DE102023124360A1 - Device for a muscle-powered vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) für ein muskelbetriebenes Fahrzeug (30), umfassend eine elektrische Maschine (2) mit einem Stator (3) und einem Rotor (4), ein Exzentergetriebe (5), das koaxial zur elektrischen Maschine (2) angeordnet ist, eine Tretkurbelwelle (6), die auf einer gemeinsamen Rotationsachse (7) mit der elektrischen Maschine (2) und dem Exzentergetriebe (5) angeordnet ist, und ein Gehäuse (8) zur Aufnahme der elektrischen Maschine (2), des Exzentergetriebes (5) und im Wesentlichen auch der Tretkurbelwelle (6), wobei das Exzentergetriebe (5) einen Planetenträger (9) mit mehreren Trägerbolzen (10) und mindestens eine drehbar am jeweiligen Trägerbolzen (10) angeordnete Planetenrolle (11.1, 11.2), mindestens ein Exzenterrad (12.1, 12.2) mit mehreren Mitnahmeöffnungen und einer mittigen Exzenteraufnahmeöffnung, eine Hohlradverzahnung (13) und eine Exzenterwelle (14) aufweist, wobei im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbelwelle (6) und der elektrischen Maschine (2) eine Dämpfereinheit (15) angeordnet ist, umfassend einen Federkanal (16) und mehrere im Federkanal (16) angeordnete Federn (17). The invention relates to a device (1) for a human-powered vehicle (30), comprising an electric machine (2) with a stator (3) and a rotor (4), an eccentric gear (5) arranged coaxially with the electric machine (2), a pedal crankshaft (6) arranged on a common rotational axis (7) with the electric machine (2) and the eccentric gear (5), and a housing (8) for accommodating the electric machine (2), the eccentric gear (5) and essentially also the pedal crankshaft (6), wherein the eccentric gear (5) has a planetary carrier (9) with a plurality of carrier bolts (10) and at least one planetary roller (11.1, 11.2) rotatably arranged on the respective carrier bolt (10), at least one eccentric wheel (12.1, 12.2) with a plurality of driving openings and a central eccentric receiving opening, a ring gear toothing (13) and an eccentric shaft (14), wherein a damper unit (15) is arranged in the torque flow between the pedal crankshaft (6) and the electric machine (2), comprising a spring channel (16) and a plurality of springs (17) arranged in the spring channel (16).
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug, wobei die Vorrichtung eine elektrische Maschine und ein Exzentergetriebe aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein muskelbetriebenes Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung. Das muskelbetriebene Fahrzeug ist vorzugsweise ein E-Bike.The invention relates to a device for a human-powered vehicle, the device comprising an electric motor and an eccentric gear. Furthermore, the invention relates to a human-powered vehicle with such a device. The human-powered vehicle is preferably an e-bike.
Beispielsweise geht aus der
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug zu schaffen, wobei insbesondere Schwingungen und Vibrationen im Betrieb der Vorrichtung verringert werden sollen. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den davon abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.The object of the present invention is to provide a device for a human-powered vehicle, in particular to reduce oscillations and vibrations during operation of the device. This object is achieved by the subject matter of patent claim 1. Preferred embodiments can be found in the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung für ein muskelbetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine mit einem Stator und einem Rotor, ein Exzentergetriebe, das koaxial zur elektrischen Maschine angeordnet ist, eine Tretkurbelwelle, die auf einer gemeinsamen Rotationsachse mit der elektrischen Maschine und dem Exzentergetriebe angeordnet ist, und ein Gehäuse zur Aufnahme der elektrischen Maschine, des Exzentergetriebes und im Wesentlichen auch der Tretkurbelwelle, wobei das Exzentergetriebe einen Planetenträger mit mehreren Trägerbolzen und mindestens eine drehbar am jeweiligen Trägerbolzen angeordnete Planetenrolle, mindestens ein Exzenterrad mit mehreren Mitnahmeöffnungen und einer mittigen Exzenteraufnahmeöffnung, eine Hohlradverzahnung und eine Exzenterwelle aufweist, wobei im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbelwelle und der elektrischen Maschine eine Dämpfereinheit angeordnet ist, umfassend einen Federkanal und mehrere im Federkanal angeordnete Federn.A device according to the invention for a human-powered vehicle comprises an electric machine with a stator and a rotor, an eccentric gear arranged coaxially with the electric machine, a pedal crankshaft arranged on a common axis of rotation with the electric machine and the eccentric gear, and a housing for receiving the electric machine, the eccentric gear and essentially also the pedal crankshaft, wherein the eccentric gear has a planetary carrier with a plurality of carrier bolts and at least one planetary roller rotatably arranged on the respective carrier bolt, at least one eccentric wheel with a plurality of driving openings and a central eccentric receiving opening, a ring gear toothing and an eccentric shaft, wherein a damper unit is arranged in the torque flow between the pedal crankshaft and the electric machine, comprising a spring channel and a plurality of springs arranged in the spring channel.
