WO2011124415A1

WO2011124415A1 - Antriebsvorrichtung für ein fahrrad

Info

Publication number: WO2011124415A1
Application number: PCT/EP2011/052761
Authority: WO
Inventors: Jochen Moench; Peter Kimmich; Hans-Peter Dommsch; Philipp Kohlrausch
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2011-10-13
Also published as: TW201144135A; DE102010003650A1

Abstract

Es wird eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad angegeben, mit einem Motor (32) zum Erzeugen einer ersten mechanischen Antriebsleistung, mit einer Tretlagerwelle (48) und Tretkurbeln (33), mindestens einem Kettenblatt (34) und einem Überlagerungsgetriebe. Das Überlagerungsgetriebe ist ein Planetengetriebe (45) mit einem Sonnenrad (35), einem Planetenräder (42) lagernden Planetenradträger (44) und einem Hohlrad (36), wobei das Kettenblatt (34) mit dem Planetenradträger (44) verbunden ist und der Motor (32) mit dem Sonnenrad (35) und die Tretlagerwelle (48) oder die Tretkurbeln (33) mit dem Hohlrad (36), oder umgekehrt, drehbar gekoppelt sind zum Aufsummieren der ersten mechanischen Antriebsleistung mit einer mittels der Tretkurbeln (33) erzeugten zweiten mechanischen Antriebsleistung. Zwischen dem Motor (32) und dem Planetengetriebe (45) ist zumindest eine weitere Getriebestufe (50, 60) angeordnet.

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, werden Fahrräder üblicherweise mit einem Antrieb, insbesondere elektrischen Hilfsmotor, ausgestattet. Ein Typ Fahrrad dieser Art mit elektrischem Hilfsmotor wird im allgemeinen als Pedelec bezeichnet. Bei Fahrrädern mit Hilfsmotor treibt dieser 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 Nabenantriebes, mittels eines Zahnriemens oder einer Kette.

Bei den vorgenannten Antrieben, insbesondere bei Pedelec, wird direkt in den Kettentrieb oder das Hinterrad eingegriffen, d.h., dass die Hinterrad- oder Kettengeschwindigkeit starr mit dem Antrieb verknüpft ist. Deshalb ist eine Leistung des Antriebs direkt mit der von einer Rollgeschwindigkeit des Rads bzw. der von dem Fahrer vorgegebenen Kadenz bzw. Trittfrequenz gekoppelt. Der Antrieb kommt nur dann unterstützend zum Einsatz, wenn der Fahrer aktiv in die Pedale tritt. Eine Unterstützung des Fahrers erfolgt also nur in dem Maße, wie der Fahrer selber eine mechanischen Antriebsleistung erzeugt. Wenn der Fahrer eine hohe mechanische Antriebsleistung erzeugt, dann wird er durch den Antrieb mehr unterstützt, als wenn er nur eine geringe mechanischen

Antriebsleistung erzeugt. Insbesondere bei langen Anstiegen wird der Fahrer nur eine geringe Antriebsleistung erzeugen können, wodurch er dann mittels des Antriebs nur wenig unterstützt wird. Nachteilig ist bei den bestehenden Systemen auch die Kopplung an eine fixe Systemdrehzahl. Die starre Drehzahlkopplung ist ein Problem, weil die Effizienz des Antriebs bei einer vorgegebenen Drehzahl ihren Bestwert erreicht, auf den ausgelegt wird, in anderen

Drehzahlpunkten aber der Wirkungsgrad schlechter ist und damit die elektrische Leistung in Form von Wärmeentwicklung verpufft.

Ferner ermöglichen die vorgenannten Antriebe keine integrierte Bauweise, da der Hilfsmotor in der Regel an das Fahrrad anmontiert wird. Hierbei 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 mit einer solchen zu schaffen, bei der die obigen Nachteile überwunden sind und eine Verbesserung der Einbausituation und eine Unterstützung des Fahrers mittels eines Hilfsmotors in der Weise ermöglicht ist, dass die motorische Leistung mit verbesserter Effizienz zugegeben werden kann.

