DE102021209318A1

DE102021209318A1 - Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads

Info

Publication number: DE102021209318A1
Application number: DE102021209318.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Moehrle; Julian Binder
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung (1) eines Elektrofahrrads (100), umfassend: eine Antriebseinheit (2), ein Gehäuse (3), und eine Leiterplattenanordnung (4), wobei die Antriebseinheit (2) und die Leiterplattenanordnung (4) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet sind, wobei die Antriebseinheit (2) eine Antriebsachse (15) aufweist, wobei die Leiterplattenanordnung (4) entlang der Antriebsachse (15) neben der Antriebseinheit (2) angeordnet ist, wobei die Leiterplattenanordnung (4) eine erste Leiterplatte (41) und eine zweite Leiterplatte (42) aufweist, welche entlang der Antriebsachse (15) gestapelt angeordnet sind, wobei die erste Leiterplatte (41) Antriebseinheits-seitig der zweiten Leiterplatte (42) angeordnet ist, wobei die Leiterplattenanordnung (4) zumindest ein Halteelement (5) aufweist, welches eingerichtet ist, die beiden Leiterplatten (41, 42) relativ zueinander und relativ zum Gehäuse (3) zu halten, und wobei das Halteelement (5) mittels einer ersten Nietverbindung (51) mit der ersten Leiterplatte (41) verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads, sowie ein Elektrofahrrad.
Bekannt sind Antriebsanordnungen für Elektrofahrräder in sogenannter orthogonaler Bauweise. Dabei ist eine Motorachse eines Elektromotors orthogonal zu einer Tretlagerachse angeordnet. Dadurch kann der Elektromotor beispielsweise platzsparend in ein Unterrohr eines Fahrzeugrahmens integriert werden. Üblicherweise werden dabei zusätzlich weitere Komponenten der Antriebsanordnung, wie Getriebe und Leiterplatten, ebenfalls in das Unterrohr integriert. Die Leiterplatten sind dabei häufig senkrecht zur Motorachse, also quer innerhalb des Unterrohrs angeordnet. Aufgrund des durch den Rohrdurchmesser begrenzten Platzangebots im Unterrohr ist dabei häufig die Bereitstellung von zwei gestapelt angeordneten Leiterplatten erforderlich. Da diese relativ zueinander und zu den weiteren Komponenten der Antriebsanordnung fixiert werden müssen, ist hierfür häufig eine aufwändige Befestigungskonstruktion mit zahlreichen Bauteilen notwendig.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zeichnet sich demgegenüber durch eine besonders einfache und kostengünstige Konstruktion mit wenigen Bauteilen aus. Dadurch kann auch eine leichtgewichtige Konstruktion bereitgestellt werden. Zudem wird eine einfache und zeiteffiziente Montage der Antriebsanordnung ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch eine Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads, umfassend eine Antriebseinheit, ein Gehäuse, und eine Leiterplattenanordnung. Die Antriebseinheit und die Leiterplattenanordnung sind innerhalb eines Gehäuses angeordnet. Die Antriebseinheit weist eine Antriebsachse auf, vorzugsweise entlang welcher sich eine Welle der Antriebseinheit, an der ein Drehmoment bereitgestellt werden kann, erstreckt. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit ein Elektromotor. Die Leiterplattenanordnung und die Antriebseinheit sind dabei entlang der Antriebsachse nebeneinander angeordnet. Die Leiterplattenanordnung umfasst eine erste Leiterplatte und eine zweite Leiterplatte, welche entlang der Antriebsachse gestapelt, das heißt entlang der Antriebsachse nebeneinander und insbesondere parallel zueinander, angeordnet sind. Vorzugsweise sind die beiden Leiterplatten jeweils senkrecht zur Antriebsachse angeordnet. Die erste Leiterplatte ist dabei Antriebseinheits-seitig der zweiten Leiterplatte angeordnet, das heißt näher an der Antriebseinheit als die zweite Leiterplatte angeordnet. Die Leiterplattenanordnung umfasst zudem zumindest ein Halteelement, welches eingerichtet ist, die beiden Leiterplatten relativ zueinander und relativ zum Gehäuse zu halten. Das Halteelement ist dabei mittels einer ersten Nietverbindung mit der ersten Leiterplatte verbunden.
Das Halteelement erfüllt dabei mehrere Funktionen gleichzeitig. Zum einen bietet die Nietverbindung den Vorteil einer einfach herzustellenden Fixierung der ersten Halteplatte, welche mit wenigen Bauteilen auskommt. Durch das Halteelement wird somit eine Abstandsdefinition und gleichzeitig eine genaue Positionierung der Leiterplatten gegeneinander und gegenüber dem Gehäuse erreicht. Zudem kann durch das Halteelement, insbesondere auch durch die erste Nietverbindung mit der ersten Leiterplatte, eine einfache elektrische Kontaktierung der beiden Leiterplatten erfolgen.
Vorzugsweise sind mehrere Halteelemente vorgesehen, welche besonders bevorzugt identisch ausgebildet sind. Dadurch kann auf besonders einfache Weise eine stabile und zuverlässige Halterung der Leiterplatten ermöglicht werden.
Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.
