WO2022106107A1 - Antriebsvorrichtung für ein elektrofahrrad und elektrofahrrad - Google Patents

Abstract

Eine Antriebsvorrichtung (5) für ein Elektrofahrrad weist eine Motoreinheit zum Antreiben des Elektrofahrrads und einen Antrieb (10) auf. Die Antriebsvorrichtung (5) weist weiter eine Getriebestufe (20) auf, wobei der Antrieb (10) zum Antreiben der Getriebestufe (20) und die Getriebestufe (20) zum Antreiben des Elektrofahrrads ausgebildet sind. Die Getriebestufe (20) ist einerseits mit dem Antrieb (10) gekoppelt und andererseits dazu eingerichtet, ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads zu übertragen. Die Getriebestufe (20) ist als Wellgetriebe ausgebildet und der Antrieb (10) und das Wellgetriebe sind in Bezug auf eine Rotationsachse (8) einer Tretkurbel (4) des Elektrofahrrads koaxial anordenbar.

Description

Beschreibung

Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und Elektrofahrrad

Die Erfindung betri f ft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und ein Elektrofahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung .

Fahrräder realisieren kostengünstige , leicht zu handhabende und emissions freie Fortbewegungsmittel . Sie haben auch als Sport- bzw . Fitnessgeräte Verbreitung gefunden, und es haben sich für unterschiedliche sportliche Einsatz felder besonders geeignete Typen herausgebildet .

In den letzten Jahren wächst die Begeisterung für Elektrofahrräder ( insb . sogenannte " Pedelecs" ) , und das auch trotz der für Fahrräder hohen Gewichte und Preise .

Potenzielle Kunden sind nicht nur ältere , weniger konditionsstarke oder von sportlichen Ambitionen freie Radfahrer, sondern auch sportliche , j üngere Fahrer, sei es zur Nutzung auf dem Arbeitsweg oder wegen der Möglichkeit , mit ihnen ohne Überbeanspruchung der eigenen Physis den Aktionsradius zu erweitern und/oder die Reisegeschwindigkeit zu erhöhen . Gerade bei Mountainbikern scheint das Interesse an elektrisch unterstützten Mountainbikes zu wachsen . Bei Elektrofahrrädern ist es ein Anliegen, ein zuverlässig unterstützendes Antriebssystem bereitzustellen, welches eine hohe Leistungsübertragung ermöglicht .

Es ist eine Aufgabe , die der Erfindung zugrunde liegt , ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder zu schaf fen, welches einen besonders übersichtlichen und platzsparenden Aufbau ermöglicht . Gemäß einem Aspekt wird eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad of fenbart . Die Antriebsvorrichtung weist eine Motoreinheit zum Antreiben des Elektrofahrrads auf . Die Antriebsvorrichtung weist weiter einen Antrieb und eine Getriebestufe auf , wobei der Antrieb zum Antreiben der Getriebestufe und die Getriebestufe zum Antreiben des Elektrofahrrads ausgebildet sind . Der Antrieb ist mit der Getriebestufe gekoppelt und die Getriebestufe ist dazu eingerichtet , abtriebsseitig ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads abzugeben oder bereitzustellen . Die Getriebestufe ist als Wellgetriebe ausgebildet und der Antrieb und das Wellgetriebe sind in Bezug auf eine Rotationsachse einer Tretkurbel des Elektrofahrrads koaxial angeordnet bzw . dazu eingerichtet , koaxial zu der Tretkurbel angeordnet zu werden .

Mittels der beschriebenen Antriebsvorrichtung ist ein zuverlässiges Antriebskonzept für Elektrofahrräder realisierbar, welches einen besonders und platzsparenden Aufbau ermöglicht . Die beschriebene Antriebsvorrichtung ist insbesondere zur Montage an ein Unterrohr oder an ein Sitzrohr des Elektrofahrrads geeignet und ermöglicht einen vorteilhaften Einklang hinsichtlich einer geringen Geräuschentwicklung, einer hohen Ef fi zienz und einer kleinen Baugröße . Dies wird unter anderem dadurch ermöglicht , dass die Elemente der Antriebsvorrichtung koaxial zur Tretkurbelwelle des Elektrofahrrads anordenbar sind .

