WO2023099422A1 - Bicycle drive and bicycle - Google Patents

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WO2023099422A1
WO2023099422A1 PCT/EP2022/083557 EP2022083557W WO2023099422A1 WO 2023099422 A1 WO2023099422 A1 WO 2023099422A1 EP 2022083557 W EP2022083557 W EP 2022083557W WO 2023099422 A1 WO2023099422 A1 WO 2023099422A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output shaft
gear
bicycle
bicycle drive
planetary gear
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/083557
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Hauff
Marc Sommer
Original Assignee
Zf Friedrichshafen Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H3/00—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion
    • F16H3/44—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion
    • F16H3/72—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously
    • F16H3/724—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines
    • F16H3/725—Toothed gearings for conveying rotary motion with variable gear ratio or for reversing rotary motion using gears having orbital motion with a secondary drive, e.g. regulating motor, in order to vary speed continuously using external powered electric machines with means to change ratio in the mechanical gearing

Definitions

  • the present invention relates to a bicycle drive with an electric machine and a planetary gear.
  • the invention relates to a bicycle with such a bicycle drive.
  • Bicycle drives with various gear configurations are known from the prior art.
  • cost-effective design is often more important than a large number of different gears.
  • motorized drive support for the cyclist is also often desired. This should also efficiently provide drive power to the drive in order to achieve the greatest possible range with a battery, for example.
  • bicycle drives should be light, inexpensive and robust.
  • a first aspect relates to a bicycle drive.
  • the bicycle drive can be designed to transmit muscle power to a driven wheel of the bicycle.
  • the bicycle drive can be designed to be installed in an electrically drivable bicycle, such as a pedelec.
  • the bicycle drive can be built into a frame of the bicycle, for example at least partially in a down tube, a bottom bracket housing and alternatively or additionally in a seat tube of the bicycle.
  • a low center of gravity may result.
  • such a rotating Mass of the bicycle for example compared to a bicycle drive with a hub motor, be particularly small.
  • the bicycle drive has an electric machine.
  • the electric machine has an output shaft.
  • a motor drive force can be provided by the electric machine on the output shaft.
  • the bicycle drive can be designed to only support driving by muscle power and not to drive the bicycle alone.
  • the output shaft can form a rotor of the electric machine or can be connected to it in a torque-proof manner.
  • An electric machine can be an asynchronous machine or a synchronous machine, for example.
  • An electric machine can be designed to convert electrical energy into mechanical energy.
  • an electric machine can also be designed for recuperation.
  • the bicycle drive has a planetary gear.
  • the planetary gear has a gear output shaft, a first switching element and a planetary gear set with a sun gear, a planet carrier and a ring gear.
  • the sun gear, the planet carrier and the ring gear can form the respective rotating elements of the planetary gear set.
  • One or more planet gears can be rotatably mounted on the planet carrier.
  • three planet gears can be rotatably mounted on the planet carrier.
  • Each planet gear can mesh with the sun gear and the ring gear, for example.
  • the planetary gearset can also have several sets of planetary gears mounted rotatably on the planetary carrier, for example in a configuration as a plus planetary gearset.
  • the planetary gear set can be designed as a minus planetary gear set or plus planetary gear set, for example.
  • the bicycle drive can be designed to transmit torque from the electric machine via the planetary gear to the transmission output shaft and alternatively or additionally to a running wheel.
  • the planetary gear is operated, for example, so that there is an overall positive translation.
  • the transmission output shaft can, for example, be permanently or switchably connected in a rotationally fixed manner to one of the rotating elements.
  • the transmission output shaft may be formed integrally with one of the rotary members such as the ring gear.
  • the transmission output shaft can be designed to transmit torque to an impeller of the to transfer the bike.
  • the transmission output shaft can be mechanically operatively connected to the impeller by means of a chain or a belt.
  • the transmission output shaft can, for example, form a chain wheel or a belt pulley.
  • the planetary gear set can, for example, be arranged coaxially with the output shaft of the electric machine.
  • the transmission output shaft can, for example, be arranged coaxially with the output shaft of the electric machine.
  • the first shifting element can be designed, for example, as a form-fitting or friction-locking shifting element. By actuating it, a switching element can connect two elements to one another in a rotationally fixed manner. In contrast, when not actuated, torque transmission between two elements via the switching element can be interrupted.
  • a switching element can be in the form of an automatically switching switching element or an actively switchable switching element.
  • An actively switchable switching element can, for example, be adjusted by a user and alternatively or additionally by an actuator in order to switch between its respective switching states.
  • the bicycle drive can have a shift lever for actuating the respective shifting elements.
  • a freewheel element blocks as an automatically switching switching element depending on a relative direction of rotation in order to connect two elements to one another. The freewheel element therefore represents a special type of switching element.
  • the ring gear is permanently non-rotatably connected to the transmission output shaft.
  • the ring gear can thus form an output of the transmission.
  • the output shaft is permanently non-rotatably connected to the planet carrier.
  • the electric machine can thus introduce a driving force into the transmission via the planetary carrier.
  • the planet carrier can form an input shaft of the planetary gear.
  • the output shaft can be connected in a rotationally fixed manner to the sun gear by means of the first shifting element. Accordingly, the driving force can also be introduced into the transmission via the sun gear.
  • the sun gear can form an input shaft of the planetary gear in a switchable manner.
  • the planetary gear set is blocked by the non-rotatable connection of the sun gear to the output shaft.
  • the sun gear, the planet carrier and the ring gear rotate at the same speed, as do the output shaft of the electric machine and the output shaft of the transmission. If the sun gear is not connected to the output shaft in a rotationally fixed manner, the rotary elements can rotate relative to one another and a different transmission ratio can thus be provided.
  • a mechanical operative connection can be provided by a positive or frictional connection.
  • the mechanical operative connection can correspond to meshing of corresponding teeth of two elements.
  • Further elements, for example one or more spur gear stages, can be provided between the elements.
  • a permanent non-rotatable connection between two elements is understood to mean a connection in which the two elements are essentially rigidly coupled to one another in all specified states of the transmission. This also includes a frictional connection, which can lead to intentional or unintentional slippage.
  • Permanently non-rotatably connected elements can be present as individual components non-rotatably connected to one another or in one piece.
  • a connection of two elements via a further element can mean that this further element is involved in an indirect operative connection of the two elements.
  • this element can be arranged in the power flow between these two elements.
  • a connection of two elements via two or more further elements can mean that these further elements are all involved in an indirect effective connection of the two elements.
  • the planetary gear and also the bicycle drive can, for example, only have the elements described here.
  • the planetary gear and also the bicycle drive can be free of further rotary elements and alternatively or additionally switching elements.
  • the planetary gear is designed to provide a first gear ratio when the output shaft is non-rotatably connected to the sun gear by means of the first shifting element.
  • the planetary gear can be designed to provide a second gear ratio when the output shaft is separated from the sun gear by means of the first switching element.
  • the bicycle drive for example, can only provide these two gear ratios.
  • a gear ratio can correspond to a fixed ratio of input speed to output speed.
  • the bicycle drive can also be designed to provide idling.
  • the first shifting element in the form of a freewheeling element.
  • the first switching element can automatically make and break the non-rotatable connection between the output shaft in certain states of the travel drive.
  • the first switching element can be designed as a switchable freewheeling element.
  • the non-rotatable connection between the sun gear and the output shaft can be produced independently of a state of the travel drive, such as a relative rotation of the sun gear to the output shaft. Due to the fact that the first shifting element is designed to shift automatically, there is no need to coordinate an actuation of the first shifting element with other shifting elements of the planetary gear. As a result, the bicycle drive can be particularly simple and inexpensive.
  • the output shaft is permanently non-rotatably connected to the first shifting element by means of teeth.
  • the output shaft of the electric machine can have external teeth, at least in an axial partial area, with which internal teeth of the first shifting element engage.
  • the planetary gear has a second shifting element.
  • the sun gear can be of the second switching element can be fixed.
  • a fixed rotary element is, for example, non-rotatably connected to a stationary component such as a housing.
  • a locked rotary element can no longer be set in rotation by the rotation of other rotary elements of the planetary gear set.
  • the first shifting element is open, a state can be created in which the planet wheels roll on the sun wheel and drive the ring gear.
