Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug mit besagter Antriebsvorrichtung und ein modulares System zur Bereitstellung der Antriebsvorrichtungen.

Zu den einspurigen Fahrzeugen werden insbesondere Fahrräder, (Tret-) Roller, Mofas und Motorräder gezählt. Die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung kann ebenso in dreirädrigen Elektromobilen, beispielsweise in einem ein dreirädrigen Lastenfahrrad mit Elektromotor, Anwendung finden.

Der elektromotorische Antrieb für diese Fahrzeuge kann als alleiniger Antrieb, beispielsweise bei einem Elektro-Mofa, einem Elektroroller oder einem Elektromotorrad, fungieren. Alternativ kann der elektromotorische Antrieb aber auch lediglich als Hilfsantrieb, wie bei einem Elektrofahrrad, vorgesehen sein. Elektrofahrräder, bei denen der Elektromotor lediglich als Hilfsantrieb wirkt, werden gemeinhin auch als Pedelecs oder S-Pedelecs bezeichnet.

Elektrische Antriebe für, insbesondere einspurige, Fahrzeuge werden im Wesentlichen als Nabenmotor für das Vorder- oder Hinterrad, als Mittelmotor mit einer Krafteinleitung per zusätzlichem Ritzel in die Fahrradkette (bzw. den Zahnriemen) oder mit einem direkten Antrieb der Tretkurbelwelle ausführt.

Historisch bedingt werden die Fahrzeuge und die zugehörigen Antriebssysteme von einer Vielzahl verschiedener Hersteller entwickelt und produziert. Entsprechend groß und unübersichtlich ist die Anzahl unterschiedlicher und häufig untereinander inkompatibler Antriebssysteme.

Für die verschiedenen am Markt anzutreffenden Systeme kompatible Antriebsmotoren bereitzustellen ist deshalb mit einem großen Aufwand verbunden. Die hohe Variantenvielfalt und die (nachträgliche) Einführung neuer Produktvarianten führt zu einer Erhöhung der Produkt- und Prozesskomplexität. Diese wiederum beeinflusst die zentralen Leistungszielgrößen Kosten, Qualität und Zeit negativ. Die Beherrschung der Komplexität, die auf die Vielzahl der unterschiedlichen Varianten zurückgeht, ist für ein über den gesamten Produktlebenszyklus nachhaltiges Produkt mit guter Wartungs- und Reparaturfähigkeit daher von besonderer Bedeutung.

Eine der durch die Erfindung zu lösende Aufgabe liegt daher darin, eine insbesondere in den genannten Punkten verbesserte Antriebsvorrichtung bereitzustellen, die eine geringe Komplexität bei großer Variabilität aufweist. Darüber hinaus liegt der Erfindung weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug und ein modulares System zur Bereitstellung entsprechender Antriebsvorrichtungen anzubieten.

Zur Lösung oben genannter Aufgaben wird eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und ein modulares System mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen.

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Auch können die im Zusammenhang der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschriebenen Merkmale vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs bzw. des modularen Systems sein und umgekehrt.

Es sei ferner darauf hingewiesen, dass eine hierin verwendete, zwischen zwei Merkmalen stehende und diese miteinander verknüpfende Konjunktion „und/oder" stets so auszulegen ist, dass in einer ersten Ausgestaltung lediglich das erste Merkmal vorhanden sein kann, in einer zweiten Ausgestaltung lediglich das zweite Merkmal vorhanden sein kann und in einer dritten Ausgestaltung sowohl das erste als auch das zweite Merkmal vorhanden sein können.

Erfindungsgemäß wird eine Antriebsvorrichtung für ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug vorgeschlagen, die eine Hohlwelle aufweist. Die Hohlwelle kann axial zweigeteilt sein und im Zuge der Montage aus zwei Wellenteilstücken zusammengesetzt werden. Die Wellenteilstücke der Hohlwelle können auch als Hohlwellenteilstücke bzw. Teilstücke der Hohlwelle (erstes und zweites Teilstück) bezeichnet werden.

Im Sinne der Offenbarung gilt eine Hohlwelle auch dann noch als zweigeteilt, wenn die Hohlwellenteilstücke im Zuge der Montage mittels stoffschlüssiger Verbindung gefügt, beispielsweise geklebt, werden. Für eine bessere Reparier- und Wartbarkeit ist eine lösbare Verbindung allerdings bevorzugt.

In der Antriebsvorrichtung sind ein Elektromotor und ein Umlaufrädergetriebe konzentrisch zu der Hohlwelle angeordnet. In anderen Worten drehen die Hohlwelle, der Elektromotor und das Umlaufrädergetriebe, teilweise mit unterschiedlichen Drehzahlen, um dieselbe imaginäre Drehachse.

