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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Pedelecs gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Manuell angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Fahrräder oder Pedelecs, bei denen ein pedalierender Fahrer das Fahrzeug durch Muskelkraft antreibt und von einem elektrischen Hilfsmotor unterstützt wird, sind bekannt.
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Ferner sind Wellgetriebe bekannt, die unter anderem auch als Spannungswellengetriebe oder Gleitkeilgetriebe bezeichnet werden. Das Wellgetriebe weist einen Wellengenerator, eine Innenbuchse und eine Außenbuchse auf. Die Außenbuchse weist eine Innenverzahnung und die Innenbuchse weist eine Außenverzahnung auf, die über z. B. zwei Umfangsabschnitte miteinander in Eingriff stehen. Der Querschnitt der Außenbuchse ist kreisförmig. Die Innenbuchse ist verformbar ausgebildet. Durch den Wellengenerator, der eine längsgestreckte oder elliptische Form aufweist, wird die Innenbuchse mit ihrer Außenverzahnung über z. B. zwei Umfangsabschnitte in die Innenverzahnung der Außenbuchse gedrückt. Die Zähnezahl der Außenverzahnung der Innenbuchse und der Innenverzahnung der Außenbuchse sind verschieden voneinander. Wenn beispielsweise die Außenbuchse als Abtriebselement verwendet wird, kann sowohl über die Innenbuchse als auch an dem Wellengenerator antriebsseitig Leistung in das Wellengetriebe eingebracht werden. Auf diese Weise wird eine Überlagerungsfunktion durch das Wellgetriebe realisiert.
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Beispielsweise aus der Druckschrift
DE 10 2015 100 676 B3 ist eine Antriebsbaugruppe für ein manuell angetriebenes Fahrzeug mit einem elektrischen Hilfsantrieb bekannt. Die Antriebsgruppe weist eine erste Antriebswelle als Tretkurbel mit einem ersten Pedal und einem zweiten Pedal als manuellen Antrieb auf. Ferner ist eine zweite Antriebswelle vorgesehen, die drehfest mit einem Rotor des elektrischen Hilfsantriebes verbunden ist. Die Tretkurbel und der Rotor sind über ein Wellgetriebe mit einem Abtriebselement gekoppelt, wobei das Abtriebselement mit einem Hinterrad des Fahrzeuges verbunden ist. Bei der bekannten Antriebsgruppe ist ein Wellengenerator des Wellgetriebes mit dem Rotor des Hilfsantriebes drehfest verbunden, wobei eine vorformbare Innenbuchse des Wellgetriebes mit der Tretkurbel drehfest verbunden ist. Das Abtriebselement ist mit einer Außenbuchse des Wellgetriebes verbunden.
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Bei derartigen antriebsunterstützten zwei oder mehrrädrigen Fahrzeugen, wie zum Beispiel Pedelecs, ist es erforderlich, dass der Motor das Drehmoment des Fahrers abstürzt, damit der Fahrer einen Widerstand am Pedal spürt. Es ist jedoch bekannt, dass bei Pedelecfahrzeugen zum Beispiel die motorische Unterstützung nur bis zu einer vorbestimmten Abregelgeschwindigkeit vorgesehen sein darf. Wird die motorische Unterstützung ab einer bestimmten Abregelgeschwindigkeit z. B. 25 Km/h, zurückgenommen, hat dies in nachteiliger Weise zur Folge, dass der Fahrer ohne Widerstand ins Leere tritt. Dies erzeugt bei dem Fahrer ein negatives Fahrgefühl. Darüber hinaus ist es bei der bekannten Antriebsbaugruppe nicht möglich, dass der Fahrer bei Geschwindigkeiten oberhalb der vorbestimmten Unterstützungs- bzw. Abregelgeschwindigkeit keinen manuellen Antrieb mehr leisten kann. Außerdem ist eine mechanische Schaltung erforderlich, damit die motorische Unterstützungsleistung variiert werden kann, wenn sowohl die Fahrgeschwindigkeit als auch die Trittfrequenz vorgegeben sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanordnung der eingangs beschriebenen Gattung vorzuschlagen, welche ein negatives Fahrgefühl vermeidet und die Betriebsmöglichkeiten erweitert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei sich vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen ergeben.
