WO2017080726A1 - Reibringgetriebe, antrieb und fahrzeug - Google Patents

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WO2017080726A1
WO2017080726A1 PCT/EP2016/073986 EP2016073986W WO2017080726A1 WO 2017080726 A1 WO2017080726 A1 WO 2017080726A1 EP 2016073986 W EP2016073986 W EP 2016073986W WO 2017080726 A1 WO2017080726 A1 WO 2017080726A1
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friction
balls
ring
gear
drive
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PCT/EP2016/073986
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Inventor
Markus Hinterkausen
Peter Kimmich
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
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    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
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    • 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
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    • B62M23/00—Transmissions characterised by use of other elements; Other transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/32—Friction members
    • F16H55/34—Non-adjustable friction discs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H15/00—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members
    • F16H15/02—Gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio, or for reversing rotary motion, by friction between rotary members without members having orbital motion
    • F16H15/04—Gearings providing a continuous range of gear ratios
    • F16H15/06—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B
    • F16H15/26—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a spherical friction surface centered on its axis of revolution
    • F16H15/28—Gearings providing a continuous range of gear ratios in which a member A of uniform effective diameter mounted on a shaft may co-operate with different parts of a member B in which the member B has a spherical friction surface centered on its axis of revolution with external friction surface

Definitions

  • the present invention relates to a friction ring gear, a drive and a vehicle.
  • the present invention relates in particular to a friction-ring transmission of a vehicle that can be driven by muscle power and / or by engine power, in particular an electric bicycle, e-bike or a pedelec, a
  • Driving a driven by muscle power and / or engine power vehicle in particular an electric bicycle, e-bikes or pedelecs, as well as a drivable with muscle power and / or engine power vehicle, especially an electric bicycle, e-bike or pedelec.
  • friction gears are e.g. used in conjunction with a mid-engine drive in electric bicycles, e-bikes or pedelecs as a continuously variable bicycle transmission.
  • Friction ring transmission balls supported by a support assembly of two support rings and an associated storage.
  • the balls of the friction ring gear cause when running on the support assembly, the necessary frictional engagement between an input friction element and an output friction of the friction gear.
  • Output friction element adjusts depending on an axial position of the balls of the friction ring gear to a continuously variable transmission with appropriate torque transmission.
  • a disadvantage of this concept is compared to positive transmissions, such as gear transmissions, lower efficiency in the
  • an electric bicycle, e-bikes or pedelecs is provided with an input friction element, a plurality of balls, a supporting and guiding arrangement for supporting and guiding the balls and a
  • the support and guide arrangement has
  • a single and single central support ring with a radially circumferential peripheral surface.
  • the balls of the friction ring gear are between the radially circumferential peripheral surface of the individual and single central support ring as a tread on the one hand and the input and
  • Output friction element for torque transmission are coupled together by friction. Because of the support and guide arrangement
  • the efficiency of the friction gear according to the invention is improved because a hitherto to be provided
  • aes emnaungsgemaiien Keionnggetneoes vorgesenen, aass as umrangsTiacne of the individual and single central support ring has a radially encircling concave guide groove for supporting and guiding the plurality of balls.
  • the balls have an identical shape and the concave guide of the single and single central support ring a
  • Radius of curvature which is greater than a radius of curvature of the balls.
  • the balls can be stationary, rotate around themselves, wherein the axis of rotation can be adjusted in inclination.
  • the efficiency of the friction ring according to the invention can be further increased by advantageously the radius of curvature of the concave guide groove of the individual and central support ring is formed so that a contact surface of the concave guide of the individual and central support ring with the balls in relation to an optimum efficiency of the friction ring is minimal and / or during operation of the friction ring gear one
  • the peripheral surface of the support ring of the friction ring gear can either be an outer peripheral surface so that, during operation, the plurality of balls of the friction ring gear - in particular stationary - run on the individual and central support ring on the outside.
  • Inner peripheral surface is and thus the majority of the balls of the friction ring gear - in particular stationary - runs on the individual and central support rings inside.
  • Output friction element designed to be - coupled by frictionally coupled by the plurality of balls.
  • Friction gear is the input friction element and / or the
  • Output friction element as a ring with a respective radially encircling
  • Peripheral surface - in particular as inner peripheral surface - for supporting and
  • materials are used for the central support ring, which show a particularly low coefficient of friction and / or little wear during operation. According to a preferred embodiment of the invention
  • Friction gear is the single and single central support ring of the support and guide assembly formed with or from one or more materials from the group, which steel, ceramic materials, composites and carbon materials.
  • the present invention furthermore relates to a drive of a vehicle which can be driven with muscular force and / or with engine power, and in particular of an electric bicycle, eBikes or pedelecs. This is for generating a
  • Torque is formed and has a friction ring gear according to the present invention, wherein the friction ring gear, the torque is supplied.
  • an electric drive for generating a motor torque is formed, (ii) the friction ring gear, the motor torque and / or a second torque, in particular a driver torque generated by muscle power, fed, (iii) the output friction of the friction ring with an output member connected, in particular with a chainring, and (iv) the friction ring gear coaxial with a shaft, via which the secondary torque can be applied arranged.
  • a planetary gear can advantageously be coupled directly or indirectly to the input of the friction-ring transmission and in particular to the input friction element.
  • a motor transmission in the manner of a reduction gear can be coupled directly or indirectly to the input of the friction-ring transmission and, in particular, to the input friction element
  • Reduction gear either two stages is formed with an internal gear and a spur gear or a two-stage spur gear.
  • Muscle force and / or engine power drivable vehicle created which a drive according to the invention with an inventive
  • FIG. 1 is a schematic representation of an example of a vehicle according to the invention in the manner of an electric bicycle, in which a first embodiment of the invention is realized is a schematic and partially sectioned front view of an embodiment of the friction ring according to the invention. is a perspective and partially cut
  • Figure 5 is a partially cutaway and perspective plan view of an assembly of support ring and plurality of balls an exit-gate of a vacation
  • FIG. 6 shows a perspective view of the arrangement of the support ring and the plurality of balls of the embodiment from FIG. 5.
  • Figures 7 and 8 are perspective and partially sectional views of a single and single central support ring of a
  • FIG. 9 shows a schematic and partially sectioned plan view
  • FIG. 10 shows details of a radially encircling outer peripheral surface of a single and single central support ring of an embodiment of the friction-ring transmission according to the invention.
  • Figure 1 1 shows in perspective and partially cut plan view of a friction ring gear, which was assumed in the development of the present invention.