Die Aufgabe ist durch die Erfindung durch eine Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 und ein Fahrrad nach Anspruch 10 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 zu koppeln, so dass die beiden Antriebsleistungen aufsummiert werden. Das Planetengetriebe ist ein kompakt bauendes Zahnradgetriebe, welches in der Regel z. B. drei koaxial angeordnete Wellen mit jeweils einem Zahnrad aufweist. Das innere Zahnrad wird als Sonnenrad bezeichnet und das äußere Zahnrad als Hohlrad. Das zwischen dem Sonnenrad und dem Hohlrad angeordnete dritte Zahnrad ist das mindestens eine Planetenrad, welches auf einem Planetenträger, auch Steg genannt, drehbar gelagert ist. In der Regel sind mehrere Planetenräder vorgesehen, z. B. zwei Planetenräder oder 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 dann der Fall ist, wenn sich das Planetenrad oder die Planetenräder drehen. Weiterhin sind erfindungsgemäß entweder die Tretkurbeln mit dem Sonnenrad und der Motor mit dem Hohlrad gekoppelt oder die Tretkurbeln sind mit dem Hohlrad und der Motor mit dem Sonnenrad gekoppelt. Mittels dieser Kopplung treiben die Tretkurbel und der Motor das Hohlrad bzw. das Sonnenrad an. Als Folge treiben dann das Hohlrad und das Sonnenrad die Planetenräder an, so dass sich der Steg und das mit dem Steg verbundene Kettenblatt drehen. Das Kettenblatt kann beispielsweise mittels einer Kette ein Hinterradritzel am Hinterrad eines Fahrrades antreiben.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Kopplung 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. Ferner wird die Einbausituation dadurch verbessert, dass der Antrieb an einer günstigen Stelle verbaut werden kann. Damit ergeben sich eine tiefe Schwerpunktlage der Zusatzmasse, die zentrale Anordnung der Masse im Rahmen und der Wegfall der Notwendigkeit, die Rahmengeometrie gegenüber einem normalen Fahrrad zu verändern. Es ergibt sich eine günstige Schwerpunktlage des Fahrrades, so dass das Fahrrad eine sichere Straßenlage aufweist und ein Umkippen des Fahrrades, insbesondere in gefährlichen Situationen, wie beispielsweise während einer

Notbremsung mit gleichzeitigem Ausweichen, deutlich verringert ist. Das Fahrverhalten ist im Vergleich mit einem normalen Fahrrad somit trotz der zusätzlichen Antriebsvorrichtung nicht verschlechtert. Die motorische Leistung kann mit verbesserter Effizienz zugegeben werden.

Zwischen der Fahrerleistung und der Motorleistung besteht eine durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes vorgegebene Verteilung, z. B. das Verhältnis 1 :1 (100% Verstärkung) oder 1 :2 (200% Verstärkung). Weiterhin 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 Hinterradoder Kettengeschwindigkeit verknüpft ist.

Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn zwischen dem Motor und dem Planetengetriebe zumindest eine weitere Getriebestufe angeordnet ist, mittels der eine Übersetzung vorzugsweise etwa größer 10 erfolgt. Diese weitere Getriebestufe kann ein Evoloidgetriebe mit einer einstufigen Übersetzung von vorzugsweise etwa größer 10 aufweisen. Statt dessen können in vorteilhafter Weise dem Planetengetriebe auch zwei Getriebestufen vorgeschaltet sein. Als erste Getriebestufe kann dabei ein dem Motor nachgeschaltetes Riemengetriebe, insbesondere Zahnriemengetriebe, oder ein Stirnradgetriebe vorgesehen sein. Der ersten Getriebestufe kann als zweite Getriebestufe ein Stirnradgetriebe nachgeschaltet sein. Durch diese Maßnahmen werden folgende

Verbesserungen erzielt. Der Antriebsmotor kann noch kleiner, leichter und kostengünstiger gestaltet werden. Die Arbeitsdrehzahl eines als Elektromotor gestalteten Motors kann z. B.

verdoppelt werden. Die Baugröße des zwischen dem Motor und dem Planetengetriebe

angeordneten mindestens einen Untersetzungsgetriebes kann klein gehalten werden. Ferner lässt sich eine Rückwärts drehsperre des Motors integrieren und die Wirkung einer solchen verbessern. Die Antriebsvorrichtung ist einer Vielzahl von alternativen Sperrsystemen zugänglich, die platzoptimiert angeordnet werden können. Zwischen den Getriebestufen kann ein

Toleranzausgleich vorgesehen werden, z. B. durch einstellbare Exenterscheiben, Kulissen od. dgl, die Lagerbolzen für die Lagerung einer oder mehrerer Getriebestufen aufweisen. Wenn der Motor aus einem Elektromotor besteht, ist eine Energierückgewinnung, insbesondere Stromerzeugung, im Generatorbetrieb beim Bremsen ermöglicht. Vorteilhaft ergibt sich ferner eine geringe Baugröße der Antriebsvorrichtung. Außerdem ist das System unkritischer hinsichtlich etwaiger

Betriebsgeräusche und ist insoweit erheblich verbessert. Der Motor kann gedämpft in einem Gehäuse gelagert werden, wobei dessen Schwingungsanregungen zum Getriebe hin verringert sind. Eine Entkoppelung der Schwingungsanregung des Motors aus dem Momentenpfad wird erreicht. Dies verringert weiterhin Betriebsgeräusche.

Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad,

Fig. 2 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Toleranzausgleich,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht einer abgewandelten Vorrichtung

Toleranzausgleich,

Fig. 4 einen schematischen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 3, Fig. 5 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer Spenvorrichtung

Fig. 6 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht einer abgewandelten

Ausführungsform einer Sperreinrichtung,

Fig. 7 eine schematische Seitenansicht einer Sperreinrichtung gemäß einer weiteren

abgewandelten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine Antriebsvorrichtung 10 für ein Fahrrad gezeigt. Die Antriebsvorrichtung 10 weist einen Motor 32 auf, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel z. B. aus einem Elektromotor mit Stator und im Stator angeordneten Rotor besteht. Der Rotor weist eine Spule mit Eisenkern auf, der auch als Anker bezeichnet wird. In einer beispielhaften Ausgestaltung umfasst der Motor 32, insbesondere Elektromotor, einen Akkumulator, eine Brennstoffzelle oder eine Batterie. Beispielsweise kann der Elektromotor auch Solarzellen umfassen, die den

Akkumulator oder die Brennstoffzelle aufladen oder den Elektromotor direkt mit Strom versorgen. Hierdurch wird auf besonders umweltfreundliche Art und Weise der für den Elektromotor benötigte elektrische Strom erzeugt. Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel besteht der Motor 32 z. B. aus einem

Benzinmotor, Dieselmotor oder dergleichen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Motor 32 ein Hybridmotor ist.

Teil der Antriebsvorrichtung 30 ist ferner eine Welle 48, die üblicherweise als Tretlagerwelle bezeichnet wird. An dieser greifen drehfest schematisch angedeutete Tretkurbeln 33 an. Die

Tretlagerwelle 48 ist in üblicher Weise in zumindest einem Tretlager in einem Gehäuse gelagert, das hier nicht weiter dargestellt ist. Die Tretlagerwelle 48 kann mit einer Rückwärtsdrehsperre versehen sein, z. B. mit einer Freilaufeinrichtung, die z. B. aus einem Klemmrollenfreilauf besteht, der zugleich die Funktion des Tretlagers erfüllen kann. Auch ein anderer Kurbelantrieb ist möglich.

Die Antriebseinrichtung 30 weist ferner mindestens ein Kettenblatt 34 auf, das mittels einer nicht gezeigten Kette ein Hinterradritzel und über einen in Fig. 1 schematisch angedeuteten Freilauf 87 ein Hinterrad des Fahrrades antreiben kann. Statt einer solchen Kette kann auch ein auf das Hinterrad des Fahrrades arbeitender Riemen vorgesehen sein. In diesem Fall ist das Kettenrad 34 an die Riemenform angepasst, z. B. im Falle eines Zahnriemens ebenfalls mit Zähnen versehen.

Die Tretlagerwelle 48 mit den Tretkurbeln 33 einerseits und der Motor 32 andererseits sind beide mittels eines Überlagerungsgetriebes in Gestalt eines Planetengetriebes 45 mit dem Kettenblatt 34 gekoppelt. Das Planetengetriebe 45 weist ein Sonnenrad 35, einen Planetenradträger 44, der einzelne Planetenräder 42 lagert, und ein Hohlrad 36 mit Innenverzahnung auf. Der

Planetenradträger 44 ist drehfest mit dem Kettenblatt 34 verbunden. Der Motor 32 weist eine Motorwelle 46 und auf dieser ein Motorritzel 41 auf. Bei einer einstufigen Getriebeausführung ist das Hohlrad 36 mit der Tretlagerwelle 48 drehfest verbunden und läuft bei Betätigung über die Tretkurbeln 33 mit der Tretlagerwelle 48 um. Das Sonnenrad 35 ist in Bezug auf ein nicht weiter gezeigtes Gehäuse, welches das Tretlager enthält, drehbar gelagert, wobei die Planetenräder 42 mit dem Sonnenrad 35 in Getrieb eingriff stehen. Der Planetenradträger 44 ist in Fig. 1 durch einen Bolzen symbolisiert, der je Planetenrad 42 ein Lager für dieses trägt und drehfest mit dem

Kettenblatt 34 verbunden ist. Bei einstufiger Gestaltung steht das Sonnenrad 35 mit dem

Motorritzel 41 in Antriebsverbindung. Die Antriebsvorrichtung 30 ist so beschaffen, dass der Motor 32 eine erste mechanische Antriebsleistung erzeugt, die bei einstufiger Getriebeausbildung über das Motorritzel 41 auf das Sonnenrad 35 geführt wird, wodurch über die im Hohlrad 36 umlaufenden Planetenräder 42 der als Steg bezeichnete Planetenradträger 44 und damit das Kettenblatt 34 und damit das Kettenblatt 34 angetrieben werden. Eine zweite mechanische

Antriebsleistung, die mittels der Tretkurbeln 33 und Tretlagerwelle 48 erzeugt wird, treibt das Hohlrad 36 an, das über die Planetenräder 42 den Steg in Form des Planetenradträgers 44 und damit das Kettenblatt 34 antreibt. Man erkennt, dass die beiden mechanischen Antriebsleistungen mittels des Planetengetriebes 45 auf das Kettenblatt 34 aufsummiert werden.

Das Hohlrad 36 ist in der Weise drehfest mit dem Pedalantrieb aus Tretlagerwelle 48 und

Tretkurbeln 33 verbunden, dass das Hohlrad 36 entweder an der Tretlagerwelle 48 befestigt ist oder mit dieser formschlüssig gekuppelt ist bei axialer Fixierung oder fest mit einer z. B. benachbarten Tretkurbel 33 verbunden ist.