Beispielsweise ist die Vorrichtung als Generatormodul für ein muskelbetriebenes Fahrzeug ausgebildet, wobei das muskelbetriebene Fahrzeug ein E-Bike ist. Bevorzugt weist das muskelbetriebene Fahrzeug ferner einen Elektromotor auf, wobei die für den Elektromotor zum Antrieb benötigte elektrische Energie zumindest teilweise mittels Antrieb des Generatormoduls durch den Benutzer erzeugt wird. Mithin wird im Betrieb des muskelbetriebenen Fahrzeugs das Generatormodul von dem Benutzer angetrieben, wobei der Drehmomentfluss von der Tretkurbelwelle über das Exzentergetriebe zur elektrischen Maschine erfolgt. Die Tretkurbelwelle ist über Kurbeln mit Pedale verbunden, wobei der Benutzer über die Pedale die Abtriebsleistung einbringt. Das Exzentergetriebe erhöht eine eingangsseitige Rotationsgeschwindigkeit der Tretkurbelwelle und wirkt somit als Übersetzungsgetriebe. Insbesondere ist die Exzenterwelle des Exzentergetriebes als Abtriebswelle vorgesehen und drehfest mit dem Rotor der elektrischen Maschine verbunden.For example, the device is designed as a generator module for a human-powered vehicle, wherein the human-powered vehicle is an e-bike. Preferably, the human-powered vehicle further comprises an electric motor, wherein the electrical energy required for driving the electric motor is generated at least partially by the user driving the generator module. Thus, during operation of the human-powered vehicle, the generator module is driven by the user, with the torque flowing from the pedal crankshaft via the eccentric gear to the electric machine. The pedal crankshaft is connected to pedals via cranks, with the user providing the output power via the pedals. The eccentric gear increases an input-side rotational speed of the pedal crankshaft and thus acts as a transmission gear. In particular, the eccentric shaft of the eccentric gear is provided as the output shaft and is connected in a rotationally fixed manner to the rotor of the electric machine.
Der jeweilige Trägerbolzen des Exzentergetriebes ist durch eine Mitnahmeöffnung an dem mindestens einen Exenterrad geführt. Die jeweilige Planetenrolle, die auf dem jeweiligen Trägerbolzen angeordnet ist, ist dazu eingerichtet, in der jeweiligen Mitnahmeöffnung zumindest teilweise zur Anlage zu kommen, wobei die Exzenterwelle in die jeweilige Exzenteraufnahmeöffnung eingreift und das mindestens eine Exzenterrad in der Hohlradverzahnung abläuft. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind an jedem Trägerbolzen eine erste Planetenrolle und eine zweite Planetenrolle angeordnet, wobei ein erstes Exzenterrad und ein zweites Exzenterrad auf um 180° zueinander verdrehten Exzentern auf der Exzenterwelle angeordnet sind. Die jeweilige erste Planetenrolle ist dazu eingerichtet, in der jeweiligen Mitnahmeöffnung am ersten Exenterrad zumindest teilweise, insbesondere zeitweise, zur Anlage zu kommen, wobei die jeweilige zweite Planetenrolle dazu eingerichtet ist, in der jeweiligen Mitnahmeöffnung am zweiten Exenterrad zumindest teilweise, insbesondere zeitweise zur Anlage zu kommen. Denn im Betrieb des Exzentergetriebes rotieren die Exzenterräder, insbesondere um 180° versetzt zueinander, wobei die jeweiligen ersten und zweiten Planetenrollen umlaufend sowie abwechselnd zur Lastaufnahme eingerichtet sind. Die jeweilige Mitnahmeöffnung ist zylindrisch ausgebildet und als Laufbahn für die jeweilige Planetenrolle vorgesehen. Insbesondere greift die Exzenterwelle in die Exzenteraufnahmeöffnung des jeweiligen Exenterrads ein, wobei das jeweilige Exzenterrad in der Hohlradverzahnung abläuft.The respective carrier pin of the eccentric gear is guided through a driving opening on the at least one eccentric wheel. The respective planetary roller, which is arranged on the respective carrier pin, is designed to at least partially come into contact with the respective driving opening, wherein the eccentric shaft engages in the respective eccentric receiving opening and the at least one eccentric wheel runs in the ring gear toothing. According to a preferred embodiment, a first planetary roller and a second planetary roller are arranged on each carrier pin, wherein a first eccentric wheel and a second eccentric wheel are arranged on eccentrics on the eccentric shaft that are rotated by 180° to one another. The respective first planetary roller is designed to at least partially, in particular temporarily, come into contact with the respective driving opening on the first eccentric wheel, wherein the respective second planetary roller is designed to at least partially, in particular temporarily, come into contact with the respective driving opening on the second eccentric wheel. During operation of the eccentric gear, the eccentric wheels rotate, in particular offset by 180° from each other, with the respective first and second planetary rollers rotating and alternating to support the load. The respective drive opening is cylindrical and designed as a raceway for the respective planetary roller. In particular, the eccentric shaft engages in the eccentric receiving opening of the respective eccentric wheel, whereby the respective eccentric wheel runs in the ring gear toothing.