Durch das Getriebe kann ein Elektromotor mit vergleichsweise geringem Bauvolumen gewählt werden, und trotzdem das benötigte Drehmoment am Rad bereitstellen.

Die Hohlwelle weist an beiden axialen Enden jeweils einen Anschluss auf. Die Anschlüsse sind ausgebildet, um in Abhängig von der Einbausituation wahlweise beispielsweise mit Ausfallenden oder mit Tretkurbeln des, vorzugsweise einspurigen, Fahrzeugs drehfest gekoppelt zu werden. In anderen Worten kann über die Anschlüsse eine drehmomentübertragende Welle-Nabe-Verbindungen mit weiteren Bauteilen des Fahrzeugs hergestellt werden.

Als „Ausfallenden" werden die am Rahmen und der Gabel vorhandenen Aufnahmen für die Achse der Radnabe bezeichnet. Insbesondere beim Fahrrad bzw. Elektrofahrrad sind verschiedene Bauformen von Ausfallenden üblich. Die nach unten schräge Bauform ist nach vorne offen und erlaubt eine Spannung der Kette ohne Kettenspanner. Vertikale Ausfallenden sind nach unten offen. Hierdurch wird ein Verrutschen der Achsen während der Fahrt verhindert. Horizontale Ausfallenden sind nach hinten offen. Dadurch kann die Kette durch ein Verschieben des Rades einfach gespannt werden. Geschlossene Ausfallenden hingegen sind besonders stabil und zeigen auch unter hohen Lasten nur eine geringe Verwindung. Geschlossene Ausfallenden können die Radnaben jedoch auch zum Beispiel mit Gewindebolzen, Flügelschrauben, verschiedenen Arten von Muttern oder an- deren Befestigungselementen bzw. -adaptern an den geschlossenen Ausfallenden befestigt werden

Eine Tretkurbel ist ein an den Anschlüssen angebrachter Hebel mit einem Tritt zum Aufsetzen eines Fußes am freien Ende. Durch kreisförmige Bewegung wird über die Kurbel ein Antriebsmoment in die Hohlwelle eingeleitet. Der häufigste Anwendungsfall sind die zwei an den Enden einer kurzen Tretlager- bzw. Tretkurbelwelle angebrachten Tretkurbeln am Fahrrad. Durch Treten der Fahrradpedale am Ende der Kurbeln werden Welle und Kettenblatt (bzw. Zahnriemenblatt) angetrieben.

Durch die besondere Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung und seiner Anschlüsse kann die Antriebsvorrichtung sowohl als Mittelmotor oder als Radnabenmotor genutzt werden, ohne umfangreiche Änderungen an der Konstruktion erforderlich zu machen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Antriebsvorrichtungen ergeben sich aus den in den Unteransprüchen angegebenen, sowie den nachfolgend beschriebenen Merkmalen. Betont sei an dieser Stelle, dass die nachfolgend beschriebenen Merkmale ohne Weiteres auch vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale eines erfindungsgemäßen, vorzugsweise einspurigen, Fahrzeugs bzw. des modularen Systems sein können. Um Wiederholungen zu vermeiden, seien die in Rede stehenden Merkmale nachfolgend regelmäßig nur in Bezug zu der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung beschrieben.

Bevorzugt sind dabei Elektromotor und Umlaufrädergetriebe in der Hohlwelle angeordnet. Ein Kerngedanke dabei ist, eine Hohlwelle zu nutzen, die nicht nur zur Übertragung eines Drehmomentes, sondern gleichzeitig auch als Motorgehäuse dient. Da sowohl das polare Flächenträgheitsmoment wie auch das Torsionsträgheitsmoment in ganz wesentlichem Maße von der radialen Ausdehnung der Querschnittsfläche um ihren Bezugspunkt abhängen, kann auf diese Weise erheblich Bauraum und Material bzw. damit einhergehend Gewicht eingespart werden.

In einigen Ausführungsvarianten können das erste und das zweite Hohlwellenteilstück jeweils auf ihrem äußeren Umfang einen Lagersitz für ein erstes und ein zweites Hauptlager aufweisen. Die Hohlwelle ist dann mittels der Hauptlager in der Antriebsvorrichtung drehbar gelagert.

Die Anschlüsse können ein Außengewinde und/oder ein Innengewinde aufweisen. Bevorzugt können die Anschlüsse ein Außengewinde und ein Innengewinde umfassen. Durch diese Art der Ausgestaltung können die Anschlüsse besonders einfach und vielfältig adaptiert werden.

Bei der Nutzung der Antriebsvorrichtung als Mittelmotor umfasst die Antriebsvorrichtung weiterhin Hauptlager und zugehörige Lagerdeckel. Die Lagerdeckel sind ausgebildet, um die Hohlwelle in einer Motoraufnahme eines Rahmens des, vorzugsweise einspurigen, Fahrzeugs zu lagern.