In besonderer Gestaltung ist zwischen dem Motor 32 und dem Planetengetriebe 45 zumindest eine weitere Getriebestufe angeordnet, mittels der eine Übersetzung von vorzugsweise etwa größer 10 zwischen dem Motor 32 und dem Sonnenrad 35 erfolgt. Hierbei kann mit einer Standübersetzung von i = 2,5 gearbeitet werden. Es ergibt sich der Vorteil, dass das Planetengetriebe 45 bei dem vorhandenen, durch die Tretlagerwelle 48 im Inneren und die Größe des Kettenblattes 34 begrenzten Bauraum konstruktiv einfach in diesen Bauraum integrierbar ist. Vor allem kann der Motor 32 kleiner, leichter und kostengünstiger gestaltet werden. Bei Einsatz eines Elektromotors als Motor 32 kann dessen Arbeits drehzahl z.B. verdoppelt werden. Vorteilhaft ist ferner, dass günstigere Möglichkeiten für die Integration einer Sperre zum Verhindern des Rückwärtsdrehens des Motors 32 geschaffen sind, wobei in Fig. 1 angedeutet ist, dass eine solche

Rückwärts drehsperre 31 auch auf der Motorwelle 46 angeordnet sein kann. Ferner sind die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass auch alternative Sperrsysteme integriert werden können, die Möglichkeit der Rekuperation im Bremsbetrieb eröffnet ist und die Antriebsvorrichtung 30 unkritischer hinsichtlich Betriebsgeräuschen ist, die ausgeschaltet oder zumindest erheblich reduziert werden können.

Bei einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel kann die weitere Getriebestufe ein Evoloidgetriebe aufweisen mit einer einstufigen Übersetzung von vorzugsweise etwa größer 10. Bei einer solchen Übersetzungsstufe treten relativ hohe Axialkräfte in der Verzahnung auf, die von Lagern aufgenommen werden müssen. Der Wirkungsgrad dieser Getriebestufe sinkt durch die größere Reibung. Das Zahnrad ist relativ groß.

Vorteilhaft ist es, wenn alternativ die Übersetzung in zwei Stufen aufgespaltet wird durch zwei Getriebestufen 50 und 60, die dem Planetengetriebe 45 vorgeschaltet sind. Bei gezeigten

Ausführungsbeispiel in Fig. 1 ist die erste Getriebestufe 50 als Riemengetriebe, insbesondere Zahnriemengetriebe, ausgebildet, das dem Motor 32 nachgeschaltet ist. Hierbei treibt das Motorritzel 41 über einen Riemen 51, insbesondere Zahnriemen, ein Rad 52 an. Dieser ersten Getriebestufe 50 ist als zweite Getriebestufe 60 ein Stirnradgetriebe nachgeschaltet, das ein vom Rad 52 angetriebenes Ritzel 61 und ein damit in Getriebeeingriff stehendes Zahnrad 62 aufweist, das drehfest mit dem Sonnenrad 35 verbunden ist.

Die erste Getriebestufe 50 in Gestalt des Riemengetriebes kann statt dessen auch bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel durch ein Stirnradgetriebe ersetzt sein. Bei beiden

Gestaltungen werden die Wirkungsgrade gegenüber einer einstufigen Ausbildung nur geringfügig schlechter. Die Größe der Zahnräder wird aber wesentlich geringer. Die Anordnung zweier Getriebestufen 50 und 60 hat gestaltungsmäßig den Vorteil, dass aufgrund der reduzierten Durchmesser der Zahnräder das Getriebe komplett vom Kettenblatt 34 abgedeckt werden kann. Die Ausbildung der ersten Getriebestufe 50 als Riemengetriebe ermöglicht einen Toleranzausgleich zwischen der Motorwelle 46 und der Zahnradachse. Dadurch kann der Motor 32 gedämpft in einem Gehäuse gelagert werden, so dass dessen Schwingungsanregungen reduziert werden können. Es ist eine Entkoppelung der Schwingungsanregung des Motors 32 aus dem Momentenpfad erreichbar. Ferner ergibt sich ein hoher Wirkungsgrad ohne Schmierung.

Aufgrund der zwei Getriebestufen 50 und 60 ergibt sich die Möglichkeit, die Rückwärtsdrehsperre 31, die in Fig. 1 auf der Motorwelle 46 angeordnet ist und z. B. als Freilauflager 47 ausgebildet ist, statt dessen in die Lagerung des Zahnrades 62 der zweiten Getriebestufe 60 zu integrieren.

