DE102022212262B3

DE102022212262B3 - Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug und Fahrzeug mit dieser Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102022212262B3
Application number: DE102022212262.3A
Authority: DE
Inventors: Fabian Kutter; Johannes Kaltenbach; Philipp Rechenbach; Uwe Griesmeier
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2022-11-17
Filing date: 2022-11-17
Publication date: 2024-04-04
Anticipated expiration: 2042-11-18

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung (1) für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung (1) ein Gehäuse (3), eine Pedalwelle (2) zur Aufnahme einer Muskelkraft, und ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe (6; 6') aufweist. Das Überlagerungsgetriebe (6; 6') umfasst ein Sonnenrad (7; 7'), ein Hohlrad (10; 10') und ein von einem Planetenträger (8; 8') gehaltenes Planetenrad (9; 9'), das sowohl mit dem Hohlrad (10; 10') als auch mit dem Sonnenrad (7; 7') kämmt. Fener umfasst die Antriebseinrichtung (1) ein Abtriebsrad (5) sowie eine erste (12) und eine zweite elektrische Maschine (13) mit jeweils einem Stator (14, 16) und einem Rotor (15, 17). Die Pedalwelle (2) ist mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') und das Überlagerungsgetriebe (6; 6') ist mit dem Abtriebsrad (5) mechanisch wirkverbunden. Der Stator (14, 16) der ersten (12) und zweiten elektrischen Maschine (13) ist jeweils am Gehäuse (3) drehfest festgesetzt. Der Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) und der Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) ist jeweils mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden. Die erste (12) und die zweite elektrische Maschine (13) sind koaxial zueinander und achsparallel beabstandet zur Pedalwelle (2) angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, bei dem eine Antriebskraft zum Antreiben des Fahrzeugs zumindest zeitweise durch eine Muskelkraft eines Fahrers des Fahrzeuges erzeugt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug, das mit einer derartigen Antriebseinrichtung ausgestattet ist.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2017 201 325 A1 , der US 2020 / 0 198 727 A1 , der DE 10 2017 219 398 A1 , der DE 10 2019 201 812 B3 , der EP 2 218 634 A1 , der EP 2 924 317 A1 , der DE 10 2016 224 314 A1 , der EP 3 269 628 A1 , der DE 10 2017 003 945 A1 und der CN 1 11 532 369 A sind Antriebseinrichtungen für muskelbetriebene Fahrzeuge bekannt, die mindestens eine elektrische Maschine aufweisen. Dabei ist es bekannt, eine elektrische Maschine achsparallel beabstandet und damit nicht koaxial zur Pedalwelle des muskelbetriebenen Fahrzeuges vorzusehen. Aus der DE 10 2021 000 585 A1 ist ein modulares Antriebssystem bekannt, welches eine von Personen mit Muskelkraft angetriebene Pedaleinheit, eine Radachseinheit und mindestens einen ersten Elektromotor umfasst. Aufgabe der Erfindung war es, eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einer optimalen Bauraumausnutzung bereitzustellen.
Darstellung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wird durch die Patentansprüche definiert und bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug. Bei dem muskelbetriebenen Fahrzeug kann es sich um ein Einspurfahrzeug, beispielsweise um ein Zweirad in der Form eines Pedelecs oder E-Bikes handeln. Das muskelbetriebene Fahrzeug kann alternativ ein Mehrspurfahrzeug sein, beispielsweise ein Dreirad oder ein Fahrzeug mit vier Rädern. Das muskelbetriebene Fahrzeug kann auch eine andere Ausgestaltung aufweisen. Die Antriebseinrichtung weist ein Gehäuse auf, in dem einige oder auch alle Komponenten der Antriebseinrichtung aufgenommen sein können. Das Gehäuse kann an dem Fahrzeug so montiert sein, dass das Gehäuse sich an dem Fahrzeug abstützt. Bei dem Gehäuse kann es sich um ein stationäres Bauteil handeln, welches im Betrieb der Antriebseinrichtung nicht bewegt wird. Ferner weist die Antriebseinrichtung eine Pedalwelle auf, an welcher Pedale angebracht sein können, um die Muskelkraft eines Fahrers auf die Pedalwelle aufzubringen. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung ein Abtriebsrad, welches mit einem Rad des muskelbetriebenen Fahrzeugs gekoppelt sein kann, um eine Antriebskraft von dem Abtriebsrad auf das zumindest eine Rad des Fahrzeugs zu dessen Antrieb zu übertragen. Bei dem Abtriebsrad kann es sich um ein Kettenrad, beispielsweise ein Kettenblatt, handeln. Das Abtriebsrad kann mittels eines Endlosumlaufelements, beispielsweise einer Kette, mit dem Rad des Fahrzeugs mechanisch gekoppelt sein. Das Abtriebsrad ist koaxial zur Pedalwelle angeordnet.
Darüber hinaus weist die Antriebseinrichtung ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe auf. Bei dem Planetengetriebe kann es sich um einen Minus-Planetenradsatz handeln. Das Planetengetriebe weist ein Sonnenrad, ein Hohlrad und mindestens ein von einem Planetenträger gehaltenes Planetenrad auf, welches sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad kämmt. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung eine erste und eine zweite elektrische Maschine. Jede der elektrischen Maschinen umfasst einen Stator, der jeweils am Gehäuse der Antriebseinrichtung drehfest festgesetzt ist, und einen Rotor, der innerhalb des jeweiligen Stators angeordnet sein kann. Die beiden Statoren der ersten und zweiten elektrischen Maschine können auch durch ein einziges einen Stator ausbildendes Element bereitgestellt werden.
Die Pedalwelle ist mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden. In einer Ausführungsform wird die mechanische Wirkverbindung der Pedalwelle mit dem Überlagerungsgetriebe dahingehend bereitgestellt, dass die Pedalwelle mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes permanent drehfest verbunden ist. Das Überlagerungsgetriebe ist ferner mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden. Beispielsweise ist das Hohlrad des Überlagerungsgetriebes mit dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden, beispielsweise permanent drehfest verbunden. Der Rotor der ersten elektrischen Maschine ist mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden, beispielsweise über eine Stirnradstufe. Der Rotor der zweiten elektrischen Maschine ist ebenfalls mit dem Überlagerungsgetriebe mechanisch wirkverbunden, beispielsweise mit dem Planetenträger oder dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes. Diese mechanische Wirkverbindung kann ebenfalls über eine Stirnradstufe bereitgestellt werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind die erste und zweite elektrische Maschine koaxial zueinander und achsparallel beabstandet zur Pedalwelle angeordnet. In anderen Worten sind sowohl die erste Maschine als auch die zweite Maschine koaxial zu einer Vorgelegeachse vorgesehen, welche achsparallel beabstandet zur Pedalwelle angeordnet ist. Keine der elektrischen Maschinen ist demnach koaxial zur Pedalwelle angeordnet. Diese Ausgestaltung erlaubt eine optimale Bauraumausnutzung, da aufgrund der typischen Form einer Fahrradkurbel der axial verfügbare Bauraum auf einer Vorgelegeachse höher als auf der Pedalwelle ist. Ferner kann so eine Antriebseinrichtung bereitgestellt werden, die keine Schalteinrichtungen bzw. Aktuatoren erfordert. Es gibt dabei kein festes Drehzahlverhältnis zwischen Kurbel und Kettenblatt, also zwischen Pedalwelle und Abtriebsrad, wodurch eine separate Ketten- oder Nabenschaltung entfallen kann. Stattdessen kann die Übersetzung zwischen Pedalwelle und Abtriebsrad lediglich durch Variation der Drehzahlen der elektrischen Maschinen eingestellt werden.
