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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einem in einem Gehäuse angeordneten Tretlagergetriebe für ein Fahrrad oder Pedelec. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder Pedelec mit der Anordnung.
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Tretlagergetriebe für konventionelle Fahrräder oder E-Bikes bzw. Pedelecs werden mit einer Fettschmierung oder Ölschmierung betrieben. Hierbei wird insbesondere eine Ölsumpfschmierung verwendet, bei der der Ölsumpf mit dem Öl zur Ölversorgung einem Bodenbereich des Gehäuses zugeordnet ist. Die Ölsumpfschmierung verwendet vorzugsweise niederviskoses Leichtlauföl für gekapselte Getriebebauweisen, um die Schleppmomentverluste möglichst gering zu halten. Gleichzeitig ist jedoch eine zielgerichtete Kühlung und Schmierung auch für radial innenliegende schwer zugängliche tribologische Bereiche des Getriebes notwendig, sodass ein ausreichender Ölpegel in dem Ölsumpf erforderlich ist. Hieraus ergibt sich das Problem zwischen einerseits ausreichender Füllmenge für eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Bauteile und andererseits der dadurch auftretenden Schleppverluste durch die in das Öl eintauchenden Bauteile.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2020 207 252 A1 ist ein Getriebe für Kraftfahrzeuge bekannt, bei dem ein Ausgleichsbehälter vorgesehen ist, der zum Auffangen von Öl aus dem Innenraum eingerichtet ist, wobei der Ausgleichsbehälter über zumindest einen Rücklauf fluidtechnisch mit dem Ölsumpf verbunden ist. Aus dem Ölsumpf wird über eintauchende Getriebebauteile Öl in den Ausgleichsbehälter gefördert.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 005 154 A1 offenbart auch ein Fahrzeug mit einem Getriebe, bei dem neben einem Ölsumpf ein Getriebeölreservoir in dem Getriebegehäuse vorgesehen ist, welches über einen Fluidweg mit dem Ölsumpf verbunden ist. Wenn das Fahrzeug außer Betrieb ist, kann zum Beispiel beim Abschleppen Öl über die Getriebebauteile in das Getriebeölreservoir gefördert werden, um den Getriebeölspiegel zu senken.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2009 009 648 A1 ist ebenfalls ein Getriebe mit einer Ölwanne für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem die Ölwanne schwenkbar in dem Gehäuse angeordnet ist und mehrere Löcher zum Absenken des Ölstandes aufweist.
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Ferner ist aus der Druckschrift
DE 10 2017 005 825 A1 eine Fahrradantriebseinheit bekannt, bei der ein Gehäuse mit einer Ölwanne am Bodenbereich vorgesehen ist, um Öl von einem Kettenrad aufzunehmen.
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Die Druckschrift
CN 2 12 500 785 U offenbart ein Fahrrad mit einem automatischen Fettausgleichsmechanismus für ein Mittelmotorgetriebe.
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Schließlich ist aus der Druckschrift
DE 10 2020 102 986 A1 ein Tretgenerator mit Planetengetriebe bekannt, bei dem eine Schmiermittelzuführung vorgesehen ist. Ein Planetenradträger des Planetengetriebes weist eine Ölleitvorrichtung zum Führen von Öl auf, um das Öl zu den Planetenrädern zu leiten. Die Ölleitvorrichtung wird durch mehrere Rippen gebildet.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung sowie ein Fahrrad oder Pedelec mit der Anordnung vorzuschlagen, bei denen eine ausreichende Schmierung und Kühlung des Tretlagergetriebes bei möglichst geringen Schleppmomentverlusten vorgesehen ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte und beanspruchte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Demnach wird eine Anordnung mit einem in einem Gehäuse angeordneten Tretlagergehäuse für ein Fahrrad oder Pedelec vorgeschlagen, wobei einem Bodenbereich des Gehäuses zumindest ein Ölsumpf zur Ölversorgung zugeordnet ist. Um eine ausreichende Ölversorgung bei möglichst geringen Schleppverlusten zu realisieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein vom Ölsumpf getrennter Ölsammelbereich zum zeitweisen Aufnehmen eines vorbestimmten Ölmengenanteils vorgesehen ist, wobei Öl aus dem Ölsumpf über rotierende, in das in dem Ölsumpf befindliche Öl eintauchende Bauteile oder dergleichen während des Betriebes in den Ölsammelbereich zum zeitweisen Absenken des Ölpegels im Ölsumpf förderbar ist.