Bevorzugt ist das Halteelement mittels einer zweiten Nietverbindung mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch kann eine noch einfachere, besonders leichtgewichtige Konstruktion ermöglicht werden. Bevorzugt weist das Gehäuse dabei einen Gehäuseboden auf, welcher im Wesentlichen parallel zu den beiden Leiterplatten angeordnet ist, wobei das Halteelement mittels der zweiten Nietverbindung vorzugsweise mit dem Gehäuseboden verbunden ist.
Vorzugsweise ist das Halteelement mittels einer Schraubverbindung mit dem Gehäuse verbunden. Dadurch kann das Halteelement mit alternativen einfachen und kostengünstigen Mitteln mit dem Gehäuse verbunden werden. Durch eine Schraubverbindung kann beispielsweise ein einfaches Lösen ermöglicht werden, zum Beispiel, um das Gehäuse zu Wartungszwecken oder dergleichen öffnen zu können.
Besonders bevorzugt weist die Leiterplattenanordnung ein Distanzelement auf, welches eingerichtet ist, um einen vordefinierten Abstand zwischen der zweiten Leiterplatte und dem Gehäuse sicherzustellen. Vorzugsweise ist das Distanzelement dabei zwischen der zweiten Leiterplatte und dem Gehäuse angeordnet. Beispielsweise kann das Distanzelement als Distanzhülse ausgebildet sein. Eine Distanzhülse ist besonders vorteilhaft, wenn das Halteelement mittels einer zweiten Nietverbindung mit dem Gehäuse verbunden ist. Alternativ kann das Distanzelement beispielsweise auch als Teilbereich des Halteelements ausgebildet sein.
Bevorzugt ist das Halteelement als ein einstückiges Bauteil ausgebildet, wobei das Halteelement einen Abstandhalter-Bereich und zwei Pin-Bereiche aufweist. Die Leiterplattenanordnung ist dabei so ausgebildet, dass die erste Leiterplatte und die zweite Leiterplatte jeweils gegen den Abstandhalter-Bereich, welcher insbesondere zwischen den beiden Leiterplatten angeordnet ist, anliegen. Die beiden Pin-Bereiche des Halteelements erstrecken sich jeweils ausgehend von dem Abstandhalter-Bereich in entgegengesetzte Richtungen, und ragen durch die jeweiligen Leiterplatten hindurch. Das Halteelement kann somit besonders einfach und kostengünstig ausgebildet sein, wobei durch die einstückige Konstruktion besonders leichtgewichtige Anordnung mit wenigen Bauteilen bereitgestellt werden kann.
Weiter bevorzugt ist das Distanzelement als einer der beiden Pin-Bereiche des Halteelements ausgebildet. Das Distanzelement, also der eine der beiden Pin-Bereiche, weist dabei eine Schraubenöffnung auf, welche vorzugsweise als Sackloch ausgebildet ist. In die Schraubenöffnung ist eine Schraube der Schraubverbindung, mittels welcher das Halteelement und das Gehäuse miteinander verbunden sind, eingeschraubt. Die Schraubenöffnung ist dabei so ausgebildet, dass das Distanzelement, also der entsprechende Pin-Bereich, sich durch die eingeschraubte Schraube radial aufweitet, um durch diese radiale Aufweitung die zweite Leiterplatte zu halten. Vorzugsweise wird durch die radiale Aufweitung die zweite Leiterplatte gegen den Abstandhalter-Bereich gedrückt, um die zweite Leiterplatte dadurch einzuklemmen. Das Distanzelement ist somit ähnlich einem Dübel ausgebildet, wobei durch Einschrauben einer Schraube eine radiale Aufspreizung erzielt wird. Dadurch kann mit besonders wenigen Bauteilen eine besonders einfache und schnelle Montage der Antriebsanordnung ermöglicht werden.
Bevorzugt ist das Distanzelement in axialer Richtung geschlitzt ausgebildet. Insbesondere ist das Distanzelement dabei im Bereich der Schraubenöffnung als hohlzylindrische Hülse ausgebildet, wobei vorzugsweise zwei am Umfang gegenüberliegende Schlitze in der Hülse ausgebildet sind. Die Schlitze erstrecken sich insbesondere ausgehend von einer stirnseitigen Öffnung der Schraubenöffnung. Dadurch kann die radiale Aufweitung, insbesondere die Dübel-Funktion, besonders einfach und gezielt erreicht werden.
Weiter bevorzugt ist der Abstandhalter-Bereich des Halteelements jeweils in Richtung der angrenzenden Pin-Bereiche sich verjüngend ausgebildet, um die beiden Leiterplatten zu Zentrieren. Vorzugsweise verjüngt sich der Abstandhalter-Bereich konisch zu den Pin-Bereichen hin. Bevorzugt weist jede Leiterplatte dabei eine kreisrunde Öffnung auf, durch welche der entsprechende Pin-Bereich hindurchragt. Dadurch kann das Halteelement die Leiterplatten in radialer Richtung auf besonders einfache Weise genau positionieren.
Vorzugsweise ist das Halteelement derart mit dem Gehäuse und mit der ersten Leiterplatte verbunden, dass das Gehäuse und die erste Leiterplatte mit einer vordefinierten Vorspannkraft in Axialrichtung gegeneinander verspannt sind. Dadurch kann eine besonders zuverlässige Halterung der Leiterplatten erreicht werden. Vorzugsweise wird die Verspannung im Falle von zwei Nietverbindungen dadurch erreicht, dass die beim Herstellen der Nietverbindungen gegeneinander verpressten Pin-Bereiche über die zum Herstellen der Nietverbindungen erforderliche Kraft hinaus mit einer weiteren zusätzlichen Kraft gegeneinander verpresst werden, um die Vorspannkraft einzustellen.