Sind zwei Elemente mechanisch wirkverbunden, so sind diese unmittelbar oder mittelbar derart miteinander gekoppelt, dass eine Bewegung des einen Elements in zumindest einer Bewegungsrichtung eine Reaktion des anderen Elements bewirkt. Beispielsweise kann eine mechanische Wirkverbindung durch eine formschlüssige oder reibschlüssige Verbindung bereitgestellt werden. Die mechanische Wirkverbindung kann einem Kämmen von korrespondierenden Verzahnungen der zwei Elemente entsprechen. Zwischen Elementen können dabei weitere Elemente, beispielsweise ein oder mehrere Stirnradstufen, vorgesehen sein. Unter einer permanent drehfesten Verbindung zweier Elemente wird hingegen eine Verbindung verstanden, bei welcher die beiden Elemente zu allen bestimmungsgemäßen Zuständen des Getriebes starr miteinander gekoppelt sind. Die Elemente können dabei als drehfest miteinander verbundene Einzelkomponenten oder auch einstückig vorliegen.
Zwischen zwei mechanisch wirkverbundenen Komponenten kann ein Freilauf vorgesehen sein, der bewirkt, dass eine Bewegung des einen Elements lediglich in eine Drehrichtung eine Reaktion des anderen Elements hervorruft, während bei einer Bewegung in einer entgegengesetzten Drehrichtung keine Reaktion des anderen Elements auftritt. Der Freilauf kann ein erstes und ein weiteres Element aufweisen, und so gestaltet sein, dass eine relative Drehung zwischen den Elementen des Freilaufs nur in einer ersten Richtung gestattet ist, während die Relativdrehung zwischen den Elementen in der zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung unterbunden wird. Zu diesem Zweck können Klinkenelemente, Verzahnungen oder ähnliches vorgesehen sein, die optional gegeneinander verspannt sein können, um ineinander einzurasten. Der Aufbau des Freilaufs ist frei wählbar, solange die beschriebene Funktion des Freilaufs erfüllt wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotor der ersten elektrischen Maschine über ein weiteres Planetengetriebe mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden. Das weitere Planetengetriebe kann ein weiteres Sonnenrad, einen weiteren Planetenträger mit einem darauf drehbar gelagerten weiteren Planetenrad und ein weiteres Hohlrad aufweisen. Das weitere Hohlrad kann am Gehäuse drehfest festgesetzt sein. Das weitere Sonnenrad kann mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine mechanisch wirkverbunden sein. Der weitere Planetenträger kann mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes mechanisch wirkverbunden sein. Bei dem weiteren Planetengetriebe kann es sich um einen Minus-Planetenradsatz handeln.
In einer Ausführungsform ist das Überlagerungsgetriebe koaxial zur Pedalwelle und das weitere Planetengetriebe koaxial zur ersten elektrischen Maschine und damit auch zur zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Das weitere Planetengetriebe ist demnach in der vorliegenden Ausführungsform achsparallel beabstandet zur Pedalwelle vorgesehen. Das weitere Sonnenrad kann in dieser Ausführungsform permanent drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden sein. Der weitere Planetenträger des weiteren Planetengetriebes kann über eine Stirnradstufe mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden sein. Bei der Stirnradstufe kann es sich um eine zweistufige Stirnradstufe handeln, die ein um eine Achse drehbares Zwischenrad aufweisen kann. In einer alternativen Ausführungsform können zwischen dem Überlagerungsgetriebe und dem Rotor der ersten elektrischen Maschine neben dem weiteren Planetengetriebe und der Stirnradstufe noch weitere Planeten- und/oder Stirnradstufen vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist lediglich eine einstufige Stirnradstufe vorhanden und das Zwischenrad entfällt. Ferner kann alternativ zu der Stirnradstufe auch ein Endlosumlaufelement, beispielsweise eine Kette, vorgesehen sein. Die vorliegende Ausführungsform hat den Vorteil, dass aufgrund des weiteren Planetengetriebes, welches als Hochtreiber-Planetenstufe für die erste elektrische Maschine fungiert, die Drehzahl der Stirnräder der Stirnradstufe geringer ist. So kann der Achsabstand zwischen Pedalwelle und elektrischer Maschine, also Vorgelegewelle, gering gehalten werden. Das weitere Planetengetriebe und die erste elektrische Maschine können dabei derart ausgebildet sein, dass das weitere Planetengetriebe bauraumneutral oder zumindest nahezu bauraumneutral unter der ersten elektrischen Maschine angeordnet ist. So kann die axiale Länge der Antriebseinrichtung minimiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind sowohl das Überlagerungsgetriebe als auch das weitere Planetengetriebe koaxial zur Pedalwelle angeordnet. Das weitere Sonnenrad kann in diesem Fall mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine über eine Stirnradstufe mechanisch wirkverbunden sein. Der weitere Planetenträger kann in dieser Ausführungsform mit dem Überlagerungsgetriebe mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise ist in dieser Ausführungsform der weitere Planetenträger mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes permanent drehfest verbunden. Bei der Stirnradstufe kann es sich um eine zweistufige Stirnradstufe handeln, die ein um eine Achse drehbares Zwischenrad aufweisen kann. Auch eine einstufige Stirnradstufe oder eine drei- oder mehrstufige Stirnradstufe kann vorgesehen sein. Ferner kann in dieser Ausführungsform neben dem weiteren Planetengetriebe auch noch ein weiteres Planetengetriebe vorgesehen sein, welches in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Überlagerungsgetriebe und der ersten elektrischen Maschine angeordnet ist. Diese Ausführungsform führt zu dem Vorteil, dass das weitere Planetengetriebe koaxial zur Pedalwelle vorgesehen ist und demnach nicht unterhalb der ersten elektrischen Maschine integriert werden muss. So kann eine erste elektrische Maschine mit geringerem Bauraum vorgesehen werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind sowohl das Überlagerungsgetriebe als auch das weitere Planetengetriebe koaxial zur ersten elektrischen Maschine angeordnet. In dieser Ausführungsform kann das weitere Sonnenrad permanent drehfest mit dem Rotor der ersten elektrischen Maschine verbunden sein. Der weitere Planetenträger kann mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Sonnenrad des Überlagerungsgetriebes, permanent drehfest verbunden sein. Ferner ist in dieser Ausführungsform das Überlagerungsgetriebe mit der Pedalwelle über eine Stirnradstufe mechanisch wirkverbunden. So kann beispielsweise der Planetenträger des Überlagerungsgetriebes mit der Pedalwelle über eine Stirnradstufe mechanisch wirkverbunden sein. Bei der Stirnradstufe kann es sich um eine zweistufige Stirnradstufe handeln, welche ein um eine Achse drehbares Zwischenrad aufweisen kann. Alternativ hierzu kann es sich um eine einstufige, dreistufige oder mehrstufige Stirnradstufe