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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
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Aus der
US 2013/012350 A1 geht ein Radnabenantrieb für ein Kraftfahrzeug hervor, mit einem Elektromotor, der mit einem Eingangselement eines Getriebes antriebswirksam verbunden ist. Das Getriebe weist ein Ausgangselement auf, das mit einem Wellenabschnitt verbunden ist, durch den ein Rad des Kraftfahrzeugs antreibbar ist. Ein Sensor ist zur Drehzahlüberwachung des Antriebs vorgesehen, der ein drehfest angeordnetes Sensorelement und ein drehbares Sensorelement umfasst, wobei das drehbare Sensorelement drehfest mit dem Ausgangselement verbunden ist.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem frei bzw. stufenlos einstellbaren Getriebe mit reduzierten, vom Benutzer haptisch wahrnehmbaren Drehmomentschwankungen bereitzustellen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Gemäß einem ersten Erfindungsaspekt umfasst eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad eine Antriebsanordnung mit einer in Form einer im Kurbelhub verstellbaren Kurbelwelle mit mehreren Einzelkurbeln, eine Abtriebsanordnung mit einer mit einem Abtriebsrad wirkverbundenen Ausgangswelle sowie ein die Kurbelwelle und die Ausgangswelle wirkverbindendes Kurbel-CVT-Getriebe mit einer Verstellvorrichtung zur Einstellung einer Exzentrizität von mit den Einzelkurbeln wirkverbundenen Exzentern des Kurbel-CVT-Getriebes, wobei an einer Eingangsseite des Kurbel-CVT-Getriebes und/oder an einer Ausgangsseite des Kurbel-CVT-Getriebes ein Torsionsschwingungsdämpfer wirksam angeordnet ist.
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Die Begriffe „Eingangsseite“ und „Ausgangsseite“ beziehen sich auf den Leistungsfluss der Antriebsvorrichtung bei einer Vorwärtsfahrt bzw. im Normalbetrieb des Fahrrades. Als Eingangsseite des Kurbel-CVT-Getriebes ist demnach die der Antriebsanordnung bzw. der Kurbelwelle bzw. der Tretkurbelwelle zugewandte Seite des Kurbel-CVT-Getriebes zu verstehen. Entsprechend ist die Ausgangsseite die der Abtriebsanordnung bzw. der Ausgangswelle zugewandte Seite des Kurbel-CVT-Getriebes. Mithin ist ein eingangsseitiger Torsionsschwingungsdämpfer im Normalbetrieb der Antriebsvorrichtung, die einer Vorwärtsfahrt des Fahrrades entspricht, im Leistungsfluss vor dem Kurbel-CVT-Getriebe angeordnet, wohingegen ein ausgangsseitiger Torsionsschwingungsdämpfer im Leistungsfluss hinter dem Kurbel-CVT-Getriebe angeordnet ist. „Wirksam angeordnet“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Torsionsschwingungsdämpfer im Leistungsfluss angeordnet und somit mit dem Kurbel-CVT-Getriebe sowie den weiteren Antriebskomponenten der Antriebsvorrichtung wirkverbunden ist.
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Der Torsionsschwingungsdämpfer ist dazu vorgesehen, antriebsseitige Torsionsschwingungen oder abtriebsseitige Torsionsschwingungen zu reduzieren oder zu eliminieren, die während des Betriebs des Fahrrads auftreten können. Insbesondere können aus dem Kurbel-CVT-Getriebe resultierende Drehmomentschwankungen ausgeglichen bzw. kompensiert werden. Durch Reduzierung von Torsionsschwingungen kann das Fahrgefühl für den Fahrradfahrer verbessert werden, da er die Ungleichförmigkeiten des Kurbel-CVT-Getriebes weniger oder gar nicht spürt. Neben einer Verbesserung der Haptik können dadurch auch die akustischen Eigenschaften der Antriebsvorrichtung verbessert werden.
