WO2012066124A1 - Antriebseinheit - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a drive unit for a muscle-powered vehicle according to the preamble of claim 1.
- the present invention further relates to a bicycle with such a drive unit.
- Such drive units are used to drive powered by muscle power vehicles and to overdrive or underpin the driving force accordingly.
- a transmission unit for a muscle powered vehicle in which a through shaft, which is connected with cranks for driving the vehicle and a countershaft are provided, wherein on the countershaft switchable idler gears are mounted, the gear wheels of the through shaft and with gears of an output shaft each form a partial transmission, wherein the output shaft is arranged coaxially with the through shaft.
- a gear unit can be realized up to 18 gears.
- a disadvantage of this transmission unit is that no auxiliary motor is provided to support the muscle drive.
- auxiliary motors which are arranged as a hub motor in the front wheel or the rear hub.
- Such hub motors are usually offered in combination with derailleurs.
- the combination with a hub gear is complicated, since the engine takes up a large amount of space.
- a disadvantage of the hub motors u.a. the large weight and the unfavorable weight distribution, since the proportion of unsprung mass of the bicycle in Vorder standing. Rear wheel increases. Since such hub motors are directly connected to the impeller, they must operate in slow speed ranges. Slow-speed electric motors that provide a relatively high torque are usually very large, have a high weight, which can reach up to 4.5 kg, and have a low efficiency. For weight and space reasons such hub motors are rather disadvantageous.
- auxiliary motors are also installed as a mid-engine in the area of the bottom bracket, in which the force is transmitted directly to the chain.
- the disadvantage here is that the chain in the bottom bracket area can not be overturned by a sprocket on the other, whereby the use of a derailleur is limited.
- rear wheel cassettes or ordinary hub gears in connection with such middle engines however, only a gear number of up to ten gears can be realized.
- This object is further achieved by a bicycle with such a drive unit.
- a drive unit for a powered by muscle power vehicle is provided with a first shaft on which a plurality of gears is mounted, and a second shaft on which a corresponding plurality of gears is mounted, wherein a the waves is connected or connectable to a motor shaft of an electrical machine.
- the electric machine connected to one of the transmission shafts or is connectable and thus in a compact design, an electric traction can be introduced into the transmission and can be dispensed with prone attachments.
- a drive unit for a muscle-powered vehicle is provided with a drive shaft which is connectable to drive the vehicle with a drive source, a countershaft on which a Mahriere of gears is mounted, and an output shaft, wherein the at the Countershaft mounted gears each mesh with a gear which is mounted on the drive shaft or the output shaft, wherein one of the transmission shafts connected to an engine shaft of an electric machine or is connectable to couple a torque in the transmission on or out of the transmission.
- the transmission shaft is the drive shaft.
- the electric machine can be operated regardless of the driving speed in a narrow speed range, since the electric machine drives at the input of the transmission and thus can always be operated near the optimum operating point.
- a better efficiency can be achieved and a more compact design of the electric machine can be realized.
- the transmission shaft is the countershaft.
- the transmitted engine power is transmitted only via a pair of wheels, whereby the friction losses are reduced and can be used by the translation of the pair of wheels a fast-running engine with low weight and small size. Furthermore, the coupling of the electric machine to the countershaft allows a recuperation, so a braking force recovery, in overrun operation of the vehicle.
- the transmission shaft is the output shaft.
- the engine power is not reduced by friction losses in the transmission.
- a recuperation is possible because the engine is connected to the output shaft, which runs along the sprocket.
- a plurality of gears is mounted on the output shaft, which form a partial transmission with gears of the countershaft, wherein the gears of the countershaft are designed as loose wheels, which are rotatably connected by means of switching means with the countershaft.
- a plurality of gears is mounted on the drive shaft, which form a partial transmission with gears of the countershaft, wherein the gears are designed as loose wheels, which are rotatably connected by means of switching means with the countershaft.
- the switching means switchable freewheels, which are actuated by means of a camshaft mounted in the form of a hollow shaft countershaft.
- the corresponding partial transmission can be realized in a compact design as a power shift transmission.
- two camshafts for switching the two partial transmissions are provided, wherein the second camshaft is actuated by the first camshaft mounted in the countershaft by means of a driver.
- the transmission unit can be switched comfortably via a single shift lever.
- the electric machine via a reduction gear with the respective transmission shaft is connectable.
- high-speed electrical machines can be used, which require less space compared to low-speed electrical machines and have a lower weight.
- the electric machine by means of a clutch, in particular a clutch or a switchable freewheel with the respective transmission shaft is connectable.
- the electric machine can be mechanically coupled to the transmission or decoupled from the transmission, so that the motor shaft of the electric machine does not have to be rotated in the pure muscle drive.
- the reduction gear has at least one, preferably two or more planetary gear.
- the reduction gear can be realized with a high reduction ratio in a compact design.
- the motor shaft of the electric machine with one of the gears of the transmission shafts rotatably connected.
- the coupling and the decoupling of the torque is simple and compact feasible, since an existing gear can be used.
- the motor shaft by means of a ratchet wheel which is mounted on the transmission shaft, at least in a rotational direction rotatably connected to the transmission shaft is connectable.
- the torque can be transmitted to the transmission shaft in a simple design.
- the ratchet by means of a freewheel, in particular a switchable freewheel, in a drive direction with the transmission shaft is connectable.
- the electric machine can be connected to the transmission shaft in the drive direction and automatically switches to freewheeling operation as soon as the transmission shaft has a higher rotational speed than the electric machine.
- the ratchet by means of a switchable freewheel in a direction opposite to the drive direction rotatably with the transmission shaft is connectable. As a result, it is possible to switch from the drive mode to the recuperation mode with simple means.
- the switchable freewheels are actuated by means of a camshaft arranged in the transmission shaft.
- the switchable freewheels of the switching wheel can be switched in a simple and compact design, whereby a simple switching from drive to recuperation is possible.
- camshaft for switching the freewheels is rotatable relative to the transmission shaft, wherein the camshaft by means of a speed superposition gear, in particular by means of second planetary gear, is rotatable relative to the transmission shaft. This makes it possible to realize a particularly compact construction in the axial direction.
- the motor shaft of the electric machine is arranged parallel to the transmission shafts.
- the motor shaft of the electric machine can be connected in a simple construction by means of an intermediate gear or a spur gear with the corresponding shaft of the first or the second sub-transmission.
- the shaft of the electric machine is arranged at an angle of 90 ° to the transmission shafts.
- the electric machine can be mounted in a tube of the bicycle frame, whereby a total of a compact design can be realized.
- the motor shaft of the electric machine by means of a crown gear or a bevel gear with one of the transmission shafts is connectable.
- an angled arrangement of the motor shaft of the electric machine to one of the shafts of the partial transmissions can be realized in a simple design.
- the shaft of the electric machine is formed integrally with one of the transmission shafts. This makes it possible to realize a particularly compact and lightweight design, because the corresponding transmission shaft is used twice.
- Fig. 1 is a side view of a bicycle frame with a multi-speed transmission and an electric drive
- Fig. 2a-c is a schematic representation of an electrical machine and a
- Fig. 3 is a circuit diagram of a drive unit with multi-speed transmission and electric drive
- 4 shows a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, which is coupled to the drive shaft.
- FIG. 5 shows a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, which is coupled to the drive shaft.
- Fig. 6 is a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, which is coupled to the output shaft of the multi-speed transmission;
- Fig. 7 is a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and electric drive, which is coupled to the output shaft of the multi-speed transmission;
- FIG. 8 is a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, which is coupled to the countershaft.
- FIG. 9 is a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, which is coupled to the countershaft.
- FIG. 10 is a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, in which the motor shaft of the electric drive is arranged orthogonal to the transmission shafts and is coupled via a crown wheel on the countershaft.
- FIG. 11 is a circuit diagram of a drive unit with a multi-speed transmission and an electric drive, wherein the motor shaft of the electric see drive is arranged orthogonal to the transmission shafts and is connected via a bevel gear to the output shaft; and
- Fig. 12 is a schematic sectional view of a shaft with one in both
- a transmission unit for a muscle powered vehicle is shown and generally designated 10.
- Fig. 1 shows a side view of a bicycle frame 12 having a gear housing 14 in which the transmission unit 10 is received.
- the gear unit 10 is schematically indicated in this illustration and is designed as a compact unit, which is preferably arranged in a gear cage, not shown here.
- the gear unit 10 is described here by way of example for use in a two-wheeler, although the use is also possible in other powered by muscle power vehicles.
- the bicycle frame 12 has an electric drive 20 which is connected to the multi-speed transmission 18 to the vehicle in addition to the drive via the cranks 16, 16 'to drive.
- the electric drive 20 is connected to an electrical energy source 21, which supplies the electrical drive 20 with electrical energy.
- the energy source 21 is preferably designed as an accumulator 21.
- the electric drive 20 is shown schematically with different coupling possibilities.
- Fig. 2a shows the electric drive 20 having the motor shaft 22 which is connected to a gear 24.
- the gear 24 serves to the torque generated by the electric drive 20, via the motor shaft 22 on the gear 24 is transmitted to other gears of the transmission unit 10 to transmit.
- electrical drive 20 is any electrical machine can be used, especially DC motors with and without KommutatorschleifCounten.
- the electric drive 20 is shown with a reduction gear 26.
- the gear 24 is connected via the reduction gear 26 to the motor shaft 22.
- the reduction gear 26 is formed by two successively connected planetary gear, wherein the motor shaft 22 is connected to a sun gear of the first planetary gear.
- a planetary carrier of the first planetary gear is connected to a sun gear of the second planetary gear.
- the gear 24 is connected to a planet carrier of the second planetary gear. Ring gears of the planetary gear are rotatably mounted or fixed to the housing.
- the electric drive 20 is shown with the reduction gear 26, wherein the shaft 22 has a coupling 28 to releasably connect the electric drive 20 with the reduction gear 26.
- the clutch 28 may be formed as a switchable clutch or as a switchable freewheel, in particular as a sprag freewheel, as an axial overrunning clutch with frontal toothing, as a pawl freewheel or as a switchable friction clutch.
- the clutch 28 may be disposed at any point in the power flow between the electric drive 20 and the transmission unit 10.
- the arrangement between the electric drive 20 and the reduction stage 26 is advantageous because the applied torque is low and thus the clutch can be dimensioned smaller.
- the disadvantage here, however, is that the translation stage 26 is also rotated and accelerated in muscle power, thereby increasing the driving resistance. If the clutch 28 further back in Power flow between the electric drive 20 and the transmission unit 10 is arranged, so for example. Between an intermediate and a gear wheel of the transmission unit 10, fewer gears are rotated, whereby the driving resistance is reduced. In this case, however, the clutch 28 must transmit a larger torque and therefore be sized larger.
- electric bicycles may only be electrically driven up to a certain maximum speed, but it must be possible to drive faster with muscle power. For this, the electric drive 20 must be decoupled from the transmission unit 10.
- the rated speed range of the electric drive is approximately within the operating range of the transmission and may be engaged with the transmission directly or with a low reduction ratio stage.
- Electric drives, which operate in a low speed range and apply a high torque, are relatively large and have a large weight and have some poor efficiency.
- Advantage of this concept is that it can be dispensed with a complex reduction stage in order to reduce the engine speed to a corresponding transmission speed. In the event that the electric drive 20 is to be operated regeneratively for energy recovery, only the flywheel mass of the engine must be accelerated and not the flywheel of the reduction stage.
- the rated speed range is well above the speed range of the transmission.
- These motors are relatively small and lightweight with a high power density, which contributes to a compact design of the entire drive unit.
- the high engine speed must be reduced by the reduction gear 26 to the speed range of the transmission.
- a reduction factor of 25 is feasible.
- the behavior in generator operation which is relatively cumbersome and can even lead to self-locking.
- the electric drive 20 can not rotate due to the motor resistance and the friction of the reduction stage 26.
- Another disadvantage of the fast rotating engines and gear stages is increased noise.
- a drive unit for driving a vehicle is shown and generally designated 30.
- the drive unit 30 has the gear unit 10 and the electric drive 20.
- the transmission unit 10 has a drive shaft 32 and an output shaft 34.
- the drive shaft 32 is formed as a through shaft and forms the input shaft 32 of the transmission unit 10.
- the output shaft 34 is formed as a hollow shaft.
- the drive shaft 32 and the output shaft 34 are arranged coaxially with each other.
- the output shaft 34 is rotatably connected to a chainring 36, which forms an output member of the transmission unit 10.
