DE102016203661A1 - Pedelec drive arrangement - Google Patents

Abstract

Translated fromGerman

Die Erfindung betrifft eine Pedelec-Antriebsanordnung, umfassend – eine drehbar in einem Antriebsgehäuse (12) gelagerte Tretkurbelwelle (30), – eine elektrische Maschine (14) mit einem gehäusefesten Stator und einem drehbar dazu gelagerten Rotor und – ein stufenlos variierbares Reibrollengetriebe (22), dessen Getriebe-Eingangswelle (20) einerseits mit der Tretkurbelwelle (30) und andererseits mit dem Rotor der elektrischen Maschine (14) gekoppelt ist und dessen Getriebe-Ausgangswelle (52) ein Abtriebsrad (54) trägt, welches mit einem angetriebenen Rad des Pedelecs koppelbar ist, wobei die Getriebe-Eingangswelle (20) über eine vorgeschaltete Übersetzungsstufe (28) mit der Tretkurbelwelle (30) gekoppelt ist, Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die vorgeschaltete Übersetzungsstufe als ein zur Getriebe-Eingangswelle (20) koaxialer Planetensatz (28) mit einer Planetensatz-Eingangswelle (282), einer ersten Planetensatz-Ausgangswelle (281) und einer zweiten Planetensatz-Ausgangswelle (283) ausgebildet ist, wobei die Planetensatz-Eingangswelle (282) mit der Tretkurbelwelle (30) verbunden ist, die erste Planetensatz-Ausgangswelle (281) mit der Getriebe-Eingangswelle (20) gekoppelt ist und die zweite Planetensatz-Ausgangswelle (283) über einen Drucksensor (34) am Getriebegehäuse (12) festgelegt ist.The invention relates to a pedelec drive arrangement, comprising a pedal crankshaft (30) mounted rotatably in a drive housing (12), an electric machine (14) having a stator fixed to the housing and a rotor rotatably mounted thereon, and a continuously variable friction roller gear (22). , whose transmission input shaft (20) on the one hand with the pedal crankshaft (30) and on the other hand with the rotor of the electric machine (14) is coupled and whose transmission output shaft (52) carries a driven gear (54) which is connected to a driven wheel of the Pedelecs can be coupled, wherein the transmission input shaft (20) via an upstream translation stage (28) is coupled to the pedal crankshaft (30), The invention is characterized in that the upstream gear ratio as a transmission input shaft (20) coaxial planetary gear set ( 28) with a planetary gear input shaft (282), a first planetary gear output shaft (281) and a second planetary gear set Output shaft (283) is formed, wherein the planetary gear input shaft (282) is connected to the pedal crankshaft (30), the first planetary gearset output shaft (281) is coupled to the transmission input shaft (20) and the second planetary gearset output shaft (283 ) is fixed via a pressure sensor (34) on the transmission housing (12).

Description

Translated fromGerman

Die Erfindung bezieht sich auf eine Pedelec-Antriebsanordnung, umfassend

• – eine drehbar in einem Antriebsgehäuse gelagerte Tretkurbelwelle,
• – eine elektrische Maschine mit einem gehäusefesten Stator und einem drehbar dazu gelagerten Rotor und
• – ein stufenlos variierbares Reibrollengetriebe, dessen Getriebe-Eingangswelle einerseits mit der Tretkurbelwelle und andererseits mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelt ist und dessen Getriebe-Ausgangswelle ein Abtriebsrad trägt, welches mit einem angetriebenen Rad des Pedelecs koppelbar ist,

wobei die Getriebe-Eingangswelle über eine vorgeschaltete Übersetzungsstufe mit der Tretkurbelwelle gekoppelt ist. The invention relates to a pedelec drive assembly comprising

• A pedal crankshaft rotatably mounted in a drive housing,
• - An electric machine with a housing fixed stator and a rotatably mounted rotor and
• A continuously variable friction roller gear, the transmission input shaft of which is coupled, on the one hand, to the pedal crankshaft and, on the other hand, to the rotor of the electrical machine and whose transmission output shaft carries a driven gear, which can be coupled to a driven wheel of the pedelec,

wherein the transmission input shaft is coupled via an upstream gear ratio with the pedal crankshaft.

Derartige Antriebsanordnungen für Pedelecs sind bekannt aus derDE 10 2014 007 271 A1.Such drive assemblies for pedelecs are known from the DE 10 2014 007 271 A1 ,

Als Pedelec sei im Rahmen der vorliegenden Beschreibung allgemein ein durch Elektromotor-unterstützte, biomechanische Kurbelkraft angetriebenes Fahrzeug bezeichnet, wobei die biomechanische Kurbelkraft typischerweise wie bei einem herkömmlichen Fahrrad durch Tretbewegungen erzeugt wird, gleichwohl aber auch, wie beispielsweise von sogenannten Hand-Bikes bekannt, durch Armkraft aufgebracht werden kann. Der Begriff soll sowohl ein- als auch mehrspurige Fahrzeuge umfassen. Der leichteren Verständlichkeit halber ist die Formulierung der nachfolgenden Beschreibung im Wesentlichen am Aufbau eines klassischen E-Bikes ausgerichtet; der Fachmann wird jedoch ohne Schwierigkeiten die Übertragung auf andere Formen von Pedelecs vornehmen können.Pedelecs in the context of the present description generally refer to an electric motor-assisted, biomechanical crank-driven vehicle, wherein the biomechanical crank force is typically generated by pedaling movements as in a conventional bicycle, but nevertheless also known, for example from so-called hand-bikes Armkraft can be applied. The term is intended to include both single and multi-lane vehicles. For ease of understanding, the wording of the following description is essentially oriented towards the construction of a classic e-bike; however, the skilled person will be able to easily transfer to other forms of pedelecs.

