WO2011069722A1 - Antriebsvorrichtung für ein fahrrad - Google Patents
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Classifications
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- B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
- B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
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- F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
Definitions
- the invention relates to a drive device for a bicycle and a bicycle with such a drive device.
- an electric drive in particular electric auxiliary motors is used.
- Bicycles with auxiliary electric motors are also commonly referred to as Pedalec.
- the auxiliary motor either drives the chain in addition to the chainring, for example, the so-called Panasonic drive, the bottom bracket, for example, the so-called Gruber Assist drive, the chainring, for example, the so-called Opti-Bike LLC drive, or the rear wheel to either directly by means of a hub drive, by means of a toothed belt or a chain.
- the aforementioned drives do not allow a particularly compact and integrated design, since the auxiliary motor is usually mounted on the bike. However, this increases an air resistance, which makes it even more difficult for the driver to generate a mechanical drive power. In this respect, it would be desirable to integrate the electric auxiliary motor with the drive elements already present on the bicycle.
- the invention includes the idea of coupling a mechanical drive power generated by the driver with the mechanical drive power generated by the motor by means of a planetary gear, in particular a 3-shaft planetary gear, so that the two drive powers are added up.
- the planetary gear is a compact-built gear transmission, which generally has three coaxially arranged shafts, each with a gear.
- the inner gear is also called the sun gear or the sun
- the outer gear is referred to as a ring gear, which preferably has an outer toothing
- the sun and ring gear third gear is the planetary gear, which is on a planet carrier, also called web, stored ,
- the planet gear is mounted by means of a planetary pin on the web.
- a plurality of planet gears are provided, preferably two planet gears, in particular three planet gears.
- the chainring according to the invention is connected to the planet carrier or web, so that the chainring rotates when the web rotates, which in particular will be the case when the planetary gear or wheels rotate.
- WEI terhin are according to the invention either the pedal with the sun and the engine with the ring gear or the crank with the ring gear and the engine coupled to the sun.
- the crank and the engine drive the ring gear and the sun.
- the chainring can then drive, for example by means of a chain pinion of a rear wheel.
- the invention allows advantageously to use motors with much smaller work areas or fields of work as drive motors, since according to the invention the drive power generated by the engine is no longer linked rigidly with a rear wheel or chain speed.
- a freewheel device is provided.
- the engine may include a freewheel device.
- the planetary gear comprises a freewheel device.
- the motor-driven element of the planetary gear so either the sun or the ring gear, has a freewheel device.
- both the motor and the driven element each comprise a freewheel device. This advantageously prevents the engine from turning back in the event of a motor failure, for example due to an empty battery.
- the planetary gear comprises a displaceable connecting element for mechanical connection of the web or the planet carrier with the crank.
- the driver can shift the connecting element from a normal position, in which the pedal crank drives the sun or the ring gear, into a blocking position, in which the web is directly mechanically connected to the pedal crank.
- the driver drives the chainring directly.
- the planetary gear is locked, the connecting element is insofar a mechanical lock.
- both a displaceable connecting element and a freewheel device can be provided.
- freewheel and mechanical lock can be advantageously prevented that the driver enters the "void" when the engine is switched off or fails, and further allows the driver by means of the connecting element can switch at least two gears.
- the motor has at least one motor pinion.
- the motor pinion can engage in particular directly in the teeth of the sun or in an external toothing of the ring gear, so that a direct and efficient coupling between the motor and the planetary gear is possible.
- a bicycle according to the invention may comprise an electric gearshift which is connected to a control device coupled to the engine for regulating the first mechanical drive power.
- FIG. 1 is a schematic representation of a drive device
- Fig. 2 is a construction drawing of the drive apparatus shown in Fig. 1
- Fig. 3 is a schematic view of another drive apparatus
- Fig. 4 is a construction drawing of the drive apparatus shown in Fig. 3. figure description
- Fig. 1 shows a schematic representation of a drive device 1 for a bicycle.
- the drive device 1 comprises a motor 2.
- the motor 2 is an electric motor.
- the electric motor has a stator and a rotor arranged in the stator.