- the drive shaft 32 is connected on opposite sides with the cranks 16, 16 'to drive the drive shaft 32.
- a first gear 38 is mounted, which is in engagement with an intermediate gear 40.
- the intermediate gear 40 is engaged with the gear 24, which is connected via the motor shaft 22 to the electric drive 20.
- the gear 24 is thus rotatably connected via the intermediate gear 40 and the gear 38 to the drive shaft 32.
- the drive shaft 32 can be driven by the electric drive 20.
- the transmission unit 10 has a first partial transmission 42 and a second partial transmission 44.
- a plurality of drive wheels 46, 47, 48, 49, 50 are mounted on the drive shaft 32.
- the drive shaft 32 forms the input shaft of the first partial transmission 42.
- the first partial transmission 42 has a countershaft 52, on which driven wheels 54, 55, 56, 57, 58 are mounted.
- the driven wheels 54 to 58 are designed as loose wheels.
- the driven wheels 54 to 58 are connected by means of switching means 61 with the countershaft 52.
- the driven wheels 54 to 58 and the drive wheels 46 to 50 form pairs of wheels having different ratios, so that by selectively connecting the driven wheels 54 to 58 with the countershaft 52 different gear ratios can be realized.
- the second partial transmission 44 has an input shaft 60 and the output shaft 34.
- the input shaft 60 is formed integrally with the countershaft 52.
- the input shaft 60 may be formed separately from the countershaft 52 and rotatably connected via a gear with the countershaft 52.
- the second partial transmission 44 has a plurality of pairs of wheels which have different ratios.
- the gears which are mounted on the input shaft 60 designed as idler gears, so that by selectively connecting the gears to the input shaft 60 different gear ratios of the second sub-transmission 44 can be realized.
- the first partial transmission 42 may be formed by a Konstantenradsatz.
- the transmission unit 10 shown in Fig. 3 has five different gear ratios, which can be realized by the pairs of wheels of the first partial transmission 42. Since the electric drive 20 is rotatably connected to the drive shaft 32, drives the electric drive 20 on the same drive shaft 32, the transmission unit 10, as the cyclist on the cranks 16, 16 '. Characterized in that the electric drive 20 is connected to the drive shaft 32 before the transmission unit 10, the electric drive 20 can be operated independently of the driving speed in a narrow speed range with a speed of about 70-100 U / min. The electric drive 20 can thus always be operated close to the optimum operating point, whereby an improved efficiency and a compact design can be realized.
- the motor shaft 22 of the electric drive 20 is arranged parallel to the transmission shafts 32, 34, 52, 60 in this embodiment.
- the electric drive 20 may also be arranged coaxially with the drive shaft 32, in particular between the gears 46 to 50, wherein the drive shaft 32 in this embodiment forms the motor shaft 22 and thus the rotor of the electric drive 20th
- the gear 24 may mesh directly with the gear 38.
- the intermediate gear 40 may be formed as a traction means or as a chain. In order to achieve a desired center distance between the motor shaft 22 and the transmission shaft, a pair of gears from the gear 24 and the intermediate gear 40 can be used with a large pitch diameter.
- the drive wheels 45 to 51 are mounted and on the countershaft 52, the driven wheels 53 to 59 are mounted.
- the drive gears 45 to 51 form with the driven wheels 53 to 59 pairs of wheels having different ratios.
- the driven wheels 53 to 59 are designed as loose wheels and by means of switching means 61 with the countershaft 52nd rotatably connected.
- the countershaft 52 is formed as a hollow shaft in which a camshaft 66 is rotatably mounted.
- the camshaft 66 has different cams, by means of which the switching means 61 of the idler gears 53 to 59 can be actuated to selectively connect the idler gears 53 to 59 with the countershaft 52 rotationally fixed.
- the camshaft 66 is connected via a speed superposition gear 68 with the countershaft 52.
- the speed superposition gear 68 is arranged coaxially with the countershaft 52.
- the speed superposition gear is formed by a first planetary gear 70 and a second planetary gear 72.
- the first planetary gear 70 has a traction pulley 74, which is connected to a ring gear of the planetary gear 70.
- the speed superposition gear 68 is configured to rotate the camshaft 66 in synchronism with the countershaft 52 and to transmit rotation of the traction sheave 74 as a relative movement of the camshaft 66 to the countershaft 52 to the camshaft 66.
- the idler gears 53 to 59 are connected by the relative movement of the camshaft 66 to the countershaft 52 with the countershaft 52, whereby selectively different gears or gear ratios can be realized.
- the idler gears 53 to 59 are rotatably connected by means of switchable freewheels 61 in a drive direction with the countershaft 52.
- the gear 24 is rotatably connected via the intermediate gear 40 with the driven wheel 59. Thereby, the rotation of the electric drive 20 can be transmitted to the driven wheel 59. If the driven wheel 59 is not rotatably connected to the countershaft 52, the driven wheel 59 drives the drive wheel 51 of the drive shaft 32, so that a torque is transmitted from the electric drive 20 to the drive shaft 32. As a result, the electric drive is connected to the drive shaft 32 and the gear unit 10 upstream. An electric traction can thus be transmitted to the drive shaft 32.
- the gear 24 can also be directly engaged with the driven wheel 59 in engagement.
- the electric drive 20 may be arranged coaxially with the drive shaft 32.
- the drive shaft 32 may be integrally connected to the motor shaft 22 and the rotor of the electrical form drive 20.
- the electric drive 20 may also be arranged between the drive wheels 45 to 51.
- Advantage of the embodiment shown in Fig. 4 is that the driven wheel 59 and the drive wheel 51 are used both to initiate the electric traction and as a pair of wheels of the first sub-transmission. Furthermore, the moments of the electric drive 20 and the muscle drive are superimposed by the rotationally fixed connection of the drive shaft 32 with the motor shaft 22.
- the switchable freewheels 61 preferably have pawls which engage in internal gears of the idler gears 53-59 in order to connect them rotatably with the countershaft 52.
- the internal camshaft 66 moves the pawls inwardly to disengage them from the internal teeth.
- the pawls are biased by a spring which moves the pawls outwardly to engage the pawls with the internal teeth. When switching, it is preferred if the pawls are pivoted simultaneously from two successive gear stages in an intermediate state radially outward.
- the respective higher gear stage has a smaller gear ratio, engage the ratchets of the higher gear in the teeth and drive the countershaft at a rotational speed which is greater than the rotational speed of the idler gear of the lower gear.
- the pawl of the lower gear then changes to the freewheel, so that the higher gear is engaged immediately.
- the lower gear pawl is actuated, ie moved inwards, in order to fully engage the higher gear.
- the first partial transmission 42 has the drive wheels 45 to 50 and the driven wheels 53 to 58, which form pairs of wheels with different ratios.
- the driven wheels 53 to 58 are designed as loose wheels and connectable by means of the switching means 61 with the countershaft 52.
- the switching means 61 are selectively actuated by means of the arranged in the countershaft 52 camshaft 66.
- the camshaft 66 is connected to the speed superposition gear 68 to rotate in synchronism with the countershaft 52 and to be rotated to shift from one gear to another relative to the countershaft 52.
- the second partial transmission 44 has the input shaft 60, are mounted on the drive wheels 76, 78.
- the drive wheels 76, 78 mesh with driven wheels 80, 82 which are mounted on the output shaft 34.
- the drive wheels 76, 78 are designed as loose wheels and by means of switching means 79 with the input shaft 60 rotatably connected.
- the intermeshing drive wheels 76, 78 and driven wheels 80, 82 form pairs of wheels having different ratios.
- the switching means 79 which connect the drive wheels 76, 78 to the input shaft 60, are selectively actuatable by a cam shaft 84 rotatably mounted in the input shaft 60.
- the camshaft 84 rotates in synchronism with the input shaft 60 to maintain a set shift state and is rotated relative to the input shaft 60 to change the shifting state of the second subtransmission 44.
- the camshaft 84 is connected via a driver 86 with the camshaft 66.
- the cam 86 transmits relative rotation to the camshaft 84 when the highest gear of the first sub-transmission 42 is reached to switch from the sixth gear in this case to the following seventh gear.
- the driver 86 rotates in this case, the camshaft 84 so that is switched from the first gear of the second partial transmission 44 in the second gear.
- the first partial transmission 42 is shifted from the sixth gear to the first gear.
- both partial transmissions 42, 44 can be switched by actuating the traction sheave 74 of the speed superposition gear 68.
- the gear 24 of the electric drive 20 is rotatably connected via the intermediate gear 40 with the drive wheel 45.
- an electric traction can be introduced via the drive shaft 32 into the transmission unit 10.
- the advantage here is that the drive wheel 45 is both part of a pair of wheels of the first sub-transmission 42 and also serves to initiate the electrical traction of the electric drive 20.
- the electric drive can also be arranged coaxially with the drive shaft 32, wherein preferably the motor shaft 22 is integrally formed with the drive shaft 32 and forms the rotor of the electric drive 20.
- Fig. 6 the drive unit 30 is shown, in which the electrical traction of the electric drive 20 is introduced via the output shaft 34 in the transmission unit 10.
- the transmission unit 10 in Fig. 6 is identical to the transmission unit 10 shown in Fig. 5.
- the same elements are designated by the same reference numerals, wherein only the differences are shown here.
- the gear 24 is rotatably connected via the intermediate gear 40 with the driven wheel 78.
- the intermediate gear 40 and the pair of wheels which is formed by the drive wheel 78 and the driven wheel 82, a rotationally fixed Connection formed between the electric drive 20 and the output shaft 34.
- the drive wheel 78 is connected via a switchable freewheel 79 with the input shaft 60, so that the drive wheel 78 slides on the input shaft 60, provided that the rotation of the input shaft 60 is greater than that of the drive wheel 78th
- the transmission unit 10 only has to transmit the muscular force of the driver, whereby the dimensioning of the transmission in terms of durability and weight can be reduced. Furthermore, a recuperation operation is easily possible because the electric drive 20 is connected to the output shaft 34 and the rotation of the output shaft 34 is not translated by the gear unit. However, a precondition for the recuperation operation is that the chainring 36 is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft 34. Furthermore, it is necessary that in the rear wheel no freewheel is realized, so that the rear wheel is formed with a rigid gear.
- the switching behavior of the transmission unit 10 is improved in this case, since the engine power in the power flow after the switchable freewheels 61, 79 is introduced and thus can be switched without power reduction of the engine.
- the electric drive 20 is arranged parallel to the transmission shafts.
- the electric drive 20 may also be arranged coaxially with the output shaft 34 in a particular embodiment. It is preferred if the motor shaft 22 forms part of the output shaft 34 and in particular is formed integrally therewith.
- FIG. 7 another embodiment of the drive unit 30 is shown.
- the transmission unit 10 essentially corresponds to the transmission unit 10, which is shown in FIG.
- the same elements are designated by the same reference numerals, with only the differences are explained.
- the intermediate gear 40 meshes with a loose wheel 88 which is mounted by means of a bearing 90 on the input shaft 60.
- the idler gear 88 is connected via a coupling 92 with the drive wheel 78.
- the clutch 92 may be formed as an overrunning clutch or as a switchable coupling, which rotatably connects the idler gear 88 with the drive wheel 78 in one or both directions of rotation.
- the traction of the electric drive 20 via the drive wheel 78 and the driven wheel 82 are transmitted to the output shaft 34.
- the intermediate gear 40 and the gear 24 can be decoupled from the transmission unit 18, so that these gears do not rotate permanently in pure muscle operation.
- a separate coupling on or in the electric drive 20 can be dispensed with.
- the clutch 92 may, for example, be actuated via the camshaft 84 in the shaft 60.
- the electric drive 20 can not be operated in a narrow speed range, but must cover the entire speed range.
- the clutch 92 may generally be formed as a switchable clutch or switchable freewheel, in particular as a sprag freewheel, as an axial overrunning clutch with frontal toothing, as a pawl freewheel or as a switchable friction clutch.
- Fig. 8 the drive unit 30 is shown, in which the electrical traction on the countershaft 52 and the input shaft 60 of the second sub-transmission 44 is initiated.
- the transmission unit 10 essentially corresponds to the transmission unit from FIGS. 5 and 6. Identical elements are designated by the same reference numerals, with only the differences being shown here.
- a freewheel 94 is mounted at the input shaft 60 of the second partial transmission 44.
- the freewheel 94 blocks in a drive direction of the electrical see drive 20 with the input shaft 60 and slides on the input shaft 60 in an opposite direction of rotation.
