WO2016000809A1 - Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes fahrrad - Google Patents

Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes fahrrad Download PDF

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WO2016000809A1
WO2016000809A1 PCT/EP2015/001252 EP2015001252W WO2016000809A1 WO 2016000809 A1 WO2016000809 A1 WO 2016000809A1 EP 2015001252 W EP2015001252 W EP 2015001252W WO 2016000809 A1 WO2016000809 A1 WO 2016000809A1
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drive unit
gear
electric motor
planetary gear
unit according
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PCT/EP2015/001252
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Fey
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HE, Ling
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Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • 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
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/145—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the bottom bracket

Definitions

  • the invention relates to a drive unit for an electrically assisted bicycle, wherein the drive unit comprises an electric motor and a housing in which the electric motor is housed, wherein the drive unit further comprises a pedal crankshaft with a driven flange mounted thereon.
  • a gear unit (hub gear or derailleur) is mounted in the rear wheel to achieve optimum torque and speed ratio at different speeds.
  • the invention is therefore based on the object, a drive unit of the type mentioned in such a way that a compact unit is created, which requires no external sensor or additional transmission components, such as hub gear or derailleur.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the drive unit further comprises a mounted on an axle planetary gear unit with sun gear, ring gear, planetary gear and planetary gears, wherein the planet carrier of the planetary gear unit is connected to the pedal crankshaft torque transmitting and wherein the ring gear of the planetary gear unit can be selectively brought into torque-transmitting connection via coupling means with the output flange.
  • the coupling agents are preferably part of a controllable freewheel.
  • the planetary gear unit is preferably arranged with the electric motor in a common housing.
  • the drive unit preferably further comprises a motor gear for connecting the electric motor to the planetary gear unit, wherein the motor gear is arranged with the electric motor in the common housing.
  • the torque-transmitting components between planetary gear unit and output flange are preferably formed as at least 2-stage, switchable spur gear. In this case, it is preferably provided that an electric actuator is provided which serves for switching between the gear stages of the at least 2-stage, switchable spur gear.
  • means for interrupting the power supply to the electric motor during the operation of the coupling means may be present.
  • signal means are advantageously provided which can be triggered for the purpose of signaling an impending change in the pedal speed before the actuation of the coupling means.
  • the user of the bicycle can be notified of an upcoming shift.
  • means for generating a coaster brake function can be arranged.
  • the ratio of the drive unit is preferably selected so that the number of teeth of a pinion installed in the rear wheel of the bicycle is equal to the wheel diameter of the bicycle in inches.
  • the proposed solution makes it possible to dispense with an additional gear unit in the rear wheel and an external sensor and To provide a cheaper, lighter and low maintenance electrically assisted bicycle.
  • the invention provides this particular, that in the drive unit, which is to be mounted on the bicycle frame, not only the known components (electric motor, transmission, pedal drive and control) are housed, but also an at least two-stage switchable transmission between the merged strands of pedal drive , Motor and arranged on the drive unit output, and a coaster brake function.
  • the cyclist can concentrate fully on driving.
  • the service on the bike is advantageously much easier, the probability of failure lower.
  • Fig. 1 shows schematically the section through a drive unit of an electrically assisted bicycle according to a first embodiment of the invention
  • Embodiment of the invention are based on the use of a 2-stage transmission. For simplicity, all components in a plane are shown in the figures.
  • the pedal force is transmitted to the unit via the crank arms 1 a and 1 b mounted on the crank shaft 2 in the housing.
  • the integrated in the crankshaft spur gear drives the provided with a spur gear planet carrier 3 a mounted on the axle 19 planetary gear.
  • the force is transmitted to the ring gear 8.
  • the output is via the ring gear 8.
  • the sun gear 6 is connected to a sleeve 7 and rotatably supported on the axle 19.
  • the torque occurring on the sleeve 7 is proportional to the pedal force and is used to drive the electric motor.
  • the measurement of the torque can be done via strain gauges, angle encoders or other direct and indirect known methods.
  • an additional external spur gear teeth is mounted, which drives the spur gear 9 and via a freewheel 10, the first gear stage of the 2-stage transmission, with the drive torque is transmitted to the rotatably mounted on the crankshaft output flange 11.
