WO2021069007A1

WO2021069007A1 - Elektromotorische antriebseinheit für ein mit muskelkraft antreibbares fahrzeug und ein mit muskelkraft antreibbares fahrzeug

Info

Publication number: WO2021069007A1
Application number: PCT/DE2020/100711
Authority: WO
Inventors: Matthias Blümel
Original assignee: Bio Hybrid GmbH
Current assignee: Bio Hybrid GmbH
Priority date: 2019-10-08
Filing date: 2020-08-14
Publication date: 2021-04-15
Anticipated expiration: 2022-04-08
Also published as: DE102019126962B3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit (1) für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, umfassend einen Stator (2), einen Rotor (3), eine über den Rotor (3) antreibbare Antriebsscheibe (4) mit einer Anbindung (5) an ein Endloszugmittel (6), sowie eine Freilaufeinrichtung (7) zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe (4) bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor (3). Die Freilaufeinrichtung (7) umfasst eine erste Kopplungsscheibe (8) und umfasst eine zweite Kopplungsscheibe (9), wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben (8; 9) auf der axialen Stirnfläche, die der anderen Kopplungsscheibe (9; 8) gegenübersteht, erste Formschlussmittel (10) zur Bildung des Freilaufs aufweist und wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) gegeneinander auf einer mit dem Stator (2) gemeinsamen Achse (11) axial verschiebbar anordenbar sind. Ferner ist die erste Kopplungsscheibe (8) über zweite Formschlussmittel (12) mit dem Rotor (3) gekoppelt und ist die zweite Kopplungsscheibe (9) über dritte Formschlussmittel (13) mit der Antriebsscheibe (4) gekoppelt, und ist ein Aktuator (14) vorhanden, über den die erste Kopplungsscheibe (8) und die zweite Kopplungsscheibe (9) axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel (10) der Kopplungsscheiben (8; 9) in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.

Description

Elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares

Fahrzeug und ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mehrspuriges Fahrzeug, umfassend einen Stator, einen Rotor, eine über den Rotor antreibbare Antriebsscheibe mit einer Anbindung an ein Endloszugmittel sowie eine Freilaufeinrichtung zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor. Ferner betrifft die Erfindung ein mit Muskelkraft betätigbares Fahrzeug.

An Fahrrädern ist die Tretkurbel, über die der Fahrer antreibt, üblicherweise mittels eines Freilaufs mit dem Flinterrad verbunden. Hierdurch wird erreicht, dass sich der Fahrer frei entscheiden kann, ob er mit der durch das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstrangs an die Geschwindigkeit des Fahrrades gekoppelten Trittfrequenz das Fahrrad antreiben möchte, oder ob er die Kurbel langsamer drehen möchte, was insbesondere bei schneller Bergabfahrt von Vorteil ist.

Schiebt man das Fahrrad rückwärts, dreht sich die Kurbel mindestens mit der durch das Übersetzungsverhältnis des Antriebsstrangs an die Geschwindigkeit des Fahrrades gekoppelten Frequenz.

Die EP 1 121 255 B1 beschreibt eine Nabe für Fahrräder mit einer Nabenachse und konzentrisch dazu angeordnetem Nabengehäuse, welches eine Lagereinrichtung mit wenigstens zwei zwischen Nabenachse und Nabengehäuse angeordneten Lagern beinhaltet. Auf der Nabenachse ist ein Rotor zur Aufnahme wenigstens eines Zahnrades angeordnet und zwischen Rotor und Nabengehäuse ist eine Freilaufeinrichtung angeordnet, die zwei Zahnscheiben aufweist, deren Zahnflächen durch eine Vorspanneinrichtung aufeinandergedrückt werden. Die Zahnscheiben sind im Wesentlichen konzentrisch zur Nabenachse in Ebenen angeordnet, die senkrecht zu der Nabenachse ausgerichtet sind. Die Zahnscheiben werden schwimmend gehalten oder gelagert, so dass eine Verkippung der Zahnscheiben in Bezug auf die Nabenachse möglich ist, wobei die Zahnscheiben mit einer Vorspanneinrichtung aufeinander gedrückt werden und derart gestaltet sind, dass sie ein Drehmoment des Rotors in Fahrtrichtung von dem Rotor auf das Nabengehäuse übertragen.