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Mit der vorgeschlagenen Anordnung wird eine schleppmomentreduzierende Ölversorgung bei dem Tretlagergetriebe eines Fahrrades oder Pedelecs durch eine Ölpegelabsenkung mittels Umverfrachtung des Öls aus dem Ölsumpf in den Ölsammelbereich bzw. in den Ölbunker als Ölausgleichsraum realisiert. Durch die ständige Umwälzung des Öls im Ölsammelbereich und der damit verbundenen direkten Ölbenetzung der vergrößerten umströmten Innenwandung des Getriebegehäuses wird besonders vorteilhaft eine effiziente Kühlung des Öls und somit auch der durch das Öl gekühlten Komponenten erreicht.
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Vorzugsweise wird im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass der Ölsammelbereich im Wesentlichen oberhalb der Mittelachse des Tretlagergetriebes in dem Gehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise kann das Öl aufgrund der Schwerkraft selbstständig aber verzögert aus dem Ölsammelbereich wieder in den Ölsumpf zurückflie-ßen. Durch den verzögerten Rückfluss des Öls in den Ölsumpf wird zeitweise der Ölpegel abgesenkt.
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Um einen gewünschten Ölpegel in dem Ölsumpf für eine vorbestimmte Zeitspanne einstellen zu können, ist eine Steuerung eines abfließenden Ölmengenanteils aus dem Ölsammelbereich erforderlich. Eine besonders konstruktiv einfache Lösung hierfür kann dadurch realisiert werden, dass der Ölsammelbereich als Ölauslass zumindest ein Drosselelement oder dergleichen zum Reduzieren des abfließenden Ölmengenanteils aufweist, sodass der zufließende Ölmengenanteil in den Ölsammelbereich größer als der abfließende Ölmengenanteil aus dem Ölsammelbereich ist.
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Um auf besonders einfache Art und Weise eine Filterung des Öls zu realisieren und damit den Verschleiß und die Lebensdauer des Tretlagergetriebes zu erhöhen, ist vorgesehen, dass in dem Ölsammelbereich zumindest ein Spanmagnet vorgesehen ist. Der Spanmagnet kann, um besonders wirksam zu sein, vorzugsweise in einem unteren strömungsberuhigten Bereich des Ölsammelbereiches angeordnet werden.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann der Ölsammelbereich als separates Einschiebebauteil zum Beispiel aus Kunststoff oder dergleichen ausgeführt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass der Ölsammelbereich quasi einteilig mit dem Gehäuse ausgeführt ist, in dem zum Beispiel eine Gehäuseausnehmung oder dergleichen im Innenraum des Gehäuses für den Ölsammelbereich vorgesehen wird.
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Je nach Ausführung und Art des Tretlagergetriebes können bei der vorgeschlagenen Anordnung unterschiedliche Bauteile zur Förderung des Öls in den Ölsammelbereich eingesetzt werden. Beispielsweise bei einem Fahrrad ohne zusätzlichen elektrischen Antrieb kann als rotierendes Bauteil zur Förderung des Öls in den Ölsammelbereich zumindest ein Bremsring oder dergleichen einer Schaltaktuatorik zum Betätigen von Schaltelementen des Tretlagergetriebes zum Einstellen von verschiedenen Übersetzungsstufen vorgesehen sein, wobei der Ölsammelbereich bezogen auf den Bremsring etwa radial außen im Gehäuse angeordnet ist.