Die oben genannte, gattungsbildende Druckschrift offenbart ein E-Bike mit einer kombinierten Antriebsanordnung im Tretlagerbereich. In diesem Bereich eines Fahrradrahmens ist ein Antriebsgehäuse angeordnet, in welchem eine Tretkurbelwelle drehbar gelagert ist. Parallel versetzt zu der Tretkurbelwelle ist eine Ausgangswelle gelagert, welche als Abtriebsrad ein Kettenblatt trägt, das über eine Kette mit einem Ritzel an der Hinterradnabe des E-Bikes gekoppelt werden kann. Weiter ist in dem Antriebsgehäuse eine die Tretkurbelwelle koaxial umgreifende elektrische Maschine angeordnet. Schließlich umfasst das Antriebsgehäuse auch ein Doppelkegel-Ring-Regelreibgetriebe nach Kopp, dessen Ausgangswelle das Abtriebsrad trägt und dessen Eingangswelle sowohl mit der Tretkurbelwelle als auch mit dem Rotor der elektrischen Maschine gekoppelt ist. Auf diese Weise lässt sich sowohl biomechanisches Drehmoment, welches über die Tretkurbelwelle eingebracht wird, als auch unterstützendes, elektrisch generiertes Drehmoment auf das Abtriebsrad übertragen, wobei die Übersetzung mittels des Reibrollengetriebes stufenlos anpassbar ist. Dies ermöglicht insbesondere eine automatisierte, lastschaltbare Übersetzungsanpassung.The above, generic document discloses an e-bike with a combined drive assembly in the bottom bracket. In this area of a bicycle frame, a drive housing is arranged, in which a pedal crankshaft is rotatably mounted. Parallel to the pedal crankshaft, an output shaft is mounted, which carries a chainring as a driven gear, which can be coupled via a chain with a pinion on the rear hub of the e-bike. Further, a pedal crankshaft coaxially encompassing electrical machine is arranged in the drive housing. Finally, the drive housing also includes a double-cone-ring Regelreibgetriebe Kopp whose output shaft carries the output gear and the input shaft is coupled to both the pedal crankshaft and with the rotor of the electric machine. In this way, both biomechanical torque, which is introduced via the pedal crankshaft, as well as supporting, electrically generated torque can be transmitted to the driven wheel, wherein the translation is infinitely adjustable by means of the Reibrollengetriebes. In particular, this enables an automated, load-shiftable translation adaptation.

Zur Übertragung der unterschiedlich generierten Drehmomente auf die Eingangswelle des Getriebes sind die Tretkurbelwelle und die elektrische Maschine auf unterschiedliche Weise angekoppelt. Die Ankopplung der Tretkurbelwelle erfolgt über eine dem Getriebe vorgeschaltete Übersetzungsstufe, die als einfache Stirnradstufe ausgebildet ist. Die Ankopplung der elektrischen Maschine erfolgt ebenfalls über eine einfache Stirnradstufe, wobei die Umfangsverteilungen der jeweiligen Stirnradpaarungen den Besonderheiten der jeweiligen Drehmomentquelle entsprechen. So wird die Drehzahl der Tretkurbelwelle durch die zugeordnete Stirnradstufe ins Schnelle übersetzt, wohingegen die Drehzahl der elektrischen Maschine durch die zugeordnete Stirnradstufe ins Langsame übersetzt wird.To transmit the differently generated torques to the input shaft of the transmission, the pedal crankshaft and the electric machine are coupled in different ways. The coupling of the pedal crankshaft via a transmission upstream of the transmission stage, which is designed as a simple spur gear. The coupling of the electric machine also takes place via a simple spur gear, wherein the circumferential distributions of the respective Stirnradpaarungen correspond to the peculiarities of the respective torque source. Thus, the speed of the pedal crankshaft is translated by the associated spur gear speed, whereas the speed of the electric machine is translated by the associated spur gear to slow.

Die genannte Druckschrift lässt das Problem der Drehmomentmessung, insbesondere der Messung des an der Tretkurbel aufgebrachten Drehmomentes, vollkommen offen. Gerade die präzise Drehmomentmessung ist jedoch ein zentrales Element einer praxistauglichen Pedelec-Steuerung. Typischerweise erfolgt die Motorunterstützung nämlich in präzise definierter Abhängigkeit von der vom Fahrer aufgebrachten Tretkraft, mithin von dem auf die Tretkurbelwelle aufgebrachten Drehmoment. Ungenaue Drehmomentmessungen können daher zu temporär inadäquater Motorunterstützung führen, was im Hinblick auf Komfort und Fahrsicherheit nachteilig ist.The cited document leaves the problem of torque measurement, in particular the measurement of the torque applied to the crank, completely open. Precise torque measurement, however, is a central element of a practicable pedelec control system. In fact, the engine assistance typically takes place in a precisely defined dependence on the treading force applied by the driver, that is to say on the torque applied to the pedal crankshaft. Inaccurate torque measurements can therefore lead to temporary inadequate engine assistance, which is disadvantageous in terms of comfort and driving safety.