  • the ring gear thus rotates faster than the planet carrier.
  • a higher gear ratio can thus be provided.
  • the output shaft overtakes the sun gear.
  • the freewheel element changes automatically from the blocking direction state to an overrunning drive state.
  • the output shaft and the sun gear are thus automatically decoupled and the planetary gear set is no longer blocked.
  • the electric machine in a further embodiment of the bicycle drive, provision is made for the electric machine to have an electric machine housing.
  • a stator and also other electrical components of the electrical machine can be accommodated in a protected manner in the electrical machine housing.
  • the electric machine housing can be designed to be round, at least in a partial area.
  • the planetary gear can be at least partially mounted radially on the outside in this partial area.
  • the planetary gear can be easily attached to the electric machine.
  • the bicycle drive can have a planetary gear housing.
  • the planetary gear housing and the electric machine housing can also form a common housing.
  • a housing of the planetary gear can be formed, for example, by a ring gear or a separate component.
  • the ring gear can be rotatably mounted on the electric machine housing.
  • the ring gear can be rotatably mounted on the electric machine housing by means of a roller bearing.
  • the ring gear can, for example, be mounted radially on the outside on the electric machine housing.
  • the roller bearing can be designed as a roller bearing, for example.
  • the sun gear can be fixed to the electric machine housing by means of the second switching element.
  • the bicycle drive can be provided as an assembly that is largely independent of the design of the bicycle frame.
  • the sun wheel can be fixed by means of the second shifting element, for example, on a stationary component of the bicycle frame or on a housing of the planetary gear.
  • the bicycle drive has a sealing disk.
  • the sealing disc can be arranged between the electric machine housing and the ring gear, for example radially inside the ring gear.
  • the sealing disk can protect the planetary gear set and also the planetary gear as a whole from dust and water, for example by sealing off an interior space and alternatively or additionally the roller bearing for mounting the ring gear on the electric machine housing.
  • the sealing washer can seal off the planetary gear set on a side facing away axially from the transmission output shaft, which can be a side facing axially towards the electric machine.
  • the planetary gear set and also the planetary gear as a whole can be sealed on a side facing away axially from the sealing disk by a rotary element, such as the ring gear, and alternatively or additionally the gear output shaft.
  • a substantially closed interior space for the planetary gear can result.
  • the sealing disk, the electric machine housing, the ring gear and the transmission output shaft can define an interior space for the planetary gear set and protect it from dust and water.
  • the bicycle drive has a pedal crankshaft, with a torque being able to be transmitted from the pedal crankshaft to the transmission output shaft.
  • the pedal crankshaft can, for example, extend completely through the bicycle drive.
  • the crankshaft can be designed to transmit muscle power to the transmission output shaft.
  • the bicycle drive can have pedals which are connected to the pedal crankshaft.
  • the bicycle drive can be designed so that a rider of the bicycle can apply torque to the crankshaft via the pedals.
  • the transmission output shaft can be designed to transmit muscle power to at least one wheel of the bicycle.
  • the pedal crankshaft can be connected to the output shaft of the electric machine for torque transmission to the transmission output shaft, for example permanently in a rotationally fixed manner or by means of a further freewheel element.
  • the pedal crankshaft can also be connected to the transmission output shaft bypassing the planetary gear, for example permanently in a rotationally fixed manner or by means of a further freewheel element.
  • the pedal crankshaft can also be mechanically operatively connected to the transmission output shaft, for example permanently or switchably by means of a spur gear.
  • the pedal crankshaft extends through the planetary gear and the electric machine.
  • the bicycle drive can be used as a central motor in a pedelec.
  • the respective rotating masses of the bicycle can thus be particularly low.
  • the bicycle drive is particularly suitable for city bikes and folding bikes.
  • the pedal crankshaft can, for example, be arranged coaxially with the output shaft of the electric machine and alternatively or additionally with the planetary gear set.
  • the planetary gear has a third shifting element.
  • the third switching element can be designed as a freewheeling element.
  • the third shifting element designed as a freewheel element can, for example, be oriented in exactly the same way as the first shifting element designed as a freewheeling element.
  • the sun gear can be non-rotatably connected to the ring gear by means of the third shifting element. This results in an additional interlocking option for the planetary gear set.
  • the first shifting element can be supported in the blocking of the planetary gear set and thus relieved.
  • the planetary gear can be particularly robust.
  • the first switching element can be particularly small.
  • the bicycle can have an impeller.
  • the transmission output shaft can be mechanically operatively connected to the impeller, in particular permanently mechanically operatively connected.
  • the output shaft can be mechanically operatively connected to the impeller via a chain or alternatively via a belt.
  • Another freewheel element can be provided in the wheel, for example, so that the bicycle can roll without moving the bicycle drive.
  • FIG. 1 schematically shows a bicycle drive in a side view, with a planetary gear of the bicycle drive being shown in section.
  • FIG. 2 schematically shows the bicycle drive according to FIG. 1 in a perspective view.
  • FIG. 3 schematically shows the bicycle drive according to FIG. 1 in the perspective view of FIG. 2, with a transmission output shaft not being shown.
  • FIG. 1 shows schematically a bicycle drive 20 in a side view.
  • the bicycle drive 20 has an electric machine 22 with an output shaft 24 .
  • the bicycle drive 20 has a planetary gear 26 and a pedal crankshaft 28 .
  • the pedal crankshaft 28 extends transversely coaxially to the output shaft 24 and the planetary gear 26 through the electric machine 22 and the planetary gear 26 .
  • the planetary gear 26 has a planetary gear set with a sun gear 30, a
  • On the planet carrier 32 is a set rotatably mounted from three planet gears 48.
  • the planet gears 48 each mesh with the sun gear 30 and the ring gear 34, which can be seen particularly well in FIG.
  • a transmission output shaft 36 is permanently connected in a rotationally fixed manner axially to the ring gear 34 on a side facing away from the electric machine 22 .
  • the transmission output shaft 36 forms a toothing 50 radially on the outside, which can be seen clearly in FIG.
  • a belt can engage with this toothing, by means of which the transmission output shaft 36 is mechanically operatively connected to a wheel of the bicycle.
  • the output shaft 24 has teeth radially on the outside. A radially inner toothing of a first shifting element 52 of the planetary gear 26 designed as a ratchet freewheel engages with this toothing.
  • the output shaft 24 can thus be connected in a torque-proof manner to the sun gear 30 by means of the first shifting element 52 .
  • the transmission output shaft 36 can be connected in a rotationally fixed manner to the sun wheel 30 depending on the relative direction of rotation.
  • the output shaft 24 is permanently non-rotatably connected to the planetary carrier 32 . A torque can thus be introduced from the electric machine 22 into the planetary gear 26 .
  • the planetary gear 26 has a roller bearing 38 by means of which the ring gear 34 is mounted on an electric machine housing 40 of the electric machine 22 .
  • the planetary gear 26 has a second switching element.
  • the sun gear 30 can be fixed on the electric machine housing 40 by means of the second switching element. Unless the sun gear 30 is fixed to the electric machine housing 40 and a driving force is provided by the electric machine 22, the first switching element 52 is in a reverse direction state.
  • the planetary gear set is blocked accordingly, whereby a first gear is provided as a gear ratio. If the sun wheel 30 is fixed by means of the second switching element, the output shaft 24 can continue to be driven by the electric machine 22 .
  • the output shaft 24 then overruns the sun gear 30 and the first shifting element 52 automatically changes from the blocking direction state to an overrunning drive state.
  • the planetary gear set is then no longer blocked.
  • the planet gears 48 then roll on the sun gear 30 and drive the ring gear 34 .
  • the ring gear 34 thus rotates faster than the planet carrier 32. So a second gear with a higher translation than the first gear can be provided as a gear ratio.
  • the planetary gear 26 is sealed by a sealing disk 44 on its side facing away from the gear output shaft 36 .
  • the sealing disk 44 extends radially between the electric machine housing 40 and the ring gear 34.
  • the roller bearing 38 is sealed there and thus also the planetary gear 26.
  • the planetary gear 26 is closed by the gear output shaft 36 and a cover 46.
  • the cover 46 also serves to fasten the planetary gear 26 to the electric machine 22.