In Fig. 2 bis 4 sind zwei Ausführungsformen von Vorrichtungen zum Toleranzausgleich gezeigt. Ein solcher Toleranzausgleich kann zwischen den Getriebestufen 50, 60 und 45 vorgesehen sein. Beim Beispiel gemäß Fig. 2 ist eine Exenterscheibe 53 einstellbar um eine zentrische Achse in einem Gehäuse 55 gehalten. Die Exenterscheibe 53 trägt einen Lagerbolzen 54 für ein Lager eines Rades einer Getriebestufe. Das Gehäuse 55 ist nach Art einer Klammer durch einen Schlitz 56 geteilt und kann mit einer Schraube 57 gespannt werden, mittels der die Exenterscheibe 53 in der jeweils eingestellten Drehstellung geklemmt wird. Beim Beispiel gemäß Fig. 3 und 4 ist in einer Kulisse 63 in Form eines bogenförmigen Langloches ein Lagerbolzen 64 verstellbar und mittels einer Fixiermutter 66 festklemmbar gehalten. Auch andere dem Fachmann geläufige Maßnahmen eignen sich zum Toleranzausgleich zwischen den Getriebestufen 50, 60.

Die Antriebsvorrichtung 30 kann in vielfältiger Weise mit eingangs schon angedeuteten

Sperrsystemen versehen sein. Bevor im einzelnen auf die verschiedenen Ausgestaltungen und Möglichkeiten der Anordnung solcher Sperrsysteme eingegangen ist, sind zunächst grundsätzliche Gestaltungsmöglichkeiten anhand von Fig. 1 und Fig. 5 bis 7 erläutert. Darin sind

Sperreinrichtungen 70, 70', 70" verschiedenster Art angedeutet, die formschlüssig und oder kraftschlüssig wirksam sein können, wobei der jeweiligen Sperreinrichtung 70, 70', 70"eine schematisch angedeutete Betätigungseinrichtung 75 vielfältiger Art zugeordnet ist. Diese kann durch Handbetätigung und/oder Fußbetätigung verwirklicht sein und/oder einen mechanischen, elektromechanischen, elektromagnetischen oder elektromotorischen oder in sonstiger Weise gestalteten Stellantrieb aufweisen. Dabei kann die jeweilige Sperreinrichtung so ausgebildet sein, dass diese erst bei Aktivierung über die Betätigungseinrichtung 75 in Sperrposition gelangt, oder die Sperreinrichtung ist statt dessen, z. B. vorzugsweise im stromlosen Zustand ihrer

Betätigungseinrichtung 75, in ihrer wirksamen Position und in dieser solange gehalten, bis die Betätigungseinrichtung 75 mit einer Stromquelle verbunden wird und die Sperrstellung aufhebt. Die wirksame Sperrstellung kann hierbei z. B. mittels einer Rückstellfeder gewährleistet sein. Die jeweilige Sperreinrichtung 70, 70', 70" kann z. B. formschlüssig nach Art einer Stiftrasterung oder mit ineinander greifenden Profilen ausgebildet sein oder statt dessen kraftschlüssig im Sinne einer Kupplung, bei der ein drehfest gehaltenes Kupplungselement auf das zu sperrende Element aufgepresst wird und die Sperrwirkung durch Reibkraft herbeigeführt wird. Grundsätzlich kann die Betätigung z. B. elektromechanisch erfolgen, z. B. mittels Hubmagneten, Piezoeffekt,

elektroaktivem Polymer, kleinem Stellmotor oder dergleichen. Bei Handbetätigung z. B. durch den Fahrradfahrer kann eine Aktivierung der Sperre z. B. über einen Bowdenzug vom Lenker des Fahrrades aus oder z. B. durch einen Stift an einem Getriebeteil erfolgen, wobei dieser Stift per Hand oder per Fuß betätigbar sein kann. Soll die getriebliche Verbindung zwischen dem Motor 32 und dem Eingang des Planetengetriebes 45 gesperrt werden, kann eine Sperreinrichtung z. B. am großen Zahnrad 62 der zweiten Getriebestufe 60 angreifen. Dies ist in Fig. 1 schematisch gestrichelt angedeutet. Dann wird durch die Sperreinrichtung 70 die erste mechanische

Antriebsleistung, ausgehend vom Motor 32, zum Planetengetriebe 45 gesperrt.

Statt dessen oder zusätzlich dazu kann eine Sperreinrichtung 70 auch z. B. an der Tretlagerwelle 48 oder einer Tretkurbel 33 zum wahlweisen Sperren dieser angeordnet sein, wie dies ebenfalls schematisch in Fig. 1 angedeutet ist. In diesem Fall wird das Drehen des Kurbelantriebes 33, 48 verhindert und die zweite mechanische Antriebsleistung, die von diesem Kurbelantrieb herrühren kann, blockiert. Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn die Sperreinrichtung 70 statt dessen am Hohlrad 36 sperrend angreifen kann. In diesem Fall der blockierten zweiten Antriebsleistung ist eine Energierückgewinnung, insbesondere Stromerzeugung, im Generatorbetrieb mittels des Motors 32 in Form eines Elektromotors möglich, wenn der in Fig. 1 schematisch angedeutete Freilauf 87 des Hinterradkettenritzels des Fahrrades außer Betrieb gesetzt wird, damit beim Umlauf des Hinterrades dieses Hinterradkettenritzel mit umläuft und über die Kette das Kettenblatt 34 drehend antreibt, wobei über dieses und das Planetengetriebe 45 die zweite Getriebestufe 60 und die erste Getriebestufe 50 und von dieser über die Motorwelle 46 der Motor 32 angetrieben wird und im Generatorbetrieb arbeitet. Hierzu ist in Fig. 1 mit 68 ein Zusatzhebel angedeutet, der über gestrichelte Wirkungslinien mit dem Motor 32, der Betätigungseinrichtung 75 der Sperreinrichtung 70, ferner mit dem Freilauf 87 und mit einer schematisch angedeuteten mechanischen Bremse 67 in Verbindung steht, die z. B. aus einer Felgenbremse oder Scheibenbremse des Fahrrades, insbesondere Hinterrades, besteht. Mittels eines derartigen Zusatzhebels 68 kann über die