  • the second gear stage consists of the switchable via a controllable freewheel 13, 14 spur gear 12 which drives the fixedly connected to the output flange 1 1 spur gear. Due to the now higher speed of the output flange of the freewheel 10 is overhauled. Will the spur gear 12 again switched off, the freewheel 10 automatically assumes, thereby interrupting the power flow between the pedal drive la, lb and output flange 1 1 is reliably prevented.
  • the electric motor 18 drives via the spur gear 17 to the large spur gear of the spur gear 16 at.
  • the small spur gear of the spur gear 16 drives the large spur gear of the spur gear 15 at.
  • the small spur gear of the spur gear 15 drives the ring gear 8 at.
  • the force of the electric motor 18 is added to the pedal force before it is transmitted via the spur gears 9 and 12 to the output flange 1 1.
  • a freewheel can be arranged between the electric motor 18 and ring gear 8.
  • the arrangement of the electric motor 18 is both axially parallel - as shown in Fig. 1 - as well as offset by 90 degrees - as shown in Fig. 2 - possible.
  • the sleeve 7 rotates against a preloaded spring and actuates a first contact which turns on the electronics and releases a base load for motor control.
  • a second contact is actuated upon further rotation of the sleeve and releases the maximum motor support.
  • the drive unit ratio is selected to use a 28 tooth pinion on 28 inch bicycles, 24 teeth on 24 inch, etc.
  • the output link 20 can be kept small due to the internal translations and housed in a protected area of the drive.
  • a conventional chain guard can be omitted.
  • a coaster brake function can be integrated.
  • the spur gear 22 rotatably mounted on the axle 21 is actuated in the forward direction via the spur gear connected to the crankshaft 2.
  • the normally free-running spur gear 24 is driven and rotates the output flange 1 1 backwards.
  • the thereby also backward rotating connecting element between the output flange 1 1 and rear hub can actuate an integrated in the rear hub coaster brake.
  • the crankset drives via the fixedly connected to the crank axle gear the planet carrier of the mounted on a second axis planetary gear in the opposite direction.
  • the ring gear of the planetary gear is rotated in the same direction as the planet carrier.
  • the sun gear is pressed in the same direction.
  • a mounted on the outer diameter of the ring gear teeth drives via a smaller gear and a clamping roller freewheel rotatably mounted on the crank shaft hollow shaft.
  • the hollow shaft is rotatably mounted in the housing and carries on the outside of the "chainring" 20th
  • the sun gear of the planetary gear is mounted on a hollow shaft which is rotatably supported on the second axis.
  • the planet carrier is rotatably mounted on this hollow shaft.
  • the reaction torque of the sun gear is supported by the mounted on the hollow shaft clamping roller freewheel in the drive direction on the housing.
  • the reaction torque of the sun gear is proportional to the pedal torque. With the aid of a strain gauge mounted on the lever arm of the clamp roller freewheel carrier, the pedal torque can thus be recorded and processed.
  • the sun gear moves in the opposite direction when the ring gear is stationary.
  • the clamping roller freewheel releases the sun gear.
  • the planet gears rotate backwards without torque transmission. If the ring gear is moved in the drive direction with a stationary planet carrier, the pinch roller freewheel also releases the sun gear. There is no torque on the planet carrier and thus on the pedal.
  • the motor transmits its torque via two toothed belts and a gear on the external teeth of the ring gear.
  • a pinch roller freewheel between the engine and ring gear can be installed.
  • this freewheel can also be omitted.
  • the additional energy required will range from 1 to 3 watts.
  • the inertia is in relation to the bicycle in the per thousand range. A "Nachschieben" when stopping the rotation of the pedal crank is prevented by the freewheel of the sun gear.
  • the spur gear 12 On the second shaft, in addition to the planetary gear, the spur gear 12 is rotatably mounted on the shaft, which is larger in diameter than the ring gear 8.
  • the spur gear 12 can be connected via a suitable coupling mechanism against rotation with the ring gear.
  • One way to couple the two gears is the axial displacement of pins movably mounted in the second spur gear. These are pressed by a motor or by hand-driven mechanism in opposite recesses in the ring gear.