Aus der sensorgestützten Trainingssteuerung sind etliche Leistungsmess-Prinzipien bekannt, bei denen als drehmoment-repräsentative Größe beispielsweise die Kettenspannung der Antriebskette, die Verbiegung spezieller Biegeelemente in der Nabe des angetriebenen Rades, im Pedal oder gar minimale Verbiegungen der Tretkurbelwelle selbst registriert werden. All diese Verfahren, die stark schwankende Werte generieren, sind zwar als Hinweisverfahren für eine Trainingssteuerung ausreichend; als Basis für die Steuerung der Motorunterstützung eines Pedelecs haben sie sich jedoch als zu wenig konstant erwiesen. Entsprechend wird bei Pedelec-Antrieben hoher Aufwand bei der Drehmomentmessung getrieben, was zu hohen Kosten führt.From the sensor-based training control several performance measurement principles are known in which the torque-representative size, for example, the chain tension of the drive chain, the bending of special bending elements in the hub of the driven wheel, are registered in the pedal or even minimal bending of the pedal crankshaft itself. All these methods, which generate strongly fluctuating values, are sufficient as a hinting procedure for a training control; However, as a basis for controlling the motor assistance of a pedelec, they have proven to be too little constant. Correspondingly, in pedelec drives, high expenditure is required in torque measurement, which leads to high costs.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Pedelec-Antriebsanordnung derart weiterzubilden, dass auf kostengünstige Weise eine präzise Messung des über die Tretkurbelwelle eingebrachten Drehmomentes ermöglicht wird.It is the object of the present invention to further develop a generic pedelec drive arrangement in such a way that a precise measurement of the torque introduced via the pedal crankshaft is made possible in a cost-effective manner.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die vorgeschaltete Übersetzungsstufe als ein zur Getriebe-Eingangswelle koaxialer Planetensatz mit einer Planetensatz-Eingangswelle, einer ersten Planetensatz-Ausgangswelle und einer zweiten Planetensatz-Ausgangswelle ausgebildet ist, wobei die Planetensatz-Eingangswelle mit der Tretkurbelwelle verbunden ist, die erste Planetensatz-Ausgangswelle mit der Getriebe-Eingangswelle gekoppelt ist und die zweite Planetensatz-Ausgangswelle über einen Drucksensor am Getriebegehäuse festgelegt ist. This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the upstream gear ratio is formed as a gearbox input shaft coaxial planetary gear set with a planetary gear input shaft, a first planetary gear output shaft and a second planetary gear output shaft, wherein the Planet set input shaft is connected to the pedal crankshaft, the first planetary gear output shaft is coupled to the transmission input shaft and the second planetary gear output shaft is fixed via a pressure sensor on the transmission housing.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Preferred embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Als wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die der Getriebe-Eingangswelle vorgeschaltete Übersetzungsstufe, die die Tretkurbelwelle mit der Getriebe-Eingangswelle koppelt, als ein zur Getriebe-Eingangswelle koaxialer Planetensatz ausgebildet. Als Planetensatz wird hier allgemein ein im Grunde bekanntes Planetengetriebe mit einem Hohlrad, einer Sonne und einem Steg bezeichnet, auf welchem Planetenräder drehbar gelagert sind, die einerseits mit der Sonne und andererseits mit dem Hohlrad kämmen. Je nach Ankopplung kann jedes der vorgenannten Planetensatz-Elemente als Eingangs- oder als Ausgangswelle des Planetensatzes dienen. Um eine Übersetzung der Tretbewegung ins Schnelle zu erzeugen ist bevorzugt vorgesehen, dass das Hohlrad als Planetensatz-Eingangswelle dient. Es ist hierzu bevorzugt drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden.As an essential feature of the present invention, the transmission input shaft upstream of the transmission stage, which couples the pedal crankshaft with the transmission input shaft, designed as a gearbox input shaft coaxial planetary gear set. As a planetary gearset is here generally referred to a basically known planetary gear with a ring gear, a sun and a land on which planet gears are rotatably mounted, which mesh on the one hand with the sun and on the other hand with the ring gear. Depending on the coupling, each of the aforementioned planetary gear elements can serve as an input or output shaft of the planetary gearset. In order to produce a translation of the pedaling motion into the fast, it is preferably provided that the ring gear serves as a planetary gearset input shaft. It is preferably rotatably connected to the pedal crankshaft.

Die Ausgestaltung der vorgeschalteten Übersetzungsstufe als ein Planetensatz hat zunächst bereits den Vorteil, dass Tretkurbelwelle und Getriebe-Ein- und Ausgangswelle koaxial zueinander angeordnet sein können, sodass die gewohnte Optik von Tretradantrieben gewahrt bleibt und der beim Stand der Technik notwendige Achsversatz unterbleibt.The design of the upstream gear ratio as a planetary gear set initially has the advantage that pedal crankshaft and transmission input and output shaft can be arranged coaxially to each other, so that the usual appearance of Tretradantrieben is maintained and omits the necessary in the prior art axis offset.

Als weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung ist jedoch zusätzlich vorgesehen, dass eine der Planetensatz-Ausgangswellen, nämlich die hier als zweite Planetensatz-Ausgangswelle bezeichnet, am Antriebsgehäuse festgelegt ist. Dem Fachmann ist bekannt, dass ein Planetensatz bei einem festgelegten Planetensatz-Element als einfache Übersetzungsstufe mit definierter Übersetzung wirkt. Diese Übersetzung wirkt zwischen der Planetensatz-Eingangswelle und der hier als erste Planetensatz-Ausgangswelle bezeichneten Ausgangswelle, die ihrerseits mir der Getriebeeingangswelle des nachfolgenden Reibrollengetriebes gekoppelt ist.However, as a further essential feature of the invention, it is additionally provided that one of the planetary gear output shafts, namely the one referred to here as the second planetary gear set output shaft, is fixed to the drive housing. The person skilled in the art is aware that a planetary gear set acts as a simple gear ratio stage with a defined gear ratio in the case of a fixed planetary gearset element. This translation acts between the planetary gearset input shaft and the output shaft, referred to here as the first planetary gear set output shaft, which in turn is coupled to the transmission input shaft of the following frictional roller gear.