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Es ist bevorzugt, wenn sowohl an der Eingangsseite des Kurbel-CVT-Getriebes ein erster Torsionsschwingungsdämpfer als auch an einer Ausgangsseite des Kurbel-CVT-Getriebes ein zweiter Torsionsschwingungsdämpfer wirksam angeordnet ist. Nach einem Ausführungsbeispiel ist der jeweilige Torsionsschwingungsdämpfer als Bogenfederdämpfer ausgebildet. Der Bogenfederdämpfer zeichnet sich durch eine hohe Dämpfungsrate, insbesondere bei höheren Umdrehungszahlen, die oft auch mit härteren Torsionsschwingungen einhergehen, aus. Außerdem sind Bogenfederdämpfer verhältnismäßig kompakt und weisen ein relativ geringes Gewicht auf. Bogenfedern des Bogenfederdämpfers können in entsprechenden Aufnahmeräumen angeordnet sein. Mehrere Bogenfedern können über den Umfang verteilt an einem Bauteil angeordnet sein und so den Bogenfederdämpfer bilden.
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Die Antriebsanordnung, die Abtriebsanordnung sowie das Kurbel-CVT-Getriebe sind bevorzugt in einem separaten, abgedichteten Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist dazu eingerichtet, an einem Rahmen des Fahrrades angeordnet zu sein. Vorzugsweise ist das Gehäuse dazu ausgebildet, über Verschraubungen mit einem Fahrradrahmen starr verbunden zu sein. Alternativ kann das Gehäuse integraler Bestandteil des Fahrradrahmens sein. Das Kurbel-CVT-Getriebe, die Antriebsanordnung und die Abtriebsanordnung sind in dem Gehäuse integriert, wobei der Getriebeeingang in Form der im Kurbelhub verstellbaren Kurbelwelle mit einer Mehrzahl von auf einer gemeinsamen Drehachse angeordneten Einzelkurbeln, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, am Gehäuse drehbar gelagert und gegebenenfalls herausgeführt ist.
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Die Antriebsanordnung bildet den Eingang des Kurbel-CVT-Getriebes, wobei über die Antriebsanordnung eine Antriebsleistung, das heißt eine Drehzahl und/oder ein Drehmoment, auf das Kurbel-CVT-Getriebe übertragen wird. Die Antriebsanordnung umfasst eine Eingangswelle, die mit den Exzentern sowie der Verstelleinrichtung wirkverbunden ist. Die Eingangswelle wird durch die Kurbelwelle gebildet.
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Die Abtriebsanordnung bildet den Ausgang des Kurbel-CVT-Getriebes, wobei eine mittels des Kurbel-CVT-Getriebes und in Abhängigkeit der eingestellten Exzentrizität der Exzenter stufenlos gewandelte Antriebsleistung über die Abtriebsanordnung aus dem Kurbel-CVT-Getriebe herausgeführt wird, um wenigstens ein Rad des Fahrrades anzutreiben. Die Abtriebsanordnung umfasst zumindest die Ausgangswelle als Abtriebsteil des Kurbel-CVT-Getriebes. Das Abtriebsrad kann ebenfalls Teil der Abtriebsanordnung sein. Das Abtriebsrad leitet die gewandelte Antriebsleistung, insbesondere ein Antriebsmoment, beispielsweise über einen Zugmitteltrieb an das anzutreibende Rad des Fahrrades, insbesondere das Hinterrad, weiter. Das Abtriebsrad ist je nach Ausgestaltung der Leistungsübertragung an das anzutreibende Rad ausgebildet. Beispielsweise ist das Abtriebsrad ein Kettenrad, wenn der Zugmitteltrieb ein Kettentrieb ist.
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Die Verstellung des Kurbelhubs jeder Einzelkurbel kann über eine Exzenterverstellung in Form der Verstellvorrichtung von einer minimalen Exzentrizität bis zu einer maximalen Exzentrizität für alle Einzelkurbeln gemeinsam und gleichmäßig erfolgen. Die minimale Exzentrizität kann prinzipbedingt Null betragen, entspricht jedoch bei der Fahrradanwendung vorzugsweise einem Wert, der für eine Anfahrübersetzung sinnvoll ist.