Besonders bevorzugt ragt das Halteelement, insbesondere einer der Pin-Bereiche, durch eine Gehäuseöffnung des Gehäuses hindurch. Das Gehäuse ist an einer Außenseite zumindest teilweise mit einem Lack überzogen. Ein an der Außenseite des Gehäuses liegender Kopfbereich des Halteelements ist dabei in den Lack eingegraben, zum Abdichten des Gehäuses, insbesondere gegen einen Flüssigkeitseintritt. Das heißt, die Schraubverbindung oder die zweite Nietverbindung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Kopfbereich durch eine entsprechende Vorspannung in den Lack eingedrückt wird, um dadurch eine dichtende Wirkung an der entsprechenden Gehäuseöffnung zu erzielen.
Weiter bevorzugt ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet mit einem Antriebsgehäuse und einem Gehäusedeckel. Vorzugsweise ist innerhalb des Antriebsgehäuses die Antriebseinheit angeordnet. Die Leiterplattenanordnung ist dabei innerhalb des Gehäusedeckels angeordnet. Durch die zweiteilige Ausgestaltung des Gehäuses kann dieses auf einfache Weise zusammengebaut und, beispielsweise für Wartungszwecke, geöffnet werden.
Besonders bevorzugt ist das Antriebsgehäuse zumindest teilweise hohlzylindrisch ausgebildet. Der Gehäusedeckel ist topfförmig ausgebildet, insbesondere mit einem hohlzylindrischen Wandbereich und einem Gehäuseboden. Das Antriebsgehäuse und der Gehäusedeckel sind dabei in einem Überlappungsbereich übereinander geschoben, vorzugsweise derart, dass innerhalb des Überlappungsbereichs der Gehäusedeckel radial außerhalb des Antriebsgehäuses angeordnet ist. Dadurch kann insbesondere in radialer Richtung eine besonders platzsparende Konstruktion des Gehäuses bereitgestellt werden, welche beispielsweise eine optimale Ausnutzung eines in einem Unterrohr eines Fahrzeugrahmens zur Verfügung stehenden Bauraum ermöglicht. Bevorzugt sind der Gehäusedeckel und das Antriebsgehäuse innerhalb des Überlappungsbereichs miteinander verklebt, um eine feste Verbindung und eine Dichtigkeit bereitzustellen.
Bevorzugt weisen das Antriebsgehäuse und der Gehäusedeckel jeweils eine umlaufende Sicke innerhalb des Überlappungsbereichs auf. Die beiden Sicken greifen dabei in radialer Richtung bezüglich der Antriebsachse ineinander, und bilden dadurch einen Formschluss in Axialrichtung. Durch den Formschluss in Axialrichtung werden die beiden Teile des Gehäuses dabei in Axialrichtung relativ zueinander festgelegt. Dadurch kann das Gehäuse bei platzsparender Konstruktion eine zuverlässige Fixierung und definierte Anordnung von Antriebsgehäuse und Gehäusedeckel relativ zueinander sicherstellen.
Vorzugsweise umfasst die Antriebsanordnung ferner eine Klemmschelle, welche am Überlappungsbereich den Gehäusedeckel und das Antriebsgehäuse umlaufend umschließt. Die Klemmschelle übt dabei eine radiale Kraft auf Gehäusedeckel und Antriebsgehäuse aus. Dadurch kann der mittels der Sicken hergestellte axiale Formschluss zusätzlich verstärkt werden, um eine besonders zuverlässige feste Verbindung zwischen Gehäusedeckel und Antriebsgehäuse bereitzustellen.
Besonders bevorzugt weist der Gehäusedeckel eine Steckeraussparung auf. Die Leiterplattenanordnung umfasst dabei ferner einen Stecker, welcher durch die Steckeraussparung hindurchragt. Damit kann mittels des Steckers und durch den Gehäusedeckel hindurch beispielsweise eine elektrische Kontaktierung der Leiterplatten erfolgen.
Bevorzugt ragt der Stecker in radialer Richtung durch die Steckeraussparung hindurch. Dabei ist der Stecker in axialer Richtung in die erste Leiterplatte eingesteckt, vorzugsweise mittels eines Clip-Mechanismus. Dadurch wird der Stecker, insbesondere durch einen Gegenstecker in der ersten Leiterplatte, in radialer Richtung genau positioniert, wobei die axiale Positionierung vorzugsweise durch die Steckeraussparung erfolgt.
Weiter bevorzugt weist der Stecker eine Steckerdichtung auf, welche um den Umfang der Steckeraussparung, insbesondere in vollständigen montiertem Zustand der Antriebsanordnung, umlaufend angeordnet ist. Dadurch wird mittels der Steckerdichtung eine Abdichtung gegenüber einem Flüssigkeitseintritt sichergestellt. Die Steckerdichtung kann dabei als Teil des Steckers ausgebildet sein, oder alternativ als Teil des Gehäusedeckels.