Exzentergetriebe haben prinzipbedingt Spiel, insbesondere zwischen den Planetenrollen und den Mitnahmeöffnungen, wobei dieses Spiel im Getriebe eine störende Anregungen und Vibrationen an der Tretkurbelwelle und somit am jeweiligen Pedal generieren kann. Mittels der Dämpfereinheit werden Schwingungen und Vibrationen im Betrieb der Vorrichtung verringert. Die Federn der Dämpfereinheit sind nämlich zur Schwingungs- und Vibrationsdämpfung eingerichtet, wobei der Federkanal zur Aufnahme der Federn eingerichtet ist. Unter einer Feder ist ein elastisches Dämpfungselement zu verstehen, das eine elastische Verformung zur Schwingungs- und Vibrationsdämpfung durchführen kann.Eccentric gears inherently have play, particularly between the planetary rollers and the drive openings. This play in the gear can generate disruptive excitations and vibrations on the crankshaft and thus on the respective pedal. The damper unit reduces oscillations and vibrations during operation of the device. The springs of the damper unit are designed to dampen oscillations and vibrations, with the spring channel designed to accommodate the springs. A spring is an elastic damping element capable of elastic deformation to dampen oscillations and vibrations.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dämpfereinheit im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbelwelle und dem Planetenträger angeordnet. Bevorzugt ist die Dämpfereinheit axial zwischen dem Gehäuse und dem Exzentergetriebe angeordnet. Insbesondere ist der Federkanal drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden und als Dämpfereingang vorgesehen. Der Planetenträger ist bevorzugt über die Federn der Dämpfereinheit schwingungsdämpfend, mithin nicht starr mit der Dämpfereinheit verbunden, und dient insbesondere als Dämpferausgang. Alternativ kann die Dämpfereinheit zwischen dem Exzentergetriebe und der elektrischen Maschine angeordnet werden. Ferner alternativ kann die Dämpfereinheit radial über das Exzentergetriebe angeordnet werden.According to a preferred embodiment, the damper unit is arranged in the torque flow between the pedal crankshaft and the planetary carrier. The damper unit is preferably arranged axially between the housing and the eccentric gear. In particular, the spring channel is connected to the pedal crankshaft in a rotationally fixed manner and is provided as the damper input. The planetary carrier is preferably vibration-damping via the springs of the damper unit, thus is not rigidly connected to the damper unit, and serves in particular as the damper output. Alternatively, the damper unit can be arranged between the eccentric gear and the electric machine. Furthermore, the damper unit can be arranged radially above the eccentric gear.