  • FIG. 1 a preferred embodiment of the vehicle 1 according to the invention
  • the vehicle 1 comprises as a bicycle a frame 12, on which a
  • Front wheel 9-1, a rear wheel 9-2 and a crank mechanism 2 with two cranks 7, 8 are arranged with pedals 7-1 and 8-1.
  • An electric drive 3 is in the
  • a pinion 6 is arranged, this may be part of a gearshift.
  • a control unit 10 is further arranged, which is connected to the electric drive 3.
  • battery 1 1 is also formed, which serves to power the electric drive 3.
  • crank bearing 13 Integrated in the frame 12 is also a crank bearing 13 or bottom bracket, which has a crankcase 14 and a crankshaft 15.
  • the drive 2, 3 according to the invention is formed by the electric drive 3 and the crank drive 2, which as such operate within the crankcase 14 using the
  • inventive friction ring gear 50 cooperate.
  • the vehicle 1 is aligned with its longitudinal extension direction in the x direction and oriented vertically parallel to the xz direction.
  • Transverse direction of the vehicle 1 extends parallel to the y-direction.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the friction-ring transmission 50 according to the invention in a section parallel to the yz plane, centrally through the crankshaft 15
  • the friction ring gear 50 consists of a single core and the core
  • the central support ring 61 which forms the support and guide assembly 60 for the plurality of balls 52 of the friction ring gear 50.
  • the central support ring 61 has a central opening 65, which is measured by the crankshaft 15 without contact.
  • the central support ring 61 further has a radially encircling outer peripheral surface 62.
  • the radially encircling outer peripheral surface 62 is designed in the manner of a concave annular groove 63.
  • the radially encircling outer peripheral surface 62 and the concave annular groove 63 form a running surface for the plurality of balls 52 of the
  • Fribringantriebes 50 and thus each provide locally a contact surface 64 for each of the balls 52nd
  • Each ball 52 here as a solid ball is formed with a surface or spherical surface 56, also has a ball 52 centrally passing through the spherical shaft 55 which defines a respective axis of rotation 54 for the ball 52.
  • the balls 52 may be e.g. rotate about the axis of rotation 54 by a bearing on the spherical shaft 55.
  • the friction ring gear 50 further includes an input friction member 51 in a ring shape and an output friction member 53, also in a ring shape.
  • the input and output friction elements 51 and 53 have peripheral peripheral surfaces 51 -1 and 53-1, respectively.
  • the single and single central support ring 61 is measured in the arrangement of the friction ring gear 50 of Figure 2 inside by the central opening 65 of the crankshaft without contact.
  • the balls 52 run with their
  • each spherical surface 56 also comes into frictional mechanical contact with the peripheral surfaces 51-1 and 53-1 of the input and output members 51 and 53.
  • the balls 52 of the friction ring 50 are supported by the inner and central support ring 61 on the one hand and the outwardly and laterally offset input and administratreibelementen 51 and 53, so that the balls 52 run on the outer peripheral surface 62 of the central support ring 61 almost frictionless and thereby over the frictional connection with the
  • Inner peripheral surfaces 51 -1 and 53-1 of the input and output driving elements oil and 00 produce the coupling between the input and output return elements 51 and 5.
  • FIGS. 3 and 4 show, in a schematic and partially sectioned perspective view, an embodiment of a drive 2, 3 according to the invention using an embodiment of the invention
  • Friction gear 50 according to the invention.
  • the plurality of balls 52 with the spherical shafts 54, through which the axes of rotation 55 of the balls 52 are defined, are received laterally within a ball carrier 75.
  • the balls 52 are based on the outer peripheral surface 62 and the concave annular groove 63 as in the previously described embodiment of the friction ring gear 50 according to the invention in the single and single central support ring 61.
  • the balls 52 are inwardly supported on the inner circumferential surfaces 51 -1 and 53-1 of the input and output friction members 51 and 53 so as to generate the frictional engagement of the input friction member 51 with the output friction member 53.
  • crankshaft 15 and a pedaling by the user via the crank mechanism 2 with muscle force a torque in the ring gear 50 can be introduced.
  • an electric drive 3 for example an electric motor, which can impress a further torque in the friction-ring transmission 50 via a motor gear 80, for example with internal toothing and a spur gear stage.
  • the coupling of the torque takes place in particular via an anti-necrosis tn aes iviotorgetneoes ⁇ U. uas iviotorgetneoe ⁇ U pending aer Reduction of engine speed.
  • a planned planetary gear 70 can be used as the driver's transmission
  • the drive 2, 3 according to FIGS. 3 and 4 furthermore has two
  • FIGS 5 and 6 show according to an embodiment of the
  • Friction gear 50 in perspective and partially sectional view Details of an arrangement of a single and single central support ring 51 and balls 52 attached thereto.
  • the central support ring 61 is a single element of the guide assembly 60 and a radially circumferential peripheral surface 62 in the form of an annular groove 63, on which the balls 52 with their spherical surfaces 56 with rotation about the axis 54 of the shaft 55 along can.
  • the support ring 61 has a central recess or through-hole 65 through which the crankshaft 15 rotates freely when fully assembled
  • FIGS 7 and 8 show in perspective and partially cut plan view details of a single and single central support ring 61, as it can be used in one embodiment of the friction ring 50 of the invention.
  • the central support ring 61 forms the only element of the supporting and guiding arrangement 60 of the friction ring gear 50 according to the invention. Neither the central recess 65 is shown, through which the crankshaft 15 of the drive 2, 3 rotates freely when fully assembled
  • the central support ring 61 has an outer peripheral surface 62 in the form of a concave annular groove 63 which extends completely radially outside the ring.
  • FIG. 10 shows further details of the concave annular groove 63 of the peripheral surface 62 which extends radially around the support ring 61 on the outside.
  • the so-called support surface 64 is illustrated, which defines the direct mechanical contact of the support ring 61 in a local manner with a respective ball 52.
  • the radii of curvature of the concave annular groove 63 and the balls 52 and the mutual pressure forces are chosen so that an optimal
  • the radii of curvature of the concave annular groove 63 and the balls 52 are chosen so that a Hertzian pressure of the contact surface 64 in relation to the static and dynamic strength of the central support ring 61 and / or the balls 52 does not exceed a certain maximum value.