Weiterhin führt die Erfindung zu einem Elektrofahrrad, umfassend die beschriebene Antriebsanordnung, und eine Abtriebswelle. Die Abtriebswelle ist dabei, vorzugsweise über ein Getriebe, von der Antriebseinheit der Antriebsanordnung antreibbar. Die Abtriebswelle ist dabei orthogonal zur Antriebsachse der Antriebseinheit angeordnet. Das heißt, die Antriebsanordnung ist in orthogonaler Bauart ausgebildet. Insbesondere ist die Antriebseinheit dabei eingerichtet, ein Drehmoment zu erzeugen, zur Unterstützung einer manuellen Tretkraft eines Fahrers des Elektrofahrrads.
Bevorzugt umfasst das Elektrofahrrad ferner einen Fahrzeugrahmen mit einem Unterrohr. Das Unterrohr erstreckt sich dabei zwischen einem Tretlager und einem Steuerrohr des Elektrofahrrads. Die Antriebsachse der Antriebseinheit ist dabei parallel zum Unterrohr angeordnet. Besonders bevorzugt ist die Antriebsanordnung in das Unterrohr integriert.
Figurenliste
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren beschrieben. In den Figuren sind funktional gleiche Bauteile jeweils mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Dabei zeigt:

1 eine Schnittansicht einer Antriebsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Detailansicht der 1,
3 eine vereinfachte schematische Ansicht einer Montage der Antriebsanordnung der 1,
4 einen Kraft-Weg-Verlauf bei der Montage gemäß der 3,
5 eine Detailansicht einer Antriebsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 eine Detailansicht einer Antriebsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 eine weitere Detailansicht der Antriebsanordnung der 6,
8 eine Detailansicht einer Antriebsanordnung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9 eine perspektivische Ansicht eines Gehäusedeckels der Antriebsanordnung der 8,
10 eine perspektivische Ansicht einer Klemmschelle zur Verwendung in der Antriebsanordnung der 8,
11 eine vergrößerte Detailansicht der 8, und
12 eine vereinfachte schematische Ansicht eines Elektrofahrrads mit einer Antriebsanordnung gemäß einem der Ausführungsbeispiele der Erfindung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine Schnittansicht einer Antriebsanordnung 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Antriebsanordnung 1 umfasst eine Antriebseinheit 2, welche ein Elektromotor ist, ein Gehäuse 3, und eine Leiterplattenanordnung 4. Die Antriebseinheit 2 treibt eine Welle 20 an, die sich entlang einer Antriebsachse 15 erstreckt. Die Welle 20 ist über ein Getriebe 102 mit einer Abtriebswelle 101 verbunden, um ein von der Antriebseinheit 2 erzeugtes Drehmoment weiter an die Antriebswelle 101 übertragen zu können. Die Antriebswelle 101 erstreckt sich entlang einer Abtriebsachse 16, welche orthogonal zur Antriebsachse 15 angeordnet ist. Bei der Antriebsanordnung 1 handelt es sich somit um einen Antrieb in orthogonaler Bauart.
Das Gehäuse 3 der Antriebsanordnung 1 ist zweiteilig ausgebildet mit einem Antriebsgehäuse 32, innerhalb welchen die Antriebseinheit 2 angeordnet ist, und einem Gehäusedeckel 31. Das Antriebsgehäuse 32 ist im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet und erstreckt sich entlang der Antriebsachse 15.
Der Gehäusedeckel 31 ist topfförmig ausgebildet mit einer Deckelwand 31a, welche ebenfalls hohlzylindrisch ausgebildet ist, und einem Gehäuseboden 31 b, welcher ein in axialer Richtung stirnseitiges Ende des Gehäuses 3 bildet.
Die Leiterplattenanordnung 4 ist, insbesondere ausschließlich, innerhalb des Gehäusedeckels 31 angeordnet und umfasst eine erste Leiterplatte 41 und eine zweite Leiterplatte 42. Die beiden Leiterplatten 41, 42 sind parallel zueinander und entlang der Antriebsachse 15 gestapelt angeordnet. Die erste Leiterplatte 41 ist dabei der Antriebseinheit 2 zugewandt angeordnet, und die zweite Leiterplatte ist dem Gehäuseboden 31 b zugewandt angeordnet.
Die Leiterplattenanordnung 4 umfasst weiterhin mehrere Halteelemente 5, mittels welchen die beiden Leiterplatten 41, 42 relativ zueinander und relativ zum Gehäuse 3 gehalten werden.
Die genaue Beschreibung der Anordnung und Halterung der Leiterplatten 41, 42 wird nachfolgend in Bezug auf die 2 beschrieben, welche eine Detailansicht der Antriebsanordnung 1 der 1 zeigt.
Insgesamt umfasst die Leiterplattenanordnung 4 drei identisch ausgebildete Halteelemente 5, wobei in der 2 nur zwei davon zu erkennen sind. Die Halteelemente 5 sind stabförmig ausgebildet und umfassen einen Abstandhalter-Bereich 55, welcher zwischen den beiden Leiterplatten 41, 42 angeordnet ist, und gegen welchen die beiden Leiterplatten 41, 42 jeweils axial anliegen. Beidseitig an den Abstandhalter-Bereich 55 angrenzend weist jedes Halteelement 5 zwei Pin-Bereiche 56 auf, welche einen kleineren Durchmesser als der Abstandhalter-Bereich 55 aufweisen, und welche durch Durchgangsöffnungen der Leiterplatten 41, 42 hindurchragen.
