DE102021126910A1

DE102021126910A1 - Motor für ein fahrrad und fahrrad

Info

Publication number: DE102021126910A1
Application number: DE102021126910.5A
Authority: DE
Inventors: Theodor Piele
Original assignee: Silent Leader GmbH
Current assignee: Silent Leader GmbH
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2022-12-15
Anticipated expiration: 2041-10-19
Also published as: WO2022258209A1; EP4351956A1; DE102021126910B4; US20240109621A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Motor (1) für ein Fahrrad, mit einer Radachse (14), die dazu vorgesehen ist, an einem Rahmen des Fahrrads befestigt zu sein, einem Nabengehäuse (8), das einen Gehäusedeckel (9) aufweist, der einen Innenraum (31) des Motors in einer Axialrichtung (28) bezüglich der Radachse begrenzt sowie ein Gehäusedeckeldurchgangsloch (27), durch das die Radachse sich erstreckt, einen Lagersitz (10), der in der Axialrichtung von dem verbliebenen Gehäusedeckel vorsteht, und mindestens zwei Durchgangslöcher (12) aufweist, die in einer Umfangsrichtung (30) bezüglich der Radachse nebeneinander in dem Gehäusedeckelangeordnet sind, einem Mitnehmer (32), der eingerichtet ist, ein von einem Fahrer des Fahrrads durch ein Pedalieren aufgebrachtes Drehmoment aufzunehmen, sowie ein Mitnehmerdurchgangsloch (33), durch das außerhalb des Nabengehäuses die Radachse sich erstreckt, und für jedes der Durchgangslöcher jeweils einen Zapfen (18) aufweist, der sich durch eines der Durchgangslöcher erstreckt, einer Messscheibe (20), die in dem Innenraum und in einer Radialrichtung (29) bezüglich der Radachse außen von dem Lagersitz angeordnet ist sowie ein Messscheibendurchgangsloch (34) aufweist, durch das die Radachse sich erstreckt, und die eingerichtet ist, das Drehmoment von den Zapfen aufzunehmen und das Drehmoment auf das Nabengehäuse zu übertragen, und einer Drehmomentmesseinrichtung, die eingerichtet ist, das Drehmoment aufgrund einer Deformation der Messscheibe zu bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor für ein Fahrrad und das Fahrrad mit dem Motor.
Ein Motor für ein Fahrrad kann beispielsweise in einem Bereich eines hinteren Laufrads des Fahrrads angeordnet sein. Die von dem Motor für eine Fortbewegung des Fahrrads abzugebende Leistung kann beispielsweise in Abhängigkeit von einem Drehmoment geregelt werden, das von einem Fahrer des Fahrers bei einem Pedalieren aufgebracht wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Motor für ein Fahrrad und das Fahrrad mit dem Motor zu schaffen, wobei mit dem Motor ein von einem Fahrer des Fahrrads aufgebrachtes Drehmoment messbar ist.
Der erfindungsgemäße Motor für ein Fahrrad weist eine Radachse, die dazu vorgesehen ist, an einem Rahmen des Fahrrads befestigt zu sein, ein Nabengehäuse, das einen Gehäusedeckel aufweist, der einen Innenraum des Motors in einer Axialrichtung bezüglich der Radachse begrenzt sowie ein Gehäusedeckeldurchgangsloch, durch das die Radachse sich erstreckt, einen Lagersitz, der in der Axialrichtung von dem verbliebenen Gehäusedeckel vorsteht, und mindestens zwei Durchgangslöcher aufweist, die in einer Umfangsrichtung bezüglich der Radachse nebeneinander in dem Gehäusedeckel angeordnet sind, einen Mitnehmer, der eingerichtet ist, ein von einem Fahrer des Fahrrads durch ein Pedalieren aufgebrachtes Drehmoment aufzunehmen, sowie ein Mitnehmerdurchgangsloch, durch das außerhalb des Nabengehäuses die Radachse sich erstreckt, und für jedes der Durchgangslöcher jeweils einen Zapfen aufweist, der sich durch eines der Durchgangslöcher erstreckt, eine Messscheibe, die in dem Innenraum und in einer Radialrichtung bezüglich der Radachse außen von dem Lagersitz angeordnet ist sowie ein Messscheibendurchgangsloch aufweist, durch das die Radachse sich erstreckt, und die eingerichtet ist, das Drehmoment von den Zapfen aufzunehmen und das Drehmoment auf das Nabengehäuse zu übertragen, und eine Drehmomentmesseinrichtung auf, die eingerichtet ist, das Drehmoment aufgrund einer Deformation der Messscheibe zu bestimmen.
