WO2023156393A1 - Antriebsvorrichtung und fahrzeug - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (2) für ein elektromotorisch antreibbares Fahrzeug (1). Die Antriebsvorrichtung (2) weist eine axial zweigeteilte Hohlwelle (3) auf. In einem ersten Teilstück (4) der Hohlwelle (3) ist ein Elektromotor (6) angeordnet. Der Stator (9) des Elektromotors (6) ist drehfest mit dem ersten Teilstück (4) verbunden. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein elektromotorisch antreibbares einspuriges Fahrzeug (1) mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung (2).

Description

Antriebsvorrichtung und Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug.

Zu den einspurigen Fahrzeugen werden insbesondere Fahrräder, (Tret-) Roller, Mofas und Motorräder gezählt. Die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung kann ebenso in dreirädrigen Elektromobilen, beispielsweise in einem ein dreirädrigen Lastenfahrrad mit Elektromotor, Anwendung finden.

Der elektromotorische Antrieb kann als alleiniger Antrieb, beispielsweise bei einem Elektro-Mofa, einem Elektroroller oder einem Elektromotorrad, fungieren. Alternativ kann der elektromotorische Antrieb aber auch lediglich als Hilfsantrieb, wie bei einem Elektrofahrrad, vorgesehen sein. Elektrofahrräder, bei denen der Elektromotor lediglich als Hilfsantrieb wirkt, werden gemeinhin auch als Pedelecs oder S-Pedelecs bezeichnet.

Elektrische Antriebe für diese Fahrzeuge werden im Wesentlichen als Nabenmotor für das Vorder- oder Hinterrad, als Mittelmotor mit einer Krafteinleitung per zusätzlichem Ritzel in die Fahrradkette (bzw. den Zahnriemen) oder mit einem direkten Antrieb der Tretkurbelwelle ausgeführt.

Elektrofahrräder weisen üblicherweise einen Rahmen aus einen Hauptrahmen und einen Hinterbau auf. Der Hauptrahmen umfasst ein Unterrohr, zumeist ein Oberrohr, ein Sitzrohr und ein Steuerrohr. Der Hinterbau zur Lagerung eines Hinterrads weist eine untere Hinterradgabel mit Kettenstreben sowie eine obere Hinterradgabel mit Sitzstreben auf. Die Hinterradgabel kann federnd gelagert sein.

Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrräder, mit einem Vorderradnabenmotor sind im Allgemeinen günstiger als jene mit Mittelmotor oder Nabenmotor am Hinterrad. Hinzu kommt, dass man einen Frontmotor mit allen Schaltsystemen kombinieren kann. Allerdings besteht beim Vorderradnabenmotor das Risiko, dass der Vorderreifen die Traktion verliert, durchdreht und wegrutscht. Auch ist das Lenkverhalten durch das hohe Gewicht des Antriebs am Vorderrad nachteilig beeinflusst. Zusätzlich lässt sich das Vorderrad durch das Gewicht des Elektromotors etwas schwerer anheben. Auch der Reifenwechsel ist aufwendiger als bei einem Mittelmotor.

Bei Hecknabenmotoren ist zwar die Gewichtsverteilung zwischen den Rädern besser als bei Frontnabenmotoren, sodass die Gefahr eines durchdrehenden und weggleitenden Reifens verringert wird. Allerdings weisen beide Konzepte mit Nabenmotor, unabhängig davon, ob dieser nun am Vorder- oder am Hinterrad montiert ist, im Vergleich zu Antriebskonzepten mit Mittelmotor, hohe ungefederte Massen an den Rädern auf. Wie beim Frontmotor ist der Reifenwechsel auch beim Hecknabenmotor aufwendiger als beim Mittelmotorkonzept.

Soweit ein Mittelmotor für ein Elektrofahrrad vorgesehen ist, weist dieser zumeist ein Motorgehäuse auf, in dem eine quer zur Fahrtrichtung liegende Tretlagerwelle zum beidseitigen Anschluss von Tretkurbeln eines Kurbeltriebs integriert ist.