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Um die Förderleistung des Öls aus dem Ölsumpf in den Ölsammelbereich zu erhöhen, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass der Bremsring entlang des äußeren Umfanges mehrere Fördertaschen oder dergleichen zum Aufnehmen des Öls beim Eintauchen in den Ölsumpf aufweist. Besonders konstruktiv einfach und kostengünstig ist es, wenn hierzu die vorhandene Verzahnung umgestaltet wird, sodass die Zähne der Verzahnung quasi als Fördertaschen ausgebildet werden.
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Zum Optimieren der Ölversorgung bei dem Tretlagergetriebe ist vorgesehen sein, dass der Ölsammelbereich derart in dem Gehäuse angeordnet ist, dass der Ölauslass des Ölsammelbereiches zum Beispiel einer Schaltwalze der Schaltaktuatorik des Tretlagergetriebes zur Ölversorgung zugeordnet ist.
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Wenn beispielsweise die vorgeschlagene Anordnung für ein Pedelec mit einem zusätzlichen elektrischen Antrieb eingesetzt wird, kann vorgesehen sein, dass als rotierendes Bauteil zur Förderung des Öls aus dem Ölsumpf in den Ölsammelbereich ein Primärtrieb oder dergleichen zum Übertragen eines Antriebsmomentes einer zum Beispiel achsparallel zum Tretlagergetriebe angeordneten elektrischen Maschine auf einen Abtrieb des Tretlagergetriebes vorgesehen ist. Der Primärtrieb kann beispielsweise derart angebunden werden, dass dieser ständig mit dreht, wodurch die Ölförderung aus dem Ölsumpf zum Ölsammelbereich ständig erfolgen kann. Durch den umlaufenden Primärtrieb kann das Öl aus dem Ölsumpf in den Ölsammelbereich gefördert werden.
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Es ist beispielsweise möglich, dass Verrippungen und/oder eingearbeitete Vertiefungen oder dergleichen zur Oberflächenvergrößerung im Ölsammelbereich vorgesehen werden, über welche die ins Gehäuse durch Wärmeleitung eingebrachte Abwärme z. B. der Elektromaschine besonders effizient vom Öl abgeführt werden kann. Im Falle einer Anwendungsausführung für e-Bikes und Pedelecs wird dabei vorzugsweise die Einbringung des gehäuseintegralen Ölsammelbereiches direkt neben des in die Gehäusebohrung spielfrei eingepressten Stators der Elektromaschine ausgeführt, sodass die elektrische Maschine über einen kurzen Wärmeleitungspfad zum Ölsammelbereich besonders vorteilhaft gekühlt wird.
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Um die Effizienz der Ölförderung über den Primärtrieb zum Beispiel als Ketten- bzw. Riementrieb oder Stirnradtrieb weiter zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass einem Öleinlass des Ölsammelbereiches zum Beispiel eine Ölleitschale oder dergleichen zum richtungsgeführten Zuführen des Öls zugeordnet ist, wobei die Ölleitschale den Primärtrieb zumindest abschnittsweise umgibt. Die Ölleitschale ist vorzugsweise als 1-teiliges Kunststoff-Aufblasteil oder als mehrteiliges Kunststoff-Spritzgussteil mit Hauptkörper und eingeclipsten oder angeschweißten Deckel ausgeführt.
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Die Anordnungsposition des Primärtriebes mit der Ölleitschale kann entsprechend in dem Gehäuse gewählt werden, um eine optimale Ölversorgung zu realisieren. Beispielsweise wenn eine Rotorwelle der elektrischen Maschine über zumindest einen Planetenradsatz als Reduzierradsatz und den Primärtrieb mit dem Abtrieb des Tretlagergetriebes verbindbar oder verbunden ist, kann beispielsweise der Primärtrieb mit der Ölschale axial gesehen zwischen der elektrischen Maschine und dem Planetenradsatz angeordnet werden, sodass neben dem Tretlagergetriebe auch die elektrische Maschine und der Planetenradsatz ausreichend mit Öl versorgt wird.