Das Wellgetriebe der Getriebestufe realisiert ein spiel freies Getriebe zur Übertragung von großen Drehmomenten und wird auch als Spannungswellengetriebe oder als „Harmonie Drive" bezeichnet . Es ermöglicht eine hohe Übersetzung von zum Beispiel 100 : 1 und zeichnet sich zudem durch eine hohe Stei figkeit aus zeichnet . Ein solches Harmonie Drive weist unter anderem ein einen sogenannten „Wave Generator" oder Wellenerzeuger auf , der den Antrieb des Wellgetriebes bildet . Ferner ist zum Beispiel eine verformbare zylindrische Stahlbüchse vorhanden, die als „Flexspline" bezeichnet wird und den Abtrieb des Harmonie Drive ausbildet und durch Rotation des Wave Generators vorgegeben verformt wird . Außerdem ist ein Außenelement vorgesehen, welches auch als „Circular Spline" bezeichnet wird und welches mittels Verzahnungen mit dem Flexspline zusammenwirkt , sodass zum Beispiel j ede Umdrehung des Wave Generators zu einer Relativbewegung von zwei Zähnen des Flexspline hinsichtlich des Circular Spline führt .

Alternativ zu dem Wellgetriebe kann die Getriebestufe der Antriebsvorrichtung ein Zykloidgetriebe umfassen, welches auch ein spiel freies Getriebe zur Übertragung von großen Drehmomenten realisiert . Zykloidgetriebe übertragen Drehmomente wäl zend mittels Kurvenscheiben .

Die Getriebestufe ist insbesondere mittels einer Abtriebswelle mit der Tretkurbel des Elektrofahrrads gekoppelt beziehungsweise koppelbar, wenn ein unterstützender Antrieb gefordert ist . Die Abtriebswelle ist insbesondere fest mit einem Zahnrad oder Kettenblatt des Elektrofahrrads gekoppelt . Die Tretkurbel ist insbesondere fest mit der oder den Pedalen des Elektrofahrrads gekoppelt . Die Antriebseinheit ermöglicht somit das Ausbilden eines platzsparenden und ef fi zienten Antriebs , bei dem ein Pedalbetrieb und ein unterstützender Elektroantrieb kombiniert und mittels der Abtriebswelle gekoppelt oder bei Bedarf koppelbar sind . Gemäß einer bevorzugten Aus führungs form der Antriebsvorrichtung ist der Antrieb als Elektromotor der Motoreinheit ausgebildet und umfasst einen Stator und einen Rotor, die j eweils ringförmig ausgebildet und so angeordnet sind, dass der Stator den Rotor umgibt und der Rotor mit der Getriebestufe gekoppelt ist . Für den Antrieb der Getriebestufe wird somit ein Ringmotor einer Elektromaschine genutzt , um einen besonders platzsparenden Aufbau der Antriebsvorrichtung realisieren zu können . Anders formuliert bildet der Elektromotor der Motoreinheit den Antrieb für das Wellgetriebe aus . Darüber hinaus umfasst die Motoreinheit zum Beispiel noch ein Gehäuse und Anschlüsse zum Ansteuern des Elektromotors .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Antriebsvorrichtung weist die Getriebestufe einen Wellenerzeuger, einen zylindrischen Außenring mit einer Innenverzahnung und ein elastisches Übertragungselement mit einer Außenverzahnung auf , die in Abstimmung auf die Innenverzahnung des Außenrings vorgegeben ausgebildet ist . Die Getriebestufe weist zudem ein Radialkupplungselement auf . Der Wellenerzeuger ist zur vorgegebenen Verformung des Übertragungselements ausgebildet . Der Außenring realisiert einen Antrieb und das Radialkupplungselement einen Abtrieb der Getriebestufe . Das Übertragungselement ist zwischen dem Außenring und dem Radialkupplungselement angeordnet und stellt eine vorgegebene Übersetzung der zweiten Getriebestufe bereit .