Weiter sind im Motorgehäuse ein eine Tretbewegung unterstützender Elektromotor, ein Sensor für eine Kurbelbewegungserkennung sowie eine Steuerelektronik enthalten. Der Mittelmotor ist mit seinem Motorgehäuse im Verbindungsbereich zwischen Unterrohr und Sitzrohr rahmenfest angeordnet. Vorteilhaft liegt der Schwerpunkt eines Mittelmotors niedriger als bei Radnabenmotoren.

Insgesamt trägt die Antriebsvorrichtung erheblich zum Gesamtgewicht eines solchen Fahrzeuges bei. Darüber hinaus weisen die bekannten Lösungen ein hohes Bauvolumen auf. Sie sind entsprechend aufwendig in der Integration und zudem optisch von außen auffällig zu erkennen.

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere in den genannten Punkten verbesserte Antriebsvorrichtung bereitzustellen. Darüber hinaus liegt der Erfindung weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektromotorisch antreibbares einspuriges Fahrzeug bereitzustellen. Zur Lösung oben genannter Aufgabe wird eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 vorgeschlagen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Auch können die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschriebenen Merkmale vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sein und umgekehrt.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.

Erfindungsgemäß wird eine Antriebsvorrichtung für ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug vorgeschlagen, die eine axial zweigeteilte Hohlwelle aufweist. In anderen Worten wird die Hohlwelle im Zuge der Montage aus zwei Wellenteilstücken zusammengesetzt. In einem ersten Teilstück der Hohlwelle ist ein Elektromotor angeordnet. Ein Stator des Motors ist drehfest mit dem ersten Teilstück verbunden. Ein Rotor des Motors kann in dem ersten Teilstück drehbar gelagert sein. Der Elektromotor kann über entsprechende Schleifringe mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt werden. In gleicher Weise können Sensorsignale über Schleifringe an eine außerhalb der Hohlwelle liegende Steuerung/Regelung/Steuerelektronik geleitet werden.

Eine Hohlwelle im Sinne der Offenbarung gilt auch dann noch als zweigeteilt, wenn die Hohlwellenteilstücke im Zuge der Montage mittels stoffschlüssiger Verbindung gefügt, beispielsweise geklebt, werden. Für eine bessere Reparier- und Wartbarkeit ist eine lösbare Verbindung allerdings bevorzugt. Ein Kerngedanke dabei ist, eine Hohlwelle zu nutzen, die nicht nur zur Übertragung eines Drehmomentes, sondern gleichzeitig auch als Motorgehäuse dient. Da sowohl das polare Flächenträgheitsmoment wie auch das Torsionsträgheitsmoment in ganz wesentlichem Maße von der radialen Ausdehnung der Querschnittsfläche um ihren Bezugspunkt abhängen, kann auf diese Weise erheblich Bauraum und Material bzw. damit einhergehend Gewicht eingespart werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Antriebsvorrichtungen ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen, sowie den nachfolgend beschriebenen Merkmalen. Betont sei an dieser Stelle, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale ohne Weiteres auch vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale eines erfindungsgemäßen, vorzugsweise einspurigen, Fahrzeugs sein können. Um Wiederholungen zu vermeiden, seien die in Rede stehenden Merkmale nachfolgend regelmäßig nur in Bezug zu der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschrieben.

Gemäß einem vorteilhaften Aspekt kann in der ausgebildeten Hohlwelle zusätzlich ein Getriebe angeordnet sein. Durch ein Getriebe kann ein Elektromotor mit vergleichsweise geringem Bauvolumen gewählt werden, und trotzdem das benötigte Drehmoment am Rad bereitstellen.