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Erfolgt die Schmierung und Kühlung der im tribologischen Kontakt befindlichen Komponenten über die vorzugsweise Befüllung mit niederviskosem Leichtlauföl sind die beiden Kammern des mehrstufigen Tretlagergetriebes sowie des Reduzierradsatzes des Elektromotors vorzugsweise so ausgeführt, dass diese offen über den Durchgang für den Ketten-, Riemen- oder Stirntriebritzel des Primärtriebs miteinander verbunden sind und somit einen gemeinsamen Ölhaushalt ausbilden. In diesem speziellen Fall erfolgt die Abdichtung zwischen Öl- und Außenbereich über eine Radialwellendichtung bzw. ein abgedichtetes Kugel- oder Wälzlager, welche axial zwischen dem Primär- und einem Sekundärtrieb zum Antrieb eines Laufrades des Fahrrades oder Pedelecs angeordnet sind. Es ist auch denkbar, den Stator sowie den Rotor des Elektromotors direkt in diesem offenen Ölraum einzubringen, wodurch die Wicklungen des Stators als Entstehungsort der Verlustwärme und somit Hotspot des Elektromotors direkt mittels Öl-Luft-Gemisch benetzt und sehr effizient gekühlt werden. Ferner ist es möglich, den Reduzierradsatz inkl. des Primärtriebs mittels zur Rotorwelle abgedichteter Wandung zum Stator und Rotor des Elektromotors vor Öleintritt in den Elektromotor abzugrenzen. Dadurch kann folglich die elektrische Maschine im Trockenraum mit reduzierten Schleppmomentverlusten betrieben werden durch Vermeidung von Ölscherung im Luftspalt.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Fahrrad oder Pedelec mit der vorbeschriebenen Anordnung, sodass sich die bereits beschriebenen und weitere Vorteile ergeben.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen weiter erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische geschnittene Ansicht einer ersten Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Anordnung mit über Bremsringe als rotierende Bauteile zur Förderung des Öls in einen Ölsammelbereich zur Ölversorgung des Tretlagergetriebes;
- 2 eine schematische geschnittene Seitenansicht der ersten Ausführungsvariante der Anordnung mit einem als separates Einschiebeteil ausgebildeten Ölsammelbereich;
- 3 eine schematische geschnittene Seitenansicht der ersten Ausführungsvariante der Anordnung mit einer Gehäuseausnehmung als Ölsammelbereich;
- 4 eine schematische geschnittene Seitenansicht einer zweiten Ausführungsvariante mit einem Primärtrieb als rotierendes Bauteil zur Förderung des Öls in den Sammelbereich zur Ölversorgung in dem Gehäuse;
- 5 eine schematische geschnittene Ansicht einer ersten Anordnungsmöglichkeit des Primärtriebes mit einer Ölfangschale gemäß 4; und
- 6 eine schematische geschnittene Ansicht einer zweiten Anordnungsmöglichkeit des Primärtriebes mit der Ölfangschale gemäß 4.
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In den 1 bis 6 sind verschiedene Ansichten und Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem in einem Gehäuse 1 angeordneten Tretlagergetriebe 2 für ein Fahrrad oder Pedelec 3 zur Ölversorgung lediglich beispielhaft dargestellt, wobei das Tretlagergetriebe 2 über einen Sekundärtrieb 22 mit dem Antriebsrad des Fahrrades oder Pedelecs 3 verbunden ist. Als Sekundärtrieb 22 ist beispielhaft ein Ketten- bzw. Riementrieb vorgesehen.
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Bei der vorgeschlagenen Anordnung ist einem Bodenbereich 4 des Gehäuses 1 ein Ölsumpf 5 zur Ölversorgung zugeordnet. Um eine effiziente Ölversorgung zu realisieren, ist vorgesehen, dass zumindest ein vom Ölsumpf 5 getrennter Ölsammelbereich 6 zum zeitweisen Aufnehmen eines vorbestimmten Ölmengenanteils vorgesehen ist, wobei Öl aus dem Ölsumpf 5 über rotierende in das im Ölsumpf 5 befindliche Öl eintauchende Bauteile während des Betriebes in den Ölsammelbereich 6 zum zeitweisen Absenken des Ölpegels 7 im Ölsumpf 5 förderbar ist.