Eine solche Aus führungs form konkretisiert den Aufbau der Getriebestufe als Wellgetriebe , bei dem zum Beispiel die Außenverzahnung des elastischen Übertragungselement zwei Zähne weniger aufweist als die Innenverzahnung des Außenrings . Zudem weist das beschriebene Wellgetriebe das Radialkupplungselement auf , welches eine zuverlässige Übertragung des Drehmoments vom Abtrieb der Getriebestufe auf eine Abtriebswelle des Antriebsystems ermöglicht . Das Radialkupplungselement ist insbesondere direkt oder mittels eines oder mehrerer Übersetzungselemente mit der Tretkurbel koppelbar ausgebildet .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Antriebsvorrichtung ist in Bezug auf die Rotationsachse der Tretkurbel der Stator rotations fixiert mit dem Außenring und der Rotor rotations fest mit dem Wellenerzeuger gekoppelt . Der Außenring und der Stator sind kraft- , form- und/oder stof f schlüssig verbunden und in Bezug auf die Rotationsache nicht drehbar ausgebildet . Der Wellenerzeuger und der Rotor sind kraft- , form- und/oder stof f schlüssig verbunden und in Bezug auf die Rotationsache drehbar ausgebildet . Der Außenring und der Stator können auch einstückig ausgebildet sein . Entsprechend können auch der Wellenerzeuger und der Rotor einstückig ausgebildet sein . Zumindest ist die Antriebsvorrichtung j eweils so aufgebaut , dass in einem Betrieb und in Bezug auf die Rotationsachse der Tretkurbel eine Rotation des Rotors relativ zu dem Stator eingerichtet ist .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Antriebsvorrichtung weist das Radialkupplungselement in Bezug auf die Rotationsachse der Tretkurbel an einer Außenseite eine Mehrzahl von radialen Vorsprüngen auf , die in Abstimmung auf eine Mehrzahl von Ausnehmungen ausgebildet sind, die an einer dem Radialkupplungselement zugewandten Stirnseite des Übertragungselements ausgebildet sind . Mittels Ineinandergrei fen der Vorsprünge und der Ausnehmungen ist das Radialkupplungselement entlang der Rotationsachse der Tretkurbel mit dem Übertragungselements koppelbar und von diesem entkoppelbar .

Das Radialkupplungselement ist somit entlang der Rotationsachse der Tretkurbel verschiebbar . Das Radialkupplungselement ermöglicht somit in einem gekoppelten Zustand eine zuverlässige Übertragung des Drehmoments vom Abtrieb der zweiten Getriebestufe auf den Abtrieb des Antriebsystems bzw . der Antriebsvorrichtung oder in einem entkoppelten Zustand ein unabhängiges Rotieren der Tretkurbel frei von der abgekoppelten ersten und zweiten Getriebestufe . Ein Entkoppeln der Tretkurbel von der beschriebenen Antriebsvorrichtung kann zum Beispiel nutzbringend sein, wenn die Antriebsvorrichtung einer Wartung bedarf , um wieder einen fehlerfreien oder widerstandsarmen Betrieb einzurichten . In einem solchen Fall ist es nicht erforderlich, die Getriebestufen mitzudrehen und entsprechende Zusatzkraft auf zubringen und ein mit der Antriebsvorrichtung versehenes Elektrofahrrad kann sozusagen als normales Fahrrad weiter verwendet werden . Die Antriebsvorrichtung weist somit bevorzugt die beschriebene axiale Verschiebbarkeit des Radialkupplungselements auf . Alternativ kann aber auch eine axial fixiertes Radialkupplungselements vorgesehen sein .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Antriebsvorrichtung sind die radialen Vorsprünge des Radialkupplungselements so ausgebildet , dass sie in Bezug auf einen mit dem Übertragungselement gekoppelten Zustand entlang der Rotationsachse der Tretkurbel vorgegeben über die Stirnseite des Übertragungselements hinausragen . Anders formuliert , sind die Vorsprünge größer oder länger ausgebildet als die Ausnehmungen tief sind . Auf diese Weise kann eine sichere Kopplung zwischen den beiden Komponenten und eine zuverlässige Drehmomentsübertragung von dem Übertragungselement auf das Radialkupplungselement eingerichtet werden . Eine Überdeckung der Vorsprünge ist insbesondere abhängig von den wirkenden Kräften und kann zum Beispiel mehrere Millimeter betragen . Alternativ können die Vorsprünge des Radialkupplungselements und die die Stirnseite des Übertragungselements so ausgebildet sein, dass sozusagen eine eins- zu-eins-Überdeckung oder eine Deckungsgleichheit der Kontakt flächen eingerichtet ist , sodass eine mechanisch zuverlässige Kopplung realisierbar ist .