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Somit wird eine Antriebsanordnung vorzugsweise für ein Pedelec oder dergleichen vorgeschlagen, welche einen manuellen Antrieb, beispielsweise durch eine als Tretkurbelwelle oder dergleichen ausgeführte manuelle Antriebswelle, und einen ersten elektrischen Antrieb aufweist, wobei die Antriebe bzw. die manuelle Antriebswelle und der erste elektrische Antrieb über ein Wellgetriebe mit einem z. B. gemeinsamen Abtrieb zum Realisieren einer Überlagerungsfunktion gekoppelt sind. Um ein negatives Fahrgefühl für den Fahrer zu vermeiden und die Betriebsmöglichkeiten zu erweitern, ist vorgesehen, dass der Abtrieb über zumindest einen Planetenradsatz mit einem zweiten elektrischen Antrieb gekoppelt ist.
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Durch die mechanische Anbindung zumindest eines zweiten elektrischen Antriebes über zumindest einen Planetenradsatz wird eine Vorübersetzung z.B. als Festübersetzung neben der Überlagerungsfunktion bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung realisiert. Somit wird die Festübersetzung parallel zur Überlagerungsfunktion bei der Antriebsanordnung vorgesehen. Durch die vorgeschlagene Antriebsanordnung ergibt sich eine besonders kostengünstige Lösung, da die Bauteile des vorhandenen Wellgetriebes einschließlich des ersten elektrischen Antriebes weiterverwendet werden. Die zusätzliche Festübersetzung wird durch den zweiten elektrischen Antrieb und das zumindest einstufige Planetengetriebe realisiert.
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Durch die erfindungsgemäße Erweiterung mit einem zweiten elektrischen Antrieb ist es möglich, bei jeder Fahrgeschwindigkeit sowohl eine gewünschte Unterstützungsstufe als auch eine gewünschte Trittfrequenz einzustellen. Demzufolge ist keine konventionelle mechanische Übersetzungsverstelleinrichtung, wie zum Beispiel eine Kettenschaltung, Nabenschaltung oder ein mechanisches Naben-CVT erforderlich. Die Trittfrequenz wird durch Variation der Drehzahl des ersten elektrischen Antriebs eingestellt, während die Unterstützungsstufe durch das frei wählbare Moment des zweiten elektrischen Antriebes eingestellt wird. Hierbei ist es ohne weiteres möglich, dass der als elektrische Maschine ausgeführte zweite elektrische Antrieb motorisch oder auch generatorisch wirken kann.
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Zudem ist es möglich, ein höheres Anfahrmoment anzubieten, da der zweite elektrische Antrieb am Abtrieb unabhängig von dem ersten elektrischen Antrieb und dem Wellgetriebe ein Drehmoment am Abtrieb bzw. am Kettenrad des Pedelecs über das zweite Wellgetriebe aufbringen kann. Bei Fahrgeschwindigkeiten zum Beispiel größer 25 Km/h kann der zweite elektrische Antrieb entsprechend Gegenbremsen, sodass die aufgrund der Drehmomentabstützung an dem Wellgetriebe auftretende motorische Leistung des ersten elektrischen Antriebes kompensiert wird. Es entsteht dann quasi eine elektrische Blindleistung, wobei der effektive Antrieb oberhalb der Unterstützungsgeschwindigkeit dann über die Muskelkraft des Fahrers erfolgt.
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Eine bauraumsparende Anordnung wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung dadurch realisiert, dass der erste elektrische Antrieb koaxial zu der manuellen Antriebswelle bzw. zu der Tretkurbelwelle des Pedelecs angeordnet ist und dass ein Rotor des zweiten elektrischen Antriebes achsparallel zu der manuellen Antriebswelle angeordnet ist. Zudem kann vorgesehen sein, dass der zumindest eine Planetenradsatz koaxial zu dem Rotor des zweiten elektrischen Antriebes angeordnet ist. Somit ist der elektrische Antrieb mit dem Wellgetriebe der rotierenden Tretkurbelwelle zugeordnet, während der Planetenradsatz dem rotierenden Rotor des zweiten elektrischen Antriebes zugeordnet ist. Demzufolge ist es ohne weiteres möglich, dass die erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit den beiden elektrischen Antrieben sowie mit dem Wellgetriebe und dem zumindest einen Planetenradsatz in einem gemeinsamen Gehäuse bauraumsparend untergebracht werden kann.
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Um den zweiten elektrischen Antrieb über das vorzugsweise mehrstufige Planetengetriebe mit dem Abtrieb des Pedelecs zu koppeln, sind bei der vorgeschlagenen Antriebsanordnung mehrere Varianten möglich. Beispielsweise kann das Planetengetriebe bzw. die Planetenradsätze als Vorübersetzung direkt oder auch indirekt mit dem Abtrieb des Pedelecs gekoppelt werden. Im Rahmen einer indirekten Koppelung kann der Abtrieb des Planetengetriebes beispielsweise über eine Stirnradstufe mit dem Abtrieb oder über weitere Zwischenräder oder dergleichen oder auch über einen Riemen- bzw. Kettentrieb mit dem Abtrieb gekoppelt werden. Je nach Einsatzbereich der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung kann eine geeignete Anbindung gewählt werden, um zum Beispiel vorgegebene Bauraumbedingungen berücksichtigen zu können.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Pedelec, und
- 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung für ein Pedelec.
