WO2023099393A1 - Elektrische antriebseinrichtung für ein fahrrad und fahrrad damit - Google Patents

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WO2023099393A1
WO2023099393A1 PCT/EP2022/083453 EP2022083453W WO2023099393A1 WO 2023099393 A1 WO2023099393 A1 WO 2023099393A1 EP 2022083453 W EP2022083453 W EP 2022083453W WO 2023099393 A1 WO2023099393 A1 WO 2023099393A1
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freewheel element
drive shaft
drive
transmission
drive device
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PCT/EP2022/083453
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English (en)
French (fr)
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Peter Ziemer
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Zf Friedrichshafen Ag
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    • 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 present invention relates to an electric drive device for a bicycle.
  • the invention also relates to a bicycle with the electric drive device.
  • Electric bicycles are known, in particular hybrid pedelecs driven electrically by means of an electric motor and by muscle power by means of pedals. These have an electric motor arranged on a receiving area of a pedal shaft of the electric bicycle. A transmission for torque transmission from the electric motor and the pedals of the electric bicycle to a drive shaft of the electric bicycle is also arranged in the receiving area of the pedal shaft of the electric bicycle.
  • the installation space in the area of the receiving area of the pedal shaft of the electric bicycle is limited.
  • the invention relates to an electric drive device for a bicycle.
  • the drive device can be designed to transmit an electrically generated drive force to a drive axle of the bicycle.
  • the drive device can be designed to transmit a drive force generated by muscle power, for example by turning the pedals of the bicycle, to the drive axle of the bicycle.
  • a torque can be generated by means of the drive device, which can be transmitted to the drive axle of the bicycle to drive the same.
  • the drive device can have a hybrid design, ie it can be designed both for driving the bicycle electrically and for driving it using muscle power.
  • the bicycle can be an electric bicycle, in particular a hybrid-powered pedelec. With a pedelec, a driving force generated by muscle power of the bicycle can be combined with an electrically generated driving force of the bicycle.
  • the electric drive device includes a transmission arranged in a bottom bracket of the bicycle.
  • a bottom bracket can be the portion of the bicycle frame on which the pedals for driving the bicycle are arranged.
  • a housing of the bottom bracket can be designed in the form of a tube in which the pedals of the bicycle are mounted.
  • the gear can also be stored in the housing.
  • a chain ring can be arranged in the area of the bottom bracket, which can be designed to transmit the drive force generated by the drive device to a drive axle of the bicycle.
  • the transmission can be designed to translate the drive force applied by the drive device in the form of a drive speed generated by the latter into an output speed acting on a drive shaft by means of various transmission elements.
  • the transmission comprises at least one planetary gear set, the planetary gear set comprising at least three rotating elements which are arranged such that they can rotate relative to one another and are designed for torque transmission.
  • the three rotary elements arranged to be rotatable relative to each other can be a sun gear, a planet carrier comprising at least one planet gear and a ring gear of the planetary gear set.
  • the sun gear, the planet carrier and the ring gear can each be arranged on rotatably mounted shafts.
  • the sun gear, the planetary gear and the ring gear can each be designed as gears that mesh with one another. Depending on the diameter of the individual gears and their relative rotational speed, torque can be transmitted between the sun gear, the planet carrier and the ring gear.
  • the ring gear can be blocked, so the ring gear can be fixed.
  • the sun gear can be coupled to a drive shaft of the bicycle.
  • the planet carrier can be coupled to a pedal crankshaft of the bicycle. Since both the sun gear and the ring gear mesh with the planet carrier, a torque can thus be transmitted from the drive device to the drive shaft of the bicycle.
  • the electric drive device comprises an electric motor arranged offset to the transmission and a drive shaft mounted at least on a pedal crankshaft of the bicycle.
  • the electric motor can be designed to convert electrical energy into mechanical energy.
  • the electric motor can be designed as a synchronous motor or an asynchronous motor, for example.
  • An output shaft of the electric motor can, for example, be permanently connected in a torque-proof manner to a rotor of the electric motor.
  • the electric motor can, for example, be arranged axially parallel to a longitudinal axis of the transmission or the bottom bracket.
  • the pedal crankshaft can be a mechanical shaft mounted along the longitudinal direction of the bottom bracket.
  • the pedal crankshaft can protrude from the bottom bracket at least at one of its end sections.
  • a pedal crank can be mounted on opposite end sections of the pedal crankshaft, on which a pedal for mechanically driving the bicycle can be mounted.
  • the drive shaft can be designed in the form of a hollow shaft which is mechanically operatively connected to the pedal crankshaft.
  • the driving force generated by the pedal cranks can be transmitted to the drive shaft in the form of a torque via the pedal crank shaft.
  • the drive shaft can also be mechanically operatively connected to at least one rotating element of the planetary gear set of the transmission.
  • the drive shaft can also be mechanically operatively connected to an output shaft of the electric motor.
  • the electric drive device comprises a drive wheel arranged coaxially to the drive shaft for transmitting a motor force of the electric motor to the drive shaft.
  • the drive wheel can be designed in the form of a gear wheel, which can be coupled to an output shaft of the electric motor via a traction mechanism.
  • the traction means can be a chain or a toothed belt, which can come with a toothing of the gear wheel.
  • the drive wheel can be a belt pulley, which can be connected to the traction mechanism in a friction-locked manner.
  • the electric drive device includes a first freewheel element and a second freewheel element.
  • the first freewheel element and the second freewheel element are arranged together in a one-piece freewheel element carrier.
  • the first freewheel element can be designed to two components of To couple drive device depending on the direction of rotation.
  • the first freewheeling element can be designed to connect the two components of the drive device in a first direction of rotation for torque transmission.
  • the connection of the two components can be released or interrupted by means of the first freewheel element.
  • rotation of a shaft within the drive device can be blocked in a first direction of rotation by means of the first freewheel element. What was said about the first freewheel element applies analogously to the second freewheel element.
  • a direction-dependent coupling function of two components of the drive device can be implemented using the first or the second freewheel element.
  • the first and second freewheel elements can have pawls.
  • the first and second freewheel elements can have pinch rollers, sprags, claw rings or wrap springs.
  • the first and second sprags are co-located in a one-piece sprag carrier.
  • the freewheel element carrier is therefore a single component in which the first freewheel element and the second freewheel element are arranged in sections.
  • the drive wheel can be connected to the drive shaft by means of the first freewheel element via the one-piece freewheel element carrier.
  • one of the rotary elements of the planetary gear set of the transmission can be connected to the drive shaft by means of the second freewheel element via the one-piece freewheel element carrier.
  • the first freewheel element can therefore realize a direction-dependent coupling of the drive wheel or of the electric motor connected to it with the drive shaft.
  • the second freewheel element can therefore implement a direction-dependent coupling of one of the rotary elements of the planetary gear set of the transmission, for example the ring gear, with the drive shaft.
  • a power transmission device of the transmission can be a torque-transmitting, for example rotatable, component for power transmission arranged within the transmission.
  • a power transmission device of the transmission can be a plurality of components for power transmission arranged within the transmission in a torque-transmitting, in particular rotatable, manner relative to one another.
  • both the freewheel element carrier itself and another of the rotary elements of the planetary gear set are designed in one piece with a power transmission device of the transmission.
  • components can be saved.
  • installation space within the bottom bracket can also be saved, since fewer components have to be accommodated inside the bottom bracket.
  • the drive device can also be constructed more simply and cost-effectively, since fewer components have to be used.
  • the power transmission device of the transmission can be formed by the drive shaft.
  • one of the rotary elements of the planetary gear set of the transmission can therefore be connectable to the drive shaft by means of the second freewheel element via the one-piece freewheel element carrier.
  • Another of the rotating elements of the planetary gear set of the transmission can be formed in one piece with the input shaft. Accordingly, components such as gearing between the drive shaft and the rotating elements of the planetary gear set can be saved, particularly in the construction of the transmission. Due to the one-piece design, ie the direct connection, of one of the rotating elements of the planetary gear set to the drive shaft, a friction loss during torque transmission between these components can also be minimized.
  • the power transmission device of the transmission can be of the one-piece design Freewheel element carrier are formed.
  • the one-piece freewheel element carrier can therefore be formed in one piece with a rotating element of the planetary gear set.
  • the drive device can therefore be mounted more easily.