- the electric traction of the electric drive 20 is transmitted from the gear 24 via the intermediate gear 40 and the freewheel 94 to the countershaft 52 and the input shaft 60. If the input shaft 60 rotates faster than the freewheel 94, the freewheel 94 slides on the input shaft 60 and slides the input shaft 60 under the freewheel 94 by.
- the electric drive 20 is thus connected downstream of the freewheels 61 of the first partial transmission 42 and upstream of the freewheels 79 of the second partial transmission 44.
- the driving force of the electric drive 20 is advantageously not transmitted by the first partial transmission 42, but only by the second partial transmission 44, whereby the first partial transmission 42 can be dimensioned correspondingly smaller.
- the speed range of the electric drive 20 may be correspondingly narrower dimensioned, whereby the design of the electric drive 20 may be smaller and lighter dimensions.
- the traction of the electric drive 20 is introduced onto the countershaft 52 or the input shaft 60 in the axial direction as close as possible to the second partial transmission 44. It is particularly preferred that the traction of the electric drive is input to the input shaft 60 at an axial end of the input shaft 60, on an opposite side of the countershaft 52. Thereby, the torsional load of the countershaft 52 and the input shaft 60 is reduced, resulting in a longer life of the shaft.
- a separate generator can be integrated into the system, which is installed in the drive unit 30 or is arranged as an external component on the vehicle and can be switched on separately comparable to a dynamo.
- the electric drive 20 in the braking phases of the vehicle is coupled to the freewheels of the second partial transmission 44, since these do not allow co-rotation of the electric drive 20 during the rolling or braking phases, but change to the freewheel.
- Such a recuperation means of the electric drive 20 is thus possible when the motor shaft 22 is rotatably connected to the output shaft 34 or when the motor shaft 22 with the input shaft 60 and the countershaft 52 rotatably connected and the second part of the transmission 44 is formed as Konstantenradsatz. Further, it is necessary for the Rekuperations stipulate that the output shaft 34 is driven during coasting or braking, ie the bicycle must have a rigid or switchable rear hub, so that the chain or the output shaft 34 runs in overrun.
- the clutch 28 is arranged so that the vehicle can be driven by pure muscle power without the engine rotates.
- the clutch 28 must transmit the torque, ie the braking torque, in the opposite direction of rotation, so that a simple one-way clutch is unsuitable for recuperation operation.
- the clutch 28 is designed as a switchable clutch, which is switched on during the drive or braking phase of the motor or rotatably connected and is open in the phases of muscle power operation.
- the transmission unit 10 is substantially identical to the transmission unit 10 of Fig. 8. Like elements are designated by like reference numerals, and only the differences are explained here.
- a ratchet wheel 96 is mounted instead of the freewheel 94.
- the ratchet wheel 96 is formed as a loose wheel and by means of pawls 99th with the input shaft 60 rotatably connected.
- the pawls 99 are formed so that they connect the ratchet wheel 96 in one direction with the input shaft 60 rotatably and switch in an opposite direction in the freewheel.
- the ratchet wheel 96 has the pawls 99 which rotatably connect the ratchet wheel 96 to the input shaft 60 in the drive direction, and further pawls 101, which rotatably connect the ratchet wheel 96 in the opposite direction of rotation with the input shaft 60.
- the pawls 99, 101 are selectively actuated by a camshaft 98.
- the camshaft 98 is connected to a rotational speed superposition gear 100 configured to rotate the camshaft 98 in synchronism with the input shaft 60 and to rotate upon actuation of the speed superposition gear 100 relative to the input shaft 60.
- the pawls 99, 101 are selectively actuated, so that the corresponding locking direction of the ratchet wheel 96 can be changed.
- either the switching pawls 99, 101 arranged in the first direction or in the opposite direction can be switched.
- the speed superposition gear 100 is identical to the speed superimposed gear 68.
- the speed superposition gear 100 has a first planetary gear 102, the sun gear is connected to the camshaft 98 and the ring gear is connected to a tension pulley 104.
- the planet carrier of the planetary gear 102 is connected to a planet carrier of a second planetary gear 106, the sun gear is connected to the input shaft 60 and the ring gear is mounted fixed to the housing.
- the tension pulley 104 is preferably actuated by means of a Bowden cable.
- the traction sheave 104 is connected in a preferred embodiment with a Bowden cable of the brake system of the vehicle, so that the drive unit 30 is switched during each braking operation in the Rekuperatons compassion.
- the speed superposition gear 100 may be connected in an alternative embodiment with an actuator which is integrated into a control loop of the vehicle.
- the actuator may be formed as an electric motor, which is connected to the externally toothed traction sheave 104. This means that it is possible to automatically switch between driving mode and recuperation mode.
- the control loop of the vehicle preferably detects automatically whether the vehicle is in overrun mode.
- the speed superposition gear 100 may also be replaced by a corresponding actuator connected to both the input shaft 60 and the camshaft 98.
- the ratchet wheel 96 may be supported in identical form on the output shaft 34.
- the electric drive Upon initiation of electric traction on the countershaft 52 or the input shaft 60 of the second subgear 44, the electric drive is interrupted for switching the second subgear 44.
- FIG. 10 an alternative embodiment of the drive unit 30 of Fig. 8 and 9 is shown schematically, in which the motor shaft 22 of the electric drive 20 is arranged orthogonal to the transmission shafts.
- the gear unit 10 is substantially identical to the transmission unit of FIG. 8 and 9. The same elements are designated by the same reference numerals, only the differences are explained here.
- a crown gear 108 is connected to the input shaft 60 in the drive unit 30 in FIG. 10.
- the crown gear 108 is rotatably connected to the intermediate gear 40, which rotates about an axis orthogonal to the transmission shafts.
- the intermediate gear 40 is connected to the gear 24 of the electric drive 20, wherein the motor shaft 22 is aligned orthogonal to the transmission shafts. Due to the orthogonal arrangement of the motor shaft 22, the electric drive 20 can be installed in a tube of the frame 12, whereby the electric drive 20 can be installed to save space in the frame 12.
- the crown gear 108 may be rotatably connected to the input shaft 60.
- the crown wheel 108 is connectable to the input shaft 60 by means of an overrunning clutch.
- the crown gear 108 is formed as a ratchet and selectively connectable in both directions of rotation with the input shaft 60, as described in detail with respect to the ratchet wheel 96 to Fig. 9.
- a further embodiment of the drive unit 30 is shown schematically, in which the motor shaft 22 is aligned orthogonal to the transmission shafts and the electric traction is introduced via the output shaft 34 in the transmission unit 10.
- the transmission unit 10 is substantially identical to the transmission unit 30 shown in FIG. 6. The same elements are designated by the same reference numerals, wherein only the differences are explained here.
- the drive wheel 76 of the second partial transmission 44 is rotatably connected via a Kegelradcruung 110 with the motor shaft 22.
- the bevel gear pairing 110 has a bevel gear 112, which is non-rotatably connected to the motor shaft 22, and a bevel gear 114 which is rotatably connected to the drive wheel 76. Due to the bevel gear pairing 110, the drive wheel 76 is connected to the motor shaft 22. that is orthogonal to the transmission shafts.
- the electric drive 20 can be installed in a tube of the frame 12, for example in the down tube or in the seat tube.
- the electric drive 20 is protected from shocks and the weather when housed in a frame tube and the appearance of the bicycle is compact and sporty, since the electric drive 20 is not visible from the outside.
- Fig. 12 the drive wheel 78 is shown in a schematic sectional view in the axial direction with the pawls 99, 101.
- the drive wheel 78 has an internal toothing 116, in which the pawls 99, 101 can engage to rotatably connect the drive wheel 78 with the input shaft 60 in the corresponding direction of rotation.
- the pawl 99 is aligned so that it rotatably connects the drive wheel 78 in the drive direction of the electric machine 20 with the input shaft 60.
- the pawl 101 is oriented to rotationally connect the drive wheel to the input shaft 60 in the opposite direction, the recuperation direction.
- the pawl 101 is pivotally supported on the input shaft 60 and has an inner portion 118 and an outer portion 120.
- the inner portion 118 is operable by the camshaft 98 such that the outer gate 120 engaging the inner teeth 116 is pivoted inwardly to disengage the pawl 101 from the inner teeth 116.
- the camshaft 98 has a recess 122 into which the inner portion 118 of the resiliently biased pawl 101 pivots inwardly.
- the outer portion 120 pivots outwardly and engages in the internal toothing 116, whereby the input shaft 60 is rotatably connected to the drive wheel 78 in Rekuperationseuros.
- the pawl 99 for the drive direction is not actuated in this embodiment by the camshaft 98 and runs in recuperation in the freewheel with and connects the drive wheel 78 to the input shaft 60 in the drive direction rotationally fixed.
- the pawls 99, 101 may be actuated alternately by the camshaft 98 so that either the pawl 99 or the pawl 101 is swung out.
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit (30) für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer ersten Welle (52, 60), an der eine Mehrzahl von Zahnrädern (53-59, 62, 76, 78) gelagert ist, und einer zweiten Welle (32, 34), an der eine entsprechende Mehrzahl von Zahnrädern (45-51, 64, 80, 82) gelagert ist, die mit den Zahnrädern (53-59, 62, 76, 78) der ersten Welle (52, 60) kämmen, wobei eine der Getriebewellen (32, 34, 52, 60) mit einer Motorwelle (22) einer elektrischen Maschine (20) verbunden oder verbindbar ist, um ein Drehmoment in das Getriebe (10) ein- oder aus dem Getriebe (10) auszukoppeln.
Description
Antriebseinheit
[OOOl] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrrad mit einer derartigen Antriebseinheit.
[0003] Derartige Antriebseinheiten dienen dazu, mit Muskelkraft angetriebene Fahrzeuge anzutreiben und die Antriebskraft entsprechend zu über- oder zu untersetzen.
[0004] Aus der DE 10 2008 064514 AI ist eine Getriebeeinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug bekannt, bei der eine Durchgangswelle, die mit Tretkurbeln zum Antreiben des Fahrzeugs verbunden ist und eine Vorgelegewelle vorgesehen sind, wobei an der Vorgelegewelle schaltbare Losräder gelagert sind, die mit Zahnrädern der Durchgangswelle und mit Zahnrädern einer Ausgangswelle jeweils ein Teilgetriebe bilden, wobei die Ausgangswelle koaxial zu der Durchgangswelle angeordnet ist. Durch eine derartige Getriebeeinheit lassen sich bis zu 18 Gänge realisieren. Nachteilig bei dieser Getriebeeinheit ist es, dass kein Hilfsmotor vorgesehen ist, um den Muskelantrieb zu unterstützen.
[0005] Ferner ist es bekannt, Fahrräder mit Hilfsmotoren auszurüsten, die als Nabenmotor im Bereich der Vorderrad- bzw. der Hinterradnabe angeordnet sind. Derartige Nabenmotoren werden üblicherweise in Kombination mit Kettenschaltungen angeboten. Insbesondere bei Hinterradnabenmotoren ist die Kombination mit einer Nabenschaltung kompliziert, da der Motor einen großen Bauraum beansprucht. Nachteilig bei den Nabenmotoren ist u.a. das große Gewicht und die ungünstige Gewichtsverteilung, da der Anteil der ungefederten Masse des Fahrrades im Vorderbzw. Hinterrad zunimmt. Da derartige Nabenmotoren direkt mit dem Laufrad verbunden sind, müssen sie in langsamen Drehzahlbereichen arbeiten. Langsam drehende Elektromotoren, die ein relativ hohes Drehmoment liefern, sind üblicherweise sehr groß, weisen ein hohes Gewicht auf, das bis zu 4,5 kg erreichen kann, und haben einen niedrigen Wirkungsgrad. Aus Gewichts- und Platzgründen sind derartige Nabenmotoren eher nachteilig.
[0006] Um diesem Nachteil zu begegnen, werden derartige Hilfsmotoren auch als Mittelmotor im Bereich des Tretlagers verbaut, bei denen die Kraft direkt auf die Kette übertragen wird. Nachteilig dabei ist es, dass die Kette dadurch im Tretlagerbereich nicht von einem Zahnkranz auf den anderen umgeworfen werden kann, wodurch die Verwendung einer Kettenschaltung eingeschränkt ist. Bei der Verwendung von Hinterradkassetten oder gewöhnlichen Nabenschaltungen in Verbindung mit derartigen Mittelmotoren ist allerdings lediglich eine Gangzahl von bis zu zehn Gängen realisierbar.