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Vorzugsweise ist mindestens ein pleuelartiges Verbindungselement mit dem jeweiligen Exzenter des Kurbel-CVT-Getriebes verbunden, wobei das Verbindungselement über einen Freilauf ein Drehmoment an die Ausgangswelle überträgt. Wenn das jeweilige Verbindungselement die Ausgangswelle in Antriebsrichtung überholt, sperrt der Freilauf, so dass ein Drehmoment an die Ausgangswelle übertragen werden kann, während der Freilauf frei läuft, das heißt nicht sperrt, wenn die Ausgangswelle das Verbindungselement in Antriebsrichtung überholt.
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Das Kurbel-CVT-Getriebe („CVT“ steht für „Continuously Variable Transmission“, also im Deutschen „stufenloses Getriebe“) umfasst mehrere in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Freiläufe, die zusammen eine Freilaufeinrichtung bilden. Entsprechend weist das Kurbel-CVT-Getriebe mehrere in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Exzenter, Verbindungselemente und Freiläufe auf. Je ein Exzenter, ein Verbindungselement und ein Freilauf bilden ein Kurbel-CVT-Modul des Kurbel-CVT-Getriebes. Denkbar ist auch, dass ein Exzenter sowie je zwei Verbindungselemente und zwei Freiläufe ein Kurbel-CVT-Modul des Kurbel-CVT-Getriebes bilden. Vorzugsweise weist das Kurbel-CVT-Getriebe zwischen zwei und zwölf, bevorzugt zwischen drei und acht, besonders bevorzugt zwischen drei und fünf Kurbel-CVT-Module auf. Dadurch kann die systembedingte Drehungleichförmigkeit verringert werden und das Fahrerlebnis für den Benutzer verbessert werden.
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Nach einem Ausführungsbeispiel weist die Verstellvorrichtung eine Verstellwelle auf, die mit der Kurbelwelle wirkverbunden und konzentrisch dazu angeordnet ist, wobei die Verstellwelle eine Außenverzahnung aufweist, die mit einer Innenverzahnung der Exzenter in Eingriff steht, wobei die jeweilige Einzelkurbel dazu ausgebildet ist, durch eine Relativwinkeländerung der Verstellwelle relativ zur Kurbelwelle eine Einstellung der Exzentrizität der Exzenter zu bewirken. Die Verstellwelle und die Kurbelwelle sind ineinander geschachtelt angeordnet, wobei die Verstellwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht werden kann, sodass infolge einer Rotation der Einzelkurbeln eine Exzentrizität aller Exzenter gleichmäßig einstellbar ist. Die Verstellwelle ist bevorzugt durch die Kurbelwelle axial hindurchgeführt. Die Verstellwelle ist dazu konzentrisch zur Kurbelwelle angeordnet.
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Die Verstellvorrichtung ist ferner bevorzugt manuell oder elektromechanisch betätigbar. Demnach kann die Übersetzungsverstellung elektromechanisch, beispielsweise über einen Verstellmotor, erfolgen, welcher die Verstellwelle relativ zur Kurbelwelle verdreht. Der Verstellmotor kann als Aktuator direkt oder über eine Übersetzungsstufe mit der Verstellwelle wirkverbunden sein. Die Übersetzungsstufe kann die Drehzahl des Verstellmotors ausgangsseitig reduzieren, da für den gesamten Übersetzungsbereich nur etwa eine Umdrehung der Verstellwelle notwendig ist. Die Übersetzungsstufe kann als Planetenradstufe ausgebildet sein. Der Verstellmotor kann eine elektrische Maschine sein, die dazu eingerichtet, eine Antriebsleistung auf die Verstellwelle zu übertragen. Der Verstellmotor kann mit einer Steuerung signalübertragend verbunden sein, die einen Eingangsbefehl, der beispielsweise vom Benutzer manuell eingegeben wurde, in ein Steuersignal zur Steuerung der Verstelleinrichtung umwandelt und dieses Steuersignal an den Verstellmotor übermittelt.
