DE202007002366U1

DE202007002366U1 - Getriebe

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Publication number: DE202007002366U1
Application number: DE202007002366U
Authority: DE
Original assignee: Masterflex SE
Current assignee: Masterflex SE
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2007-02-14
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2017-02-15

Abstract

Getriebe (1) mit einem ersten Sonnenrad (2) und mindestens einem zugeordneten ersten Planetenrad (3) sowie mit einem zweiten Sonnenrad (4) und mindestens einem zugeordneten zweiten Planetenrad (5), wobei das erste und zweite Planetenrad (3, 5) drehfest miteinander verbunden und an einem Planetenträger (7) gelagert sind, wobei die Sonnenräder (2, 4) unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen und/oder das erste und zweite Planetenrad (3, 5) unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Getriebe sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrrad, mit einem Elektromotor und einem Getriebe zum Antrieb.
Getriebe mit großem Untersetzungsverhältnis bauen normalerweise verhältnismäßig groß. Dies gilt insbesondere, wenn die Getriebe für große Drehmomente ausgelegt sind. Kompakte Getriebe mit großem Untersetzungsverhältnisse sind insbesondere beim Antrieb von Fahrzeugen wünschenswert, um insbesondere schnelllaufende Elektromotoren einsetzen zu können.
Aus der DE 40 27 365 A1 ist beispielsweise ein Fahrrad mit kombiniertem Tret- und Motorantrieb bekannt. Als Motorantrieb ist ein Elektromotor vorgesehen, der über einen Kettentrieb und ein Planetengetriebe antriebsmäßig an eine Tretkurbel gekoppelt ist. Mit einem herkömmlichen Planetengetriebe sind jedoch große Untersetzungsverhältnisse, insbesondere von mehr als 50:1, nicht erreichbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe und ein Fahrzeug mit einem Getriebe anzugeben, wobei das Getriebe ein großes Über- bzw. Untersetzungsverhältnis bei einem kompakten, einfachen und/oder kostengünstigen Aufbau ermöglicht.
Die obige Aufgabe wird durch ein Getriebe gemäß Anspruch 1 oder ein Fahrzeug gemäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorschlagsgemäß ist vorgesehen, daß das Getriebe ein erstes Sonnenrad mit mindestens einem zugeordneten ersten Planetenrad sowie ein zweites Sonnenrad mit mindestens einem zugeordneten zweiten Planetenrad aufweist, wobei das erste und zweite Planetenrad drehfest miteinander verbunden und an einem Planetenträger gelagert ist, wobei die Sonnenräder unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen und/oder das erste und zweite Planetenrad unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen.
Alternativ weist das Getriebe ein erstes Hohlrad mit mindestens einem zugeordneten ersten Planetenrad sowie ein zweites Hohlrad mit mindestens einem zugeordneten zweiten Planetenrad auf, wobei das erste und zweite Planetenrad drehfest miteinander verbunden und an einem Planetenträger gelagert ist, wobei die Hohlräder unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module aufweisen und/oder Verzahnungen und/oder das erste und zweite Planetenrad unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen.
Wenn beispielsweise das erste Sonnen- bzw. Hohlrad n-Zähne und das zweite Sonnen- bzw. Hohlrad n+1 Zähne aufweist, ergibt sich bei gleichen Zahnzahlen der Planetenräder ein Über- oder Untersetzungsverhältnis von etwa n:1. Dementsprechend ist ein großes Über- bzw. Untersetzungsverhältnis mit dem vorschlagsgemäßen Getriebe auf einfache Weise realisierbar.
Wenn das Getriebe Hohlräder anstelle von Sonnenrädern aufweist, sind größere Drehmomente leichter übertragbar.
Das vorschlagsgemäße Getriebe kann sehr kompakt mit insbesondere geringer axialer Baulänge ausgebildet werden. Es ist daher insbesondere zur unmittelbaren axialen Anordnung an einem Antrieb bzw. Motor, wie einem Elektromotor, geeignet.