In der EP 2436945 B1 wird eine Antriebsnabe für kurbelgetriebene Fahrzeuge mit zwei Rädern beschrieben, wobei die Antriebsnabe eine feststehende Nabenachse und eine gegenüber der Nabenachse drehbar gelagerte Nabenhülse aufweist, und aufweisend einen Freilauf in einem Drehmomentenpfad in der Antriebsnabe zwischen einem Antreiber und der Nabenhülse. Ferner ist eine Steuereinrichtung zum Ausschalten des Freilaufs vorgesehen, wobei der Freilauf bei einer Rückwärts- Drehbewegung an der Nabenhülse automatisch ausgeschaltet wird, so dass im Drehmomentenpfad mit dem Freilauf kein Drehmoment übertragen werden kann.

Aus der DE 10002334 C2 ist eine in beide Drehrichtungen schaltbare Freilaufkupplung mit einem doppeltwirkenden Freilauf vorbekannt.

Ferner ist aus der CH 181943 eine ausschaltbare Walzenklemmgesperre für den Antrieb von Freilaufnaben von Fahrrädern bekannt.

Aus DE 102017 103734 A1 ist eine Fahrradnabenbaugruppe bekannt umfassend eine Nabenachswelle, ein Nabengehäuse, einen Ritzellagerkörper und eine Kupplung. Der Ritzellagerkörper ist drehbar an der Nabenachswelle montiert, um sich um eine Drehachse zu drehen. Der Ritzellagerkörper ist relativ zu der Nabenachswelle und dem Nabengehäuse um die Drehachse drehbar. Die Kupplung weist einen ersten Kopplungszustand, in dem eine Pedalbetätigungsdrehkraft von dem Ritzel lagerkörper auf das Nabengehäuse während der Pedalbetätigung in einer ersten Drehrichtung übertragen wird, einen ersten Lösezustand, in dem das Nabengehäuse während des Leerlaufs relativ zu dem Ritzellagerkörper in der ersten Drehrichtung drehbar ist, und einen zweiten Kopplungszustand auf, in dem eine Leerlaufdrehkraft vom Nabengehäuse auf den Ritzellagerkörper während des Leerlaufs in der ersten Drehrichtung übertrage wird. Aus DE 102018 116465 A1 ist eine Fahrradkomponente bekannt für ein wenigstens teilweise muskelbetriebenes Fahrrad mit wenigstens einer Freilaufeinheit, welche eine Freilaufkomponente und eine Stützeinheit und eine Federeinheit umfasst, wobei die Freilaufkomponente einen sich um eine zentrale Achse herum erstreckenden und hohl ausgebildeten rohrförmigen Körperabschnitt mit einer unrunden Außenkontur zur drehfesten und axial verschiebbaren Kopplung und eine Stirnfläche mit axialen Eingriffselementen aufweist. Die Federeinheit drückt die Freilaufkomponente und die Stützeinheit in einer axialen Richtung der zentralen Achse auseinander. Die Freilaufkomponente, die Stützeinheit und die Federeinheit bilden eine vormontierbare Baugruppe und die Federeinheit ist an der Freilaufkomponente und an der Stützeinheit befestigt.

An einspurigen Fahrrädern stellt das Mittdrehen der Tretkurbel, bei sich rückwärts bewegendem Fahrrad, in der Regel kein hohes Sicherheitsrisiko dar. Bei zwei- oder dreispurigen Fahrrädern, wie Lastenfahrrädern oder auch Velomobilen birgt dies jedoch ein Sicherheitsrisiko für den Nutzer, da diese Fahrzeuge auch rückwärts rollen, bzw. sofern diese über einen elektrischen Rückwärtsgang verfügen, auch rückwärtsfahren können. Der Nutzer muss in dieser Fahrsituation der vom Fahrzeug vorgegebenen Bewegung der Tretkurbel folgen. Dies ist unkomfortabel und birgt die Gefahr, dass der Nutzer von den Pedalen abrutschen kann. Jetzt kann es passieren, dass er von der sich drehenden Kurbel erfasst wird und ggf. zwischen anderen Fahrzeugteilen und der Tretkurbel eingeklemmt wird. In Kombination mit der hohen Fahrzeugmasse von Lastenfahrrädern oder auch Velomobilen resultiert hieraus ein erhebliches Verletzungsrisiko.