  • both the function of torque transmission and the function of a clutch between two torque-transmitting components can be implemented using a single component. The complexity of the transmission can be reduced as a result.
  • the power transmission device of the transmission can be formed by the drive shaft and the one-piece freewheel element carrier.
  • the functions and advantages described above can be combined.
  • the drive shaft of the bicycle can be mechanically operatively connected to at least one pedal crank, with a power transmission path being able to lead to the drive shaft from the pedal crank via the gearbox.
  • the pedal crank can be mounted, for example, on the pedal crank shaft.
  • the drive shaft can be mechanically operatively connected to the pedal crank via the pedal crank shaft on which the drive shaft is mounted.
  • the drive shaft can be connected to other transmission components via the first or the second freewheel element. Accordingly, if a drive force generated manually by stepping on the pedals mounted on the cranks is applied to the cranks, this can be transmitted to the drive shaft via the operative connection described above.
  • the motor power of the electric motor can be transmitted to the drive shaft in the end region of the power transmission path.
  • the motor power of the electric motor can be transmitted to the drive shaft by means of the drive wheel arranged coaxially with the drive shaft.
  • the drive wheel can be arranged within the drive device in such a way that the engine power of the electric motor at the output of the transmission is transmitted to the drive shaft.
  • the driving force applied via the cranks can therefore initially the pedal crankshaft to the transmission for torque transmission, i.e. to set a suitable translation of the rotary elements of the planetary gear set. After a suitable translation has been set, that is to say a shift has taken place, the driving force can be increased by the engine power of the electric motor and applied to the drive shaft.
  • the drive wheel can be mounted on the drive shaft.
  • the drive wheel can be mounted directly on the drive shaft.
  • the drive wheel can be mounted indirectly on the drive shaft, for example by means of a further rotary element.
  • the drive wheel can in particular be mounted on the drive shaft in a torque-transmitting manner. This configuration offers the advantage that the engine power of the electric motor can be transmitted to the drive shaft in a particularly simple manner by means of the drive wheel.
  • the drive wheel can be mounted in a housing of the drive device. By mounting the drive wheel in the housing of the drive device, installation space within the drive device can be saved.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged axially adjacent to one another at least in sections within the one-piece freewheel element carrier with respect to a longitudinal axis of the drive shaft.
  • the longitudinal axis of the drive shaft can, for example, correspond to the axis along which the drive shaft extends in the bottom bracket.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged adjacent to one another at least in sections along this axis.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can touch at their respective outer surfaces, which are aligned perpendicular to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the extent of the one-piece freewheel element carrier can therefore be greater along the longitudinal axis of the drive shaft than perpendicular to this axis. In this embodiment, installation space can thus be saved in the radial direction with respect to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged radially adjacent to one another at least in sections within the one-piece freewheel element carrier with respect to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the longitudinal axis of the drive shaft can, for example, correspond to the axis along which the drive shaft extends in the bottom bracket.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged adjacent to one another at least in sections.
  • the extent of the one-piece freewheel element carrier can therefore be greater perpendicular to the longitudinal axis of the drive shaft than parallel to this axis.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be aligned in the same direction within the one-piece freewheel element carrier with respect to a longitudinal axis of the drive shaft.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be designed as a first and second pawl.
  • the first and the second pawl can be aligned within the one-piece freewheel element carrier in such a way that the pawls can be extended radially outward at least in sections with respect to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the first and second pawls can be deployed radially inward with respect to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • Other configurations of the first and second freewheel elements and their respective alignment are also conceivable.
  • This embodiment offers the advantage that the first and the second freewheel element can be formed particularly easily within the one-piece freewheel element carrier, namely in the same direction.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be aligned in opposite directions within the one-piece freewheel element carrier with respect to a longitudinal axis of the drive shaft.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be designed as a first and second pawl.
  • the first and the second The pawl can be aligned within the one-piece freewheel element carrier in such a way that the first pawl can be extended radially outward at least in sections with respect to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • the second pawl can be extended radially inwards, at least in sections, with respect to the longitudinal axis of the drive shaft.
  • Other configurations of the first and second freewheel elements and their respective alignment are also conceivable.
  • This embodiment offers the advantage that the first and the second freewheel element can be formed particularly easily within the one-piece freewheel element carrier, namely mirrored in the axial direction.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged within the one-piece freewheel element carrier at a predetermined distance from a longitudinal axis of the drive shaft.
  • the predetermined distance of the one-piece freewheel element carrier from the longitudinal axis of the drive shaft can be determined or designed, for example, by an expected load absorption of the first freewheel element and the second freewheel element.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged at a comparatively large distance from the longitudinal axis of the drive shaft when a comparatively high load is to be expected.
  • the first freewheel element and the second freewheel element can be arranged at a comparatively small distance from the longitudinal axis of the drive shaft when a comparatively low load is to be expected.
  • the torque acting on the one-piece freewheel element carrier can thus be adjusted by suitably selecting the distance between the same and the longitudinal axis of the drive shaft. The service life of the one-piece freewheel element carrier can thus be extended.
  • the invention in a second aspect, relates to a bicycle comprising the electric drive device according to the first aspect and two pedal cranks arranged on opposite end sections of the pedal crank shaft.
  • the pedal cranks are mechanically operatively connected to the drive shaft attached to the pedal crank shaft for manually driving the bicycle. Additional features, embodiments and advantages can be found in the descriptions of the first aspect. The opposite also represent features, embodiments and advantages of the second aspect features, embodiments and advantages of the first aspect.
  • FIG. 1 schematically shows a section of an electric drive device arranged in a bottom bracket of a bicycle according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a section of an electric drive device arranged in a bottom bracket of a bicycle according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 3a schematically shows a section of an electric drive device arranged in a bottom bracket of a bicycle according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 3b schematically shows a section of an electric drive device arranged in a bottom bracket of a bicycle according to a further development of the embodiment of FIG. 3a.
  • FIG. 4 schematically shows a section of an electric drive device arranged in a bottom bracket of a bicycle according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 1 schematically shows a section of an electric drive device 1 arranged in a bottom bracket 3 of a bicycle, not shown in FIG.
  • the drive device 1 is continued horizontally mirrored downwards with respect to the view shown.
  • the electric drive device 1 includes a gear 4 arranged in the bottom bracket 3.
  • the gear 4 is shown in FIG arranged planet gears PR and a ring gear HR.
  • the planetary gear 4 is designed in a known manner for torque transmission by means of the sun gear SR, the planetary carrier PT and the ring gear HR.
  • the drive device 1 also includes an electric motor 5 arranged offset to the transmission 4 for electrically driving the bicycle.
  • the electric motor 5 is arranged axially parallel to a longitudinal axis of the transmission 4 in the illustration in FIG.
  • the electric motor 5 is offset relative to the gear 4 relative to the plane of the figure in FIG.
  • a pedal crankshaft 6 is mounted in the bottom bracket 3 of the bicycle and is mechanically operatively connected to pedal cranks (not shown in FIG. 1) for driving the bicycle by muscle power.
  • a drive shaft 7 is mounted on the pedal crankshaft 6 .
  • the drive shaft 7 is designed as a hollow shaft in the illustration in FIG. 1, which is mounted on the pedal crankshaft 6 by means of bearings L1, L2.
  • the electric motor 5 is mechanically operatively connected to a drive wheel 8 arranged coaxially to the drive shaft 7 .
  • a torque generated by the electric motor 5 is transmitted to the drive wheel 8 and from there to the drive shaft 7 by means of a traction mechanism 81 , a chain 81 in the illustration in FIG.
  • the drive wheel 8 is mounted on the drive shaft 7 by means of a ball bearing KL1.
  • the electric drive device 1 also includes a first freewheel element F1 and a second freewheel element F2.
  • the first and second freewheeling elements F1, F2 are shown in FIG. 1 as the first and second pawls, respectively.
  • the first pawl F1 and the second pawl F2 are arranged together in a one-piece freewheel element carrier 9 .
  • the one-piece freewheel element carrier 9 is a single component in which the first freewheel element F1 and the second freewheel element F2 are arranged in sections.
  • the drive wheel 8 can be connected to the drive shaft 7 in order to transmit the motor power of the electric motor 5.
  • the electric motor 5 by means of the first freewheel element F1 are coupled to the drive shaft 7 via the one-piece freewheel element carrier 9 depending on the direction of rotation.