Bei einer Nutzung der Antriebsvorrichtung als Radnabenmotor umfasst die Antriebsvorrichtung zusätzlich Gehäuseschalen und Hauptlager. Die Gehäuseschalen sind vorgesehen ein Nabengehäuse auszubilden, in der die Hohlwelle mittels der Hauptlager gelagert wird. Bevorzugt weist das Nabengehäuse zwei Speichenflansche aufweist.

Der Elektromotor kann, insbesondere beim Einsatz der Antriebsvorrichtung als Mittelmotor, über entsprechende Schleifringe mit elektrischer Energie und Steuersignalen versorgt werden. In gleicher Weise können Sensorsignale über Schleifringe an eine außerhalb der Hohlwelle liegende Steue- rung/Regelung/Steuerelektronik geleitet werden. Beim Einsatz der Antriebsvorrichtung als Nabenmotor sind Schleifringe optional, insbesondere wenn der Stator des Elektromotors nicht mitdreht.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt ist die Hohlwelle axial zweigeteilt und umfasst ein erstes und ein zweites Hohlwellenteilstück. Bevorzugt ist der Elektromotor in dem ersten Hohlwellenteilstück und das Umlaufrädergetriebe in dem zweiten Hohlwellenteilstück angeordnet.

Ein Stator des Motors kann drehfest mit dem ersten Hohlwellenteilstück verbunden sein. Ein Rotor des Motors kann drehbar in dem ersten Hohlwellenteilstück gelagert werden. Durch dies räumliche Trennung von Motor und Getriebe kann ein besonders effizientes Wärmemanagement betrieben werden. Dadurch, dass die thermische Last des Elektromotors im Wesentlichen in das erste Teilstück der Hohlwelle ein- und von diesem abgeleitet wird, sowie dadurch, dass die durch Reibung und Dissipation eingetragene thermische Last des Getriebes in das zweite Teilstück der Hohlwelle ein- und von diesem abgeleitet wird, werden Elektromotor und Getriebe thermisch weitestgehend entkoppelt. Um eine zusätzliche thermische Isolation zwischen den Hohlwellenteilstücken herzustellen, kann optional zwischen den Teilstücken der Hohlwelle ein schlecht-wärmeleitender Einleger, beispielsweise aus einem entsprechenden Polymer, angeordnet werden. Ein solcher kann zusätzlich auch zu einer guten akustischen Entkopplung, und damit geringeren Antriebsgeräuschen, führen.

Bevorzugt können die Zahnräder und/oder weitere Bauteile des Umlaufrädergetriebe zum Zwecke der Gewichts-, Kosten- und Geräuschreduktion zumindest teilweise aus Kunststoff gefertigt werden. Da Bauteile aus Kunststoff jedoch häufig relativ sensibel auf hohe Betriebstemperaturen reagieren, ist die thermische Trennung von Elektromotor und Getriebe besonders vorteilhaft. Weil nämlich der Wirkungsgrad eines Getriebes häufig höher ist als der Wirkungsgrad eines Elektromotors, ist die thermische Last im Elektromotor in den allermeisten Betriebszuständen höher als im Getriebe. Da die vom Motor abgegebene thermische Energie aufgrund der thermischen Trennung zwischen den Hohlwellenteilstücken nicht wesentlich in das Getriebe (mit einer optimalen Betriebstemperatur vorzugsweise unter 70°C) eingetragen wird, und der Motor selbst vergleichsweise tolerant auf höhere Betriebstemperaturen (bis ca. 110°C) reagiert, werden beide Bauteile auch bei hoher Leistungsabgabe nicht thermisch überlastet.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt ist das Umlaufrädergetriebe zweistufig. Durch den elektrischen Antrieb, bzw. dessen Unterstützung, kann das Getriebe nicht-schaltbar ausgeführt sein. Eine eher unergonomische, langsame Trittfrequenz (Kadenz) mit gleichzeitig sehr hohem Drehmomentbedarf kann durch den Elektromotor zumindest kurzzeitig weitestgehend ausgeglichen werden, sodass die Getriebemechanik deutlich einfacher ausgeführt sein kann.

Insbesondere ein Untersetzungsgetriebe, bevorzugt mit einer Untersetzung von ca. 30: 1 bis 60: 1 ins Langsame, besonders bevorzugt mit einer Untersetzung von ca. 40: 1 bis 50: 1, weiter bevorzugt mit einer Untersetzung im Bereich von ca. 45: 1, hat sich als besonders geeignet herausgestellt, da auf diese Weise auch durch einen kleinen Elektromotor ausreichend Drehmoment bei der gewünschten maximalen Drehzahl bereitgestellt werden kann. Ein zweistufiges Getriebe ist für diese Untersetzung besonders gut geeignet.