Bei einem Fahren des Fahrrads wird von einem Fahrer durch sein Pedalieren ein Drehmoment aufgebracht. Das Drehmoment wird auf Mitnehmer übertragen, der das Drehmoment via die Zapfen durch die Durchgangslöcher auf die Messscheibe überträgt. Von der Messscheibe wird das Drehmoment auf das Nabengehäuse übertragen. Dabei erfolgt die Deformation der Messscheibe, wobei die Deformation von der Drehmomentmesseinrichtung bestimmt wird. Die Drehmomentmesseinrichtung ist eingerichtet, von der Größe der Deformation auf das Drehmoment zurückzuschließen. Damit ist ein Motor geschaffen, der eingerichtet ist, das von dem Fahrer aufgebrachte Drehmoment zu messen. Der Gehäusedeckel ist dabei eingerichtet, das Drehmoment mittels der Durchgangslöcher von außerhalb des Nabengehäuses in den Innenraum passieren zu lassen und gleichzeitig ist es möglich, den Gehäusedeckel und damit das Nabengehäuse mittels des Lagersitzes gegen die Radachse rotierbar zu lagern.
Der Motor weist bevorzugt ein erstes Radiallager auf, das den Lagersitz in der Radialrichtung innen abstützt und den Gehäusedeckel rotierbar gegen die Radachse lagert. Dazu kann der Lagersitz beispielsweise eine Lagerfläche aufweisen, die in der Radialrichtung nach innen gerichtet ist und die insbesondere die Form eines Zylindermantels hat. Dabei ist beispielsweise denkbar, dass die Lagerfläche in Kontakt mit Rollkörpern, beispielsweise Kugeln, des ersten Radiallagers steht. Alternativ ist beispielsweise denkbar, dass an der Lagerfläche eine Gehäuseschale des ersten Radiallagers befestigt ist.
Es ist bevorzugt, dass die Drehmomentmesseinrichtung einen Dehnmessstreifen aufweist, der auf die Messscheibe aufgebracht ist. Dazu kann die Messscheibe einen oder mehrere Schleifkontakte aufweisen, via die ein Widerstand des Dehnmessstreifens auslesbar ist.
Es ist bevorzugt, dass die Messscheibe magnetisch ist und die Drehmomentmesseinrichtung einen Sensor aufweist, der eingerichtet ist, die Deformation der Messscheibe unter Verwendung von Magnetostriktion zu messen. Dabei kann ausgenutzt werden, dass sich die magnetischen Eigenschaften der Messscheibe in Abhängigkeit von der Größe der Deformation der Messscheibe ändern. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Radachse eine Radachsenscheibe aufweist, die in der Radialrichtung nach außen von der verbliebenen Radachse vorsteht und an der der Sensor angebracht ist. Der Sensor kann beispielsweise einen Spule oder mehrere Spulen aufweisen.
Die Zapfen stehen bevorzugt in der Radialrichtung nach außen von dem verbliebenen Mitnehmer ab.