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Zur manuellen Betätigung der Verstellvorrichtung kann beispielsweise ein Bowdenzug mit der Verstellwelle wirkverbunden sein, um die Relativwinkeländerung zwischen der Verstellwelle und der Kurbelwelle zu bewirken. Eine manuelle Betätigung der Verstellvorrichtung bzw. der Verstellwelle ist vorteilhaft für ein rein mit Muskelkraft antreibbares Fahrrad, das ohne zusätzlichen Motor angetrieben wird. Der Bowdenzug kann am Lenker des Fahrrades über einen entsprechenden Betätigungsmechanismus mit einem Finger des Benutzer betätigt werden.
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Nach einem Ausführungsbeispiel ist die Kurbelwelle mit einer ersten elektrischen Maschine wirkverbunden. Demnach erfolgt der Antrieb des Fahrrades zumindest teilweise mittels der ersten elektrischen Maschine. Die erste elektrische Maschine ist dazu eingerichtet, eine Antriebsleistung auf die Kurbelwelle zu übertragen. Die erste elektrische Maschine kann eine Antriebswelle aufweisen, die drehfest, insbesondere einteilig, mit der Kurbelwelle verbunden ist.
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Um die Drehzahlen und Drehmomente von mit Muskelkraft angetriebenen Tretkurbelwelle und der von der ersten elektrischen Maschine angetriebenen Kurbelwelle anzugleichen, ist zwischen der Tretkurbelwelle und der Kurbelwelle eine Übersetzungsstufe vorgesehen. In diesem Sinn ist die Tretkurbelwelle über eine Übersetzungsstufe mit der Kurbelwelle wirkverbunden. Die Tretkurbelwelle ist achsparallel zur Kurbelwelle angeordnet.
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Unter „wirkverbunden“ ist zu verstehen, dass zwischen zwei Bauteilen oder Elementen weitere Bauteile oder Elemente, beispielsweise eine Welle, eine Kette, ein Riemen oder Zahnräder angeordnet sein können.
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Die Übersetzungsstufe ist bevorzugt als Stirnradstufe ausgebildet. Dadurch kann zum einen ein Achsabstand zwischen der Tretkurbelwelle und der Kurbelwelle überbrückt werden. Ferner kann eine gewünschte Vorübersetzung realisiert werden. Die Übersetzungsstufe kann eine starre Übersetzung zwischen 1:5 und 1:100, bevorzugt zwischen 1:10 und 1:70, besonders bevorzugt zwischen 1:20 und 1:40 realisieren. Die Übersetzungsstufe realisiert insbesondere eine Übersetzung ins Schnelle.
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Es ist bevorzugt, dass die Übersetzungsstufe so ausgelegt ist, dass ein Drehsinn der Tretkurbelwelle einem Drehsinn der Kurbelwelle entspricht. In diesem Sinn kann die Übersetzungsstufe eine Zwischenwelle mit drehfest daran angeordneten Zahnrädern aufweisen. Mithin kann die Übersetzungsstufe als zweistufige Stirnradstufe ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist der eingangsseitige Torsionsschwingungsdämpfer in einem Zahnrad der Übersetzungsstufe, insbesondere der Stirnradstufe, integriert. Insbesondere ist der Torsionsschwingungsdämpfer in einem solchen Zahnrad integriert, welches den Torsionsschwingungsdämpfer im Wesentlichen bauraumneutral aufnehmen kann.
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Vorzugsweise ist die Tretkurbelwelle koaxial zur Ausgangswelle angeordnet. Die Ausgangswelle kann als Hohlwelle ausgebildet sein, an der das Abtriebsrad drehfest angeordnet ist. Die Tretkurbelwelle ist bevorzugt durch die Ausgangswelle axial hindurchgeführt. Damit kann die gewohnte optische Erscheinung des Fahrrades gewährleistet werden, bei dem das Abtriebsrad, insbesondere das Kettenrad, koaxial zur Tretkurbelwelle angeordnet ist.