Es besteht ein anhaltendes Bedürfnis daran, die Unfallgefahr bei mit Muskelkraft antreibbaren Fahrzeugen weiter zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mehrspuriges Fahrzeug, sowie ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug bereit zu stellen, wodurch ein mit dieser Antriebseinheit betriebenes Fahrzeugs im Hinblick auf seine Betriebssicherheit weiter verbessert und insbesondere mit Blick auf etwaige Unfallgefahren dahingehend optimiert ist, dass Unfallgefahren weiter minimiert werden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 14. Bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Eine erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, insbesondere eine elektromotorische Antriebseinheit für ein mehrspuriges mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug, umfasst einen Stator, einen Rotor, eine über den Rotor antreibbare Antriebsscheibe mit einer Anbindung an ein Endloszugmittel sowie eine Freilaufeinrichtung zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor. Die Freilaufeinrichtung umfasst eine erste Kopplungsscheibe und eine zweite Kopplungsscheibe, wobei die beiden Kopplungsscheiben axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben auf der axialen Stirnfläche, die der anderen Kopplungsscheibe gegenübersteht, erste Formschlussmittel zur Bildung des Freilaufs aufweist und wobei die beiden Kopplungsscheiben gegeneinander auf einer mit dem Stator gemeinsamen Achse axial verschiebbar anordenbar sind. Die erste Kopplungsscheibe ist über zweite Formschlussmittel mit dem Rotor gekoppelt und die zweite Kopplungsscheibe ist über dritte Formschlussmittel mit der Antriebsscheibe gekoppelt. Ferner ist ein Aktuator vorhanden, über den die erste Kopplungsscheibe und die zweite Kopplungsscheibe axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel der beiden Kopplungsscheiben in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.

Durch die Bereitstellung eines erfindungsgemäßen schaltbaren Freilaufs, wodurch die Tretkurbel vom Rest des Antriebsstrangs entkoppelt wird, kann gewährleistet werden, dass ein Benutzer eines Fahrrades, insbesondere eines schwereren mit Muskelkraft betreibbaren Fahrzeugs, wie einem Lastenfahrrad oder einem mehrspurigen Velomobil, bei gewollter oder ungewollter Rückwärtsfahrt nicht von der sich ansonsten mitdrehenden Tretkurbel verletzt wird.

Dabei wird im Sinne der Erfindung unter elektromotorische Antriebseinheit eine Antriebseinheit mit einer elektrischen Maschine verstanden, die sowohl antreibend, also motorisch, als auch Strom erzeugend, also generatorisch, betreibbar ist. Im Folgenden wird der Einfachheit halber von elektromotorischer Antriebseinheit gesprochen - die jedoch im Sinne der Erfindung sowohl motorisch als auch generatorisch betrieben werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die ersten Formschlussmittel eine an der ersten Kopplungsscheibe ausgebildete axiale Schrägverzahnung und eine an der zweiten Kopplungsscheibe dazu korrespondierende Schrägverzahnung aufweisen. Flierdurch kann auf der einen Seite mit einfachen Mitteln eine wirkungsvolle Kopplung einer Antriebswelle, etwa einer Tretkurbel, als auch eine effiziente Entkopplung in Form eines Freilaufs in eine erste Drehrichtung erreicht werden.

Es kann gemäß einerweiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auch vorgesehen sein, dass die erste Kopplungsscheibe zweite Formschlussmittel aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der ersten Kopplungsscheibe ausgebildet sind, und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung des Rotors im Eingriff steht, und/oder dass die zweite Kopplungsscheibe dritte Formschlussmittel aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der zweiten Kopplungsscheibe ausgebildet sind, und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung der Antriebsscheibe im Eingriff steht. Hierdurch wird eine optimierte Kraft- und Drehmomentübertragung ermöglicht und ferner eine in axialer Richtung optimierte Nutzung von Bauraum erreicht.

Des Weiteren kann es gemäß einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass der Aktuator als Elektromagnet ausgebildet ist. Bevorzugt ist der Elektromagnet in Form eines Hubmagneten ausgebildet, wodurch auch wieder eine optimierte Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums gewährleistet ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator eine Spule aufweist, wobei die Spule feststehend gegenüber einem Anker angeordnet ist, und dass der Anker des Elektromagneten durch einen mit der zweiten Kopplungsscheibe verbundenen Hülsenabschnitt gebildet ist. Durch eine derartige Anordnung, bei der eine mit der zweiten Kopplungsscheibe insbesondere einteilig verbundene Hülse bereichsweise in den Spulenbereich des Elektromagneten eintaucht und damit die auf die zweite Kopplungsscheibe wirkende Magnetkraft verstärkt, wird in platzsparender Weise ein schaltbarer Antrieb zur Kopplung und Entkopplung der beiden Kopplungsscheiben erzielt und damit ein platzsparend bauender Freilauf bereitgestellt, der in zumindest einer Schaltposition eine vollständige Entkopplung einer Tretkurbel beziehungsweise einen Freilauf in beide Drehrichtungen gewährleistet.