  • Figure 1 1 shows a perspective and partially sectioned view
  • Friction ring gear 50 ' of which in the development of the present
  • the balls 52 are and between a support and guide assembly 'with two laterally arranged support rings 91 and 92 on the one hand and a combination of input friction 51 and
  • Output driving element 53 on the other hand arranged to a ball over the 52 a
  • Guide assembly 60 consists solely of a single and single central support ring 61, in the conventional embodiment of a friction ring 50 'two laterally disposed support rings 91 and 92 are formed with corresponding bearings as conventional support and guide arrangement. This increases the complexity of the conventional friction ring gear 50 'with a corresponding installation and maintenance effort and with
  • the invention is based on (i) of electric bicycles with bottom bracket drive from z. B. with an arrangement with chain or hub gear on the rear wheel 9-2 and an electric drive 3 on the bottom bracket 13 and (ii) of the basic principle of a ball-friction gear z. B. with integration of the ball-friction ring gearbox as a continuously variable bicycle transmission in a pedelec or eBike
  • the invention is inter alia the object of a
  • the invention solves the problem by the use and integration of a continuously variable transmission with the basic principle of the ball friction ring gear by the balls 50 of the new ball-friction ring gear 50 are supported with a single and single central support ring 61.
  • the central support ring 61 has a concave surface 63 toward the balls 52.
  • An inventive ball-friction ring gear 50 with only one central support ring 61 with concave tread 63 for the balls 52 has over a conventional ball friction ring gear 50 'with two support rings 91, 92 with storage and non-central position the advantage of improved
  • crankshaft 15 Components and a lesser occupied radial space, whereby in particular a crankshaft 15 can be used with a larger diameter.
  • the ball-friction ring gear 50, the crankshaft 15 and the chainring 4 are arranged coaxially.
  • the frictional ball-friction ring gear 50 according to the invention takes on the task of bicycle circuit.
  • a planetary gear may additionally be designed as a high-drive stage 70 for reducing the torque at the input of the variator.
  • the engine 3 may be connected via a reduction gear 80.
  • the reduction gear 80 may be designed in two stages with an internal toothing and a spur gear.
  • a large driven gear 81 of the spur gear with a pressure ring of a spreader at the entrance or at the Antneo of the vanator verounaen.
  • uer vanator Can z.ts. a total of two Sp Drossepplept 90 and two thrust bearings for a torque-dependent contact pressure and for the support of the two friction rings 51, 53 am
  • the motor gear 80 uses the high-planetary gearset upstream of the variator and the pressure ring of the variator can be integrated into the large output gear 81 of the motor gear 80 in a space-saving manner.
  • a required support of the balls 52 is carried out according to the invention only with the single and central support ring 61 with concave tread 62, 63 for the balls 52, as shown in Figures 4 to 6.
  • the curvature of the concave surface 62, 63 is selected such that (i) the radius of curvature is greater than the radius of the balls 52, (ii) the contact or contact surface 64 according to FIG. 6 is minimal for optimum efficiency, and (iii) the Hertzian pressure in the contact surface for the static and dynamic strength of the support ring 61 does not exceed a maximum value.
  • the Hertzian pressure is in the

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibringgetriebe (50) eines Antriebes (2, 3) eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges (1), insbesondere eines Elektrofahrrades, eBikes oder Pedelecs, mit einem Eingangsreibelement (51), einer Mehrzahl von Kugeln (52), einer Stütz- und Führungsanordnung (60) zum Stützen und Führen der Kugeln (52) und einem Ausgangsreibelement (53), bei welchem die Stütz- und Führungsanordnung (60) einen einzelnen und einzigen zentralen Stützring (61) mit einer radial umlaufenden Umfangsfläche (62) aufweist, die Kugeln (52) zwischen der radial umlaufenden Umfangsfläche (62) des einzelnen und einzigen zentralen Stützringes (61) als Lauffläche einerseits und den Eingangs- und Ausgangsreibelementen (51, 53) andererseits derart gestützt und geführt angeordnet sind, dass - vermittelt durch die Kugeln (52) - das Eingangsreibelement (51) und das Ausgangsreibelement (53) zur Drehmomentübertragung miteinander reibschlüssig gekoppelt sind.

Description

Beschreibung
Titel
Reibringgetriebe, Antrieb und Fahrzeug Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibringgetriebe, einen Antrieb sowie ein Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Reibringgetriebe eines mit Muskelkraft und/oder mit Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges, insbesondere eines Elektrofahrrades, E-Bikes oder eines Pedelecs, einen
Antrieb eines mit Muskelkraft und/oder mit Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges, insbesondere eines Elektrofahrrades, E-Bikes oder Pedelecs, sowie ein mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrrad, E-Bike oder Pedelec.
Beim Antrieb von Fahrzeugen und insbesondere von mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbaren Fahrzeugen werden teilweise Reibringgetriebe eingesetzt. Derartige Reibringgetriebe werden z.B. im Zusammenhang mit einem Mittelmotorantrieb bei Elektrofahrrädern, E-Bikes oder Pedelecs als stufenlos verstellbares Fahrradschaltgetriebe verwendet. Bei diesem Konzept werden im
Reibringgetriebe Kugeln mittels einer Stützanordnung aus zwei Stützringen und einer zugehörigen Lagerung gehaltert. Die Kugeln des Reibringgetriebes bewirken beim Lauf über die Stützanordnung den notwendigen Reibschluss zwischen einem Eingangsreibelement und einem Ausgangsreibelement des Reibringgetriebes. Der Reibschluss zwischen Eingangsreibelement und
Ausgangsreibelement passt in Abhängigkeit von einer Achsenstellung der Kugeln des Reibringgetriebes eine kontinuierlich variierbare Übersetzung mit entsprechender Drehmomentübertragung an.
Nachteilig bei diesem Konzept ist ein gegenüber formschlüssigen Getrieben, zum Beispiel Zahnradgetrieben, geringerer Wirkungsgrad bei der
Drehmomentübertragung. Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Reibringgetriebe mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass bei vereinfachtem
Aufbau und somit bei verringertem Montage- und Wartungsaufwand bei der Drehmomentübertragung ein höherer Wirkungsgrad als bisher erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruches 1 dadurch erreicht, dass ein Reibringgetriebe eines Antriebes eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges,
insbesondere eines Elektrofahrrades, E-Bikes oder Pedelecs, geschaffen wird mit einem Eingangsreibelement, einer Mehrzahl von Kugeln, einer Stütz- und Führungsanordnung zum Stützen und Führen der Kugeln und einem
Ausgangsreibelement. Die Stütz- und Führungsanordnung weist
erfindungsgemäß einen einzelnen und einzigen zentralen Stützring mit einer radial umlaufenden Umfangsfläche auf. Die Kugeln des Reibringgetriebes sind zwischen der radial umlaufenden Umfangsfläche des einzelnen und einzigen zentralen Stützringes als Lauffläche einerseits und den Eingangs- und
Ausgangsreibelementen andererseits derart gestützt und geführt angeordnet, dass - vermittelt durch die Kugeln - das Eingangsreibelement und das
Ausgangsreibelement zur Drehmomentübertragung miteinander reibschlüssig gekoppelt sind. Dadurch, dass die Stütz- und Führungsanordnung
erfindungsgemäß aus einem einzelnen und einzigen zentralen Stützring mit einer radial umlaufenden Umfangsfläche ausgebildet ist, wird der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes verbessert, weil eine bisher vorzusehende
Mehrzahl von Stützringen durch einen einzelnen und einzigen zentralen Stützring ersetzt wird, und dadurch Reibungsverluste nicht mehrfach auftreten und also insgesamt verringert werden. Auch die Lagerung der bisherigen Stützringe entfällt. Zusätzlich entfallen auf Grund der Reduktion der Anzahl der
Komponenten beim Aufbau des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes Material-,
Montage- und Wartungsaufwand.
Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
Um eine besonders zuverlässige Führung der Mehrzahl von Kugeln bei deren Lauf entlang der Umfangsfläche des einzelnen und einzigen zentralen
Stützringes zu gewährleisten, ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform aes emnaungsgemaiien Keionnggetneoes vorgesenen, aass aie umrangsTiacne des einzelnen und einzigen zentralen Stützringes eine radial umlaufende konkave Führungsnut zum Stützen und Führen der Mehrzahl von Kugeln aufweist.
Ein besonders hohes Maß an Zuverlässigkeit beim Lauf der Mehrzahl von Kugeln auf der Umfangsfläche des zentralen Stützringes ergibt sich, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen
Reibringgetriebes die Kugeln eine identische Gestalt besitzen und die konkave Führungsnut des einzelnen und einzigen zentralen Stützringes einen
Krümmungsradius aufweist, der größer ist als ein Krümmungsradius der Kugeln. Die Kugeln können insbesondere ortsfest sein, drehen sich dabei um sich selbst, wobei die Drehachse in der Neigung angepasst werden kann. Der Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes lässt sich weiter steigern, indem in vorteilhafter Weise der Krümmungsradius der konkaven Führungsnut des einzelnen und zentralen Stützringes so ausgebildet ist, dass eine Kontaktfläche der konkaven Führungsnut des einzelnen und zentralen Stützringes mit den Kugeln im Verhältnis zu einem optimalen Wirkungsgrad des Reibringgetriebes minimal ist und/oder im Betrieb des Reibringgetriebes eine
Hertzsche Pressung in der Kontaktfläche einen im Verhältnis zur statischen und dynamischen Festigkeit des einzelnen und zentralen Stützringes bestimmten maximalen Wert nicht übersteigt. Die Umfangsfläche des Stützringes des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes kann alternativ entweder eine Außenumfangsfläche sein, so dass im Betrieb die Mehrzahl der Kugeln des Reibringgetriebes - insbesondere ortsfest - auf dem einzelnen und zentralen Stützring außen läuft. Alternativ kann es vorgesehen sein, das die Umfangsfläche eine
Innenumfangsfläche ist und somit die Mehrzahl der Kugeln des Reibringgetriebes - insbesondere ortsfest - auf dem einzelnen und zentralen Stützringen innen läuft.
Bei den Ausführungsformen müssen das Eingangsreibelement und das
Ausgangsreibelement entsprechend gestaltet sein, um - vermittelt durch die Mehrzahl der Kugeln - miteinander reibschlüssig gekoppelt zu sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Reibringgetriebes ist das Eingangsreibelement und/oder das
Ausgangsreibelement als Ring mit einer jeweils radial umlaufenden
Umfangsfläche - insbesondere als Innenumfangsfläche - zum Stützen und
Führen der Kugeln ausgebildet.
Vorteilhafterweise werden Materialien für den zentralen Stützring verwendet, die einen besonders geringen Reibwert und/oder im Betrieb wenig Verschleiß zeigen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Reibringgetriebes ist der einzelne und einzige zentrale Stützring der Stütz- und Führungsanordnung mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet, welche Stahl, Keramikwerkstoffe, Verbundwerkstoffe und Carbonwerkstoffe aufweist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Antrieb eines mit Muskelkraft und/oder mit Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges und insbesondere eines Elektrofahrrades, eBikes oder Pedelecs. Dieser ist zur Erzeugung eines
Drehmomentes ausgebildet und weist ein Reibringgetriebe gemäß der vorliegenden Erfindung auf, wobei dem Reibringgetriebe das Drehmoment zuführbar ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes ist (i) ein elektrischer Antrieb zur Erzeugung eines Motordrehmoments ausgebildet, (ii) dem Reibringgetriebe das Motordrehmoment und/oder ein Zweitdrehmoment, insbesondere ein mit Muskelkraft erzeugtes Fahrerdrehmoment, zuführbar, (iii) das Ausgangsreibelement des Reibringgetriebes mit einem Abtriebselement verbunden, insbesondere mit einem Kettenblatt, und (iv) das Reibringgetriebe koaxial zu einer Welle, über welche das Zweitdrehmoment aufbringbar ist, angeordnet.
Zusätzlich oder alternativ können Maßnahmen ergriffen werden, die auf Grund der begrenzten Übertragbarkeit von Drehmomenten des Reibringgetriebes der Reduktion des Drehmomentes am Eingang des Reibringgetriebes dienen. So kann in vorteilhafterweise als Hochtreiberstufe ein Planetengetriebe mittelbar oder unmittelbar mit dem Eingang des Reibringgetriebes und insbesondere mit dem Eingangsreibelement gekoppelt sein. Zur Reduktion z.B. einer Drehzahl eines elektrischen Antriebes kann alternativ oder zusätzlich ein Motorgetriebe nach Art eines Reduktionsgetriebes mittelbar oder unmittelbar mit dem Eingang des Reibringgetriebes und insbesondere mit dem Eingangsreibelement gekoppelt sein, wobei insbesondere das
Reduktionsgetriebe entweder zweistufig ist mit einer Innenverzahnung und einer Stirnradstufe oder aber ein zweistufiges Stirnradgetriebe bildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein mit
Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbares Fahrzeug geschaffen, welches einen erfindungsgemäßen Antrieb mit einem erfindungsgemäßen
Reibringgetriebe aufweist.
Kurzbeschreibung der Figuren
Unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren werden Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben. ist eine schematische Darstellung eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Fahrzeuges nach Art eines Elektrofahrrades, bei welchem eine erste Ausführungsform der Erfindung realisiert ist ist eine schematische und teilweise geschnittene Vorderansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes. ist eine perspektivische und teilweise geschnittene
Vorderansicht einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Antriebes. ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebes aus Figur 3.