Die Erfindung nutzt nun die Erkenntnis, dass die Stützkraft, mit der das festgehaltene Planetensatz-Element abgestützt werden muss, um den Drehmomentenfluss von der Planetensatz-Eingangswelle zur ersten Planetensatz-Ausgangswelle zu ermöglichen, ein präzises Maß für das übertragene Drehmoment ist. Die jeweils tatsächlich anliegende Abstützkraft wird erfindungsgemäß mittels eines Drucksensors gemessen, über den sich die zweite Planetensatz-Ausgangswelle am Antriebsgehäuse abstützt. Drucksensoren sind als präzise arbeitende, wenig bauraumintensive und ausgesprochen kostengünstige Bauteile am Markt erhältlich. Die Umrechnung vom gemessenen Druck zum jeweils anliegenden Drehmoment an der Planetensatz-Eingangswelle, die allein von der Planetensatz-Geometrie (einschließlich seiner Abstützung) abhängt, ist für den Fachmann leicht zu vollziehen bzw. zu kalibrieren. Entsprechende Umrechnungsalgorithmen können in einer elektronischen Antriebssteuereinheit hinterlegt sein. Diese Steuereinheit übernimmt es typischerweise auch, aus den erfassten Sensordaten eine geeignete Ansteuerung für die elektrische Maschine zu generieren.The invention now makes use of the recognition that the support force with which the retained planetary gearset element must be supported in order to enable the torque flow from the planetary gearset input shaft to the first planetary gearset output shaft is a precise measure of the transmitted torque. The respective actual supporting force is measured according to the invention by means of a pressure sensor, via which the second planetary gear output shaft is supported on the drive housing. Pressure sensors are available on the market as precisely working components that are less bulky and extremely cost-effective. The conversion from the measured pressure to the respective applied torque at the planetary gear input shaft, which depends solely on the planetary gear set geometry (including its support), is easy for the skilled person to perform or calibrate. Corresponding conversion algorithms can be stored in an electronic drive control unit. This control unit typically also undertakes to generate a suitable control for the electrical machine from the detected sensor data.

Es ist somit die vorteilhafte Wirkung der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige und präzise Drehmomentmessung zur Verfügung zu stellen. Als weiterer Vorteil der Erfindung ist die erzielbare Koaxialität von Tretkurbelwelle und Getriebewellen, insbesondere der Getriebe-Ausgangswelle, anzusehen.It is thus the advantageous effect of the present invention to provide a cost effective and accurate torque measurement. As a further advantage of the invention, the achievable coaxiality of pedal crankshaft and transmission shafts, in particular the transmission output shaft is to be regarded.

Wie erläutert, ist bevorzugt das Hohlrad des Planetensatzes als die Planetensatz-Eingangswelle ausgebildet. Hieraus ergeben sich zwei Möglichkeiten zur Nutzung von Steg und Sonne als Planetensatz-Ausgangswellen. Bei einer ersten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sonne des Planetensatzes als die erste Planetensatzausgangswelle und sein Steg als die zweite Planetensatz-Ausgangswelle ausgebildet ist. Hieraus folgt, dass zwischen Tretkurbelwelle und Getriebe-Eingangswelle eine Drehrichtungsumkehr stattfindet. Die genannte Anordnung wird daher bevorzugt in Verbindung mit der Ausbildung des Reibrollengetriebes als ein Minus-Getriebe eingesetzt. Als besonders günstige Ausführungsform eines Reibrollen-Minus-Getriebes hat sich das sogenannte Sadivar-Getriebe erwiesen. Beim Sadivar-Getriebe sind zwei im Wesentlichen gleichgroße Reibscheiben über tellerförmige Reibräder miteinander gekoppelt, wobei durch Winkelverstellung der Reibräder eine sehr große Übersetzungsspreizung von der Übersetzung ins Schnelle bis hin zur Übersetzung ins Langsame realisierbar ist. Zur Erzeugung der notwendigen Anpressdrücke und zum Ausgleich der Axialverschiebungen, denen wenigstens eine der Reibscheiben bei Übersetzungsänderung unterworfen ist, ist wenigstens eine der Reibscheiben mittels einer Spreizkupplung, typischerweise einer Kugelrampen-Kupplung, gegen seine zugeordnete Getriebewelle vorgespannt.As explained, the ring gear of the planetary gear set is preferably designed as the planetary gearset input shaft. This results in two ways to use web and sun as planetary gear output shafts. In a first embodiment, it is provided that the sun of the planetary gear set is designed as the first planetary gearset output shaft and its web as the second planetary gearset output shaft. It follows that between the crankshaft and the transmission input shaft, a reversal of direction takes place. The said arrangement is therefore preferably used in connection with the formation of the frictional roller transmission as a minus gear. As a particularly favorable embodiment of a friction roller minus transmission, the so-called Sadivar transmission has proven. In the case of the Sadivar transmission, two essentially identical friction disks are coupled to one another via plate-shaped friction wheels, wherein a very large transmission spread from the transmission to the speed up to the transmission to the low speed can be achieved by angular adjustment of the friction wheels. To generate the necessary contact pressures and to compensate for the Axialverschiebungen, which is subjected to at least one of the friction plates at ratio change, at least one of the friction plates by means of a Spreizkupplung, typically a ball ramp coupling, biased against its associated transmission shaft.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist hingegen vorgesehen, dass der Steg des Planetensatzes als die erste Planetensatz-Ausgangswelle und seine Sonne als die zweite Planetensatz-Ausgangswelle ausgebildet ist. Bei dieser Anordnung bleibt die Drehrichtung zwischen Tretkurbelwelle und Getriebe-Eingangswelle erhalten. Diese Anordnung empfiehlt sich daher insbesondere in Verbindung mit der Ausgestaltung des Reibrollengetriebes als ein Plus-Getriebe. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei das sogenannte NuVinci-Getriebe erwiesen, welches insbesondere im Zusammenhang mit stufenlosen Nabenschaltungen bekannt ist. In another embodiment of the invention, however, it is provided that the web of the planetary gear set is designed as the first planetary gearset output shaft and its sun as the second planetary gearset output shaft. In this arrangement, the direction of rotation between pedal crankshaft and transmission input shaft is maintained. This arrangement is therefore recommended in particular in connection with the configuration of the frictional roller transmission as a plus gear. Be particularly advantageous in this case, the so-called NuVinci gearbox has proven, which is known in particular in connection with continuously variable hub gears.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Körper des Hohlrades eine Skalierung für eine Drehwinkel- und/oder Kadenzsensorik trägt, die mittels eines oder mehrerer gehäusefester Sensoren abtastbar ist. Der Begriff der Skalierung ist hier weit zu verstehen und umfasst sowohl optisch als auch elektrisch, magnetisch oder mechanisch abtastbare Einteilungen auf dem Hohlradkörper. Korrespondierende Sensoren können beispielsweise in entsprechende Gehäusefenster eingesetzt werden, sodass die für die praxistaugliche Antriebssteuerung wichtigen Informationen über die Trittfrequenz und vorzugsweise auch die Winkellage der Tretkurbelwelle auf einfache und z.B. für Wartungszwecke leicht zugängliche Weise erfasst werden können.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the body of the ring gear carries a scale for a rotation angle and / or cadence sensor, which is scanned by means of one or more sensors fixed to the housing. The term scaling is to be understood here broadly and includes both optically and electrically, magnetically or mechanically scannable graduations on the Hohlradkörper. Corresponding sensors can be used for example in corresponding housing windows, so that important for the practical drive control information about the cadence and preferably also the angular position of the pedal crankshaft to simple and e.g. can be detected for maintenance easily accessible way.