In einer ersten weitergebildeten Ausführung des Elektromagneten kann vorgesehen sein, dass im stromlosen Zustand der Spule die zweite Kopplungsscheibe federkraftbeaufschlagt mit der ersten Kopplungsscheibe in Eingriff gebracht und/oder gehalten wird. Hierdurch wird ein sogenannter „fail-safe“ Betriebszustand ermöglicht, bei dem die beiden Kopplungsscheiben im stromlosen Zustand des Elektromagneten miteinander in Eingriff stehen und einen eingekoppelten Zustand sicherstellen.

In einer zweiten weitergebildeten Ausführung des Elektromagneten kann alternativ auch vorgesehen sein, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator eine Spule aufweist, wobei die Spule feststehend gegenüber dem Anker angeordnet ist, und dass der Anker des Elektromagneten durch einen auf die zweite Kopplungsscheibe wirkenden Hülsenabschnitt gebildet ist, wobei im stromlosen Zustand der Spule die zweite Kopplungsscheibe federkraftbeaufschlagt von der ersten Kopplungsscheibe getrennt wird. Hierdurch wird ein sogenannter „fail-safe“ Betriebszustand ermöglicht, bei dem die beiden Kopplungsscheiben im stromlosen Zustand des Elektromagneten nicht miteinander in Eingriff stehen also voneinander getrennt sind und so einen entkoppelten Zustand sicherstellen.

Auch kann es vorteilhaft sein, die Erfindung dahingehend weiterzuentwickeln, dass die Antriebeinheit einen Positionssensor zur Detektion einer axialen Position der zweiten Kopplungsscheibe aufweist, wodurch der Schaltzustand entkoppelt oder gekoppelt überwacht werden kann. Gegebenenfalls können über eine Steuereinheit auch die Schaltzeiten ermittelt werden und anhand einer Veränderung der Schaltzeiten frühzeitig erkannt werden, ob Abweichungen, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder Materialfehlern oder dergleichen, auftreten, so dass frühzeitig auf eine notwendige Wartung oder Reparatur hingewiesen werden kann.

Gemäß einer anderen bevorzugenden Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes kann vorgesehen sein, die Antriebsscheibe im Inneren im Wesentlichen hohl auszuführen beziehungsweise als Hohlteil auszubilden und als Gehäuse zur Aufnahme des Aktuators sowie der zweiten Kopplungsscheibe vorzusehen. Dabei kann die hohl ausgebildete Antriebsscheibe auf ihrer dem Rotor abgekehrten Stirnseite mit Hilfe eines Deckelelements verschlossen werden. Durch diesen Aufbau wird zum einen eine weitere Bauraumoptimierung erreicht und wird zum anderen eine Art modularer Aufbau ermöglicht, indem man zum einen ein in einem Motorgehäuse angeordnetes Motormodul der Antriebseinheit und zum anderen ein in der Antriebsscheibe untergebrachtes Abtriebsmodul der Antriebseinheit bereitstellt. Dieser modulare Aufbau birgt immense Vorteile bei der Fertigung als auch im Rahmen einer späteren Wartung oder Reparatur.

Schließlich kann die Erfindung auch in vorteilhafter weise dahingehend ausgeführt sein, dass das Deckelelement eine Aufnahme zur Anordnung der Spule aufweist, was ebenfalls das Ziel der Optimierung der Nutzung von Bauraum unterstützt.

Mit Vorteil ist die Antriebsscheibe auf ihrer dem Rotor zugekehrten axialen Seite über ein erstes Radialwälzlager gegenüber dem Rotor abgestützt und ist die Antriebsscheibe auf ihrer dem Rotor abgekehrten axialen Seite über ein zweites Radialwälzlager gegenüber dem Deckelelement gelagert. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass das Deckelteil ortsfest im Aufbau der elektromotorischen Antriebseinheit ausgeführt sein kann und hierdurch eine Stromzuführung zu der auf der Innenseite des Deckelteils angeordneten Spule des Elektromagneten ermöglicht ist.

Es kann gemäß einerweiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung auch vorgesehen sein, dass eine Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromagneten vorgesehen ist, wobei die Steuereinheit entweder durch ein manuell betätigbares Schaltelement, wie einen Endlagentaster/-schalter oder dergleichen und/oder durch eine sensorsignalverarbeitende Recheneinheit gebildet ist. Es kann hierdurch erreicht werden, dass die Trennung des Antriebsstrangs durch die geschaltete Entkopplung der beiden Kopplungsscheiben entweder durch einen manuellen Schaltbefehl eines Benutzers (beispielsweise durch die Betätigung eines Tasters) und/oder automatisiert in Abhängigkeit von über weitere Sensorik erfassten Betriebszuständen des Fahrzeugs (beispielsweise die Erfassung einer Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs) initiiert werden kann.