Gemäß einer weiteren Aus führungs form der Antriebsvorrichtung sind in Bezug auf die Rotationsachse der Tretkurbel der Antrieb und die Getriebestufe so angeordnet und ausgebildet , dass der Antrieb die Getriebestufe koaxial umgibt und die Getriebestufe die Tretkurbel koaxial umgibt . Dies ermöglicht einen im Wesentlichen rotationssymmetrischen und besonders platzsparenden Aufbau der Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad und trägt zudem dazu bei , eine Anzahl von zu verbauenden Komponenten und ein Gesamtgewicht der Antriebsvorrichtung gering zu halten . Die Rotationsachse des Elektromotors der Motoreinheit bzw . die Rotationsachse des Antriebs ist dementsprechend identisch mit der Rotationsachse der Tretkurbel .

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Elektrofahrrad of fenbart , das einen Fahrradrahmen mit einem unteren Rahmenabschnitt aufweist , der sich zu einem Tretlager mit einer Tretkurbel erstreckt . Das Elektrofahrrad weist eine Antriebsvorrichtung nach einer der zuvor beschriebenen Aus führungs formen auf , die in oder an dem Rahmenabschnitt angeordnet ist , sodass der Antrieb und die Getriebestufe koaxial zu der Tretkurbel angeordnet sind und mittels der Getriebestufe ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads übertragbar ist . Das Elektrofahrrad ermöglicht im Wesentlichen die zuvor genannten Eigenschaften, Vorteile und Funktionen .

Zur Anbringung an dem Rahmenabschnitt weist dieser beispielsweise eine Aussparung aus , sodass die Antriebsvorrichtung zuverlässig auf genommen werden kann . Gemäß einer Aus führungs form ist die Antriebsvorrichtung zum Beispiel als Baugruppe im bereits gekoppelten Zustand an den Rahmenabschnitt angeordnet , insbesondere montiert .

Die beschriebene elektrische Antriebsvorrichtung für Elektrofahrräder nutzt vorzugsweise den Elektromotor der Motoreinheit als Antrieb für die Getriebestufe , die als Wellengetriebe oder Zykloidgetriebe ausgelegt ist . Bevorzugt umfasst die Antriebsvorrichtung auch das verschiebbare Radialkupplungselement , welches das Drehmoment vom Abtrieb der Getriebestufe , welcher auch als „Flexspline" bezeichnet werden kann, auf den Abtrieb des Antriebsystems überträgt und somit zu einer nutzbringenden und zuverlässigen Leistungsübertragung von der Motoreinheit auf die Tretkurbel bzw . auf ein Zahnrad oder Kettenblatt des Elektrofahrrads beiträgt .

Die Antriebsvorrichtung ermöglicht ein ef fi zientes mechanisches System zum Unterstützen beim Fahrradfahren und hält zudem eine Geräuschentwicklung gering und eine Bauform kompakt . Dies wird besonders vorteilhaft dadurch ermöglicht , dass der antreibende Elektromotor und die Getriebestufe koaxial zu der Tretkurbelachse des Antriebssystems um diese angeordnet sind . Der für das Wellgetriebe vorgesehene Außenring kann auch als „Fixspline" bezeichnet werden und ist rotations fixiert mit dem Stator der Elektromaschine bzw . des Elektromotors verbaut . Der Wellenerzeuger oder „Wave Generator" ist rotations fest mit dem Rotor der Elektromaschine verbaut . Somit erfüllt der Fixspline auch die Funktion des Stators und umgekehrt und der Wave Generator erfüllt die Funktion des Rotors und umgekehrt .

Um den benötigten Bauraum des Wellgetriebes in axialer Ausrichtung entlang der Rotationsachse der Tretkurbel besonders kurz zu gestalten, ist bevorzugt das Radialkupplungselement zwischen dem Abtrieb des Wellgetriebes und dem Abtrieb des Gesamtsystems vorgesehen . Ein Kupplungselement zwischen dem Flexspline eines Harmonie Drive und einer Abtriebswelle eines konservativen Antriebssystems bedingt üblicherweise einen relativ lang auslaufenden Schaft am Flexspline . Mittels des beschriebenen Radialkupplungselements kann einer solcher Schaft entfallen, sodass ein sehr kompakter Aufbau der Antriebsvorrichtung in axialer Richtung realisierbar ist .