handeln. Bei der einstufigen Stirnradstufe kann das Zwischenrad entfallen. Alternativ zu der Stirnradstufe kann auch ein Endlosumlaufelement, beispielsweise eine Kette, vorgesehen sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das weitere Sonnenrad des weiteren Planetenradsatzes der oben beschriebenen Ausführungsformen über einen Freilauf an dem Gehäuse drehfest festgesetzt. Bei dem Freilauf kann es sich um eine Rücklauf- oder Vorlaufsperre handeln, um ein Rückwärts- oder Vorwärtsdrehen der ersten elektrischen Maschine zu verhindern. So wird ein mechanisch fester Gang hinzugefügt, welcher als mechanischer Anfahrgang genutzt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotor der zweiten elektrischen Maschine über ein zusätzliches Planetengetriebe mit dem Überlagerungsgetriebe mechanisch wirkverbunden. Das zusätzliche Planetengetriebe kann ein zusätzliches Sonnenrad, einen zusätzlichen Planetenträger mit einem darauf drehbar gelagerten zusätzlichen Planetenrad und ein zusätzliches Hohlrad aufweisen. Neben dem zusätzlichen Planetengetriebe können in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Überlagerungsgetriebe und dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine zusätzliche Planeten- und/oder Stirnradstufen vorgesehen sein. Das zusätzliche Hohlrad des zusätzlichen Planetengetriebes kann in dieser Ausführungsform an dem Gehäuse drehfest festgesetzt sein. Das zusätzliche Sonnenrad des zusätzlichen Planetengetriebes kann mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine mechanisch wirkverbunden sein. Der zusätzliche Planetenträger des zusätzlichen Planetenradsatzes kann mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise einem von dem Planetenträger und dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden sein.
In einer Ausführungsform ist das Überlagerungsgetriebe koaxial zur Pedalwelle und das zusätzliche Planetengetriebe koaxial zur zweiten elektrischen Maschine und damit auch zur ersten elektrischen Maschine angeordnet. Das zusätzliche Sonnenrad kann in dieser Ausführungsform permanent drehfest mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine verbunden sein. Der zusätzliche Planetenträger des zusätzlichen Planetenradsatzes kann in dieser Ausführungsform über eine Stirnradstufe mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit einem von dem Planetenträger und dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes, mechanisch wirkverbunden sein. Bei der Stirnradstufe kann es sich um eine zweistufige Stirnradstufe handeln, die ein auf einer Achse drehbares Zwischenrad aufweisen kann. Alternativ hierzu kann es sich um eine einstufige Stirnradstufe handeln, bei welcher das Zwischenrad entfällt. Auch eine drei- oder mehrstufige Stirnradstufe ist möglich. In einer alternativen Ausführungsform ist anstatt der Stirnradstufe ein Endlosumlaufelement, beispielsweise eine Kette, vorgesehen. Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass aufgrund der zusätzlichen Planetenstufe, welche als Hochtreiber-Planetenstufe für die zweite elektrische Maschine fungiert, die Drehzahl der Stirnräder der Stirnradstufe gering gehalten werden kann. So kann der Achsabstand zwischen der Pedalwelle und der zweiten elektrischen Maschine, also der Vorgelegewelle, ebenfalls gering gehalten werden. Das zusätzliche Planetengetriebe kann in dieser Ausführungsform bauraumneutral oder nahezu bauraumneutral unterhalb der zweiten elektrischen Maschine angeordnet sein, um so die axiale Baulänge der Antriebseinrichtung zu verkürzen.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Überlagerungsgetriebe und das zusätzliche Planetengetriebe koaxial zur Pedalwelle angeordnet. Das zusätzliche Sonnenrad kann in dieser Ausführungsform mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine über eine ergänzende Planetenstufe und eine Stirnradstufe mechanisch wirkverbunden sein. Bei der Stirnradstufe kann es sich um eine zweistufige Stirnradstufe handeln, die ein um eine Achse drehbares Zwischenrad aufweisen kann. Ebenfalls kann es sich um eine einstufige Stirnradstufe handeln, bei der das Zwischenrad entfällt. Auch eine drei- oder mehrstufige Stirnradstufe ist möglich. Zusätzlich kann zu der zusätzliche Planetenstufe und der ergänzenden Planetenstufe noch eine oder mehrere Planetenstufen in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen dem Überlagerungsgetriebe und der zweiten elektrischen Maschine vorgesehen sein. Der zusätzliche Planetenträger des zusätzlichen Planetengetriebes kann in dieser Ausführungsform mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Planetenträger oder dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes, permanent drehfest verbunden sein. Die ergänzende Planetenstufe kann ein ergänzendes Sonnenrad, einen ergänzenden Planetenträger mit dem darauf drehbar gelagerten ergänzenden Planetenrad und ein ergänzendes Hohlrad aufweisen. Das ergänzende Hohlrad kann drehfest an dem Gehäuse festgesetzt sein. Das ergänzende Sonnenrad kann über die Stirnradstufe mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine mechanisch wirkverbunden sein. Der ergänzende Planetenträger kann permanent drehfest mit dem zusätzlichen Sonnenrad des zusätzlichen Planetenradsatzes verbunden sein. Diese Ausführungsform führt zu dem Vorteil, dass der zusätzliche Planetenradsatz nicht unterhalb der zweiten elektrischen Maschine vorgesehen ist, wodurch eine zweite elektrische Maschine mit optimiertem Bauraum verwendet werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform sind das Überlagerungsgetriebe und das zusätzliche Planetengetriebe koaxial zur zweiten elektrischen Maschine angeordnet. Demnach ist in dieser Ausführungsform das Überlagerungsgetriebe nicht koaxial zur Pedalwelle vorgesehen. Das zusätzliche Sonnenrad des zusätzlichen Planetengetriebes kann in dieser Ausführungsform mit dem Rotor der zweiten elektrischen Maschine mechanisch wirkverbunden sein, beispielsweise permanent drehfest verbunden sein. Der zusätzliche Planetenträger des zusätzlichen Planetenradsatzes kann mit dem Überlagerungsgetriebe, beispielsweise mit dem Planetenträger oder dem Hohlrad des Überlagerungsgetriebes, permanent drehfest verbunden sein. Ferner kann das Überlagerungsgetriebe mit dem Abtriebsrad der Antriebseinrichtung über eine Stirnradstufe mechanisch wirkverbunden sein. Beispielsweise ist das Hohlrad des Überlagerungsgetriebes mit dem Abtriebsrad über eine Stirnradstufe mechanisch wirkverbunden. Bei der Stirnradstufe kann es sich um eine zweistufige Stirnradstufe handeln, die ein um eine Achse drehbares Zwischenrad aufweisen kann. Alternativ kann es sich um eine einstufige Stirnradstufe handeln, bei welcher das Zwischenrad entfallen kann. Auch eine drei- oder mehrstufige Stirnradstufe ist möglich. In einer alternativen Ausgestaltung ist anstatt der Stirnradstufe ein Endlosumlaufelement vorgesehen, beispielsweise eine Kette.