  • the planetary gear 26 has a third shifting element 60 in the form of a freewheel element.
  • the sun gear 30 can be connected in a torque-proof manner to the ring gear 34 by means of the third shifting element 60 .
  • the first switching element 52 is supported when locking the planetary gear set.
  • the third switching element 60 is omitted.

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Abstract

The invention relates to a bicycle drive (20) comprising an electrical machine (22) which has an output shaft (24). The bicycle drive further comprises a planetary gear (26) with a transmission output shaft (36), a first switching element (52) and a planetary gear set. The planetary gear set has a sun gear (30), a planet carrier (32) and a ring gear (34). The output shaft (24) can be connected in a rotationally fixed manner to the sun gear (30) by means of the first switching element (52). The output shaft (24) is permanently connected in a rotationally fixed manner to the planet carrier (32). The ring gear (34) is permanently connected in a rotationally fixed manner to the transmission output shaft (36). In addition, the invention relates to a bicycle having such a bicycle drive (20).

Description

Fahrradantrieb und Fahrrad Bicycle drive and bike
Technisches Gebiet technical field
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradantrieb mit Elektromaschine und einem Planetengetriebe. Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einem solchen Fahrrad- antrieb. The present invention relates to a bicycle drive with an electric machine and a planetary gear. In addition, the invention relates to a bicycle with such a bicycle drive.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik sind Fahrradantriebe mit verschiedenen Getriebekonfigura- tionen bekannt. Bei Fahrrädern ist es wünschenswert, unterschiedliche Getriebeüber- setzungen mit geringem Aufwand und Gewicht bereitstellen zu können, um effizient Fahren zu können. Bei vielen Fahrrädern, wie zum Beispiel Stadträdern, ist eine kosten- günstige Gestaltung häufig wichtiger als eine hohe Anzahl verschiedenere Gänge. Bei Fahrradantrieben ist zudem eine motorische Antriebsunterstützung des Fahrradfahrers häufig gewünscht. Diese soll ebenfalls effizient eine Antriebsleistung am Antrieb bereit- stellen, um beispielsweise mit einer Batterie eine möglichst hohe Reichweite zu erzie- len. Insgesamt sollen Fahrradantriebe leicht, kostengünstig und robust sein. Bicycle drives with various gear configurations are known from the prior art. In the case of bicycles, it is desirable to be able to provide different gear ratios with little effort and weight in order to be able to ride efficiently. For many bicycles, such as city bikes, cost-effective design is often more important than a large number of different gears. In the case of bicycle drives, motorized drive support for the cyclist is also often desired. This should also efficiently provide drive power to the drive in order to achieve the greatest possible range with a battery, for example. Overall, bicycle drives should be light, inexpensive and robust.
In der DE 10 2015 100 676 B3 ist eine Antriebsbaugruppe für ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb beschrieben, welche ein Wellgetriebe aufweist. DE 10 2015 100 676 B3 describes a drive assembly for a bicycle with an auxiliary electric drive, which has a harmonic drive.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Ein erster Aspekt betrifft einen Fahrradantrieb. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebil- det sein, eine Muskelkraft an ein angetriebenes Laufrad des Fahrrads zu übertragen. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, in einem elektrisch antreibbaren Fahr- rad, wie einem Pedelec, verbaut zu werden. Der Fahrradantrieb kann in einem Rahmen des Fahrrads verbaut werden, beispielsweise wenigstens teilweise in einem Unterrohr, einem Tretlagergehäuse und alternativ oder zusätzlich in einem Sitzrohr des Fahrrads. Es kann sich ein niedriger Schwerpunkt ergeben. Zudem kann so eine rotierende Masse des Fahrrads, beispielsweise im Vergleich zu einem Fahrradantrieb mit Naben- motor, besonders klein sein. A first aspect relates to a bicycle drive. The bicycle drive can be designed to transmit muscle power to a driven wheel of the bicycle. The bicycle drive can be designed to be installed in an electrically drivable bicycle, such as a pedelec. The bicycle drive can be built into a frame of the bicycle, for example at least partially in a down tube, a bottom bracket housing and alternatively or additionally in a seat tube of the bicycle. A low center of gravity may result. In addition, such a rotating Mass of the bicycle, for example compared to a bicycle drive with a hub motor, be particularly small.
Der Fahrradantrieb weist eine Elektromaschine auf. Die Elektromaschine weist eine Ab- triebswelle auf. An der Abtriebswelle kann von der Elektromaschine eine motorische Antriebskraft bereitgestellt werden. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Antreiben durch Muskelkraft lediglich zu unterstützen und das Fahrrad nicht alleine an- zutreiben. Die Abtriebswelle kann einen Rotor der Elektromaschine ausbilden oder mit diesem drehfest verbunden sein. Eine Elektromaschine kann beispielsweise eine Asyn- chronmaschine oder Synchronmaschine sein. Eine Elektromaschine kann dazu ausge- bildet sein, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln. Optional kann eine Elektromaschine auch zur Rekuperation ausgebildet sein. The bicycle drive has an electric machine. The electric machine has an output shaft. A motor drive force can be provided by the electric machine on the output shaft. The bicycle drive can be designed to only support driving by muscle power and not to drive the bicycle alone. The output shaft can form a rotor of the electric machine or can be connected to it in a torque-proof manner. An electric machine can be an asynchronous machine or a synchronous machine, for example. An electric machine can be designed to convert electrical energy into mechanical energy. Optionally, an electric machine can also be designed for recuperation.
Der Fahrradantrieb weist ein Planetengetriebe auf. Das Planetengetriebe weist eine Ge- triebeabtriebswelle, ein erstes Schaltelement und einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad, einem Planetenträger und einem Hohlrad auf. Das Sonnenrad, der Plane- tenträger und das Hohlrad können die jeweiligen Drehelemente des Planetenradsatzes bilden. An dem Planetenträger können ein oder mehrere Planetenräder drehbar gela- gert sein. Beispielsweise können an dem Planetenträger drei Planetenräder drehbar ge- lagert sein. Jedes Planetenrad kann beispielsweise mit dem Sonnenrad und dem Hohl- rad kämmen. Der Planetenradsatz kann auch mehrere Sätze von drehbar an dem Pla- netenträger gelagerten Planetenrädern aufweisen, beispielsweise bei einer Konfigura- tion als Plus-Planetenradsatz. Der Planetenradsatz kann beispielsweise als Minus-Pla- netenradsatz oder Plus-Planetenradsatz ausgebildet sein. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment von der Elektromaschine über das Planetenge- triebe an die Getriebeabtriebswelle und alternativ oder zusätzlich ein Laufrad zu über- tragen. Das Planetengetriebe wird beispielsweise so betrieben, dass sich insgesamt eine positive Übersetzung ergibt. The bicycle drive has a planetary gear. The planetary gear has a gear output shaft, a first switching element and a planetary gear set with a sun gear, a planet carrier and a ring gear. The sun gear, the planet carrier and the ring gear can form the respective rotating elements of the planetary gear set. One or more planet gears can be rotatably mounted on the planet carrier. For example, three planet gears can be rotatably mounted on the planet carrier. Each planet gear can mesh with the sun gear and the ring gear, for example. The planetary gearset can also have several sets of planetary gears mounted rotatably on the planetary carrier, for example in a configuration as a plus planetary gearset. The planetary gear set can be designed as a minus planetary gear set or plus planetary gear set, for example. The bicycle drive can be designed to transmit torque from the electric machine via the planetary gear to the transmission output shaft and alternatively or additionally to a running wheel. The planetary gear is operated, for example, so that there is an overall positive translation.
Die Getriebeabtriebswelle kann beispielsweise mit einem der Drehelemente permanent oder schaltbar drehfest verbunden sein. Die Getriebeabtriebswelle kann einstückig mit einem der Drehelemente, wie beispielsweise dem Hohlrad, ausgebildet sein. Die Getrie- beabtriebswelle kann dazu ausgebildet sein, ein Drehmoment an ein Laufrad des Fahrrads zu übertragen. Beispielsweise kann die Getriebeabtriebswelle mit dem Lauf- rad mittels einer Kette oder eines Riemens mechanisch wirkverbunden sein. Die Getrie- beabtriebswelle kann dafür beispielsweise ein Kettenblatt oder eine Riemenscheibe ausbilden. The transmission output shaft can, for example, be permanently or switchably connected in a rotationally fixed manner to one of the rotating elements. The transmission output shaft may be formed integrally with one of the rotary members such as the ring gear. The transmission output shaft can be designed to transmit torque to an impeller of the to transfer the bike. For example, the transmission output shaft can be mechanically operatively connected to the impeller by means of a chain or a belt. For this purpose, the transmission output shaft can, for example, form a chain wheel or a belt pulley.