Die spezielle Anordnung und Ausrichtung der elektrischen Maschine ist für die vorliegende Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Als besonders raumsparend hat es sich jedoch erwiesen, die elektrische Maschine achsparallel zu dem Reibrollengetriebe anzuordnen und über einen Motorübersetzungs-Radsatz mit der Getriebe-Eingangswelle zu koppeln. Dabei können ein- oder mehrstufige Radsätze, die insbesondere Stirnradstufen realisieren, zum Einsatz kommen.The particular arrangement and orientation of the electric machine is of minor importance to the present invention. As a particularly space-saving, it has been found, however, to arrange the electric machine axially parallel to the friction roller transmission and to couple via a motor gear set with the transmission input shaft. In this case, one- or multi-stage wheelsets, which in particular realize spur gears, can be used.

Bevorzugt trägt die Getriebe-Eingangswelle einen ersten Freilauf, über den sie mit dem Motorübersetzungs-Radsatz gekoppelt ist. Hierdurch kann ein Mitdrehen der elektrischen Maschine bei rein muskelgetriebenem Antrieb, d.h. über die Tretkurbelwelle, verhindert werden. Mit anderen Worten wird ein Schleppmoment der elektrischen Maschine mittels dieses Freilaufs abgekoppelt.Preferably, the transmission input shaft carries a first freewheel, via which it is coupled to the engine transmission wheelset. As a result, a co-rotation of the electric machine in purely muscle-driven drive, i. over the pedal crankshaft, be prevented. In other words, a drag torque of the electric machine is decoupled by means of this freewheel.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung, die auch den vorgenannten Einsatz finden kann, ist vorgesehen, dass die Getriebeeingangswelle einen zweiten Freilauf trägt, über den sie mit der ersten Planetensatz-Ausgangswelle gekoppelt ist. Dieser Freilauf dient der Entkopplung der eventuell nachlaufenden elektrischen Maschine bei stehender (oder langsamer bewegter) Tretkurbelwelle. Im Fall eines Motornachlaufs wird somit das für den Fahrer unkomfortable Gefühl vermieden, seine Pedale bewegten sich ohne seinen Willen fremdbestimmt.In another embodiment of the invention, which can also find the aforementioned use, it is provided that the transmission input shaft carries a second freewheel, via which it is coupled to the first planetary gear output shaft. This freewheel is used to decouple the possibly trailing electric machine with stationary (or slow moving) pedal crankshaft. In the case of an engine overrun, the feeling uncomfortable for the driver is thus avoided, his pedals moved independently without his will.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.

Es zeigt:It shows:

1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Pedelec-Antriebsanordnung. 1 a schematic representation of a pedelec drive assembly according to the invention.