Darüber hinaus weist die Antriebsvorrichtung neben einem vorteilhaften Fahrradantrieb für Elektrofahrräder ein vorteilhaftes akustisches Verhalten auf , das eine unerwünschte Geräuschentwicklung gering hält . Je weniger Schnittstellenbauteile existieren, desto geringer wirken sich die akustischen Einfluss faktoren eines Gesamtsystems auf eine Geräuschentwicklung aus . Die beschriebene Antriebsvorrichtung kann mit einer geringen Anzahl von zusammenwirkenden Komponenten realisiert werden . Außerdem gehen mit Aufbauvarianten der beschriebenen Antriebsvorrichtung Kostenvorteile einher, die durch Einsparmöglichkeiten in Bezug auf Bauteile gegeben sind aufgrund der Funktionsintegration von Elektromotor und Getriebestufe und dem Entfall von mechanischen Schnittstellen . Zusammengefasst bietet die Antriebsvorrichtung daher unter anderem folgende Vorteile im Vergleich zu konventionellen Antriebskonzepten :

• Kostenersparnis durch Bauteilent fall und weniger Schnittstellen

• Integriertes Design durch kompakten Aufbau

• Hohe Leistungsdichte und geringer Platzbedarf

• Akustisches Verhalten wird verbessert , da weniger Teile für die Antriebsvorrichtung ausreichen und dadurch weniger Resonanzkörper vorhanden sind .

Aus führungs formen, Vorteile und Funktionen werden in der nachfolgenden Beschreibung anhand von Aus führungsbeispielen unter Zuhil fenahme der angehängten Figuren erläutert . In den Figuren zeigen :

Figur 1 eine schematische Ansicht eines

Elektrofahrrads mit einer Antriebs Vorrichtung,

Figuren 2- 6 schematische , perspektivische Ansichten eines Aus führungsbeispiels der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad, und

Figur 7 eine schematische Ansicht einer

Schnittdarstellung einer Getriebestufe der Antriebsvorrichtung für das Elektrofahrrad . Gleiche , gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gegebenenfalls nicht in sämtlichen Figuren alle dargestellten Elemente mit zugehörigen Bezugs zeichen gekennzeichnet .

Figur 1 zeigt schematisch ein Elektroahrrad 1 mit einem Fahrradrahmen 2 , welcher unter anderem einen unteren Rahmenabschnitt 3 aufweist , welches ein Unterrohr ausbildet . Der Rahmenabschnitt 3 erstreckt sich in Richtung eines Tretlagers , welches eine Tretkurbel 4 umfasst , die mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 gekoppelt oder koppelbar ist .

Die Figuren 2- 6 zeigen schematisch ein Aus führungsbeispiel der Antriebsvorrichtung 5 oder von Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 in verschiedenen perspektivischen Ansichten . Figur 7 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 .

Die Antriebsvorrichtung 5 umfasst eine Motoreinheit mit einem Elektromotor 10 , der einen Antrieb ausbildet . Die Antriebsvorrichtung 5 weist weiter eine Getriebestufe auf , die zum Antreiben des Elektrofahrrads 1 ausgebildet ist . Der Elektromotor 10 bildet den Antrieb zum Antreiben der Getriebestufe . Der Elektromotor 10 ist demgemäß mit der Getriebestufe gekoppelt und die Getriebestufe ist abtriebsseitig dazu eingerichtet , ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads 1 abzugeben bzw . bereitzustellen . Die Getriebestufe ist als Wellgetriebe 20 ausgebildet und der Elektromotor 10 und das Wellgetriebe 20 sind in Bezug auf eine Rotationsachse 8 der Tretkurbel 4 koaxial angeordnet . Zudem sind der Elektromotor 10 und das Wellgetriebe 20 in einem Gehäuse 30 zusammen verbaut .