Ferner wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch ein, insbesondere mehrspurig ausgeführtes, mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit, wie sie vorstehend beschrieben ist.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann es vorgesehen sein, dass die elektromotorische Antriebseinheit eine zweite Antriebsscheibe aufweist, über die die Antriebseinheit beispielsweise über ein weiteres Endloszugmittel mit einer elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugachse koppelbar ist.

Die elektromotorische Antriebseinheit wird je nach Ausführung im bestromten oder unbestromten Zustand die beiden Zahnscheiben voneinander trennt. Das System kann um einen Schalter erweitert werden, der den aktuellen Betriebszustand des Systems an das zentrale Steuergerät des Fahrzeuges meldet. In Kombination mit einer Steuereinheit und einer elektrischen Feststellbremse kann dann sichergestellt werden, dass der Freilauf entkoppelt ist, bevor sich das Fahrzeug rückwärts in Bewegung setzt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden.

Es zeigen:

Figur 1 die erfindungsgemäße elektromotorische Antriebseinheit in einer Perspektivansicht,

Figur 2 die Antriebseinheit gemäß Figur 1 in einem Axialschnitt,

Figur 3 eine zweite, im Aufbau etwas veränderte Ausführung der erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit in einem Teil- Axialschnitt,

Figur 4 die Antriebsscheibe der erfindungsgemäßen Antriebseinheit in einer Perspektivansicht,

Figur 5 die Antriebsscheibe gemäß Figur 4 in einem Axialschnitt, und

Figur 6 den Antriebsstrang eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs in einer möglichen Ausführungsform in perspektivischer Darstellung.

Figur 1 zeigt eine elektromotorische Antriebseinheit 1 für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug 23 in einer Perspektivansicht, wobei das Fahrzeug 23 bzw. eine mögliche Ausführungsform eines Antriebstrangs für ein derartiges Fahrzeug 23 in Figur 6 veranschaulicht ist. Die elektromotorische Antriebseinheit 1 umfasst eine in einem Gehäuse angeordnete elektrische Maschine sowie eine mit der elektrischen Maschine gekoppelte Antriebsscheibe 4 mit einer in der Figur 1 nicht näher bezeichneten Anbindung 5 an ein Endloszugmittel 6. Dabei ist die Anbindung

5 der Antriebsscheibe 4 als umfängliche Verzahnung der Antriebsscheibe 4 ausgebildet, über die mittels einem als Zahnriemen ausgebildeten Endloszugmittel

6 eine Antriebskraft beziehungsweise ein Drehmoment übertragbar ist. In Figur 6 ist eine mögliche Einbindung der Antriebseinheit 1 in ein mit Muskelkraft betreibbares Fahrzeug dargestellt und man erkennt darin gut das mit der Antriebsscheibe 4 in Eingriff stehende Endloszugmittel 6.

In Figur 2 ist die die Antriebseinheit 1 gemäß Figur 1 in einem Axialschnitt dargestellt. Die elektromotorische Antriebseinheit 1 für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug 23 umfasst einen Stator 2, einen Rotor 3, eine über den Rotor 3 antreibbare Antriebsscheibe 4 mit einer Anbindung 5 an ein Endloszugmittel 6 sowie eine Freilaufeinrichtung 7 zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe 4 bei gleicher Rotationsrichtung wie der Rotor 3 mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor 3. Die Freilaufeinrichtung 7 umfasst eine erste Kopplungsscheibe 8 und eine zweite Kopplungsscheibe 9, wobei die beiden Kopplungsscheiben 8; 9 axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben 8; 9 auf der der anderen Kopplungsscheibe 9;

8 zugewandten axialen Stirnfläche erste Formschlussmittel 10 zur Bildung des Freilaufs aufweist. Die beiden Kopplungsscheiben 8; 9 sind gegeneinander auf einer mit dem Stator 2 gemeinsamen Achse 11 axial verschiebbar, schwimmend gelagert, angeordnet. Die erste Kopplungsscheibe 8 ist über zweite Formschlussmittel 12 mit dem Rotor 3 gekoppelt und die zweite Kopplungsscheibe