Ein im Umlaufrädergetriebe angeordneter optionaler Freilauf kann den Motor immer dann entkoppeln, wenn ein Fahrer mit einer schnelleren Trittfrequenz tritt, als es der Motor, beispielsweise aufgrund gesetzlicher Maximalgeschwindigkeiten, als Kadenz anbietet. Der Freilauf kann zwischen einem Planetenträger der ersten Getriebestufe und dem Ritzel der zweiten Getriebestufe angeordnet sein.

Ein treibendes Ritzel einer ersten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebe kann drehfest mit dem Rotor des Elektromotors verbunden oder als integraler Teil einer Rotorwelle des Rotors ausgeformt sein. Ein möglichst kompakter Kraftfluss mit wenigen Koppelstellen ist besonders vorteilhaft für ein kleines Bauvolumen und geringe Verluste.

Wenn das Getriebe ein Umlaufrädergetriebe, also ein sogenanntes Planetengetriebe ist, kann das zweite Hohlwellenteilstück zumindest ein sich von einer Innenseite zu einer Außenseite erstreckendes Fenster, in anderen Worten einen Durchbruch, aufweisen. In dem Fenster kann ein drehbar gelagertes Umlaufrad (Planetenrad) derart angeordnet sein, dass das Umlaufrad in ein dem Umlaufrad zugeordnetes Hohlrad eingreift. Das Hohlrad kann die Hohlwelle dabei konzentrisch umgeben.

Das Hohlrad kann als separates Bauteil ausgeführt sein. Dies ist vorteilhaft, wenn die Antriebsvorrichtung mit geringem Fertigungsaufwand in die Fahrzeugrahmen eingebracht werden soll.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Hohlrad, bzw. ein entsprechender Innenzahnkranz, auch integral am Rahmen des, vorzugsweise einspurigen, Fahrzeugs (beispielsweise im Fahrradrahmen eines Fahrrads) ausgeformt sein. In der Herstellung zwar aufwändiger, spart diese Variante jedoch vorteilhaft ein zusätzliches Bauteil ein. Das Hohlwellenteilstück, im Rahmen dieser Offenbarung auch als zweites Teilstück der Hohlwelle bezeichnet, kann abschnittsweise als Planetenträger des Umlaufrädergetriebes ausgeführt sein. Auf dem Planetenträger kann das zumindest eine Umlaufrad gelagert sein. Das Umlaufrad ist dabei in zumindest einigen Ausführungsformen einer zweiten Getriebestufe zugeordnet.

Das erste und das zweite Hohlwellenteilstück weisen in axialer Richtung jeweils eine erste Seite und eine zweite Seite auf. Bevorzugt können die Teilstücke dabei topfartig auf der ersten Seite verschlossen und an der zweiten Seite offen ausgebildet sein. Das erste und das zweite Teilstück können dann derart auf der jeweils zweiten Seite drehfest miteinander verbunden werden, dass die Teilstücke gemeinsam einen Hohlraum ausbilden, in dem der Elektromotor und (falls vorhanden) das Getriebe angeordnet sind. Die Hohlwellenteilstücke können auf der jeweils ersten Seite nach der Montage mit einem Deckel verschlossen werden. Alternativ können die Hohlwellenteilstücke aber auch direkt mit einer (integral ausgeformten) geschlossenen Seite hergestellt werden. Auf diese Weise wird das Eindringen von Verschmutzungen in den Motor und/oder das Getriebe weitestgehend vermieden. Im montierten Zustand weisen die ersten Seiten der beiden Hohlwellenteilstücke voneinander weg, sprich die beiden ersten Seiten sind nach außen weisend angeordnet. Die ersten Seiten bilden demnach im montierten Zustand die entgegengesetzten axialen Enden der resultierenden Hohlwelle aus. Die zweiten Seiten der beiden Hohlwellenteilstücke wiederum sind im montierten Zustand nach innen weisend angeordnet, sprich die beiden Hohlwellenteilstücke liegen mit ihren jeweiligen zweiten Seiten aneinander an.

Zusätzlich oder alternativ können das erste und das zweite Hohlwellenteilstück jeweils zumindest einen innenliegenden Lagersitz aufweisen. Bevorzugt kann das zweite Hohlwellenteilstück zwei innenliegende Lagersitze, insbesondere für die Lagerung eines Planetenträgers der ersten Getriebestufe, aufweisen.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Hohlwellenteilstück kann optional ein Lagerschild zur Aufnahme eines weiteren Lagers eingespannt werden. Das leicht einbringbare Lagerschild vereinfacht die Montage. Über das Lager des Lagerschilds und das in dem ersten Teilstück angeordneten Lager kann der Rotor des Elektromotors gelagert sein. Weiterhin vorgeschlagen wird ein elektromotorisch antreibbares, vorzugsweise einspuriges, Fahrzeug, das eine Antriebsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, umfasst.