Die Antriebsvorrichtung 5 ist insbesondere nicht direkt , sondern mittels einer Abtriebswelle 25 mit der Tretkurbel 4 gekoppelt oder mit dieser bei Bedarf koppelbar ( s . Figuren 5 und 6 ) . Die Abtriebswelle 25 ist wiederum mittels eines Adapters , ein sogenannter " Spider" , mit einem Kettenblatt des Elektrofahrrads 1 verbunden . Das Kettenblatt treibt wiederum über eine Kette ein Hinterrad des Elektrofahrrads 1 an . Eine Welle der Tretkurbel 4 ist von der Abtriebswelle 25 durch einen Freilauf entkoppelbar, um ein Mitschleppen der Kurbeln durch den Motor bzw . die Antriebsvorrichtung 5 zu verhindern .

Der Elektromotor 10 und das Wellgetriebe 20 sind im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und so angeordnet , dass die Rotationsachse 8 der Tretkurbel 4 auch der Rotationsachse des Elektromotors 10 und der Rotationsachse des Wellgetriebes 20 entspricht . Das Wellgetriebe 20 ist so ausgebildet und angeordnet , dass es die Tretkurbel 4 in Bezug auf die Rotationsachse 8 koaxial umgibt . Der Elektromotor 10 ist so ausgebildet und angeordnet , dass er einen Abschnitt des Wellgetriebes 20 in Bezug auf die Rotationsachse 8 koaxial umgibt .

Das Wellgetriebe 20 umfasst einen zylindrischen Außenring 22 mit einer Innenverzahnung 221 ( s . Figuren 5 und 6 ) . Das Wellgetriebe 20 umfasst weiter ein elastisches Übertragungselement 21 mit einer Außenverzahnung 213 , die in Abstimmung auf die Innenverzahnung 221 des Außenrings 22 vorgegeben ausgebildet ist . Insbesondere umfasst die Außenverzahnung 213 des Übertragungselements 21 weniger Zähne als die Innenverzahnung 221 des Außenrings 22 . Das Wellgetriebe 20 umfasst außerdem ein Radialkupplungselement 23 . Der Außenring 22 fungiert als Antrieb und kann auch als „Fixspline" bezeichnet werden . Das Radialkupplungselement 23 fungiert als Abtrieb des Wellgetriebes 20 . Das Übertragungselement 21 ist zwischen dem Außenring 22 und dem Radialkupplungselement 23 angeordnet und kann auch als „Flexspline" bezeichnet werden . Es stellt durch die aufeinander abgestimmten Außenverzahnung 213 und Innenverzahnung 221 eine vorgegebene Drehmomentübersetzung bereit . Das Wellgetriebe 20 umfasst ferner einen Wellenerzeuger 24 , der auch als „Wave Generator" bezeichnet wird und der zur vorgegebenen Verformung des Übertragungselements 21 ausgebildet ist . Das Wellgetriebe 20 realisiert somit ein sogenanntes „Harmonie Drive" .

Der Elektromotor 10 weist einen Stator 11 und einen Rotor 12 auf , die j eweils ringförmig ausgebildet sind . Der Elektromotor 10 realisiert somit einen Ringmotor, welches das Wellgetriebe 20 in einem Betrieb antreibt . In Bezug auf die Rotationsachse 8 umgibt der Stator 11 koaxial den Rotor 12 und der Rotor 12 den Wellenerzeuger 24 des Wellgetriebes 20 . In Bezug auf die Rotationsachse 8 ist der Stator 11 rotations fixiert mit dem Außenring 22 und der Rotor 12 rotations fest mit dem Wellenerzeuger 24 gekoppelt . In einem Betrieb drehen sich somit der Rotor 12 und der Wellenerzeuger 24 um die Rotationsachse 8 relativ zu dem Stator 11 und dem Außenring 22 .

Das Radialkupplungselement 23 weist in Bezug auf die Rotationsachse 8 an einer Außenseite eine Mehrzahl von radialen Vorsprüngen 232 auf , die in Abstimmung auf eine Mehrzahl von Ausnehmungen 212 ausgebildet sind, die an einer dem Radialkupplungselement 23 zugewandten Stirnseite 214 des Übertragungselements 21 ausgebildet sind . Somit ist das Radialkupplungselement 23 entlang der Rotationsachse 8 mit dem Übertragungselement 21 koppelbar, indem die radialen Vorsprünge 232 in die Ausnehmungen 212 eingrei fen .