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Unabhängig von den jeweiligen Ausführungsvarianten ist vorgesehen, dass der Ölsammelbereich 6 im Wesentlichen oberhalb einer Mittelachse 8 des Tretlagergetriebes 2 in dem Gehäuse 1 angeordnet ist. Der Ölsammelbereich 6 weist als Ölauslass ein Drosselelement 20 zum Reduzieren des abfließenden Ölmengenanteils auf, sodass der zufließende Ölmengenanteil in den Ölsammelbereich 6 größer als der abfließende Ölmengenanteil aus dem Ölsammelbereich 6 ist. Zur Ölfilterung in dem Ölsammelbereich 6 ist beispielsweise ein Spanmagnet 9 vorgesehen. Der Spanmagnet 9 ist unten im Bereich des Ölauslasses in dem Ölsammelbereich bzw. -behälter 6 vorgesehen.
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In 1 ist eine erste Ausführungsvariante gezeigt, bei der als rotierendes Bauteil zur Förderung des Öls in den Ölsammelbereich 6 zumindest ein Bremsring 10 einer Schaltaktuatorik zum Betätigen von Schaltelementen des Tretlagergetriebes 2 zum Schalten von verschiedenen Übersetzungsstufen vorgesehen ist, wobei der Ölsammelbereich 6 bezogen auf den Bremsring 10 etwa radial außen im Gehäuse 1 angeordnet ist.
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Gemäß 2 ist bei der Anordnung vorgesehen, dass der Ölsammelbereich 6 als separates Einschiebebauteil beispielsweise aus Kunststoff oder dergleichen ausgeführt ist. Somit kann der Ölsammelbereich 6 als Einheit in das Gehäuse 1 geschoben werden. Zur besseren Förderung des Öls aus dem Ölsumpf 5 in den Ölsammelbereich 6 zur Reduzierung des Ölpegels 7 sind über mehrere am Umfang des Bremsringes 10 vorgesehene Fördertaschen 11 zum Aufnehmen des Öls beim Eintauchen in den Ölsumpf 5 in Art einer Schaufelradförderung vorgesehen. Der normale und der durch die Ölentnahme abgesenkte Ölpegel 7 sind in 2 ebenfalls angedeutet. Zudem ist der Ölpegels 23 in dem Ölsammelbereich 6 dargestellt.
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In 3 ist der Ölsammelbereich 6 beispielhaft als Gehäuseausnehmung im Innenraum des Gehäuses 1 ausgeführt ist. Ebenso wie in 2 ist der Ölauslass des Ölsammelbereiches 6 radial oberhalb der Schaltwalze 12 des Tretlagergetriebes 2 angeordnet, sodass das aus dem Ölsammelbereich 6 austretende Öl zur Schmierung der Schaltwalze 12 verwendbar ist. Die Gehäuseausnehmung zum Bilden des Ölsammelbereiches 6 kann z.B. durch eine Gusstasche oder eine spanabhebende Bearbeitung in das Gehäuse 1 direkt eingebettet werden und die gedrosselte Abführung des Öls als Bohrung oder gefräste oder gegossene Nut ausgeführt sein.
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In den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der als rotierendes Bauteil zur Förderung des Öls aus dem Ölsumpf 5 in den Ölsammelbereich 6 ein Primärtrieb 13 zum Übertragen eines Antriebsmomentes einer achsparallel zum Tretlagergetriebe 2 angeordneten elektrischen Maschine 14 auf einen Abtrieb 15 des Tretlagergetriebes 2 vorgesehen ist. Hierzu ist eine Rotorwelle 21 der elektrischen Maschine 14 über einen Planetenradsatz 17 als Reduzierradsatz und den Primärtrieb 13 mit dem Abtrieb 15 des Tretlagergetriebes 2 verbunden oder verbindbar, wobei der Primärtrieb 13 mit einer Ölleitschale 16 axial gesehen zwischen der elektrischen Maschine 14 und dem Planetenradsatz 17 angeordnet ist.