Aufgrund des möglichen kompakten Aufbaus des Getriebes, wobei auch ein verhältnismäßig geringes Gewicht in Relation zum Über- bzw. Untersetzungsverhältnis und in Relation zu den übertragbaren Drehmomenten erreichbar ist, eignet sich das Getriebe insbesondere für ein Fahrzeug, um einen schnelllaufenden Antrieb, insbesondere einen schnelllaufenden Elektromotor oder dergleichen, zu untersetzen.
Jedoch ist das vorschlagsgemäße Getriebe auch für sonstige Zwecke einsetzbar.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines prinzipiellen Aufbaus eines vorschlagsgemäßen Getriebes gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Schnittansicht eines prinzipiellen Aufbaus eines vorschlagsgemäßen Getriebes gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Ansicht eines vorschlagsgemäßen Fahrzeugs; und
4 einen schematischen Schnitt einer Baueinheit aus Kurbeltrieb, Elektromotor und Getriebe.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei sich entsprechende oder zumindest ähnliche Vorteile und Eigenschaften ergeben, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
1 zeigt in einer schematischen Prinzipdarstellung ein vorschlagsgemäßes Getriebe 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Getriebe weist ein erstes Sonnenrad 2 mit mindestens einem zugeordneten ersten Planetenrad 3 sowie ein zweites Sonnenrad 4 mit mindestens einem zugeordneten zweiten Planetenrad 5 auf.
Das erste und zweite Planetenrad 3, 5 sind jeweils paarweise drehfest – beim Darstellungsbeispiel über eine Verbindungsachse 6 – miteinander verbunden. Die Planetenräder 3, 5 bzw. Verbindungsachsen 6 sind an einem Planetenträger 7 um ihre Radachsen bzw. die jeweilige Verbindungsachse 6 drehbar gelagert. Besonders bevorzugt sind die jeweils ein Paar bildenden Planetenräder 3, 5 koaxial angeordnet und insbesondere axial beabstandet, wobei der Planetenträger 7 besonders bevorzugt dazwischen angeordnet ist.
Der Planetenträger 7 lagert vorzugsweise mehrere Planetenradpaare von ersten und zweiten Planetenrädern 3, 5. Beim Darstellungsbeispiel sind zwei Planetenradpaare zu erkennen. Grundsätzlich genügt ein Planetenradpaar. Vorzugsweise sind jedoch mehrere Planetenradpaare, insbesondere zwei bis fünf Planetenradpaare und besonders bevorzugt drei Planetenradpaare, vorgesehen.
Das Getriebe 1 ist vorzugsweise als Zahnradgetriebe ausgebildet. Jedoch kann es sich grundsätzlich auch um ein Reibradgetriebe handeln. Besonders bevorzugt ist das Getriebe 1 als Stirnradgetriebe ausgebildet.
Beim Darstellungsbeispiel kämen die Planetenräder 3, 5 jeweils mit dem zugeordneten Sonnenrad 2 bzw. 4, sind also damit verzahnt.
Vorschlagsgemäß weisen die Sonnenräder 2, 4 unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen auf. Alternativ oder zusätzlich – insbesondere zu den Sonnenrädern 2, 4 passend – weisen das erste Planetenrad 3 und das zweite Planetenrad 5 unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen auf. Die vorgenannten Unterschiede sind vorzugsweise nur sehr gering. Dann lassen sich entsprechend große Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse, vorzugsweise von mindestens 50:1, insbesondere mehr als 100:1, ganz besonders bevorzugt mehr als 1000:1, direkt mit dem vorschlagsgemäßen Getriebe 1 ohne zusätzliche Getriebestufen realisieren. Jedoch kann das vorschlagsgemäße Getriebe 1 auch mit sonstigen Getrieben oder weiteren Getriebestufen oder dergleichen kombiniert werden.