Ein modulares System zur Bereitstellung von wenigstens einer Antriebsvorrichtung, die in verschiedenen definierten Einbausituationen sowohl als Mittelmotor wie auch als Radnabenmotor einsetzbar ist, umfasst a) eine Antriebsvorrichtung, wie zuvor beschrieben, sowie b) den verschiedenen definierten Einbausituationen zugeordnete Konstruktionsdaten für einbausituationsabhängige Motoraufnahmen zur Aufnahme der Antriebsvorrichtung.

Konstruktionsdaten im Sinne der Offenbarung umfassen insbesondere Definitionen von durch die Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung festgelegten Funktionsflächen und -räume, Materialien und Schnittstellen von Bauteilen des Fahrzeugs. Konstruktionsdaten können dabei beispielsweise insbesondere Konstruktionspläne, digitale CAD-Modelle, Bauteilspezifikationen und andere Informationen umfassen. Die Konstruktionsdaten können auf einem transportablen Datenträger, beispielsweise auf Papier, einer CD oder DVD, alternativ aber auch als unkörperliche Dateien über ein Netzwerk, beispielsweise das Internet, bereitgestellt werden.

Vorteilhaft kann das modulares System Gehäuseschalen umfassen, um ein Nabengehäuse auszubilden bzw. wobei mit den Gehäuseschalen ein Nabengehäuse ausbildbar ist bzw. ausgebildet wird. Dabei ist in dem Nabengehäuse die Hohlwelle lagerbar bzw. wird die Hohlwelle gelagert. Auf sehr einfache Weise kann damit die Antriebsvorrichtung auch als Nabenmotor verwendet werden. Das Nabengehäuse kann zwei Speichenflansche aufweisen.

Weiterhin kann das modulares System eine Mehrzahl unterschiedlicher Befestigungsadapter zur Adaptierung der Anschlüsse der Antriebsvorrichtung an die verschiedenen definierten Einbausituationen, teilweise mit unterschiedlichen Einbaubreiten, umfassen. Beispielsweise kann bei der Nutzung als Mittelmotor durch eine bereitgestellte Auswahl von verschiedenen Kurbelzapfen die Antriebsvorrichtung zu sehr vielen bestehenden OEM-Lösungen kompatibel gemacht werden. Die Befestigungsadapter können bevorzugt eine drehmomentübertragende Geometrie und/oder verschiedene Längen aufweisen. Für die Nutzung der Antriebs- Vorrichtung als Vorderrad- oder Hinterradnabenmotor können die Befestigungsadapter insbesondere derart ausgestaltet sein, dass sie zu den verschiedenen Arten von Ausfallenden und Einbaubreiten kompatibel bzw. korrespondierend sind. Beispielsweise können die Befestigungsadapter zumindest abschnittsweise einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt aufweisen. Bevorzugt sind die Befestigungsadapter derart ausgebildet, dass sie mit der Hohlwelle und/oder den zu befestigenden Bauteilen einen Formschluss ausbilden können.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung nicht einschränkend zu verstehender Ausführungsbeispiele der Erfindung, welche unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. In diesen Zeichnungen zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Antriebsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

Fig. 4 ein elektromotorisch antreibbares Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, zusammenfassend dargestellt in drei verschiedenen Varianten einer Einbausituation einer Antriebsvorrichtung in dem Fahrzeug (Elektrofahrrad).

Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils ähnliche Ausführungsbeispiele der Erfindung und werden deshalb im Wesentlichen gemeinsam beschrieben. Lediglich die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen werden gesondert und im Zusammenhang mit den jeweiligen Figuren hervorgehoben.

Gezeigt sind jeweils eine Antriebsvorrichtung 2 für ein elektromotorisch antreibbares einspuriges Fahrzeug 1, wobei es sich bei dem Fahrzeug 1 in dem vorliegend dargestellten und insofern bevorzugten Ausführungsbeispiel um ein Elektrofahrrad handelt (vgl. Figur 4). Die Hohlwelle 3 ist axial zweigeteilt. In einem ersten Teilstück 4 der Hohlwelle 3 (erstes Hohlwellenteilstück 4) ist ein Elektromotor 6 mit seinem Rotor 8 und seinem einem Stator 9 angeordnet.

Der Stator 9 ist dabei drehfest mit dem ersten Hohlwellenteilstück 4 verbunden. Der Rotor 8 wiederum ist zumindest auf einer Seite drehbar in dem ersten Hohlwellenteilstück 4 gelagert.