Gemäß einer Ausführungsform ist in einer der obigen Ausführungsformen ein Freilauf in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der Pedalwelle und dem Überlagerungsgetriebe vorgesehen. Beispielsweise ist ein derartiger Freilauf mit dem Planetenträger des Überlagerungsgetriebes und der Pedalwelle mechanisch wirkverbunden. So können störende Massenträgheitseffekte der elektrischen Maschinen beim plötzlichen Stillstand der Pedalwelle vermieden werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist in einer der obigen Ausführungsformen ein Freilauf mit der Pedalwelle und dem Abtriebsrad mechanisch wirkverbunden. Gemäß dieser Ausführungsform kann auch eine Überholkupplung zwischen Pedalwelle und Abtriebsrad hinzugefügt werden. Die Abtriebsdrehzahl kann somit nie langsamer als die Pedalwellendrehzahl sein. Durch Regelung der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine kann die Abtriebsdrehzahl erhöht werden und der Freilauf öffnet. Es wird somit also ein mechanischer fester Gang hinzugefügt, bei dem Pedalwelle und Abtrieb direkt miteinander verbunden sind. Dieser Gang kann als mechanischer Anfahrgang genutzt werden.
Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern und einer Antriebseinrichtung gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Das Abtriebsrad der Antriebseinrichtung ist über ein Kraftübertragungselement mit einem der Räder zum Antrieb des Fahrzeugs gekoppelt. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein Zweirad, beispielsweise ein Pedelec oder E-Bike, handeln, wie oben ausgeführt. Hinsichtlich des Verständnisses und der Vorteile der einzelnen Merkmale wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit den Ausführungsformen der Antriebseinrichtung verwiesen.
Kurze Beschreibung der Figuren

1 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8 zeigt eine Antriebseinrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt eine Antriebseinrichtung 1 für ein muskelbetriebenes Fahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst eine Pedalwelle 2 sowie ein Gehäuse 3. An der Pedalwelle 2 sind Pedale 4 (zu sehen in 3) permanent drehfest montiert, über welche ein Fahrer des muskelbetriebenen Fahrzeugs ein Drehmoment in die Antriebseinrichtung 1 einleiten kann. Das Gehäuse 3 der Antriebseinrichtung 1 kann an einem Rahmen des muskelbetriebenen Fahrzeugs befestigt werden. Bei dem muskelbetriebenen Fahrzeug handelt es sich in der vorliegenden Ausführungsform um ein Fahrrad, beispielsweise ein Pedelec. Darüber hinaus umfasst die Antriebseinrichtung 1 ein Abtriebsrad 5, welches als Kettenblatt ausgebildet sein kann, um den Abtrieb mit einem Hinterrad des Fahrrads mechanisch wirkzuverbinden, beispielsweise über eine Kette oder einen Riemen.
Die Antriebseinrichtung 1 weist ferner ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe 6 auf, das koaxial zur Pedalwelle 2 angeordnet ist. Das Überlagerungsgetriebe 6 umfasst ein Sonnenrad 7, einen Planetenträger 8, auf dem Planetenräder 9 drehbar gelagert sind, und ein Hohlrad 10. Die Pedalwelle 2 ist mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. In der Ausführungsform von 1 erfolgt die mechanische Wirkverbindung über einen Freilauf 11. Das Abtriebsrad 5 ist mit dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 permanent drehfest verbunden. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung 1 eine erste elektrische Maschine 12 und eine zweite elektrische Maschine 13. Die erste elektrische Maschine 12 umfasst einen Stator 14 sowie einen Rotor 15. Die zweite elektrische Maschine 13 umfasst ebenfalls einen Stator 16 sowie einen Rotor 17. Die elektrischen Maschinen 12 und 13 sind jeweils koaxial zueinander sowie zu einer Vorgelegeachse R und achsparallel beabstandet zur Pedalwelle 2 angeordnet. Dabei sind die Statoren 14 und 16 der ersten 12 bzw. zweiten elektrischen Maschine 13 jeweils am Gehäuse 3 festgesetzt. Die Rotoren 15 bzw. 17 der ersten 12 bzw. zweiten elektrischen Maschine 13 sind jeweils koaxial zu den Statoren 14 bzw. 16 und drehbar innerhalb derselben vorgesehen.
Der Rotor 15 der ersten elektrischen Maschine 12 ist mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt dies über die Kombination aus einer Stirnrad- und einer Planetenstufe. Genauer gesagt umfasst die Antriebseinrichtung 1 einen weiteren koaxial zur Pedalwelle 2 angeordneten Planetenradsatz 18 mit einem weiteren Sonnenrad 19, einem weiteren Planetenträger 20, auf dem Planetenräder 21 drehbar gelagert sind, und einem weiteren Hohlrad 22. Das weitere Hohlrad 22 ist permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt. Der weitere Planetenträger 20 ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 über eine Hohlwelle 23 verbunden, die koaxial zur Pedalwelle 2 angeordnet ist. Der weitere Planetenradsatz 18 ist an dem Ende der Antriebseinrichtung 1 vorgesehen, welches in Richtung der Pedalwelle 2 abgewandt von dem Überlagerungsgetriebe 6 angeordnet ist.