Betätigungseinrichtung 75 die Sperreinrichtung 70 aktiviert werden, wodurch der Kurbelantrieb 48, 33 blockiert wird. Ferner kann durch diesen Zusatzhebel 68 der Freilauf 87 des

Hinterradkettenritzels außer Betrieb gesetzt werden, so dass über die Kette des Fahrrades das Kettenblatt 34 angetrieben wird und umläuft, so dass darüber der generatorische Betrieb des Motors 32 mit entsprechender Bremswirkung und Energierückgewinnung, insbesondere

Stromerzeugung, geschieht. Die Generatorleistung des Motors 32 kann elektronisch eingestellt werden, derart, dass bei offenen Motorpolen keine generatorische Leistung erzeugt wird mit geringer Bremswirkung und eine Steuerung bis hin zu einem Kurzschluss erfolgen kann mit hohem Stromfluss, großer generatorischer Leistung und hohem Bremsmoment. In Fig. 1 ist durch die gestrichelte Wirkungslinie zwischen dem Zusatzhebel 68 und dem Motor 32 angedeutet, dass über den Zusatzhebel 68 die generatorische Leistung des Motors 32 steuerbar sein kann. Ferner ist angedeutet, dass die Funktion der Betätigung des Zusatzhebels 68 mit der Betätigung eines normalen Bremshebels gekoppelt sein kann mit einhergehender Betätigung der angedeuteten mechanischen Bremse 67. Bei dieser Gestaltung wird durch den Weg des Hebels 68 die

Generatorleistung des Motors 32 und damit Bremswirkung bestimmt.

In Fig. 1 ist gestrichelt ein weiteres mögliches Sperrsystem angedeutet, dessen Sperreinrichtung 70 mittels einer Betätigungseinrichtung 75 das große Zahnrad 62 der zweiten Getriebestufe 60 sperren kann. Hierbei ist die Sperreinrichtung 70 so ausgebildet, dass diese im Stillstand in Sperrstellung ist und das Zahnrad 62 blockiert und darüber auch das Sonnenrad 35. Hierbei ist die erste

Antriebsleistung, die vom Motor 32 herkommt, blockiert. Die Sperreinrichtung 70 ist derart ausgebildet, dass deren Betätigungseinrichtung 75 mittels einer schematisch angedeuteten

Regeleinrichtung 69 oder Steuereinrichtung elektrisch betätigt wird. Im Stillstand ist die

Sperreinrichtung 70 sperrend aktiv. Dadurch wird verhindert, dass beim Anfahren mit Lostreten der Tretkurbeln 33 und einhergehender Steigerung der Pedaldrehzahl ausgehend von Drehzahl 0 das Fahrrad stehen bleibt bzw. der im Stand ausgeschaltete Motor 32 rückwärts dreht. In diesem Fall bedarf es der Rückwärtsdrehsperre 31 auf der Motorwelle 46 nicht. Durch eine solche

Sperreinrichtung 70 wird der Komfort und die Anfahrsicherheit bei der Betätigung des Fahrrades verbessert. Die Sperreinrichtung 70 geht selbsttätig, z. B. unter der Wirkung einer Rückstellfeder, in Sperrstellung dann, wenn die Geschwindigkeit des Motors 32 gleich 0 ist, ferner die Drehzahl des Kurbelantriebs 33, 48 gleich 0 ist und eine Batteriespannungsschwelle unterschritten wird. Die Sperreinrichtung 70 wird z. B. mittels der Regeleinrichtung 69 aus der Sperrstellung in die Freigabestellung gebracht, wenn der Motor 32 anläuft, damit keine Systemeinwirkungen der Sperreinrichtung 70 mehr spürbar sind bzw. ausgeregelt werden müssten. In Fig. 1 ist angedeutet, dass die Sperreinrichtung 70 auf das Zahnrad 62 wirkt. Statt dessen kann diese Sperreinrichtung 70 auch auf andere Elemente der Getriebestufe 60 wirken oder statt dessen auch auf die Motorwelle 46 bzw. darauf sitzende Zusatzteile oder statt dessen auch auf das Sonnenrad 35 oder darauf sitzende Zusatzteile. Bei den vorstehend erläuterten Arten und Anordnungen von Sperreinrichtungen entfällt die Rückwärtsdrehsperre 31 in Form eines Freilauflagers 47.