Figur 5 ist eine teilweise geschnittene und perspektivische Draufsicht auf eine Anordnung von Stützring und Mehrzahl von Kugeln einer AusTunrungsTorm eines errinaungsgemaiien
Reibringgetriebes.
Figur 6 zeigt eine perspektivische Ansicht der Anordnung aus Stützring und Mehrzahl von Kugeln der Ausführungsform aus Figur 5.
Figuren 7 und 8 sind perspektivische und teilweise geschnittene Ansichten eines einzelnen und einzigen zentralen Stützring einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes.
Figur 9 zeigt in schematischer und teilweise geschnittener Draufsicht
Details einer Ausführungsform eines einzelnen und einzigen zentralen Stützringes des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes.
Figur 10 zeigt Details einer radial umlaufenden Außenumfangsfläche eines einzelnen und einzigen zentralen Stützringes einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes.
Figur 1 1 zeigt in perspektivischer und teilweise geschnittener Draufsicht ein Reibringgetriebe, von welchem bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung ausgegangen wurde.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 10
Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und
Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen. iunacnst wira unter tsezugnanme aur ι-igur i oeispieinan ein bieKtroranrraa ais eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs 1 im
Detail beschrieben.
Das Fahrzeug 1 umfasst als Elektrofahrrad einen Rahmen 12, an dem ein
Vorderrad 9-1 , ein Hinterrad 9-2 und ein Kurbeltrieb 2 mit zwei Kurbeln 7, 8 mit Pedalen 7-1 und 8-1 angeordnet sind. Ein elektrischer Antrieb 3 ist in den
Kurbeltrieb 2 integriert. Am Hinterrad 9-2 ist ein Ritzel 6 angeordnet, dieses kann Teil einer Gangschaltung sein.
Ein Antriebsmoment, welches durch den Fahrer und/oder durch den elektrischen Antrieb 3 bereitgestellt wird, wird von einem Kettenblatt 4 am Kurbeltrieb 2 über eine Kette 5 auf das Ritzel 6 übertragen. Am Lenker des Fahrzeuges 1 ist ferner eine Steuereinheit 10 angeordnet, welche mit dem elektrischen Antrieb 3 verbunden ist. Im oder am Rahmen 12 ist ferner Batterie 1 1 ausgebildet, welche zur Stromversorgung des elektrischen Antriebes 3 dient.
Im Rahmen 12 integriert ist ferner ein Kurbellager 13 oder Tretlager, welches ein Kurbelgehäuse 14 und eine Kurbelwelle 15 aufweist.
Beim erfindungsgemäßen Fahrzeug 1 gemäß Figur 1 wird der erfindungsgemäße Antrieb 2, 3 gebildet von dem elektrischen Antrieb 3 und dem Kurbeltrieb 2, die als solche innerhalb des Kurbelgehäuses 14 unter Verwendung des
erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50 zusammenwirken.
In Figur 1 ist das Fahrzeug 1 mit seiner Längserstreckungsrichtung in der x- Richtung ausgerichtet und vertikal parallel zur xz-Richtung orientiert. Die
Querrichtung des Fahrzeuges 1 erstreckt sich parallel zur y-Richtung.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50 in einem Schnitt parallel zur yz-Ebene zentral durch die Kurbelwelle 15
innerhalb des Kurbelgehäuses 14.
Das Reibringgetriebe 50 besteht dem Kern nach aus einem einzelnen und
einzigen zentralen Stützring 61 , welcher die Stütz- und Führungsanordnung 60 für die Mehrzahl von Kugeln 52 des Reibringgetriebes 50 bildet. Der zentrale Stützring 61 besitzt eine zentrale Öffnung 65, welche berührungsfrei von der Kurbelwelle 15 durchmessen wird. Der zentrale Stützring 61 weist des Weiteren eine in radial umlaufender Außenumfangsfläche 62 auf. Die radial umlaufende Außenumfangsfläche 62 ist nach Art einer konkaven Ringnut 63 ausgebildet. Die radial umlaufende Außenumfangsfläche 62 und die konkave Ringnut 63 bilden eine Lauffläche für die Mehrzahl der Kugeln 52 des
Reibringantriebes 50 und liefern somit jeweils lokal eine Kontaktfläche 64 für jede der Kugeln 52.
Jede Kugel 52, hier als Vollkugel ist mit einer Oberfläche oder Kugelfläche 56 ausgebildet, besitzt darüber hinaus eine die Kugel 52 zentral durchlaufende Kugelwelle 55, welche eine jeweilige Drehachse 54 für die Kugel 52 definiert. Die Kugeln 52 können sich z.B. durch eine Lagerung auf der Kugelwelle 55 um die Drehachse 54 drehen.
Das Reibringgetriebe 50 weist des Weiteren ein Eingangsreibelement 51 in Ringform und ein Ausgangsreibelement 53, ebenfalls in Ringform, auf. Die Eingangs- und Ausgangsreibelemente 51 beziehungsweise 53 besitzen umlaufende Umfangsflächen 51 -1 beziehungsweise 53-1.
Der einzelne und einzige zentrale Stützring 61 wird bei der Anordnung des Reibringgetriebes 50 aus Figur 2 innen durch die zentrale Öffnung 65 von der Kurbelwelle berührungsfrei durchmessen. Die Kugeln 52 laufen mit ihren
Kugelflächen 56 den Stützring 61 außen auf dessen äußerer Umfangsfläche 62.
Andererseits tritt jede Kugelfläche 56 auch mit den Umfangsflächen 51 -1 und 53- 1 der Eingangs- und Ausgangselemente 51 und 53 in reibenden mechanischen Kontakt.
Insgesamt werden die Kugeln 52 des Reibringgetriebes 50 von dem innen und zentral liegenden Stützring 61 einerseits und den außen und seitlich versetzt liegenden Eingangs- und Ausgangsreibelementen 51 und 53 gehaltert, so dass die Kugeln 52 auf der Außenumfangsfläche 62 des zentralen Stützringes 61 fast reibungsfrei laufen und dabei über den Reibschluss mit den
Innenumfangsflächen 51 -1 und 53-1 der Eingangs- und Ausgangsreibelemente öl und 00 die Kopplung zwiscnen den bingangs- und Ausgangsreioeiementen 51 und 5 erzeugen.
Über das Verstellen der Orientierung der Drehachsen 54, der Kugeln 52 und der Kugelwellen 55, zum Beispiel relativ zur y-Richtung und insbesondere zur Orientierung der Drehachse Y der Kurbelwelle 15, und über den reibenden Kontakt mit den Umfangsflächen 51 -1 und 53-1 der Eingangs- und
Ausgangsreibelemente 51 und 53 und den Reibschluss der Oberfläche 56 der Kugeln 52 wird das Maß an Über- oder Untersetzung des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50 variiert.