  • One of the rotary elements of the planetary gear set of the transmission 4 can be connected to the drive shaft 7 by means of the second freewheel element F2, in particular via the one-piece freewheel element carrier 9.
  • a rotary element 12 of the transmission 4 which is only partially represented, can be connected to the drive shaft 7 via the second freewheel element F2. Accordingly, this rotary element 12 of the transmission 4 can be coupled to the drive shaft 7 by means of the second freewheel element F2 via the one-piece freewheel element carrier 9, depending on the direction of rotation.
  • another of the rotary elements of the planetary gear set of the transmission 4 is also designed in one piece with a power transmission device 7, 9 of the transmission 4.
  • the power transmission device 7, 9 of the transmission 4 is formed by the freewheel element carrier 9, which is designed in one piece.
  • the planetary carrier PT of the planetary gear set of the transmission 4 is designed in one piece with this power transmission device 9 .
  • the first freewheel element F1 and the second freewheel element F2 are shown in the one-piece freewheel element carrier 9 in the illustration of FIG. 1 as the first or second pawl F1, F2.
  • the first and second pawl F1, F2 are arranged axially adjacent to one another with respect to a longitudinal axis LA of the drive shaft 7.
  • the first and second pawl F1, F2 in the representation of Figure 1 with respect to the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 are each aligned radially outward, ie in the same direction.
  • the first and second pawl F1, F2 are arranged at a comparatively small predetermined distance from the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 in the representation of FIG.
  • FIG. 2 schematically shows a section of an electric drive device 11 according to a further embodiment.
  • the elements of the drive device 11 provided with the same reference numerals in FIG. 2 are the same as those of the Drive device 1 of Figure 1 equivalent. These are not discussed further in the explanation of FIG.
  • the drive device 11 of Figure 2 differs from the drive device 1 of Figure 1 in that here the ring gear HR of the planetary gear set of the transmission 4 can be connected to the drive shaft 7 by means of the second freewheel element F2, in particular via the one-piece freewheel element carrier 9.
  • the power transmission device 7, 9 of the transmission 4 is also formed by the one-piece freewheel element carrier 9 in the illustration in FIG.
  • the sun wheel SR of the planetary wheel set of the transmission 4 and the one-piece freewheel element carrier 9 are designed in one piece instead of the planetary carrier PT.
  • first freewheeling element F1 and the second freewheeling element F2 are also shown as a first or second pawl F1, F2.
  • the first and second pawl F1, F2 are arranged radially adjacent to one another at least in sections with respect to a longitudinal axis LA of the drive shaft 7.
  • the first pawl F1 in the illustration in FIG. 2 is oriented radially inward, but the second pawl F2 is oriented radially outward with respect to the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 .
  • installation space can be saved in the axial direction of the drive device 11 .
  • the first and second pawl F1, F2 in the illustration in FIG. 2 are arranged at a greater predetermined distance from the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 than in the illustration in FIG.
  • FIG. 3a schematically shows a section of an electric drive device 21 according to a further embodiment.
  • the elements of the drive device 21 provided with the same reference symbols in FIG. 3 are equivalent to those of the drive device 1 of FIG. 1 or the drive device 11 of FIG. These are not discussed further in the explanation of FIG. 3a.
  • the ring gear HR of the planetary gear set of the transmission 4 can be connected to the drive shaft 7 by means of the second freewheel element F2, ie via the one-piece freewheel element carrier 9.
  • the sun gear SR of the planetary gear set of the transmission 4 and the drive shaft 7 are designed in one piece.
  • first freewheeling element F1 and the second freewheeling element F2 are also shown as first and second pawls F1, F2, respectively.
  • the first and second pawl F1, F2 are at least partially axially adjacent with respect to a longitudinal axis LA of the drive shaft 7 and are each arranged radially inward, that is to say in the same direction as one another.
  • the first and second pawl F1, F2 in the representation of Figure 3a are arranged at a greater predetermined distance from the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 compared to the representation of Figures 1 and 2.
  • the pawls F1 and F2 can absorb a greater torque compared to the drive devices 1 and 11.
  • FIG. 3b schematically shows a development of the drive device 21 according to FIG. 3a.
  • the drive shaft 7' of the drive device 21 is extended outwards in the radial direction with respect to the longitudinal axis LA.
  • This configuration offers the advantage that a further drive wheel 8' for transmitting a drive force from the drive device 21 to a drive axle of the bicycle can be mounted on the drive shaft 7' at a shortened distance from it.
  • a sealing element 10a is arranged between the radially outwardly extended drive shaft 7' and a housing 10 of the drive device 21.
  • the housing 10 of the drive device 21 can be sealed against the ingress of dirt and/or moisture by means of the sealing element 10a.
  • FIG. 4 schematically shows a section of an electric drive device 31 according to a further embodiment.
  • the elements of the drive device 31 provided with the same reference symbols in FIG. 4 are to those of the Drive device 1 of Figure 1, the drive device 11 of Figure 2 or the drive device 21 of Figures 3a and 3b equivalent. These elements are not discussed further in the explanation of FIG.
  • the rotating element 12 of the planetary gearset of the transmission 4 which is only partially shown, can be connected to the drive shaft 7 by means of the second freewheel element F2, in particular via the one-piece freewheel element carrier 9.
  • the power transmission device 7, 9 of the transmission 4 is supported both by the drive shaft 7 and by the one-piece freewheel element carrier 9 educated.
  • the sun gear SR of the planetary gear set of the transmission 4 is formed in one piece in the representation of FIG. Accordingly, in the drive device 31 of FIG.
  • the drive device 31 can be constructed in a particularly simple manner, since fewer components have to be used than for the construction of the drive devices 1 , 11 and 21 .
  • the drive wheel 8 is mounted in the housing 10 of the drive device 31 in the drive device 31 of FIG.
  • the one-piece freewheel element carrier 9 can be arranged radially on the inside of the ball bearing KL1 of the drive wheel 8 with respect to the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 .
  • the Freilaufelement investigating- ger 9 and the ball bearing KL 1 can therefore be stacked radially. Installation space can thus be saved in the axial direction with respect to the longitudinal axis LA of the drive shaft 7 . reference sign

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine elektrische Antriebseinrichtung (1; 11; 21; 31) für ein Fahrrad, umfassend ein angeordnetes Getriebe (4). Das Getriebe (4) umfasst zumindest einen Planetenradsatz mit zumindest drei relativ zueinander drehbar angeordneten Drehelementen (12; SR, PT, HR). Die elektrische Antriebseinrichtung (1; 11; 21; 31) umfasst ferner einen versetzt zum Getriebe (4) angeordneten Elektromotor (5), eine zumindest auf einer Tretkurbelwelle (6) des Fahrrads gelagerte Antriebswelle (7; 7'), ein koaxial zu der Antriebswelle (7; 7') angeordnetes Antriebsrad (8) zur Übertragung einer Motorkraft des Elektromotors (5) auf die Antriebswelle (7; 7'), ein erstes Freilaufelement (F1) und ein zweites Freilaufelement (F2). Das erste Freilaufelement (F1) und das zweite Freilaufelement (F2) sind gemeinsam in einem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) angeordnet. Das Antriebsrad (8) ist mittels des ersten Freilaufelements (F1) über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) mit der Antriebswelle (7; 7') verbindbar und eines der Drehelemente (12; SR, PT, HR) des Planetenradsatzes des Getriebes (4) ist mittels des zweiten Freilaufelements (F2) über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) mit der Antriebswelle (7; 7') verbindbar. Ein weiteres der Drehelemente (12; SR, PT, HR) des Planetenradsatzes des Getriebes (4) ist mit einer Kraftübertragungseinrichtung (7; 7'; 9) des Getriebes (4) einstückig ausgebildet.

Description

Elektrische Antriebseinrichtunq für ein Fahrrad und Fahrrad damit
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinrichtung für ein Fahrrad. Die Erfindung betrifft zudem ein Fahrrad mit der elektrischen Antriebseinrichtung.