9 ist über dritte Formschlussmittel 13 mit der Antriebsscheibe 4 gekoppelt. Die Ausgestaltung und Funktion der Formschlussmittel wird insbesondere anhand von Figur 5 noch näher erläutert werden. Ferner ist ein Aktuator 14 vorgesehen, über den die erste Kopplungsscheibe 8 und die zweite Kopplungsscheibe 9 axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel 10 der Kopplungsscheiben 8; 9 in beide Drehrichtungen aufgehoben ist. Figur 3 zeigt eine zweite, im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 2 in ihrem Aufbau etwas veränderte Ausführung der erfindungsgemäßen elektromotorischen Antriebseinheit 1 in einem Teil-Axialschnitt. Gleiche oder gleich wirkende Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Übrigen wird an dieser Stelle auf die Ausführungen zu Figur 2 verwiesen. Über die Darstellung gemäß Figur 2 hinaus gehend ist hier dargestellt, dass die Stromzuführungsleitungen durch das Deckelelement 18 hindurch nach außen geführt sind.

In Figur 4 ist die Antriebsscheibe 4 der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 in einer Perspektivansicht dargestellt. Gut zu erkennen ist hier, dass das Antriebsrad 4 nebst der in seinem Inneren aufgenommenen Komponenten als eigenes Modul aufbaubar und damit auch entsprechend vormontierbar ist. Das im Inneren hohl ausgeführte und weitere Komponenten aufnehmende Antriebsrad 4 ist auf seiner dem Rotor 3 abgekehrten Seite über das Deckelteil 18 verschlossen, wobei Anschlussleitungen für die Spule 15 des Aktuators 14 durch eine Öffnung im Deckelement 18 nach außen geführt sind.

Wie insbesondere in Figur 5 gut dargestellt, ist die Antriebsscheibe 4 als Gehäuse zur Aufnahme des Aktuators 14 sowie zur Aufnahme der zweiten Kopplungsscheibe 9 ausgebildet. H ierfür ist die Antriebsscheibe 4 von innen hohl ausgebildet und weist auf ihrer dem Rotor 3 abgekehrten Stirnseite ein abnehmbares Deckelelement 18 auf. Darüber hinaus ist gut zu erkennen, dass die Kopplungsschnittstelle zwischen erster Kopplungsscheibe 8 und zweiter Kopplungsscheibe 9, die durch die ersten Formschlussmittel 10 gebildet ist, durch eine an der ersten Kopplungsscheibe 8 ausgebildete axiale Schrägverzahnung und eine an der zweiten Kopplungsscheibe 9 dazu korrespondierende Schrägverzahnung realisiert ist. Die erste Kopplungsscheibe 8 weist darüber hinaus zweite Formschlussmittel 12 auf, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der ersten Kopplungsscheibe 8 ausgebildet sind und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Innenverzahnung des Rotors 3 im Eingriff stehen. Ferner weist die zweite Kopplungsscheibe 9 dritte Formschlussmittel 13 auf, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der zweiten Kopplungsscheibe 9 ausgebildet sind und die mit einer korrespondierend ausgebildeten Innenverzahnung der Antriebsscheibe 4 im Eingriff stehen. Im Übrigen ist den Figuren 2, 3 und 5 der Aufbau des als Hubmagnet ausgebildeten Aktuators 14 gut zu erkennen. Der Aktuator 14 weist eine Spule 15 auf, wobei die Spule 15 feststehend gegenüber einem Anker 16 auf einem zylindrischen Spulenträger angeordnet ist. Der Anker 16 des Hubmagneten ist durch einen mit der zweiten Kopplungsscheibe 9 verbundenen Hülsenabschnitt 17 gebildet, wobei der Hülsenabschnitt 17 bereichsweise in den die Spule 15 tragenden zylindrischen Spulenträger eintaucht. Zwischen Spulenträger und Hülsenabschnitt ist eine Spiralfeder angeordnet, welche mit ihrer Federkraft die beiden Kopplungsscheiben 8; 9 zusammendrückt. Innerhalb des Spulenträgers kann zusätzlich ein Detektionsmittel in Form eines Endlagentasters oder dergleichen angeordnet sein. Im stromlosen Zustand der Spule 15 wird die zweite Kopplungsscheibe 9 federkraftbeaufschlagt mit der ersten Kopplungsscheibe 8 in Eingriff gebracht und/oder gehalten, wodurch eine entsprechende „fail-safe“ Betriebsposition gewährleistet ist. Ebenfalls ist gut zu erkennen, dass im Deckelelement 18 eine Aufnahme 19 zur Anordnung der Spule 15 ausgebildet ist. Die Antriebsscheibe 4 ist auf ihrer dem Rotor 3 zugekehrten axialen Seite über ein erstes Radialwälzlager 20 gegenüber dem Rotor 3 abgestützt und ist auf ihrer dem Rotor 3 abgekehrten axialen Seite über ein zweites Radialwälzlager 21 gegenüber dem Deckelelement 18 gelagert.