Vorzugsweise steht das erste Sonnenrad 2 fest. Insbesondere bildet dann der Planetenträger 7 den Antrieb bzw. wird angetrieben, und das zweite Sonnenrad 4 bildet den Abtrieb. Beim Darstellungsbeispiel ist der Planetenträger 7 dementsprechend mit einer Antriebswelle 8 und das zweite Sonnenrad 4 mit einer Abtriebswelle 9 drehfest gekoppelt bzw. verbunden. Die beiden Wellen 8, 9 sind insbesondere koaxial angeordnet.
Wenn das erste Sonnenrad 2 beispielsweise etwa 100 Zähne oder mehr aufweist, und das zweite Sonnenrad 4 einen Zahn mehr oder weniger aufweist, ist beispielsweise ein Übersetzungsverhältnis von etwa 100:1 oder mehr ohne weiteres realisierbar.
Mit dem Antrieb des Planetenträgers 7 und dem Abtrieb über das zweite Sonnenrad 4 sind bei feststehendem ersten Sonnenrad 2 aufgrund der oben genannten, insbesondere geringen Unterschiede von Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen sehr große Untersetzungsverhältnisse erreichbar. Umgekehrt ist es jedoch auch möglich, beispielsweise das zweite Sonnenrad 4 anzutreiben und bei feststehendem ersten Sonnenrad 2 den Planetenradträger 7 als Abtrieb zu benutzen. In diesem Fall ergeben sich entsprechend große Übersetzungsverhältnisse.
2 zeigt in einer zu 1 korrespondierenden, schematischen und teilgeschnittenen Darstellung eine zweite Ausführungsform des vorschlagsgemäßen Getriebes 1. Anstelle der Sonnenräder 2 und 4 sind hier Hohlräder 10 und 11 vorgesehen, in denen die zugeordneten Planetenräder 3, 5 laufen. Die Hohlräder 10, 11 stellen also Universen für die Planetenräder 3, 5 dar.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die Abtriebswelle 9 vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildet.
Die bisherigen Ausführungen und Erläuterungen zu der ersten Ausführungsform gelten für die zweite Ausführungsform entsprechend. Die zweite Ausführungsform ist insbesondere zur Übertragung höherer Drehmomente besser geeignet.
Das vorschlagsgemäße Getriebe ist universell einsetzbar. Insbesondere ist das vorschlagsgemäße Getriebe 1 zum Einsatz bei Fahrzeugen geeignet und wird besonders bevorzugt zur Untersetzung eines schnelllaufenden Antriebs, wie eines Elektromotors oder dergleichen, eingesetzt.
3 zeigt ein vorschlagsgemäßes Fahrzeug 12, das vorzugsweise als Zweirad, insbesondere als Fahrrad, ausgebildet ist.
Das Fahrzeug 12 weist vorzugsweise einen Muskel- bzw. Pedalantrieb, insbesondere in Form eines vorzugsweise pedalbetätigten Kurbeltriebs 13, und einen Elektromotor 14 als weiteren Antrieb, insbesondere Hilfsantrieb, auf. Besonders bevorzugt unterstützt der Elektromotor 14 das Fahren mit dem Fahrzeug 12 nur dann, wenn auch der Kurbeltrieb 13 von einem nicht dargestellten Benutzer zum oder beim Fahren betätigt wird. Jedoch ist es grundsätzlich auch möglich, daß der Elektromotor 14 einen selbstständig einsetzbaren Antrieb darstellt, der unabhängig vom Tretantrieb einsetzbar ist, oder daß gar kein Tretantrieb vorhanden ist.
Dem Elektromotor 14 ist vorzugsweise ein Energiespeicher 15, wie eine Brennstoffzelle, ein Akkumulator oder dergleichen, zur Stromversorgung zugeordnet. Weiter ist eine entsprechende Steuerung vorgesehen, die nicht dargestellt ist.