- the rotor has a coil with an iron core, which is also referred to as anchor on.
- the electric motor comprises an accumulator, a fuel cell or a battery.
- the electric motor may also include solar cells that charge the accumulator or the fuel cell or directly supply the electric motor with power.
- the type of electric current required for the electric motor is generated in a particularly environmentally friendly manner, since no C0 2 or unhealthily harmful exhaust gases are emitted.
- the engine 2 is, for example, a gasoline engine or a diesel engine. In particular, it can be provided that the engine 2 is a hybrid engine.
- the drive device 1 further comprises a pedal crank 3, which is connected to a bottom bracket 8.
- the bottom bracket 8 is arranged in a housing 9.
- the bottom bracket 8 is protected in an advantageous manner from dirt and moisture.
- the housing is integrated in a bicycle frame.
- the bottom bracket 8 further includes a freewheel device 10.
- the drive device 1 comprises a chainring 4, which by means of a chain (not shown) can drive a rear wheel of a bicycle.
- the chainring 4 can also drive the rear wheel by means of a belt.
- the pedal crank 3, the motor 2 and the chainring 4 are coupled together by means of a planetary gear as follows.
- the pedal crank 3 is coupled to a sun 5 of the planetary gear, so that a driver when pedaling the sun 5 drives.
- the motor 2 is coupled by means of a motor pinion 1 1 with a ring gear 6 of the planetary gear.
- the ring gear 6 on an outer toothing, which engage in the motor pinion 1 1 (see Fig. 2).
- the chainring 4 is connected to a web ball bearing 15 having web 7, which supports a planet gear 12 (see FIG. 2).
- a generated by the motor 2 first mechanical drive power will drive the ring gear 6 of the planetary gear.
- a second mechanical drive power which is generated by means of the crank, drives the sun 5 of the planetary gear.
- These two mechanical drive powers are transmitted to the planet gear 12 of the planetary gear. Since the chainring 4 is connected to the web 7, when the planet gear 12 and thus the web 7 rotate, and the chainring 4 rotate. The two mechanical drive powers are so far summed by means of the planetary gear on the chainring 4.
- the motor pinion can alternatively intervene directly in the teeth of the sun.
- the motor pinion is coupled by means of a positive toothed belt with the teeth of the sun or the external toothing of the ring gear.
- a belt transmission or a spur gear can couple the engine with the sun or the ring gear.
- Fig. 2 shows a construction drawing of the drive device 1 shown schematically in Fig. 1.
- Fig. 2 shows the planetary gear 12, which has a planetary ball bearing 13.
- the planet gear 12 is mounted by means of a planetary pin 14 on the planet carrier or the web 7.
- the chainring 4 is arranged at the planet pin 14, the chainring 4 is arranged.
- the bottom bracket 8 forms the shaft of the sun 5.
- Fig. 3 shows a schematic representation of a further drive device 30, which is shown in more detail in Fig. 4 with reference to a construction drawing.
- the drive device 30 comprises a motor 32 with a plurality of engine pinions 41.
- the drive device 30 comprises a pedal crank 33, which is connected to a bottom bracket 38.
- the bottom bracket 38 has a freewheel device 40.
- a housing 39 is provided, in which the bottom bracket 38 is arranged.
- the pedal crank 33 is coupled to a ring gear 36 of a planetary gear and the motor 32 to a sun 35.
- the coupling between the motor 32 and the sun 35 takes place in that the motor pinion 41 of the motor 32 interact with an external toothing of the sun 35.
- the respective teeth interlock in this respect.
- a chainring 34 is connected to a web 37 of the planetary gear on the planetary gear.
- the web supports two planetary gears 42a and 42b (see FIG. 4) by means of a common planetary bolt 44.
- Both planetary gears 42a and 42b have a planetary ball bearing 43.
- the teeth of the planetary gear 42a engage with the teeth of the sun 35 and the teeth of the planetary gear 42b engage in the internal teeth of the ring gear 36.
- both planetary gears 42a and 42b rotate, and thus also the land 37, so that the drive power generated by the engine adds up with the drive power generated by the driver and the accumulated drive power is transmitted to the chainring 34.