  • the speed of the large second gear 12 in the decoupled state is smaller than that of the ring gear. As a result, the coupling pins have sufficient time to reach the required position.
  • the large gear 12 now rotates at the same speed as the ring gear 8.
  • the large gear 12 drives a small gear, which is secured against rotation on the output hollow shaft.
  • the speed of the output hollow shaft is now greater than the speed of the driven by the ring gear pinch roller freewheel.
  • the gear driven by the ring gear is free.
  • the ring gear drives now via the planet gears and the sun gear, the hollow shaft on the second axis in the freewheeling direction of the force acting on the hollow shaft clamping roller freewheel.
  • the engine is driven in the drive direction, if no freewheel is mounted.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (18) und ein Gehäuse umfasst, in dem der Elektromotor (18) untergebracht ist, wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Pedalkurbelwelle (2) mit einem darauf gelagerten Abtriebsflansch (11) umfasst. Um eine kompakte Einheit zu schaffen, die keinerlei externe Sensorik oder zusätzliche Getriebekomponenten benötigt, sieht die Erfindung vor, dass die Antriebseinheit weiterhin eine auf einer Achse (19) gelagerte Planetengetriebeeinheit mit Sonnenrad (6), Hohlrad (8), Planetenradträger (3) und Planetenräder (5) umfasst, wobei der Planetenradträger (3) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) mit der Pedalkurbelwelle (2) drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das Hohlrad (8) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) über Kupplungsmittel (14) mit dem Abtriebsflansch (11) wahlweise in Drehmoment-übertragende Verbindung gebracht werden kann.

Description

Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor und ein Gehäuse umfasst, in dem der Elektromotor untergebracht ist, wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Pedalkurbelwelle mit einem darauf gelagerten Abtriebsflansch umfasst.
Es ist bekannt, Elektrofahrräder mit einem Elektromotor auszustatten, der an dem Tretlager des Fahrradrahmens angeordnet ist. Hierbei ist der Elektromotor und die zugehörige Getriebeeinheit im Tretlagerbereich des Rahmens gruppiert (Mittelmotor), wobei eine drehmomentübertragende mechanische Verbindung zwischen Elektromotoreinheit und Tretlager bzw. einem Abtrieb hergestellt wird.
Zusätzlich ist bei diesen Fahrzeugen eine Getriebeeinheit (Nabenschaltung bzw. Kettenschaltung) im Hinterrad montiert, um ein optimales Drehmoment und Drehzahlverhältnis bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu erreichen.
Dies führt nachteilig zu zusätzlichen Kosten und Gewicht. Zusätzlich ändert sich die Abschaltdrehzahl des Motors in Abhängigkeit des jeweils eingelegten
BESTÄTIGUNGSKOPIE Gangs. Zur Überwachung der maximal zulässigen Motorunterstützungsdrehzahl ist deswegen eine zusätzliche Geschwindigkeitsmessung erforderlich. Der Erfindung liegt daher die A u f g a b e zugrunde, eine Antriebseinheit der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass eine kompakte Einheit entsteht, die keinerlei externe Sensorik oder zusätzliche Getriebekomponenten, wie Nabenschaltung oder Kettenschaltung, benötigt. Die L ö s u n g dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit weiterhin eine auf einer Achse gelagerte Planetengetriebeeinheit mit Sonnenrad, Hohlrad, Planetenradträger und Planetenräder umfasst, wobei der Planetenradträger der Planetengetriebeeinheit mit der Pedalkurbelwelle drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das Hohlrad der Planetengetriebeeinheit über Kupplungsmittel mit dem Abtriebsflansch wahlweise in Drehmomentübertragende Verbindung gebracht werden kann.
Die Kupplungsmittel sind dabei bevorzugt Bestandteil eines steuerbaren Freilaufs.
Die Planetengetriebeeinheit ist bevorzugt mit dem Elektromotor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Die Antriebseinheit weist bevorzugt weiterhin ein Motorgetriebe zur Verbindung des Elektromotors mit der Planetengetriebeeinheit auf, wobei das Motorgetriebe mit dem Elektromotor in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Die drehmomentübertragenden Komponenten zwischen Planetengetriebeeinheit und Abtriebsflansch sind bevorzugt als mindestens 2-stufiges, schaltbares Stirnradgetriebe ausgebildet. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass ein elektrisches Stellglied vorhanden ist, das zur Umschaltung zwischen den Getriebestufen des mindestens 2-stufigen, schaltbaren Stirnradgetriebes dient.