Stand der Technik
Bekannt sind Elektrofahrräder, insbesondere elektrisch mittels eines Elektromotors und durch Muskelkraft mittels Pedalen hybrid angetriebene Pedelecs. Diese weisen einen an einem Aufnahmebereich einer Pedalwelle des Elektrofahrrads angeordneten Elektro- motor auf. Ein Getriebe zur Drehmomentübertragung von dem Elektromotor und den Pedalen des Elektrofahrrads auf eine Antriebswelle des Elektrofahrrads ist ebenfalls in dem Aufnahmebereich der Pedalwelle des Elektrofahrrads angeordnet. Der Bauraum im Bereich des Aufnahmebereichs der Pedalwelle des Elektrofahrrads ist jedoch be- grenzt.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich in einem ersten Aspekt auf eine elektrische Antriebseinrich- tung für ein Fahrrad. Die Antriebseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, eine elektrisch erzeugte Antriebskraft auf eine Antriebsachse des Fahrrads zu übertragen. Alternativ oder zusätzlich kann die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet sein, eine durch Muskelkraft erzeugte Antriebskraft, beispielsweise anhand von Pedaldrehungen des Fahrrads, auf die Antriebachse des Fahrrads zu übertragen. Beispielsweise kann mittels der Antriebseinrichtung ein Drehmoment erzeugt werden, welches auf die An- triebsachse des Fahrrads zum Antreiben desselben übertragen werden kann. Die An- triebseinrichtung kann hybrid ausgebildet sein, also sowohl zum elektrischen Antreiben wie auch zum Antreiben des Fahrrads durch Muskelkraft ausgebildet sein. Bei dem Fahrrad kann es sich um ein Elektrofahrrad, insbesondere ein hybrid angetriebenes Pe- delec handeln. Bei einem Pedelec kann eine durch Muskelkraft erzeugte Antriebskraft des Fahrrads mit einer elektrisch erzeugten Antriebskraft des Fahrrads kombiniert wer- den.
Die elektrische Antriebseinrichtung umfasst ein in einem Tretlager des Fahrrads ange- ordnetes Getriebe. Bei einem Tretlager kann es sich um den Abschnitt des Fahrradrah- mens handeln, an welchem die Pedale zum Antreiben des Fahrrads angeordnet sind. Ein Gehäuse des Tretlagers kann in Form eines Rohres ausgebildet sein, in welchem die Pedale des Fahrrads gelagert sind. Das Getriebe kann ebenfalls in dem Gehäuse gelagert sein. Ferner kann im Bereich des Tretlagers ein Kettenblatt angeordnet sein, welches zur Übertragung der von der Antriebseinrichtung erzeugten Antriebskraft auf eine Antriebsachse des Fahrrads ausgebildet sein kann. Das Getriebe kann dazu aus- gebildet sein, die von der Antriebseinrichtung aufgebrachte Antriebskraft in Form einer von dieser erzeugten Antriebsdrehzahl mittels verschiedener Übersetzungsglieder in eine auf eine Antriebswelle wirkende Abtriebsdrehzahl zu übersetzen.
Das Getriebe umfasst zumindest einen Planetenradsatz, wobei der Planetenradsatz zu- mindest drei relativ zueinander drehbar angeordnete Drehelemente umfasst, welche zur Drehmomentübertragung ausgebildet sind. Bei den drei relativ zueinander drehbar an- geordneten Drehelementen kann es sich um ein Sonnenrad, einen Planetenträger um- fassend zumindest ein Planetenrad und ein Hohlrad des Planetenradsatzes handeln. Das Sonnenrad, der Planetenträger und das Hohlrad können jeweils auf drehbar gela- gerten Wellen angeordnet sein. Das Sonnenrad, das Planetenrad und das Hohlrad kön- nen jeweils als miteinander kämmende Zahnräder ausgebildet sein. Je nach Durchmes- ser der einzelnen Zahnräder und deren relativen Drehgeschwindigkeit können so Dreh- momente zwischen dem Sonnenrad, dem Planetenträger und dem Hohlrad übertragen werden. Beispielsweise kann eine Drehung des Hohlrads blockiert sein, das Hohlrad kann demnach festgesetzt sein. Das Sonnenrad kann mit einer Antriebswelle des Fahr- rads gekoppelt sein. Der Planetenträger kann mit einer Tretkurbelwelle des Fahrrads gekoppelt sein. Da sowohl das Sonnenrad wie auch das Hohlrad mit dem Planetenträ- ger kämmen, kann somit ein Drehmoment von der Antriebseinrichtung an die Antriebs- welle des Fahrrads übertragen werden. Ferner umfasst die elektrische Antriebseinrichtung einen versetzt zum Getriebe ange- ordneten Elektromotor sowie eine zumindest auf einer Tretkurbelwelle des Fahrrads ge- lagerte Antriebswelle. Der Elektromotor kann dazu ausgebildet sein, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Der Elektromotor kann beispielsweise als Syn- chronmotor oder Asynchronmotor ausgebildet sein. Eine Abtriebswelle des Elektromo- tors kann beispielsweise permanent drehfest mit einem Rotor des Elektromotors ver- bunden sein. Der Elektromotor kann beispielsweise achsparallel zu einer Längsachse des Getriebes oder des Tretlagers angeordnet sein. Bei der Tretkurbelwelle kann es sich um eine entlang der Längsrichtung des Tretlagers gelagerte mechanische Welle handeln. Die Tretkurbelwelle kann an zumindest einem ihrer Endabschnitte aus dem Tretlager hervorstehen. An gegenüberliegenden Endabschnitten der Tretkurbelwelle kann jeweils eine Tretkurbel montiert sein, an welcher ein Pedal zum mechanischen An- treiben des Fahrrads montiert sein kann. Die Antriebswelle kann in Form einer Hohl- welle ausgebildet sein, welche mit der Tretkurbelwelle mechanisch wirkverbunden be- festigt ist. Die von den Tretkurbeln erzeugte Antriebskraft kann in Form eines Drehmo- ments über die Tretkurbelwelle an die Antriebswelle übertragen werden. Die Antriebs- welle kann ferner mit zumindest einem Drehelement des Planetenradsatzes des Getrie- bes mechanisch wirkverbunden sein. Die Antriebswelle kann ferner mit einer Ab- triebswelle des Elektromotors mechanisch wirkverbunden sein.
Ferner umfasst die elektrische Antriebseinrichtung ein koaxial zu der Antriebswelle an- geordnetes Antriebsrad zur Übertragung einer Motorkraft des Elektromotors auf die An- triebswelle. Das Antriebsrad kann in Form eines Zahnrads ausgebildet sein, welches über ein Zugmittel mit einer Abtriebswelle des Elektromotors gekoppelt sein kann. Bei dem Zugmittel kann es sich um eine Kette oder einen Zahnriemen handeln, welche mit einer Verzahnung des Zahnrads kämen können. Alternativ kann es sich bei dem An- triebsrad um eine Riemenscheibe handeln, welche mit dem Zugmittel reibschlüssig ver- bunden werden kann.
Weiterhin umfasst die elektrische Antriebseinrichtung ein erstes Freilaufelement und ein zweites Freilaufelement. Das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement sind gemeinsam in einem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger angeordnet. Das erste Freilaufelement kann dazu ausgebildet sein, zwei Komponenten der Antriebseinrichtung drehrichtungsabhängig zu koppeln. Demnach kann das erste Frei- laufelement dazu ausgebildet sein, die beiden Komponenten der Antriebseinrichtung in einer ersten Drehrichtung zur Drehmomentübertragung zu verbinden. In einer der ers- ten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung kann mittels des ersten Frei- laufelements die Verbindung der beiden Komponenten gelöst beziehungsweise unter- brochen werden. Beispielsweise kann eine Drehung einer Welle innerhalb der Antriebs- einrichtung mittels des ersten Freilaufelements in einer ersten Drehrichtung gesperrt werden. Das zu dem ersten Freilaufelement Gesagte gilt analog für das zweite Freilau- felement. Demnach kann anhand des ersten beziehungsweise des zweiten Freilaufele- ments eine drehrichtungsabhängige Kupplungsfunktion zweier Komponenten der An- triebseinrichtung realisiert werden. Das erste und das zweite Freilaufelement können Sperrklinken aufweisen. Alternativ können das erste und das zweite Freilaufelement Klemmrollen, Klemmkörper, Klauenringe oder Schlingfedern aufweisen. Das erste und das zweite Freilaufelement sind gemeinsam in einem aus einem Stück bestehenden Freilaufelementträger angeordnet. Der Freilaufelementträger ist demnach ein einzelnes Bauteil, in welchem jeweils abschnittsweise das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement angeordnet sind.