In Fig. 1 ist ebenfalls eine weitere Möglichkeit einer Sperreinrichtung 70 angedeutet, die im aktivierten Zustand das Kettenblatt 34 und das Hohlrad 36 miteinander verblockt. Dadurch wird die Übersetzung zwischen dem Kurbelantrieb 33, 48 und dem Kettenblatt 34 auf 1 fixiert. Diese

Sperreinrichtung 70 ist dann von Vorteil, wenn die Batterie leer ist und/oder der Motor 32 ausfallt. Dann ist durch Aktivieren der Sperreinrichtung 70 ein besseres Weiterfahren mit dem Fahrrad möglich. Die Sperreinrichtung 70 weist in diesem Fall eine vorzugsweise mechanisch wirkende Betätigungseinrichtung 75 auf, da bei Stromausfall durch eine leere Batterie eine etwaige elektrisch betätigbare Betätigungseinrichtung 75 nicht helfen würde. Während bei übrigen Gestaltungen die Betätigungseinrichtung 75 u. a. auch aus einem handbetätigbaren oder fußbetätigbaren Seilzug bestehen kann, empfiehlt sich bei dieser Sperreinrichtung 70, die für den Notbetrieb vorgesehen ist, keine derartige Betätigungseinrichtung 75 in handbetätigbarer oder fußbetätigbarer Gestaltung, sondern eher eine solche mechanischer Art. Im einfachsten Fall kann die Sperreinrichtung 70 aus einem Bolzen, Splint oder dergleichen bestehen, der im Bordwerkzeug für solche Notfälle mitgeführt wird und in fluchtende Öffnungen des Hohlrades 36 sowie des Kettenblattes 34 eingeschoben wird.

In Fig. 5 ist schematisch eine Sperreinrichtung 70 gezeigt, die zum Festhalten eines allgemein mit 71 bezeichneten Systemelements geeignet ist und entweder mittels einer Betätigungseinrichtung 75, im einfachsten Fall mittels eines Seilzuges, und/oder mittels einer in Fig. 1 angedeuteten Regeleinrichtung 69 steuerbar ist. In einem feststehenden Teil des Gehäuses 73 ist ein Sperrbolzen 72 verschiebbar geführt, der mittels einer Rückstellfeder 74 in einer Sperrstellung gehalten ist, in der der Sperrbolzen 72 eine Öffnung, z. B. Bohrung, im Systemelement 71 durchsetzt. Es handelt sich um eine formschlüssig wirkende Sperreinrichtung. Zum Entsperren dieser dient eine

Betätigungseinrichtung 75, wobei als solche der Einfachheit halber ein Seilzug angedeutet ist, der am Sperrbolzen 72 angreift. Durch Zug daran wird der Sperrbolzen 72 gegen die Wirkung der Feder 74 aus der Sperrstellung herausbewegt unter Freigabe des Systemelements 71. In Fig. 6 ist schematisch eine Variante einer Sperreinrichtung 70' gezeigt. Diese weist eine in einem Teil eines Gehäuses 82 axial verschiebbare Gewindespindel 81 auf, die mittels einer

Verdrehsicherung 83 in Bezug auf das Gehäuse 82 umdrehbar, jedoch axial verschiebbar gehalten ist. Die Gewindespindel 81 wird von einem stirnverzahnten Stirnrad 79 mit Innengewinde 80 angetrieben, das mit dem Ritzel 78 eines Elektromotors 77 in Eingriff steht. Eine Drehbetätigung des Stirnrades 79 führt zu einer Axialverschiebung der Gewindespindel 81, wodurch ein schematisch angedeutetes Systemelement 71 beaufschlagt wird, d.h. entweder gesperrt oder entsperrt wird. In Fig. 7 ist schematisch eine Sperreinrichtung 70" angedeutet mit einem Stößel 86 eines

Hubmagneten 85 zur Beaufschlagung eines Systemelements 71.

Statt der dargestellten Varianten sind dem Fachmann vielfältige weitere Gestaltungsmöglichkeiten für eine Sperreinrichtung geläufig, die formschlüssig und/oder kraftschlüssig wirksam ist. Z. B. kann auch ein kleiner Stellantrieb in einer solchen Gestaltung zum Einsatz kommen, wie sie z. B. zur Verstellung von Luftklappen im Fahrzeugbau eingesetzt wird.

Wird über die Regeleinrichtung 69 die Betätigungseinrichtung 75 der Sperreinrichtung 70 in Fig. 1 beaufschlagt und die Sperreinrichtung 70 in Sperrstellung gebracht derart, dass z. B. der

Kurbelantrieb 33, 48 gesperrt wird, so wird bei rollendem Fahrrad mit inaktiviertem Freilauf 87 des Hinterradkettenritzels und über die Kette gedrehtem Kettenblatt 34 der Motor 32 zwangsweise angetrieben und im Generatorbetrieb eine Stromerzeugung und Bremsung erreicht. Wie erläutert und in Fig. 1 angedeutet, ist zum Blockieren der zweiten Antriebsleistung die Sperreinrichtung 70 zweckmäßigerweise im Bereich der linken Tretkurbel 33 oder auf der Tretlagerwelle 48 vorgesehen. Eine Sperreinrichtung 70, die zur Blockierung der ersten Antriebsleistung dienen kann, ist z. B. zweckmäßigerweise im Bereich des Motors 32 beim großen Zahnrad 62 der zweiten Getriebestufe 60 angeordnet.

