DE102016223410A1

DE102016223410A1 - Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad

Info

Publication number: DE102016223410A1
Application number: DE102016223410.2A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dameris
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Porsche eBike Performance GmbH
Priority date: 2016-11-25
Filing date: 2016-11-25
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2036-11-26
Also published as: DE102016223410B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einer mit einer Tretkurbel verbundenen Antriebswelle (1), einer Abtriebswelle (14) und einem mit einem Getriebe gekoppelten Elektromotor (7).Erfindungsgemäß ist in einer Baueinheit die Abtriebswelle (14) über ein summierendes, im Drei-Wellenbetrieb arbeitendes Planetenradgetriebe mit der Antriebswelle (l)und dem Elektromotor (7) gekoppelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einer mit einer Tretkurbel verbundenen Antriebswelle, einer Abtriebswelle und einem mit einem Getriebe gekoppelten Elektromotor.
Bei den bekannten Antriebsvorrichtungen für Elektrofahrräder sind der Elektromotor und die Übersetzungseinheit, mit der unterschiedliche Übersetzungen zwischen der im Tretlager von Radfahrer erzeugten Drehzahl und der am Hinterrad des Fahrrades wirksamen Drehzahl realisiert werden, getrennte Baugruppen. Beispielsweise wird für den elektrischen Antrieb ein im Tretlager angeordneter Mittelmotor verwendet und die Verwirklichung unterschiedlicher Übersetzungen wird durch Einrichtungen mit diskreten Übersetzungsverhältnissen ausgeführt, vorzugsweise durch Gangschaltungen mittels Kettenradschaltungen oder Nabenschaltungen.
Es sind auch Zusatzeinrichtungen bekannt, die ein stufenloses und ein automatisches Schalten ermöglichen.
Die bekannten Antriebsvorrichtungen für Elektrofahrräder weisen ein hohes Gewicht der Komponenten Elektromotor, Getriebe und Schalteinheit auf, wobei sich insbesondere das Gewicht eines separaten, stufenlosen Getriebes nachteilig auswirkt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Antriebsvorrichtung gelöst, welche die im Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in einer Baueinheit die Abtriebswelle über ein summierendes, im Drei-Wellenbetrieb arbeitendes Planetenradgetriebe mit der Antriebswelle und der Baueinheit gekoppelt.
Damit werden die Komponenten Elektromotor, Getriebe und Mittel für automatisches Schalten in einer Funktionseinheit als Mittelmotorgetriebeeinheit zusammengefasst.
Das Planetenradgetriebe summiert die Abgabeleistung des Elektromotors und die Trittleistung des Fahrers. Es wird im Dreiwellenbetrieb als Planetenradgetriebe mit zwei Freiheitsgraden ausgeführt und wirkt als Summiergetriebe, bei dem zwei Wellen antreiben und eine Welle getrieben wird. Damit ist es möglich, die starre Kopplung von Antriebs- und Abtriebswelle zu umgehen. Die Kopplung der Getriebeausgangsdrehzahl mit der Trittfrequenz des Fahrers wird aufgehoben und durch Variation der Drehzahl des Elektromotors oder eines zusätzlichen Verstellmotors die gewünschte Verstärkung der Trittleistung des Fahrers gesteuert. Mittel für ein automatisches Schalten entfallen, da diese Funktion von der Drehzahlreglung des Elektromotors übernommen wird.
Die Vorrichtung ermöglicht eine deutliche Reduzierung des Gewichts der Vorrichtung gegenüber der Summe der Gewichte der Einzelkomponenten.
Vorteilhaft ist ferner, dass eine Verringerung der federnden Massen am Hinterrad erreicht wird gegenüber Ausführungen mit stufenlosem Getriebe in der Hinterachse.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber bekannten Anordnungen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung ist die Antriebswelle mit einem ersten Zahnrad über eine Drehmomentmesseinrichtung verbunden. Das erste Zahnrad steht mit einem Hohlrad des Planetenradgetriebes in Eingriff, in dem Planetenräder laufen. Die Achsen der Planetenräder sind in einem Planetenträger gelagert, der in ein zweites Zahnrad eingreift, welches mit der Abtriebswelle verbunden ist. Die Abtriebswelle ist mittels Lagerungen auf der Antriebswelle drehbar angeordnet.
Es ist auch möglich, die Vorrichtung in einer rein axialen Anordnung auszuführen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung steht die Antriebswelle über ein mit ihr verbundenes erstes Zahnrad mit einem Planetenträger des Planetenradgetriebes im Eingriff. An dem Planetenträger sind Planetenräder gelagert, die in einem innenverzahnten Hohlrad laufen und sich um ein Sonnenrad drehen, welches mit einem Stellmotor verbunden ist. Das Hohlrad steht mit einem zweiten Zahnrad im Eingriff, wobei das zweite Zahnrad auf einer als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle befestigt ist. Die Abtriebswelle ist koaxial zur Antriebswelle mittels Lagerungen gelagert. Mit dem Stellmotor ergibt sich eine weitere Möglichkeit der Veränderung der den Fahrer unterstützenden Leistung.
Zweckmäßigerweise ist der Stellmotor über ein Stellmotorgetriebe mit dem Sonnenrad verbunden. Damit kann die Drehzahl des Stellmotors optimal an die jeweiligen Erfordernisse angepasst werden.
Im nicht bestromten Betrieb, bei dem keine Motorunterstützung wirksam sein soll, muss der Stillstand des Motors gewährleistet sein, um zu verhindern, dass der Motor vom Fahrer angetrieben wird. Im Allgemeinen wird das durch eine selbsthemmende Wirkung des Planentenradgetriebes gewährleistet.
Zur Sicherung des Stillstandes kann der Planetenradträger aber auch mit dem Getriebe über einen Freilauf verbunden sein. Ferner ist es möglich, eine Bremseinrichtung anzuordnen, mit der der antriebslose Elektromotor festgestellt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung entsteht dadurch, dass neben dem Planetenradgetriebe ein weiteres Zahnradgetriebe angeordnet ist.
Um eine zweckmäßige Steuerung der zuzuschaltenden Leistung des Elektromotors zu erreichen, ist die Antriebsvorrichtung mit einer Drehmomentmesseinrichtung versehen, die an der Antriebswelle angebracht ist.
Ferner ist es zweckmäßig, zur Anpassung der Leistung des Elektromotors diesen über ein Getriebe mit dem Planetenradträger zu verbinden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Darin zeigen:

1 eine Antriebsvorrichtung mit Elektromotor und Planetenradgetriebe,
2 eine Antriebsvorrichtung mit Elektromotor und Planetenradgetriebe, die einen zusätzlichen Stellmotor aufweist und
3 eine Anordnung mit nachgelagertem Zweiganggetriebe.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführung wird die von der Antriebswelle 1 eingeleitete Leistung eines Fahrradfahrers mittels eines Planetenradgetriebes und die Leistung eines Elektromotors 7 summiert. Das Planetenradgetriebe besteht aus dem Sonnenrad 8, in das die darum umlaufenden Planetenräder 9 eingreifen, einen Planetenträger 4, an dem die Achsen der Planetenräder 9 befestigt sind, und dem Hohlrad 10, mit dessen Innenverzahnung die Planetenräder 9 im Eingriff stehen. Das Drehmoment der Antriebswelle 1 wird über ein mit ihr verbundenes erstes Zahnrad 3 auf das Hohlrad 10 des Planetenradgetriebes übertragen. Zwischen dem ersten Zahnrad 3 und der Antriebswelle 1 ist eine Drehmomentmesseinrichtung 2 angeordnet, die das an der Antriebswelle 1 wirkende Drehmoment erfasst und an eine hier nicht dargestellte Steuereinrichtung übermittelt, mit der die abzugebende Leistung des Elektromotors 7 gesteuert wird. Der Elektromotor 7 treibt über das Getriebe 6 das Sonnenrad 8 des Planetenradgetriebes an, um das die Planetenräder 9 kreisen. Die Achsen der Planetenräder 9 sind an einem Planetenträger 4 angeordnet, der in ein zweites Zahnrad 13 eingreift, welches mit der Abtriebswelle 14 verbunden ist. Die Abtriebswelle 14 ist mittels Lagerungen 16 auf der Antriebswelle 1 drehbar koaxial angeordnet. Auf der Abtriebswelle 14 ist ein Abtriebsritzel 15 befestigt, von dem aus die abzugebende Leistung auf das Hinterrad des Fahrrads übertragen wird.
Die in 2 dargestellte Antriebsvorrichtung überträgt die Leistung von der mit dem Tretlager eines Fahrrades verbundenen Antriebswelle 1 auf die Abtriebswelle 14, wobei mittels eines Planetenradgetriebes die Leistung des Elektromotors 7 zugeschaltet wird. Die Antriebswelle 1 ist über eine Drehmomentmesseinrichtung 2 mit einem ersten Zahnrad 3 verbunden. Das erste Zahnrad 3 steht mit einem Planetenträger 4 in Eingriff, an dem die Achsen mehrerer Planetenräder 9 befestigt sind. Die Planetenräder 9 laufen in dem innenverzahnten Hohlrad 10. Das Hohlrad 10 steht wiederum mit einem zweiten Zahnrad 13 in Eingriff, welches auf der Abtriebswelle 14 befestigt ist. Die Abtriebswelle 14 ist koaxial zur Antriebswelle 1 angeordnet und mit dieser über die Lagerungen 16 drehbar verbunden. Auf der Abtrieswelle 14 ist das Abtriebsritzel 15 angebracht, von dem die Drehbewegung auf das Hinterrad eines Fahrrads mit Hilfe von hier nicht dargestellten Mitteln übertragen wird. Der Elektromotor 7 treibt über ein Getriebe 6 den Planetenträger 4 an, an dem die Achsen der Planetenräder 9 befestigt sind. Ein Stellmotor 12 treibt über ein Stellmotorgetriebe 11 das Sonnenrad 8 an, um das die Planetenräder 9 kreisen. Mit der Drehbewegung des Stellmotors 12 kann das Übersetzungsverhältnis des Planetenradgetriebes stufenlos geändert werden.
3 zeigt eine Ausführung, bei der zusätzlich zum Planetenradgetriebe ein Zwei-Gang-Getriebe angeordnet ist. Hierzu ist auf der Abtriebswelle 14 ein drittes Zahnrad 18 befestigt, welches mit einem vierten Zahnrad 17 im Eingriff steht. Das vierte Zahnrad 17 ist mit dem Planetenträger 4 gekoppelt. Das zusätzliche Zwei-Gang-Getriebe ermöglicht den Ausgleich einer Übersetzungsdifferenz zwischen dem drehenden, leistungsabgebenden und dem stillstehenden Motor oberhalb einer festgelegten Geschwindigkeit für die Motorunterstützung.
Bezugszeichenliste