Das Fahrzeug 12 weist vorzugsweise einen Rahmen 16, ein lenkbares Vorderrad 17 mit einem zugeordneten Lenker 18, ein Hinterrad 19, das vorzugsweise vom Kurbeltrieb 13 und/oder Elektromotor 14 antreibbar ist, und/oder einen Sitz bzw. Sattel 20 auf. Jedoch sind grundsätzlich andere Konstruktionen bzw. Aufbauten möglich.
Dem Elektromotor 14 ist das vorschlagsgemäße Getriebe 1 zugeordnet. Insbesondere ist der Elektromotor 14 schnelllaufend ausgebildet. Das Getriebe 1 bewirkt die erforderliche Untersetzung.
Der Elektromotor 14 bildet vorzugsweise mit dem Getriebe 1 und/oder dem Kurbeltrieb 13 eine Konstruktions- bzw. Baueinheit. Diese ist in einem schematischen Schnitt in 4 dargestellt.
Der Kurbeltrieb 13 ist vorzugsweise als Tretkurbel mit einer Kurbelwelle 21 ausgebildet. Der Elektromotor 14 umgibt die Kurbelwelle 21 vorzugsweise zumindest im wesentlichen ringförmig.
Besonders bevorzugt ist der Elektromotor 14 als Hohlwellenmotor ausgebildet. Die Kurbelwelle 21 erstreckt sich axial durch die Hohlwelle 22 des Elek tromotors 14. Die Hohlwelle 22 und die Kurbelwelle 21 sind vorzugsweise konzentrisch angeordnet.
Der Elektromotor 14 ist vorzugsweise über das Getriebe 1 mit dem Kurbeltrieb 2, insbesondere der Kurbelwelle 21, gekoppelt.
Das Getriebe 1 ist vorzugsweise axial am Elektromotor 14 und/oder auf der Kurbelwelle 21 angeordnet.
Beim Darstellungsbeispiel ist der Planetenträger 7 mit der Hohlwelle 22 des Elektromotors 14 gekoppelt bzw. vorhanden.
Das erste Sonnenrad 2 des Getriebes 1 ist hier insbesondere nur als Zahnkranz bzw. hohl ausgebildet und/oder ortsfest angeordnet, insbesondere stirnseitig am Elektromotor 14 bzw. einem Gehäuse. Das erste Sonnenrad 2 umgibt die Hohlwelle 22 und die Kurbelwelle 21 konzentrisch.
Das abtriebsseitige bzw. zweite Sonnenrad 4 ist mit der Kurbelwelle 21 gekoppelt, insbesondere unmittelbar auf dieser angeordnet.
Die beiden Sonnenräder 2, 4 sind wiederum über Planetenradpaare von ersten und zweiten Planetenradträgern 3, 5 – wie bereits oben beschrieben – gekoppelt. Insbesondere weisen die beiden Sonnenräder 2, 4 unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen auf, wie bereits oben aufgeführt.
Das Untersetzungsverhältnis des Getriebes 12 beträgt vorzugsweise mindestens 50:1, insbesondere 75:1, besonders bevorzugt 100:1 oder mehr.
Der Elektromotor 14 und das Getriebe 1 bilden vorzugsweise eine Baueinheit. Insbesondere können der Elektromotor 14 und das Getriebe 1 ein gemeinsames Gehäuse aufweisen. Das Getriebe 1 ist vorzugsweise an den Elektromotor 14 angeflanscht oder angeschraubt.
Besonders bevorzugt ist die Tretkurbel bzw. Kurbelwelle 21 vom Elektromotor 14 und/oder Getriebe 1 gelagert.
Der Durchmesser des Elektromotors 14 und/oder des Getriebes 1 bzw. der davon gebildeten Baueinheit ist vorzugsweise kleiner als die radiale Länge der Kurbeln 23, die mit der Kurbelwelle 21 verbunden sind und an deren freien Enden vorzugsweise Pedale 24 angeordnet sind.
