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Die Erfindung betrifft einen Radnabenantrieb für Fahrzeuge und beispielsweise einen solchen Radnabenantrieb, der in der Nabe eines Speichenrades vorgesehen ist. Ein Radnabenantrieb gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedoch auch bei anderen Fahrzeugen mit Elektroantrieb oder Elektrohilfsantrieb verwendet werden, auch in solchen Rädern, die keine Speichen aufweisen.
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Bei derartigen Radnabenantrieben ist die Nabe üblicherweise als zweiteiliges Gehäuse ausgebildet, in derem Inneren sich die Antriebselemente befinden. Die Trennungslinie des Nabengehäuses verläuft üblicherweise senkrecht zur Drehachse des Rades, so dass eine in Fahrtrichtung gesehen linke und rechte Gehäusehälfte ausgebildet ist. Am äußeren Umfang der beiden Gehäusehälften sind, über den Umfang gleichmäßig verteilt, Ausnehmungen vorgesehen, die der Befestigung von Speichen dienen. Die Speichen werden mit einem Ende in den besagten Ausnehmungen befestigt und mit dem anderen Ende an einer Felge, wodurch die Nabe in bekannter Weise im Zentrum der Felge gehalten wird.
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Die Gehäuse derartiger Radnabenantriebe werden, insbesondere wenn sie in großen Stückzahlen produziert werden, in der Regel aus einem Aluminiumdruckguss hergestellt. Problematisch ist hierbei zum einen, dass sich im äußeren Bereich der Gehäusehälften typischerweise Lunker bilden, da die Schmelze, insbesondere bei einem Zentralanguss, der aus wirtschaftlicher Sicht vorzusehen ist, von innen nach außen geschoben wird und dadurch erkaltete Schmelze, Schlacke und Luft sich als Front in diesem Außenbereich ablagern können. Gießtechnisch kann diesem Problem zwar mit sogenannten Gießbohnen begegnet werden. In der Praxis verbleiben jedoch dennoch Lunker und es wird im Außenbereich der Gehäusehälften, in denen die Speichen angeflanscht werden, ein weniger homogenes Materialgefüge erreicht als im Zentralbereich. Dies hat zur Folge, dass die Vorspannung der Speichen bei der Montage zwischen Felge und Nabe bei derartigen Gusskörpern im Hinblick auf die eingeschränkte Festigkeit des Gusskörpers begrenzt werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Radnabenantrieb der in Rede stehenden Art bereitzustellen, der insbesondere den vorstehend erläuterten Mangel behebt und eine kostengünstige und flexible Fertigung von Radnabenantrieben ermöglicht, die eine wünschenswerte Vorspannung der Speichen bei der Montage in einer Felge ermöglicht.
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Die Lösung dieses technischen Problems ist in Schutzanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen definiert.
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Der erfindungsgemäße Radnabenantrieb ist für die Verwendung mit einem eine Drehachse aufweisenden Rad ausgelegt. Er weist ein Gehäuse auf, das als Nabe ausgelegt ist. In dem Gehäuse ist ein Antriebsmotor angeordnet. An dem Gehäuse ist mindestens ein Speichenringelement befestigt. Das Speichenringelement dient als Verbindungselement zu einem Außenumfangsbereich des Rades.
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Der Außenumfangsbereich des Rades kann beispielsweise eine Felge sein. Zwischen dem Speichenringelement und der Felge können Speichen vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann das radial äußere Ende des Speichenringelements auch direkt an der Felge befestigt sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das radial äußere Ende des Speichenringelements auch selbst als Felge ausgeführt sein.
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Der erfindungsgemäße Radnabenantrieb ist somit insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass das den Elektromotor einschließende Gehäuse einerseits und ein dieses Gehäuse mit einem Außenumfangsbereich des Rades verbindende Speichenringelement andererseits als separate Bauteile ausgeführt sind. Diese Entkoppelung bietet den Vorteil, dass die Materialien und Herstellungsverfahren für das Gehäuse einerseits und das Speichenringelement andererseits den jeweiligen spezifischen Anforderungen optimal angepasst werden können. So kann das Gehäuse in hohen Stückzahlen mit entsprechend geringen Einzelstückkosten für eine Vielzahl ansonsten unterschiedlicher Radnabenantriebe und Anbindungsmöglichkeiten in entsprechenden Rädern kostengünstig gefertigt werden. Es bedarf in diesem Fall nur einer Gussform, die für viele Gestaltungsvarianten verwendet werden kann. Auch die kostengünstige Verwendung von Aluminiumdruckguss ist möglich und führt dazu, dass ein leichtgewichtiges und hinsichtlich der Formgebung variables Gehäuse hergestellt werden kann.