[0007] Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebseinheit bereitzustellen, die Muskelkraft und Antriebskraft eines Hilfsmotors verbindet und gleichzeitig ein geringes Gewicht bei einer gewohnt hohen Gangzahl und einer gewohnten Spreizung aufweist.
[0008] Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Antriebseinheit dadurch gelöst, dass eine der Getriebewellen mit einer Motorwelle einer elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist, um ein Drehmoment in das Getriebe ein- oder aus dem Getriebe auszukoppeln.
[0009] Diese Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Fahrrad mit einer derartigen Antriebseinheit.
[0010] In der allgemeinsten Form der Erfindung wird eine Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt mit einer ersten Welle, an der eine Mehrzahl von Zahnrädern gelagert ist, und einer zweiten Welle, an der eine entsprechende Mehrzahl von Zahnrädern gelagert ist, wobei eine der Wellen mit einer Motorwelle einer elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist.
[0011] Vorteil der Erfindung ist es, dass die elektrische Maschine mit einer der Getriebewellen verbunden bzw. verbindbar ist und somit in kompakter Bauform eine elektrische Traktion in das Getriebe eingeleitet werden kann und auf anfällige Anbauten verzichtet werden kann. Durch die Verbindung des elektrischen Antriebs mit einer mehrstufigen Getriebeeinheit und durch die Verbindung des elektrischen Antriebs mit einer der Getriebewellen ist eine Kombination mit jeder Ketten- oder Nabenschaltung möglich und eine beliebige Anzahl von schaltbaren Gängen realisierbar.
[0012] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
[0013] Vorzugsweise wird eine Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt, mit einer Antriebswelle, die zum Antreiben des Fahrzeugs mit einer Antriebsquelle verbindbar ist, einer Vorgelegewelle, an der eine Mahrzahl von Zahnrädern gelagert ist, und einer Ausgangswelle, wobei die an der Vorgelegewelle gelagerten Zahnräder jeweils mit einem Zahnrad kämmen, das an der Antriebswelle oder der Ausgangswelle gelagert ist, wobei eine der Getriebewellen mit einer Motorwelle einer elektrischen Maschine verbunden oder verbindbar ist, um ein Drehmoment in das Getriebe ein- oder aus dem Getriebe auszukoppeln.
[0014] Vorzugsweise ist die Getriebewelle die Antriebswelle.
[0015] Dadurch kann die elektrische Maschine unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit in einem schmalen Drehzahlbereich betrieben werden, da die elektrische Maschine am Eingang des Getriebes antreibt und somit immer nahe des optimalen Betriebspunktes betrieben werden kann. Durch diesen schmalen Betriebsbereich, in dem die elektrische Maschine betrieben wird, kann ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden und eine kompaktere Bauform der elektrischen Maschine realisiert werden.
[0016] Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Getriebewelle die Vorgelegewelle ist.
[0017] Dadurch wird die übertragene Motorkraft lediglich über ein Radpaar übertragen, wodurch die Reibverluste reduziert sind und durch die Übersetzung des Radpaars ein schnell laufender Motor mit geringem Gewicht und kleiner Bauform verwendet werden kann. Weiterhin ermöglicht die Ankopplung der elektrischen Maschine an der Vorgelegewelle eine Rekuperation, also eine Bremskraftrückgewinnung, im Schubbetrieb des Fahrzeugs.
[0018] Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Getriebewelle die Ausgangswelle ist.
[0019] Dadurch wird die Motorkraft nicht durch Reibverluste im Getriebe reduziert. Weiterhin ist eine Rekuperation möglich, da der Motor mit der Abtriebswelle verbunden ist, die über das Kettenrad mitläuft.
[0020] Vorzugsweise ist an der Ausgangswelle eine Mehrzahl von Zahnrädern gelagert, die mit Zahnrädern der Vorgelegewelle ein Teilgetriebe bilden, wobei die Zahnräder der Vorgelegewelle als Losräder ausgebildet sind, die mittels Schaltmitteln mit der Vorgelegewelle drehfest verbindbar sind. Dadurch lässt sich in einfacher und kompakter Bauweise ein mehrstufiges Teilgetriebe realisieren.
[0021] Vorzugsweise ist an der Antriebswelle eine Mehrzahl von Zahnrädern gelagert, die mit Zahnrädern der Vorgelegewelle ein Teilgetriebe bilden, wobei die Zahnräder als Losräder ausgebildet sind, die mittels Schaltmitteln mit der Vorgelegewelle drehfest verbindbar sind. Dadurch, das das zweite Teilgetriebe als Wechselgetriebe ausgebildet ist, erhöht sich die Gesamtgangzahl der Antriebseinheit.
[0022] Vorzugsweise weisen die Schaltmittel schaltbare Freiläufe auf, die mittels einer in der als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle gelagerten Nockenwelle betätigbar sind. Dadurch ist das entsprechende Teilgetriebe in kompakter Bauform als Lastschaltgetriebe realisierbar.
[0023] Vorzugsweise sind zwei Nockenwellen zum Schalten der beiden Teilgetriebe bereitgestellt, wobei die zweite Nockenwelle von der in der Vorgelegewelle gelagerten ersten Nockenwelle mittels eines Mitnehmers betätigbar ist. Dadurch lässt sich die Getriebeeinheit über einen einzelnen Schalthebel komfortabel schalten.
[0024] Vorzugsweise ist die elektrische Maschine über ein Untersetzungsgetriebe mit der jeweiligen Getriebewelle verbindbar. Dadurch können schnell laufende elektrische Maschinen verwendet werden, die gegenüber langsam laufenden elektrischen Maschinen einen geringeren Bauraum benötigen und ein geringeres Gewicht aufweisen.
[0025] Weiterhin ist bevorzugt, wenn die elektrische Maschine mittels einer Kupplung, insbesondere einer Schaltkupplung oder eines schaltbaren Freilaufs mit der jeweiligen Getriebewelle verbindbar ist. Dadurch kann die elektrische Maschine mechanisch an das Getriebe an- oder von dem Getriebe abgekoppelt werden, so dass die Motorwelle der elektrischen Maschine im reinen Muskelantrieb nicht mitgedreht werden muss.
[0026] Weiterhin ist bevorzugt, wenn das Untersetzungsgetriebe wenigstens ein, vorzugsweise zwei oder mehr Planetengetriebe aufweist. Dadurch ist das Untersetzungsgetriebe mit einem hohen Untersetzungsverhältnis in kompakter Bauform realisierbar.
[0027] Weiterhin ist bevorzugt, wenn die Motorwelle der elektrischen Maschine mit einem der Zahnräder der Getriebewellen drehfest verbindbar ist. Dadurch ist das Einkoppeln und das Auskoppeln des Drehmomentes einfach und kompakt realisierbar, da ein vorhandenes Zahnrad genutzt werden kann.
[0028] Weiter ist es bevorzugt, wenn die Motorwelle mittels eines Schaltrades, das an der Getriebewelle gelagert ist, wenigstens in einer Drehrichtung drehfest mit der Getriebewelle verbindbar ist. Dadurch lässt sich das Drehmoment in einfacher Bauweise auf die Getriebewelle übertragen.
[0029] Es ist dabei bevorzugt, wenn das Schaltrad mittels eines Freilaufs, insbesondere eines schaltbaren Freilaufs, in einer Antriebsrichtung mit der Getriebewelle verbindbar ist. Dadurch lässt sich die elektrische Maschine mit der Getriebewelle in Antriebsrichtung verbinden und wechselt automatisch in den Freilaufbetrieb, sobald die Getriebewelle eine höhere Drehzahl aufweist als die elektrische Maschine.
[0030] Weiterhin ist bevorzugt, wenn das Schaltrad mittels eines schaltbaren Freilaufs in einer der Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung drehfest mit
der Getriebewelle verbindbar ist. Dadurch lässt sich mit einfachen Mitteln vom Antriebsbetrieb in den Rekuperationsbetrieb umschalten.
[0031] Weiterhin ist bevorzugt, wenn die schaltbaren Freiläufe mittels einer in der Getriebewelle angeordneten Nockenwelle betätigbar sind. Dadurch lassen sich in einfacher und kompakter Bauweise die schaltbaren Freiläufe des Schaltrades schalten, wodurch ein einfaches Umschalten vom Antriebs- in den Rekuperationsbetrieb ermöglicht wird.
[0032] Dabei ist es bevorzugt, wenn die Nockenwelle zum Schalten der Freiläufe relativ zu der Getriebewelle rotierbar ist, wobei die Nockenwelle mittels eines Drehzahlüberlagerungsgetriebes, insbesondere mittels zweiter Planetengetriebe, relativ zu der Getriebewelle rotierbar ist. Dadurch lässt sich eine in axialer Richtung besonders kompakte Bauweise realisieren.
[0033] Allgemein ist es bevorzugt, wenn die Motorwelle der elektrischen Maschine parallel zu den Getriebewellen angeordnet ist. Dadurch lässt sich die Motorwelle der elektrischen Maschine in einfacher Bauweise mittels eines Zwischenrades bzw. eines Stirnradgetriebes mit der entsprechenden Welle des ersten oder des zweiten Teilgetriebes verbinden.
[0034] Alternativ ist es bevorzugt, wenn die Welle der elektrischen Maschine in einem Winkel von 90° zu den Getriebewellen angeordnet ist. Dadurch lässt sich die elektrische Maschine in einem Rohr des Fahrradrahmens montieren, wodurch insgesamt eine kompakte Bauform realisierbar ist.
[0035] Dabei ist es bevorzugt, wenn die Motorwelle der elektrischen Maschine mittels eines Kronenrads oder eines Kegelrads mit einer der Getriebewellen verbindbar ist. Dadurch lässt sich in einfacher Bauform eine abgewinkelte Anordnung der Motorwelle der elektrischen Maschine zu einer der Wellen der Teilgetriebe realisieren.
[0036] Insgesamt ist es bevorzugt, wenn die Welle der elektrischen Maschine einstückig mit einer der Getriebewellen ausgebildet ist. Dadurch lässt sich eine besonders kompakte und leichte Bauform realisieren, weil die entsprechende Getriebewelle zweifach genutzt wird.
[0037] Im Allgemeinen ist es bevorzugt, wenn bei dem Schaltvorgang von einer Gangstufe in die nächste Gangstufe zunächst die Schaltklinken der entsprechenden Losräder in einem Zwischenzustand gleichzeitig nach radial außen geschwenkt sind. Dadurch kann ein Lastschaltgetriebe realisiert werden, wodurch gleichzeitig die Sicherheit vor einem Durchdrehen der Tretkurbel im Falle eines Schaltklinkenbruchs erhöht ist.
[0038] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
[0039] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fahrradrahmens mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb;
Fig. 2a-c eine schematische Darstellung einer elektrischen Maschine und eine
Ankopplung mittels Kupplung und Untersetzungsgetriebe;
Fig. 3 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit Mehrganggetriebe und elektrischem Antrieb;
Fig. 4 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, der an der Antriebswelle angekoppelt ist;
Fig. 5 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, der an der Antriebswelle angekoppelt ist;
Fig. 6 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, der an der Ausgangswelle des Mehrganggetriebes angekoppelt ist;
Fig. 7 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und elektrischem Antrieb, der an der Ausgangswelle des Mehrganggetriebes angekoppelt ist;
Fig. 8 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, der an der Vorgelegewelle angekoppelt ist;
Fig. 9 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, der an der Vorgelegewelle angekoppelt ist;
Fig. 10 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, bei der die Motorwelle des elektrischen Antriebs orthogonal zu den Getriebewellen angeordnet ist und über ein Kronenrad an der Vorgelegewelle angekoppelt ist;
Fig. 11 einen Schaltplan einer Antriebseinheit mit einem Mehrganggetriebe und einem elektrischen Antrieb, bei der die Motorwelle des elektri-
sehen Antriebs orthogonal zu den Getriebewellen angeordnet ist und über ein Kegelrad mit der Ausgangswelle verbunden ist; und
Fig. 12 eine schematische Schnittansicht einer Welle mit einem in beide
Drehrichtungen verbindbaren Losrad in axialer Blickrichtung.
[0040] In Fig. 1 ist eine Getriebeeinheit für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet.
[0041] Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Fahrradrahmens 12, der ein Getriebegehäuse 14 aufweist, in dem die Getriebeeinheit 10 aufgenommen ist. Die Getriebeeinheit 10 ist in dieser Darstellung schematisch angedeutet und ist als kompakte Einheit ausgebildet, die vorzugsweise in einem hier nicht dargestellten Getriebekäfig angeordnet ist. Die Getriebeeinheit 10 wird hierbei beispielhaft für den Einsatz bei einem Zweirad beschrieben, wobei allerdings auch der Einsatz bei anderen mit Muskelkraft betriebenen Fahrzeugen möglich ist.