In 4 ist weiter ein großes Kettenrad 25 auf der Kurbelwelle 21 angeordnet, um die Kraft von der Kurbelwelle über eine Kette 26 auf ein hinteres Kettenrad 27, Getriebe oder dergleichen und damit auf das Hinterrad 8 zu übertragen (vergleiche 3).
Jedoch sind grundsätzlich auch andere betriebliche Lösungen möglich. Weiter ist es beispielsweise auch möglich einen sonstigen Zugmitteltrieb oder ein sonstiges Getriebe zum Antrieb des Hinterrads 19 oder eines sonstigen Rads des Fahrzeugs 12 einzusetzen.
Beim Darstellungsbeispiel ist der Elektromotor 14 vorzugsweise in den Rahmen 16 und/oder zusammen mit dem Kurbeltrieb 13 in das Fahrzeug 12 eingebaut. Der Energiespeicher 15 ist vorzugsweise in den Rahmen 16 eingebaut. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
Grundsätzlich ist es auch möglich, daß der Elektromotor 14 direkt als Getriebemotor ausgebildet ist.
Weiter ist es möglich, daß der Elektromotor 14 zusätzlich zu dem Getriebe 1 über einen (nicht dargestellten) Freilauf oder eine sonstige geeignete Kupplung mit dem Kurbeltrieb 13 oder dem Abtrieb des Kurbeltriebs 13, wie dem Kettenrad 25, gekoppelt ist.

Claims

Getriebe (1) mit einem ersten Sonnenrad (2) und mindestens einem zugeordneten ersten Planetenrad (3) sowie mit einem zweiten Sonnenrad (4) und mindestens einem zugeordneten zweiten Planetenrad (5), wobei das erste und zweite Planetenrad (3, 5) drehfest miteinander verbunden und an einem Planetenträger (7) gelagert sind, wobei die Sonnenräder (2, 4) unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen und/oder das erste und zweite Planetenrad (3, 5) unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Sonnenrad (2) fest steht.
Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (7) den Antrieb und das zweite Sonnenrad (4) den Abtrieb bildet oder umgekehrt.
Getriebe mit einem ersten Hohlrad (10) und mindestens einem zugeordneten ersten Planetenrad (2) sowie mit einem zweiten Hohlrad (11) und mindestens einem zugeordneten zweiten Planetenrad (5), wobei das erste und zweite Planetenrad (3, 5) drehfest miteinander verbunden und an einem Planetenträger (7) gelagert sind, wobei die Hohlräder (10, 11) unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen und/oder das erste und zweite Planetenrad (3, 5) unterschiedliche Durchmesser, Zahnzahlen, Teilungen, Module und/oder Verzahnungen aufweisen.
Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Hohlrad (10) fest steht.
Getriebe nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (7) den Antrieb und das zweite Hohlrad (11) den Abtrieb bildet oder umgekehrt.
Getriebe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Planetenträger (7) mehrere Paare von ersten und zweiten Planetenrädern (3, 5) trägt.
Getriebe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (1) ein Über- bzw. Untersetzungsverhältnis von mindestens 50:1, vorzugsweise mehr als 100:1, insbesondere mehr als 1000:1, aufweist.
Getriebe nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Getriebe (1) als Zahnradgetriebe, Stirnradgetriebe oder Reibradgetriebe ausgebildet ist.
Fahrzeug (12) mit einem Elektromotor (14) als insbesondere zusätzlichen Antrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (14) schnelllaufend ausgebildet ist und mit einem Getriebe (1) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche zur Untersetzung gekoppelt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (14) als Hohlwellenmotor ausgebildet ist und eine Kurbel- bzw. Abtriebswelle (21) eines Kurbeltriebs (13) durch die Hohlwelle (22) des Elektromotors (14) geführt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug (12) als Zweirad, insbesondere als Fahrrad, ausgebildet ist.