Das Antriebsrad ist mittels des ersten Freilaufelements über den einstückig ausgebilde- ten Freilaufelementträger mit der Antriebswelle verbindbar. Ferner ist eines der Drehe- lemente des Planetenradsatzes des Getriebes mittels des zweiten Freilaufelements über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger mit der Antriebswelle verbind- bar. Das erste Freilaufelement kann demnach eine drehrichtungsabhängige Kupplung des Antriebsrads beziehungsweise des mit diesem verbundenen Elektromotors mit der Antriebswelle realisieren. Das zweite Freilaufelement kann demnach eine drehrich- tungsabhängige Kupplung eines der Drehelemente des Planetenradsatzes des Getrie- bes, beispielsweise des Hohlrads, mit der Antriebswelle realisieren. Diese beiden Kupp- lungsfunktionen können aufgrund des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers über ein einzelnes Bauteil realisiert werden.
Ein weiteres der Drehelemente des Planetenradsatzes des Getriebes ist mit einer Kraft- übertragungseinrichtung des Getriebes einstückig ausgebildet. Bei dem weiteren Dre- helement des Planetenradsatzes kann es sich beispielsweise um das Sonnenrad handeln, während das Hohlrad des Planetenradsatzes mittels des zweiten Freilaufele- ments über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger mit der Antriebswelle verbindbar ist. Bei einer Kraftübertragungseinrichtung des Getriebes kann es sich um ein drehmomentübertragend, beispielsweise drehbar, innerhalb des Getriebes angeord- netes Bauteil zur Kraftübertragung handeln. Alternativ kann es sich bei einer Kraftüber- tragungseinrichtung des Getriebes um eine Mehrzahl relativ zueinander drehmomen- tübertragend, insbesondere drehbar, innerhalb des Getriebes angeordneter Bauteile zur Kraftübertragung handeln.
Demnach sind gemäß der vorgeschlagenen elektrischen Antriebseinrichtung für ein Fahrrad sowohl der Freilaufelementträger selbst wie auch ein weiteres der Drehele- mente des Planetenradsatzes mit einer Kraftübertragungseinrichtung des Getriebes ein- stückig ausgebildet. Hierdurch können Bauteile eingespart werden. Ferner kann dadurch auch Bauraum innerhalb des Tretlagers eingespart werden, da weniger Bau- teile innerhalb des Tretlagers Platz finden müssen. Weiterhin kann die Antriebseinrich- tung auch einfacher und kostengünstiger konstruiert werden, da weniger Bauteile ver- wendet werden müssen.
Nach einer Ausführungsform der Antriebseinrichtung kann die Kraftübertragungseinrich- tung des Getriebes von der Antriebswelle gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform kann demnach eines der Drehelemente des Planetenradsatzes des Getriebes mittels des zweiten Freilaufelements über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger mit der Antriebswelle verbindbar sein. Ein weiteres der Drehelemente des Planetenrad- satzes des Getriebes kann mit der Antriebswelle einstückig ausgebildet sein. Demnach können insbesondere bei der Konstruktion des Getriebes Bauteile, wie beispielsweise eine Verzahnung zwischen der Antriebswelle und den Drehelementen des Planetenrad- satzes, eingespart werden. Aufgrund der einstückigen Ausbildung, also der direkten Verbindung, eines der Drehelemente des Planetenradsatzes mit der Antriebswelle kann außerdem ein Reibungsverlust bei einer Drehmomentübertragung zwischen diesen Bauteilen minimiert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Antriebseinrichtung kann die Kraftübertra- gungseinrichtung des Getriebes von dem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger gebildet werden. Der einstückig ausgebildeten Freilaufelementträ- ger kann bei dieser Ausführungsform demnach einstückig mit einem Drehelement des Planetenradsatzes ausgebildet werden. Hierdurch kann auf das zusätzliche Einbauen des Freilaufelementträgers zwischen den Drehelementen des Planetenradsatzes ver- zichtet werden. Die Antriebseinrichtung kann daher einfacher montiert werden. Weiter- hin kann aufgrund dieser Ausgestaltung mittels eines einzigen Bauteils sowohl die Funktion einer Drehmomentübertragung wie auch die Funktion einer Kupplung zwi- schen zwei drehmomentübertragenden Bauteilen realisiert werden. Die Komplexität des Getriebes kann dadurch verringert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Antriebseinrichtung kann die Kraftübertra- gungseinrichtung des Getriebes von der Antriebswelle und dem einstückig ausgebilde- ten Freilaufelementträger gebildet werden. Bei dieser Ausführungsform können die oben geschilderten Funktionen und Vorteile kombiniert werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform kann die Antriebswelle des Fahrrads mit zumin- dest einer Tretkurbel mechanisch wirkverbunden sein, wobei ein Kraftübertragungspfad auf die Antriebswelle von der Tretkurbel über das Getriebe führen kann. Die Tretkurbel kann beispielsweise an der Tretkurbelwelle montiert sein. In diesem Fall kann die An- triebswelle über die Tretkurbelwelle, auf welcher die Antriebswelle gelagert ist, mit der Tretkurbel mechanisch wirkverbunden sein. Weiterhin ist die Antriebswelle über das erste beziehungsweise das zweite Freilaufelement mit weiteren Getriebebauteilen ver- bindbar. Wird demnach eine manuell durch Treten der an den Tretkurbeln montierten Pedale erzeugte Antriebskraft auf die Tretkurbeln aufgebracht, kann diese über die oben geschilderte Wirkverbindung auf die Antriebswelle übertragen werden.
Bei dieser Ausführungsform kann die Übertragung der Motorkraft des Elektromotors auf die Antriebswelle im Endbereich des Kraftübertragungspfades erfolgen. Die Übertra- gung der Motorkraft des Elektromotors kann mittels des koaxial zur Antriebswelle ange- ordneten Antriebsrads auf die Antriebswelle erfolgen. Bei dieser Ausführungsform kann das Antriebsrad derart innerhalb der Antriebseinrichtung angeordnet sein, dass die Mo- torkraft des Elektromotors am Ausgang des Getriebes auf die Antriebswelle übertragen wird. Die über die Tretkurbeln aufgebrachte Antriebskraft kann demnach zunächst über die Tretkurbelwelle an das Getriebe zur Drehmomentübertragung, also zur Einstellung einer geeigneten Übersetzung der Drehelemente des Planetenradsatzes, geführt wer- den. Nachdem eine geeignete Übersetzung eingestellt, also eine Schaltung erfolgt ist, kann die Antriebskraft durch die Motorkraft des Elektromotors verstärkt und auf die An- triebswelle aufgebracht werden. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass eine Schaltung ohne die zusätzliche Motorkraft des Elektromotors, also ohne Last, erfolgen kann. Die Lebensdauer des Getriebes kann hierdurch verlängert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Antriebsrad auf der Antriebswelle ge- lagert sein. Das Antriebsrad kann unmittelbar auf der Antriebswelle gelagert sein. Alter- nativ kann das Antriebsrad mittelbar, beispielsweise mittels eines weiteren Drehele- ments, auf der Antriebswelle gelagert sein. Das Antriebsrad kann insbesondere dreh- momentübertragend auf der Antriebswelle gelagert sein. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass die Motorkraft des Elektromotors mittels des Antriebsrads besonders einfach auf die Antriebswelle übertragen werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Antriebsrad in einem Gehäuse der Antriebs- einrichtung gelagert sein. Durch die Lagerung des Antriebsrads in dem Gehäuse der Antriebseinrichtung kann Bauraum innerhalb der Antriebseinrichtung gespart werden.