Um den weiteren Planetenradsatz 18, welcher koaxial zur Pedalwelle 2 angeordnet ist, an die erste elektrische Maschine 12, genauer gesagt den Rotor 15 der ersten elektrischen Maschine 12, welcher achsparallel beabstandet zur Pedalwelle 2 vorgesehen ist, anzubinden, weist die Antriebseinrichtung 1 eine Stirnradstufe 24 auf. Die Stirnradstufe 24 ist in der vorliegenden Ausführungsform zweistufig ausgebildet und umfasst ein Zwischenrad 25, das auf einer Zwischenachse 26 drehbar gelagert ist. Die Zwischenachse 26 ist permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt. Ferner ist die Zwischenachse 26 zwischen der Pedalwelle 2 und der Vorgelegeachse R, zu welcher die elektrischen Maschinen 12 und 13 koaxial angeordnet sind, vorgesehen. Das Zwischenrad 25 kämmt sowohl mit dem weiteren Sonnenrad 19 des zweiten Planetenradsatzes 18 als auch mit einer Verzahnung, die auf einer koaxial zur Vorgelegeachse R angeordneten und permanent drehfest mit dem Rotor 15 verbundenen Hohlwelle 27 vorgesehen ist.
Die zweite elektrische Maschine 13, genauer gesagt der zweite Rotor 17, ist in der vorliegenden Ausführungsform von 1 mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 mechanisch wirkverbunden. Hierfür ist in der vorliegenden Ausführungsform eine Kombination aus einem Stirnradgetriebe und zwei Planetenradsätzen vorgesehen. Genauer gesagt umfasst die Antriebseinrichtung 1 einen zusätzlichen Planetenradsatz 28 mit einem zusätzlichen Sonnenrad 29, einen zusätzlichen Planetenträger 30 mit darauf gelagerten Planetenrädern 31 und einem zusätzlichen Hohlrad 32. Ferner umfasst die Antriebseinrichtung 1 einen ergänzenden Planetenradsatz 33 mit einem ergänzenden Sonnenrad 34, einem ergänzenden Planetenträger 35 mit darauf drehbar gelagerten Planetenrädern 36 und einem ergänzenden Hohlrad 37.
Der zusätzliche Planetenträger 30 ist permanent drehfest mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 verbunden. Das zusätzliche Hohlrad 32 sowie das ergänzende Hohlrad 37 sind permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt. Ferner ist das zusätzliche Sonnenrad 29 permanent drehfest mit dem ergänzenden Planetenträger 35 verbunden. Das ergänzende Sonnenrad 34 ist in der vorliegenden Ausführungsform über eine Stirnradstufe 38 an die zweite elektrische Maschine 13 angebunden. Hierfür ist ein Zwischenrad 39 vorgesehen, das wie das Zwischenrad 25 auf der Achse 26 drehbar gelagert ist. Das Zwischenrad 39 kämmt mit dem ergänzenden Sonnenrad 34 sowie mit einer auf einer Hohlwelle 40 vorgesehenen Verzahnung, die koaxial zur Vorgelegeachse R angeordnet und permanent drehfest mit dem Rotor 17 der zweiten elektrischen Maschine 13 verbunden ist.
In der vorliegenden Ausführungsform sind der zusätzliche 28 und ergänzende Planetenradsatz 33 in Axialrichtung der Pedalwelle 2 zwischen dem Überlagerungsgetriebe 6 und dem weiteren Planetenradsatz 18 angeordnet. Der Planetenradsatz des Überlagerungsgetriebes 6, der weitere Planetenradsatz 18, der zusätzliche Planetenradsatz 28 und der ergänzende Planetenradsatz 33 sind allesamt koaxial zur Pedalwelle 2 ausgebildet. Die koaxial zur Vorgelegeachse R vorgesehenen elektrischen Maschinen 12 und 13 sind damit achsparallel beabstandet zur Pedalwelle 2 vorgesehen und an den weiteren 18 bzw. ergänzenden Planetenradsatz 33 mittels der zweistufigen Stirnradstufen 24 bzw. 38 angebunden.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform entspricht der in 1 gezeigten Ausführungsform mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform ist der zusätzliche Planetenträger 30' der zweiten Ausführungsform aus 2 permanent drehfest mit dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 und damit mit dem Abtriebsrad 5 verbunden. Im Unterschied hierzu ist der zusätzliche Planetenträger 30 in der in 1 gezeigten Ausführungsform permanent drehfest mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 verbunden. Im Übrigen entspricht die in 2 gezeigte Ausgestaltung jener aus 1.
Die Ausführungsform gemäß 3 entspricht jener von 1 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 weist die Ausführungsform gemäß 3 zunächst den ergänzenden Planetenradsatz 33 nicht auf. Stattdessen umfasst die Antriebseinrichtung 1 der Ausführungsform gemäß 3 lediglich das Überlagerungsgetriebe 6, den weiteren Planetenradsatz 18' und den zusätzlichen Planetenradsatz 28'. Die Planetenradsätze 18' bzw. 28' sind in dieser dritten Ausführungsform koaxial zur Vorgelegeachse R und damit der ersten 12 bzw. zweiten elektrischen Maschine 13 angeordnet. Demnach sind der weitere 18' und zusätzliche Planetenradsatz 28' achsparallel beabstandet zur Pedalwelle 2 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform sind der weitere Planetenradsatz 18' bzw. der zusätzliche Planetenradsatz 28' bauraumneutral unter der jeweiligen elektrischen Maschine 12 bzw. 13 angeordnet, um die axiale Erstreckung der Antriebseinrichtung 1 zu minimieren.
Das weitere Sonnenrad 19' ist permanent drehfest mit dem Rotor 15 der ersten elektrischen Maschine 12 verbunden. Das weitere Hohlrad 22' ist permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt. Der weitere Planetenträger 20' mit den darauf drehbar gelagerten Planetenrädern 21' ist permanent drehfest mit einer Welle 27' verbunden. Auf der Welle 27' ist ein mit dem Zwischenrad 25' kämmendes Zahnrad vorgesehen, wobei das Zwischenrad 25' ferner mit einem Zahnrad kämmt, das permanent drehfest auf einer koaxial zur Pedalwelle 2 angeordneten Hohlwelle 23' angeordnet ist. Letztere Hohlwelle 23' ist permanent drehfest mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 verbunden. Das Sonnenrad 29' des zusätzlichen Planetenradsatzes 28' ist permanent drehfest mit dem Rotor 17 der zweiten elektrischen Maschine 13 verbunden. Das Hohlrad 32' des zusätzlichen Planetenradsatzes 28' ist permanent drehfest an dem Gehäuse 3 festgesetzt. Ferner ist der zusätzliche Planetenträger 30" mit den darauf drehbar vorgesehenen Planetenrädern 31' permanent drehfest mit einer Welle 40' verbunden. Auf der Welle 40', die separat von der Welle 27' aber koaxial zu dieser vorgesehen ist, ist ein Zahnrad permanent drehfest vorgesehen, das mit dem Zwischenrad 39' kämmt. Das Zwischenrad 39' kämmt wiederum mit einem Zahnrad, das permanent drehfest auf einer Hohlwelle 50' vorgesehen ist, die permanent drehfest mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 verbunden ist. Die Hohlwelle 50' ist koaxial zu der Hohlwelle 23' und der Pedalwelle 2, radial jedoch außerhalb der Hohlwelle 23' und der Pedalwelle 2 angeordnet. Die Wellen 27' und 40' sind koaxial zueinander und koaxial zur Vorgelegeachse R angeordnet.