Zum Entkoppeln der Freilaufeinrichtung 7 wird die Spule 15 des Elektromagneten bestromt. Das dadurch erzeugte Magnetfeld wirkt auf den ferromagnetischen Hülsenabschnitt 7, wodurch dieser nebst der ersten Kopplungsscheibe 8 in axialer Richtung verschoben wird, bis der axiale Formschluss mit der zweiten Kopplungsscheibe 9 vollständig aufgehoben ist und so kein Drehmoment von der Antriebsscheibe 4 auf den Rotor 3 (und umgekehrt) übertragbar ist. Wird die Bestromung des Elektromagneten unterbrochen und das auf den Hülsenabschnitt 7 einwirkende Magnetfeld bricht zusammen, dann wird die zweite Kopplungsscheibe 9 federkraftbewirkt in den eingekoppelten Zustand über eine axiale Verschiebung bis zum Formschluss mit der ersten Kopplungsscheibe 8 versetzt. Figur 6 zeigt den Antriebsstrang eines erfindungsgemäßen mit Muskelkraft betätigbaren Fahrzeugs 23 in einer möglichen Ausführungsform in perspektivischer Darstellung. Der Antriebsstrang umfasst eine elektromotorische Antriebseinheit 1 , wie sie vorstehend anhand der Figuren 1-5 beschrieben ist, eine Tretkurbeleinheit, die über ein erstes Zugmittel 6 mit der Antriebseinheit 1 verbunden ist, eine elektromotorisch angetriebene Fahrzeugachse 25, die über ein zweites Endloszugmittel an eine zweite Antriebsscheibe 24 der elektromotorischen Antriebseinheit 1 angebunden ist sowie eine Steuereinheit 22 zur Ansteuerung des Elektromagneten, wobei die Steuereinheit 22 entweder durch ein manuell betätigbares Schaltelement 26 (schematisch dargestellt in Figur 2) und/oder durch eine sensorsignalverarbeitende Recheneinheit gebildet ist. Die Steuereinheit 22 kann ferner zur Ansteuerung der weiteren in den hinteren Rädern des Antriebsstrangs angeordneten Antriebsmotoren eingerichtet sein. Darüber hinaus weist das Fahrzeug 23 eine nicht dargestellte Batterie zur Versorgung der elektrischen Antriebseinheit 1 sowie weiterer elektrischer Verbraucher im Antriebsstrang auf.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung 'erste' und 'zweite' Merkmal definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen. Bezuqszeichenliste

1 Antriebseinheit

2 Stator 3 Rotor

4 Antriebsscheibe

5 Anbindung

6 Endloszugmittel

7 Freilaufeinrichtung 8 erste Kopplungsscheibe

9 zweite Kopplungsscheibe

10 erste Formschlussmittel

11 Achse

12 zweite Formschlussmittel 13 dritte Formschlussmittel

14 Aktuator

15 Spule

16 Anker

17 Flülsenabschnitt 18 Deckelelement

19 Aufnahme

20 erstes Radialwälzlager

21 zweites Radialwälzlager

22 Steuereinheit 23 Fahrzeug

24 zweite Antriebsscheibe

25 Fahrzeugachse

26 Schaltelement

Claims

Ansprüche

1. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) für ein mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeugumfassend

- einen Stator (2),

- einen Rotor (3),

- eine über den Rotor (3) antreibbare Antriebsscheibe (4) mit einer Anbindung (5) an ein Endloszugmittel (6),

- sowie eine Freilaufeinrichtung (7) zur Realisierung eines Freilaufs, derart, dass die Antriebsscheibe (4) bei gleicher Rotationsrichtung mit einer geringeren Geschwindigkeit drehbar ist als der Rotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass

- die Freilaufeinrichtung (7) eine erste Kopplungsscheibe (8) und eine zweite Kopplungsscheibe (9) umfasst, - wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) axial benachbart angeordnet sind und wobei jede der beiden Kopplungsscheiben (8; 9) auf der axialen Stirnfläche, die der anderen Kopplungsscheibe (9; 8) gegenübersteht, erste Formschlussmittel (10) zur Bildung des Freilaufs aufweist,