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Andererseits kann das Speichenringelement so ausgeführt werden, dass es die erforderliche Festigkeit zur Anbindung an einer Felge oder zur Befestigung von Speichen aufweist und, je nach Ausführungsform, sogar selbst im Außenumfangsbereich als Felge ausgebildet ist. Den jeweiligen Anforderungen kann durch geeignete Positionsverfahren Rechnung getragen werden. Bei hohen Stückzahlen können entsprechende Massenproduktionsverfahren wie Drücken, Tiefziehen und Stanzen eingesetzt werden. Bei geringen Stückzahlen oder Einzelstückfertigung können Frästeile hergestellt werden.
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Das vorstehend erläuterte Prinzip gibt zudem die Möglichkeit, erfindungsgemäße Radnabenantriebe leicht und kostengünstig zu individualisieren. Das oder die Speichenringelemente können hierbei wichtige Designfunktionen übernehmen, entsprechend farblich ausgestaltet sein, Aufschriften oder Prägungen aufweisen, entsprechend oberflächenbehandelt sein, beispielsweise verchromt oder strukturiert, und hinsichtlich der Formgestaltung eine wesentliche Designfunktion übernehmen. Trotz der vielfachen Freiheitsgrade bei der technischen Auslegung bezüglich der Anbindung und Einbindung des Radnabenantriebs in ein Rad einerseits und der vielfachen gestalterischen Freiheitsgrade unter Designaspekten andererseits kann der erfindungsgemäße Radnabenantrieb kostengünstig produziert werden, da die kostenintensiven Bauteile wie das Gehäuse und der darin angeordnete Antriebsmotor in großen Stückzahlen hergestellt werden können.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Gehäuse zwei Gehäuseteile auf, die koaxial zu der Achse des Rades angeordnet sind.
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Die Verbindung des Speichenringelements beziehungsweise der Speichenringelemente mit dem Gehäuse kann durch eine Vielzahl von Befestigungsverfahren bewirkt werden, beispielsweise durch Schrauben, Nieten, Kleben, formschlüssiger Verbindung oder durch eine Kombination zweier oder mehrerer derartiger Befestigungsarten.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind zwei Speichenringelemente an dem Gehäuse befestigt. Bei einem zweiteiligen Gehäuse mit zwei koaxial zur Drehachse des Rades angeordneten Gehäuseteilen kann hierbei ein Speichenringelement mit einem Gehäuseteil und das andere Speichenringelement mit einem anderen Gehäuseteil verbunden sein. Hierdurch ergibt sich eine symmetrische Anordnung, die kostengünstig herstellbar ist und die vorstehend dargelegten Freiheitsgrade hinsichtlich technischer Auslegung und Gestaltung unter Designaspekten in besonders vorteilhafter Weise bietet.
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Zur Aufnahme des motorischen Drehmomentes kann eine Drehmomentstütze koaxial zu der Drehachse angeordnet sein. Diese Drehmomentstütze kann einen Vorsprung aufweisen, der koaxial zur Drehachse angeordnet ist, sich in eine Richtung parallel zur Drehachse erstreckt und dazu ausgelegt ist, in eine Ausnehmung eines Rahmenteils einzugreifen. Rahmenteil im Sinne der Erfindung bedeutet hierbei ein Bauteil desjenigen Fahrzeugs, in das ein Rad, welches den erfindungsgemäßen Radnabenantrieb aufweist, eingebaut wird. Bei einem Drei- oder Vierradfahrzeug kann dies beispielsweise ein Radträger sein. Bei einem Zweiradfahrzeug kann dies ein Teil einer Schwinge oder Gabel sein.