Insbesondere weisen die Federn der Dämpfereinheit eine Vorspannung auf, damit die Tretkurbelwelle und somit auch die Pedale möglichst steif, bevorzugt ohne ein Klappern am Exzentergetriebe angebunden sind. Die Schwingungsdämpfung der Dämpfereinheit erfolgt nach Überwindung der Vorspannung der Federn, also sobald die Federn zumindest teilweise elastisch verformt, insbesondere gestaucht werden. Bevorzugt haben die Federn einen Freiwinkel, damit die Dämpfereinheit auch bei kleinen Drehmomenten Schwingungen dämpft.In particular, the springs of the damper unit are preloaded to ensure that the crankshaft and thus also the pedals are connected to the eccentric gear as rigidly as possible, preferably without rattling. Vibration damping of the damper unit occurs once the preload of the springs is overcome, i.e., as soon as the springs are at least partially elastically deformed, in particular compressed. The springs preferably have a clearance angle so that the damper unit dampens vibrations even at low torques.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist für jede Feder der Dämpfereinheit mindestens ein Betätigungselement am Planetenträger angeordnet. Über das jeweilige Betätigungselement kann die jeweilige Feder betätigt, insbesondere gestaucht werden. Die Betätigungselemente sind bevorzugt einteilig mit dem Planetenträger verbunden. Beispielsweise erstrecken sich die Betätigungselemente vom Planetenträger in axialer Richtung zum Federkanal, wobei die Federn in Umfangsrichtung an den Betätigungselementen zumindest einseitig zur Anlage kommen.According to a preferred embodiment, at least one actuating element is arranged on the planetary carrier for each spring of the damper unit. The respective spring can be actuated, in particular compressed, via the respective actuating element. The actuating elements are preferably integrally connected to the planetary carrier. For example, the actuating elements extend from the planetary carrier in the axial direction to the spring channel, with the springs bearing against the actuating elements at least on one side in the circumferential direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Dämpfereinheit zwei bis sechs Federn auf, die an Anschlagelementen im Federkanal zur Anlage kommen, wobei mindestens eine Feder als Druckfeder ausgebildet ist. Beispielsweise ist mindestens eine Feder als schraubenförmige Druckfeder ausgebildet. Insbesondere ist mindestens eine Feder als Bogenfeder ausgebildet. Eine Bogenfeder ist eine bogenförmig ausgebildete Schraubendruckfeder mit kreisbogenförmiger Schraubenachse. Beispielsweise weist der Federkanal der Dämpfereinheit zwei bis sechs bogenförmige Teilabschnitte auf, wobei jeder bogenförmige Teilabschnitt zur Aufnahme einer Feder eingerichtet ist. Bevorzugt weist die Dämpfereinheit genau vier Federn auf. Insbesondere entspricht die Anzahl der Anschlagelemente am Federkanal der Anzahl der Federn im Federkanal, wobei eine Feder jeweils zwischen zwei Anschlagelementen angeordnet ist. Insbesondere sind alle Anschlagelemente auf einer ersten Kreisbahn angeordnet, die einen kleineren Durchmesser aufweist als eine zweite Kreisbahn, auf der alle Betätigungselemente angeordnet sind. Das jeweilige Anschlagelement ist bevorzugt einteilig mit dem jeweiligen Federkanal verbunden. Beispielsweise erstrecken sich die Anschlagelemente vom Federkanal in axialer Richtung zum Planetenträger, wobei die Federn in Umfangsrichtung an den Anschlagelementen zumindest einseitig zur Anlage kommen.According to a preferred embodiment, the damper unit has two to six springs that rest against stop elements in the spring channel, with at least one spring being designed as a compression spring. For example, at least one spring is designed as a helical compression spring. In particular, at least one spring is designed as an arc spring. A arc spring is an arc-shaped helical compression spring with a circular arc-shaped helical axis. For example, the spring channel of the damper unit has two to six arc-shaped sections, with each arc-shaped section being designed to accommodate a spring. The damper unit preferably has exactly four springs. In particular, the number of stop elements on the spring channel corresponds to the number of springs in the spring channel, with a spring being arranged between each two stop elements. In particular, all stop elements are arranged on a first circular path that has a smaller diameter than a second circular path on which all actuating elements are arranged. The respective stop element is preferably connected in one piece to the respective spring channel. For example, the stop elements extend from the spring channel in the axial direction to the planet carrier, with the springs resting against the stop elements at least on one side in the circumferential direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Federkanal drehfest mit der Tretkurbelwelle verbunden. Beispielsweise ist der Federkanal, der als Dämpfereingang eingerichtet ist, einteilig mit der Pedalnabe und/oder der Tretkurbelwelle ausgebildet. Alternativ ist der Federkanal mit der Pedalnabe und/oder mit der Tretkurbelwelle drehfest verbunden, insbesondere geschweißt, genietet, geschraubt oder gesteckt. Bevorzugt ist der Federkanal mit den Federn am Planetenträger befestigt. Alternativ ist der Federkanal einteilig am Planetenträger ausgebildet, wobei dann die Betätigungselemente an der Pedalnabe angeordnet sind, insbesondere einteilig mit der Pedalnabe oder der Tretkurbelwelle verbunden sind.According to a preferred embodiment, the spring channel is connected to the pedal crankshaft in a rotationally fixed manner. For example, the spring channel, which is configured as a damper input, is formed integrally with the pedal hub and/or the pedal crankshaft. Alternatively, the spring channel is connected to the pedal hub and/or the pedal crankshaft in a rotationally fixed manner, in particular by welding, riveting, screwing, or plugging. Preferably, the spring channel is attached to the planet carrier with the springs. Alternatively, the spring channel is formed integrally with the planet carrier, in which case the actuating elements are arranged on the pedal hub, in particular by being connected integrally to the pedal hub or the pedal crankshaft.