[0042] Die Getriebeeinheit 10, das Getriebegehäuse 14 bilden zusammen mit Tretkurbeln 16 und 16' ein Mehrganggetriebe 18. Der Fahrradrahmen 12 weist einen elektrischen Antrieb 20 auf, der mit dem Mehrganggetriebe 18 verbunden ist, um das Fahrzeug zusätzlich zu dem Antrieb über die Tretkurbeln 16, 16' anzutreiben. Der elektrische Antrieb 20 ist mit einer elektrischen Energiequelle 21 verbunden, die den elektrischen Antrieb 20 mit elektrischer Energie versorgt. Die Energiequelle 21 ist vorzugsweise als Akkumulator 21 ausgebildet.
[0043] In den Figuren 2a bis 2c ist der elektrische Antrieb 20 mit unterschiedlichen Ankopplungsmöglichkeiten schematisch dargestellt.
[0044] Fig. 2a zeigt den elektrischen Antrieb 20, der die Motorwelle 22 aufweist, die mit einem Zahnrad 24 verbunden ist. Das Zahnrad 24 dient dazu, das von dem elektrischen Antrieb 20 erzeugte Drehmoment, das über die Motorwelle 22 auf
das Zahnrad 24 übertragen wird, auf andere Zahnräder der Getriebeeinheit 10 zu übertragen. Als elektrischer Antrieb 20 ist jede elektrische Maschine einsetzbar, insbesondere Gleichstrommotoren mit und ohne Kommutatorschleifkontakten.
[0045] In Fig. 2b ist der elektrische Antrieb 20 mit einem Untersetzungsgetriebe 26 dargestellt. Das Zahnrad 24 ist über das Untersetzungsgetriebe 26 mit der Motorwelle 22 verbunden. Das Untersetzungsgetriebe 26 ist gebildet durch zwei hintereinander geschaltete Planetengetriebe, wobei die Motorwelle 22 mit einem Sonnenrad des ersten Planetengetriebes verbunden ist. Als Abtrieb ist ein Planetenträger des ersten Planetengetriebes mit einem Sonnenrad des zweiten Planetengetriebes verbunden. Das Zahnrad 24 ist mit einem Planetenträger des zweiten Planetengetriebes verbunden. Hohlräder der Planetengetriebe sind drehfest bzw. gehäusefest gelagert. Dadurch kann mit einfachen Mitteln die Drehzahl des elektrischen Antriebs 20 untersetzt werden, wodurch der elektrische Antrieb für einen höheren Nenndrehzahlbereich ausgelegt werden kann, und wodurch sich Gewicht und Baugröße des elektrischen Antriebs 20 stark reduzieren.
[0046] In Fig. 2c ist der elektrische Antrieb 20 mit dem Untersetzungsgetriebe 26 dargestellt, wobei die Welle 22 eine Kupplung 28 aufweist, um den elektrischen Antrieb 20 mit dem Untersetzungsgetriebe 26 lösbar zu verbinden. Die Kupplung 28 kann als schaltbare Kupplung oder als schaltbarer Freilauf, insbesondere als Klemmkörperfreilauf, als axiale Freilaufkupplung mit stirnseitiger Verzahnung, als Klinkenfreilauf oder als schaltbare Reibschlusskupplung ausgebildet sein.
[0047] Die Kupplung 28 kann an einer beliebigen Stelle im Kraftfluss zwischen dem elektrischen Antrieb 20 und der Getriebeeinheit 10 angeordnet sein. Die Anordnung zwischen elektrischem Antrieb 20 und der Untersetzungsstufe 26 ist vorteilhaft, da das anliegende Drehmoment gering ist und somit die Kupplung geringer dimensioniert werden kann. Nachteilig dabei ist es jedoch, dass die Übersetzungsstufe 26 auch in Muskelkraftbetrieb mitgedreht und beschleunigt wird, wodurch sich der Fahrwiderstand erhöht. Sofern die Kupplung 28 weiter hinten im
Kraftfluss zwischen dem elektrischen Antrieb 20 und der Getriebeeinheit 10 angeordnet ist, also bspw. zwischen einem Zwischenrad und einem Gangrad der Getriebeeinheit 10, werden weniger Zahnräder mitgedreht, wodurch der Fahrwiderstand reduziert ist. In diesem Fall muss jedoch die Kupplung 28 ein größeres Drehmoment übertragen und daher größer dimensioniert werden. Weiterhin dürfen Elektrofahrrä- der nur bis zu einer bestimmten Höchstgeschwindigkeit elektrisch angetrieben werden, wobei es aber möglich sein muss, mit Muskelkraft schneller zu fahren. Dafür muss der elektrische Antrieb 20 von der Getriebeeinheit 10 abkoppelbar sein.
[0048] Grundsätzlich kann bei elektrischem Antrieb zwischen einem Niedrigdrehzahlkonzept und einem Hochdrehzahlkonzept unterschieden werden. Bei dem Niedrigdrehzahlkonzept liegt der Nenndrehzahlbereich des elektrischen Antriebs in etwa in dem Arbeitsbereich des Getriebes und kann direkt oder mit einer Untersetzungsstufe mit geringer Untersetzung mit dem Getriebe in Eingriff stehen. Elektrische Antriebe, die in einem niedrigen Drehzahlbereich arbeiten und ein hohes Drehmoment aufbringen, sind relativ groß und weisen ein großes Gewicht auf und haben zum Teil einen schlechten Wirkungsgrad. Vorteil dieses Konzeptes ist es jedoch, dass auf eine aufwändige Untersetzungsstufe verzichtet werden kann, um die Motordrehzahl auf eine entsprechende Getriebedrehzahl zu untersetzen. Für den Fall, dass der elektrische Antrieb 20 zur Energierückgewinnung generatorisch betrieben werden soll, muss lediglich die Schwungradmasse des Motors beschleunigt werden und nicht die Schwungmasse der Untersetzungsstufe.
[0049] Bei dem Hochdrehzahlkonzept liegt der Nenndrehzahlbereich deutlich über dem Drehzahlbereich des Getriebes. Diese Motoren sind mit einer hohen Leistungsdichte relativ klein und leicht, was zu einer kompakten Bauform der gesamten Antriebseinheit beiträgt. Die hohe Motordrehzahl muss durch das Untersetzungsgetriebe 26 auf den Drehzahlbereich des Getriebes untersetzt werden. Bei einem mehrstufigen Planetengetriebe, wie es bei 26 gezeigt ist, ist eine Untersetzung mit dem Faktor 25 realisierbar. Nachteil dieser Ausführungsform ist neben der aufwändigen Übersetzungsstufe das Verhalten im generatorischen Betrieb, das verhältnismäßig schwerfällig ist und sogar zur Selbsthemmung führen kann. Bei großen Überset-
Zungsverhältnissen der Untersetzungseinheit 26 lässt sich der elektrische Antrieb 20 aufgrund des Motorwiderstandes und der Reibung der Untersetzungsstufe 26 nicht mitdrehen. Ein weiterer Nachteil der schnell drehenden Motoren und Getriebestufen ist eine erhöhte Geräuschentwicklung.
[0050] In Fig. 3 ist eine Antriebseinheit zum Antreiben eines Fahrzeugs dargestellt und allgemein mit 30 bezeichnet.
[0051] Die Antriebseinheit 30 weist die Getriebeeinheit 10 und den elektrischen Antrieb 20 auf.
[0052] Die Getriebeeinheit 10 weist eine Antriebswelle 32 und eine Ausgangswelle 34 auf. Die Antriebswelle 32 ist als Durchgangswelle ausgebildet und bildet die Eingangswelle 32 der Getriebeeinheit 10. Die Ausgangswelle 34 ist als Hohlwelle ausgebildet. Die Antriebswelle 32 und die Ausgangswelle 34 sind koaxial zueinander angeordnet. Die Ausgangswelle 34 ist mit einem Kettenblatt 36 drehfest verbunden, das ein Ausgangsglied der Getriebeeinheit 10 bildet. Die Antriebswelle 32 ist auf gegenüberliegenden Seiten mit den Tretkurbeln 16, 16' verbindbar, um die Antriebswelle 32 anzutreiben.
[0053] An der Antriebswelle 32 ist ein erstes Zahnrad 38 gelagert, das mit einem Zwischenrad 40 in Eingriff steht. Das Zwischenrad 40 steht in Eingriff mit dem Zahnrad 24, das über die Motorwelle 22 mit dem elektrischen Antrieb 20 verbunden ist. Das Zahnrad 24 ist somit über das Zwischenrad 40 und das Zahnrad 38 drehfest mit der Antriebswelle 32 verbunden. Dadurch ist die Antriebswelle 32 durch den elektrischen Antrieb 20 antreibbar.
[0054] Die Getriebeeinheit 10 weist ein erstes Teilgetriebe 42 und ein zweites Teilgetriebe 44 auf. An der Antriebswelle 32 ist eine Mehrzahl von Antriebsrädern 46, 47, 48, 49, 50 gelagert. Die Antriebswelle 32 bildet die Eingangswelle des ersten Teilgetriebes 42. Das erste Teilgetriebe 42 weist eine Vorgelegewelle 52 auf, an der
angetriebene Räder 54, 55, 56, 57, 58 gelagert sind. Die angetriebenen Räder 54 bis 58 sind als Losräder ausgebildet.
[0055] Die angetriebenen Räder 54 bis 58 sind mittels Schaltmitteln 61 mit der Vorgelegewelle 52 verbindbar. Die angetriebenen Räder 54 bis 58 und die Antriebsräder 46 bis 50 bilden Radpaare, die unterschiedliche Übersetzungen aufweisen, so dass durch selektives Verbinden der angetriebenen Räder 54 bis 58 mit der Vorgelegewelle 52 unterschiedliche Gangstufen realisiert werden können.
[0056] Das zweite Teilgetriebe 44 weist eine Eingangswelle 60 und die Ausgangswelle 34 auf. Die Eingangswelle 60 ist einstückig mit der Vorgelegewelle 52 ausgebildet. In einer alternativen Ausführungsform kann die Eingangswelle 60 separat von der Vorgelegewelle 52 ausgebildet sein und über ein Getriebe mit der Vorgelegewelle 52 drehfest verbindbar sein.
[0057] An der Eingangswelle 60 ist ein Zahnrad 62 gelagert. An der Ausgangswelle 35, die sowohl die Ausgangswelle des zweiten Teilgetriebes 44 als auch die Ausgangswelle der Getriebeeinheit 10 bildet, ist ein Zahnrad 64 gelagert. Die Zahnräder 62 und 64 bilden einen Konstantenradsatz und verbinden die Eingangswelle 60 mit der Ausgangswelle 34 drehfest. In einer Ausführungsform der Getriebeeinheit 10 weist das zweite Teilgetriebe 44 eine Mehrzahl von Radpaaren auf, die unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Dabei sind vorzugsweise die Zahnräder, die an der Eingangswelle 60 gelagert sind, als Losräder ausgebildet, so dass durch selektives Verbinden der Zahnräder mit der Eingangswelle 60 unterschiedliche Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 44 realisiert werden können. In einer besonderen Ausführungsform kann dabei das erste Teilgetriebe 42 durch einen Konstantenradsatz gebildet sein.
[0058] Die in Fig. 3 dargestellte Getriebeeinheit 10 weist fünf unterschiedliche Gangstufen auf, die durch die Radpaare des ersten Teilgetriebes 42 realisierbar sind. Da der elektrische Antrieb 20 mit der Antriebswelle 32 drehfest verbindbar ist,
treibt der elektrische Antrieb 20 auf der gleichen Antriebswelle 32 die Getriebeeinheit 10 an, wie der Radfahrer über die Tretkurbeln 16, 16'. Dadurch, dass der elektrische Antrieb 20 vor der Getriebeeinheit 10 mit der Antriebswelle 32 verbunden ist, kann der elektrische Antrieb 20 unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit in einem schmalen Drehzahlbereich betrieben werden mit einer Drehzahl von ca. 70-100 U/min. Der elektrische Antrieb 20 kann somit immer nahe des optimalen Betriebspunktes betrieben werden, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad und eine kompakte Bauweise realisierbar sind. Die Motorwelle 22 des elektrischen Antriebs 20 ist in dieser Ausführungsform parallel zu den Getriebewellen 32, 34, 52, 60 angeordnet. Alternativ zu der parallel versetzten Anordnung des elektrischen Antriebs 20 kann der elektrische Antrieb 20 auch koaxial zu der Antriebswelle 32 angeordnet sein, insbesondere zwischen den Zahnrädern 46 bis 50, wobei die Antriebswelle 32 in dieser Ausführungsform die Motorwelle 22 bildet und somit den Läufer des elektrischen Antriebs 20.