- the chainring 34 can then drive a rear wheel of a bicycle by means of a chain (not shown).
- FIGS. 3 and 4 with the two planet wheels 42a and 42b has the particular advantage that a reduction range of the planetary gear can be expanded, in particular when planets are used which are graduated from one another.
- the motor 2, 32 can not only be arranged axially parallel to the bottom bracket 8, 38 in the embodiments shown here.
- such an arrangement has the advantage of achieving an optimum arrangement of the motor on the bicycle with respect to a ground clearance, a position of the front / rear wheel and the center of gravity of the bicycle.
- the motor 2, 32 are arranged concentrically around the bottom bracket 8, 38, in which case one or several planetary gear stages for a particularly advantageous reduction of an armature speed of the motor 2, 32 may be provided.
- a bicycle according to the invention may comprise an electric gearshift which is connected to a control device (not shown) coupled to the engine 2 for controlling the first mechanical drive power.
- a control device (not shown) coupled to the engine 2 for controlling the first mechanical drive power.
- the control device reduces the first mechanical drive power shortly before the switching operation. After the switching operation, the control device increases the first mechanical drive power again.
- the control device can increase the first mechanical drive power shortly before the shift and reduce again after the shift, so that a brief rotation of the chain center of the derailleur takes place.
- the control device further advantageously allows the drive power generated by the engine to not drop abruptly to zero when the driver turns off the engine.
- control means continuously controls the drive power down to zero, so that reverse rotation of the drive in the case of abrupt shutdown of the engine, which reverse rotation adversely absorbs the drive power generated by the driver, is prevented, so the driver does not step into the void, especially if none Freewheel device is provided.
- the bicycle may have various transmission stages listed below:
Landscapes
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1, 30) für ein Fahrrad, mit: einem Motor (2, 32) zum Erzeugen einer ersten mechanischen Antriebsleistung, - einer Tretkurbel (3, 33), einem Kettenblatt (4, 34), und einem Überlagerungsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe ein Planetengetriebe mit einer Sonne (5, 35), einem mittels eines Planetenradträgers (7, 37) gelagerten Planetenrad (12, 42a, 42b) und einem Hohlrad (6, 36) ist, wobei das Kettenblatt (4, 34) mit dem Planetenradträger (7, 37) verbunden ist und der Motor (2, 32) mit dem Hohlrad (6, 36) und die Tretkurbel (3, 33) mit der Sonne (5, 35) oder umgekehrt gekoppelt sind zum Aufsummieren der ersten mechanischen Antriebsleistung mit einer mittels der Tretkurbel (3, 33) erzeugten zweiten mechanischen Antriebsleistung. Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung (1, 30).
Description
Beschreibung
Titel
Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad und ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
Stand der Technik
Um einen Fahrradfahrer beim Treten zu unterstützen, insbesondere bei einer Steigung oder bei starkem Gegenwind, wird üblicherweise ein elektrischer Antrieb, insbesondere elektrische Hilfsmotoren verwendet. Fahrräder mit elektrischen Hilfsmotoren werden im Allgemeinen auch als Pedalec bezeichnet. Hierbei treibt der Hilfsmotor entweder die Kette zusätzlich zum Kettenblatt, beispielsweise beim sogenannten Panasonic-Antrieb, die Tretlagerwelle, beispielsweise beim sogenannten Gruber-Assist-Antrieb, das Kettenblatt, beispielsweise beim sogenannten Opti-Bike-LLC-Antrieb, oder das Hinterrad an entweder direkt mittels eines Nabenantriebs, mittels eines Zahnriemens oder einer Kette.