Der untere der Pin-Bereiche 56 des Halteelements 5 ist dabei so umgeformt, um mit der ersten Leiterplatte 41 eine erste Nietverbindung 51 auszubilden.
Der obere der beiden Pin-Bereiche 56 des Halteelements 5 ist außerdem so umgeformt, um mit dem Gehäuseboden 31b eine zweite Nietverbindung 52 auszubilden. Um eine spielfreie Anordnung von beiden Leiterplatten 41, 42, Halteelemente 5, und Gehäuse 3 zu gewährleisten, ist zwischen der zweiten Leiterplatte 42 und dem Gehäuseboden 31 b ein Distanzelement 6 angeordnet.
Das Distanzelement 6 ist im ersten Ausführungsbeispiel als Distanzhülse ausgebildet, welche den oberen Pin-Bereich 56 ringförmig umgibt.
Die Antriebsanordnung 1 bietet somit den Vorteil, dass die Leiterplattenanordnung 4 einen besonders einfachen und kostengünstigen Aufbau aufweist, welcher mit wenigen Bauteilen auskommt. Dabei werden durch die Halteelemente 5, wovon jedes als ein einstückiges Bauteil mit einfacher und kostengünstiger Geometrie ausgebildet ist, gleich mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllt. Zum einen bewirken die Halteelemente 5 eine Abstandsdefinition der Leiterplatten 41, 42 relativ zueinander, und zum anderen eine genaue Positionierung und Fixierung gegenüber dem Gehäuse 3. Zudem können die Halteelemente 5 einen elektrischen Kontakt der Leiterplatten 41, 42 miteinander gewährleisten.
Vorzugsweise sind die Halteelemente 5 aus Aluminium gebildet, um einerseits den elektrischen Kontakt, und andererseits eine einfache Verformbarkeit zum Herstellen der Nietverbindungen 51, 52 zu ermöglichen.
Eine Durchführung eines Teils des Montageprozesses der Antriebsanordnung 1 ist in der 3 vereinfacht schematisch dargestellt. Gezeigt ist dabei der Schritt des Herstellens der Nietverbindungen 51, 52.
Wie in den 2 und 3 zu erkennen, weisen die Pin-Bereiche 56 der Halteelemente 5 jeweils sacklochförmige Aussparungen 56a an dessen axialen Enden auf. Diese sacklochförmigen Aussparungen 56a dienen dazu, dass für die Herstellung der Nietverbindungen 51, 52 jeweils ein Positionierstift 91 in jeweils eine Aussparung 56a eingeführt werden kann. Die Positionierstifte 91 sind Teil eines Montagewerkzeugs 90, mittels welchem der Nietvorgang durchgeführt wird. Mittels der Positionierstifte 91 können die Halteelemente 5 exakt positioniert werden, um eine besonders präzise Ausrichtung der Leiterplatten 41, 42 sicherzustellen.
Pro Positionierstift 91 weist das Montagewerkzeug 90 jeweils ein Widerlager 92 auf, welches die Pin-Bereiche 56 entlang der durch die Pfeile in 3 angedeutete Richtung zusammendrückt, um die Nietverbindungen 51, 52 herzustellen.
Ein Kraft-Weg-Verlauf bei dem Herstellen der Nietverbindungen 51, 52 ist vereinfacht schematisch in der 4 dargestellt. Dabei ist ein Diagramm 60 abgebildet, in welchem die Kraft 62 über dem Weg 61 dargestellt ist. Der Verlauf 63 gibt den beim Umformen, beispielsweise in dem Halteelement 5, auftretenden Kraftverlauf an, wobei die entsprechende Kraft von den Widerlagern 92 in Richtung der Pfeile in 3 aufgebracht wird. Im Bereich 64 erfolgt dabei ein elastisches Umformen der Pin-Bereich 56. Im Bereich 65 erfolgt das plastische Umformen der Pin-Bereiche 56 zum Herstellen der Nietverbindungen 51, 52. Am Punkt 69 liegen die umgeformten Kopfbereiche 58 (vergleiche 2) des Halteelements 5 an der Außenseite des Gehäusebodens 31b an. Hierfür wird insgesamt die Kraft 67 aufgebracht.
Bei dem Montageverfahren erfolgt zusätzlich ein Aufbringen einer weiteren zusätzlichen Kraft 68 innerhalb des Bereichs 66, um eine weitere zusätzliche Verspannung zu erreichen. Dadurch wird eine vordefinierte axiale Vorspannkraft F (vergleiche 2), welche das Gehäuse 3 und die erste Leiterplatte 41 gegeneinander verspannt, erzeugt.
Die Vorspannung mit der Vorspannkraft F bewirkt dabei eine besonders zuverlässige spielfreie Halterung der Elemente der Leiterplattenanordnung 4 relativ zueinander.
Ein weiterer Vorteil der Verspannung mit der Vorspannkraft F ist, dass der obere außerhalb des Gehäusebodens 31b liegende Kopfbereich 58 zumindest teilweise in einen Lack 39, welcher sich an einer Außenseite des Gehäusedeckels 31 befindet, eingegraben bzw. eingedrückt wird, und in dieser Konfiguration gehalten wird. Dadurch wird erreicht, dass eine Abdichtung des Gehäuses 3 durch den Kopfbereich 58 und den Lack 39 bereitgestellt wird, um ein gegenüber einem Fluideintritt dichtes Gehäuse 3 bereitstellen zu können.