In der Ausführungsform gemäß 3 sind der weitere 18' und zusätzliche Planetenradsatz 28' demnach koaxial zu der ersten 12 bzw. zweiten elektrischen Maschine 13 vorgesehen und an das Überlagerungsgetriebe 6 mittels zweistufiger Stirnradstufen 24' bzw. 38' angebunden. Die erste elektrische Maschine 12 ist mit dem Sonnenrad 7 des Überlagerungsgetriebes 6 über den weiteren Planetenradsatz 18' und die zweistufige Stirnradstufe 24' mechanisch wirkverbunden. Die zweite elektrische Maschine 13 ist mit dem Planetenträger 8 des Überlagerungsgetriebes 6 über den zusätzlichen Planetenradsatz 28' und die zweistufige Stirnradstufe 38' mechanisch wirkverbunden. In Axialrichtung der Pedalwelle 2 ausgehend von dem Abtriebsrad 5 ist die zweite elektrische Maschine 13 mit dem zusätzlichen Planetenradsatz 28' vor dem Überlagerungsgetriebe 6 angeordnet, welches wiederum vor der Stirnradstufe 38' angeordnet ist. Auf die Stirnradstufe 38' folgt in Axialrichtung der Pedalwelle 2 die Stirnradstufe 24' und anschließend die erste elektrische Maschine 12 mit dem weiteren Planetenradsatz 18'.
4 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vierte Ausführungsform gemäß 4 entspricht der dritten Ausführungsform gemäß 3 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Ausführungsform kämmt das Zwischenrad 39' der Stirnradstufe 38' in der Ausführungsform gemäß 4 mit einem Zahnrad, das permanent drehfest auf einer Hohlwelle 50" vorgesehen ist, die koaxial zur Pedalwelle 2 vorgesehen ist. Die Hohlwelle 50" ist permanent drehfest mit dem Hohlrad 10 des Überlagerungsgetriebes 6 sowie mit dem Abtriebsrad 5 ausgebildet. Darüber hinaus unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß 4 von jener aus 3 in der axialen Anordnung von dem Überlagerungsgetriebe 6. So ist das Überlagerungsgetriebe 6 in der Ausführungsform gemäß 4 zwischen der zweistufigen Stirnradstufe 38' und der zweistufigen Stirnradstufe 24' vorgesehen, während es bei der Ausführungsform in 3 vor den Stirnradstufen 38' und 24' angeordnet ist.
Die in 5 gezeigte Ausführungsform entspricht der in 4 gezeigten Ausführungsform mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der Ausführungsform aus 4 ist in der Ausführungsform von 5 die Stirnradstufe 24' zwischen der ersten elektrischen Maschine 12 und der zweiten elektrischen Maschine 13 angeordnet. Die Stirnradstufe 38' mit dem Zwischenrad 39' sowie das Überlagerungsgetriebe 6 sind in Axialrichtung der Pedalwelle 2 zwischen dem Abtriebsrad 5 und der zweiten elektrischen Maschine 13 angeordnet, wobei vom Abtriebsrad 5 aus betrachtet das Überlagerungsgetriebe 6 auf die Stirnradstufe 38' folgt.
Die Ausführungsform gemäß 6 entspricht der Ausführungsform gemäß 3 mit der Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der Ausführungsform von 3 ist in der Ausführungsform gemäß 6 das Überlagerungsgetriebe 6' nicht koaxial zur Pedalwelle 2 sondern koaxial zur Vorgelegeachse R und damit zur ersten 12 und zweiten elektrischen Maschine 13 angeordnet. In Axialrichtung der Pedalwelle 2 ist von dem Abtriebsrad 5 aus betrachtet die zweite elektrische Maschine 13 mit dem zusätzlichen Planetenradsatz 28' vor der Stirnradstufe 38'' angeordnet. Letzteres ist vor dem Überlagerungsgetriebe 6' vorgesehen, das vor der Stirnradstufe 24'' angeordnet ist, wobei die Stirnradstufe 24'' vor der ersten elektrischen Maschine 12 mit dem weiteren Planetenradsatz 18' angeordnet ist.
Das Sonnenrad 7' des Überlagerungsgetriebes 6' ist koaxial zum Planetenträger 20' des weiteren Planetenradsatzes 18' angeordnet und permanent drehfest mit diesem verbunden. Der Planetenträger 8' des Überlagerungsgetriebes 6' ist koaxial zum Planetenträger 30'' des zusätzlichen Planetenradsatzes 28' angeordnet und permanent drehfest mit diesem verbunden. Eine Hohlwelle 23'' ist koaxial zu dem Sonnenrad 7' des Überlagerungsgetriebes 6' angeordnet und permanent drehfest mit dem Planetenträger 8' des Überlagerungsgetriebes 6' verbunden. Auf der Hohlwelle 23'' ist ein Zahnrad permanent drehfest vorgesehen, welches mit dem Zwischenrad 25'' kämmt. Das Zwischenrad 25'' kämmt wiederum mit einem Zahnrad, welches permanent drehfest mit dem Freilauf 11 verbunden und über den Freilauf 11 mit der Pedalwelle 2 verbunden ist. Das Hohlrad 10' des Überlagerungsgetriebes 6' ist permanent drehfest mit einer Hohlwelle 51'' verbunden, die koaxial zum Sonnenrad 29' des Planetenradsatzes 28' vorgesehen ist. Auf der Hohlwelle 51'' ist ein Zahnrad permanent drehfest vorgesehen, welches mit dem Zwischenrad 39'' kämmt. Das Zwischenrad 39'' ist wiederum mit einem Zahnrad in Eingriff, welches permanent drehfest auf einer koaxial zur Pedalwelle 2 vorgesehenen Hohlwelle 52'' vorgesehen ist, auf dem permanent drehfest auch das Abtriebsrad 5 angeordnet ist.
Die Ausführungsform gemäß 7 entspricht der Ausführungsform gemäß 6 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 6 ist in der Ausführungsform gemäß 7 die Hohlwelle 51'' nicht vorgesehen. Stattdessen ist in dieser Ausführungsform das Hohlrad 10' des Überlagerungsgetriebes 6' permanent drehfest mit dem Planetenträger 30'' des zusätzlichen Planetenradsatzes 28' über eine Welle verbunden. Auf dieser Welle sitzt permanent drehfest ein Zahnrad, welches mit dem Zwischenrad 39'' kämmt.