Ist eine Sperreinrichtung 70 vorgesehen, die das Hohlrad 36 und das Kettenblatt 34 miteinander verblockt, wird bei motorloser Fahrt ein "Overdrive" mit einer deutlichen Übersetzungserhöhung erreicht.

Bei der erläuterten und möglichen Bauform des Planetengetriebes 45 zwischen dem Kurbelantrieb 33, 48 und dem Motor 32 lässt sich eine Energierückgewinnung im Generatorbetrieb des Motors 32 auch ohne eine Sperreinrichtung durch eine die Bremswirkung und Rekuperation in Abhängigkeit von der Drehung der Tretkurbeln 33 steuernde Regeleinrichtung erreichen. Die

Regelungseinrichtung erfasst eine Rückwärtsdrehung der Tretkurbeln 33 ähnlich einem Rücktritt und steuert die Bremswirkung und Generatorwirkung nach dieser Drehung der Tretkurbeln 33 in dem Sinne, dass eine zunehmende Rückwärtsdrehung die Bremskraft erhöht, während eine Vorwärts drehung zur Verringerung der Bremskraft führt.

Claims

ROBERT BOSCH GMBH, 70442 Stuttgart Ansprüche

1. Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, mit einem Motor (32) zum Erzeugen einer ersten mechanischen Antriebsleistung, mit einer Tretlagerwelle (48) mit Tretkurbeln (33), mindestens einem Kettenblatt (34) und einem Überlagerungsgetriebe, dadurch gekennzeichnet, dass das

Überlagerungsgetriebe ein Planetengetriebe (45) mit einem Sonnenrad (35), einem Planetenräder (42) lagernden Planetenradträger (44) und einem Hohlrad (36) ist, wobei das Kettenblatt (34) mit dem Planetenradträger (44) verbunden ist und der Motor (32) mit dem Sonnenrad (35) und die Tretlagerwelle (48) oder die Tretkurbeln (33) mit dem Hohlrad (36), oder umgekehrt, drehbar gekoppelt sind zum Aufsummieren der ersten mechanischen Antriebsleistung mit einer mittels der Tretkurbeln (33) erzeugten zweiten mechanischen Antriebsleistung.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem

Motor (32) und dem Planetengetriebe (45) zumindest eine weitere Getriebestufe (50, 60) angeordnet ist, mittels der eine Übersetzung von vorzugsweise etwa größer 10 erfolgt.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere

Getriebestufe ein Evoloidgetriebe aufweist mit einer einstufigen Übersetzung von vorzugsweise etwa größer 10.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Getriebestufen

(50, 60), die dem Planetengetriebe (45) vorgeschaltet sind.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Getriebestufe (50) ein dem Motor (32) nachgeschaltetes Riemengetriebe, insbesondere Zahnriemengetriebe, oder ein Stirnradgetriebe vorgesehen ist.

6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten

Getriebestufe (50) als zweite Getriebestufe (60) ein Stirnradgetriebe (61, 62) nachgeschaltet ist.

7. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Rückwärtsdrehsperre (31) des Motors (32), vorzugsweise auf der Motorwelle (46) oder bei der Lagerung eines Zwischenrades (62) der zweiten Getriebestufe (60), z. B. in Form eines

Freilauflagers (47).

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine betätigbare oder mittels einer Regeleinrichtung (69) steuerbare Sperreinrichtung (70; 70'; 70") zum Festhalten eines Systemelements (71), z. B. eines Zwischenrades (62), insbesondere der zweiten Getriebestufe (60), oder der Tretkurbeln (33) oder Tretlagerwelle (48) oder des Hohlrades (36) in Bezug auf das Kettenrad (34) oder den Planetenradträger (44), vorgesehen ist.

9. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (70; 70'; 70") formschlüssig und/oder kraftschlüssig wirksam ist, und vorzugsweise, dass für die Sperreinrichtung (70; 70'; 70") eine Betätigungseinrichtung (75) vorgesehen ist, die

handbetätigbar und/oder fußbetätigbar ist und oder einen mechanischen, elektromechanischen, elektromagnetischen oder elektromotorischen Stellantrieb aufweist, wobei die Sperreinrichtung (70, 70'; 70") vorzugsweise im stromlosen Zustand ihrer Betätigungseinrichtung (75) in ihren wirksamen Zustand überführt und gehalten ist, z. B. mittels einer Rückstellfeder.

10. Fahrrad mit einer Antriebs Vorrichtung (30) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.