Nach einer weiteren Ausführungsform können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers bezüg- lich einer Längsachse der Antriebswelle zumindest abschnittsweise axial benachbart zueinander angeordnet sein. Die Längsachse der Antriebswelle kann beispielsweise der Achse entsprechen, entlang derer die Antriebswelle sich in dem Tretlager erstreckt. Ent- lang dieser Achse können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement zu- mindest abschnittsweise benachbart zueinander angeordnet sein. Beispielsweise kön- nen sich das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement an ihren senkrecht zu der Längsachse der Antriebswelle ausgerichteten jeweiligen Außenflächen berühren. Bei dieser Ausführungsform kann demnach die Ausdehnung des einstückig ausgebilde- ten Freilaufelementträgers entlang der Längsachse der Antriebswelle größer sein als senkrecht zu dieser Achse. Somit kann bei dieser Ausführungsform in radialer Richtung bezüglich der Längsachse der Antriebswelle Bauraum eingespart werden. Nach einer weiteren Ausführungsform können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers bezüg- lich der Längsachse der Antriebswelle zumindest abschnittsweise radial benachbart zu- einander angeordnet sein. Die Längsachse der Antriebswelle kann beispielsweise der Achse entsprechen, entlang derer die Antriebswelle sich in dem Tretlager erstreckt. Ra- dial nach außen verlaufend von dieser Achse können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement zumindest abschnittsweise benachbart zueinander angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform kann demnach die Ausdehnung des einstückig aus- gebildeten Freilaufelementträgers senkrecht zu der Längsachse der Antriebswelle grö- ßer sein als parallel zu dieser Achse. Dadurch kann bei dieser Ausführungsform in axia- ler Richtung bezüglich der Längsachse der Antriebswelle Bauraum eingespart werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers bezüglich einer Längsachse der Antriebswelle in gleicher Richtung ausgerichtet sein. Beispielsweise können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement als erste und zweite Sperrklinke ausgebildet sein. Die erste und die zweite Sperrklinke kön- nen innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers derart ausgerichtet sein, dass die Sperrklinken zumindest abschnittsweise radial nach außen bezüglich der Längsachse der Antriebswelle ausgefahren werden können. Alternativ können die erste und die zweite Sperrklinke radial nach innen bezüglich der Längsachse der Antriebs- welle ausgefahren werden. Weitere Ausgestaltungen des ersten und zweiten Freilau- felements und deren jeweiligen Ausrichtung sind ebenfalls denkbar. Diese Ausführungs- form bietet den Vorteil, dass das erste und das zweite Freilaufelement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers besonders einfach, nämlich in gleicher Richtung, ausgeformt werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers bezüglich einer Längsachse der Antriebswelle in entgegengesetzter Richtung ausge- richtet sein. Beispielsweise können das erste Freilaufelement und das zweite Freilau- felement als erste und zweite Sperrklinke ausgebildet sein. Die erste und die zweite Sperrklinke können innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers der- art ausgerichtet sein, dass die erste Sperrklinke zumindest abschnittsweise radial nach außen bezüglich der Längsachse der Antriebswelle ausgefahren werden kann. Die zweite Sperrklinke kann zumindest abschnittsweise radial nach innen bezüglich der Längsachse der Antriebswelle ausgefahren werden. Weitere Ausgestaltungen des ers- ten und zweiten Freilaufelements und deren jeweiligen Ausrichtung sind ebenfalls denk- bar. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass das erste und das zweite Freilau- felement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers besonders ein- fach, nämlich in axialer Richtung gespiegelt, ausgeformt werden können.
Nach einer weiteren Ausführungsform können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers mit vor- gegebenem Abstand zu einer Längsachse der Antriebswelle angeordnet sein. Der vor- gegebene Abstand des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers von der Längs- achse der Antriebswelle kann beispielsweise durch eine zu erwartende Lastaufnahme des ersten Freilaufelements und des zweiten Freilaufelements bedingt beziehungs- weise ausgelegt sein. Beispielsweise können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement bei zu erwartender vergleichsweise hoher Lastaufnahme mit einem ver- gleichsweise großen Abstand zu der Längsachse der Antriebswelle angeordnet werden. Alternativ können das erste Freilaufelement und das zweite Freilaufelement bei zu er- wartender vergleichsweise geringer Lastaufnahme mit einem vergleichsweise geringen Abstand zu der Längsachse der Antriebswelle angeordnet werden. Somit kann das auf den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger wirkende Drehmoment durch geeig- nete Wahl des Abstands desselben von der Längsachse der Antriebswelle angepasst werden. Die Lebensdauer des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers kann so- mit verlängert werden.
Die Erfindung bezieht sich in einem zweiten Aspekt auf ein Fahrrad, umfassend die elektrische Antriebseinrichtung nach dem ersten Aspekt und zwei an entgegengesetz- ten Endabschnitten der Tretkurbelwelle angeordnete Tretkurbeln. Die Tretkurbeln sind mit der auf der Tretkurbelwelle befestigten Antriebswelle zum manuellen Antreiben des Fahrrads mechanisch wirkverbunden. Jeweilige weitere Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Aspekts zu entnehmen. Umgekehrt stellen auch Merkmale, Ausführungsformen und Vorteile des zweiten Aspekts Merk- male, Ausführungsformen und Vorteile des ersten Aspekts dar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer in einem Tretlager eines Fahr- rads angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung nach einer Ausfüh- rungsform der Erfindung.
Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer in einem Tretlager eines Fahr- rads angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3a zeigt schematisch einen Ausschnitt einer in einem Tretlager eines Fahr- rads angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3b zeigt schematisch einen Ausschnitt einer in einem Tretlager eines Fahr- rads angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung gemäß einer Weiter- bildung der Ausführungsform der Figur 3a.
Figur 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer in einem Tretlager eines Fahr- rads angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer in einem Tretlager 3 eines in Figur 1 nicht dargestellten Fahrrads angeordneten elektrischen Antriebseinrichtung 1 . Die An- triebseinrichtung 1 ist bezüglich der dargestellten Ansicht nach unten horizontal gespie- gelt fortgesetzt. Die elektrische Antriebseinrichtung 1 umfasst ein in dem Tretlager 3 an- geordnetes Getriebe 4. Das Getriebe 4 ist in der Figur 1 als Planetengetriebe 4 darge- stellt und umfasst ein Sonnenrad SR, eine Mehrzahl von auf einem Planetenträger PT angeordneten Planetenrädern PR und ein Hohlrad HR. Das Planetengetriebe 4 ist mit- tels des Sonnenrads SR, des Planetenträgers PT und des Hohlrads HR in bekannter Weise zur Drehmomentübertragung ausgebildet.
Die Antriebseinrichtung 1 umfasst ferner einen versetzt zum Getriebe 4 angeordneten Elektromotor 5 zum elektrischen Antreiben des Fahrrads. Der Elektromotor 5 ist in der Darstellung der Figur 1 achsparallel zu einer Längsachse des Getriebes 4 angeordnet. Der Elektromotor 5 ist hierbei relativ zur der Blattebene der Figur 1 versetzt zum Ge- triebe 4 angeordnet. In dem Tretlager 3 des Fahrrads ist eine Tretkurbelwelle 6 gela- gert, welche mit in der Figur 1 nicht dargestellten Tretkurbeln zum Antreiben des Fahr- rads durch Muskelkraft mechanisch wirkverbunden ist. Auf der Tretkurbelwelle 6 ist eine Antriebswelle 7 gelagert. Die Antriebswelle 7 ist in der Darstellung der Figur 1 als Hohl- welle ausgebildet, welche auf der Tretkurbelwelle 6 mittels Lagern L1 , L2 gelagert ist.
Zum elektrischen Antreiben des Fahrrads ist der Elektromotor 5 mit einem koaxial zur Antriebswelle 7 angeordneten Antriebsrad 8 mechanisch wirkverbunden. Mittels eines Zugmittels 81 , in der Darstellung der Figur 1 einer Kette 81 , wird ein von dem Elektro- motor 5 erzeugtes Drehmoment auf das Antriebsrad 8 und von diesem auf die Antriebs- welle 7 übertragen. Das Antriebsrad 8 ist mittels eines Kugellagers KL1 auf der An- triebswelle 7 gelagert.
Die elektrische Antriebseinrichtung 1 umfasst weiterhin ein erstes Freilaufelement F1 und ein zweites Freilaufelement F2. Das erste beziehungsweise zweite Freilaufele- ment F1 , F2 sind in der Darstellung der Figur 1 als erste beziehungsweise zweite Sperr- klinke dargestellt. Die erste Sperrklinke F1 und die zweite Sperrklinke F2 sind gemein- sam in einem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9 angeordnet. Der einstü- ckig ausgebildete Freilaufelementträger 9 ist ein einzelnes Bauteil, in welchem jeweils abschnittsweise das erste Freilaufelement F1 und das zweite Freilaufelement F2 ange- ordnet sind.