- und wobei die beiden Kopplungsscheiben (8; 9) gegeneinander auf einer mit dem Stator (2) gemeinsamen Achse (11) axial verschiebbar anordenbar sind,

- und wobei die erste Kopplungsscheibe (8) über zweite Formschlussmittel (12) mit dem Rotor (3) gekoppelt ist und wobei die zweite Kopplungsscheibe (9) über dritte Formschlussmittel (13) mit der Antriebsscheibe (4) gekoppelt ist,

- und wobei ein Aktuator (14) vorhanden ist, über den die erste Kopplungsscheibe (8) und die zweite Kopplungsscheibe (9) axial gegeneinander verschoben werden können, derart, dass eine Kraftübertragung über die ersten Formschlussmittel (10) der Kopplungsscheiben (8; 9) in beide Drehrichtungen aufgehoben ist.

2. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Formschlussmittel (10) eine an der ersten Kopplungsscheibe (8) ausgebildete axiale Schrägverzahnung und eine an der zweiten Kopplungsscheibe (9) dazu korrespondierende Schrägverzahnung aufweisen.

3. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kopplungsscheibe (8) zweite Formschlussmittel (12) aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der ersten Kopplungsscheibe (8) ausgebildet sind, die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung des Rotors (3) im Eingriff steht, und/oder dass die zweite Kopplungsscheibe (9) dritte Formschlussmittel (13) aufweist, die als Verzahnung auf der umfänglichen Mantelfläche der zweiten Kopplungsscheibe (9) ausgebildet sind, die mit einer korrespondierend ausgebildeten Verzahnung der Antriebsscheibe (4) im Eingriff steht.

4. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (14) als Elektromagnet, insbesondere als Flub- oder Zugmagnet, ausgebildet ist.

5. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator (14) eine Spule (15) aufweist, wobei die Spule (15) feststehend gegenüber einem Anker (16) angeordnet ist, und dass der Anker (16) des Elektromagneten (14) durch einen mit der zweiten Kopplungsscheibe (9) verbundenen Hülsenabschnitt (17) gebildet ist.

6. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im stromlosen Zustand der Spule (15) die zweite Kopplungsscheibe (9) federkraftbeaufschlagt mit der ersten Kopplungsscheibe (8) in Eingriff gebracht und/oder gehalten wird.

7. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der als Hub- oder Zugmagnet ausgebildete Aktuator (14) eine Spule (15) aufweist, wobei die Spule (15) feststehend gegenüber dem Anker (16) angeordnet ist, und dass der Anker (16) des Elektromagneten durch einen auf die zweite Kopplungsscheibe (9) wirkenden Hülsenabschnitt (17) gebildet ist, wobei im stromlosen Zustand der Spule (15) die zweite Kopplungsscheibe (9) federkraftbeaufschlagt von der ersten Kopplungsscheibe (8) getrennt wird.

8. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (22) zur Ansteuerung des Elektromagneten, wobei die Steuereinheit (22) entweder durch ein manuell betätigbares Schaltelement (26) und/oder durch eine sensorsignalverarbeitende Recheneinheit gebildet ist.

9. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebeinheit (1) einen Positionssensor zur Detektion einer axialen Position der zweiten Kopplungsscheibe (9) aufweist.

10. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsscheibe (4) als Gehäuse zur Aufnahme des Aktuators (14) sowie der zweiten Kopplungsscheibe (9) ausgebildet ist und auf ihrer dem Rotor (3) abgekehrten Stirnseite von einem Deckelelement (18) verschließbar ist.

11. Elektromotorische Antriebseinheit (1 ) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (18) eine Aufnahme (19) zur Anordnung der Spule (15) aufweist.

12. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Antriebsscheibe (4) auf ihrer dem Rotor (3) zugekehrten axialen Seite über ein erstes Radialwälzlager (20) gegenüber dem Rotor (3) abgestützt ist.

13. Elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Antriebsscheibe (4) auf ihrer dem Rotor (3) abgekehrten axialen Seite über ein zweites Radialwälzlager (21) gegenüber dem Deckelelement (18) gelagert ist.

14. Mit Muskelkraft antreibbares Fahrzeug (23), umfassend eine elektromotorische Antriebseinheit (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche.

15. Fahrzeug (23) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinheit (1) eine zweite Antriebsscheibe (24) aufweist, über die die Antriebseinheit (1 ) mit einer elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugachse (25) koppelbar ist.