Die Figuren 3 und 4 zeigen in schematischer und teilweise geschnittener perspektivischer Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebes 2, 3 unter Verwendung einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50.
Bei dieser Ausführungsform ist die Mehrzahl der Kugeln 52 mit den Kugelwellen 54, durch welche die Drehachsen 55 der Kugeln 52 definiert werden, innerhalb eines Kugelträgers 75 seitlich aufgenommen. Ansonsten stützen sich die Kugeln 52 wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50 beim einzelnen und einzigen zentralen Stützring 61 an dessen Außenumfangsfläche 62 und der konkaven Ringnut 63 ab.
Dem gegenüber werden die Kugeln 52 an den Innenumfangsflächen 51 -1 und 53-1 der Eingangs- und Ausgangsreibelemente 51 und 53 nach innen abgestützt, um so die reibschlüssige Kopplung des Eingangsreibelementes 51 mit dem Ausgangsreibelement 53 zu erzeugen.
Aus den Anordnungen der Figuren 3 und 4 wird deutlich, dass über die
Kurbelwelle 15 und ein Pedalieren durch den Benutzer über den Kurbeltrieb 2 mit Muskelkraft ein Drehmoment in das Ringreibgetriebe 50 eingebracht werden kann.
Andererseits ist ein elektrischer Antrieb 3, zum Beispiel ein Elektromotor, vorgesehen, welcher über ein Motorgetriebe 80, z.B. mit einer Innenverzahnung und einer Stirnradstufe, ein weiteres Drehmoment in das Reibringgetriebe 50 einprägen kann. Die Einkopplung des Drehmomentes erfolgt insbesondere über ein Antneoszannraa tn aes iviotorgetneoes ÖU. uas iviotorgetneoe ÖU aient aer Reduktion der Motordrehzahl.
Ein vorgesehenes Planetengetriebe 70 kann als Fahrergetriebe der
Drehmomentreduktion für die begrenzte Drehmomentübertragbarkeit des Kugel- Reibring-Getriebes 50 dienen.
Der Antrieb 2, 3 gemäß den Figuren 3 und 4 weist des Weiteren zwei
Spreizkupplungen 90 auf.
Die Figuren 5 und 6 zeigen gemäß einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50 in perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht Details einer Anordnung aus einem einzelnen und einzigen zentralen Stützring 51 und daran angelagerter Kugeln 52.
Es ist wieder zu erkennen, dass der zentrale Stützring 61 ein einziges Element der Führungsanordnung 60 ist und eine radial umlaufende Umfangsfläche 62 in Form einer Ringnut 63 aufweist, an welcher die Kugeln 52 mit ihren Kugelflächen 56 mit Rotation um die Achse 54 der Welle 55 entlanglaufen können. Der Stützring 61 weist eine zentrale Ausnehmung oder ein Durchgangsloch 65 auf, durch welches bei vollständiger Montage die Kurbelwelle 15 drehfrei
hindurchläuft.
Die Figuren 7 und 8 zeigen in perspektivischer und teilweise geschnittener Draufsicht Details eines einzelnen und einzigen zentralen Stützringes 61 , wie er bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50 verwendet werden kann. Der zentrale Stützring 61 bildet das einzige Element der Stütz- und Führungsanordnung 60 des erfindungsgemäßen Reibringgetriebes 50. Weder ist die zentrale Ausnehmung 65 dargestellt, durch welche bei vollständiger Montage die Kurbelwelle 15 des Antriebes 2, 3 drehfrei
hindurchläuft. Der zentrale Stützring 61 besitzt eine den Ring außen vollständig radial umlaufende Außenumfangsfläche 62 in Form einer konkaven Ringnut 63.
Figur 10 zeigt weitere Details der konkaven Ringnut 63 der radial den Stützring 61 außen umlaufenden Umfangsfläche 62. Dort ist insbesondere die so genannte Auflagefläche 64 dargestellt, die den direkten mechanischen Kontakt des Stützringes 61 in lokaler Art und Weise mit einer jeweiligen Kugel 52 definiert. Die Krümmungsradien der konkaven Ringnut 63 und der Kugeln 52 und die gegenseitigen Andruckkräfte werden so gewählt, dass sich ein optimaler
Wirkungsgrad beim Drehmomentenübertrag in Reibschluss der Kugeln 52 mit dem Eingangsreibelement 51 und dem Ausgangsreibelement 53 einstellt.
Insbesondere werden die Krümmungsradien der konkaven Ringnut 63 und der Kugeln 52 so gewählt, dass eine Hertzsche Pressung der Kontaktfläche 64 im Verhältnis zur statischen und dynamischen Festigkeit des zentralen Stützringes 61 und/oder der Kugeln 52 einen bestimmten maximalen Wert nicht übersteigt.
Figur 1 1 zeigt in perspektivischer und teilweise geschnittener Ansicht ein
Reibringgetriebe 50', von welchem bei der Entwicklung der vorliegenden
Erfindung ausgegangen wurde. Auch bei dieser Ausgestaltungsform eines Reibringgetriebes 50' wird eine
Mehrzahl von Kugeln 52 mit Kugelachsen 54 definierenden Kugelwellen 55 in einem Kugelhalter 75 gehaltert. Die Kugeln 52 werden und zwischen einer Stütz- und Führungsanordnung 'mit zwei seitlich angeordneten Stützringen 91 und 92 einerseits und eine Kombination aus Eingangsreibelement 51 und
Ausgangsreibelement 53 andererseits angeordnet, um über die Kugeln 52 einen
Reibschluss zwischen dem Eingangsreibelement 51 und dem
Ausgangsreibelement 53 zum Drehmomentenübertrag auszubilden.
Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, bei welcher die Stütz- und
Führungsanordnung 60 ausschließlich aus einem einzelnen und einzigen zentralen Stützring 61 besteht, sind bei der herkömmlichen Ausgestaltung eines Reibringgetriebes 50' zwei seitlich angeordnete Stützringe 91 und 92 mit entsprechenden Lagerungen als herkömmliche Stütz- und Führungsanordnung ausgebildet. Dies erhöht die Komplexität des herkömmlichen Reibringgetriebes 50' mit einem entsprechend Montage- und Wartungsaufwand und mit
gesteigerten Reibverlusten bei geringerem Wirkungsgrad des Reibringgetriebes 50' zum Drehmomentenübertrag.