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Planetenträger zumindest einseitig über ein einziges Lager oder beidseitig über genau zwei Lager gelagert. Beispielsweise ist das einzige Lager radial zwischen dem Planetenträger und der Tretkurbelwelle angeordnet. Bevorzugt sind zwei Lager zur Lagerung des Planetenträgers vorgesehen, wobei diese auf beiden Seiten jeweils neben dem Exzentergetriebe angeordnet sind und den Planetenträger gegenüber der Tretkurbelwelle und der Exzenterwelle drehbar lagern. Insbesondere ist der Planetenträger radial außen gegen das Gehäuse gelagert. Ferner wird der Planetenträger über die Federn in der Dämpfereinheit gelagert.According to a preferred embodiment, the planet carrier is supported at least on one side by a single bearing or on both sides by exactly two bearings. For example, the single bearing is arranged radially between the planet carrier and the pedal crankshaft. Preferably, two bearings are provided for supporting the planet carrier, wherein these bearings are arranged on both sides next to the eccentric gear and rotatably support the planet carrier relative to the pedal crankshaft and the eccentric shaft. In particular, the planet The planet carrier is mounted radially outward against the housing. Furthermore, the planet carrier is mounted via the springs in the damper unit.
Vorzugsweise weist die Dämpfereinheit einen Verdrehwinkel von mindestens 5° bis maximal 35° auf. Der Verdrehwinkel der Dämpfereinheit ergibt sich aus der Federrate und dem Anschlagmoment. Es ist von Vorteil den Verdrehwinkel klein auszubilden, um ein angenehmes Gefühl für den Benutzer beim Fahrradfahren zu schaffen. Bevorzugt beträgt der Verdrehwinkel mindestens 8° bis maximal 20°. Um die Dämpfereinheit weicher zu gestalten und insbesondere für eine Teillast vorzusehen kann ein Verdrehwinkel von 25°, 30° oder 35° vorgesehen werden.The damper unit preferably has a torsion angle of at least 5° to a maximum of 35°. The torsion angle of the damper unit is determined by the spring rate and the stop torque. It is advantageous to keep the torsion angle small to create a pleasant feeling for the user while cycling. The torsion angle is preferably at least 8° to a maximum of 20°. To make the damper unit softer and, in particular, to accommodate partial loads, a torsion angle of 25°, 30°, or 35° can be provided.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Dämpfereinheit zumindest einstufig oder mehrstufig dämpfend in einem Drehmomentbereich von mindestens 20Nm bis maximal 180Nm ausgebildet. Das Drehmoment kann mittels Drehmomentsensoren oder einem Drehmomentaufnehmer erfasst werden. Bei einem anliegenden Drehmoment, das kleiner als 20Nm ist, weist die Dämpfereinheit somit keine Dämpfungswirkung auf, weil das Drehmoment zu klein ist, um die Federn zu betätigen, insbesondere zu stauchen. Bei einem anliegenden Drehmoment, das größer als 180Nm ist, weist die Dämpfereinheit keine Dämpfungswirkung auf, weil das Drehmoment so groß ist, dass die Federn vollständig betätigt, insbesondere gestaucht sind und der Federweg somit vollständig ausgeschöpft ist. Mit anderen Worten befindet sich die Dämpfereinheit bei einem anliegenden Drehmoment von mehr als 180Nm im Blockzustand, sodass keine Dämpfungswirkung erfolgt. Mithin hat die Dämpfereinheit bevorzugt einen Arbeitsbereich von mindestens 20Nm bis maximal 180Nm. Bevorzugt beträgt der Arbeitsbereich der Dämpfereinheit maximal 160Nm. Insbesondere kann der Arbeitsbereich der Dämpfereinheit maximal 40Nm oder 80Nm betragen, wenn die Dämpfereinheit auf ein Teillastmoment ausgelegt ist. Beispielsweise kann die Dämpfereinheit auf einen mehrstufigen Betrieb ausgelegt sein, wobei ein erster Arbeitsbereich der Dämpfereinheit beispielsweise 40Nm bis 80Nm aufweist, wobei zumindest ein zweiter Arbeitsbereich der Dämpfereinheit einen größeren Drehmomentbereich und somit auch eine größere Steifigkeit aufweist. Dadurch lässt sich insbesondere der Komfort für den Benutzer erhöhen.According to a preferred embodiment, the damper unit is designed to provide at least single-stage or multi-stage damping within a torque range of at least 20 Nm to a maximum of 180 Nm. The torque can be detected using torque sensors or a torque transducer. When the applied torque is less than 20 Nm, the damper unit therefore has no damping effect because the torque is too small to actuate, in particular to compress, the springs. When the applied torque is greater than 180 Nm, the damper unit has no damping effect because the torque is so great that the springs are fully actuated, in particular compressed, and the spring travel is thus fully exhausted. In other words, when the applied torque is more than 180 Nm, the damper unit is in the locked state, meaning that no damping effect occurs. The damper unit therefore preferably has an operating range of at least 20 Nm to a maximum of 180 Nm. Preferably, the maximum operating range of the damper unit is 160 Nm. In particular, the maximum operating range of the damper unit can be 40 Nm or 80 Nm if the damper unit is designed for a partial load torque. For example, the damper unit can be designed for multi-stage operation, with a first operating range of the damper unit, for example, ranging from 40 Nm to 80 Nm, while at least a second operating range of the damper unit has a larger torque range and thus also greater rigidity. This can, in particular, increase user comfort.