In dem zweiten Hohlwellenteilstück 5 der Hohlwelle 3 ist ein Getriebe in Form des Umlaufrädergetriebes 7 angeordnet. Teile des Umlaufrädergetriebes 7, konkret die Umlaufräder 28 der zweiten Getriebestufe, treten durch Fenster 27 bzw. Aussparungen in dem zweiten Hohlwellenteilstück 5 aus diesem hervor.

Das Umlaufrädergetriebe 7 ist ein ins Langsame übersetzendes zweistufiges Umlaufrädergetriebe. Getriebe dieser Art werden auch Untersetzungsgetriebe genannt. Das Umlaufrädergetriebe 7 ist konzentrisch zu der Hohlwelle 3 und dem Elektromotor 6 angeordnet.

Ein treibendes Ritzel 10 einer ersten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebes 7 ist als integraler Teil einer Rotorwelle 11 des Rotors 8 ausgeformt. Alternativ kann das Ritzel 10 separat gefertigt und auf die Rotorwelle 11 montiert werden.

Die Umlaufräder 28 der zweiten Getriebestufe greifen in ein zugeordnetes Hohlrad 26 ein. Das Hohlrad 26 und die Hohlwelle 3 sind konzentrisch angeordnet, sodass das Hohlrad 26 die Hohlwelle 3 umgibt. Anders ausgedrückt ist die Hohlwelle 3 durch das Hohlrad 26 hindurch gesteckt.

Weiterhin ist das zweite Hohlwellenteilstück 5 der Hohlwelle 3 zumindest abschnittsweise als Planetenträger einer zweiten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebes ausgeführt.

Das erste und das zweite Hohlwellenteilstück 4, 5 weisen, in axialer Richtung gesehen, jeweils eine erste Seite 12, 14 und eine zweite Seite 13, 15 auf. Sie sind dabei jeweils topfartig auf der ersten Seite 12, 14 verschlossen und an der zweiten Seite 13, 15 offen ausgebildet. Beide Hohlwellenteilstücke 4, 5 sind derart auf der jeweils zweiten Seite 13, 15 drehfest miteinander verbunden, dass die Hohlwellenteilstücke 4, 5 gemeinsam einen Hohlraum 16 in ihrem Inneren ausbilden (Hohlraum 16 lediglich in Figur 1 über einen Pfeil angedeutet). In dem Hohlraum 16 sind der Elektromotor 6 und das Umlaufrädergetriebe 7 angeordnet.

Weiterhin weisen das erste und das zweite Hohlwellenteilstück 4, 5 der Hohlwelle 3 jeweils auf ihrem äußeren Umfang einen Lagersitz 17, 18 für ein erstes und ein zweites Hauptlager 29, 30 auf. Die Hohlwelle 3 wird also beidseits mittels der Hauptlager 29, 30 drehbar gelagert. Dabei ist das erste Hauptlager 29 als Loslager, das zweite Hauptlager 30 als Festlager ausgeführt.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2, in denen die Antriebsvorrichtung 2 als Mittelmotor in das Fahrzeug 1 (Elektrofahrrad) integriert sind, sind die Hauptlager 29,30 in fest mit dem Rahmen des Fahrzeugs verbundenen Lagerbüchsen bzw. Lagerdeckeln 31 gelagert. Die Lagerdeckel 31 sind mit dem Hauptrahmen 42 verschraubt.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 2 und 3 weist das erste und das zweite Hohlwellenteilstück 4, 5 jeweils zumindest einen innenliegenden Lagersitz 20, 21, 22 auf. In den gezeigten Varianten umfasst das zweite Hohlwellenteilstück 5 dabei zwei innenliegende Lagersitze 21, 22, die einen Planetenträger der ersten Getriebestufe des Umlaufrädergetriebes lagern.

Weiterhin umfassen die Antriebsvorrichtungen der Figuren 2 und 3 ein Lagerschild 19 zur Aufnahme eines Lagers 20. Das Lagerschild ist zwischen Stirnflächen bzw. Absätzen der ersten und zweiten Hohlwellenteilstücke 4, 5 der Hohlwelle 3 eingespannt/eingeklemmt.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 bis 3 weist die Hohlwelle 3 an axialen Enden jeweils einen Anschluss 32 für eine Welle-Nabe-Verbindung auf. Die Anschlüsse 32 umfassen jeweils ein Außen- und ein Innengewinde. In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel als Mittelmotor dargestellt. Befestigungsadapter 39 in Form eines Gewindebolzens/Tretkurbelzapfen verspannen die Tretkurbeln 40 an der Hohlwelle 3. In Figur 3 ist eine Ausführungsvariante der Antriebsvorrichtung als Radnabenmotor dargestellt. In den Innengewinden der Anschlüsse 32 sind, als Befestigungsadapter 39, Gewindebolzen angeordnet/eingeschraubt, die die Ausfallenden 38 durchdringen und dort (nicht dargestellt) mit einem entsprechenden Schnellspanner oder einer Mutter festgesetzt werden können.