1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine erfindungsgemäße Pedelec-Antriebsanordnung10. In einem in1 doppelstrichpunktiert gezeigten Antriebsgehäuse12 ist eine elektrische Maschine14 angeordnet, die in nicht näher dargestellter Weise einen gehäusefesten Stator und einen drehbar zu diesem gelagerten Rotor aufweist. Die Rotorwelle16 ist über einen zwei Stirnradstufen umfassenden Motorübersetzungs-Radsatz18 mit der Getriebe-Eingangswelle20 eines Sadivar-Getriebes22 gekoppelt. Insbesondere erfolgt die Kopplung über einen mit F gekennzeichneten Freilauf24, der so ausgerichtet ist, dass er bei schneller laufendem Rotor ein Drehmoment auf die Getriebe-Eingangswelle20 überträgt. Auf die Einzelheiten des Sadivar-Getriebes22 soll weiter unten noch näher eingegangen werden. 1 shows a highly schematic representation of a pedelec drive arrangement according to theinvention 10 , In an in 1 double dash-dotted drive housing shown 12 is anelectrical machine 14 arranged in a manner not shown having a housing-fixed stator and a rotatably mounted to this rotor. Therotor shaft 16 is via a two spur gear stages comprehensive engine gear set 18 with the transmission input shaft 20 aSadivar transmission 22 coupled. In particular, the coupling takes place via a freewheel markedF 24 , which is aligned so that when the rotor is running faster torque on thetransmission input shaft 20 transfers. On the details of theSadivar transmission 22 will be discussed in more detail below.

Über einen weiteren, ebenfalls mit F bezeichneten Freilauf26 ist die Getriebe-Eingangswelle20 zudem mit der Sonne281 eines einfachen Planetensatzes28 gekoppelt. Der Planetensatz28 weist zudem ein Hohlrad282 sowie einen Steg283 auf, auf dem ein Satz Planetenräder284 gelagert ist, die einerseits mit der Sonne281 und andererseits mit dem Hohlrad282 kämmen. Der Steg283 ist am Gehäuse12 festgelegt. Das Hohlrad282 ist drehfest auf einer Tretkurbelwelle30 montiert, die drehbar im Gehäuse12 gelagert ist und an ihren beiden Enden jeweils eine Tretkurbel32 trägt. Auf diese Weise kann ein über die Tretkurbeln32 eingebrachtes Drehmoment unter Übersetzung durch den Planetensatz28 auf die Getriebe-Eingangswelle20 aufgebracht werden.About another, also designatedF freewheel 26 is thetransmission input shaft 20 also with the sun 281 a simple planetary gear set 28 coupled. The planetary set 28 also has aring gear 282 as well as ajetty 283 on which a set ofplanetary gears 284 is stored, on the one hand with thesun 281 and on the other hand with thering gear 282 comb. Thejetty 283 is on thecase 12 established. Thering gear 282 is rotatably on apedal crankshaft 30 mounted, which is rotatable in thehousing 12 is mounted and at its two ends in each case a pedal crank 32 wearing. That way, one over thecranks 32 introduced torque under translation by the planetary gear set 28 on thetransmission input shaft 20 be applied.

Die Festlegung des Stegs283 erfolgt über einen mit p gekennzeichneten Drucksensor34, mittels dessen die jeweils aktuell zur Abstützung des übertragenen Drehmomentes erforderliche Abstützkraft gemessen werden kann. Hieraus lässt sich in Kenntnis der konkreten Geometrie der Anordnung das jeweils aktuell übertragene Drehmoment zuverlässig und schwankungsarm berechnen. Diese Berechnung erfolgt in einer nicht dargestellten Steuereinheit, in welche die Sensordaten eingeleitet werden und die insbesondere die unterstützende Ansteuerung der elektrischen Maschine14 koordiniert.The determination of thebridge 283 takes place via a pressure sensor markedp 34 , By means of which each currently required to support the transmitted torque supporting force can be measured. From this knowledge of the concrete geometry of the arrangement, the currently transmitted torque can be calculated reliably and with very little fluctuation. This calculation is carried out in a control unit, not shown, in which the sensor data are introduced and in particular the supporting control of theelectric machine 14 coordinated.

Auf dem Rücken des Hohlrades282 ist eine nicht im Detail dargestellte optische, mechanische, elektrische oder magnetische Skalierung angebracht, die mittels eines mit K (Kadenz) gekennzeichneten Trittfrequenzsensor36 und eines mit L (Lage) gekennzeichneten Winkellagesensors38 abgetastet wird. Auch die Daten dieser Sensoren gehen zur weiteren Berechnung und Verwertung an die nicht dargestellte Steuereinheit. Die Sensoren36,38 sind bevorzugt in von außen zugänglichen Fenstern des Gehäuses12 angeordnet.On the back of thering gear 282 is an optical, not shown in detail, mechanical, electrical or magnetic scaling attached by means of a K (cadence)cadence sensor 36 and an angular position sensor labeled L (location) 38 is scanned. Also, the data of these sensors go to the control unit, not shown, for further calculation and utilization. Thesensors 36 . 38 are preferred in externally accessible windows of thehousing 12 arranged.

Die Getriebeeingangswelle20 ist über eine nur rudimentär angedeutete Spreizkupplung40, die vorzugsweise als Kugelrampen-Kupplung ausgebildet ist, mit der eingangsseitigen Reibscheibe42 des Sadivar-Getriebes22 verbunden. An der kalottenförmigen Innenfläche der eingangsseitigen Reibscheibe42 stützen sich tellerförmige Reibräder44 ab, welche sich andererseits an der korrespondierend kalottenförmig ausgebildeten Innenseite der ausgangsseitigen Reibscheibe46 des Sadivar-Getriebes22 abstützen. Die erforderliche Anpresskraft wird dabei von der Spreizkupplung40 aufgebracht, die einen im Wesentlichen linear zum aufgebrachten Drehmoment verlaufenden Anpressdruck erzeugt. Zugleich dient die Spreizkupplung40 dem axialen Ausgleich bei der axialen Verschiebung der eingangsseitigen Reibscheibe42, die sich bei jeder Übersetzungsänderung einstellt. Zur Übersetzungsänderung nämlich kann der Anstellwinkel der Reibräder44 mittels eines mit A gekennzeichneten Aktuators48 variiert werden. Ein mit P gekennzeichneter Positionssensor50 misst dabei die Aktuatorposition und dadurch die Winkellage der Reibräder44 und somit die aktuelle Übersetzung des Sadivar-Getriebes22.Thetransmission input shaft 20 is about an only rudimentary indicatedSpreizkupplung 40 , which is preferably designed as a ball ramp coupling, with the input-side friction disc 42 of theSadivar transmission 22 connected. On the dome-shaped inner surface of the input-side friction disc 42 support plate-shapedfriction wheels 44 on the other hand, on which the corresponding dome-shaped inner side of the output-side friction disc 46 of theSadivar transmission 22 support. The required contact force is thereby of thespreader 40 applied, which generates a substantially linearly applied to the applied torque contact pressure. At the same time the Spreizkupplung serves 40 the axial compensation in the axial displacement of the input-side friction disc 42 that occurs with every translation change. The ratio change namely the angle of incidence of thefriction wheels 44 by means of an actuator marked A 48 be varied. A position sensor markedP 50 measures the actuator position and thereby the angular position of thefriction wheels 44 and thus the current translation of theSadivar transmission 22 ,