Mittels des ersten Freilaufelements F1 , insbesondere über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9, ist das Antriebsrad 8 zur Übertragung der Motorkraft des Elekt- romotors 5 mit der Antriebswelle 7 verbindbar. Somit kann der Elektromotor 5 mittels des ersten Freilaufelements F1 über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträ- ger 9 drehrichtungsabhängig mit der Antriebswelle 7 gekoppelt werden.
Mittels des zweiten Freilaufelements F2, insbesondere über den einstückig ausgebilde- ten Freilaufelementträger 9, ist eines der Drehelemente des Planetenradsatzes des Ge- triebes 4 mit der Antriebswelle 7 verbindbar. In der Darstellung der Figur 1 ist ein nur teilweise dargestelltes Drehelement 12des Getriebes 4 über das zweite Freilaufele- ment F2 mit der Antriebswelle 7 verbindbar. Demnach kann dieses Drehelement 12 des Getriebes 4 mittels des zweiten Freilaufelements F2 über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9 drehrichtungsabhängig mit der Antriebswelle 7 gekoppelt wer- den.
In der Ausführungsform der Figur 1 ist ferner ein weiteres der Drehelemente des Plane- tenradsatzes des Getriebes 4 mit einer Kraftübertragungseinrichtung 7, 9 des Getrie- bes 4 einstückig ausgebildet. In der Darstellung der Figur 1 ist die Kraftübertragungsein- richtung 7, 9 des Getriebes 4 von dem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9 gebildet. Mit dieser Kraftübertragungseinrichtung 9 ist der Planetenträger PT des Plane- tenradsatzes des Getriebes 4 einstückig ausgebildet.
Das erste Freilaufelement F1 und das zweite Freilaufelement F2 sind in dem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9 in der Darstellung der Figur 1 als erste bezie- hungsweise zweite Sperrklinke F1 , F2 dargestellt. Die erste und zweite Sperr- klinke F1 , F2 sind bezüglich einer Längsachse LA der Antriebswelle 7 axial benachbart zueinander angeordnet. Ferner sind die erste und zweite Sperrklinke F1 , F2 in der Dar- stellung der Figur 1 bezüglich der Längsachse LA der Antriebswelle 7 jeweils radial nach außen, also in gleicher Richtung ausgerichtet. Ferner sind die erste und zweite Sperrklinke F1 , F2 in der Darstellung der Figur 1 unter einem vergleichsweise kleinen vorgegebenen Abstand zu der Längsachse LA der Antriebswelle 7 angeordnet.
Die Figur 2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer elektrischen Antriebseinrich- tung 11 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in der Figur 2 mit gleichen Bezugs- zeichen versehenen Elemente der Antriebseinrichtung 1 1 sind zu denen der Antriebseinrichtung 1 der Figur 1 äquivalent. Auf diese wird in der Erläuterung der Fi- gur 2 nicht weiter eingegangen.
Die Antriebseinrichtung 11 der Figur 2 unterscheidet sich von der Antriebseinrichtung 1 der Figur 1 dadurch, dass hier das Hohlrad HR des Planetenradsatzes des Getriebes 4 mittels des zweiten Freilaufelements F2, insbesondere über den einstückig ausgebilde- ten Freilaufelementträger 9, mit der Antriebswelle 7 verbindbar ist. Analog zur Antriebs- einrichtung 1 der Figur 1 wird in der Darstellung der Figur 2 die Kraftübertragungsein- richtung 7, 9 des Getriebes 4 ebenfalls von dem einstückig ausgebildeten Freilaufele- mentträger 9 gebildet. Im Unterschied zur Darstellung der Figur 1 sind in der Antriebs- einrichtung 11 der Figur 2 anstatt des Planetenträgers PT das Sonnenrad SR des Pla- netenradsatzes des Getriebes 4 und der einstückig ausgebildete Freilaufelementträ- ger 9 einstückig ausgebildet.
In der Darstellung der Figur 2 sind das erste Freilaufelement F1 und das zweite Freilau- felement F2 ebenfalls als erste beziehungsweise zweite Sperrklinke F1 , F2 dargestellt. Die erste und zweite Sperrklinke F1 , F2 sind bezüglich einer Längsachse LA der An- triebswelle 7 zumindest abschnittsweise radial benachbart zueinander angeordnet. Fer- ner ist die erste Sperrklinke F1 in der Darstellung der Figur 2 radial nach innen, die zweite Sperrklinke F2 jedoch radial nach außen bezüglich der Längsachse LA der An- triebswelle 7 ausgerichtet. Hierdurch kann im Vergleich zur Ausführungsform der Fi- gur 1 in axialer Richtung der Antriebseinrichtung 11 Bauraum eingespart werden. Fer- ner sind die erste und zweite Sperrklinke F1 , F2 in der Darstellung der Figur 2 unter ei- nem im Vergleich zu der Darstellung der Figur 1 größeren vorgegebenen Abstand zu der Längsachse LA der Antriebswelle 7 angeordnet.
Die Figur 3a zeigt schematisch einen Ausschnitt einer elektrischen Antriebseinrich- tung 21 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in der Figur 3 mit gleichen Bezugs- zeichen versehenen Elemente der Antriebseinrichtung 21 sind zu denen der Antriebs- einrichtung 1 der Figur 1 beziehungsweise der Antriebseinrichtung 11 der Figur 2 äqui- valent. Auf diese wird in der Erläuterung der Figur 3a nicht weiter eingegangen. In der Antriebseinrichtung 21 der Figur 3a ist wiederum das Hohlrad HR des Planeten- radsatzes des Getriebes 4 mittels des zweiten Freilaufelements F2, also über den ein- stückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9, mit der Antriebswelle 7 verbindbar. Im Unterschied zu der Antriebseinrichtung 1 der Figur 1 und der Antriebseinrichtung 11 der Figur 2 wird in der Darstellung der Figur 3 die Kraftübertragungseinrichtung 7, 9 des Getriebes 4 jedoch von der Antriebswelle 7 gebildet. Demnach sind in der Antriebsein- richtung 21 der Figur 3 das Sonnenrad SR des Planetenradsatzes des Getriebes 4 und die Antriebswelle 7 einstückig ausgebildet.
In der Darstellung der Figur 3a sind das erste Freilaufelement F1 und das zweite Frei- laufelement F2 ebenfalls als erste beziehungsweise zweite Sperrklinke F1 , F2 darge- stellt. Die erste und zweite Sperrklinke F1 , F2 sind bezüglich einer Längsachse LA der Antriebswelle 7 zumindest abschnittsweise axial benachbart und jeweils radial nach in- nen, also in gleicher Richtung zueinander angeordnet. Ferner sind die erste und zweite Sperrklinke F1 , F2 in der Darstellung der Figur 3a unter einem im Vergleich zu der Dar- stellung der Figuren 1 und 2 größeren vorgegebenen Abstand zu der Längsachse LA der Antriebswelle 7 angeordnet. Hierdurch können die Sperrklinken F1 und F2 ein ver- glichen mit den Antriebseinrichtungen 1 und 11 größeres Drehmoment aufnehmen.
Die Figur 3b zeigt schematisch eine Weiterbildung der Antriebseinrichtung 21 gemäß der Figur 3a. Hierbei ist die Antriebswelle 7‘ der Antriebseinrichtung 21 in radialer Rich- tung bezüglich der Längsachse LA nach außen verlängert. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil, dass ein weiteres Antriebsrad 8‘ zur Übertragung einer Antriebskraft von der Antriebseinrichtung 21 auf eine Antriebsachse des Fahrrads unter einem verkürzten Abstand zu der Antriebswelle 7‘ auf dieser montiert werden kann. Des Weiteren ist zwi- schen der radial nach außen verlängerten Antriebswelle 7‘ und einem Gehäuse 10 der Antriebseinrichtung 21 ein Dichtelement 10a angeordnet. Mittels des Dichtelements 10a kann das Gehäuse 10 der Antriebseinrichtung 21 gegenüber eindringendem Schmutz und/oder Feuchtigkeit abgedichtet werden.
Die Figur 4 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer elektrischen Antriebseinrich- tung 31 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in der Figur 4 mit gleichen Bezugs- zeichen versehenen Elemente der Antriebseinrichtung 31 sind zu denen der Antriebseinrichtung 1 der Figur 1 , der Antriebseinrichtung 11 der Figur 2 beziehungs- weise der Antriebseinrichtung 21 der Figuren 3a und 3b äquivalent. Auf diese Elemente wird in der Erläuterung der Figur 4 nicht weiter eingegangen.