Vorteilhaft kann das Getriebe in einem zweiten Teilstück der Hohlwelle (auch Hohlwellenteilstück genannt) angeordnet sein. Durch diese räumliche Trennung von Motor und Getriebe kann ein besonders effizientes Wärmemanagement betrieben werden. Dadurch, dass die thermische Last des Elektromotors im Wesentlichen in das erste Teilstück der Hohlwelle ein- und von diesem abgeleitet wird, sowie dadurch, dass die durch Reibung und Dissipation eingetragene thermische Last des Getriebes in das zweite Teilstück der Hohlwelle ein- und von diesem abgeleitet wird, werden Elektromotor und Getriebe thermisch weitestgehend entkoppelt. Um eine zusätzliche thermische Isolation zwischen den Hohlwellenteilstücken herzustellen, kann optional zwischen den Teilstücken der Hohlwelle ein schlecht-wärmeleitender Einleger, beispielsweise aus einem entsprechenden Polymer, angeordnet werden. Ein solcher kann zusätzlich auch zu einer guten akustischen Entkopplung, und damit geringeren Antriebsgeräuschen, führen. Bevorzugt können die Zahnräder und/oder weitere Bauteile des Getriebes zum Zwecke der Gewichts-, Kosten- und Geräuschreduktion zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt werden. Da Bauteile aus Kunststoff jedoch häufig relativ sensibel auf hohe Betriebstemperaturen reagieren, ist die thermische Trennung von Elektromotor und Getriebe besonders vorteilhaft. Weil nämlich der Wirkungsgrad eines Getriebes häufig höher ist als der Wirkungsgrad eines Elektromotors, ist die thermische Last im Elektromotor in den allermeisten Betriebszuständen höher als im Getriebe. Da die vom Motor abgegebene thermische Energie aufgrund der thermischen Trennung zwischen den Hohlwellenteilstücken nicht wesentlich in das Getriebe (mit einer optimalen Betriebstemperatur vorzugsweise unter 70°C) eingetragen wird, und der Motor selbst vergleichsweise tolerant auf höhere Betriebstemperaturen (bis ca. 110°C) reagiert, werden beide Bauteile auch bei hoher Leistungsabgabe nicht thermisch überlastet.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt kann das Getriebe ein „ins Langsame" übersetzendes Umlaufrädergetriebe sein. Bevorzugt ist das Umlaufräderge- triebe zweistufig. Durch den elektrischen Antrieb, bzw. dessen Unterstützung, kann das Getriebe nicht-schaltbar ausgeführt sein. Eine eher unergonomische, langsame Trittfrequenz (Kadenz) mit gleichzeitig sehr hohem Drehmomentbedarf kann durch den Elektromotor zumindest kurzzeitig weitestgehend ausgeglichen werden, sodass die Getriebemechanik deutlich einfacher ausgeführt sein kann.

Insbesondere ein Untersetzungsgetriebe, bevorzugt mit einer Untersetzung von ca. 30: 1 bis 60: 1 ins Langsame, besonders bevorzugt mit einer Untersetzung von ca. 40: 1 bis 50: 1, weiter bevorzugt mit einer Untersetzung im Bereich von ca. 45: 1, hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da auf diese Weise auch durch einen kleinen Elektromotor ausreichend Drehmoment bei der gewünschten maximalen Drehzahl bereitgestellt werden kann. Ein zweistufiges Getriebe ist für diese Untersetzung besonders gut geeignet.

Ein treibendes Ritzel einer ersten Getriebestufe des Getriebes kann drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden oder als integraler Teil einer Rotorwelle des Rotors ausgeformt sein. Ein möglichst kompakter Kraftfluss mit wenigen Koppelstellen ist besonders vorteilhaft für ein kleines Bauvolumen und geringe Verluste. Wenn das Getriebe ein Umlaufrädergetriebe, also ein sogenanntes Planetengetriebe ist, kann das zweite Teilstück der Hohlwelle zumindest ein sich von einer Innenseite zu einer Außenseite erstreckendes Fenster, in anderen Worten einen Durchbruch, aufweisen. In dem Fenster kann ein drehbar gelagertes Umlaufrad (Planetenrad) derart angeordnet sein, dass das Umlaufrad in ein dem Umlaufrad zugeordnetes Hohlrad eingreift. Das Hohlrad kann die Hohlwelle dabei konzentrisch umgeben.