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Der Antriebsmotor des erfindungsgemäßen Radnabenantriebs ist vorzugsweise ein Elektromotor mit einem Statorelement, wobei die vorstehend erläuterte Drehmomentstütze eine Innenverzahnung aufweisen kann, die in eine Außenverzahnung des Statorelements eingreift. Das Statorelement kann ein Statorträgerteil und einen eine Wicklung aufweisenden Stator 42 aufweisen. In diesem Fall kann die Innenverzahnung 50 auf dem Statorträgerteil angeordnet sein.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Die Darstellung in den Figuren ist zum Zwecke der besseren Übersicht sowie zur Darstellung von entsprechenden Einzelheiten jeweils vergrößert oder verkleinert ausgeführt, so dass insgesamt kein einheitlicher Maßstab eingehalten ist. Zudem sind die Detaillierungen einzelner Bauelemente unterschiedlich ausgeprägt.
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1 zeigt eine erste perspektivische, teilweise auseinandergezogene Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Radnabenantriebs.
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2 zeigt den Radnabenantrieb gemäß 1 in einer zweiten perspektivischen, ebenfalls teilweise auseinandergezogenen Darstellung.
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3 zeigt den Radnabenantrieb gemäß 1 in entsprechend auseinandergezogener Form in einer radialen Ansicht.
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4 zeigt die Vergrößerung X gemäß 3.
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5 zeigt den Radnabenantrieb gemäß 1 in einer axialen Ansicht.
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6 zeigt eine Ausführungsform eines Radnabenantriebs im Einbauzustand zusammen mit Elementen einer Hinterradhalterung eines Fahrrads sowie eines Kettentriebs eines Fahrrads.
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7 zeigt eine Explosionsdarstellung des Radnabenantriebs gemäß 6.
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8 zeigt eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung eines erfindungsgemäßen Radnabenantriebs, bei dem das radiale äußere Ende des Speichenringelements direkt an der Felge befestigt ist, und
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9 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radnabenantriebs, bei dem das radiale äußere Ende eines Speichenringelements selbst als Felge ausgeführt ist.
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Im Folgenden wird zunächst der grundsätzliche Aufbau des erfindungsgemäßen Radnabenantriebs anhand der 6 und 7 beschrieben.
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6 zeigt eine radiale Schnittansicht eines Nabenantriebs, wobei Rahmenteile 100A und 100B eines Fahrrads, in das der Nabenantrieb eingebaut ist, lediglich schematisch dargestellt sind. Eine entsprechende perspektivische Darstellung der Rahmenteilsegmente ist in der auseinandergezogenen Zeichnung gemäß 7 wiedergegeben.
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Nicht näher erläutert werden hier ein Schaltmechanismus 200 sowie ein Bremssattel 300, letzterer nur in 7 dargestellt.
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Der Radnabenantrieb weist ein Gehäuse 101 auf mit einer ersten Gehäusehälfte 101A und einer zweiten Gehäusehälfte 101B. In den Darstellungen gemäß den 6 und 7 sind die Gehäusehälften hinsichtlich ihres Peripheriebereiches gemäß dem Stand der Technik ausgebildet, das heißt derart, dass Bohrungen 102 zur Aufnahme von Speichen in den jeweiligen Gehäusehälften ausgebildet sind. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß den 1 bis 5 weisen die beiden Gehäusehälften 1A und 1B, die im Übrigen den Gehäusehälften 101A und 101B gemäß den 6 und 7 entsprechen, im Umfangsbereich keine Ausnehmungen auf. Die Ausnehmungen 2 des Ausführungsbeispiels gemäß den 1 bis 5 sind in Speichenringelementen 20A und 20B vorgesehen, die an den jeweiligen Gehäusehälften 1A und 1B befestigt werden können. Bei der Ausführungsform gemäß den 1 bis 5 weist das Gehäuse 1 mit den Gehäusehälften 1A und 1B die gleichen Funktionen auf und beinhaltet die gleichen weiteren Komponenten, wie sie in 6 und 7 dargestellt und nachfolgend beschrieben werden. Abweichend von der in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsform ist bei der Ausführungsform in den 1 und 5 jedoch die Anbindung der Speichen nicht unmittelbar an den Gehäusehälften 1A und 1B vorgesehen, sondern über die Speichenringelemente 20A und 20B, welche ihrerseits an den Gehäusehälften 1A und 1B befestigt sind.