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Bevorzugt ist der ausgangsseitige Torsionsschwingungsdämpfer in der Ausgangswelle integriert. Die Ausgangswelle kann eine Art Käfig bilden oder umfassen, der zur Aufnahme von Elementen des Torsionsschwingungsdämpfer vorgesehen ist. Demnach kann die Ausgangswelle mehrteilig ausgebildet sein, um den Torsionsschwingungsdämpfer in entsprechenden Aufnahmeräumen aufzunehmen.
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Gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt umfasst ein Fahrrad eine Antriebsvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Das Fahrrad kann rein mit Muskelkraft eines Benutzers bzw. Fahrradfahrers antreibbar sind. Alternativ kann das Fahrrad ein Elektrofahrrad, Pedelec oder E-Bike sein, wobei ein Antrieb des Fahrrads durch wenigstens eine elektrische Maschine unterstützt oder ausgeführt werden kann. Dabei wird eine Antriebsleistung des Benutzers durch die elektrische Maschine in der Regel nach Maßgabe eines Fahrerwunsches sowie eines vom Benutzer eingespeisten Drehmoments unterstützt. Unter einem Fahrrad ist also nicht nur ein ausschließlich mit Muskelkraft antreibbares Fahrrad ohne Motor zu verstehen, sondern auch ein Fahrrad mit zusätzlichem Antrieb. Insbesondere sind unter einem Fahrrad auch Lastenräder mit mehr als zwei Rädern, insbesondere mit drei oder vier Rädern, zu verstehen.
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Die genannte Antriebsvorrichtung kann als eine Art Mittelantrieb im Bereich der Tretkurbelwelle angeordnet sein. Vorzugsweise ist das genannte Gehäuse der Antriebsvorrichtung zwischen einem Sattelrohr und einem Unterrohr des Rahmens angeordnet. Das Gehäuse kann integraler Bestandteil des Fahrradrahmens oder mit dem Fahrradrahmen verschraubt sein.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt
- 1 eine stark schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung gemäß 1.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Fahrrad 1 stark vereinfacht. Das Fahrrad 1 weist einen Rahmen 20 auf, an dem ein als Vorderrad ausgebildetes lenkbares erstes Rad 21 sowie ein als Antriebsrad bzw. Hinterrad ausgebildetes zweites Rad 22. Das erste Rad 21 ist vom Benutzer über einem Lenker 23, an der sich der Benutzer über Lenkergriffe während der Fahrt abstützen und festhalten kann, manuell verschwenkbar, wobei der Lenker 23 über eine Gabel 24 mit dem ersten Rad 21 verbunden ist.
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Zwischen einem Sattelrohr 25, einem Unterrohr 26 sowie zwei das zweite Rad 22 drehend aufnehmenden und stützenden Rahmensegmenten 31 des Rahmens 20 ist eine Antriebsvorrichtung 2 in einem Gehäuse 3 integriert angeordnet, wobei der Aufbau und die Funktion der Antriebsvorrichtung 2 in 2 näher beschrieben wird. Das Gehäuse 3 kann mit dem Rahmen 20 verschraubt sein und ist nach außen hin abgedichtet.
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Nach 2 ist die Antriebsvorrichtung 2 für ein sowohl mit Muskelkraft des Benutzers als auch unterstützend durch zumindest eine erste elektrische Maschine 18 antreibbares Fahrrad 1 vorgesehen. Der auf dem Sattel 27 sitzende Benutzer kann beim Fahren über Pedale 28, die über jeweilige Tretkurbeln mit einer Tretkurbelwelle 19 der Antriebsvorrichtung 2 drehfest verbunden sind, eine Antriebsleistung in die Antriebsvorrichtung 2 einbringen. Die erste elektrische Maschine 18 dient als Antriebseinheit bzw. als Mittelmotor im Bereich der Tretkurbelwelle 19 und ist zur Antriebsunterstützung des Fahrrades 1 ausgebildet. Mithin ist das Fahrrad 1 als E-Bike ausgebildet.