Bei den vorgenannten Antrieben wird direkt in den Kettentrieb oder das Hinterrad eingegriffen, das heißt, dass die Hinterrad- oder Kettengeschwindigkeit starr mit dem elektrischen Antrieb verknüpft ist. Deshalb ist eine Leistung des elektrischen Antriebs direkt mit der von einer Rollgeschwindigkeit des Rads bzw. der vom Fahrer vorgegebenen Kadenz bzw. Trittfrequenz gekoppelt. Nachteilig hieran ist aber, dass eine Unterstützung des Fahrers nur in dem Maße erfolgt, wie der Fahrer selber eine mechanische Antriebsleistung erzeugt. Das heißt, wenn der Fahrer eine hohe mechanische Antriebsleistung erzeugt, dann wird er durch den e- lektrischen Antrieb mehr unterstützt, als wenn er nur eine geringe mechanische Antriebsleistung erzeugt. Insbesondere bei langen Anstiegen wird der Fahrer nur eine geringe Antriebsleistung erzeugen können, wodurch er dann mittels des elektrischen Antriebs nur wenig unterstützt wird.
Des Weiteren ermöglichen die vorgenannten Antriebe keine besonders kompakte und integrierte Bauweise, da der Hilfsmotor in der Regel an das Fahrrad anmontiert wird. Hierdurch steigt aber ein Luftwiderstand, wodurch es für den Fahrer noch schwieriger wird, eine mechanische Antriebsleistung zu erzeugen. Wünschenswert wäre insofern eine Integration des elektrischen Hilfsmotors mit den bereits am Fahrrad vorhandenen Antriebselementen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad und ein Fahrrad zu schaffen, welche die obigen Nachteile überwindet und eine kompakte Bauweise und eine Unterstützung des Fahrers mittels eines elektrischen Hilfsmotors unabhängig von einer von dem Fahrer erzeugten mechanischen Antriebsleistung ermöglicht.
Die Aufgabe wird von der Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und von dem Fahrrad nach Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Die Erfindung umfasst den Gedanken eine vom Fahrer erzeugte mechanische Antriebsleistung mit der vom Motor erzeugten mechanischen Antriebsleistung mittels eines Planetengetriebes, insbesondere eines 3-Wellen-Planetengetriebes, zu koppeln, so dass die beiden Antriebsleistungen aufsummiert werden. Das Planetengetriebe ist eines kompakt bauenden Zahnradgetriebes, welches in der Regel drei koaxial angeordnete Wellen mit jeweils einem Zahnrad aufweist. Das innere Zahnrad wird auch das Sonnenrad oder die Sonne genannt, das äußere Zahnrad wird als Hohlrad bezeichnet, welches bevorzugterweise eine Außenverzahnung aufweist, und das zwischen Sonne und Hohlrad angeordnete dritte Zahnrad ist das Planetenrad, welches auf einem Planetenträger, auch Steg genannt, gelagert ist, insbesondere ist das Planetenrad mittels eines Planetenbolzens an dem Steg gelagert. In der Regel sind mehrere Planetenräder vorgesehen, vorzugsweise zwei Planetenräder, insbesondere drei Planetenräder.
Das Kettenblatt ist erfindungsgemäß mit dem Planetenradträger bzw. Steg verbunden, so dass sich das Kettenblatt dreht, wenn sich der Steg dreht, was insbesondere der Fall sein wird, wenn sich das oder die Planetenräder drehen. Wei-
terhin sind erfindungsgemäß entweder die Tretkurbel mit der Sonne und der Motor mit dem Hohlrad oder die Tretkurbel mit dem Hohlrad und der Motor mit der Sonne gekoppelt. Mittels dieser Kopplung treiben die Tretkurbel und der Motor das Hohlrad und die Sonne an. Als Folge treiben dann das Hohlrad und die Sonne das Planetenrad oder auch die Planetenräder an, so dass sich auch der Steg und das mit dem Steg verbundene Kettenblatt drehen. Das Kettenblatt kann dann beispielsweise mittels einer Kette Ritzel eines Hinterrads antreiben.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Koppelung mittels eines Planetengetriebes ist ein außerordentlich kompakter und integrierter Aufbau ermöglicht. Dadurch wird ein Luftwiderstand des Fahrrads deutlich verringert, das Fahrrad weist insofern eine besonders windschnittige und sportliche Form auf.