Der Planetenradsatz kann beispielsweise koaxial mit der Abtriebswelle der Elektroma- schine angeordnet sein. Die Getriebeabtriebswelle kann beispielsweise koaxial mit der Abtriebswelle der Elektromaschine angeordnet sein. Es ergibt sich eine kompakte An- ordnung, bei welcher eine Drehmomentübertragung einfach realisiert werden kann. The planetary gear set can, for example, be arranged coaxially with the output shaft of the electric machine. The transmission output shaft can, for example, be arranged coaxially with the output shaft of the electric machine. A compact arrangement results, in which a torque transmission can be implemented easily.
Das erste Schaltelement kann beispielsweise als formschlüssiges oder reibschlüssiges Schaltelement ausgebildet sein. Ein Schaltelement kann durch dessen Betätigung zwei Elemente drehfest miteinander verbinden. Unbetätigt kann dagegen eine Drehmomen- tübertragung zwischen zwei Elementen über das Schaltelement unterbrochen sein. Ein Schaltelement kann als selbsttätig schaltendes Schaltelement oder aktiv schaltbares Schaltelement ausgebildet sein. Ein aktiv schaltbares Schaltelement kann beispiels- weise von einem Benutzer und alternativ oder zusätzlich durch einen Aktuator verstellt werden, um zwischen dessen jeweiligen Schaltzuständen zu wechseln. Für die Betäti- gung jeweiliger Schaltelemente kann der Fahrradantrieb einen Schalthebel aufweisen. Beispielsweise sperrt ein Freilaufelement als selbsttätig schaltendes Schaltelement in Abhängigkeit von einer relativen Drehrichtung, um zwei Elemente miteinander zu ver- binden. Das Freilaufelement stellt also eine besondere Art eines Schaltelements dar. The first shifting element can be designed, for example, as a form-fitting or friction-locking shifting element. By actuating it, a switching element can connect two elements to one another in a rotationally fixed manner. In contrast, when not actuated, torque transmission between two elements via the switching element can be interrupted. A switching element can be in the form of an automatically switching switching element or an actively switchable switching element. An actively switchable switching element can, for example, be adjusted by a user and alternatively or additionally by an actuator in order to switch between its respective switching states. The bicycle drive can have a shift lever for actuating the respective shifting elements. For example, a freewheel element blocks as an automatically switching switching element depending on a relative direction of rotation in order to connect two elements to one another. The freewheel element therefore represents a special type of switching element.
Das Hohlrad ist mit der Getriebeabtriebswelle permanent drehfest verbunden. Das Hohlrad kann somit einen Ausgang des Getriebes bilden. Die Abtriebswelle ist mit dem Planetenträger permanent drehfest verbunden. Die Elektromaschine kann somit eine Antriebskraft über den Planetenträger in das Getriebe einleiten. Der Planetenträger kann eine Eingangswelle des Planetengetriebes bilden. Die Abtriebswelle ist mit dem Sonnenrad mittels des ersten Schaltelements drehfest verbindbar. Entsprechend kann auch die Antriebskraft über das Sonnenrad in das Getriebe eingeleitet werden. Das Sonnenrad kann schaltbar eine Eingangswelle des Planetengetriebes bilden. Durch das drehfeste Verbinden des Sonnenrads mit der Abtriebswelle und ein Freigeben dieser Verbindung können unterschiedliche Gänge bei dem Planetengetriebe bereitgestellt werden. Durch das drehfeste Verbinden des Sonnenrads mit der Abtriebswelle wird der Planetenradsatz verblockt. In diesem Zustand drehen das Sonnenrad, der Planetenträ- ger und das Hohlrad mit der gleichen Geschwindigkeit, ebenso wie die Abtriebswelle der Elektromaschine und die Getriebeabtriebswelle. Sofern das Sonnenrad nicht dreh- fest mit der Abtriebswelle verbunden ist, können die Drehelemente relativ zueinander rotieren und so eine andere Übersetzung bereitgestellt werden. The ring gear is permanently non-rotatably connected to the transmission output shaft. The ring gear can thus form an output of the transmission. The output shaft is permanently non-rotatably connected to the planet carrier. The electric machine can thus introduce a driving force into the transmission via the planetary carrier. The planet carrier can form an input shaft of the planetary gear. The output shaft can be connected in a rotationally fixed manner to the sun gear by means of the first shifting element. Accordingly, the driving force can also be introduced into the transmission via the sun gear. The sun gear can form an input shaft of the planetary gear in a switchable manner. By connecting the sun gear to the output shaft in a torque-proof manner and releasing this connection, different gears can be provided in the planetary gear become. The planetary gear set is blocked by the non-rotatable connection of the sun gear to the output shaft. In this condition, the sun gear, the planet carrier and the ring gear rotate at the same speed, as do the output shaft of the electric machine and the output shaft of the transmission. If the sun gear is not connected to the output shaft in a rotationally fixed manner, the rotary elements can rotate relative to one another and a different transmission ratio can thus be provided.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittel- bar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements eine Reak- tion des anderen Elements bewirkt. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbin- dung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die mechanische Wirkverbindung einem Kämmen von korrespon- dierenden Verzahnungen von zwei Elementen entsprechen. Zwischen den Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise eine oder mehrere Stirnradstufen, vor- gesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemä- ßen Zuständen des Getriebes im Wesentlichen starr miteinander gekoppelt sind. Hier- unter fällt auch eine reibschlüssige Verbindung, bei welcher es zu einem gewollten oder ungewollten Schlupf kommen kann. Permanent drehfest verbundene Elemente können als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorlie- gen. Eine Verbindung zweier Elemente über ein weiteres Element kann bedeuten, dass dieses weitere Element an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente betei- ligt ist. Beispielsweise kann dieses Element im Kraftfluss zwischen diesen beiden Ele- menten angeordnet sein. Eine Verbindung zweier Elemente über zwei oder mehr wei- tere Elemente kann bedeuten, dass diese weiteren Elemente alle an einer mittelbaren Wirkverbindung der beiden Elemente beteiligt sind. If two elements are mechanically operatively connected, then these are coupled to one another directly or indirectly in such a way that a movement of one element causes a reaction in the other element. For example, a mechanical operative connection can be provided by a positive or frictional connection. For example, the mechanical operative connection can correspond to meshing of corresponding teeth of two elements. Further elements, for example one or more spur gear stages, can be provided between the elements. A permanent non-rotatable connection between two elements is understood to mean a connection in which the two elements are essentially rigidly coupled to one another in all specified states of the transmission. This also includes a frictional connection, which can lead to intentional or unintentional slippage. Permanently non-rotatably connected elements can be present as individual components non-rotatably connected to one another or in one piece. A connection of two elements via a further element can mean that this further element is involved in an indirect operative connection of the two elements. For example, this element can be arranged in the power flow between these two elements. A connection of two elements via two or more further elements can mean that these further elements are all involved in an indirect effective connection of the two elements.