Anders formuliert weist das Übertragungselement 21 eine Mehrzahl von Vorsprüngen 211 auf , die sich an der Stirnseite 214 in Richtung des Radialkupplungselements 23 erstrecken und die Ausnehmungen 212 vorgegeben begrenzen . Die Vorsprünge 232 wiederum begrenzen auch Ausnehmungen 231 an der umlaufenden Außenseite des Radialkupplungselements 23 . In einem gekoppelten Zustand des Übertragungselements 21 mit dem Radialkupplungselement 23 grei fen daher auch die Vorsprünge 211 in die Ausnehmungen 231 ein .

Vorzugsweise sind die radialen Vorsprünge 232 und die Ausnehmungen 212 äquidistant verteilt an der j eweiligen Komponente ausgebildet . Alternativ können die Vorsprünge 211 , 232 und die Ausnehmungen 232 , 212 auch anders verteilt sein und/oder in unterschiedlicher Anzahl ausgebildet sein .

Das Radialkupplungselement 23 ermöglicht eine besonders kurze Ausgestaltung des Wellgetriebes 20 und zudem eine Entkopplung der Antriebsvorrichtung 5 von der Tretkurbel 4 bzw . von der Abtriebswelle 25 , dadurch dass das Radialkupplungselement 23 entlang der Rotationsachse 8 verschiebbar ausgebildet und von dem Übertragungselement 21 entkoppelbar ist ( s . Figur 6 ) . Bei Bedarf kann das Elektrofahrrad 1 somit sozusagen als normales Fahrrad genutzt werden, ohne Komponenten der Antriebsvorrichtung 5 mitdrehen zu müssen . Dies kann zum Beispiel nutzbringend sein, wenn die Antriebsvorrichtung 5 nicht störungs frei funktioniert oder einer Wartung bedarf . Das Radialkupplungselement 23 ist zudem mittels der Abtriebswelle 25 mit der Tretkurbel 4 gekoppelt . Alternativ kann das Radialkupplungselement 23 auch direkt oder mittels eines oder mehrerer Übertragungselemente mit der Tretkurbel 4 oder der Abtriebswelle 25 gekoppelt sein .

Die beschriebene elektrische Antriebsvorrichtung 5 für das Elektrofahrrad 1 nutzt den Elektromotor 10 der Motoreinheit als Antrieb für das Wellengetriebe 20 . Das verschiebbare Radialkupplungselement 23 ermöglicht einen kurzen Aufbau der Antriebsvorrichtung 5 und stellt zudem eine Übertragung eines Drehmoments vom Übertragungselement 21 auf die Abtriebswelle 25 und die Tretkurbel 4 bereit . Somit erfolgt auf sehr kompaktem Bauraum eine zuverlässige Leistungsübertragung von der Motoreinheit auf die Tretkurbel 4 des Elektrofahrrads 1 .

Die Antriebsvorrichtung 5 ermöglicht ein ef fi zientes mechanisches System zum Unterstützen beim Fahrradfahren und hält zudem eine Geräuschentwicklung gering . Dies wird besonders vorteilhaft dadurch ermöglicht , dass der antreibende Elektromotor 10 und das Wellgetriebe koaxial zu der Rotationsachse 8 um die Tretkurbel 4 herum angeordnet sind .

Bezugs zeichenliste

1 Fahrrad

2 Fahrradrahmen

3 Rahmenabschnitt (Unterrohr )

4 Tretkurbel

5 Antriebsvorrichtung

8 Rotationsachse der Tretkurbel / der Motoreinheit / der

Getriebestufe

10 Antrieb

11 Stator der Antriebseinheit

12 Rotor der Antriebseinheit

20 Wellgetriebe / Getriebestufe

21 elastisches Ubertragungselement

211 Vorsprung des Ubertragungselements

212 Ausnehmung des Ubertragungselements

213 Außenverzahnung des Ubertragungselements

214 Stirnseite des Ubertragungselements

22 zylindrischer Außenring

221 Innenverzahnung des Außenrings

23 Radialkupplungselement

231 Ausnehmung des Radialkupplungselements

232 Vorsprung des Radialkupplungselements

24 Wellenerzeuger

25 Abtriebswelle der Tretkurbel

30 Gehäuse

Claims

Patentansprüche

1. Antriebsvorrichtung (5) für ein Elektrofahrrad (1) , aufweisend :

- eine Motoreinheit zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) ,

- einen Antrieb (10) , und

- eine Getriebestufe (20) , wobei der Antrieb (10) zum Antreiben der Getriebestufe (20) und die Getriebestufe (20) zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) ausgebildet sind, wobei die Getriebestufe (20) einerseits mit dem Antrieb gekoppelt ist und andererseits dazu eingerichtet ist, ein Drehmoment zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) abzugeben, und wobei die Getriebestufe (20) als Wellgetriebe ausgebildet ist und der Antrieb (10) und das Wellgetriebe in Bezug auf eine Rotationsachse (8) einer Tretkurbel (4) des Elektrofahrrads (1) koaxial anordenbar sind.

2. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 1, bei der der Antrieb (10) als Elektromotor der Motoreinheit ausgebildet ist und einen Stator (11) und einen Rotor (12) umfasst, die jeweils ringförmig ausgebildet und so angeordnet sind, dass der Stator (11) den Rotor (12) umgibt und der Rotor (12) mit der Getriebestufe (20) gekoppelt ist.

3. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Getriebestufe (20) umfasst:

- einen Wellenerzeuger (24) ,

- einen zylindrischen Außenring (22) mit einer Innenverzahnung (221) ,

- ein elastisches Übertragungselement (21) mit einer

Außenverzahnung (213) , die in Abstimmung auf die Innenverzahnung (221) des Außenrings (22) vorgegeben ausgebildet ist, und

- ein Radialkupplungselement (23) , wobei der Wellenerzeuger (24) zur vorgegebenen Verformung des Übertragungselements (21) , der Außenring (22) als Antrieb und das Radialkupplungselement (23) als Abtrieb der Getriebestufe (20) ausgebildet sind, und wobei das Übertragungselement (21) zwischen dem Außenring (22) und dem Radialkupplungselement (23) angeordnet ist und eine vorgegebene Übersetzung der Getriebestufe (20) bereitstellt .

4. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 2 und 3, bei der in Bezug auf die Rotationsachse (8) der Tretkurbel (4) der Stator (11) rotationsfixiert mit dem Außenring (22) und der Rotor (12) rotationsfest mit dem Wellenerzeuger (24) gekoppelt ist.

5. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 3 oder 4, bei der das Radialkupplungselement (23) mit der Tretkurbel (4) gekoppelt ist.

6. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der das Radialkupplungselement (23) in Bezug auf die Rotationsachse (8) der Tretkurbel (4) an einer Außenseite eine Mehrzahl von radialen Vorsprüngen (232) aufweist, die in Abstimmung auf eine Mehrzahl von Ausnehmungen (212) ausgebildet sind, die an einer dem Radialkupplungselement (23) zugewandten Stirnseite (214) des Übertragungselements (21) ausgebildet sind, sodass das Radialkupplungselement (23) entlang der Rotationsachse (8) der Tretkurbel (4) mit dem Übertragungselement (21) koppelbar und von diesem entkoppelbar ist. - 19 -

7. Antriebsvorrichtung (5) nach Anspruch 6, bei der die radialen Vorsprünge (232) des Radialkupplungselements (23) in Bezug auf einen mit dem Übertragungselement (21) gekoppelten Zustand entlang der Rotationsachse (8) der Tretkurbel (4) vorgegeben über die Stirnseite (214) des Übertragungselements (21) hinausragen.

8. Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in Bezug auf die Rotationsachse (8) der Tretkurbel (4) der Antrieb (10) und die Getriebestufe (20) so ausgebildet und angeordnet sind, dass der Antrieb (10) die Getriebestufe (20) koaxial umgibt und die Getriebestufe (20) die Tretkurbel (4) koaxial umgibt.

9. Elektrofahrrad (1) aufweisend:

- einen Fahrradrahmen (2) mit einem unteren Rahmenabschnitt (3) , der sich zu einem Tretlager erstreckt, welches eine Tretkurbel (4) aufweist, und

- eine Antriebsvorrichtung (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zum Antreiben des Elektrofahrrads (1) mit dem Fahrradrahmen (2) gekoppelt ist, sodass der Antrieb (10) und die Getriebestufe (20) koaxial zu der Tretkurbel (4) angeordnet sind.

10. Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 9, wobei die Antriebsvorrichtung (5) als Baugruppe im bereits gekoppelten Zustand an den Rahmenabschnitt (3) angeordnet ist.