[0059] In einer weiteren Ausführungsform kann das Zahnrad 24 direkt mit dem Zahnrad 38 kämmen. Alternativ kann das Zwischenrad 40 auch als Zugmittel bzw. als Kette ausgebildet sein. Um einen gewünschten Achsabstand zwischen der Motorachse 22 und der Getriebewelle zu erreichen, kann eine Radpaarung aus dem Zahnrad 24 und dem Zwischenrad 40 mit großem Teilkreisdurchmesser verwendet werden.
[0060] In Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform der Antriebseinheit 30 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede erläutert sind.
[0061] An der Antriebswelle 32 sind die Antriebsräder 45 bis 51 gelagert und an der Vorgelegewelle 52 sind die angetriebenen Räder 53 bis 59 gelagert. Die Antriebszahnräder 45 bis 51 bilden mit den angetriebenen Rädern 53 bis 59 Radpaare, die unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Die angetriebenen Räder 53 bis 59 sind als Losräder ausgebildet und mittels Schaltmitteln 61 mit der Vorgelegewelle 52
drehfest verbindbar. die Vorgelegewelle 52 ist als Hohlwelle ausgebildet, in der eine Nockenwelle 66 drehbar gelagert ist. Die Nockenwelle 66 weist unterschiedliche Nocken auf, mittels derer die Schaltmittel 61 der Losräder 53 bis 59 betätigbar sind, um die Losräder 53 bis 59 mit der Vorgelegewelle 52 selektiv drehfest zu verbinden. Die Nockenwelle 66 ist über ein Drehzahlüberlagerungsgetriebe 68 mit der Vorgelegewelle 52 verbunden. Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe 68 ist koaxial zu der Vorgelegewelle 52 angeordnet. Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe ist durch ein erstes Planetengetriebe 70 und ein zweites Planetengetriebe 72 gebildet. Das erste Planetengetriebe 70 weist eine Zugscheibe 74 auf, die mit einem Hohlrad des Planetengetriebes 70 verbunden ist. Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe 68 ist dazu ausgebildet, die Nockenwelle 66 synchron zu der Vorgelegewelle 52 zu rotieren und eine Rotation der Zugscheibe 74 als eine Relativbewegung der Nockenwelle 66 zu der Vorgelegewelle 52 auf die Nockenwelle 66 zu übertragen. Dadurch können die Losräder 53 bis 59 durch die Relativbewegung der Nockenwelle 66 zu der Vorgelegewelle 52 mit der Vorgelegewelle 52 verbunden werden, wodurch selektiv unterschiedliche Gänge bzw. Übersetzungsverhältnisse realisierbar sind. Die Losräder 53 bis 59 sind mittels schaltbarer Freiläufe 61 in einer Antriebsrichtung mit der Vorgelegewelle 52 drehfest verbindbar.
[0062] Das Zahnrad 24 ist über das Zwischenrad 40 mit dem angetriebenen Rad 59 drehfest verbunden. Dadurch kann die Rotation des elektrischen Antriebs 20 auf das angetriebene Rad 59 übertragen werden. Sofern das angetriebene Rad 59 nicht drehfest mit der Vorgelegewelle 52 verbunden ist, treibt das angetriebene Rad 59 das Antriebsrad 51 der Antriebswelle 32 an, so dass ein Moment von dem elektrischen Antrieb 20 auf die Antriebswelle 32 übertragen wird. Dadurch ist der elektrische Antrieb mit der Antriebswelle 32 verbunden und der Getriebeeinheit 10 vorgeschaltet. Eine elektrische Traktion kann somit auf die Antriebswelle 32 übertragen werden.
[0063] Es versteht sich, dass das Zahnrad 24 auch direkt mit dem angetriebenen Rad 59 in Eingriff stehen kann. Es versteht sich, dass der elektrische Antrieb 20 koaxial zu der Antriebswelle 32 angeordnet sein kann. Die Antriebswelle 32 kann mit der Motorwelle 22 einstückig verbunden sein und den Läufer des elektrischen An-
triebs 20 bilden. Der elektrische Antrieb 20 kann auch zwischen den Antriebsrädern 45 bis 51 angeordnet sein. Vorteil der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist es, dass das angetriebene Rad 59 und das Antriebsrad 51 sowohl zum Einleiten der elektrischen Traktion als auch als Radpaar des ersten Teilgetriebes dienen. Weiterhin überlagern sich die Momente des elektrischen Antriebs 20 und des Muskelantriebs durch die drehfeste Verbindung der Antriebswelle 32 mit der Motorwelle 22.
[0064] Die schaltbaren Freiläufe 61 weisen vorzugsweise Schaltklinken auf, die in Innenverzahnungen der Losräder 53-59 greifen, um diese drehfest mit der Vorgelegewelle 52 zu verbinden. Die innen liegende Nockenwelle 66 bewegt die Schaltklinken nach innen, um sie außer Eingriff mit der Innenverzahnung zu bringen. Die Schaltklinken sind mittels einer Feder vorgespannt, die die Schaltklinken nach außen bewegt, um die Schaltklinken mit der Innenverzahnung in Eingriff zu bringen. Beim Schalten ist es bevorzugt, wenn die Schaltklinken von zwei aufeinander folgenden Gangstufen in einem Zwischenzustand gleichzeitig nach radial außen geschwenkt werden. Da die jeweils höhere Gangstufe ein kleineres Übersetzungsverhältnis aufweist, greifen die Schaltklinken des höheren Ganges in die Verzahnung ein und treiben die Vorgelegewelle mit einer Rotationsgeschwindigkeit an, die größer ist als die Rotationsgeschwindigkeit des Losrades des niedrigeren Ganges. Die Schaltklinke des niedrigeren Ganges wechselt dann in den Freilauf, so dass der höhere Gang sofort eingelegt ist. In einem weiteren Schritt wird die Schaltklinke des niedrigeren Ganges betätigt, also nach innen bewegt, um den höheren Gang vollständig einzulegen. Dadurch kann ein Lastschaltgetriebe realisiert werden, wodurch ein Leerlaufzustand vermieden werden und die Sicherheit des Fahrers erhöht werden kann.
[0065] Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform der Antriebseinheit 30, bei der der elektrische Antrieb 20 der Getriebeeinheit 10 vorgeschaltet ist. Es wird Bezug genommen auf die Figuren 3 und 4, wobei gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind und hier lediglich die Unterschiede erläutert sind.
[0066] Das erste Teilgetriebe 42 weist die Antriebsräder 45 bis 50 und die angetriebenen Räder 53 bis 58 auf, die Radpaare mit unterschiedlichen Übersetzungen bilden. Die angetriebenen Räder 53 bis 58 sind als Losräder ausgebildet und mittels der Schaltmittel 61 mit der Vorgelegewelle 52 verbindbar. Die Schaltmittel 61 sind mittels der in der Vorgelegewelle 52 angeordneten Nockenwelle 66 selektiv betätigbar. Die Nockenwelle 66 ist mit dem Drehzahlüberlagerungsgetriebe 68 verbunden, um synchron mit der Vorgelegewelle 52 zu rotieren und zum Umschalten von einer Gangstufe in eine andere relativ zu der Vorgelegewelle 52 rotiert zu werden.
[0067] Das zweite Teilgetriebe 44 weist die Eingangswelle 60 auf, an der Antriebsräder 76, 78 gelagert sind. Die Antriebsräder 76, 78 kämmen mit angetriebenen Rädern 80, 82, die an der Ausgangswelle 34 gelagert sind. Die Antriebsräder 76, 78 sind als Losräder ausgebildet und mittels Schaltmitteln 79 mit der Eingangswelle 60 drehfest verbindbar. Die miteinander kämmenden Antriebsräder 76, 78 und angetriebenen Räder 80, 82 bilden Radpaare, die unterschiedliche Übersetzungen aufweisen. Die Schaltmittel 79, die die Antriebsräder 76, 78 mit der Eingangswelle 60 verbinden, sind selektiv durch eine in der Eingangswelle 60 drehbar gelagerte Nockenwelle 84 betätigbar. Durch das selektive Verbinden der Antriebsräder 76, 78 mit der Eingangswelle 60 werden unterschiedliche Gangstufen des zweiten Teilgetriebes 44 realisiert. Dadurch, dass das erste Teilgetriebe 42 und das zweite Teilgetriebe 44 hintereinander geschaltet sind, multiplizieren sich die Gangstufen der beiden Teilgetriebe 42, 44 zu einer Gesamtganganzahl der Getriebeeinheit 10. In diesem Falle sind zwölf Gangstufen realisiert.
[0068] Die Nockenwelle 84 rotiert wie die Nockenwelle 66 synchron zu der Eingangswelle 60, um einen eingestellten Schaltzustand beizubehalten und wird relativ zu der Eingangswelle 60 rotiert, um den Schaltzustand des zweiten Teilgetriebes 44 zu wechseln. Die Nockenwelle 84 ist über einen Mitnehmer 86 mit der Nockenwelle 66 verbunden. Der Mitnehmer 86 überträgt eine Relativdrehung auf die Nockenwelle 84, wenn der höchste Gang des ersten Teilgetriebes 42 erreicht ist, um von dem in diesem Falle sechsten Gang in den folgenden siebten Gang zu schalten.
Der Mitnehmer 86 rotiert in diesem Fall die Nockenwelle 84 so, dass von dem ersten Gang des zweiten Teilgetriebes 44 in den zweiten Gang geschaltet wird. Gleichzeitig wird durch Rotation der Nockenwelle 66 das erste Teilgetriebe 42 vom sechsten Gang in den ersten Gang geschaltet. Dadurch lassen sich beide Teilgetriebe 42, 44 durch Betätigen der Zugscheibe 74 des Drehzahlüberlagerungsgetriebes 68 schalten.
[0069] Das Zahnrad 24 des elektrischen Antriebs 20 ist über das Zwischenrad 40 drehfest mit dem Antriebsrad 45 verbunden. Dadurch lässt sich eine elektrische Traktion über die Antriebswelle 32 in die Getriebeeinheit 10 einleiten. Vorteil dabei ist es, dass das Antriebsrad 45 sowohl Teil eines Radpaares des ersten Teilgetriebes 42 ist als auch zum Einleiten der elektrischen Traktion des elektrischen Antriebs 20 dient.
[0070] Es versteht sind, dass der elektrische Antrieb auch koaxial zu der Antriebswelle 32 angeordnet sein kann, wobei vorzugsweise die Motorwelle 22 einstückig mit der Antriebswelle 32 ausgebildet ist und den Läufer des elektrischen Antriebs 20 bildet.
[0071] Im Allgemeinen muss beim Einleiten der elektrischen Traktion über die Eingangswelle beim Herunterschalten unter Last der elektrische Antrieb unterbrochen werden, um das Schaltverhalten zu verbessern.
[0072] In Fig. 6 ist die Antriebseinheit 30 dargestellt, bei der die elektrische Traktion des elektrischen Antriebs 20 über die Ausgangswelle 34 in die Getriebeeinheit 10 eingeleitet wird. Die Getriebeeinheit 10 in Fig. 6 ist identisch mit der in Fig. 5 dargestellten Getriebeeinheit 10. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede dargestellt sind.
[0073] Das Zahnrad 24 ist über das Zwischenrad 40 drehfest mit dem angetriebenen Rad 78 verbunden. Dadurch ist über das Zwischenrad 40 und das Radpaar, das durch das Antriebsrad 78 und das angetriebene Rad 82 gebildet ist, eine drehfeste
Verbindung zwischen dem elektrischen Antrieb 20 und der Ausgangswelle 34 gebildet. Das Antriebsrad 78 ist über einen schaltbaren Freilauf 79 mit der Eingangswelle 60 verbindbar, so dass das Antriebsrad 78 auf der Eingangswelle 60 gleitet, sofern die Rotation der Eingangswelle 60 größer ist als die des Antriebsrades 78.