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Es ist vorgesehen, dass einem Öleinlass des Ölsammelbereiches 6 die Ölleitschale 16 zum richtungsgeführten Zuführen des Öls zugeordnet ist, wobei die Ölleitschale 16 den Primärtrieb 13 zumindest abschnittsweise umgibt. Als Primärtrieb 13 kann beispielsweise ein Riemen- bzw. Kettentrieb, Stirntrieb oder dergleichen eingesetzt werden. Durch die rotierenden Bauteile des Primärtriebes 13 wird das Öl aus dem Ölsumpf 5 über die Ölleitschale 16 in den Einlass des Ölsammelbereiches 6 gefördert. Der Ölsammelbereich 6 weist den Spanmagnet 9 zum Entfernen metallischer Späne aus dem Öl auf. Der zum Beispiel mit dem Drosselelemente 20 versehene Ölauslass des Ölsammelbereiches 6 ist einer Schaltwalze 19 der Schaltaktuatorik des Planetenradsatzes 17 als Reduzierradsatz für die elektrische Maschine 14 zugeordnet, sodass die Schaltwalze 19 ebenfalls mit Öl versorgt wird. Durch das aus dem Ölsammelbereich 6 abschließende Öl wird zunächst die Schaltwalze 19 und anschließend die darunterliegende Schaltwalze 12 der Schaltaktuatorik des Tretlagergetriebes 2 versorgt, bevor das Öl in den Ölsumpf 5 zurück gelangt. Mittels Pfeilen sind in 4 der Ölfluss in dem Gehäuse 1 sowie die Drehrichtung der sich drehenden Bauteile angedeutet.
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In 5 ist eine schematische Schnittansicht des Pedelecs 3 mit der zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der eine erste Anordnungsmöglichkeit des Primärtriebes 13 dargestellt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Planetenradsatz 17 als Reduzierradsatz für die elektrische Maschine 14 axial gesehen auf einer der elektrischen Maschine 14 abgewandten Seite des Primärtriebes 13 angeordnet ist, sodass der Planetenradsatz 17 axial gesehen zwischen dem Primärtrieb 13 und einer Tretkurbel 18 des Pedelecs 3 angeordnet ist.
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In 6 ist die zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt, bei der eine zweite Anordnungsmöglichkeit des Primärtriebes 13 dargestellt ist. Hierbei ist vorgesehen, dass der Planetenradsatz 17 auf der der Tretkurbel 18 abgewandten Seite des Primärtriebes 13 angeordnet ist. Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Anordnungsmöglichkeit des Primärtriebes 13 ist der Primärtrieb 13 axial gesehen zwischen dem Planetenradsatz 17 und der elektrischen Maschine 14 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Tretlagergetriebe
- 3
- Fahrrad oder Pedelec
- 4
- Bodenbereich des Gehäuses
- 5
- Ölsumpf
- 6
- Ölsammelbereich
- 7
- Ölpegel
- 8
- Mittelachse des Tretlagergetriebes
- 9
- Spanmagnet
- 10
- Bremsring der Schaltaktuatorik des Tretlagergetriebes
- 11
- Fördertaschen an dem Bremsring
- 12
- Schaltwalze der Schaltaktuatorik des Tretlagergetriebes
- 13
- Primärtrieb
- 14
- elektrische Maschine
- 15
- Abtrieb
- 16
- Ölleitschale
- 17
- Planetenradsatz als Reduzierradsatz
- 18
- Tretkurbel
- 19
- Schaltwalze der Schaltaktuatorik des Planetenradsatzes
- 20
- Drosselelement
- 21
- Rotorwelle der elektrischen Maschine
- 22
- Sekundärbetrieb
- 23
- Ölpegel in dem Ölsammelbereich