Die ausgangsseitige Reibscheibe46 des Sadivar-Getriebes22 ist drehfest mit einer als Hohlwelle ausgebildeten und von der Tretkurbelwelle30 koaxial durchsetzten Getriebe-Ausgangswelle52 verbunden. Die Getriebe-Ausgangswelle52 ist drehbar im Gehäuse12 gelagert und trägt außerhalb des Gehäuses ein Abtriebsrad54, welches typischerweise als ein Kettenblatt ausgebildet ist, dass mittels einer nicht dargestellten Kette mit einem ebenfalls nicht dargestellten Ritzel eines angetriebenen Rades, insbesondere eines Hinterrades, des Pedelecs koppelbar ist.The outputside friction disc 46 of theSadivar transmission 22 is non-rotatable with a trained as a hollow shaft and thepedal crankshaft 30 Coaxially interspersedtransmission output shaft 52 connected. Thetransmission output shaft 52 is rotatable in thehousing 12 stored and carries outside the housing a drivenwheel 54 which is typically formed as a chainring that can be coupled by means of a chain, not shown, with a likewise not shown pinion of a driven wheel, in particular a rear wheel of the Pedelecs.

Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere ist der Fachmann nicht auf den, Einsatz eines Sadivar-Getriebes beschränkt. Andere Arten von Reibrollengetrieben sind ebenfalls einsetzbar. Im Falle der Verwendung eines Minus-Getriebes empfiehlt sich die in1 dargestellte Ankopplung des Planetensatzes28 über seine Sonne281 bei festgelegtem Steg283. Bei Verwendung eines Plus-Getriebes empfiehlt sich hingegen eine umgekehrte Ankopplung, d.h. eine Ankopplung über den Steg bei festgelegter Sonne.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. In the light of the disclosure herein, those skilled in the art will be offered a wide range of possible variations. In particular, the skilled person is not limited to the use of a Sadivar transmission. Other types of friction roller gears are also usable. In case of using a minus gearbox, the in 1 illustrated coupling of the planetary gear set 28 about hissun 281 with fixedbridge 283 , When using a plus gear, however, a reverse coupling, ie a coupling via the bridge with a fixed sun is recommended.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Pedelec-AntriebsanordnungPedelec drive arrangement

1212

Gehäusecasing

1414

elektrische Maschineelectric machine

1616

Rotorwellerotor shaft

1818

Motorübersetzungs-RadsatzEngine Translation wheel

2020

Getriebe-EingangswelleTransmission input shaft

2222

Reibrollengetriebe/Sadivar-GetriebeTraction roller transmission / gearbox Sadivar

2424

erster Freilauffirst freewheel

2626

zweiter Freilaufsecond freewheel

2828

Planetensatz (Übersetzungsstufe)Planetary gear set (translation stage)

281281

Sonne von28 (erste Planetensatz-Ausgangswelle)Sun from 28 (first planetary gear output shaft)

282282

Hohlrad von28 (Planetensatz-Eingangswelle)Ring gear of 28 (Planetary gear input shaft)

283283

Steg von28 (zweite Planetensatz-Ausgangswelle)Footbridge of 28 (second planetary gear output shaft)

284284

Planetenrad von28Planet wheel of 28

3030

Tretkurbelwellepedal crankshaft

3232

Tretkurbelcrank

3434

Drucksensorpressure sensor

3636

TrittfrequenzsensorCadence Sensor

3838

WinkellagesensorAngular position sensor

4040

Spreizkupplungexpanding clutch

4242

eingangsseitige Reibscheibeinput-side friction disc

4444

Reibradfriction wheel

4646

ausgangsseitige Reibscheibeoutput friction disk

4848

Aktuatoractuator

5050

Positionssensorposition sensor

5252

Getriebe-AusgangswelleTransmission output shaft

5454

Abtriebsradoutput gear

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• DE 102014007271 A1[0002]DE 102014007271 A1[0002]

Claims (10)