Unter einer einstufigen Dämpfung ist zu verstehen, dass die Dämpfereinheit im Drehmomentbereich im Wesentlichen eine Dämpfungswirkung aufweist. Unter einer mehrstufigen Dämpfung ist zu verstehen, dass die Dämpfereinheit im Drehmomentbereich mehrere unterschiedliche Dämpfungswirkungen aufweist.Single-stage damping means that the damper unit essentially has a single damping effect in the torque range. Multi-stage damping means that the damper unit has several different damping effects in the torque range.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die mehrstufig dämpfende Dämpfereinheit unterschiedliche Federlängen und/oder unterschiedliche Federarten auf. Beispielsweise werden am Anfang nur die Hälfte oder ein Drittel der Federn zur Dämpfung verwendet. Erst nach einem definierten Verdrehwinkel oder ab einem definierten Drehmoment kommen die anderen Federn auch zum Einsatz. Beispielsweise weist die Dämpfereinheit eine weiche erste Stufe auf, die beispielsweise durch weiche Federn geschaffen wird, wobei die ab einem definierten Verdrehwinkel oder ab einem definierten Drehmoment folgende zweite Stufe der Dämpfereinheit eine höhere Steifigkeit aufweist, die beispielsweise durch eine als Anschlaggummi ausgebildete Feder oder einer sehr steifen, kurzen Feder geschaffen wird.According to a preferred embodiment, the multi-stage damping damper unit has different spring lengths and/or different spring types. For example, initially only half or one-third of the springs are used for damping. The other springs only come into play after a defined angle of rotation or above a defined torque. For example, the damper unit has a soft first stage, which is created, for example, by soft springs, whereas the second stage of the damper unit, which follows from a defined angle of rotation or above a defined torque, has a higher stiffness, which is created, for example, by a spring designed as a rubber stop or a very stiff, short spring.
Ein erfindungsgemäßes muskelbetriebenes Fahrzeug weist eine erfindungsgemäße Vorrichtung auf. Insbesondere ist das muskelbetriebene Fahrzeug als E-Bike ausgebildet und weist zusätzlich einen Antriebsmotor auf, wobei die Vorrichtung als Generatormodul für den Antriebsmotor eingerichtet ist.A human-powered vehicle according to the invention comprises a device according to the invention. In particular, the human-powered vehicle is designed as an e-bike and additionally comprises a drive motor, wherein the device is configured as a generator module for the drive motor.
Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei zeigt
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1 eine schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
2 eine schematische Perspektivdarstellung einer Dämpfereinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
3 eine schematische Perspektivdarstellung eines Planetenträgers der erfindungsgemäßen Vorrichtung, -
4 eine schematische Perspektivschnittdarstellung der Dämpfereinheit mit Planetenträgers im teilweise montierten Zustand, und -
5 eine schematische Darstellung eines muskelbetriebenen Fahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 a schematic sectional view to illustrate a device according to the invention, -
2 a schematic perspective view of a damper unit of the device according to the invention, -
3 a schematic perspective view of a planet carrier of the device according to the invention, -
4 a schematic perspective sectional view of the damper unit with planet carrier in a partially assembled state, and -
5 a schematic representation of a muscle-powered vehicle with a device according to the invention.