Weiterhin sind vorzugsweise Mittel zur Messung des am Sonnenrad der Planetengetriebeeinheit anliegenden Drehmoments vorhanden sowie Mittel zur Ansteuerung und/oder Regelung des Elektromotors in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments.
Weiterhin können Mittel zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum Elektromotor während der Betätigung der Kupplungsmittel vorhanden sein.
Vorteilhaft sind des weiteren Signalmittel vorhanden, die zwecks Signalisierung einer bevorstehenden Pedaldrehzahländerung vor der Betätigung der Kupplungsmittel auslösbar sind. Somit kann der Benutzer des Fahrrads auf einen anstehenden Schaltvorgang hingewiesen werden.
Weiterhin können Mittel zur Erzeugung einer Rücktrittbremsfunktion angeordnet sein.
Die Übersetzung der Antriebseinheit ist vorzugsweise so gewählt, dass die Zähnezahl eines im Hinterrad des Fahrrads verbauten Ritzels gleich ist dem Raddurchmesser des Fahrrads in Zoll.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, auf eine zusätzliche Getriebeeinheit im Hinterrad und eine externe Sensorik zu verzichten und damit ein kostengünstigeres, leichteres und wartungsarmes elektrisch unterstütztes Fahrrad zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung sieht hierfür insbesondere vor, dass in der Antriebseinheit, die an den Fahrradrahmen zu montieren ist, nicht nur die bekannten Komponenten (Elektromotor, Getriebe, Pedalantrieb und Steuerung) untergebracht sind, sondern zusätzlich ein mindestens zweistufiges schaltbares Getriebe zwischen den zusammengeführten Strängen von Pedalantrieb, Motor und dem an der Antriebseinheit angeordneten Abtrieb, sowie eine Rücktrittbremsfunktion.
Für den Anwendungsfall eines e-Bikes mit einer maximal zulässigen motorisch unterstützten Höchstgeschwindigkeit von 25 km/h ist eine 2-stufige Übersetzung ausreichend. Für höhere Geschwindigkeiten können entsprechend weitere Getriebestufen vorgesehen sein.
Der Radfahrer kann sich damit voll auf das Fahren konzentrieren. Der Service am Fahrrad wird vorteilhaft wesentlich einfacher, die Ausfallwahrscheinlichkeit geringer.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Schnitt durch eine Antriebseinheit eines elektrisch unterstützten Fahrrads gemäß einer ersten Ausfuhrungsform der Erfindung und
Fig. 2 in der Darstellung gemäß Figur 1 eine Alternative
Ausfuhrungsform der Erfindung. Die Ausführungsbeispiele stellen auf den Einsatz eines 2-stufigen Getriebes ab. Zur Vereinfachung sind in den Figuren alle Komponenten in einer Ebene dargestellt.
Die Pedalkraft wird in die Einheit über die Kurbelarme 1 a und 1 b auf die im Gehäuse gelagerte Kurbelwelle 2 übertragen. Das in die Kurbelwelle integrierte Stirnrad treibt den mit einer Stirnradverzahnung versehenen Planetenradträger 3 eines auf der Achse 19 montierten Planetengetriebes an. Über die mittels Achsen 4 mit dem Planetenradträger 3 verbundenen Planetenräder 5 wird die Kraft auf das Hohlrad 8 übertragen.
Der Abtrieb erfolgt über das Hohlrad 8. Das Sonnenrad 6 ist mit einer Hülse 7 verbunden und drehbar auf der Achse 19 gelagert. Das an der Hülse 7 auftretende Drehmoment ist proportional der Pedalkraft und wird zur Ansteuerung des Elektromotors verwendet. Die Messung des Drehmoments kann über Dehnmessstreifen, Winkelgeber oder sonstige direkte und indirekte bekannte Verfahren erfolgen. Am Hohlrad 8 ist eine zusätzlich äußere Stirnradverzahnung angebracht, welche das Stirnrad 9 antreibt und über einen Freilauf 10 die erste Getriebestufe des 2-stufigen Getriebes bildet, mit dem das Antriebsdrehmoment auf den auf der Kurbelwelle drehbar gelagerten Abtriebsflansch 11 übertragen wird.