Translated fromGerman

Pedelec-Antriebsanordnung, umfassend – eine drehbar in einem Antriebsgehäuse (12) gelagerte Tretkurbelwelle (30), – eine elektrische Maschine (14) mit einem gehäusefesten Stator und einem drehbar dazu gelagerten Rotor und – ein stufenlos variierbares Reibrollengetriebe (22), dessen Getriebe-Eingangswelle (20) einerseits mit der Tretkurbelwelle (30) und andererseits mit dem Rotor der elektrischen Maschine (14) gekoppelt ist und dessen Getriebe-Ausgangswelle (52) ein Abtriebsrad (54) trägt, welches mit einem angetriebenen Rad des Pedelecs koppelbar ist, wobei die Getriebe-Eingangswelle (20) über eine vorgeschaltete Übersetzungsstufe (28) mit der Tretkurbelwelle (30) gekoppelt ist,dadurch gekennzeichnet, dass die vorgeschaltete Übersetzungsstufe als ein zur Getriebe-Eingangswelle (20) koaxialer Planetensatz (28) mit einer Planetensatz-Eingangswelle (282), einer ersten Planetensatz-Ausgangswelle (281) und einer zweiten Planetensatz-Ausgangswelle (283) ausgebildet ist, wobei die Planetensatz-Eingangswelle (282) mit der Tretkurbelwelle (30) verbunden ist, die erste Planetensatz-Ausgangswelle (281) mit der Getriebe-Eingangswelle (20) gekoppelt ist und die zweite Planetensatz-Ausgangswelle (283) über einen Drucksensor (34) am Getriebegehäuse (12) festgelegt ist.Pedelec drive assembly comprising - one rotatable in a drive housing ( 12 ) mounted crankshaft ( 30 ), - an electric machine ( 14 ) with a housing-fixed stator and a rotatably mounted rotor and - a continuously variable friction roller transmission ( 22 ), whose transmission input shaft ( 20 ) on the one hand with the crankshaft ( 30 ) and on the other hand with the rotor of the electric machine ( 14 ) and its transmission output shaft ( 52 ) a driven wheel ( 54 ), which can be coupled to a driven wheel of the pedelec, wherein the transmission input shaft ( 20 ) via an upstream translation stage ( 28 ) with the crankshaft ( 30 ) is coupled,characterized in that the upstream transmission stage as a to the transmission input shaft ( 20 ) Coaxial planetary gear set ( 28 ) with a planetary gear input shaft ( 282 ), a first planetary gear set output shaft ( 281 ) and a second planetary gear output shaft ( 283 ), wherein the planetary gear input shaft ( 282 ) with the crankshaft ( 30 ), the first planetary gear set output shaft ( 281 ) with the transmission input shaft ( 20 ) and the second planetary gear output shaft ( 283 ) via a pressure sensor ( 34 ) on the transmission housing ( 12 ). Antriebsanordnung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (282) des Planetensatzes (28) als die Planetensatz-Eingangswelle ausgebildet ist.Drive arrangement according to claim 1,characterized in that the ring gear ( 282 ) of the planetary gear set ( 28 ) is formed as the planetary gear input shaft. Antriebsanordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass die Sonne (281) des Planetensatzes (28) als die erste Planetensatz-Ausgangswelle und sein Steg (283) als die zweite Planetensatz-Ausgangswelle ausgebildet ist.Drive arrangement according to claim 2,characterized in that the sun ( 281 ) of the planetary gear set ( 28 ) as the first planetary gear output shaft and its web ( 283 ) is formed as the second planetary gear output shaft. Antriebsanordnung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, dass das Reibrollengetriebe als ein Minus-Getriebe, insbesondere ein Sadivar-Getriebe (22), ausgebildet ist.Drive arrangement according to claim 3,characterized in that the friction roller transmission as a minus transmission, in particular a Sadivar transmission ( 22 ), is trained. Antriebsanordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet, dass der Steg des Planetensatzes als die erste Planetensatz-Ausgangswelle und seine Sonne als die zweite Planetensatz-Ausgangswelle ausgebildet ist.Drive arrangement according to claim 2,characterized in that the web of the planetary gear set is formed as the first planetary gear output shaft and its sun as the second planetary gearset output shaft. Antriebsanordnung nach Anspruch 5, dass das Reibrollengetriebe als ein Plus-Getriebe, insbesondere ein NuVinci-Getriebe, ausgebildet ist. Drive arrangement according to claim 5, that the friction roller transmission as a plus gear, in particular a NuVinci gear is formed. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,dadurch gekennzeichnet, dass der Körper des Hohlrades (282) eine Skalierung für eine Drehwinkel- und/oder Kadenzsensorik trägt, die mittels eines oder mehrerer gehäusefester Sensoren (36,38) abtastbar ist.Drive arrangement according to one of claims 2 to 6,characterized in that the body of the ring gear ( 282 ) carries a scale for a rotation angle and / or cadence sensors, which by means of one or more housing-fixed sensors ( 36 . 38 ) is palpable. Antriebsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (14) achsparallel zu dem Reibrollengetriebe (22) angeordnet und über einen Motorübersetzungs-Radsatz (18) mit der Getriebe-Eingangswelle (20) gekoppelt ist.Drive arrangement according to one of the preceding claims,characterized in that the electric machine ( 14 ) paraxial to the frictional roller transmission ( 22 ) and via a motor transmission gear set ( 18 ) with the transmission input shaft ( 20 ) is coupled. Antriebsanordnung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe-Eingangswelle (20) einen ersten Freilauf (24) trägt, über den sie mit dem Motorübersetzungs-Radsatz (18) gekoppelt ist.Drive arrangement according to claim 8,characterized in that the transmission input shaft ( 20 ) a first freewheel ( 24 ) with which they are fitted with the engine gear 18 ) is coupled. Antriebsanordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 9,dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe-Eingangswelle (20) einen zweiten Freilauf (26) trägt, über den sie mit der ersten Planetensatz-Ausgangswelle (281) gekoppelt ist.Drive arrangement according to one of claims 8 to 9,characterized in that the transmission input shaft ( 20 ) a second freewheel ( 26 ), via which they are connected to the first planetary gear output shaft ( 281 ) is coupled.

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