[0074] Die elektrische Traktion über die Ausgangswelle 34 einzuleiten, ist vorteilhaft, da die Getriebeeinheit 10 lediglich die Muskelkraft des Fahrers übertragen muss, wodurch die Dimensionierung des Getriebes in Bezug auf Haltbarkeit und Gewicht reduziert werden kann. Weiterhin ist ein Rekuperationsbetrieb problemlos möglich, da der elektrische Antrieb 20 mit der Ausgangswelle 34 verbunden ist und die Rotation der Ausgangswelle 34 nicht durch die Getriebeeinheit übersetzt wird. Voraussetzung für den Rekuperationsbetrieb ist es jedoch, dass das Kettenblatt 36 drehfest mit der Ausgangswelle 34 verbunden ist. Weiterhin ist es notwendig, dass im Hinterrad kein Freilauf realisiert ist, also dass das Hinterrad mit einem Starrgang ausgebildet ist.
[0075] Weiterhin ist das Schaltverhalten der Getriebeeinheit 10 in diesem Fall verbessert, da die Motorkraft im Kraftfluss nach den schaltbaren Freiläufen 61, 79 eingeleitet wird und somit ohne Leistungsreduktion des Motors geschaltet werden kann.
[0076] In Fig. 6 ist der elektrische Antrieb 20 parallel zu den Getriebewellen angeordnet. Der elektrische Antrieb 20 kann in einer besonderen Ausführungsform auch koaxial zu der Ausgangswelle 34 angeordnet sein. Dabei ist es bevorzugt, wenn die Motorwelle 22 einen Teil der Ausgangswelle 34 bildet und insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet ist.
[0077] In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebseinheit 30 dargestellt. Die Getriebeeinheit 10 entspricht im Wesentlichen der Getriebeeinheit 10, die in Fig. 6 dargestellt ist. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei lediglich die Unterschiede erläutert sind.
[0078] Das Zwischenrad 40 kämmt mit einem Losrad 88, das mittels eines Lagers 90 an der Eingangswelle 60 gelagert ist. Das Losrad 88 ist über eine Kupplung 92 mit dem Antriebsrad 78 verbindbar. Die Kupplung 92 kann als Freilaufkupplung oder als schaltbare Kupplung ausgebildet sein, die in einer oder in beiden Drehrichtungen das Losrad 88 mit dem Antriebsrad 78 drehfest verbindet. Dadurch kann wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 die Traktion des elektrischen Antriebs 20 über das Antriebsrad 78 und das angetriebene Rad 82 auf die Ausgangswelle 34 übertragen werden. Vorteil bei dieser Ausführungsform ist es, dass das Zwischenrad 40 und das Zahnrad 24 von der Getriebeeinheit 18 abkoppelbar sind, so dass diese Zahnräder im reinen Muskelbetrieb nicht permanent mitrotieren. Bei dieser Ausführungsform kann weiterhin auf eine separate Kupplung am bzw. im elektrischen Antrieb 20 verzichtet werden. Die Kupplung 92 kann bspw. über die Nockenwelle 84 in der Welle 60 betätigt werden.
[0079] Im Allgemeinen ist es bei diesem Konzept nachteilig, dass der elektrische Antrieb 20 nicht in einem engen Drehzahlbereich betrieben werde kann, sondern den gesamte Drehzahlbereich abdecken muss.
[0080] Die Kupplung 92 kann im Allgemeinen als schaltbare Kupplung oder schaltbarer Freilauf, insbesondere als Klemmkörperfreilauf, als axiale Freilaufkupplung mit stirnseitiger Verzahnung, als Klinkenfreilauf oder als schaltbare Reibschlusskupplung ausgebildet sein.
[0081] In Fig. 8 ist die Antriebseinheit 30 dargestellt, bei der die elektrische Traktion über die Vorgelegewelle 52 bzw. die Eingangswelle 60 des zweiten Teilgetriebes 44 eingeleitet wird. Die Getriebeeinheit 10 entspricht im Wesentlichen der Getriebeeinheit aus Fig. 5 und 6. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede dargestellt sind.
[0082] An der Eingangswelle 60 des zweiten Teilgetriebes 44 ist ein Freilaufrad 94 gelagert. Das Freilaufrad 94 blockiert in einer Antriebsrichtung des elektri-
sehen Antriebs 20 mit der Eingangswelle 60 und gleitet auf der Eingangswelle 60 in einer entgegengesetzten Drehrichtung. Dadurch wird die elektrische Traktion des elektrischen Antriebs 20 von dem Zahnrad 24 über das Zwischenrad 40 und das Freilaufrad 94 auf die Vorgelegewelle 52 bzw. die Eingangswelle 60 übertragen. Sofern die Eingangswelle 60 schneller rotiert als das Freilaufrad 94, gleitet das Freilaufrad 94 auf der Eingangswelle 60 bzw. gleitet die Eingangswelle 60 unter dem Freilaufrad 94 durch. Der elektrische Antrieb 20 ist somit den Freiläufen 61 des ersten Teilgetriebes 42 nachgeschaltet und den Freiläufen 79 des zweiten Teilgetriebes 44 vorgeschaltet. Dadurch wird vorteilhafterweise die Antriebskraft des elektrischen Antriebs 20 nicht durch das erste Teilgetriebe 42 übertragen, sondern lediglich durch das zweite Teilgetriebe 44, wodurch das erste Teilgetriebe 42 entsprechend geringer dimensioniert werden kann. Dadurch, dass der elektrische Antrieb 20 dem zweiten Teilgetriebe 44 vorgeschaltet ist, kann der Drehzahlbereich des elektrischen Antriebs 20 entsprechend schmaler dimensioniert sein, wodurch die Bauform des elektrischen Antriebs 20 kleiner und leichter dimensioniert sein kann. Im Allgemeinen ist es dabei bevorzugt, wenn die Traktion des elektrischen Antriebs 20 auf die Vorgelegewelle 52 bzw. die Eingangswelle 60 in axialer Richtung möglichst nahe an dem zweiten Teilgetriebe 44 eingeleitet wird. Es ist besonders bevorzugt, wenn die Traktion des elektrischen Antriebs auf die Eingangswelle 60 an einem axialen Ende der Eingangswelle 60, und zwar auf einer der Vorgelegewelle 52 gegenüberliegenden Seite, eingeleitet wird. Dadurch wird die Torsionsbelastung der Vorgelegewelle 52 bzw. der Eingangswelle 60 reduziert, was zu einer längeren Lebensdauer der Welle führt.
[0083] Bei der Rekuperation wird beim Bremsen des Fahrzeugs Energie zurück gewonnen, die zum Laden des Akkumulators 21 oder einer Batterie genutzt werden kann, um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen. Dazu kann ein separater Generator in das System integriert werden, der in der Antriebseinheit 30 verbaut ist oder als externe Komponente an dem Fahrzeug angeordnet ist und separat vergleichbar mit einem Dynamo zugeschaltet werden kann. Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, den elektrischen Antrieb 20 in den Bremsphasen des Fahrzeugs als Generator zu nutzen. Dies ist jedoch lediglich dann möglich, wenn der elektrische Antrieb 20 nach den Freiläufen des zweiten Teilgetriebes 44 angekoppelt ist, da diese
ein Mitdrehen des elektrischen Antriebs 20 während der Roll- bzw. Bremsphasen nicht zulassen, sondern in den Freilauf wechseln. Eine derartige Rekuperation mittels des elektrischen Antriebs 20 ist somit möglich, wenn die Motorwelle 22 mit der Ausgangswelle 34 drehfest verbunden ist oder wenn die Motorwelle 22 mit der Eingangswelle 60 bzw. der Vorgelegewelle 52 drehfest verbindbar ist und das zweite Teilgetriebe 44 als Konstantenradsatz ausgebildet ist. Weiter ist es notwendig für den Rekuperationsbetrieb, dass die Ausgangswelle 34 im Ausrollen oder beim Bremsen angetrieben wird, d.h. das Fahrrad muss eine starre bzw. schaltbare Hinterradnabe aufweisen, so dass die Kette bzw. die Ausgangswelle 34 im Schubbetrieb mitläuft.
[0084] Wie oben beschrieben, ist zwischen dem elektrischen Antrieb 20 und der Getriebeeinheit 10 vorzugsweise die Kupplung 28 angeordnet, damit das Fahrzeug mit reinem Muskelkraftantrieb angetrieben werden kann, ohne dass der Motor mitdreht. Im Falle der Rekuperation muss die Kupplung 28 das Drehmoment, also das Bremsmoment, in die entgegengesetzte Drehrichtung übertragen, so dass eine einfache Freilaufkupplung für den Rekuperationsbetrieb ungeeignet ist. In einer Variante der Antriebseinheit 30 ist daher die Kupplung 28 als schaltbare Kupplung ausgebildet, die während der Antriebs bzw. Bremsphase des Motors eingeschaltet bzw. drehfest verbunden ist und in den Phasen des Muskelkraftbetriebs geöffnet ist.
[0085] Bei dem Freilaufrad 94 gemäß Fig. 8 ist demnach eine Rekuperation ohne weitere Maßnahmen nicht möglich.
[0086] In Fig. 9 ist eine Ausführungsform der Antriebseinheit 30 mit schaltbarem Freilaufrad schematisch dargestellt. Die Getriebeeinheit 10 ist im Wesentlichen identisch mit der Getriebeeinheit 10 aus Fig. 8. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede erläutert sind.
[0087] An der Eingangswelle 60 ist anstelle des Freilaufrads 94 ein Schaltrad 96 gelagert. Das Schaltrad 96 ist als Losrad ausgebildet und mittels Sperrklinken 99
mit der Eingangswelle 60 drehfest verbindbar. Die Sperrklinken 99 sind derart ausgebildet, dass sie das Schaltrad 96 in einer Richtung mit der Eingangswelle 60 drehfest verbinden und in einer entgegengesetzten Richtung in den Freilauf schalten. Das Schaltrad 96 weist die Sperrklinken 99 auf, die in Antriebsrichtung das Schaltrad 96 mit der Eingangswelle 60 drehfest verbinden, und weitere Sperrklinken 101, die das Schaltrad 96 in der entgegengesetzten Drehrichtung mit der Eingangswelle 60 drehfest verbinden. Die Sperrklinken 99, 101 sind durch eine Nockenwelle 98 selektiv betätigbar. Die Nockenwelle 98 ist mit einem Drehzahlüberlagerungsgetriebe 100 verbunden, das dazu ausgebildet ist, die Nockenwelle 98 synchron zu der Eingangswelle 60 zu rotieren und auf eine Betätigung des Drehzahlüberlagerungsgetriebes 100 relativ zu der Eingangswelle 60 zu rotieren. Durch die relative Rotation der Nockenwelle 98 werden die Sperrklinken 99, 101 selektiv betätigt, so dass die entsprechende Sperrrichtung des Schaltrads 96 gewechselt werden kann. Dadurch können entweder die in der ersten Richtung oder die in der entgegengesetzten Richtung angeordneten Schaltklinken 99, 101 geschaltet werden. So kann zwischen einem Antriebsbetrieb, bei dem Traktion von dem elektrischen Antrieb 20 in die Getriebeeinheit 10 eingeleitet wird, in einen Rekuperationsbetrieb umgeschaltet werden, bei dem im Schubbetrieb Drehmoment auf den elektrischen Antrieb 20 übertragen und entsprechend in elektrische Energie umgewandelt wird. Alternativ wird lediglich die Schaltklinke 101 zur Rekuperation durch die Nockenwelle 98 betätigt, wobei die Schaltklinke 99 immer ausgeschwenkt bleibt und im Antriebsbetrieb die Eingangswelle 60 mit dem Schaltrad 96 drehfest verbindet und im Rekuperationsbetrieb in den Freilauf schaltet.
[0088] Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe 100 ist baugleich mit dem Drehzahlüberlagerungsgetriebe 68. Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe 100 weist ein erstes Planetengetriebe 102 auf, dessen Sonnenrad mit der Nockenwelle 98 verbunden ist und dessen Hohlrad mit einer Zugscheibe 104 verbunden ist. Der Planetenträger des Planetengetriebes 102 ist mit einem Planetenträger eines zweiten Planetengetriebes 106 verbunden, dessen Sonnenrad mit der Eingangswelle 60 verbunden ist und dessen Hohlrad gehäusefest gelagert ist.