Das Exzentergetriebe 5 umfasst einen Planetenträger 9 mit mehreren Trägerbolzen 10, von denen vorliegend nur zwei Trägerbolzen 10 abgebildet sind, und zwei drehbar am jeweiligen Trägerbolzen 10 angeordnete Planetenrollen 11.1, 11.2. Die Planetenrollen 11.1, 11.2 sind über jeweilige Lager am Trägerbolzen 10 drehbar gelagert sowie über eine mittels Schraubmittel stirnseitig fixierte Scheibe axial gesichert. Die Scheibe ist ferner zur Lagerung des Planetenträgers 9 über ein Lager 20.2 an einer Exzenterwelle 14 des Exzentergetriebes 5 vorgesehen. Ferner umfasst das Exzentergetriebe 5, eine Hohlradverzahnung 13 und zwei Exzenterräder 12.1, 12.2 mit jeweils mehreren in Umfangsrichtung verteilten Mitnahmeöffnungen und jeweils einer mittigen Exzenteraufnahmeöffnung. Die Exzenterwelle 14 greift in die jeweilige mittige Exzenteraufnahmeöffnung ein und ist mit dem Rotor 4 der elektrischen Maschine 2 drehfest verbunden. Die Exzenterwelle 14 ist als Hohlwelle ausgebildet sowie drehbar an der Tretkurbelwelle 6 gelagert. Die elektrische Maschine 2 ist als Generator ausgebildet.The
Die beiden Exzenterräder 12.1, 12.2 sind bezogen auf die Rotationsachse 7 auf um 180° zueinander verdrehten Exzentern an der Exzenterwelle 14 angeordnet. Radial zwischen einem ersten Exzenter der Exzenterwelle 14 und dem ersten Exzenterrad 12.1 ist ein erstes Lager angeordnet, wobei radial zwischen einem zweiten Exzenter der Exzenterwelle 14 und dem zweiten Exzenterrad 12.2 ein zweites Lager angeordnet ist. Das jeweilige Exzenterrad 12.1, 12.2 läuft in der Hohlradverzahnung 13 ab. Die Hohlradverzahnung 13 ist drehfest im Gehäuse 8 angeordnet. Jeweils ein Trägerbolzen 10 ist durch eine jeweilige Mitnahmeöffnung am ersten Exenterrad 12.1 und eine jeweilige Mitnahmeöffnung am zweiten Exenterrad 12.2 hindurchgeführt. Die jeweilige erste Planetenrolle 11.1 kommt zumindest zeitweise im Betrieb des Exzentergetriebes 5 in der jeweiligen Mitnahmeöffnung am ersten Exenterrad 12.1 zur Anlage. Die jeweilige zweite Planetenrolle 11.2 kommt zumindest zeitweise im Betrieb des Exzentergetriebes 5 in der jeweiligen Mitnahmeöffnung am zweiten Exenterrad 12.2 zur Anlage. Dadurch können Schwingungen und Vibrationen im Betrieb des Exzentergetriebes entstehen.The two eccentric wheels 12.1, 12.2 are arranged on the
Um die Schwingungen und Vibrationen im Betrieb des Exzentergetriebes 15 zu verringern, ist im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbelwelle 6 und der elektrischen Maschine 2 eine Dämpfereinheit 15 angeordnet. Vorliegend ist die Dämpfereinheit 15 im Drehmomentfluss zwischen der Tretkurbelwelle 6 und dem Planetenträger 9 angeordnet. Die Dämpfereinheit 15 umfasst einen Federkanal 16, der einteilig mit der ersten Pedalnabe 41 ausgebildet ist, und mehrere im Federkanal 16 angeordnete Federn 17, die über Betätigungselemente 18 am Planetenträger 9 betätigbar, insbesondere stauchbar sind. Somit sind der Federkanal 16, die Tretkurbelwelle 6, beide Pedalnaben 41, 42 sowie die damit über nicht näher dargestellte Kurbeln verbundenen Pedalen zum Einleiten einer Antriebsleistung eines Benutzers in das Exzentergetriebe 5 eingerichtet. Der Federkanal 16 dient somit als Eingangswelle der Dämpfereinheit 15, wobei die Federn 17 zur Schwingungsdämpfung vorgesehen sind, und wobei der Planetenträger 9 als Ausgangswelle für die Dämpfereinheit 15 vorgesehen ist. Denn zum Ausleiten der Antriebsleistung aus der Dämpfereinheit 15 ist für jede Feder 17 der Dämpfereinheit 15 ein Betätigungselement 18 am Planetenträger 9 angeordnet.To reduce oscillations and vibrations during operation of the
Der Planetenträger 9 weist, wie aus