Die Ausführungsform gemäß 8 entspricht der Ausführungsform gemäß 6 mit Ausnahme der im Folgenden beschriebenen Unterschiede. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 6 ist in der Ausführungsform gemäß 8 die erste elektrische Maschine 12 benachbart zum Abtriebsrad 5 vorgesehen. Die zweite elektrische Maschine 13 ist auf der dem Abtriebsrad 5 abgewandten Seite der Antriebseinrichtung 1 angeordnet. Demnach ist in Richtung der Pedalwelle 2 vom Abtriebsrad 5 aus betrachtet die erste elektrische Maschine 12 vor der Stirnradstufe 38'', welche vor dem Überlagerungsgetriebe 6', das vor der Stirnradstufe 25'', welches vor der zweiten elektrischen Maschine 13 vorgesehen ist, angeordnet. Die Hohlwelle 23'' ist demnach nicht vorgesehen. Stattdessen ist der Planetenträger 8' des Überlagerungsgetriebes 6' mit dem Planetenträger 30'' des zusätzlichen Planetenradsatzes 28' permanent drehfest über eine Welle verbunden, auf welcher ein Zahnrad permanent drehfest vorgesehen ist, das mit dem Zwischenrad 25'' kämmt.
In den Ausführungsformen gemäß 3 bis 8 kann anstatt der jeweiligen Stirnradstufe 24', 24'' bzw. 38', 38'' jeweils ein Endlosumlaufelement vorgesehen werden, beispielsweise eine Kette. Darüber hinaus ist es in allen Ausführungsformen gemäß 1 und 8 in einer alternativen Ausgestaltung möglich, dass die jeweiligen Zwischenräder 25', 25'' bzw. 39', 39'' entfallen. In allen beschriebenen Ausführungsformen sind die Pedale 4 über jeweils eine Kurbel mit dem verhältnismäßig großen Planetenträger 8, 8' des Überlagerungsgetriebes 6, 6' verbunden. Beim Anfahren stützt die erste elektrische Maschine 12 am Sonnenrad 7, 7' des Überlagerungsgetriebes 6, 6' das Kurbel-Drehmoment ab. Durch Variation der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 12 kann die Kurbeldrehzahl passend zur Fahrgeschwindigkeit eingestellt werden.
Daneben ist in allen Ausführungsformen gemäß 1 bis 8 auch ein batterieneutraler Betrieb möglich, bei dem eine der elektrischen Maschinen 12, 13, beispielsweise die erste elektrische Maschine 12, als Generator fungiert, während die andere elektrische Maschine, beispielsweise die elektrische Maschine 13, als Motor fungiert. Daneben ist es mit all den Antriebseinrichtungen 1 gemäß der Ausführungsformen gemäß 1 bis 8 auch möglich, zu bremsen, das heißt zu rekuperieren, um die Batterie dadurch aufzuladen. Bei den Ausführungsformen gemäß 2, 4, 5 und 7 ist dies besonders einfach über die zweite elektrische Maschine 13 möglich, die mit dem Abtriebsrad 5 verbunden ist und von der Pedalwelle 2 unabhängig rekuperieren kann. Bei Bedarf kann in diesem Fall mittels der ersten elektrischen Maschine 12 ein Moment an der Pedalwelle 2 eingestellt werden. Bei den Ausführungsformen gemäß 1, 3, 6 und 8 hingegen werden die Drehmomente an der ersten elektrischen Maschine 12 und der zweiten elektrischen Maschine 13 so eingestellt, dass sich ein bremsendes Drehmoment am Abtriebsrad 5 einstellt und gleichzeitig ein gewünschtes Moment an der Pedalwelle 2, welches auch null sein kann, vorherrscht.
In allen Ausführungsformen kann die erste elektrische Maschine 12 ferner mit einer Rücklauf- oder Vorlaufsperre an das Überlagerungsgetriebe 6, 6' angebunden werden, um ein Rückwärts- oder Vorwärtsdrehen der elektrischen Maschine zu verhindern. Damit wird ein mechanisch fester Gang hinzugefügt, welcher als mechanischer Anfahrgang benutzt werden kann. In dieser Ausgestaltung ist das Sonnenrad 19, 19' des weiteren Planetenradsatzes 18, 18' über die Vorlaufsperre fest mit dem Gehäuse 3 verbunden. Eine solche Vorlaufsperre 60 ist exemplarisch in der Ausführungsform in 3 eingezeichnet. Alternativ zu der Vorlaufsperre 60 kann eine Überholkopplung zwischen der Pedalwelle 2 und dem Abtriebsrad 5 vorgesehen werden. Die Abtriebsdrehzahl kann somit nie langsamer als die Kurbeldrehzahl sein. Durch Regelung der Drehzahl der ersten elektrischen Maschine 12 kann die Abtriebsdrehzahl erhöht werden und der Freilauf öffnet. Funktional entspricht diese Ausgestaltung im Wesentlichen jener mit dem Freilauf 60. Es wird ein mechanischer fester Gang hinzugefügt, bei dem Kurbel 2 und Abtrieb 5 direkt miteinander verbunden sind, welcher als mechanischer Anfahrgang benutzt werden kann. In 3 ist solch ein Freilauf mit dem Bezugszeichen 70 eingezeichnet. Die Freiläufe 60 und 70 können in allen Ausführungsformen vorgesehen sein, jedoch alternativ zueinander und nicht gemeinsam. In alternativen Ausgestaltungen der Ausführungsformen gemäß 1 und 8 sind keinerlei Freiläufe F1 und F2 bzw. F3 oder nur einzelne von diesen vorgesehen.