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Den Ausgang der Antriebsvorrichtung 2 bildet ein Abtriebsrad 8, welches die Antriebsleistung über eine Kette 29 als Zugmittel auf einen Zahnkranz 30 am zweiten Rad 22 zum Antrieb dieses Hinterrades überträgt. Das Abtriebsrad 8, die Kette 29 und der Zahnkranz 30 bilden somit einen Zugmitteltrieb zum Antrieb des Hinterrades aus, wobei das Abtriebsrad 8 und der Zahnkranz 30 entsprechend jeweils als Kettenrad ausgebildet sind.
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Im Gehäuse 3 der Antriebsvorrichtung 2 sind eine Antriebsanordnung 6 mit einer in Form einer im Kurbelhub verstellbaren und auf einer Antriebsachse 32 angeordneten Kurbelwelle 4 mit mehreren Einzelkurbeln 5, eine Abtriebsanordnung 7 mit einer mit dem Abtriebsrad 8 wirkverbundenen und auf einer Abtriebsachse 33 angeordneten Ausgangswelle 9 sowie ein die Kurbelwelle 4 und die Ausgangswelle 9 antriebswirksam verbindendes Kurbel-CVT-Getriebe 10 mit einer Verstellvorrichtung 11 zur Einstellung einer Exzentrizität von mit den Einzelkurbeln 5 wirkverbundenen Exzentern 12 des Kurbel-CVT-Getriebes 10 angeordnet.
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Das Kurbel-CVT-Getriebe 10 weist vorliegend und lediglich beispielhaft vier nebeneinander angeordnete Kurbel-CVT-Module 34 auf, jeweils umfassend einen Exzenter 12, ein pleuelartiges Verbindungselement 13 sowie einen Freilauf 14. Vorliegend sind zur Verbesserung der Übersichtlichkeit lediglich die Bauteile des linken Kurbel-CVT-Moduls 34 mit Bezugszeichen versehen. Die weiteren Kurbel-CVT-Module 34 sind identisch dazu ausgebildet und einer jeweiligen Einzelkurbel 5 zugeordnet. Das Verbindungselement 13 ist einerseits über ein erstes Lagerelement 35 drehbar gegenüber dem Exzenter 12 und andererseits über ein - hier nicht gezeigtes - zweites Lagerelement drehbar gegenüber einem Freilaufhebel 37 des Freilaufs 14 gelagert. Anders gesagt ist das Verbindungselement 13 einerseits schwenkbar am Exzenter 12 und andererseits schwenkbar am Freilauf 14 angeordnet. Über den Freilauf 14 kann ein Drehmoment von der Kurbelwelle 4 und den Exzenter 12 mit einem Übersetzungsverhältnis an die Ausgangswelle 9 übertragen werden.
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Der Freilauf 14 ist als kraftschlüssiger Kugelfreilauf ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, eine Welle, hier die Ausgangswelle 9 in einer Richtung frei drehen zu lassen, während sie in der entgegengesetzten Richtung ein Drehmoment überträgt. Mithin wird lediglich in eine Drehrichtung des Freilaufs 14 ein Drehmoment auf die Ausgangswelle 9 übertragen. Wenn das Verbindungselement 13 die Ausgangswelle 9 in Antriebsrichtung überholt, sperrt der Freilauf 14, so dass ein Drehmoment an die Ausgangswelle 9 übertragen wird, während der Freilauf 14 frei läuft, also nicht sperrt, wenn die Ausgangswelle 9 das Verbindungselement 13 in Antriebsrichtung überholt. Die Freiläufe 14 können zusammen eine Freilaufeinrichtung bilden. Der Freilauf 14 kann schaltbar ausgeführt sein, um eine Wirkungsrichtungsumkehr für den Freilauf 14 zu realisieren. Damit kann eine Rückwärtsfahrt des Fahrrads 1 ermöglicht werden, was sich insbesondere positiv auf die Handhabung von Lastenrädern auswirken kann.