Das Hohlrad kann als separates Bauteil ausgeführt sein. Dies ist vorteilhaft, wenn die Antriebsvorrichtung mit geringem Fertigungsaufwand in die Fahrzeugrahmen eingebracht werden soll.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Hohlrad, bzw. ein entsprechender Innenzahnkranz, auch integral am Rahmen des Fahrzeugs (beispielsweise im Fahrradrahmen eines Fahrrads) ausgeformt sein. In der Herstellung zwar aufwändiger, spart diese Variante jedoch vorteilhaft ein zusätzliches Bauteil ein.

Das zweite Teilstück der Hohlwelle, im Rahmen dieser Offenbarung auch als Hohlwellenteilstück bezeichnet, kann abschnittsweise als Planetenträger des Umlaufrädergetriebes ausgeführt sein. Auf dem Planetenträger kann das zumindest eine Umlaufrad gelagert sein. Das Umlaufrad ist dabei in zumindest einigen Ausführungsformen einer zweiten Getriebestufe zugeordnet.

Das erste und das zweite Hohlwellenteilstück weisen in axialer Richtung jeweils eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Bevorzugt können die Teilstücke dabei topfartig auf der ersten Seite verschlossen und an der zweiten Seite offen ausgebildet sein. Das erste und das zweite Teilstück können dann derart auf der jeweils zweiten Seite drehfest miteinander verbunden werden, dass die Teilstücke gemeinsam einen Hohlraum ausbilden, in dem der Elektromotor und (falls vorhanden) das Getriebe angeordnet sind. Die Hohlwellenteilstücke können auf der jeweils ersten Seite nach der Montage mit einem Deckel verschlossen werden. Alternativ können die Hohlwellenteilstücke aber auch direkt mit einer (integral ausgeformten) geschlossenen Seite hergestellt werden. Auf diese Weise wird das Eindringen von Verschmutzungen in den Motor und/oder das Getriebe weitestgehend vermieden. Im montierten Zustand weisen die ersten Seiten der beiden Hohlwellenteilstücke voneinander weg, sprich die beiden ersten Seiten sind nach außen weisend angeordnet. Die ersten Seiten bilden demnach im montierten Zustand die entgegengesetzten axialen Enden der resultierenden Hohlwelle aus. Die zweiten Seiten der beiden Hohlwellenteilstücke wiederum sind im montierten Zustand nach innen weisend angeordnet, sprich die beiden Hohlwellenteilstücke liegen mit ihren jeweiligen zweiten Seiten aneinander an.

In einigen Ausführungsvarianten können das erste und das zweite Teilstück der Hohlwelle jeweils auf ihrem äußeren Umfang einen Lagersitz für ein erstes und ein zweites Hauptlager aufweisen. Die Hohlwelle wird mittels der Hauptlager in der Antriebsvorrichtung drehbar gelagert.

Zusätzlich oder alternativ können das erste und das zweite Teilstück der Hohlwelle jeweils zumindest einen innenliegenden Lagersitz aufweisen. Bevorzugt kann das zweite Hohlwellenteilstück zwei innenliegende Lagersitze, insbesondere für die Lagerung eines Planetenträgers der ersten Getriebestufe, aufweisen.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstück der Hohlwelle kann optional ein Lagerschild zur Aufnahme eines weiteren Lagers eingespannt werden. Das leicht einbringbare Lagerschild vereinfacht die Montage. Über das Lager des Lagerschilds und das in dem ersten Teilstück angeordneten Lager kann der Rotor des Elektromotors gelagert sein.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt weist die Hohlwelle an ihren axialen Enden jeweils einen Anschluss für eine drehfeste (Welle-Nabe-) Verbindungen auf.

Mittels der Verbindung können beispielsweise, wenn die Antriebsvorrichtung als Mittelmotor für ein Elektrofahrrad ausgebildet ist, Tretkurbeln an den Anschlüssen der Hohlwelle montiert werden.