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert: uie bmnaung oetrim insoesonaere aucn bieKtroranrraaer, eaeiecs, ebiKes una dergleichen z.B. mit einem Mittel motor und einer Fahrradschaltung zur
Anpassung der begrenzten Antriebskraft des Fahrers an unterschiedliche Fahrwiderstände.
Die Erfindung geht dabei aus (i) von Elektrofahrrädern mit Tretlagerantrieb aus z. B. mit einer Anordnung mit Ketten- oder Nabenschaltung am Hinterrad 9-2 und eines elektrischen Antriebs 3 am Tretlager 13 und (ii) vom Grundprinzip eines Kugel-Reibring-Getriebes z. B. mit Integration des Kugel-Reibring-Getriebes als stufenlos verstellbares Fahrradschaltgetriebe in einen Pedelec- oder eBike-
Tretlagerantrieb.
Bei einem herkömmlichen Kugel-Reibring-Getriebe 50' werden die Kugeln 52 des Kugel-Reibring-Getriebes 50' mittels zweier Stützringe 91 , 92 und zugehöriger Lagerungen abgestützt. Ein derartiges herkömmliches Kugel-Reibring-Getriebe
50' hat aber als reibschlüssiges Getriebe gegenüber formschlüssigen
Zahnradgetrieben den Nachteil eines geringeren Wirkungsgrads.
Der Erfindung liegt unter anderem die Aufgabe zu Grunde, eine
Fahrradschaltung nach dem Grundprinzip eines Kugel-Reibring-Getriebes in die
Antriebseinheit am Tretlager 13 eines Pedelecs oder dergleichen so zu integrieren, dass dabei eine besonders energieeffiziente Darstellung erzielt wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch den Einsatz und die Integration eines stufenlos verstellbaren Schaltgetriebes mit dem Grundprinzip des Kugel- Reibring-Getriebes, indem die Kugeln 50 des neuen Kugel-Reibring-Getriebes 50 mit einem einzelnen und einzigen zentralen Stützring 61 abgestützt werden. Der zentrale Stützring 61 weist eine konkave Fläche 63 zu den Kugeln 52 hin auf. Erfindungsgemäß können ein zweiter Stützring und eine Lagerung von
Stützringen entfallen.
Ein erfindungsgemäßes Kugel-Reibring-Getriebe 50 mit nur einem zentralen Stützring 61 mit konkaver Lauffläche 63 für die Kugeln 52 hat gegenüber einem herkömmlichen Kugel-Reibring-Getriebe 50' mit zwei Stützringen 91 , 92 mit Lagerung und nicht zentraler Position den Vorteil eines verbesserten
Wirkungsgrades. weitere vorteile oei der Verwendung eines zentralen ötutznngs en gegenuoer zwei Stützringen 91 , 92 sind geringere Kosten, eine geringere Komplexität des Getriebeaufbaus bei geringerer Anzahl der zu verbauenden Teile und
Komponenten und ein geringerer eingenommener radialer Bauraum, wodurch insbesondere auch eine Kurbelwelle 15 mit größerem Durchmesser verwendet werden kann.
Vorteilhafterweise sind das Kugel-Reibring-Getriebe 50, die Kurbelwelle 15 und das Kettenblatt 4 koaxial angeordnet. Das erfindungsgemäße reibschlüssige Kugel-Reibring-Getriebe 50 übernimmt die Aufgabe der Fahrradschaltung.
In den Figuren 2 und 3 ist der Aufbau einer Ausführungsform eines Pedelec- Tretlagerantriebs 2, 3 mit integriertem Kugel-Reibring-Getriebe 50 und einem zentrale Stützring 61 für die Abstützung der Kugeln 52 in koaxialer Anordnung zur Kurbelwelle 15 und Kettenblatt 4 in einer bevorzugten und besonders kompakten Ausführung dargestellt.
Es sind zwei Reibringe 51 , 53 und An- und Abtrieb des Getriebes reibschlüssig mit den Kugeln 52 verbunden. Das Verstellen der Übersetzung zwischen An- und Abtrieb erfolgt durch die Neigung der Kugeldrehachse 54, 55. Hierdurch verändern sich die für die Übersetzung relevanten Radien vom Reibring 51 , 53 zur Drehachse 54, 55 der Kugel 52. Aus diesem Grund wird die Anordnung auch als Variator bezeichnet.
Aus dem Verhältnis der beiden Radien ergibt sich die Übersetzung des Kugel- Reibring-Variators. Der Übergang zwischen den einstellbaren Radien erfolgt kontinuierlich über die Fläche 56 der Kugel 52. Der Verstellvorgang kann automatisch erfolgen, beispielsweise mit Hilfe eines Stellantriebes.
Auf Grund der begrenzten Drehmomentübertragbarkeit des Kugel-Reibring- Variators kann zusätzlich ein Planetengetriebe als Hochtreiberstufe 70 zur Reduzierung des Drehmoments am Eingang des Variators ausgebildet sein.
Der Motor 3 kann über ein Reduktionsgetriebe 80 angebunden sein. Das Reduktionsgetriebe 80 kann zweistufig mit einer Innenverzahnung und einer Stirnradstufe ausgeführt sein. Dabei ist ein großes Abtriebszahnrad 81 der Stirnradstufe mit einem Anpressring einer Spreizkupplung am Eingang bzw. am Antneo des vanators verounaen. uer vanator Kann z.ts. insgesamt zwei Spreizkupplungen 90 und zwei Axiallager für eine drehmomentabhängige Anpresskraft und für die Abstützung der beiden Reibringe 51 , 53 am
feststehenden Gehäuse 14 aufweisen. Am Anpressring erfolgt die Summation der Drehmomente von Fahrer und Motorunterstützung.
Bei dieser Anordnung nutzt das Motorgetriebe 80 das dem Variator vorgelagerte Hochtreiberplanetengetriebe mit und der Anpressring des Variators kann bauraumsparend in das große Abtriebszahnrad 81 des Motorgetriebes 80 integriert werden.
Durch das Hochtreiberplanetengetriebe ist die Drehzahl am Eingangsreibring 51 des Variators gegenüber der Trittfrequenz erhöht und die Übersetzung des Motorgetriebes 80 kann bei gleichbleibender Motordrehzahl entsprechend geringer ausfallen.
Mit geringerer erforderlicher Übersetzung für das Motorgetriebe 80 kann dieses entsprechend kompakt ausgelegt werden.