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Die Kurbelwelle 4 ist über die Tretkurbelwelle 19 mit Muskelkraft sowie elektromechanisch über die erste elektrische Maschine 18 antreibbar, wobei mittels des Kurbel-CVT-Getriebes 10 ein von einer eingestellten Exzentrizität der Exzenter 12 relativ zur Kurbelwelle 4 abhängiges Übersetzungsverhältnis realisiert wird. Das Übersetzungsverhältnis ist stufenlos einstellbar, indem eine Verstellwelle 15 der Verstellvorrichtung 11 verdreht wird, so dass eine Relativwinkeländerung der Verstellwelle 15 relativ zur konzentrisch dazu angeordneten Kurbelwelle 4 erfolgt, die durch eine Hubänderung der Einzelkurbeln 5 eine Einstellung der Exzentrizität der Exzenter 12 bewirkt.
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Die erste elektrische Maschine 18 umfasst einen Stator 47 und einen Rotor 48, wobei der Rotor 48 mit der Kurbelwelle 4 wirkverbunden, vorliegend drehfest verbunden, ist. Die erste elektrische Maschine 18 ist zur Erzeugung einer Antriebsleistung zum Antrieb des Fahrrades 1 vorgesehen.
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Die Verstellwelle 15 kann manuell, beispielsweise über einen händisch betätigbaren Bowdenzug oder dergleichen, betätigt werden. Alternativ kann die Verstellvorrichtung 11 elektromechanisch, beispielsweise mittels einer separaten elektrischen Maschine, betätigt werden. Die Verstellwelle 15 ragt in die koaxial angeordnete Kurbelwelle 4 hinein. Die Verstellwelle 15 und die Kurbelwelle 4 sind gemeinsam auf der Antriebsachse 32 angeordnet. Die Verstellwelle 15 weist eine Außenverzahnung 16 auf, die mit einer Innenverzahnung 17 der Exzenter 12 in Eingriff steht. Der Einzelhub der Einzelkurbeln 5 der Kurbelwelle 4 ist mittels der Verstelleinrichtung 11 zwischen einer minimalen Exzentrizität und einer maximalen Exzentrizität einstellbar. Die minimale Exzentrizität ist derart gewählt, dass ein Anfahren des Fahrrades 1 einfach möglich ist.
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Vorliegend ist die Tretkurbelwelle 19 achsparallel zur Kurbelwelle 4 und zur Verstellwelle 15 angeordnet. Die Tretkurbelwelle 19 ist vorliegend koaxial zur Ausgangswelle 9 angeordnet und durch die hohlwellenförmige Ausgangswelle 9 axial hindurchgeführt und drehbar dazu gelagert. Ferner ist die Tretkurbelwelle 19 beidseits aus dem Gehäuse 3 abgedichtet herausgeführt. Die Tretkurbelwelle 19 ist zusammen mit der Ausgangswelle 9 auf der Abtriebsachse 33 angeordnet.
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Die durch Muskelkraft erzeugte und über die Tretkurbelwelle 19 eingebrachte Antriebsleistung wird über eine Übersetzungsstufe 52 auf die Kurbelwelle 4 übertragen. Mithin ist die Tretkurbelwelle 19 über eine Übersetzungsstufe 52 mit der Kurbelwelle 4 wirkverbunden, insbesondere um die Drehzahlen und Drehmomente der mit Muskelkraft angetriebenen Tretkurbelwelle 19 und der von der ersten elektrischen Maschine 18 angetriebenen Kurbelwelle 4 anzugleichen. Vorliegend ist die Übersetzungsstufe 52 als zweistufige Stirnradstufe ausgebildet, umfassend ein erstes Zahnrad 42 an der Tretkurbelwelle 19, ein zweites Zahnrad 43 an der Kurbelwelle 4 sowie eine Zwischenwelle 44 mit zwei benachbart und drehfest zueinander angeordneten Zahnrädern 45, 46, wobei ein drittes Zahnrad 45 der Zwischenwelle 44 mit dem ersten Zahnrad 42 in Eingriff steht und ein viertes Zahnrad 46 der Zwischenwelle 44 mit dem zweiten Zahnrad 43 in Eingriff steht. Mittels der Übersetzungsstufe 52 kann eine starre Übersetzung zwischen 1:5 und 1:100 realisiert werden.