In der Antriebseinrichtung 31 der Figur 4 ist wie in der Figur 1 das nur teilweise darge- stellte Drehelement 12des Planetenradsatzes des Getriebes 4 mittels des zweiten Frei- laufelements F2, insbesondere über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträ- ger 9, mit der Antriebswelle 7 verbindbar. Im Unterschied zu den Antriebseinrichtun- gen 1 , 11 und 21 der Figuren 1 , 2 und 3a wird in der Darstellung der Figur 4 die Kraft- übertragungseinrichtung 7, 9 des Getriebes 4 jedoch sowohl von der Antriebswelle 7 wie auch von dem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger 9 gebildet. Mit dieser Kraftübertragungseinrichtung 7, 9 ist in der Darstellung der Figur 4 das Sonnenrad SR des Planetenradsatzes des Getriebes 4 einstückig ausgebildet. Demnach sind in der Antriebseinrichtung 31 der Figur 4 das Sonnenrad SR des Planetenradsatzes des Ge- triebes 4, die Antriebswelle 7 und der einstückig ausgebildete Freilaufelementträger 9 gemeinsam einstückig ausgebildet. Hierdurch ist die Antriebseinrichtung 31 besonders einfach konstruierbar, da weniger Bauteile verwendet werden müssen als für die Kon- struktion der Antriebseinrichtungen 1 , 11 und 21 .
Ferner ist in der Antriebseinrichtung 31 der Figur 4 das Antriebsrad 8 im Gehäuse 10 der Antriebseinrichtung 31 gelagert. Hierdurch kann der einstückig ausgebildete Freilau- felementträger 9 bezüglich der Längsachse LA der Antriebswelle 7 radial innenliegend zu dem Kugellager KL1 des Antriebsrads 8 angeordnet werden. Der Freilaufelementträ- ger 9 und das Kugellager KL 1 können daher radial gestapelt angeordnet werden. In axialer Richtung bezüglich der Längsachse LA der Antriebswelle 7 kann somit Bauraum eingespart werden. Bezuqszeichen
1 ; 11 ; 21 ; 31 elektrische Antriebseinrichtung
3 Tretlager
4 Getriebe, Planetengetriebe
SR Sonnenrad
PR Planetenrad
PT Planetenträger
HR Hohlrad
5 Elektromotor
6 Tretkurbelwelle
62 Tretkurbel
7; 7‘ Antriebswelle
8; 8‘ Antriebsrad
81 Zugmittel, Kette
F1 erstes Freilaufelement, erste Sperrklinke
F2 zweites Freilaufelement, zweite Sperrklinke
9 Freilaufelementträger
7; 7‘; 9 Kraftübertragungseinrichtung
10 Gehäuse
10a Dichtelement
12 Drehelement
L1 , L2 Lager
KL1 Kugellager
LA Längsachse der Antriebswelle

Claims

Patentansprüche
1. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) für ein Fahrrad, umfassend: ein in einem Tretlager (3) des Fahrrads angeordnetes Getriebe (4), umfassend zumin- dest einen Planetenradsatz, wobei der Planetenradsatz zumindest drei relativ zueinan- der drehbar angeordnete Drehelemente (12; SR, PT, HR) umfasst, welche zur Drehmo- mentübertragung ausgebildet sind; einen versetzt zum Getriebe (4) angeordneten Elektromotor (5); eine zumindest auf einer Tretkurbelwelle (6) des Fahrrads gelagerte Antriebs- welle (7; 7‘); ein koaxial zu der Antriebswelle (7; 7‘) angeordnetes Antriebsrad (8) zur Übertragung einer Motorkraft des Elektromotors (5) auf die Antriebswelle (7; 7‘); ein erstes Freilaufelement (F1 ); und ein zweites Freilaufelement (F2), wobei das erste Freilaufelement (F1 ) und das zweite Freilaufelement (F2) ge- meinsam in einem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) angeordnet sind, wobei das Antriebsrad (8) mittels des ersten Freilaufelements (F1 ) über den ein- stückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) mit der Antriebswelle (7; 7‘) verbindbar ist, wobei eines der Drehelemente (12; SR, PT, HR) des Planetenradsatzes des Ge- triebes (4) mittels des zweiten Freilaufelements (F2) über den einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) mit der Antriebswelle (7; 7‘) verbindbar ist, und wobei ein weiteres der Drehelemente (12; SR, PT, HR) des Planetenradsatzes des Getriebes (4) mit einer Kraftübertragungseinrichtung (7; 7‘; 9) des Getriebes (4) ein- stückig ausgebildet ist.
2. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach Anspruch 1 , wobei die Kraftüber- tragungseinrichtung (7; 7‘; 9) des Getriebes (4) von der Antriebswelle (7;7‘) gebildet wird.
3. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach Anspruch 1 , wobei die Kraftüber- tragungseinrichtung (7; 7‘; 9) des Getriebes (4) von dem einstückig ausgebildeten Frei- laufelementträger (9) gebildet wird.
4. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach Anspruch 1 , wobei die Kraftüber- tragungseinrichtung (7; 7‘; 9) des Getriebes (4) von der Antriebswelle (7; 7‘) und dem einstückig ausgebildeten Freilaufelementträger (9) gebildet wird.
5. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, wobei die Antriebswelle (7; 7‘) des Fahrrads mit zumindest einer Tretkur- bel (62) mechanisch wirkverbunden ist, wobei ein Kraftübertragungspfad auf die An- triebswelle (7; 7‘) von der Tretkurbel (62) über das Getriebe (4) führt.
6. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach Anspruch 5, wobei die Übertra- gung der Motorkraft des Elektromotors (5) auf die Antriebswelle (7; 7‘) im Endbereich des Kraftübertragungspfades erfolgt.
7. Elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei das Antriebsrad (8) auf der Antriebswelle (7; 7‘) gelagert ist.
8. Elektrische Antriebseinrichtung (31 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Antriebsrad (8) in einem Gehäuse (10) der Antriebseinrichtung (31 ) gelagert ist.
9. Antriebseinrichtung (1 ; 21 ; 31 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Freilaufelement (F1 ) und das zweite Freilaufelement (F2) innerhalb des ein- stückig ausgebildeten Freilaufelementträgers (9) bezüglich einer Längsachse (LA) der Antriebswelle (7; 7‘) zumindest abschnittsweise axial benachbart zueinander angeord- net sind.
10. Antriebseinrichtung (11 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Freilau- felement (F1 ) und das zweite Freilaufelement (F2) innerhalb des einstückig ausgebilde- ten Freilaufelementträgers (9) bezüglich einer Längsachse (LA) der Antriebswelle (7; 7‘) zumindest abschnittsweise radial benachbart zueinander angeordnet sind.
11 . Antriebseinrichtung (1 ; 21 ; 31 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Freilaufelement (F1 ) und das zweite Freilaufelement (F2) innerhalb des ein- stückig ausgebildeten Freilaufelementträgers (9) bezüglich einer Längsachse (LA) der Antriebswelle (7; 7‘) in gleicher Richtung ausgerichtet sind.
12. Antriebseinrichtung (11 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das erste Frei- laufelement (F1 ) und das zweite Freilaufelement (F2) innerhalb des einstückig ausgebil- deten Freilaufelementträgers (9) bezüglich einer Längsachse (LA) der Antriebswelle (7; 7‘) in entgegengesetzter Richtung ausgerichtet sind.
13. Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wo- bei das erste Freilaufelement (F1 ) und das zweite Freilaufelement (F2) innerhalb des einstückig ausgebildeten Freilaufelementträgers (9) mit vorgegebenem Abstand zu ei- ner Längsachse (LA) der Antriebswelle (7; 7‘) angeordnet sind.
14. Fahrrad, umfassend die elektrische Antriebseinrichtung (1 ; 11 ; 21 ; 31 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und zwei an entgegengesetzten Endabschnitten der Tretkurbel- welle (6) angeordnete Tretkurbeln (62), wobei die Tretkurbeln (62) mit der auf der Tret- kurbelwelle (6) befestigten Antriebswelle (7; 7‘) zum manuellen Antreiben des Fahr- rads (2) mechanisch wirkverbunden sind.
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