5 zeigt eine Detail-Schnittansicht eine Antriebsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4, mit dem Unterschied einer alternativen Verbindung zwischen Halteelement 5 und Gehäuse 3. Im zweiten Ausführungsbeispiel der 5 ist das Halteelement 5 mittels einer Schraubverbindung 59 mit dem Gehäuse 3 verbunden. Die Schraubverbindung 59 ist dabei, wie in der 5 zu erkennen, hergestellt, indem eine Schraube in eine Durchgangsöffnung des Halteelements 5 eingeschraubt ist. Dadurch kann eine alternative, einfach herzustellende, und insbesondere auch einfach wieder zu lösende Verbindung von Halteelement 5 und Gehäuse 3 bereitgestellt werden.
6 zeigt eine Detailansicht einer Leiterplattenanordnung 4 einer Antriebsanordnung 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel der 5, mit einer weiteren Modifikation des Halteelements 5. In dem dritten Ausführungsbeispiel der 5 ist der Abstandhalter-Bereich 55 jeweils in Richtung der Pin-Bereiche 56 sich konisch verjüngend ausgebildet. Durch diese sich konisch verjüngenden Bereiche 55a des Abstandhalter-Bereichs 55 werden die Leiterplatten 41, 42 an den Halteelementen 5 zentriert, wodurch eine besonders einfache und zudem präzise Anordnung der Leiterplatten 41, 42 ermöglicht wird.
Ferner sind die Pin-Bereiche 56, welche mit dem Gehäuseboden 31 b verschraubt werden, modifiziert, derart, dass diese das Distanzelement 6 zwischen Gehäuseboden 31 b und zweiter Leiterplatte 42 bilden. Dies wird dadurch erreicht, dass einerseits der Gehäuseboden 31b an der Stirnseite der Pin-Bereiche 56 anliegen kann. Zudem sind die Pin-Bereiche 56 so ausgebildet, dass diese durch die in eine Schraubenöffnung 54 des Distanzelements 6 eingeschraubte Schraube 59' radial aufgeweitet werden, um dadurch die zweite Leiterplatte 42 in axialer Richtung gegen den konischen Bereich 55a des Abstandhalter-Bereichs 55 zu drücken, um die zweite Leiterplatte 42 definiert zu halten.
Die Aufweitung der Pin-Bereiche 56 wird dadurch erreicht, dass diese in axialer Richtung geschlitzt sind, wie in 7 dargestellt. 7 oben zeigt dabei eine Schnittansicht, ähnlich der 6. 7 unten zeigt eine Draufsicht entlang axialer Richtung auf den Pin-Bereich 56 von oben. Der Pin-Bereich 56 weist dabei einen Schlitz 56b auf, welcher den Pin-Bereich 56 in radialer Richtung vollständig durchdringt.
8 zeigt eine Detail-Schnittansicht einer Antriebsanordnung 1 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel der 1 bis 4, mit dem Unterschied, dass zusätzlich ein Stecker 7 vorgesehen ist, welcher das Gehäuse 3 durchdringt, und dass der Gehäusedeckel 31 und das Antriebsgehäuse 32 mittels Sicken 34 miteinander verbunden sind.
Der Stecker 7 kann beispielsweise vorgesehen sein, um die erste Leiterplatte 41 mit einer elektrischen Leitung 70 verbinden zu können. Der Stecker 7 durchdringt dabei den Gehäusedeckel 31 in radialer Richtung bezogen auf die Antriebsachse 15. Im Detail durchdringt der Stecker die Deckelwand 31a an dessen der Antriebseinheit 2 zugewandtem Ende.
Der Gehäusedeckel 31 ist in perspektivischer Ansicht in der 9 dargestellt. Wie in der 9 zu erkennen, weist der Gehäusedeckel 31 eine Steckeraussparung 71, welche einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweist, auf.
Der Stecker 7 wird mit der ersten Leiterplatte 41 verbunden, indem dieser in einen entsprechenden Gegenstecker 74 der ersten Leiterplatte 41 mittels eines Clip-Mechanismus eingesteckt wird. Das Zusammenstecken von Stecker 7 und Gegenstecker 74 erfolgt dabei entlang einer Richtung parallel zur Antriebsachse 15. Dadurch wird der Stecker 7 durch den Gegenstecker 74 zunächst in radialer Richtung (vgl. Pfeil B in 11) positioniert. Die axiale Positionierung (vgl. Pfeil A in 11) erfolgt anschließend durch die Steckeraussparung 71.
Der Stecker 7 weist dabei zudem eine Steckerdichtung 73 auf (vergleiche 8 und 11), welche um den Umfang des Steckers 7 und der Steckeraussparung 71 umlaufend angeordnet ist, um den Durchgang fluiddicht abzudichten. Die Steckerdichtung 73 kann dabei, wie in der 11 zu erkennen, einen O-Ring-förmigen Grundkörper aufweisen, von welchem ausgehend sich in axialer Richtung (bezogen auf die in der 8 dargestellte Anordnung relativ zur Antriebsachse 15) Dichtlippen 73a erstrecken, um eine besonders zuverlässige Abdichtung zu ermöglichen.