Eine erforderliche Abstützung der Kugeln 52 erfolgt erfindungsgemäß nur mit dem einzigen und zentralen Stützring 61 mit konkaver Lauffläche 62, 63 für die Kugeln 52, wie dies in den Figuren 4 bis 6 dargestellt ist. Dabei ist die Krümmung der konkaven Fläche 62, 63 so gewählt, dass (i) der Krümmungsradius größer ist als der Radius der Kugeln 52, (ii) die Kontakt- oder Berührfläche 64 gemäß Figur 6 für einen optimalen Wirkungsgrad minimal ist und (iii) die Hertzsche Pressung in der Kontaktfläche für die statische und dynamische Festigkeit des Stützringes 61 einen maximalen Wert nicht übersteigt.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist die Hertzsche Pressung in der
Kontaktfläche 64 des zentralen Stützrings 61 nicht größer als die Hertzsche Pressung in der Kontaktfläche pro Stützring 91 , 92 bei der Verwendung von zwei Stützringen 91 , 92 für die Abstützung der Kugeln 52.
Durch das Verwenden einer einzigen Kontakt- oder Berührfläche 64 bei der Abstützung der Kugeln 52 und durch den Wegfall der Lagerung bei der
Verwendung von zwei Stützringen 91 , 92, ergibt sich für den erfindungsgemäßen Kugel-Reibring-Variator ein höherer Wirkungsgrad. Alternativ zur Verwendung einer Innenverzahnung bei der Darstellung des Motorgetriebes 80 kann insbesondere auch ein zweistufiges Stirnradgetriebe eingesetzt werden.

Claims

Reibringgetriebe (50) eines Antriebes (2, 3) eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges (1), insbesondere eines
Elektrofahrrades, eBikes oder Pedelecs,
mit:
- einem Eingangsreibelement (51),
- einer Mehrzahl von Kugeln (52),
- einer Stütz- und Führungsanordnung (60) zum Stützen und Führen der Kugeln (52) und
- einem Ausgangsreibelement (53),
bei welchem:
- die Stütz- und Führungsanordnung (60) einen einzelnen und einzigen zentralen Stützring (61) mit einer radial umlaufenden Umfangsfläche (62) aufweist,
- die Kugeln (52) zwischen der radial umlaufenden Umfangsfläche (62) des einzelnen und einzigen zentralen Stützringes (61) als Lauffläche einerseits und den Eingangs- und Ausgangsreibelementen (51 , 53) andererseits derart gestützt und geführt angeordnet sind,
- dass - vermittelt durch die Kugeln (52) - das Eingangsreibelement (51) und das Ausgangsreibelement (53) zur Drehmomentübertragung miteinander reibschlüssig gekoppelt sind.
Reibringgetriebe (50) nach Anspruch 1 ,
bei welchem die Umfangsfläche (62) des einzelnen und zentralen
Stützringes (61) eine radial umlaufende konkave Führungsnut (63) zum Stützen und Führen der Mehrzahl von Kugeln (52) aufweist.
Reibringgetriebe (50) nach Anspruch 2,
bei welchem:
- die Kugeln (52) eine identische Gestalt besitzen und - die KonKave unrungsnut ö3 aes einzelnen una einzigen zentralen Stützringes (61) einen Krümmungsradius aufweist, der größer ist als ein Krümmungsradius der Kugeln (52).
Reibringgetriebe (50) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
bei welchem der Krümmungsradius der konkaven Führungsnut (63) des einzelnen und zentralen Stützringes (61) so ausgebildet ist, dass
- eine Kontaktfläche (64) der konkaven Führungsnut (63) des einzelnen und zentralen Stützringes (61) mit den Kugeln (52) im Verhältnis zu einem optimalen Wirkungsgrad des Reibringgetriebes (50) minimal ist und/oder
- im Betrieb des Reibringgetriebes (50) eine Hertzsche Pressung in der Kontaktfläche (64) einen im Verhältnis zur statischen und dynamischen Festigkeit des einzelnen und zentralen Stützringes (61) bestimmten maximalen Wert nicht übersteigt.
Reibringgetriebe (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Umfangsfläche (62) des Stützringes (61) eine
Außenumfangsfläche ist.
Reibringgetriebe (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Eingangsreibelement (51) und/oder das
Ausgangsreibelement (53) als Ring mit einer jeweils radial umlaufenden Umfangsfläche (51-1 , 53-1) - insbesondere als Innenumfangsfläche - zum Stützen und Führen der Kugeln (52) ausgebildet ist.
Reibringgetriebe (50) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der einzelne und einzige zentrale Stützring (61) der Stütz- und Führungsanordnung (60) mit oder aus einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe ausgebildet ist, welche aufweist Stahl, Keramikwerkstoffe, Verbundwerkstoffe und Carbonwerkstoffe.
Antrieb (2, 3) eines mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbaren Fahrzeuges (1), insbesondere eines Elektrofahrrades, eBikes oder Pedelecs,
welcher:
- zur Erzeugung eines Drehmomentes ausgebildet ist und - ein Keionnggetrieoe (ÖU) nacn einem aer Ansprucne i DIS I aufweist, wobei dem Reibringgetriebe (50) das Drehmoment zuführbar ist.
Antrieb (2, 3) nach Anspruch 8,
bei welchem
- ein elektrischer Antrieb (3) zur Erzeugung eines Motordrehmoments ausgebildet ist,
- dem Reibringgetriebe (50) das Motordrehmoment und/oder ein
Zweitdrehmoment, insbesondere ein mit Muskelkraft erzeugtes
Fahrerdrehmoment, zuführbar ist,
- das Ausgangsreibelement (53) des Reibringgetriebes (50) mit einem Abtriebselement verbunden ist, insbesondere mit einem Kettenblatt (4), und
- das Reibringgetriebe (50) koaxial zu einer Welle, über welche das
Zweitdrehmoment aufbringbar ist, angeordnet ist.
Antrieb (2, 3) nach einem der Ansprüche 8 und 9,
bei welchem als Hochtreiberstufe ein Planetengetriebe (70) mittelbar oder unmittelbar mit dem Eingang des Reibringgetriebes (50) und insbesondere mit dem Eingangsreibelement (51) gekoppelt ist.
Antrieb (2, 3) nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
bei welchem:
- zur Reduktion der Drehzahl des elektrischen Antriebes (3) eine
Motorgetriebe nach Art eines Reduktionsgetriebes mittelbar oder unmittelbar mit dem Eingang des Reibringgetriebes (50) und insbesondere mit dem Eingangsreibelement (51) gekoppelt ist und insbesondere
- das Reduktionsgetriebe entweder zweistufig ist mit einer
Innenverzahnung und einer Stirnradstufe oder aber ein zweistufiges Stirnradgetriebe.
Mit Muskelkraft und/oder Motorkraft antreibbares Fahrzeug (1), mit einem Antrieb (2, 3) nach einem der Ansprüche 8 bis 11.
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