Bei Ausführungsvarianten als Mittelmotor 34 eines Elektrofahrrads können an den Anschlüssen 32 entsprechende Tretkurbeln 40 und ein oder mehrere Kettenblätter drehfest angebracht werden. Falls metallische Tretkurbeln genutzt werden, dienen diese aufgrund Ihrer guten Wärmeleitfähigkeit und großen Oberfläche gleichzeitig als Kühlkörper für die Antriebsvorrichtung 2.

Soweit die Antriebsvorrichtung 2 als Radnabenmotor 33, 35, wie in Figur 3 gezeigt, insbesondere als Hinterradnabenmotor 35, ausgebildet ist (vgl. auch Figur 4), sind die Anschlüsse 32 mit dem Rahmen, konkret mit dem Ausfallende 38 des Hinterbaus drehfest gekoppelt. Die Hauptlager sind in diesem Fall in einem (axial) zweigeteilten Nabengehäuse aus drehfest miteinander verbundenen Gehäuseschalen 36 gelagert. Das Nabengehäuse kann zwei axial beabstandete Speichenflansche 41 aufweisen.

In Figur 4 sind die verschiedenen Einbaupositionen einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung exemplarisch anhand eines Elektrofahrrads gezeigt.

Elektrofahrräder weisen üblicherweise einen Rahmen aus einen Hauptrahmen 42 und einen Hinterbau 43 auf. Der Hauptrahmen 42 umfasst ein Unterrohr 44, zumeist ein Oberrohr 45, ein Sitzrohr 46 und ein Steuerrohr. Der Hinterbau 43 zur Lagerung eines Hinterrads 47 weist eine untere Hinterradgabel mit Kettenstreben 48 sowie eine obere Hinterradgabel mit Sitzstreben 49 auf. Die Hinterradgabel kann federnd gelagert sein. Am freien unteren Ende der Vorderradgabel sind die Gabelausfallenden ausgebildet. Die Gabelausfallenden nehmen die Vorderradnabe bzw. die Anschlüsse der Achse der Vorderradnabe auf. Am Hinterbau 43 sind die Hinterbauausfallenden im Verbindungs- bzw. Kreuzungsbereich von Kettenstreben 48 und Sitzstreben 49 angeordnet. Die Hinterbauausfallenden nehmen die Hinterradnabe, bzw. die Anschlüsse der Achse der Hinterradnabe, auf.

An der Stelle, an der Sitzrohr 46 und Unterrohr 44 Zusammentreffen, ist im Rahmen die Tretkurbelwelle bzw. die Antriebsvorrichtung 2 als Mittelmotor angeordnet. Eine Tretkurbel ist ein an den Anschlüssen der Hohlwelle 3 bzw. der Tret- kurbelwelle angebrachter Hebel mit einem Pedal zum Aufsetzen eines Fußes. Durch kreisförmige Bewegung wird über die Kurbel ein Antriebsmoment in die Hohlwelle 3 eingeleitet. Durch Treten der Fahrradpedale am Ende der Kurbeln werden Welle und Ketten- bzw. Zahnriemenblatt angetrieben.

(Einspurige) Fahrzeuge 1 mit einem Vorderradnabenmotor 33 sind im Allgemeinen günstiger als jene mit Mittelmotor 34 oder Nabenmotor am Hinterrad 47. Hinzu kommt, dass man einen Frontmotor 33 mit allen Schaltsystemen kombinieren kann.

Allerdings besteht beim Vorderradnabenmotor 33 das Risiko, dass der Vorderreifen 50 die Traktion verliert, durchdreht und wegrutscht. Auch ist das Lenkverhalten durch das hohe Gewicht des Antriebs 2 am Vorderrad 50 nachteilig beeinflusst. Zusätzlich lässt sich das Vorderrad 50 durch das Gewicht des Elektromotors bzw. der Antriebsvorrichtung 2 etwas schwerer anheben. Auch der Reifenwechsel ist aufwendiger, als wenn ein Mittelmotor genutzt wird.