Alle Anschlagelemente 19 sind auf einer ersten Kreisbahn angeordnet, die einen kleineren Durchmesser aufweist als eine zweite Kreisbahn, auf der alle Betätigungselemente 18 angeordnet sind. Die Anschlagelemente 19 sind einteilig mit dem jeweiligen Federkanal 16 verbunden und erstrecken sich vom Federkanal 16 in axialer Richtung zum Planetenträger 9, wobei jeweils zwei Federn 17 in Umfangsrichtung an jedem Anschlagelementen 19 zur Anlage kommen. Die Anschlagelemente 19 spannen die Federn 17 im Federkanal vor, wobei die Betätigungselemente bei einer Relativdrehung zwischen dem Federkanal 16 und dem Planetenträger 9 die Federn 17 stauchen und dadurch Schwingungen abbauen. Vorliegend sind die Federn als Bogenfedern ausgebildet. Die Dämpfereinheit 15 ist zur einstufigen Dämpfung in einem Drehmomentbereich von 20Nm bis 160Nm vorgesehen und weist einen Verdrehwinkel von circa 8° bis 20° auf. Alternativ sowie hier nicht dargestellt kann die Dämpfereinheit 15 zur mehrstufigem Dämpfung ausgebildet sein, wobei dann vorzugsweise unterschiedliche Federlängen und/oder unterschiedliche Federarten für die Dämpfereinheit 15 vorgesehen sind.All stop
Bezugszeichenlistelist of reference symbols
- 11
- Vorrichtungdevice
- 22
- elektrische Maschineelectric machine
- 33
- Statorstator
- 44
- Rotorrotor
- 55
- ExzentergetriebeEccentric gear
- 66
- Tretkurbelwellecrankshaft
- 77
- Rotationsachseaxis of rotation
- 88
- GehäuseHousing
- 8.18.1
- GehäusedeckelHousing cover
- 99
- Planetenträgerplanet carrier
- 1010
- Trägerbolzensupport bolt
- 11.111.1
- erste Planetenrollefirst planetary roller
- 11.211.2
- zweite Planetenrollesecond planetary roller
- 12.112.1
- erstes Exzenterradfirst eccentric wheel
- 12.212.2
- zweites Exzenterradsecond eccentric wheel
- 1313
- HohlradverzahnungRing gear teeth
- 1414
- ExzenterwelleEccentric shaft
- 1515
- DämpfereinheitDamper unit
- 1616
- Federkanalspring channel
- 1717
- FederFeather
- 1818
- Betätigungselement am PlanetenträgerActuating element on the planet carrier
- 1919
- Anschlagelementen im FederkanalStop elements in the spring channel
- 20.120.1
- Lagerwarehouse
- 20.220.2
- Lagerwarehouse
- 20.320.3
- Lagerwarehouse
- 20.420.4
- Lagerwarehouse
- 2121
- RahmenFrame
- 2222
- Vorderradfront wheel
- 2323
- Hinterradrear wheel
- 2424
- GeneratormodulGenerator module
- 2525
- Antriebsmoduldrive module
- 2626
- EnergiespeichermodulEnergy storage module
- 2727
- Tretkurbelcrank
- 2828
- LeitungLine
- 3030
- muskelbetriebenes Fahrzeugmuscle-powered vehicle
- 4040
- LeistungselektronikPower electronics
- 4141
- Pedalnabepedal hub
- 4242
- Pedalnabepedal hub
- 4343
- Bohrungdrilling
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 10 2021 119 145 A1 [0002]
DE 10 2021 119 145 A1 [0002]
Claims (10)
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|---|---|---|---|
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| PCT/DE2024/100677 WO2025056106A1 (en) | 2023-09-11 | 2024-08-01 | Device for a muscle-powered vehicle |
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|---|---|---|---|
| DE102023124360.8A DE102023124360A1 (en) | 2023-09-11 | 2023-09-11 | Device for a muscle-powered vehicle |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family
ID=92300825
Family Applications (1)
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-
2023
- 2023-09-11 DE DE102023124360.8A patent/DE102023124360A1/en active Pending
-
2024
- 2024-08-01 WO PCT/DE2024/100677 patent/WO2025056106A1/en active Pending
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| DE102021119145A1 (en) | 2021-07-23 | 2023-01-26 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Drive arrangement for a human-powered vehicle with two identical transmission devices and vehicle with the drive arrangement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025056106A1 (en) | 2025-03-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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