Weiterhin ergibt sich aufgrund des kompakten Aufbaus eine sehr günstige Schwerpunktslage des Fahrrads, so dass das Fahrrad eine sichere Straßenlage aufweist und ein Umkippen des Fahrrads, insbesondere in gefährlichen Situationen wie beispielsweise während einer Notbremsung mit gleichzeitigem Ausweichen, deutlich verringert ist.
Des Weiteren ermöglicht die Erfindung in vorteilhafter Weise, Motoren mit wesentlich kleineren Arbeitsgebieten bzw. Arbeitsfeldern als Antriebsmotoren zu verwenden, da erfindungsgemäß die vom Motor erzeugte Antriebsleistung nicht mehr starr mit einer Hinterrad- oder Kettengeschwindigkeit verknüpft ist.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Freilaufeinrichtung vorgesehen. Beispielsweise kann der Motor eine Freilaufeinrichtung umfassen. Es kann aber insbesondere auch vorgesehen sein, dass das Planetengetriebe eine Freilaufeinrichtung umfasst. Das heißt, dass das vom Motor angetriebene Element des Planetengetriebes, also entweder die Sonne oder das Hohlrad, eine Freilaufeinrichtung aufweist. Vorzugsweise umfasst sowohl der Motor als auch das angetriebene Element jeweils eine Freilaufeinrichtung. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ein Zurückdrehen des Motors bei einem Motorausfall, beispielsweise aufgrund einer leeren Batterie, verhindert. In einer anderen erfindungsgemäßen Ausgestaltungsform umfasst das Planetengetriebe ein verlagerbares Verbindungselement zum mechanischen Verbinden
des Stegs bzw. des Planetenradträgers mit der Tretkurbel. Der Fahrer kann das Verbindungselement von einer Normalposition, in welcher die Tretkurbel die Sonne bzw. das Hohlrad antreibt, in eine Sperrposition verlagern, in welcher der Steg mit der Tretkurbel direkt mechanisch verbunden ist. In der Sperrposition treibt also der Fahrer das Kettenblatt direkt an. Das Planetengetriebe ist gesperrt, das Verbindungselement ist insofern eine mechanische Sperre. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass der Fahrer nicht eine Unter- bzw. Übersetzung des Planetengetriebes nutzen muss, wenn der Motor keine mechanische Antriebsleistung mehr erzeugt, weil er ausgefallen ist oder weil er vom Fahrer abgeschaltet wurde.
Bevorzugterweise kann bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sowohl ein verlagerbares Verbindungselement als auch eine Freilaufeinrichtung vorgesehen sein. Durch die Kombination von Freilauf und mechanischer Sperre kann in vorteilhafter Weise verhindert werden, dass der Fahrer ins„Leere" tritt, wenn der Motor abgeschaltet wird oder ausfällt, und weiterhin wird ermöglicht, dass der Fahrer mittels des Verbindungselementes mindestens zwei Gänge schalten kann.
In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Motor zumindest ein Motorritzel auf. Das Motorritzel kann insbesondere direkt in die Zähne der Sonne oder in eine Außenverzahnung des Hohlrads eingreifen, so dass eine direkte und effiziente Kopplung zwischen Motor und dem Planetengetriebe ermöglicht ist.
Ein erfindungsgemäße Fahrrad kann in einer beispielhaften Ausgestaltung eine elektrische Gangschaltung umfassen, welche mit einer mit dem Motor gekoppelten Regelungseinrichtung zum Regeln der ersten mechanischen Antriebsleistung verbunden ist. Hierdurch kann eine Unterstützung eines Schaltvorgangs in vorteilhafter Weise erreicht werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung,
Fig. 2 eine Konstruktionszeichnung der in Fig. 1 gezeigten Antriebsvorrichtung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Antriebsvorrichtung und Fig. 4 eine Konstruktionszeichnung der in Fig. 3 gezeigten Antriebsvorrichtung. Figurenbeschreibung
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung 1 für ein Fahrrad. Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst einen Motor 2. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Motor 2 ein Elektromotor. Der Elektromotor weist insbesondere einen Stator und einen in dem Stator angeordneten Rotor auf. Der Rotor weist eine Spule mit einem Eisenkern, welcher auch als Anker bezeichnet wird, auf. In einer beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Elektromotor einen Akkumulator, eine Brennstoffzelle oder eine Batterie. Beispielsweise kann der Elektromotor auch Solarzellen umfassen, die den Akkumulator oder die Brennstoffzelle aufladen oder den elektrischen Motor direkt mit Strom versorgen. Hierdurch wird auf eine besonders umweltfreundliche, da kein C02 oder gesundheitsschädliche Abgase ausstoßend, Art und Weise der für den E- lektromotor benötigte elektrische Strom erzeugt.