1: Antriebswelle
2: Drehmomentmesseinrichtung
3: Erstes Zahnrad
4: Planetenträger
5: Freilauf
6: Getriebe für Elektromotor
7: Elektromotor
8: Sonnenrad
9: Planetenrad
10: Hohlrad
11: Stellmotorgetriebe
12: Stellmotor
13: Zweites Zahnrad
14: Abtriebswelle
15: Abtriebsritzel
16: Lagerung
17: viertes Zahnrad
18: drittes Zahnrad

Claims

Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrrad mit einer mit einer Tretkurbel verbundenen Antriebswelle (1), einer Abtriebswelle (14) und einer Baueinheit, bestehend aus einem mit einem Getriebe verbundenem Elektromotor (7), dadurch gekennzeichnet, dass in einer Baueinheit die Abtriebswelle (14) über ein summierendes, im Drei-Wellenbetrieb arbeitendes Planetenradgetriebe mit der Antriebswelle (l)und der Baueinheit gekoppelt ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) mit einem ersten Zahnrad (3) über eine Drehmomentmesseinrichtung (2) verbunden ist, das erste Zahnrad (3) mit einem Hohlrad (10) des Planetenradgetriebes in Eingriff steht, in dem Planetenräder (9) laufen, deren Achsen in einem Planetenträger (4) gelagert sind, wobei der Planetenträger (4) in ein zweites Zahnrad (13) eingreift, welches mit der Abtriebswelle (14) verbunden ist, die mittels Lagerungen (16) auf der Antriebswelle (1) drehbar angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (1) über eine Drehmomentmesseinrichtung (2) mit einem ersten Zahnrad (3) verbunden ist, wobei das erste Zahnrad (3) mit einem Planetenträger (4) des Planetenradgetriebes in Eingriff steht, an welchen Planetenräder (9) gelagert sind, die in einem innenverzahnten Hohlrad (10) laufen, welches mit einem zweiten Zahnrad (13) in Eingriff steht, wobei das zweite Zahnrad (13) auf einer als Hohlwelle ausgebildete Abtriebswelle (14) befestigt ist, die koaxial zur Antriebswelle (1) in Lagerungen (16) gelagert ist und der Elektromotor (7) über ein Getriebe (6) mit einem Planetenradträger (4) verbunden ist, und wobei das Sonnenrad (8) mit einem Stellmotor (12) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellmotor (12) über ein Stellmotorgetriebe (11) mit dem Sonnenrad (8) verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zum Planetenradgetriebe ein Zwei-Gang-Getriebe angeordnet ist.
Antriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebswelle 14 ein drittes Zahnrad 18 befestigt ist, welches mit einem vierten Zahnrad 17 im Eingriff steht, wobei das vierte Zahnrad 17 mit dem Planetenträger 4 gekoppelt ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenradträger (4) mit dem Getriebe (6) über einen Freilauf (5) und/oder über eine Bremseinrichtung verbunden ist.
Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Abtriebswelle (14) ein Abtriebsritzel (15) befestigt ist.