In anderen Worten kann die Hohlwelle als Tretkurbelwelle ausgebildet sein, also trotz des innenliegenden Motors die Funktion einer üblichen Tretkurbelwelle übernehmen. Durch eine bereitgestellte Auswahl von verschiedenen Kurbelzapfen als Anschluss kann die Antriebsvorrichtung zu sehr vielen bestehenden OEM- Lösungen kompatibel gemacht werden. In einer anderen Ausführungsvariante zur Montage der Antriebsvorrichtung als Hinterrad- bzw. Vorderradnabenmotor kann die Hohlwelle über den beidseitigen Anschluss mit einem entsprechenden Hinterrad-Ausfallende bzw. Gabelausfallende des Fahrzeugs drehfest verbunden werden. Beispielhaft können die Anschlüsse derart ausgestaltet sein, dass sie zu den verschiedenen Arten von Ausfallenden (insbesondere geschlossene und offene Ausfallenden) und Einbaubreiten direkt kompatibel bzw. korrespondierend sind. Alternativ können die Anschlüsse derart ausgestaltet sein, um zu den Ausfallenden und Einbaubreiten kompatible bzw. korrespondierende Befestigungsadapter zu befestigen.

Besonders vorteilhaft kann auf diese Weise die im Wesentlichen baugleiche Antriebsvorrichtung für ganz verschiedene Antriebskonzepte angeboten und verwendet werden. Vor dem Gesichtspunkt des umweltschonenden Einsatzes von Ressourcen ist die vorschlagsgemäße Antriebsvorrichtung somit besonders vorteilhaft, da die baugleiche Antriebsvorrichtung für unterschiedliche Einsatzmöglichkeiten geeignet ist und auch einfacher wiederverwendet bzw. recycelt werden kann.

Weiterhin vorgeschlagen wird ein elektromotorisch antreibbares Fahrzeug, das eine Antriebsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, umfasst. Das Fahrzeug kann insbesondere ein einspuriges Fahrzeug, zum Beispiel ein Elektrofahrrad, sein.

Wie bereits erläutert, kann das Umlaufrädergetriebe der Antriebsvorrichtung ein Hohlrad umfassen. Bevorzugt ist das Hohlrad drehfest mit dem Fahrzeugrahmen verbunden. Alternativ kann das Fahrzeug einen integral mit dem Fahrzeugrahmen gefertigten innenliegenden Zahnkranz aufweisen. Das Hohlrad bzw. der Zahnkranz können dabei einer zweiten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebes zugeordnet sein.

Ein im Getriebe angeordneter optionaler Freilauf kann den Motor immer dann entkoppeln, wenn ein Fahrer mit einer schnelleren Trittfrequenz tritt, als es der Motor, beispielsweise aufgrund gesetzlicher Maximalgeschwindigkeiten, als Kadenz anbietet. Der Freilauf kann zwischen einem Planetenträger der ersten Getriebestufe und dem Ritzel der zweiten Getriebestufe angeordnet sein. Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 4 ein elektromotorisch antreibbares Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, zusammenfassend dargestellt in drei verschiedenen Varianten einer Einbausituation einer Antriebsvorrichtung in dem Fahrzeug (Elektrofahrrad).

Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils ähnliche Ausführungsbeispiele der Erfindung und werden deshalb im Wesentlichen gemeinsam beschrieben. Lediglich die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen werden gesondert und im Zusammenhang mit den jeweiligen Figuren hervorgehoben.

Gezeigt sind jeweils eine Antriebsvorrichtung 2 für ein elektromotorisch antreibbares (einspuriges) Fahrzeug 1, wobei es sich bei dem Fahrzeug 1 in dem vorliegend dargestellten und insofern bevorzugten Ausführungsbeispiel um ein Elektrofahrrad handelt (vgl. Figur 4).