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In den 1 und 2 sind verschiedene Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Antriebsanordnung eines Pedelecs mit einer manuellen Antriebswelle 9 und mit einem ersten elektrischen Antrieb EM 1 beispielhaft dargestellt, wobei die manuelle Antriebswelle 9 und der erste elektrische Antrieb EM 1 über ein Wellgetriebe WG mit einem Abtrieb 12 des Pedelecs gekoppelt sind. Ferner ist vorgesehen, dass der Abtrieb 12 über zumindest einen Planetenradsatz PS1, PS2 mit einem zweiten elektrischen Antrieb EM 2 gekoppelt ist. Die verschiedenen Ausführungsvarianten unterscheiden sich durch die unterschiedlichen Anbindungsmöglichkeiten der Planetenradsätze PS1, PS2 an den Abtrieb 1. Als Abtrieb 12 des zwei oder mehrrädrigen Pedelecs ist beispielsweise ein Kettenrad bzw. ein Riemenrad oder dergleichen mit dem anzutreffenden Hinter- oder Vorderrad verbunden. Es ist auch möglich, dass der Abtrieb 12 als Nabenabtrieb ausgeführt ist.
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Das vorgesehene Wellgetriebe WG weist üblicherweise einen zum Beispiel über Kugellager oder dergleichen, gelagerten Wellengenerator 1 im Inneren auf, der mit einem elliptischen bzw. längs gezogenen äußeren Laufring versehen ist, der mit einer verformbaren Innenbuchse 2 gekoppelt ist, wobei die Innenbuchse 2 eine Außenverzahnung aufweist, die jeweils mit einer einen kreisförmigen Durchmesser aufweisenden Außenbuchse 3 mit einer Innenverzahnung in Eingriff steht. Um die Tretkraft des Fahrers gut abstützen zu können, wird ein Wellgetriebe WG mit hoher Übersetzung bei gleichzeitiger kompakter Bauweise eingesetzt.
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Unabhängig von den Ausführungsvarianten ist bei der erfindungsgemäßen Antriebsanordnung vorgesehen, dass der erste elektrische Antrieb EM 1 koaxial zu der manuellen Antriebswelle 9 bzw. Tretkurbelwelle angeordnet ist und dass ein Rotor 10 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 achsparallel zu der manuellen Antriebswelle 9 angeordnet ist, wobei der zumindest eine Planetenradsatz PS1, PS2 koaxial zu dem Rotor 10 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 angeordnet ist. Demzufolge ergibt sich eine verschachtelte Bauweise der beiden elektrischen Antriebe EM 1, EM 2 sowie des Wellgetriebes WG und der Planetenradsätze PS1, PS2, sodass ohne weiteres eine gemeinsame Unterbringung der vorgenannten Bauteile in einem Gehäuse 16 ermöglicht wird. Der erste elektrische Antrieb EM 1 und der zweite elektrische Antrieb EM 2 sind sowohl als Motor als auch als Generator betreibbar.
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Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Tretkurbelwelle als manuelle Antriebswelle 9 mit der verformbaren Innenbuchse 2 des Wellgetriebes WG und der Wellengenerator 1 des Wellgetriebes WG mit dem Rotor 11 des ersten elektrischen Antriebes EM1 verbunden sind, wobei die Außenbuchse 3 des Wellgetriebes WG mit dem Abtrieb 12 des Pedelecs direkt oder indirekt verbunden ist. Bei den gezeigten Ausführungsvarianten gemäß 1 und 2 ist die Außenbuchse 3 über eine Stirnradstufe ST mit dem Abtrieb 12 beispielhaft verbunden.
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Der zweite Antrieb EM 2 ist bei den Ausführungsvarianten beispielhaft über einen ersten Planetenradsatz PS1 und einen zweiten Planetenradsatz PS2 als Vorübersetzung mit dem Abtrieb 12 des Pedelecs direkt oder indirekt verbunden. Dadurch, dass ein mehrstufiges Planetengetriebe mit dem ersten Planetenradsatz PS1 und dem zweiten Planetenradsatz PS2 auf der achsparallelen Achse des Rotors 10 eingesetzt wird, ergibt sich ein besserer Wirkungsgrad. Besonderer Vorteil ist zudem, dass die Sonnenräder SR1, SR2 der Planetenradsätze PS1, PS2 einen kleinen Durchmesser aufweisen können, da die Tretkurbelwelle bzw. die manuelle Antriebswelle 9 nicht hindurch verläuft. Auf diese Weise kann eine große Standübersetzung von zum Beispiel i0 = -4 realisiert werden.