In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann auch vorgesehen sein, dass der Motor 2 beispielsweise ein Benzin- oder ein Dieselmotor ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Motor 2 ein Hybridmotor ist.
Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Tretkurbel 3, welche mit einem Tretlager 8 verbunden ist. Das Tretlager 8 ist in einem Gehäuse 9 angeordnet. Mittels dieser Anordnung wird das Tretlager 8 in vorteilhafter Weise vor Verschmutzungen und Nässe geschützt. Vorzugsweise ist das Gehäuse in einen Fahrradrahmen integriert. Das Tretlager 8 weist ferner eine Freilaufeinrichtung 10 auf. Weiterhin umfasst die Antriebsvorrichtung 1 ein Kettenblatt 4, welches mittels einer Kette (nicht gezeigt) ein Hinterrad eines Fahrrads antreiben kann. In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform kann das Kettenblatt 4 auch mittels eines Riemens das Hinterrad antreiben.
Die Tretkurbel 3, der Motor 2 und das Kettenblatt 4 sind mittels eines Planetengetriebes wie folgt miteinander gekoppelt. Die Tretkurbel 3 ist mit einer Sonne 5 des Planetengetriebes gekoppelt, so dass ein Fahrer beim Treten die Sonne 5 antreibt. Der Motor 2 ist mittels eines Motorritzel 1 1 mit einem Hohlrad 6 des Planetengetriebes gekoppelt. Hierfür weist das Hohlrad 6 eine Außenverzahnung auf, welche in das Motorritzel 1 1 eingreifen (siehe Fig. 2). Das Kettenblatt 4 ist mit einem ein Stegkugellager 15 aufweisenden Steg 7, welcher ein Planetenrad 12 (siehe Fig. 2) lagert, verbunden. Eine mittels des Motors 2 erzeugte erste mechanische Antriebsleistung wird das Hohlrad 6 des Planetengetriebes antreiben. Eine zweite mechanische Antriebsleistung, welche mittels der Tretkurbel erzeugt wird, treibt die Sonne 5 des Planetengetriebes an. Diese beiden mechanischen Antriebsleistungen werden auf das Planetenrad 12 des Planetengetriebes übertragen. Da das Kettenblatt 4 mit dem Steg 7 verbunden ist, wird, wenn sich das Planetenrad 12 und damit der Steg 7 drehen, auch das Kettenblatt 4 drehen. Die beiden mechanischen Antriebsleistungen werden insofern mittels des Planetengetriebes auf das Kettenblatt 4 aufsummiert.
Das Motorritzel kann alternativ auch direkt in die Zähne der Sonne eingreifen. Beispielsweise kann aber auch vorgesehen sein, dass das Motorritzel mittels eines formschlüssigen Zahnriemens mit den Zähnen der Sonne oder der Außenverzahnung des Hohlrads gekoppelt ist. Auch kann ein Riemengetriebe oder ein Stirnradgetriebe den Motor mit der Sonne oder dem Hohlrad koppeln.