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Die Befestigung der Speichenringelemente 20A und 20B an den Gehäusehälften 1A und 1B kann beispielsweise erfolgen durch Schrauben, Nieten, Kleben, Schweißen, entsprechende formschlüssige Ausgestaltungen oder beliebige Mischformen dieser Befestigungsarten.
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Die Gehäusehälften 1A und 1B können demnach in großer Stückzahl und gleicher Ausführung kostengünstig und ohne technische Nachteile beispielsweise aus einem Aluminiumdruckguss hergestellt werden. Die Speichenringelemente können demgegenüber aus einem hochfesten Material hergestellt werden, beispielsweise aus einem Stahl oder hochfesten Verbundmaterialien. Die Speichenringelemente 20A und 20B können zudem in kleiner Stückzahl mit jeweils speziellem Design gefertigt werden, so dass ein Standardnabenantrieb, der baugleich in großer Stückzahl gefertigt wird, mittels der Speichenringelemente für eine Vielzahl kleinerer Bauserien individualisiert werden kann. Die in 2 dargestellte Beschriftung des Speichenringelements 20B mit dem Text „E-Bike” kann als Beispiel einer derartigen Individualisierung angesehen werden.
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Der weitere Aufbau des Radnabenantriebs gemäß den 1 bis 5 entspricht, mit Ausnahme des vorstehend beschriebenen Aufbaus der Gehäusehälften 1A und 1B im Hinblick auf die Befestigung der Speichen, der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen gemäß den 6 und 7.
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Wie aus der auseinandergezogenen Darstellung gemäß 7 ersichtlich, ist im Inneren des Gehäuses 101 ein Elektromotor angeordnet mit einem Statorträgerteil 40, in das eine Achse eingepresst ist. Axial zu dem Statorträgerteil 40 sind des Weiteren angeordnet eine Elektronikplatine 41, ein ein Blechpaket und eine Wicklung aufweisender Stator 42, Permanentmagnete 43, ein Abstandselement 44, ein Rückschlussring 45 und, außerhalb des Gehäuses 101 auf der Seite des Gehäuseteils 101B, eine mit einer Sperrklinke versehene Freilaufhülse 46 sowie eine Kettenrad-Kassette 47. Auf der von der Kettenrad-Kassette 47 abgewandten Seite des Gehäuses 101, d. h. auf der Seite des Gehäuseteils 101A, sind eine Bremsscheibe 48, die mit dem Bremssattel 300 zusammenwirkt, und eine Drehmomentstütze 49 vorgesehen. Die Drehmomentstütze 49 weist einen sich in eine Richtung parallel zur Achse erstreckenden Vorsprung 49a auf, der bei der Montage des Nabenantriebs in das Fahrrad in eine Ausnehmung 105 des Rahmenteils 100A eingreift. Hierdurch wird die Drehmomentstütze 49 im eingebauten Zustand drehfest an dem Rahmenelement 100A gehalten.
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Hinsichtlich der Innenkontur weist die Drehmomentstütze 49 eine Innenverzahnung 50 auf, die mit einer entsprechenden Außenverzahnung 51 auf der in das Statorträgerteil eingepressten Achse im zusammengebauten Zustand in Eingriff steht. Hierdurch wird das Statorträgerteil 40 drehfest an dem Rahmenelement 100A gehalten.
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Ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen Radnabenantriebs ist in 8 gezeigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Speichenringelemente 120A und 120B so ausgeführt, dass an ihrem äußeren radialen Umfang eine Felge 170 über eine Vielzahl von Nieten 160 befestigt ist.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Radnabenantriebs ist in 9 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Speichenringelement 220A an seinem radial äußeren Ende als Felge 270 ausgebildet. Ein zweites Speichenringelement 220B ist über eine Vielzahl von Nieten 260 mit dem ersten Speichenringelement 220A verbunden.
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Die Ausführungsformen gemäß den 8 und 9 entsprechen im Übrigen der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform.
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ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
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Ein Radnabenantrieb für ein Rad mit einer Drehachse weist ein als Nabe ausgeführtes Gehäuse und einen Antriebsmotor auf, der in dem Gehäuse angeordnet ist. Mindestens ein Speichenringelement, das als Verbindungselement zu einem Außenumfangsbereich des Rades ausgelegt ist, ist an dem Gehäuse befestigt.