Das Planetengetriebe und auch der Fahrradantrieb können beispielsweise nur die hier beschriebenen Elemente aufweisen. Beispielsweise kann das Planetengetriebe und auch der Fahrradantrieb frei von weiteren Drehelementen und alternativ oder zusätzlich Schaltelementen sein. In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe dazu ausgebildet ist, eine erste Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle mit dem Sonnenrad mittels des ersten Schaltelements drehfest verbunden ist. Zudem kann das Planetengetriebe dazu ausgebildet sein, eine zweite Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle von dem Sonnenrad mit- tels des ersten Schaltelements getrennt ist. Der Fahrradantrieb kann beispielsweise nur diese zwei Getriebeübersetzungen bereitstellen. Eine Getriebeübersetzung kann einem festen Verhältnis von Eingangsdrehzahl zu Ausgangsdrehzahl entsprechen. Optional kann der Fahrradantrieb zusätzlich dazu ausgebildet sein, einen Leerlauf bereitzustel- len. The planetary gear and also the bicycle drive can, for example, only have the elements described here. For example, the planetary gear and also the bicycle drive can be free of further rotary elements and alternatively or additionally switching elements. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the planetary gear is designed to provide a first gear ratio when the output shaft is non-rotatably connected to the sun gear by means of the first shifting element. In addition, the planetary gear can be designed to provide a second gear ratio when the output shaft is separated from the sun gear by means of the first switching element. The bicycle drive, for example, can only provide these two gear ratios. A gear ratio can correspond to a fixed ratio of input speed to output speed. Optionally, the bicycle drive can also be designed to provide idling.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das erste Schaltelement als Freilaufelement ausgebildet ist. Dadurch kann das erste Schalt- element die drehfeste Verbindung zwischen der Abtriebswelle in bestimmten Zuständen des Fahrantriebs selbsttätig herstellen und trennen. Das erste Schaltelement kann als schaltbares Freilaufelement ausgebildet sein. Dadurch kann die drehfeste Verbindung zwischen dem Sonnenrad und der Abtriebswelle unabhängig von einem Zustand des Fahrantriebs, wie einer relativen Drehung des Sonnenrads zu der Abtriebswelle, herge- stellt werden. Dadurch, dass das erste Schaltelement selbsttätig schaltend ausgebildet ist, kann auf ein Abstimmen einer Betätigung des ersten Schaltelements mit weiteren Schaltelementen des Planetengetriebes gegebenenfalls verzichtet werden. Dadurch kann der Fahrradantrieb besonders einfach und kostengünstig sein. In a further embodiment of the bicycle drive, provision is made for the first shifting element to be in the form of a freewheeling element. As a result, the first switching element can automatically make and break the non-rotatable connection between the output shaft in certain states of the travel drive. The first switching element can be designed as a switchable freewheeling element. As a result, the non-rotatable connection between the sun gear and the output shaft can be produced independently of a state of the travel drive, such as a relative rotation of the sun gear to the output shaft. Due to the fact that the first shifting element is designed to shift automatically, there is no need to coordinate an actuation of the first shifting element with other shifting elements of the planetary gear. As a result, the bicycle drive can be particularly simple and inexpensive.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass die Ab- triebswelle mit dem ersten Schaltelement mittels einer Verzahnung permanent drehfest verbunden ist. Es ergibt sich eine kompakte und robuste permanente drehfeste Verbin- dung. Beispielsweise kann die Abtriebswelle der Elektromaschine eine Außenverzah- nung wenigstens in einem axialen Teilbereich aufweisen, mit welcher eine Innenverzah- nung des ersten Schaltelements eingreift. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the output shaft is permanently non-rotatably connected to the first shifting element by means of teeth. The result is a compact and robust permanent non-rotatable connection. For example, the output shaft of the electric machine can have external teeth, at least in an axial partial area, with which internal teeth of the first shifting element engage.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein zweites Schaltelement aufweist. Dadurch können weitere Schalt- zustände bei dem Planetengetriebe ermöglicht werden. Das Sonnenrad kann mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar sein. Ein festgesetztes Drehelement ist bei- spielsweise mit einem stationären Bauteil, wie einem Gehäuse, drehfest verbunden. Ein festgesetztes Drehelement kann durch die Rotation anderer Drehelemente des Plane- tenradsatzes nicht mehr in Rotation versetzt werden. Dadurch kann bei geöffnetem ers- tem Schaltelement ein Zustand hergestellt werden, bei welchem die Planetenräder an dem Sonnenrad abrollen und das Hohlrad antreiben. Das Hohlrad dreht sich somit schneller als der Planetenträger. So kann eine höhere Übersetzung bereitgestellt wer- den. Die Abtriebswelle überholt dabei das Sonnenrad. Sofern das erste Schaltelement als Freilaufelement ausgebildet ist, wechselt das Freilaufelement selbsttätig von dem Sperrrichtungszustand in einen Überholtriebzustand. Die Abtriebswelle und das Son- nenrad werden so selbsttätig entkoppelt und der Planetenradsatz ist nicht mehr verb- lockt. Mit einfachen Mitteln können so kompakt zwei Gänge für ein Pedelec bereitge- stellt werden, wobei eine Schaltung zum Gangwechsel einfach realisiert werden kann. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the planetary gear has a second shifting element. As a result, further switching states can be made possible in the planetary gear. The sun gear can be of the second switching element can be fixed. A fixed rotary element is, for example, non-rotatably connected to a stationary component such as a housing. A locked rotary element can no longer be set in rotation by the rotation of other rotary elements of the planetary gear set. As a result, when the first shifting element is open, a state can be created in which the planet wheels roll on the sun wheel and drive the ring gear. The ring gear thus rotates faster than the planet carrier. A higher gear ratio can thus be provided. The output shaft overtakes the sun gear. If the first switching element is designed as a freewheel element, the freewheel element changes automatically from the blocking direction state to an overrunning drive state. The output shaft and the sun gear are thus automatically decoupled and the planetary gear set is no longer blocked. With simple means, two gears can be made available for a pedelec in a compact manner, with gear changing being easy to implement.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass die Elektromaschine ein Elektromaschinengehäuse aufweist. In dem Elektromaschinenge- häuse kann beispielsweise ein Stator und auch weitere Elektrokomponenten der Elekt- romaschine geschützt aufgenommen sein. Das Elektromaschinengehäuse kann we- nigstens in einem Teilbereich rund ausgebildet sein. An diesem Teilbereich kann das Planetengetriebe radial außen wenigstens teilweise gelagert sein. Das Planetengetriebe kann so einfach auf die Elektromaschine aufgesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Fahrradantrieb ein Planetengetriebegehäuse aufweisen. Das Planetengetrie- begehäuse und das Elektromaschinengehäuse können auch ein gemeinsames Ge- häuse bilden. Ein Gehäuse des Planetengetriebes kann beispielsweise durch ein Hohl- rad oder ein dazu separates Bauteil gebildet sein. In a further embodiment of the bicycle drive, provision is made for the electric machine to have an electric machine housing. For example, a stator and also other electrical components of the electrical machine can be accommodated in a protected manner in the electrical machine housing. The electric machine housing can be designed to be round, at least in a partial area. The planetary gear can be at least partially mounted radially on the outside in this partial area. The planetary gear can be easily attached to the electric machine. Alternatively or additionally, the bicycle drive can have a planetary gear housing. The planetary gear housing and the electric machine housing can also form a common housing. A housing of the planetary gear can be formed, for example, by a ring gear or a separate component.
Beispielsweise kann das Hohlrad an dem Elektromaschinengehäuse drehbar gelagert sein. Das Hohlrad kann mittels eines Wälzlagers an dem Elektromaschinengehäuse drehbar gelagert sein. Das Hohlrad kann beispielsweise radial außenseitig an dem Elektromaschinengehäuse gelagert sein. Das Wälzlager kann beispielsweise als Rol- lenlager ausgebildet sein. Durch das Lagern des Hohlrads an dem Elektromaschinen- gehäuse kann der Fahrradantrieb als Baugruppe weitestgehend unabhängig von einer Gestaltung des Fahrradrahmens bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Hohlrad an dem Fahrradrahmen gelagert sein, beispielsweise radial innenseitig an einem Tretlagergehäuse und alternativ oder zusätzlich einer Motorhalterung. Dadurch kann das Hohlrad zusätzlich das Planetengetriebe und alternativ oder zusätzlich die Elektromaschine abstützen. For example, the ring gear can be rotatably mounted on the electric machine housing. The ring gear can be rotatably mounted on the electric machine housing by means of a roller bearing. The ring gear can, for example, be mounted radially on the outside on the electric machine housing. The roller bearing can be designed as a roller bearing, for example. By mounting the ring gear on the electric machine housing, the bicycle drive can be provided as an assembly that is largely independent of the design of the bicycle frame. Alternatively or additionally the ring gear can be mounted on the bicycle frame, for example radially on the inside on a bottom bracket housing and, alternatively or additionally, on a motor mount. As a result, the ring gear can also support the planetary gear and alternatively or additionally the electric machine.