Die Hohlwelle 3 ist axial zweigeteilt. In einem ersten Teilstück 4 der Hohlwelle 3 ist ein Elektromotor 6 mit seinem Rotor 8 und seinem einem Stator 9 angeordnet.

Der Stator 9 ist dabei drehfest mit dem ersten (Hohlwellen-)Teilstück 4 verbunden. Der Rotor 8 wiederum ist zumindest auf einer Seite drehbar in dem ersten Teilstück 4 gelagert. In dem zweiten Teilstück 5 der Hohlwelle 3 ist ein Getriebe 7 angeordnet. Teile des Getriebes 7, konkret die Umlaufräder 28 der zweiten Getriebestufe, treten durch Fenster 27 bzw. Aussparungen in dem zweiten Teilstück 5 aus diesem hervor.

Das Getriebe 7 ist ein ins Langsame übersetzendes zweistufiges Umlaufrädergetriebe. Getriebe dieser Art werden auch Untersetzungsgetriebe genannt.

Ein treibendes Ritzel 10 einer ersten Getriebestufe des Getriebes 7 ist als integraler Teil einer Rotorwelle 11 des Rotors 8 ausgeformt. Alternativ kann das Ritzel 10 separat gefertigt und auf die Rotorwelle 11 montiert werden.

Die Umlaufräder 28 der zweiten Getriebestufe greifen in ein zugeordnetes Hohlrad 26 ein. Das Hohlrad 26 und die Hohlwelle 3 sind konzentrisch angeordnet, sodass das Hohlrad 26 die Hohlwelle 3 umgibt. Anders ausgedrückt ist die Hohlwelle 3 durch das Hohlrad 26 hindurch gesteckt.

Weiterhin ist das zweite Teilstück 5 der Hohlwelle 3 zumindest abschnittsweise als Planetenträger einer zweiten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebes ausgeführt.

Das erste und das zweite Teilstück 4, 5 der Hohlwelle 3 weisen, in axialer Richtung gesehen, jeweils eine erste Seite 12, 14 und eine zweite Seite 13, 15 auf. Sie sind dabei jeweils topfartig auf der ersten Seite 12, 14 verschlossen und an der zweiten Seite 13, 15 offen ausgebildet. Beide Teilstücke 4, 5 der Hohlwelle 3 sind derart auf der jeweils zweiten Seite 13, 15 drehfest miteinander verbunden, dass die Teilstücke 4, 5 gemeinsam einen Hohlraum 16 in ihrem Inneren ausbilden (Hohlraum 16 lediglich in Fig. 1 über einen Pfeil angedeutet). In dem Hohlraum 16 sind der Elektromotor 6 und das Getriebe 7 angeordnet.

Weiterhin weisen das erste und das zweite Teilstück 4, 5 der Hohlwelle 3 jeweils auf ihrem äußeren Umfang einen Lagersitz 17, 18 für ein erstes und ein zweites Hauptlager 29, 30 auf. Die Hohlwelle 3 wird also beidseits mittels der Hauptlager 29, 30 drehbar gelagert. Dabei ist das erste Hauptlager 29 als Loslager, das zweite Hauptlager 30 als Festlager ausgeführt. In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2, in denen die Antriebsvorrichtung 2 als Mittelmotor in das Fahrzeug 1 (Elektrofahrrad) integriert sind, sind die Hauptlager 29,30 in fest mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbundenen Lagerbüchsen 31 gelagert.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 weist das erste und das zweite Teilstück 4, 5 der Hohlwelle 3 jeweils zumindest einen innenliegenden Lagersitz 20, 21, 22 auf. In den gezeigten Varianten umfasst das zweite Teilstück 5 der Hohlwelle 3 dabei zwei innenliegende Lagersitze 21, 22, die einen Planetenträger der ersten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebes lagern.