Die zweite Getriebestufe besteht aus dem über einen steuerbaren Freilauf 13, 14 zuschaltbaren Stirnrad 12, welches das fest mit dem Abtriebsflansch 1 1 verbundene Stirnrad antreibt. Durch die jetzt höhere Drehzahl des Abtriebsflansches wird der Freilauf 10 überholt. Wird das Stirnrad 12 wieder abgeschaltet, übernimmt der Freilauf 10 automatisch, wodurch ein Unterbrechen des Kraftflusses zwischen Pedalantrieb la, lb und Abtriebsflansch 1 1 sicher verhindert wird. Der Elektromotor 18 treibt über das Stirnrad 17 das große Stirnrad der Stirnradkombination 16 an. Das kleine Stirnrad der Stirnradkombination 16 treibt das große Stirnrad der Stirnradkombination 15 an. Das kleine Stirnrad der Stirnradkombination 15 treibt das Hohlrad 8 an. Dadurch addiert sich die Kraft des Elektromotors 18 zur Pedalkraft, bevor diese über die Stirnräder 9 bzw. 12 auf den Abtriebsflansch 1 1 übertragen wird.
Damit beim Fahrradfahren ohne Motorunterstützung der Motor nicht mitgedreht werden muss, kann zwischen Elektromotor 18 und Hohlrad 8 ein Freilauf angeordnet werden. Die Anordnung des Elektromotors 18 ist sowohl Achsparallel - wie in Fig. 1 gezeigt - als auch um 90 Grad versetzt - wie in Fig. 2 ersichtlich - möglich.
Zur besseren Platzausnutzung ist es auch denkbar zwei kleinere Motoren einzusetzen, welche das große Stirnrad der Stirnradkombination 16 antreiben.
In der einfachsten Form der Drehmomenterfassung dreht die Hülse 7 gegen eine vorgespannte Feder und betätigt einen ersten Kontakt, der die Elektronik einschaltet und eine Grundlast für die Motoransteuerung freigibt. Ein zweiter Kontakt wird bei weiterer Verdrehung der Hülse betätigt und gibt die maximale Motorunterstützung frei. Damit wird eine einfache 2-stufige Motorunterstützung erreicht. Zwischenstufen sind durch weitere Kontakte einfach zu realisieren. Durch eine geeignete Übersetzung zwischen Hülse 7 und Winkelerfassung kann der auswertbare Drehwinkel vergrößert werden. Die maximale Motordrehzahl muss bei e-Bikes einer Geschwindigkeit von 25 km/h bei größtmöglicher Übersetzung entsprechen.
Üblich ist es, für jeden Raddurchmesser eine entsprechend programmierte Antriebseinheit zu verwenden. Bei der oben beschriebenen Antriebseinheit wird die Übersetzung der Antriebseinheit so gewählt, dass bei 28 Zoll- Fahrrädern ein 28 zahniges Ritzel verwendet wird, entsprechend bei 24 Zoll 24 Zähne, usw. Dadurch ist die Verwendung einer Antriebseinheit für alle Raddurchmesser und eine einfache ^ε Λήπι^ von Manipulation durch die Exekutive möglich.
Das Abtriebskettenblatt 20 kann aufgrund der internen Übersetzungen klein gehalten und in einem geschützten Bereich des Antriebs untergebracht werden. Ein herkömmlicher Kettenschutz kann dadurch entfallen.
Zusätzlich kann - wie in den Figuren dargestellt - eine Rücktrittbremsfunktion integriert werden.
Bei Rückwärtstreten wird über das mit der Kurbelwelle 2 verbundene Stirnrad das auf der Achse 21 drehbar gelagerte Stirnrad 22 in Vorwärtsrichtung betätigt. Durch einen geeigneten Kopplungsmechanismus 23 wird das normalerweise frei laufende Stirnrad 24 angetrieben und dreht den Abtriebsflansch 1 1 rückwärts. Das dadurch ebenfalls rückwärts drehende Verbindungselement zwischen Abtriebsflansch 1 1 und Hinterradnabe kann eine in der Hinterradnabe integrierte Rücktrittbremse betätigen.