Das Sonnenrad kann mittels des zweiten Schaltelements an dem Elektromaschinenge- häuse festsetzbar sein. Dadurch kann der Fahrradantrieb als Baugruppe weitestgehend unabhängig von einer Gestaltung des Fahrradrahmens bereitgestellt werden. Alternativ kann das Sonnenrad mittels des zweiten Schaltelements beispielsweise an einem stati- onären Bauteil des Fahrradrahmens oder einem Gehäuse des Planetengetriebes fest- setzbar sein. The sun gear can be fixed to the electric machine housing by means of the second switching element. As a result, the bicycle drive can be provided as an assembly that is largely independent of the design of the bicycle frame. Alternatively, the sun wheel can be fixed by means of the second shifting element, for example, on a stationary component of the bicycle frame or on a housing of the planetary gear.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass der Fahrradantrieb eine Dichtscheibe aufweist. Die Dichtscheibe kann zwischen dem Elekt- romaschinengehäuse und dem Hohlrad angeordnet sein, beispielsweise radial inner- halb des Hohlrads. Die Dichtscheibe kann den Planetenradsatz und auch insgesamt das Planetengetriebe vor Staub und Wasser schützen, indem beispielsweise ein Innen- raum und alternativ oder zusätzlich das Wälzlager zum Lagern des Hohlrads an dem Elektromaschinengehäuse abgedichtet wird. Die Dichtscheibe kann den Planetenrad- satz auf einer axial zur Getriebeabtriebswelle abgewandten Seite abdichten, was eine der Elektromaschine axial zugewandte Seite sein kann. Der Planetenradsatz und auch insgesamt das Planetengetriebe können auf einer axial der Dichtscheibe abgewandten Seite durch ein Drehelement, wie beispielsweise das Hohlrad, und alternativ oder zu- sätzlich die Getriebeabtriebswelle, abgedichtet sein. Es kann sich ein im Wesentlichen abgeschlossener Innenraum für das Planetengetriebe ergeben, Beispielsweise können die Dichtscheibe, das Elektromaschinengehäuse, das Hohlrad und die Getriebeab- triebswelle einen Innenraum für den Planetenradsatz definieren und diesen vor Staub und Wasser schützen. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the bicycle drive has a sealing disk. The sealing disc can be arranged between the electric machine housing and the ring gear, for example radially inside the ring gear. The sealing disk can protect the planetary gear set and also the planetary gear as a whole from dust and water, for example by sealing off an interior space and alternatively or additionally the roller bearing for mounting the ring gear on the electric machine housing. The sealing washer can seal off the planetary gear set on a side facing away axially from the transmission output shaft, which can be a side facing axially towards the electric machine. The planetary gear set and also the planetary gear as a whole can be sealed on a side facing away axially from the sealing disk by a rotary element, such as the ring gear, and alternatively or additionally the gear output shaft. A substantially closed interior space for the planetary gear can result. For example, the sealing disk, the electric machine housing, the ring gear and the transmission output shaft can define an interior space for the planetary gear set and protect it from dust and water.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass der Fahrradantrieb eine Tretkurbelwelle aufweist, wobei ein Drehmoment von der Tretkur- belwelle an die Getriebeabtriebswelle übertragbar ist. Die Tretkurbelwelle kann sich bei- spielsweise quer komplett durch den Fahrradantrieb erstrecken. Die Tretkurbelwelle kann dazu ausgebildet sein, eine Muskelkraft an die Getriebeabtriebswelle zu übertra- gen. Der Fahrradantrieb kann Pedale aufweisen, welche mit der Tretkurbelwelle ver- bunden sind. Der Fahrradantrieb kann dazu ausgebildet sein, dass ein Fahrer des Fahr- rads ein Drehmoment über die Pedale auf die Tretkurbelwelle aufbringen kann. Die Ge- triebeabtriebswelle kann dazu ausgebildet sein, die Muskelkraft an wenigstens ein Lauf- rad des Fahrrads zu übertragen. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the bicycle drive has a pedal crankshaft, with a torque being able to be transmitted from the pedal crankshaft to the transmission output shaft. The pedal crankshaft can, for example, extend completely through the bicycle drive. The crankshaft can be designed to transmit muscle power to the transmission output shaft. The bicycle drive can have pedals which are connected to the pedal crankshaft. The bicycle drive can be designed so that a rider of the bicycle can apply torque to the crankshaft via the pedals. The transmission output shaft can be designed to transmit muscle power to at least one wheel of the bicycle.
Die Tretkurbelwelle kann mit der Abtriebswelle der Elektromaschine zur Drehmomen- tübertragung an die Getriebeabtriebswelle verbunden sein, beispielsweise permanent drehfest oder mittels eines weiteren Freilaufelements. Die Tretkurbelwelle kann auch unter Umgehung des Planetengetriebes mit der Getriebeabtriebswelle verbunden sein, beispielsweise permanent drehfest oder mittels eines weiteren Freilaufelements. Die Tretkurbelwelle kann auch mit der Getriebeabtriebswelle mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise permanent oder schaltbar mittels einer Stirnradstufe. The pedal crankshaft can be connected to the output shaft of the electric machine for torque transmission to the transmission output shaft, for example permanently in a rotationally fixed manner or by means of a further freewheel element. The pedal crankshaft can also be connected to the transmission output shaft bypassing the planetary gear, for example permanently in a rotationally fixed manner or by means of a further freewheel element. The pedal crankshaft can also be mechanically operatively connected to the transmission output shaft, for example permanently or switchably by means of a spur gear.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass sich die Tretkurbelwelle durch das Planetengetriebe und die Elektromaschine hindurch er- streckt. Dadurch kann der Fahrradantrieb als Mittelmotor bei einem Pedelec eingesetzt werden. Jeweilige drehende Massen des Fahrrads können so besonders gering sein. Der Fahrradantrieb eignet sich so besonders gut für Stadträder und Falträder. Die Tret- kurbelwelle kann beispielsweise koaxial mit der Abtriebswelle der Elektromaschine und alternativ oder zusätzlich dem Planetenradsatz angeordnet sein. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the pedal crankshaft extends through the planetary gear and the electric machine. This means that the bicycle drive can be used as a central motor in a pedelec. The respective rotating masses of the bicycle can thus be particularly low. The bicycle drive is particularly suitable for city bikes and folding bikes. The pedal crankshaft can, for example, be arranged coaxially with the output shaft of the electric machine and alternatively or additionally with the planetary gear set.
In einer weiteren Ausführungsform des Fahrradantriebs ist es vorgesehen, dass das Planetengetriebe ein drittes Schaltelement aufweist. Das dritte Schaltelement kann als Freilaufelement ausgebildet sein. Das als Freilaufelement ausgebildete dritte Schaltele- ment kann beispielsweise genauso orientiert sein, wie das als Freilaufelement ausgebil- dete erste Schaltelement. Das Sonnenrad kann mit dem Hohlrad mittels des dritten Schaltelements drehfest verbindbar sein. Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Verblo- ckungsmöglichkeit für den Planetenradsatz. Zudem kann so das erste Schaltelement bei der Verblockung des Planetenradsatzes unterstützt und damit entlastet werden. Das Planetengetriebe kann so besonders robust sein. Alternativ oder zusätzlich kann das erste Schaltelement so besonders klein sein. -En zweiter Aspekt betrifft ein Fahrrad mit einem Fahrradantrieb gemäß dem ersten As- pekt. Jeweilige Vorteile und weitere Merkmale sind der Beschreibung des ersten As- pekts zu entnehmen, wobei Ausgestaltungen des ersten Aspekts auch Ausgestaltungen des zweiten Aspekts und umgekehrt bilden. Das Fahrrad kann ein Laufrad aufweisen. Die Getriebeabtriebswelle kann mit dem Laufrad mechanisch wirkverbindbar sein, ins- besondere permanent mechanisch wirkverbunden, sein. Beispielsweise kann die Ab- triebswelle über eine Kette oder alternativ über einen Riemen mit dem Laufrad mecha- nisch wirkverbindbar sein. In dem Laufrad kann beispielsweise ein weiteres Freilaufele- ment vorgesehen sein, damit das Fahrrad ohne Bewegen des Fahrradantriebs rollen kann. In a further embodiment of the bicycle drive, it is provided that the planetary gear has a third shifting element. The third switching element can be designed as a freewheeling element. The third shifting element designed as a freewheel element can, for example, be oriented in exactly the same way as the first shifting element designed as a freewheeling element. The sun gear can be non-rotatably connected to the ring gear by means of the third shifting element. This results in an additional interlocking option for the planetary gear set. In addition, the first shifting element can be supported in the blocking of the planetary gear set and thus relieved. The planetary gear can be particularly robust. Alternatively or additionally, the first switching element can be particularly small. -En second aspect relates to a bicycle with a bicycle drive according to the first aspect. The respective advantages and further features can be found in the description of the first aspect, with configurations of the first aspect also forming configurations of the second aspect and vice versa. The bicycle can have an impeller. The transmission output shaft can be mechanically operatively connected to the impeller, in particular permanently mechanically operatively connected. For example, the output shaft can be mechanically operatively connected to the impeller via a chain or alternatively via a belt. Another freewheel element can be provided in the wheel, for example, so that the bicycle can roll without moving the bicycle drive.