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An einer Eingangsseite, also einer im Leistungsfluss der Kurbelwelle 4 bzw. der Tretkurbelwelle 19 zugewandten Seite, des Kurbel-CVT-Getriebes 10 ist ein erster Torsionsschwingungsdämpfer 53 als Bogenfederdämpfer angeordnet. Vorliegend ist der erste Torsionsschwingungsdämpfer 53 im vierten Zahnrad 46 der Stirnradstufe integriert. Im Gegensatz zu einer direkten Anordnung des ersten Torsionsschwingungsdämpfers 53 an der Tretkurbelwelle 19 ist das Eingangsdrehmoment an dieser Stelle, also am vierten Zahnrad 46 bereits um den Übersetzungsfaktor der ersten Zahnradstufe der Übersetzungsstufe 52, umfassend das erste und dritte Zahnrad 42, 45, reduziert. Dadurch kann der erste Torsionsschwingungsdämpfer 53 vergleichsweise kompakt ausgestaltet sein. Ferner ist das vierte Zahnrad 46 belastungsbedingt üblicherweise so groß dimensioniert, dass der Bogenfederdämpfer nahezu bauraumneutral im vierten Zahnrad 46 integriert sein kann. Dadurch muss das Gehäuse 3 nicht größer ausgeführt werden als bei alternativen Getriebevarianten ohne eingangsseitigen Torsionsschwingungsdämpfer. Mithin können in dem gleichen Gehäuse 3 unterschiedliche Getriebevarianten mit oder ohne ersten Torsionsschwingungsdämpfer verbaut werden.
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Ferner ist an einer Ausgangsseite, also einer im Leistungsfluss der Ausgangswelle 9 zugewandten Seite, des Kurbel-CVT-Getriebes 10 ein zweiter Torsionsschwingungsdämpfer 54 als Bogenfederdämpfer wirksam angeordnet. Vorliegend ist der ausgangsseitige zweite Torsionsschwingungsdämpfer 54 in der Ausgangswelle 9 integriert. Der zweite Torsionsschwingungsdämpfer 54 stellt eine Schwingungsentkopplung dar, um vom Kurbel-CVT-Getriebe 10 erzeugte Drehschwingungen zu dämpfen, so dass diese für den Fahrer nicht oder stark abgeschwächt an den Pedalen 28 haptisch wahrnehmbar sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrrad
- 2
- Antriebsvorrichtung
- 3
- Gehäuse
- 4
- Kurbelwelle
- 5
- Einzelkurbel
- 6
- Antriebsanordnung
- 7
- Abtriebsanordnung
- 8
- Abtriebsrad
- 9
- Ausgangswelle
- 10
- Kurbel-CVT-Getriebe
- 11
- Verstellvorrichtung
- 12
- Exzenter
- 13
- Verbindungselement
- 14
- Freilauf
- 15
- Verstellwelle
- 16
- Außenverzahnung
- 17
- Innenverzahnung
- 18
- Erste elektrische Maschine
- 19
- Tretkurbelwelle
- 20
- Rahmen
- 21
- Erstes Rad
- 22
- Zweites Rad
- 23
- Lenker
- 24
- Gabel
- 25
- Sattelrohr
- 26
- Unterrohr
- 27
- Sattel
- 28
- Pedal
- 29
- Kette
- 30
- Zahnkranz
- 31
- Rahmensegment
- 32
- Antriebsachse
- 33
- Abtriebsachse
- 34
- Kurbel-CVT-Modul
- 35
- Erstes Lagerelement
- 37
- Freilaufhebel
- 42
- Erstes Zahnrad
- 43
- Zweites Zahnrad
- 44
- Zwischenwelle
- 45
- Drittes Zahnrad
- 46
- Viertes Zahnrad
- 47
- Stator der ersten elektrischen Maschine
- 48
- Rotor der ersten elektrischen Maschine
- 52
- Übersetzungsstufe
- 53
- Erster Torsionsschwingungsdämpfer
- 54
- Zweiter Torsionsschwingungsdämpfer
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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