Wie weiterhin in der 8 dargestellt, umfassen sowohl Gehäusedeckel 31 als auch Antriebsgehäuse 32 jeweils eine umlaufende Sicke 34. Die Sicken 34 sind dabei aufeinander abgestimmt ausgebildet. Die Sicken 34 erlauben ein radiales Ineinandergreifen, um einen axialen Formschluss zwischen Gehäusedeckel 31 und Antriebsgehäuse 32 zu ermöglichen. Hierfür wird der Gehäusedeckel 31 teilweise auf das Antriebsgehäuse 32 aufgeschoben, derart, dass Gehäusedeckel 31 und Antriebsgehäuse 32 sich innerhalb eines Überlappungsbereichs 33 überlappen. In dieser übereinander geschobenen Konfiguration, welche durch einen Absatz 32c am Antriebsgehäuse 32 in axialer Richtung begrenzt ist, liegen die beiden Sicken 34 in axialer Richtung genau übereinander und greifen ineinander. Durch die Sicken 34 kann eine besonders einfache und platzsparende Fixierung des Gehäusedeckels 31 an dem Antriebsgehäuse 32 ermöglicht werden.
Der axiale Formschluss mittels der Sicken 34 kann verstärkt werden mittels einer Klemmschelle 35, welche in der 10 in perspektivischer Ansicht dargestellt ist. Eine derartige Klemmschelle 35 kann am Überlappungsbereich 33 um den radial außen liegenden Gehäusedeckel 31 herumgelegt werden, nämlich auf eine Außenseite 36 des Gehäusedeckel 31 (vergleiche 8). Anschließend kann die Klemmschelle 35 verspannt werden, derart, dass der Umfang der Klemmschelle 35 sich verkleinert, bis die Klemmschelle 35 eine radiale Kraft auf Gehäusedeckel 31 und Antriebsgehäuse 32 ausübt. Dadurch kann die Klemmschelle 35 ein unbeabsichtigtes Lösen des axialen Formschlusses der Sicken 34 verhindern.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele der Antriebsanordnung 1 sind vorgesehen zum Einsatz in einem Elektrofahrrad 100, welches vereinfacht schematisch in der 12 dargestellt ist. Die Antriebsanordnung 1 ist dabei im Bereich eines Tretlagers 104, also als Mittelmotor, angeordnet. Die in der 1 dargestellte Abtriebswelle 101 ist mit einem Kettenblatt 107 verbunden. Die Abtriebswelle 101 kann dabei von der Antriebseinheit 2 und/oder mittels Pedalen 108 angetrieben werden.
Um die Antriebseinheit 2 mit elektrischer Energie versorgen zu können, weist das Elektrofahrrad 100 einen elektrischen Energiespeicher 109 auf.
Das Elektrofahrrad 100 umfasst dabei einen Fahrzeugrahmen 110, welcher ein Unterrohr 111 aufweist, dass sich zwischen dem Tretlager 104 und einem Steuerrohr 105 des Elektrofahrrads 100 erstreckt. Die Antriebsachse 15 der Antriebseinheit 2 der Antriebsanordnung 1 ist dabei, wie in der 12 dargestellt, parallel zum Unterrohr 111 angeordnet. Dabei ist die Antriebsanordnung 1 in das Unterrohr 111 integriert. Die Antriebsanordnung 1 bietet dabei neben der einfachen Montage den Vorteil, dass diese besonders kompakt, insbesondere in radialer Richtung der Antriebsachse 15, konstruiert ist, wodurch eine Integration auch in schmale Unterrohre 111 ermöglicht werden kann.

Claims

Antriebsanordnung eines Elektrofahrrads (100), umfassend: - eine Antriebseinheit (2), - ein Gehäuse (3), und - eine Leiterplattenanordnung (4), - wobei die Antriebseinheit (2) und die Leiterplattenanordnung (4) innerhalb des Gehäuses (3) angeordnet sind, - wobei die Antriebseinheit (2) eine Antriebsachse (15) aufweist, - wobei die Leiterplattenanordnung (4) entlang der Antriebsachse (15) neben der Antriebseinheit (2) angeordnet ist, - wobei die Leiterplattenanordnung (4) eine erste Leiterplatte (41) und eine zweite Leiterplatte (42) aufweist, welche entlang der Antriebsachse (15) gestapelt angeordnet sind, - wobei die erste Leiterplatte (41) Antriebseinheits-seitig der zweiten Leiterplatte (42) angeordnet ist, - wobei die Leiterplattenanordnung (4) zumindest ein Halteelement (5) aufweist, welches eingerichtet ist, die beiden Leiterplatten (41, 42) relativ zueinander und relativ zum Gehäuse (3) zu halten, und - wobei das Halteelement (5) mittels einer ersten Nietverbindung (51) mit der ersten Leiterplatte (41) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Halteelement (5) mittels einer zweiten Nietverbindung (52) mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 1, wobei das Halteelement (5) mittels einer Schraubverbindung (59) mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leiterplattenanordnung (4) ein Distanzelement (6) aufweist, welches eingerichtet ist, einen vordefinierten Abstand zwischen der zweiten Leiterplatte (42) und dem Gehäuse (3) bereitzustellen.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei das Halteelement (5) als ein einstückiges Bauteil ausgebildet ist, - wobei das Halteelement (5) einen Abstandhalter-Bereich (55) aufweist, gegen welchen die erste Leiterplatte (41) und die zweite Leiterplatte (42) jeweils anliegen, und - wobei das Halteelement (5) zwei Pin-Bereiche (56) aufweist, welche auf beiden Seiten des Abstandhalter-Bereichs (55) gegenüberliegend angeordnet sind, und welche durch die jeweilige Leiterplatte (41, 42) hindurch ragen.