Die Funktion der vorgeschlagenen Lösung kann noch einmal wie folgt zusammengefasst werden: Die Tretkurbel treibt über das fest mit der Kurbelachse verbundene Zahnrad den Planetenradträger des auf einer zweiten Achse gelagerten Planetengetriebes in die entgegengesetzte Richtung. Bei feststehendem Sonnenrad wird das Hohlrad des Planetengetriebes in die gleiche Richtung wie der Planetenradträger gedreht. Das Sonnenrad wird in die gleiche Richtung gedrückt.
Eine auf dem Außendurchmesser des Hohlrades angebrachte Verzahnung treibt über ein kleineres Zahnrad und einen Klemmrollenfreilauf die auf der Kurbelachse drehbar gelagerte Hohlwelle. Die Hohlwelle ist im Gehäuse drehbar gelagert und trägt an der Außenseite das„Kettenblatt" 20.
Das Sonnenrad des Planetengetriebes ist auf einer Hohlwelle befestigt, welche auf der zweiten Achse drehbar gelagert ist. Der Planetenradträger ist auf dieser Hohlwelle drehbar gelagert.
Das Reaktionsmoment des Sonnenrades wird über den auf der Hohlwelle montierten Klemmrollenfreilauf in Antriebsrichtung am Gehäuse abgestützt. Das Reaktionsmoment des Sonnenrads ist proportional zum Pedal- drehmoment. Mit Hilfe eines auf dem Hebelarm des Klemm- rollenfreilaufträgers angebrachten Dehnmessstreifen kann damit das Pedaldrehmoment erfasst und verarbeitet werden.
Wird die Tretkurbel rückwärts gedreht, bewegt sich das Sonnenrad bei nun feststehendem Hohlrad in die Gegenrichtung. Der Klemmrollenfreilauf gibt das Sonnenrad frei. Die Planetenräder drehen rückwärts ohne Drehmomentübertragung. Wird das Hohlrad bei feststehendem Planetenradträger in Antriebsrichtung bewegt, gibt der Klemmrollenfreilauf ebenfalls das Sonnenrad frei. Es entsteht kein Drehmoment am Planetenradträger und damit am Pedal. Der Motor überträgt sein Drehmoment über zwei Zahnriemen und ein Zahnrad auf die Außenverzahnung des Hohlrades.
Für Radfahren ohne Motorunterstützung kann ein Klemmrollenfreilauf zwischen Motor und Hohlrad angebracht werden. Bei einem Motor mit geringer Masseträgheit des Rotors (wie z. B. ein bürstenloser Außenläufer) kann dieser Freilauf auch entfallen. Die zusätzlich benötigte Energie wird sich in einem Bereich von 1 bis 3 Watt bewegen. Die Masseträgheit liegt im Verhältnis zum Fahrrad im Promillebereich. Ein „Nachschieben" beim Stoppen des Drehens der Tretkurbel wird durch den Freilauf des Sonnenrades verhindert.
Auf der zweiten Welle ist neben dem Planetengetriebe das Stirnrad 12 drehbar auf der Welle gelagert, welches im Durchmesser größer ist als das Hohlrad 8. Das Stirnrad 12 kann über einen geeigneten Kupplungs- mechanismus drehsicher mit dem Hohlrad verbunden werden.
Eine Möglichkeit, die beiden Zahnräder zu koppeln, ist die Axialverschiebung von im zweiten Stirnrad beweglich angebrachten Stiften. Diese werden durch einen motorischen oder durch Hand angetriebenen Mechanismus in gegenüberliegende Aussparungen im Hohlrad gedrückt.