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Der erste Planetenradsatz PS1 und der zweite Planetenradsatz PS2 sind hintereinandergeschaltet, wobei die Sonnenräder SR1, SR2 jeweils den Antrieb der Planetenradsätze PS1, PS2 bilden und die Planetenradträger PT1, PT2 jeweils den Abtrieb der Planetenradsätze PS1, PS2 bilden. Die Hohlräder HR1, HR2 sind jeweils mit dem Gehäuse 16 verbunden. Hierdurch ergibt sich die höchstmögliche Übersetzung für den zweiten elektrischen Antrieb EM 2.
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Im Einzelnen ist vorgesehen, dass der Rotor 10 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 mit dem Sonnenrad SR1 des ersten Planetenradsatzes PS1 verbunden ist, während der Planetenradträger PT1 des ersten Planetenradsatzes PS1 mit dem Sonnenrad SR2 des zweiten Planetenradsatzes PS2 verbunden ist. Der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes PS2 ist zumindest über eine Stirnradstufe ST mit dem Abtrieb 12 des Pedelecs verbunden.
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Bei der in 1 dargestellten ersten Ausführungsvariante ist der Planetenradträger PT2 des zweiten Planetenradsatzes PS2 mit einem ersten Stirnrad 7 der Stirnradstufe ST verbunden. Das erste Stirnrad 7 kann entweder direkt oder indirekt mit einem zweiten Stirnrad 8 der Stirnradstufe ST gekoppelt sein. Es ist auch möglich, dass die Stirnräder 7, 8 über einen Riemen- oder Kettentrieb 13 miteinander gekoppelt sind. Das zweite Stirnrad 8 ist vorzugsweise am Umfang der Außenbuchse 3 des Wellgetriebes WG angeordnet, um entsprechend Baulänge einzusparen.
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Bei der in 2 dargestellten zweiten Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass das erste Stirnrad 7 der Stirnradstufe ST über ein Zwischenrad 4 mit dem zweiten Stirnrad 8 der Stirnradstufe ST gekoppelt ist. Das Zwischenrad 4 ist drehbar gelagert, wobei dessen Achse ortsfest, also nicht umlaufend angeordnet ist. Hierbei ergibt sich der Vorteil, dass ein größerer Achsenabstand zwischen der Tretkurbelwelle bzw. der manuellen Antriebswelle 9 und der Achse des Rotors 10 des zweiten elektrischen Antriebes EM 2 bzw. der Wellen der Sonnenräder SR1, SR2 des ersten Planetenradsatzes PS1 und des zweiten Planetenradsatzes PS2 realisiert werden kann, ohne den Durchmesser der Stirnräder 7, 8 zu erhöhen. Hierdurch ergibt sich ein insgesamt kleineres Gehäuse 16.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellengenerator des Wellgetriebes
- 2
- verformbare Innenbuchse des Wellgetriebes
- 3
- Außenbuchse des Wellgetriebes
- 4
- Zwischenrad
- 7
- erstes Stirnrad
- 8
- zweites Stirnrad
- 9
- manuelle Antriebswelle bzw. Tretkurbel bzw. Tretkurbelwelle
- 10
- Rotor des zweiten elektrischen Antriebes bzw. der zweiten elektr. Maschine
- 11
- Rotor des ersten elektrischen Antriebes bzw. der ersten elektr. Maschine
- 12
- Abtrieb
- 13
- Kettentrieb bzw. Riementrieb
- 14
- linkes Pedal an der Tretkurbel
- 15
- rechtes Pedal an der Tretkurbel
- 16
- Gehäuse der Antriebsanordnung
- ST
- Stirnradstufe
- EM 1
- erster elektrischer Antrieb bzw. erste elektrische Maschine
- EM 2
- zweiter elektrischer Antrieb bzw. zweite elektrische Maschine
- WG
- Wellgetriebe
- PS1
- erster Planetenradsatz
- PS2
- zweiter Planetenradsatz
- SR1
- Sonnenrad des ersten Planetenradsatzes
- PT1
- Planetenradträger des ersten Planetenradsatzes
- HR1
- Hohlrad des ersten Planetenradsatzes
- SR2
- Sonnenrad des zweiten Planetenradsatzes
- PT2
- Planetenradträger des zweiten Planetenradsatzes
- HR2
- Hohlrad des zweiten Planetenradsatzes
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015100676 B3 [0004]