Fig. 2 zeigt eine Konstruktionszeichnung der in Fig. 1 schematisch gezeigten Antriebsvorrichtung 1. Zusätzlich zu den bereits in Fig. 1 gezeigten Elementen zeigt Fig. 2 das Planetenrad 12, welches ein Planetenkugellager 13 aufweist. Das Planetenrad 12 ist mittels eines Planetenbolzens 14 an dem Planetenträger bzw. dem Steg 7 gelagert. An dem Planetenbolzen 14 ist das Kettenblatt 4 angeordnet. In der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform bildet das Tretlager 8 die Welle der Sonne 5. Das hat insbesondere den Vorteil, dass zum einen so eine direkte und effiziente Kopplung der vom Fahrer erzeugten Antriebsleistung mit der Sonne erreicht wird. Zum anderen ist der damit erreichte Aufbau besonders kompakt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Antriebsvorrichtung 30, welche in Fig. 4 anhand einer Konstruktionszeichnung detaillierter gezeigt ist. Die Antriebsvorrichtung 30 umfasst einen Motor 32 mit mehreren Motorritzeln 41.
Weiterhin umfasst die Antriebsvorrichtung 30 eine Tretkurbel 33, welche mit einem Tretlager 38 verbunden ist. Das Tretlager 38 weist eine Freilaufeinrichtung 40 auf. Ferner ist ein Gehäuse 39 vorgesehen, in welchem das Tretlager 38 angeordnet ist. Im Gegensatz zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist in der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform die Tretkurbel 33 mit einem Hohlrad 36 eines Planetengetriebes und der Motor 32 mit einer Sonne 35 gekoppelt. Die Koppelung zwischen dem Motor 32 und der Sonne 35 erfolgt dadurch, dass die Motorritzel 41 des Motors 32 mit einer Außenverzahnung der Sonne 35 zusammenerwirken. Die jeweiligen Zähne greifen insofern ineinander. Ferner ist an dem Planetengetriebe ein Kettenblatt 34 mit einem Steg 37 des Planetengetriebes verbunden. Der Steg lagert in diesem Ausführungsbeispiel zwei Planetenräder 42a und 42b (siehe Fig. 4) mittels eines gemeinsamen Planetenbolzens 44. Beide Planetenräder 42a und 42b weisen ein Planetenkugellager 43 auf. Die Zähne des Planetenrads 42a greifen in die Zähne der Sonne 35 ein und die Zähne des Planetenrads 42b greifen in die Innenverzahnung des Hohlrads 36 ein. Wenn der Motor 32 die Sonne 35 und die Tretkurbel 33 das Hohlrad 36 antreiben, drehen sich beide Planetenräder 42a und 42b, und damit auch der Steg 37, so dass sich die vom Motor erzeugte Antriebsleistung mit der vom Fahrer erzeugten Antriebsleistung aufsummiert und die aufsummierte Antriebsleistung auf das Kettenblatt 34 übertragen wird. Das Kettenblatt 34 kann dann mittels einer Kette (nicht gezeigt) ein Hinterrad eines Fahrrads antreiben.
Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsform mit den zwei Planetenrädern 42a und 42b weist insbesondere den Vorteil auf, dass sich ein Untersetzungsbereich des Planetengetriebes erweitern lässt, insbesondere wenn von einander abgestufte Planeten verwendet werden.
Obwohl hier nicht explizit gezeigt, kann der Motor 2, 32 nicht nur in den hier gezeigten Ausführungsformen achsparallel zu dem Tretlager 8, 38 angeordnet werden. Eine solche Anordnung weist insbesondere den Vorteil, dass damit eine optimale Anordnung des Motors an dem Fahrrad bezüglich einer Bodenfreiheit, einer Lage des Vorder-/Hinterrads und des Schwerpunkts des Fahrrads erzielt ist.
In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform kann der Motor 2, 32 auch konzentrisch um das Tretlager 8, 38 angeordnet werden, wobei dann eine oder
mehrere Planetengetriebestufen für eine besonders vorteilhafte Untersetzung einer Ankerdrehzahl des Motors 2, 32 vorgesehen sein können.