Bezugszeichen

1: Antriebseinrichtung
2: Pedalwelle
3: Gehäuse
4: Pedal
5: Abtriebsrad
6, 6': Überlagerungsgetriebe
7, 7': Sonnenrad
8, 8': Planetenträger
9, 9': Planetenrad
10, 10': Hohlrad
11, 60, 70: Freilauf
12, 13: elektrische Maschine
14, 16: Stator
15, 17: Rotor
18, 18': weiterer Planetenradsatz
19, 19': Sonnenrad
20, 20': Planetenträger
21, 21': Planetenrad
22, 22': Hohlrad
23, 23', 23'': Hohlwelle
24, 24', 24'': Stirnradstufe
25, 25', 25'': Zwischenrad
26: Achse
27: Hohlwelle
28, 28': zusätzlicher Planetenradsatz
29, 29': Sonnenrad
30, 30', 30'': Planetenträger
31, 31': Planetenrad
32, 32': Hohlrad
33: ergänzender Planetenradsatz
34: Sonnenrad
35: Planetenträger
36: Planetenrad
37: Hohlrad
38, 38', 38'': Stirnradstufe
39, 39', 39'': Zwischenrad
40, 40': Welle
50', 50'', 51'', 52'': Hohlwelle
R: Vorgelegeachse

Claims

Antriebseinrichtung (1) für ein muskelkraftbetriebenes Fahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung (1) ein Gehäuse (3), eine Pedalwelle (2) zur Aufnahme einer Muskelkraft, ein als Planetengetriebe ausgestaltetes Überlagerungsgetriebe (6; 6') mit einem Sonnenrad (7; 7'), einem Hohlrad (10; 10') und einem von einem Planetenträger (8; 8') gehaltenen Planetenrad (9; 9'), das sowohl mit dem Hohlrad (10; 10') als auch mit dem Sonnenrad (7; 7') kämmt, ein Abtriebsrad (5) sowie eine erste (12) und eine zweite elektrische Maschine (13) mit jeweils einem Stator (14, 16) und einem Rotor (15, 17) aufweist, wobei die Pedalwelle (2) mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden ist, das Überlagerungsgetriebe (6; 6') mit dem Abtriebsrad (5) mechanisch wirkverbunden ist, der Stator (14, 16) der ersten (12) und zweiten elektrischen Maschine (13) jeweils am Gehäuse (3) drehfest festgesetzt ist, der Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) und der Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) jeweils mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden ist, und wobei die erste (12) und die zweite elektrische Maschine (13) koaxial zueinander und achsparallel beabstandet zur Pedalwelle (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebsrad (5) koaxial zur Pedalwelle (2) angeordnet ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) über ein weiteres Planetengetriebe (18; 18') mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden ist, wobei das weitere Planetengetriebe (18; 18') ein weiteres Sonnenrad (19; 19'), einen weiteren Planetenträger (20; 20') mit einem darauf drehbar gelagerten weiteren Planetenrad (21; 21') und ein weiteres Hohlrad (22; 22') aufweist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Hohlrad (22; 22') am Gehäuse (3) drehfest festgesetzt ist, das weitere Sonnenrad (19; 19') mit dem Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) mechanisch wirkverbunden ist, und der weitere Planetenträger (20; 20') mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (6) koaxial zur Pedalwelle (2) und das weitere Planetengetriebe (18') koaxial zur ersten elektrischen Maschine (12) angeordnet ist, das weitere Sonnenrad (19') permanent drehfest mit dem Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) verbunden ist, und der weitere Planetenträger (20') über eine Stirnradstufe (24') mit dem Überlagerungsgetriebe (6) mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (6) und das weitere Planetengetriebe (18) koaxial zur Pedalwelle (2) angeordnet sind, das weitere Sonnenrad (19) mit dem Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) über eine Stirnradstufe (24) mechanisch wirkverbunden ist, und der weitere Planetenträger (20) mit dem Überlagerungsgetriebe (6) mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (6') und das weitere Planetengetriebe (18') koaxial zur ersten elektrischen Maschine (12) angeordnet sind, das weitere Sonnenrad (19') permanent drehfest mit dem Rotor (15) der ersten elektrischen Maschine (12) verbunden ist, der weitere Planetenträger (20') mit dem Überlagerungsgetriebe (6') permanent drehfest verbunden ist, und das Überlagerungsgetriebe (6') mit der Pedalwelle (2) über eine Stirnradstufe (24'') mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Sonnenrad (19; 19') über einen Freilauf (60) an dem Gehäuse (3) drehfest festgesetzt ist.
Antriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) über ein zusätzliches Planetengetriebe (28; 28') mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden ist, wobei das zusätzliche Planetengetriebe (28; 28') ein zusätzliches Sonnenrad (29; 29'), einen zusätzlichen Planetenträger (30; 30'; 30'') mit einem darauf drehbar gelagerten zusätzlichen Planetenrad (31; 31') und ein zusätzliches Hohlrad (32; 32') aufweist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Hohlrad (32; 32') am Gehäuse (3) drehfest festgesetzt ist, das zusätzliche Sonnenrad (29; 29') mit dem Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) mechanisch wirkverbunden ist, und der zusätzliche Planetenträger (30; 30'; 30'') mit dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (6) koaxial zur Pedalwelle (2) und das zusätzliche Planetengetriebe (28') koaxial zur zweiten elektrischen Maschine (13) angeordnet ist, das zusätzliche Sonnenrad (29') permanent drehfest mit dem Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) verbunden ist, und der zusätzliche Planetenträger (30'') über eine Stirnradstufe (38') mit dem Überlagerungsgetriebe (6) mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (6) und das zusätzliche Planetengetriebe (28) koaxial zur Pedalwelle (2) angeordnet sind, das zusätzliche Sonnenrad (29) mit dem Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) über eine ergänzende Planetenstufe (33) und eine Stirnradstufe (38) mechanisch wirkverbunden ist, und der zusätzliche Planetenträger (30; 30') mit Überlagerungsgetriebes (6) permanent drehfest verbunden ist, wobei die ergänzende Planetenstufe (33) ein ergänzendes Sonnenrad (34), einen ergänzenden Planetenträger (35) mit einem darauf drehbar vorgesehenen ergänzenden Planetenrad (36) und ein ergänzendes Hohlrad (37) aufweist, wobei das ergänzende Hohlrad (37) drehfest an dem Gehäuse (3) festgesetzt ist, das ergänzende Sonnenrad (34) über die Stirnradstufe (38) mit dem Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) mechanisch wirkverbunden ist, und der ergänzende Planetenträger (35) permanent drehfest mit dem zusätzlichen Sonnenrad (29) verbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Überlagerungsgetriebe (6') und das zusätzliche Planetengetriebe (28') koaxial zur zweiten elektrischen Maschine (13) angeordnet sind, das zusätzliche Sonnenrad (29') permanent drehfest mit dem Rotor (17) der zweiten elektrischen Maschine (13) verbunden ist, der zusätzliche Planetenträger (30'') mit dem Überlagerungsgetriebe (6') permanent drehfest verbunden ist, und das Überlagerungsgetriebe (6') mit dem Abtriebsrad (5) über eine Stirnradstufe (38'') mechanisch wirkverbunden ist.
Antriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilauf (11) in dem Drehmomentübertragungspfad zwischen der Pedalwelle (2) und dem Überlagerungsgetriebe (6; 6') vorgesehen ist.
Antriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freilauf (70) mit der Pedalwelle (2) und dem Abtriebsrad (5) mechanisch wirkverbunden ist.
Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern und einer Antriebseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abtriebsrad (5) über ein Kraftübertragungselement mit einem der Räder zum Antrieb des Fahrzeugs gekoppelt ist.