Kurze Beschreibung der Figuren Short description of the figures
Fig. 1 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb in einer Seitenansicht, wobei ein Planetengetriebe des Fahrradantriebs geschnitten dargestellt ist. 1 schematically shows a bicycle drive in a side view, with a planetary gear of the bicycle drive being shown in section.
Fig. 2 zeigt schematisch den Fahrradantrieb gemäß Fig. 1 in einer Perspektivan- sicht. FIG. 2 schematically shows the bicycle drive according to FIG. 1 in a perspective view.
Fig. 3 zeigt schematisch den Fahrradantrieb gemäß Fig. 1 in der Perspektivan- sicht von Fig. 2, wobei eine Getriebeabtriebswelle nicht dargestellt ist. FIG. 3 schematically shows the bicycle drive according to FIG. 1 in the perspective view of FIG. 2, with a transmission output shaft not being shown.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen Detailed Description of Embodiments
Figur 1 zeigt schematisch einen Fahrradantrieb 20 in einer Seitenansicht. Der Fahrrad- antrieb 20 weist eine Elektromaschine 22 mit einer Abtriebswelle 24 auf. Zudem weist der Fahrradantrieb 20 ein Planetengetriebe 26 und eine TretkurbeIwelle 28 auf. Die Tretkurbelwelle 28 erstreckt sich quer koaxial zu der Abtriebswelle 24 und dem Plane- tengetriebe 26 durch die Elektromaschine 22 und das Planetengetriebe 26 hindurch. Figure 1 shows schematically a bicycle drive 20 in a side view. The bicycle drive 20 has an electric machine 22 with an output shaft 24 . In addition, the bicycle drive 20 has a planetary gear 26 and a pedal crankshaft 28 . The pedal crankshaft 28 extends transversely coaxially to the output shaft 24 and the planetary gear 26 through the electric machine 22 and the planetary gear 26 .
Das Planetengetriebe 26 weist einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad 30, einemThe planetary gear 26 has a planetary gear set with a sun gear 30, a
Planetenträger 32 und einem Hohlrad 34 auf. An dem Planetenträger 32 ist ein Satz aus drei Planetenrädern 48 drehbar gelagert. Die Planetenräder 48 kämmen jeweils mit dem Sonnenrad 30 und dem Hohlrad 34, was besonders gut in Fig. 3 zu erkennen ist. Planet carrier 32 and a ring gear 34 on. On the planet carrier 32 is a set rotatably mounted from three planet gears 48. The planet gears 48 each mesh with the sun gear 30 and the ring gear 34, which can be seen particularly well in FIG.
Mit dem Hohlrad 34 ist eine Getriebeabtriebswelle 36 axial an einer der Elektroma- schine 22 abgewandten Seite permanent drehfest verbunden. Die Getriebeab- triebswelle 36 bildet radial außenseitig eine Verzahnung 50 aus, was gut in Fig. 2 zu er- kennen ist. Mit dieser Verzahnung kann ein Riemen eingreifen, mittels welchem die Ge- triebeabtriebswelle 36 mit einem Laufrad des Fahrrads mechanisch wirkverbunden wird. A transmission output shaft 36 is permanently connected in a rotationally fixed manner axially to the ring gear 34 on a side facing away from the electric machine 22 . The transmission output shaft 36 forms a toothing 50 radially on the outside, which can be seen clearly in FIG. A belt can engage with this toothing, by means of which the transmission output shaft 36 is mechanically operatively connected to a wheel of the bicycle.
Die Abtriebswelle 24 weist radial außen eine Verzahnung auf. Mit dieser Verzahnung greift eine radial innere Verzahnung eines als Klinkenfreilauf ausgebildeten ersten Schaltelements 52 des Planetengetriebes 26 ein. Die Abtriebswelle 24 ist so mittels des ersten Schaltelements 52 mit dem Sonnenrad 30 drehfest verbindbar. Mittels des Klin- kenfreilaufs als Freilaufelement ist die Getriebeabtriebswelle 36 in Abhängigkeit von der relativen Drehrichtung mit dem Sonnenrad 30 drehfest verbindbar. Zudem ist die Ab- triebswelle 24 mit dem Planetenträger 32 permanent drehfest verbunden. So kann ein Drehmoment von der Elektromaschine 22 in das Planetengetriebe 26 eingeleitet wer- den. Das Planetengetriebe 26 weist ein Wälzlager 38 auf, mittels welchem das Hohl- rad 34 an einem Elektromaschinengehäuse 40 der Elektromaschine 22 gelagert ist. The output shaft 24 has teeth radially on the outside. A radially inner toothing of a first shifting element 52 of the planetary gear 26 designed as a ratchet freewheel engages with this toothing. The output shaft 24 can thus be connected in a torque-proof manner to the sun gear 30 by means of the first shifting element 52 . By means of the ratchet freewheel as a freewheeling element, the transmission output shaft 36 can be connected in a rotationally fixed manner to the sun wheel 30 depending on the relative direction of rotation. In addition, the output shaft 24 is permanently non-rotatably connected to the planetary carrier 32 . A torque can thus be introduced from the electric machine 22 into the planetary gear 26 . The planetary gear 26 has a roller bearing 38 by means of which the ring gear 34 is mounted on an electric machine housing 40 of the electric machine 22 .
Das Planetengetriebe 26 weist ein zweites Schaltelement auf. Das Sonnenrad 30 ist mittels des zweiten Schaltelements an dem Elektromaschinengehäuse 40 festsetzbar. Sofern das Sonnenrad 30 nicht an dem Elektromaschinengehäuse 40 festgesetzt ist und eine Antriebskraft durch die Elektromaschine 22 bereitgestellt wird, befindet sich das erste Schaltelement 52 in einem Sperrrichtungszustand. Der Planetenradsatz ist entsprechend verblockt, wodurch ein erster Gang als Getriebeübersetzung bereitgestellt wird. Sofern das Sonnenrad 30 mittels des zweiten Schaltelements festgesetzt ist, kann weiterhin die Abtriebswelle 24 von der Elektromaschine 22 angetrieben werden. Die Ab- triebswelle 24 überholt dann das Sonnenrad 30 und das erste Schaltelement 52 wech- selt selbsttätig von dem Sperrrichtungszustand in einen Überholtriebzustand. Der Pla- netenradsatz ist dann entsprechend nicht mehr verblockt. Die Planetenräder 48 rollen dann an dem Sonnenrad 30 ab und treiben das Hohlrad 34 an. Das Hohlrad 34 dreht sich somit schneller als der Planetenträger 32. So kann ein zweiter Gang mit einer höheren Übersetzung als beim ersten Gang als Getriebeübersetzung bereitgestellt wer- den. The planetary gear 26 has a second switching element. The sun gear 30 can be fixed on the electric machine housing 40 by means of the second switching element. Unless the sun gear 30 is fixed to the electric machine housing 40 and a driving force is provided by the electric machine 22, the first switching element 52 is in a reverse direction state. The planetary gear set is blocked accordingly, whereby a first gear is provided as a gear ratio. If the sun wheel 30 is fixed by means of the second switching element, the output shaft 24 can continue to be driven by the electric machine 22 . The output shaft 24 then overruns the sun gear 30 and the first shifting element 52 automatically changes from the blocking direction state to an overrunning drive state. The planetary gear set is then no longer blocked. The planet gears 48 then roll on the sun gear 30 and drive the ring gear 34 . The ring gear 34 thus rotates faster than the planet carrier 32. So a second gear with a higher translation than the first gear can be provided as a gear ratio.