Weiterhin umfassen die Antriebsvorrichtungen der Figuren 2 und 3 ein Lagerschild 19 zur Aufnahme eines Lagers 20. Das Lagerschild ist zwischen Stirnflächen bzw. Absätzen der ersten und zweiten Teilstücke 4, 5 der Hohlwelle 3 ein- gespannt/eingeklemmt.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 weist die Hohlwelle 3 an axialen Enden jeweils einen Anschluss 32 für eine Welle-Nabe-Verbindung auf.

Bei Ausführungsvarianten als Mittelmotor 34 eines Elektrofahrrads können an den Anschlüssen 32 entsprechende Tretkurbeln und ein oder mehrere Kettenblätter drehfest angebracht werden. Falls metallische Tretkurbeln genutzt werden, dienen diese aufgrund Ihrer guten Wärmeleitfähigkeit und großen Oberfläche gleichzeitig als Kühlkörper für die Antriebsvorrichtung 2.

Soweit die Antriebsvorrichtung 2 als Radnabenmotor 33, 35, wie in Figur 3 gezeigt, insbesondere als Hinterradnabenmotor 35, ausgebildet ist (vgl. Figur 4), sind die Anschlüsse 32 mit dem Rahmen, konkret mit dem Ausfallende des Hinterbaus drehfest gekoppelt. Die Hauptlager sind in diesem Fall in einem (axial) zweigeteilten Nabengehäuse aus drehfest miteinander verbundenen Gehäuseschalen 36 gelagert.

In Figur 4 sind die verschiedenen zuvor beschriebenen Einbaupositionen gezeigt.

Die Antriebsvorrichtung 2 kann als Mittelmotor 34, als Hinterradnabenmotor 35 oder auch als Vorderradnabenmotor 33 in das Fahrzeug 1, hier ein Elektrofahrrad, integriert sein.

Bei einer Ausführung als Mittelmotor 34 ist die Hohlwelle 3 als Tretkurbelwelle ausgebildet.

Bei einer Ausführung als Radnabenmotor 33, 35 wird die Hohlwelle 3 in einem Nabengehäuse mit zwei Gehäuseschalen 36 gelagert. Das Nabengehäuse wiederum wird in bekannter Art und Weise in die Räder des Fahrzeugs eingespeicht.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug (Elektrofahrrad) 17

ersten

2 Antriebsvorrichtung Teilstücks

3 Zweigeteilte Hohlwelle / 18 Hauptlagersitz des zweiten

Tretkurbelwelle Teilstücks

4 Erstes Teilstück (der Hohlwelle; 19 Innerer Lagersitz des ersten erstes Hohlwellenteilstück) Teilstücks

5 Zweites Teilstück (der Hohlwelle; 20 Erster innerer Lagersitz des zweites Hohlwellenteilstück) zweiten Teilstücks

6 Elektromotor 21 Zweiter innerer Lagersitz des

7 Getriebe zweiten Teilstücks

8 Rotor 22 Lagerschild

9 Stator 23 Lager

10 Treibendes Ritzel / Sonnenrad 24 Lager

(1. Getriebestufe) 25 Lager

11 Rotorwelle 26 Hohlrad (2. Stufe)

12 Erste Seite (des ersten 27 Fenster für Umlaufrad

Teilstücks) 28 Umlaufrad (2. Stufe)

13 Zweite Seite (des ersten 29 Erstes Hauptlager

Teilstücks) 30 Zweites Hauptlager

14 Erste Seite (des zweiten 31 Lagerdeckel

Teilstücks) 32 Anschluss für Welle-Nabe-

15 Zweite Seite (des zweiten Verbindung

Teilstücks) 33 Frontnabenmotor

16 Hohlraum (des ersten und 34 Mittel motor zweiten Teilstücks) 35 Hecknabenmotor

36 Gehäuseschalen

Claims

Patentansprüche Antriebsvorrichtung (2) für ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug (1), insbesondere für ein Elektrofahrrad, wobei die Antriebsvorrichtung

(2) eine axial zweigeteilte Hohlwelle (3) aufweist, wobei in einem ersten Teilstück (4) der Hohlwelle