Ein erfindungsgemäßes Fahrrad kann eine elektrische Gangschaltung umfassen, welche mit einer mit dem Motor 2 gekoppelten Regelungseinrichtung (nicht gezeigt) zum Regeln der ersten mechanischen Antriebsleistung verbunden ist. Hierdurch ist eine Unterstützung eines Schaltvorgangs in vorteilhafter Weise dadurch ermöglicht, dass die Regelungseinrichtung kurz vor dem Schaltvorgang die erste mechanische Antriebsleistung reduziert. Nach dem Schaltvorgang erhöht die Regelungseinrichtung die erste mechanische Antriebsleistung wieder. Insbesondere bei einer Ketten- und Nabenschaltung wird dadurch der Schaltvorgang besonders unterstützt. Bei einer Kettenschaltung kann die Regelungseinrichtung die erste mechanische Antriebsleistung kurz vor dem Schaltvorgang erhöhen und nach dem Schaltvorgang wieder reduzieren, so dass ein kurzzeitiges Drehen des Kettenzentrums der Kettenschaltung erfolgt. Die Regelungseinrichtung ermöglicht weiterhin in vorteilhafter Weise, dass die vom Motor erzeugte Antriebsleistung nicht abrupt auf Null fällt, wenn der Fahrer den Motor ausschaltet. Hier regelt die Regelungseinrichtung die Antriebsleistung kontinuierlich auf Null runter, so dass ein Rückwärtsdrehen des Antriebs im Fall eines abrupten Abstellens des Motors, wobei dieses Rückwärtsdrehen nachteilig die vom Fahrer erzeugte Antriebsleistung aufnimmt, verhindert wird, der Fahrer also nicht ins Leere tritt, insbesondere wenn keine Freilaufeinrichtung vorgesehen ist.
Das Fahrrad kann verschiedene, im Folgenden aufgezählte Getriebestufen aufweist:
- Schaltgetriebe, beispielsweise eine Nabenschaltung oder eine Kettenschaltung
- Untersetzung im Kettentrieb zwischen Ritzel im Hinterrad und im Kettenblatt
- Standuntersetzung des Planetengetriebes
- Untersetzung des Motors, insbesondere eines elektrischen Motors, zwischen Anker und Sonne oder zwischen Anker und Hohlrad.
Claims
1 . Antriebsvorrichtung (1 , 30) für ein Fahrrad, mit:
einem Motor (2, 32) zum Erzeugen einer ersten mechanischen Antriebs- leistung,
einer Tretkurbel (3, 33),
einem Kettenblatt (4, 34), und
einem Überlagerungsgetriebe,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Überlagerungsgetriebe ein Planetengetriebe mit einer Sonne (5,
35), einem mittels eines Planetenradträgers (7, 37) gelagerten Planetenrad (12, 42a, 42b) und einem Hohlrad (6, 36) ist, wobei das Kettenblatt (4, 34) mit dem Planetenradträger (7, 37) verbunden ist und der Motor (2, 32) mit dem Hohlrad (6, 36) und die Tretkurbel (3, 33) mit der Sonne (5, 35) oder umge- kehrt gekoppelt sind zum Aufsummieren der ersten mechanischen Antriebsleistung mit einer mittels der Tretkurbel (3, 33) erzeugten zweiten mechanischen Antriebsleistung.
2. Antriebsvorrichtung (1 , 30) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe und/oder der Motor (2, 32) eine Freilaufeinrichtung umfasst.
3. Antriebsvorrichtung (1 , 30) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe ein verlagerbares Verbindungselement zum mechanischen Verbinden der Tretkurbel (3, 33) mit dem Planetenradträger
(7, 37) umfasst.
4. Antriebsvorrichtung (1 , 30) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (2, 32) zumindest ein Motorritzel (1 1 , 41 ) aufweist, welches mit der Sonne (5, 35) oder dem Hohlrad (6, 36) gekoppelt ist.
5. Antriebsvorrichtung (1 , 30) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Motorritzel (1 1 , 41 ) mittels eines formschlüssigen Zahnriemens mit der Sonne (5, 35) oder dem Hohlrad (6, 36) gekoppelt ist.
6. Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung (1 , 30) nach einem der vorherigen Ansprüche.
7. Fahrrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (2, 32) eine Regelungseinrichtung zum Regeln der ersten mechanischen Antriebsleistung aufweist.
8. Fahrrad nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine elektrische Gangschalteinrichtung, welche mit der Regelungseinrichtung verbunden ist.
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