Das Planetengetriebe 26 ist auf seiner der Getriebeabtriebswelle 36 abgewandten Seite durch eine Dichtscheibe 44 abgedichtet. Die Dichtscheibe 44 erstreckt sich dabei radial zwischen dem Elektromaschinengehäuse 40 und dem Hohlrad 34. Dadurch wird das Wälzlager 38 dort abgedichtet und somit auch das Planetengetriebe 26. Auf der axial entgegengesetzten Seite ist das Planetengetriebe 26 durch die Getriebeabtriebswelle 36 und einen Deckel 46 abgeschlossen. Der Deckel 46 dient in der gezeigten Ausfüh- rungsform auch zur Befestigung des Planetengetriebes 26 an der Elektromaschine 22. The planetary gear 26 is sealed by a sealing disk 44 on its side facing away from the gear output shaft 36 . The sealing disk 44 extends radially between the electric machine housing 40 and the ring gear 34. As a result, the roller bearing 38 is sealed there and thus also the planetary gear 26. On the axially opposite side, the planetary gear 26 is closed by the gear output shaft 36 and a cover 46. In the embodiment shown, the cover 46 also serves to fasten the planetary gear 26 to the electric machine 22.
Zusätzlich weist das Planetengetriebe 26 ein drittes Schaltelement 60 in Form eines Freilaufelements aus. Mittels des dritten Schaltelements 60 ist das Sonnenrad 30 mit dem Hohlrad 34 drehfest verbindbar. Dadurch wird das erste Schaltelement 52 beim Verblocken des Planetenradsatzes unterstützt. In einer anderen Ausführungsform ent- fällt das dritte Schaltelement 60. In addition, the planetary gear 26 has a third shifting element 60 in the form of a freewheel element. The sun gear 30 can be connected in a torque-proof manner to the ring gear 34 by means of the third shifting element 60 . As a result, the first switching element 52 is supported when locking the planetary gear set. In another embodiment, the third switching element 60 is omitted.
Bezuqszeichen reference sign
Fahrradantrieb bicycle drive
Elektromaschine electric machine
Abtriebswelle output shaft
Planetengetriebe planetary gear
Tretkurbelwelle pedal crankshaft
Sonnenrad sun gear
Planetenträger planet carrier
Hohlrad ring gear
Getriebeabtriebswelle erstes WälzlagerTransmission output shaft first roller bearing
Elektromaschinengehäuseelectric machine housing
Dichtscheibe sealing washer
Deckel Lid
Planetenräder planet gears
Verzahnung erstes Schaltelement drittes Schaltelement Toothing of the first shifting element, third shifting element

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Fahrradantrieb (20) mit einer Elektromaschine (22), welche eine Abtriebswelle (24) aufweist, und ein Planetengetriebe (26), welches eine Getriebeabtriebswelle (36), ein erstes Schaltelement (52) und einen Planetenradsatz mit einem Sonnenrad (30), ei- nem Planetenträger (32) und einem Hohlrad (34) aufweist, wobei die Ab- triebswelle (24) mit dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltelements (52) dreh- fest verbindbar ist, die Abtriebswelle (24) mit dem Planetenträger (32) permanent drehfest verbunden ist und das Hohlrad (34) mit der Getriebeabtriebswelle (36) per- manent drehfest verbunden ist. 1 . Bicycle drive (20) with an electric machine (22) which has an output shaft (24), and a planetary gear (26) which has a transmission output shaft (36), a first switching element (52) and a planetary gear set with a sun gear (30), ei - Has a planetary carrier (32) and a ring gear (34), the output shaft (24) being non-rotatably connectable to the sun gear (30) by means of the first switching element (52), the output shaft (24) to the planetary carrier ( 32) is permanently non-rotatably connected and the ring gear (34) is permanently non-rotatably connected to the transmission output shaft (36).
2. Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Plane- tengetriebe (26) dazu ausgebildet ist, eine erste Getriebeübersetzung bereitzustellen, wenn die Abtriebswelle (24) mit dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schaltele- ments (52) drehfest verbunden ist und eine zweite Getriebeübersetzung bereitzustel- len, wenn die Abtriebswelle (24) von dem Sonnenrad (30) mittels des ersten Schalt- elements (52) getrennt ist. 2. Bicycle drive (20) according to claim 1, characterized in that the planetary gear (26) is designed to provide a first gear ratio when the output shaft (24) is connected to the sun gear (30) by means of the first switching element (52 ) is non-rotatably connected and to provide a second gear ratio when the output shaft (24) is separated from the sun gear (30) by means of the first switching element (52).
3. Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (52) als schaltbares Freilaufelement ausgebildet ist. 3. Bicycle drive (20) according to claim 1 or 2, characterized in that the first switching element (52) is designed as a switchable freewheel element.
4. Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Abtriebswelle (24) mit dem ersten Schaltelement (52) mittels einer Verzahnung (50) permanent drehfest verbunden ist. 4. Bicycle drive (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the output shaft (24) is permanently non-rotatably connected to the first switching element (52) by means of teeth (50).
5. Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Planetengetriebe (26) ein zweites Schaltelement aufweist, wobei das Sonnenrad (30) mittels des zweiten Schaltelements festsetzbar ist. 5. Bicycle drive (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear (26) has a second switching element, wherein the sun gear (30) can be fixed by means of the second switching element.
6. Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Elektromaschine (22) ein Elektromaschinengehäuse (40) aufweist und das Hohlrad (34) an dem Elektromaschinengehäuse (40) drehbar gelagert ist. 6. bicycle drive (20) according to any one of the preceding claims, characterized in that the electric machine (22) has an electric machine housing (40) and the ring gear (34) on the electric machine housing (40) is rotatably mounted.
7. Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrrad- antrieb (20) eine Dichtscheibe (44) aufweist, welche zwischen dem Elektromaschi- nengehäuse (40) und dem Hohlrad (34) angeordnet ist. 7. Bicycle drive (20) according to claim 5, characterized in that the bicycle drive (20) has a sealing disk (44) which is arranged between the electric machine housing (40) and the ring gear (34).
8. Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Fahrradantrieb (20) eine Tretkurbelwelle (28) aufweist, wobei ein Drehmoment von der Tretkurbelwelle (28) an die Getriebeabtriebswelle (36) über- tragbar ist. 8. Bicycle drive (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the bicycle drive (20) has a pedal crankshaft (28), wherein a torque from the pedal crankshaft (28) to the transmission output shaft (36) can be transmitted.
9. Fahrradantrieb (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tret- kurbelwelle (28) durch das Planetengetriebe (26) und die Elektromaschine (22) hin- durch erstreckt. 9. Bicycle drive (20) according to claim 8, characterized in that the pedal crankshaft (28) extends through the planetary gear (26) and the electric machine (22).
10. Fahrradantrieb (20) nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Planetengetriebe (26) ein drittes Schaltelement (60) aufweist, wobei das dritte Schaltelement (60) als Freilaufelement ausgebildet ist und wobei das Sonnenrad (30) mit dem Hohlrad (34) mittels des dritten Schaltelements drehfest ver- bindbar ist. 10. Bicycle drive (20) according to one of the preceding claims, characterized in that the planetary gear (26) has a third switching element (60), the third switching element (60) being designed as a freewheel element and the sun gear (30) with can be connected in a torque-proof manner to the ring gear (34) by means of the third switching element.
11 . Fahrrad mit einem Fahrradantrieb (20) nach einem der vorhergehenden Ansprü- che, wobei die Getriebeabtriebswelle (36) mit einem Laufrad des Fahrrads mecha- nisch wirkverbindbar ist. 11 . Bicycle with a bicycle drive (20) according to one of the preceding claims, in which the transmission output shaft (36) can be mechanically operatively connected to a wheel of the bicycle.
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