(3) ein Elektromotor (6) mit einem Rotor (8) und einem Stator (9) angeordnet ist, und wobei der Stator (9) drehfest mit dem ersten Teilstück

(4) verbunden ist. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei in der Hohlwelle (3) zumindest Teile eines Getriebes (7) angeordnet sind, insbesondere wobei die Teile des Getriebes (7) in einem zweiten Teilstück (5) der Hohlwelle (3) angeordnet sind. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei das Getriebe (7) ein Umlaufrädergetriebe ist, insbesondere wobei das Umlaufrädergetriebe zweistufig ist. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei das zweite Teilstück (5) der Hohlwelle (3) zumindest ein sich von einer Innenseite zu einer Außenseite erstreckendes Fenster (27) aufweist, wobei in dem Fenster (27) ein drehbares Umlaufrad (28) derart angeordnet ist, dass das Umlaufrad (28) in ein zugeordnetes Hohlrad (26) eingreift, insbesondere wobei das Hohlrad (26) die Hohlwelle (3) konzentrisch umgibt. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 4, wobei das zweite Teilstück (5) der Hohlwelle (3) abschnittsweise als Planetenträger des Umlaufrädergetriebes ausgeführt ist und zumindest das eine Umlaufrad (28) trägt, insbesondere wobei das Umlaufrad (28) einer zweiten Getriebestufe zugeordnet ist. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein treibendes Ritzel (10) einer ersten Getriebestufe des Getriebes (7) drehfest mit dem Rotor (8) des Elektromotors (6) verbunden oder als integraler Teil einer Rotorwelle (11) des Rotors (8) ausgeformt ist. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Teilstück (4, 5) der Hohlwelle (3) jeweils eine erste Seite (12, 14) und eine zweite Seite (13, 15) aufweisen und topfartig auf der ersten Seite (12, 14) verschlossen sowie an der zweiten Seite (13, 15) offen ausgebildet sind, und wobei das erste und das zweite Teilstück (4, 5) derart auf der jeweils zweiten Seite (13, 15) drehfest miteinander verbunden sind, dass das erste und das zweite Teilstück (4, 5) gemeinsam einen Hohlraum (16) ausbilden, in dem der Elektromotor (6) und ein/das Getriebe (7) angeordnet ist. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Teilstück (4, 5) der Hohlwelle (3) jeweils auf ihrem äußeren Umfang einen Lagersitz (17, 18) für ein erstes und ein zweites Hauptlager (29, 30) aufweisen. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste und das zweite Teilstück (4, 5) der Hohlwelle (3) jeweils zumindest einen innenliegenden Lagersitz (20, 21, 22) aufweisen, insbesondere wobei das zweite Teilstück (5) der Hohlwelle (3) dabei zwei innenliegende Lagersitze (21, 22) aufweist. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Lagerschild (22) zur Aufnahme eines Lagers (20), wobei das Lagerschild zwischen dem ersten und dem zweiten Teilstück (4, 5) der Hohlwelle (3) eingeklemmt ist. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hohlwelle (3) an axialen Enden jeweils einen Anschluss (32) für eine Welle-Nabe-Verbindungen aufweist. Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung als Mittelmotor, insbesondere für ein/das Fahrzeug, bevorzugt für ein/das Elektrofahrrad, ausgebildet ist. Antriebsvorrichtung (2) nach Anspruch 12, wobei die Hohlwelle (3) als Tretkurbelwelle ausgebildet ist. Elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug (1), umfassend eine Antriebsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Elektromotorisch antreibbares Fahrzeug (1) nach Anspruch 14 mit der Antriebsvorrichtung (2) zumindest nach den Ansprüchen 13 und 3, wobei das Umlaufrädergetriebe (7) der Antriebsvorrichtung (2) ein/das Hohlrad (26) umfasst, und wobei das Hohlrad (26) drehfest mit einem Fahrradrahmen verbunden ist, insbesondere wobei das Hohlrad (26) einer/der zweiten Getriebestufe zugeordnet ist.