Antriebsanordnung nach den Ansprüchen 3 bis 5, - wobei das Distanzelement (6) einer der beiden Pin-Bereiche (56) des Halteelements (5) ist, - wobei das Distanzelement (6) eine Schraubenöffnung (54) aufweist, in welche eine Schraube (59`) der Schraubverbindung (59) eingeschraubt ist, und - wobei die Schraubenöffnung (54) so ausgebildet ist, dass das Distanzelement (6) durch die eingeschraubte Schraube (59`) radial aufgeweitet ist, um durch die radiale Aufweitung die zweite Leiterplatte (42) zu halten.
Antriebsanordnung nach Anspruch 6, wobei das Distanzelement (6) in axialer Richtung geschlitzt ist.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Abstandhalter-Bereich (55) des Halteelements (5) jeweils in Richtung der Pin-Bereiche (56) sich verjüngend ausgebildet ist, zum Zentrieren der beiden Leiterplatten (41, 42).
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halteelement (5) derart mit dem Gehäuse (3) und der ersten Leiterplatte (41) verbunden ist, um das Gehäuse (3) und die erste Leiterplatte (41) mit einer vordefinierten Vorspannkraft (F) in Axialrichtung gegeneinander zu verspannen.
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei das Halteelement (5) durch eine Gehäuseöffnung (38) des Gehäuses (3) hindurchragt, - wobei das Gehäuse (3) an einer Außenseite zumindest teilweise mit einem Lack (39) überzogen ist, und - wobei ein an der Außenseite des Gehäuses (3) liegender Kopfbereich (58) des Halteelements (5) in den Lack (39) eingegraben ist, zum Abdichten des Gehäuses (3).
Antriebsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (3) zweiteilig ausgebildet ist mit einem Antriebsgehäuse (32) und einem Gehäusedeckel (31), und wobei die Leiterplattenanordnung (4) innerhalb des Gehäusedeckels (31) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 11, - wobei das Antriebsgehäuse (32) zumindest teilweise hohlzylindrisch ausgebildet ist, - wobei der Gehäusedeckel (31) topfförmig ausgebildet ist, und - wobei das Antriebsgehäuse (32) und der Gehäusedeckel (31) in einem Überlappungsbereich (33) übereinander geschoben sind, insbesondere so, dass der Gehäusedeckel (31) innerhalb des Überlappungsbereichs (33) radial außerhalb des Antriebsgehäuses (32) angeordnet ist.
Antriebsanordnung nach Anspruch 12, wobei das Antriebsgehäuse (32) und der Gehäusedeckel (31) jeweils eine umlaufende Sicke (34) aufweisen, wobei die beiden Sicken (34) von Antriebsgehäuse (32) und Gehäusedeckel (31) in radialer Richtung innerhalb des Überlappungsbereichs (33) ineinandergreifen, um in Axialrichtung einen Formschluss zu bilden.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, ferner umfassend eine Klemmschelle (35) welche am Überlappungsbereich (33) den Gehäusedeckel (31) und das Antriebsgehäuse (32) umlaufend umschließt und eine radiale Kraft auf Gehäusedeckel (31) und Antriebsgehäuse (32) ausübt.
Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei der Gehäusedeckel (31) eine Steckeraussparung (71) aufweist, und wobei die Leiterplattenanordnung ferner einen Stecker (7) umfasst, welcher durch die Steckeraussparung (71) hindurchragt.
Antriebsanordnung nach Anspruch 15, wobei der Stecker (7) in radialer Richtung durch die Steckeraussparung (71) hindurchragt, und wobei der Stecker (7) in axialer Richtung in die erste Leiterplatte (41) eingesteckt ist, insbesondere mittels eines Clip-Mechanismus.
Antriebsanordnung nach Anspruch 16, wobei der Stecker (7) eine Steckerdichtung (73) aufweist, welche um den Umfang der Steckeraussparung (71) umlaufend angeordnet ist.
Elektrofahrrad, umfassend: - eine Antriebsanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und - eine Abtriebswelle (101), welche, insbesondere über ein Getriebe (102), von der Antriebseinheit (2) der Antriebsanordnung (1) antreibbar ist, - wobei die Abtriebswelle (101) orthogonal zur Antriebsachse (15) der Antriebseinheit (2) angeordnet ist.
Elektrofahrrad nach Anspruch 18, ferner umfassend einen Fahrzeugrahmen (110) mit einem Unterrohr (111), welches sich zwischen einem Tretlager (104) und einem Steuerrohr (105) des Elektrofahrrads (100) erstreckt, und wobei die Antriebsachse (15) parallel zum Unterrohr (111) angeordnet ist, insbesondere wobei die Antriebsanordnung (1) in das Unterrohr (111) integriert ist.