Eingangsglied (5) angeordnet ist.

6. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der fo lgenden Merkmale :

(i) der Tretkurbelfreilauf (18) weist eine Antriebsseite für den Antrieb durch die Tretkurbel (1, 2) und eine mit dem Ausgangsglied (6) drehfest verbundene Abtriebsseite für den Abtrieb auf das Ausgangsglied (6) auf;

(ii) der Motorfreilauf (17; 17') weist eine Antriebsseite für den Antrieb durch den Elektromotor (10) und eine mit dem Ausgangsglied (6) drehfest verbundene

Abtriebsseite für den Abtrieb auf das Ausgangsglied (6) auf;

(iii) der Tretkurbelfreilauf (18) und der Motorfreilauf (17) wirken separat voneinander und jeweils direkt auf eine um die Drehachse (R12) des Ausgangsglieds (6) drehbare gemeinsame Abtriebswelle (16); (iv) der Rotor (12) ist mit einer Antriebsseite des Motorfreilaufs (17; 17') verdrehgesichert verbunden;

(v) das Eingangsglied (5) ist mit einer Antriebsseite des Tretkurbelfreilaufs (18) verdrehgesichert verbunden.

7. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Freiläufe (17, 18; 17', 18) wenigstens mit einem axialen Teilabschnitt in einem zentralen Hohlraum (1 Ih) des Stators (11) angeordnet ist.

8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsglied (5) und das Ausgangsglied (6) längs der gemeinsame Drehachse (R12) axial zueinander versetzt angeordnet sind.

9. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine um die Rotorachse (R12) drehbare Abtriebswelle (16), mit der das Ausgangsglied (6) in Dreh- und Drehgegenrichtung unbeweglich und das Eingangsglied (5) entweder ebenfalls in Dreh- und Drehgegenrichtung unbeweglich oder bevorzugter über den Tretkurbelfreilauf (18) verbunden ist.

10. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine vom Elektromotor (10) drehantreibbare, mit dem Rotor (12) koaxiale Rotorwelle (14), eine von der Tretkurbel (1, 2) drehantreibbare Zusatzwelle (15), eine mit dem Ausgangsglied (6) drehmomentfest verbundene Abtriebswelle (16) und wenigstens eines der folgenden

Merkmale aufweist:

(i) die Abtriebswelle (16) und die Rotorwelle (14) sind zueinander konzentrisch; (ii) die Abtriebswelle (16) und die Zusatzwelle (15) sind zueinander konzentrisch; (iii) die Rotorwelle (14) und die Zusatzwelle (15) sind zueinander konzentrisch; (iv) die Rotorwelle (14), die Zusatzwelle (15) und die Abtriebswelle (16) sind zueinander konzentrisch;

(v) der Rotor (12) weist eine durch den Stator (12) erstreckte hohle Rotorwelle (14) auf, über die das Drehmoment des Elektromotors (10) auf die Abtriebswelle (16) übertragbar ist.

11. Antrieb nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (16) eine konzentrisch zwischen der Rotorwelle (14) und der Zusatzwelle (15) angeordnete Hohlwelle ist, wobei vorzugsweise die Rotorwelle (14) eine äußere Hohlwelle und die Zusatzwelle (15) eine innere Welle bildet.

12. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiläufe (17, 18) einander axial überlappen, so dass einer der Freiläufe (17, 18), vorzugsweise der Motorfreilauf (17), wenigstens einen Axialabschnitt des anderen Freilaufs umgibt.

13. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche und wenigstens einem der folgenden Merkmale: (i) wenigstens einer der Freiläufe (17, 18) ist ein Hülsenfreilauf; (ii) wenigstens einer der Freiläufe (17, 18) umfasst mehrere separate, axial nebeneinander angeordnete Freilaufeinheiten (17i, 18i).

14. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der eine mit dem Ausgangsglied (6) in eine Antriebsdrehrichtung drehmomentfest verbundene Abtriebswelle (16) und wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist:

(i) wenigstens einer der Freiläufe (17, 18) ist wenigstens mit einem Axialabschnitt axial zwischen einem linken Drehlager (151) und einem rechten Drehlager (15r) der Abtriebs welle (16) angeordnet;

(ii) ein Drehlager (15r) der Abtriebswelle (16) ist axial zwischen dem Ausgangsglied (6) und wenigstens einem der Freiläufe (17, 18) angeordnet.

15. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) und das Ausgangsglied (6) getriebelos miteinander gekoppelt sind, so dass der Rotor (12) das Ausgangsglied (6) in eine Antriebsdrehrichtung, in die der Motorfreilauf (17; 17') das Drehmoment des Elektromotors (10) überträgt, mitnimmt.

16. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) ein Außenläufermotor ist.

17. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Tretkurbel (1, 2), eine die Drehzahl der Tretkurbel (1, 2) übersetzende erste Übertragungseinrichtung (4; 4') für die Übertragung des Drehmoments der Tretkurbel (1, 2) auf das Eingangsglied (5; 5') und eine zweite Übertragungseinrichtung (7; 7') für die Übertragung des

Drehmoments des Ausgangsglieds (6) auf das Rad (W).

18. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche und montiert an einem Rahmen (A, S) des Radfahrzeugs, das eine das Rad (W) am Rahmen (A, S) abstützende hohle Radschwinge (C) aufweist, wobei der Antrieb ein Übertragungsmittel (7; 7') für die

Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors (10) oder der Tretkurbel (1, 2) auf das Rad (W) umfasst und das Übertragungsmittel (7; 7') sich im Inneren der Radschwinge (C) erstreckt.

19. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche und montiert an einem Rahmen (A, S) des Radfahrzeugs, das eine das Rad (W) am Rahmen (A, S) beweglich abstützende

Radschwinge (C) aufweist, wobei der Antrieb ein Übertragungsmittel (7; 7') für die Übertragung eines Drehmoments des Elektromotors (10) oder der Tretkurbel (1, 2) auf das Rad (W) aufweist und die Tretkurbel (1, 2) oder der Elektromotor (10), vorzugsweise die Tretkurbel (1, 2) und der Elektromotor (10), mit der Radschwinge (C) gemeinsam beweglich am Rahmen (A, S) abgestützt ist.

20. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Motorgehäuse (21) für den Elektromotor (10) und ein Tretlagergehäuse (22), das eine Tretkurbelwelle (2) der Tretkurbel (1, 2) um eine Tretkurbelachse (R₂) drehbar lagert, wobei wenigstens eines der Gehäuse (21, 22), vorzugsweise das Motorgehäuse (21) und das

Tretlagergehäuse (22), mit einer das Rad (W) um eine Radachse drehbar lagernden Radschwinge (C) fest gefügt ist.