[0089] Durch Rotation der Zugscheibe 104 wird die Nockenwelle 98 relativ zu der Eingangswelle 60 rotiert, so dass die Sperrklinken 99, 101 des Schaltrades 96 umgeschaltet werden. Dadurch ist die Sperrrichtung des Schaltrades 96 umkehrbar, wodurch vom elektrischen Antrieb in den Rekuperationsbetrieb umgeschaltet werden kann. Die Zugscheibe 104 wird vorzugsweise mittels eines Bowdenzuges betätigt. Die Zugscheibe 104 ist in einer bevorzugten Ausführungsform mit einem Bowdenzug der Bremsanlage des Fahrzeugs verbunden, so dass die Antriebseinheit 30 bei jedem Bremsvorgang in den Rekuperatonsbetrieb umgeschaltet wird.
[0090] Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe 100 kann in einer alternativen Ausführungsform mit einem Aktuator verbunden sein, der in einen Regelkreis des Fahrzeugs eingebunden ist. Dabei kann der Aktuator als Elektromotor ausgebildet sein, der mit der außenverzahnten Zugscheibe 104 verbunden ist. So kann automatisch zwischen Fahrbetrieb und Rekuperationsbetrieb umgeschaltet werden. Der Regelkreis des Fahrzeugs erkennt dabei vorzugsweise automatisch, ob sich das Fahrzeug im Schubbetrieb befindet. Das Drehzahlüberlagerungsgetriebe 100 kann auch durch einen entsprechenden Aktuator ersetzt werden, der sowohl mit der Eingangswelle 60 als auch mit der Nockenwelle 98 verbunden ist.
[0091] In einer alternativen Ausführungsform kann das Schaltrad 96 in identischer Form an der Ausgangswelle 34 gelagert sein.
[0092] Bei Einleiten der elektrischen Traktion über die Vorgelegewelle 52 oder die Eingangswelle 60 des zweiten Teilgetriebes 44 wird zum Schalten des zweiten Teilgetriebes 44 der elektrische Antrieb unterbrochen.
[0093] In Fig. 10 ist eine alternative Ausführungsform der Antriebseinheit 30 aus Fig. 8 und 9 schematisch dargestellt, bei der die Motorwelle 22 des elektrischen Antriebs 20 orthogonal zu den Getriebewellen angeordnet ist. Die Getriebeeinheit 10 ist dabei im Wesentlichen identisch mit der Getriebeeinheit aus Fig. 8 und
9. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede erläutert sind.
[0094] Anstelle des Freilaufrades 94 ist bei der Antriebseinheit 30 in Fig. 10 ein Kronenrad 108 mit der Eingangswelle 60 verbunden. Das Kronenrad 108 ist mit dem Zwischenrad 40 drehfest verbunden, das um eine Achse orthogonal zu den Getriebewellen rotiert. Das Zwischenrad 40 ist mit dem Zahnrad 24 des elektrischen Antriebs 20 verbunden, wobei die Motorwelle 22 orthogonal zu den Getriebewellen ausgerichtet ist. Durch die orthogonale Anordnung der Motorwelle 22 kann der elektrische Antrieb 20 in einem Rohr des Rahmens 12 eingebaut werden, wodurch der elektrische Antrieb 20 platzsparend in dem Rahmen 12 eingebaut werden kann. Das Kronenrad 108 kann drehfest mit der Eingangswelle 60 verbunden sein.
[0095] In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Kronenrad 108 mittels einer Freilaufkupplung mit der Eingangswelle 60 verbindbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Kronenrad 108 als Schaltrad ausgebildet und selektiv in beide Drehrichtungen mit der Eingangswelle 60 verbindbar, wie es in Bezug auf das Schaltrad 96 zu Fig. 9 im Detail beschrieben ist.
[0096] In Fig. 11 ist eine weitere Ausführungsform der Antriebseinheit 30 schematisch dargestellt, bei der die Motorwelle 22 orthogonal zu den Getriebewellen ausgerichtet ist und die elektrische Traktion über die Ausgangswelle 34 in die Getriebeeinheit 10 eingeleitet wird. Die Getriebeeinheit 10 ist im Wesentlichen identisch mit der in Fig. 6 dargestellten Getriebeeinheit 30. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Unterschiede erläutert sind.
[0097] Das Antriebsrad 76 des zweiten Teilgetriebes 44 ist über eine Kegelradpaarung 110 mit der Motorwelle 22 drehfest verbunden. Die Kegelradpaarung 110 weist ein Kegelrad 112 auf, das drehfest mit der Motorwelle 22 verbunden ist, und einen Kegelradabschnitt 114, der drehfest mit dem Antriebsrad 76 verbunden ist. Durch die Kegelradpaarung 110 ist das Antriebsrad 76 mit der Motorwelle 22 verbun-
den, die orthogonal zu den Getriebewellen angeordnet ist. Dadurch kann wie bei der Ausführungsform aus Fig. 10 der elektrische Antrieb 20 in einem Rohr des Rahmens 12, z.B. im Unterrohr oder im Sattelrohr, verbaut werden.
[0098] Zusätzlich zu der kompakten Bauform des Fahrrades ist der elektrische Antrieb 20 bei der Unterbringung in einem Rahmenrohr vor Stößen und Witterungseinflüssen geschützt und das Erscheinungsbild des Fahrrades wird kompakter und sportlicher, da der elektrische Antrieb 20 von außen nicht sichtbar ist.
[0099] In Fig. 12 ist das Antriebsrad 78 in einer schematischen Schnittansicht in axialer Blickrichtung mit den Sperrklinken 99, 101 gezeigt.
[0100] Das Antriebsrad 78 weist eine Innenverzahnung 116 auf, in die die Sperrklinken 99, 101 eingreifen können, um das Antriebsrad 78 mit der Eingangswelle 60 in der entsprechenden Drehrichtung drehfest zu verbinden. Dabei ist die Sperrklinke 99 so ausgerichtet, dass sie das Antriebsrad 78 in Antriebsrichtung der elektrischen Maschine 20 drehfest mit der Eingangswelle 60 verbindet. Die Sperrklinke 101 ist so ausgerichtet, dass sie das Antriebsrad in der entgegengesetzten Richtung, der Rekuperationsrichtung, drehfest mit der Eingangswelle 60 verbindet. Die Sperrklinke 101 ist an der Eingangswelle 60 schwenkbar gelagert und weist einen inneren Abschnitt 118 und einen äußeren Abschnitt 120 auf. Der innere Abschnitt 118 ist von der Nockenwelle 98 derart betätigbar, dass der in die Innenverzahnung 116 eingreifende äußere Anschnitt 120 nach innen geschwenkt wird, um die Sperrklinke 101 außer Eingriff der Innenverzahnung 116 zu bringen. Um die Sperrklinke 101 mit der Innenverzahnung 116 in Eingriff zu bringen weist die Nockenwelle 98 eine Ausnehmung 122 auf, in die der innere Abschnitt 118 der federnd vorgespannten Sperrklinke 101 nach innen einschwenkt. Dadurch schwenkt der äußere Abschnitt 120 nach außen und greift in die Innenverzahnung 116, wodurch die Eingangswelle 60 mit dem Antriebsrad 78 in Rekuperationsrichtung drehfest verbunden wird. Die Sperrklinke 99 für die Antriebsrichtung wird in dieser Ausführungsform durch die Nockenwelle 98 nicht betätigt und läuft im Rekuperationsbetrieb im Freilauf mit und
verbindet das Antriebsrad 78 mit der Eingangswelle 60 in Antriebsrichtung drehfest. Alternativ können die Sperrklinken 99, 101 abwechselnd von der Nockenwelle 98 betätigt werden, sodass entweder die Sperrklinke 99 oder die Sperrklinke 101 ausgeschwenkt ist.
[0101] Durch die in Fig. 12 dargestellten Sperrklinken 99, 101 ist durch Rotation der Nockenwelle 98 ein Umschalten in den Rekuperationsbetrieb möglich.
Claims
1. Antriebseinheit (30) für ein mit Muskelkraft angetriebenes Fahrzeug, mit einer ersten Welle (52, 60), an der eine Mehrzahl von Zahnrädern (53 - 59, 62, 76, 78) gelagert ist, und einer zweiten Welle (32, 34), an der eine entsprechende Mehrzahl von Zahnrädern (45 - 51, 64, 80, 82) gelagert ist, die mit den Zahnrädern (53 - 59, 62, 76, 78) der ersten Welle (52, 60) kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Getriebewellen (32, 34, 52, 60) mit einer Motorwelle (22) einer elektrischen Maschine (20) verbunden oder verbindbar ist, um ein Drehmoment in das Getriebe (10) ein- oder aus dem Getriebe (10) auszukoppeln.
2. Antriebseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (30) eine Antriebswelle (32) und eine Ausgangswelle (34) aufweist, wobei die erste Welle (52, 60) als Vorgelegewelle (52, 60) ausgebildet ist und die zweite Welle (32, 34) die Ausgangswelle (34) oder die Eingangswelle (32) bildet, wobei die an der Vorgelegewelle (52, 60) gelagerten Zahnräder (53-59, 62, 76, 78) jeweils mit einem Zahnrad (45-51, 64, 80, 82) kämmen, das an der Antriebswelle (32) oder der Ausgangswelle (34) gelagert ist.
3. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle die Antriebswelle (32) ist.
4. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle die Vorgelegewelle (52, 60) ist.
5. Antriebseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebewelle die Ausgangswelle (34) ist.
6. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (32) eine Mehrzahl von Zahnrädern (45 - 51) gela- gert ist, die mit Zahnrädern (53 - 59) der Vorgelegewelle (52, 60) ein Teilgetriebe (42) bilden, wobei die Zahnräder (53 - 59) der Vorgelegewelle (52, 60) als Losräder ausgebildet sind, die mittels Schaltmitteln (61) mit der Vorgelegewelle (52, 60) drehfest verbindbar sind.
7. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Ausgangswelle (34) eine Mehrzahl von Zahnrädern (64, 80, 82) gelagert ist, die mit Zahnrädern (62, 76, 78) der Vorgelegewelle (52, 60) ein Teilgetriebe (44) bilden, wobei die Zahnräder (62, 76, 78) der Vorgelegewelle (52, 60) als Losräder ausgebildet sind und mittels Schaltmitteln (79) mit der Vorgelegewelle (60) drehfest verbindbar sind.
8. Antriebseinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltmittel (61, 79) schaltbare Freiläufe (61) aufweisen, die mittels einer in der als Hohlwelle ausgebildeten Vorgelegewelle (52, 60) gelagerten Nockenwelle (66, 84) betätigbar sind.
9. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (20) über ein Untersetzungsgetriebe (26) mit der jeweiligen Getriebewelle (32, 34, 52, 60) verbindbar ist.
10. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (20) mittels einer Kupplung (28), insbesondere einer Schaltkupplung oder eines schaltbaren Freilaufs mit der jeweiligen Getriebewelle (32, 34, 52, 60) verbindbar ist.
11. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (22) der elektrischen Maschine (20) mit einem der Zahnräder (45-51, 53-59, 62, 64, 76, 78, 80, 82) der Getriebewellen (32, 34, 52, 60) drehfest verbindbar ist.
12. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (22) mittels eines Schaltrades (94, 96), das an einer der Getriebewellen (34, 52, 60) gelagert ist, wenigstens in einer Drehrichtung drehfest mit der Getriebewelle (34, 52, 60) verbindbar ist.
13. Antriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (94, 96) mittels eines Freilaufs (99), insbesondere eines schaltbaren Freilaufs (99), in einer Antriebsrichtung mit der Getriebewelle (34, 62, 60) verbindbar ist.
14. Antriebseinheit nach einem der Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltrad (94, 96) mittels eines schaltbaren Freilaufs (101) in einer der Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung drehfest mit der Getriebewelle (34, 52, 60) verbindbar ist.
15. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbaren Freiläufe (99, 101) mittels einer in der Getriebewelle (34, 52, 60) angeordneten Nockenwelle (98) betätigbar sind.
16. Antriebseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle (98) zum Schalten der Freiläufe (99, 101) relativ zu der Getriebewelle (34, 52, 60) rotierbar ist, wobei die Nockenwelle (98) mittels eines Drehzahlüberlagerungsgetriebes (100), insbesondere mittels zweier Planetengetriebe (102, 106), relativ zu der Getriebewelle (34, 52, 60) rotierbar ist.
17. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (22) der elektrischen Maschine (20) parallel zu den Getriebewellen (32, 34, 52, 60) angeordnet ist.
18. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (22) der elektrischen Maschine (20) in einem Winkel von 90° zu den Getriebewellen (32, 34, 52, 60) angeordnet ist.
19. Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (22) der elektrischen Maschine (20) einstückig mit einer der Getriebewellen (32, 34, 52, 60) ausgebildet ist.
20. Fahrrad (12) mit einer Antriebseinheit (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
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