Bei Hecknabenmotoren 35 ist zwar die Gewichtsverteilung zwischen den Rädern besser als bei Frontnabenmotoren 33, sodass die Gefahr eines durchdrehenden und weggleitenden Reifens verringert wird. Allerdings weisen beide Konzepte mit Nabenmotor, unabhängig davon, ob dieser nun am Vorder- oder am Hinterrad montiert ist, im Vergleich zu Antriebskonzepten mit Mittelmotor 34, hohe ungefederte Massen an den Rädern auf. Wie beim Frontmotor 33 ist der Reifenwechsel auch beim Hecknabenmotor 35 aufwendiger als beim Mittelmotorkonzept.

Soweit ein Mittelmotor 34 für ein Elektrofahrrad vorgesehen ist, weist dieser beim Stand der Technik zumeist ein Motorgehäuse auf, in dem eine quer zur Fahrtrichtung liegende Tretlagerwelle zum beidseitigen Anschluss von Tretkurbeln eines Kurbeltriebs integriert ist.

Durch die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung 2 kann ein separates Motorgehäuse bei der Nutzung als Mittelmotor 34 entfallen.

Neben dem die Tretbewegung unterstützenden Elektromotor, umfasst der Antrieb einen Sensor für eine Kurbelbewegungserkennung sowie eine Steuerelektronik. Der Mittelmotor 34 ist im Verbindungsbereich zwischen Unterrohr 44 und Sitzrohr 46 rahmenfest angeordnet. Vorteilhaft liegt der Schwerpunkt des Mittelmotors 34 niedriger als bei Radnabenmotoren 33, 35.

Die Antriebsvorrichtung 2 kann als Mittelmotor 34, als Hinterradnabenmotor 35 oder auch als Vorderradnabenmotor 33 in das Fahrzeug 1, hier das gezeigte Elektrofahrrad, integriert sein.

Bei einer Ausführung als Mittelmotor 34 ist die Hohlwelle 3 als Tretkurbelwelle ausgebildet.

Bei einer Ausführung als Radnabenmotor 33, 35 wird die Hohlwelle 3 in einem Nabengehäuse 37 mit zwei Gehäuseschalen 36 gelagert. Das Nabengehäuse 37 wiederum wird in bekannter Art und Weise in die Räder 47, 50 des Fahrzeugs 1 eingespeicht.

Ein modulares System zur Bereitstellung von Antriebsvorrichtungen 2, die in verschiedenen definierten Einbausituationen sowohl als Mittelmotor 34 wie auch als Radnabenmotor 33, 35 eingesetzt werden können, umfasst eine Antriebsvorrichtung 2, wie beschrieben, und zusätzlich den definierten Einbausituationen zugeordnete Konstruktionsdaten für einbausituationsabhängige Motoraufnahmen zur Aufnahme der Antriebsvorrichtung 2. Die Konstruktionsdaten 51 können auf einem Datenträger bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Konstruktionsdaten auch körperlos als digitale Dateien (etwa als Download) bereitgestellt sein.

Bezugszeichenliste

1 Fahrzeug (Elektrofahrrad) 22 Lagerschild

2 Antriebsvorrichtung 23 Lager

3 Zweigeteilte Hohlwelle / 24 Lager Tretkurbelwelle 25 Lager

4 Erstes Hohlwellenteilstück 26 Hohlrad (2. Stufe)

5 Zweites Hohlwellenteilstück 7 Fenster für Umlaufrad

6 Elektromotor 28 Umlaufrad (2. Stufe)

7 Umlaufrädergetriebe 29 Erstes Hauptlager

8 Rotor 30 Zweites Hauptlager

9 Stator 31 Lagerdeckel

10 Treibendes Ritzel / Sonnenrad 32 Anschluss für Welle-Nabe (1. Getriebestufe) Verbindung

11 Rotorwelle 33 Frontnabenmotor

12 Erste Seite (des ersten 34 Mittel motor Hohlwellenteilstücks) 35 Hecknabenmotor

13 Zweite Seite (des ersten 36 Gehäuseschalen Hohlwellenteilstücks) 37 Nabengehäuse (mit

14 Erste Seite (des zweiten Speichenflanschen) Hohlwellenteilstücks) 38 Ausfallende

15 Zweite Seite (des zweiten 39 Befestigungsadapter Hohlwellenteilstücks) 40 Tretkurbeln

16 Hohlraum 41 Speichenflansche

17 Hauptlagersitz des ersten 42 Hauptrahmen Hohlwellenteilstücks 43 Hinterbau

18 Hauptlagersitz des zweiten 44 Unterrohr Hohlwellenteilstücks 45 Oberrohr

19 Innere Lagersitz des ersten 46 Sitzrohr Hohlwellenteilstücks 47 Hinterrad

20 Erster innerer Lagersitz des 48 Kettenstreben zweiten Hohlwellenteilstücks 49 Sitzstreben

21 Zweiter innerer Lagersitz des 50 Vorderrad zweiten Hohlwellenteilstücks 51 Konstruktionsdaten