Die Geschwindigkeit des großen zweiten Zahnrads 12 im entkoppelten Zustand ist kleiner als die des Hohlrades. Dadurch haben die Kupplungsstifte ausreichend Zeit, um die benötigte Position zu erreichen. Das große Zahnrad 12 dreht jetzt mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Hohlrad 8. Das große Zahnrad 12 treibt ein kleines Zahnrad an, das auf der Abtriebs-Hohlwelle drehsicher befestigt ist. Die Drehzahl der Abtriebs- Hohlwelle ist jetzt größer als die Drehzahl des vom Hohlrad angetriebenen Klemmrollenfreilaufs. Das vom Hohlrad angetriebene Zahnrad läuft frei.
Bei Antrieb von außen über das „Kettenblatt" entkoppelt der Klemmrollenfreilauf auf der Abtriebs-Hohlwelle diese vom restlichen Getriebe im ersten Gang direkt.
Im zweiten Gang (Hohlwelle 8 und großes Zahnrad 12 drehsicher verbunden) dreht der Klemmrollenfreilauf langsamer als die Hohlwelle, ein Blockieren wird verhindert.
Das Hohlrad treibt jetzt über die Planetenräder und das Sonnenrad die Hohlwelle auf der zweiten Achse in die Freilaufrichtung des auf die Hohlwelle wirkenden Klemmrollenfreilaufs. Der Motor wird, falls kein Freilauf montiert ist, in Antriebsrichtung angetrieben.
Durch diese Entkopplung von„Kettenblatt" und Pedal kann ein Freilauf im Hinterrad entfallen.
Dies ist allerdings nur zu empfehlen, wenn ein geschlossener Kettenkasten verbaut ist, welcher eine Berührung der mitlaufenden Kette während des Fahrens verhindert. Der Motor kann, falls kein Freilauf zwischen Motor und Hohlrad montiert ist, im zweiten Gang als Generator genutzt werden.

Claims

Patentansprüche;
1. Antriebseinheit für ein elektrisch unterstütztes Fahrrad, wobei die Antriebseinheit einen Elektromotor (18) und ein Gehäuse umfasst, in dem der Elektromotor (18) untergebracht ist, wobei die Antriebseinheit weiterhin eine Pedalkurbelwelle (2) mit einem darauf gelagerten Abtriebsflansch (1 1) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit weiterhin eine auf einer Achse (19) gelagerte Planetengetriebeeinheit mit Sonnenrad (6), Hohlrad (8), Planeten- radträger (3) und Planetenräder (5) umfasst, wobei der Planetenradträger (3) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) mit der Pedalkurbelwelle (2) drehmomentübertragend verbunden ist und wobei das Hohlrad (8) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) über Kupplungsmittel (14) mit dem Abtriebsflansch (1 1) wahlweise in Drehmoment-übertragende Verbindung gebracht werden kann.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel (14) Bestandteil eines steuerbaren Freilaufs (13, 14) sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) mit dem Elektromotor (18) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit weiterhin ein Motorgetriebe (15, 16, 17) zur Verbindung des Elektromotors (18) mit der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) aufweist, wobei das Motorgetriebe (15, 16, 17) mit dem Elektromotor (18) in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehmomentübertragenden Komponenten zwischen Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) und Abtriebsflansch (1 1) als mindestens 2-stufiges, schaltbares Stirnradgetriebe ausgebildet sind.
Antriebseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Stellglied vorhanden ist, das zur Umschaltung zwischen den Getriebestufen des mindestens 2-stufigen, schaltbaren Stirnradgetriebes dient.
Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Messung des am Sonnenrad (6) der Planetengetriebeeinheit (6, 8, 3, 5) anliegenden Drehmoments vorhanden sind sowie Mittel zur Ansteuerung und/oder Regelung des Elektromotors (18) in Abhängigkeit des gemessenen Drehmoments.
8. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum Elektromotor (18) während der Betätigung der Kupplungsmittel (14) vorhanden sind.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Signalmittel vorhanden sind, die zwecks Signalisierung einer bevorstehenden Pedaldrehzahländerung vor der Betätigung der Kupplungsmittel (14) auslösbar sind.
10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Erzeugung einer Rücktrittbremsfunktion angeordnet sind.
1 1. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Übersetzung der Antriebseinheit so gewählt ist, dass die Zähnezahl eines im Hinterrad des Fahrrads verbauten Ritzels gleich ist dem Raddurchmesser des Fahrrads in Zoll.
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