Es ist bevorzugt, dass der Lagersitz eine Mehrzahl an Axialstegen aufweist, die von dem verbliebenen Gehäusedeckel in der Axialrichtung vorstehen, wobei jedes der Durchgangslöcher von jeweils zwei der Axialstege in der Umfangsrichtung begrenzt ist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Lagersitz einen Ringkörper aufweist, der an den in der Axialrichtung liegenden Längsenden der Axialstege befestigt ist und die in der Radialrichtung nach innen gewandte aufweist, wobei der Ringkörper jedes der Durchgangslöcher in der Axialrichtung begrenzt. Es ist zudem besonders bevorzugt, dass der Gehäusedeckel für jeden der Axialstege jeweils einen Radialsteg aufweist, der an einer in der Radialrichtung nach innen gewandten Oberfläche des Gehäusedeckels befestigt ist, in der Radialrichtung nach innen von dem verbliebenen Gehäusedeckel vorsteht und an dem jeweils einer der Axialstege befestigt ist.
Der Motor weist bevorzugt einen Freilauf auf, der eine erste Freilaufhälfte und eine zweite Freilaufhälfte aufweist, die von dem Mitnehmer gebildet ist. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Deformation der Messscheibe nur erfolgt, wenn das Drehmoment tatsächlich auf das Nabengehäuse übertragen wird. Überholt hingegen die zweite Freilaufhälfte die erste Freilaufhälfte, wird kein Drehmoment auf das die zweite Freilaufhälfte und damit auch kein Drehmoment auf das Nabengehäuse übertragen, wodurch auch keine Deformation der Messscheibe erfolgt. Dabei ist besonders bevorzugt, dass der Motor einen Ritzelträger aufweist, der drehstarr mit der ersten Freilaufhälfte gekoppelt ist.
Die Zapfen stehen bevorzugt mit der Messscheibe in Eingriff. Alternativ ist bevorzugt, dass der Motor einen Zwischenring aufweist, der an seiner in der Radialrichtung nach innen gewandten Seite mit den Zapfen in Eingriff steht und der an seiner in der Radialrichtung nach außen gewandten Seite einen Außenzahnkranz aufweist, der mit einem an in der Radialrichtung nach innen gewandten Seite der Messscheibe angeordneten Innenzahnkranz der Messscheibe in Eingriff steht. Durch das Vorsehen des Zwischenrings kann das Drehmoment, welches von dem Mitnehmer auf die Messscheibe übertragen wird, gleichmäßiger entlang der Umfangsrichtung als ohne den Zwischenring verteilt werden.
Es ist bevorzugt, dass der Zapfen eine Mehrzahl an Zähnen aufweist. Dabei ist besonders bevorzugt, dass die Messscheibe oder der Zwischenring für jeden Zahn eine jeweilige Ausnehmung aufweist. Durch das Vorsehen der Zähne kann das Drehmoment, welches von dem Mitnehmer auf die Messscheibe übertragen wird, gleichmäßiger entlang der Umfangsrichtung als ohne die Zähne verteilt werden.
Es ist bevorzugt, dass die Messscheibe an dem Messscheibendurchgangsloch einen in der Axialrichtung vorstehenden Messscheibenvorsprung aufweist, der das Messscheibendurchgangsloch in der Umfangsrichtung vollumfänglich begrenzt. Beispielsweise kann durch das Vorsehen des Messscheibenvorsprungs eine Axialerstreckung der Messscheibe in der Axialrichtung in einem Bereich des Messscheibenvorsprungs mindestens doppelt so lang oder mindestens dreimal so lang sein wie in einem Bereich der Messscheibe, der an den Messscheibenvorsprung angrenzt.
Ferner ist es bevorzugt, dass der Mitnehmer entlang der vollständigen Erstreckung des Messscheibendurchgangslochs in der Axialrichtung in die Messscheibe eingreift. Alternativ ist es bevorzugt, dass der Mitnehmer lediglich in einem sich in der Axialrichtung erstreckenden Axialbereich des Messscheibenvorsprungs in die Messscheibe eingreift. Insbesondere mit den alternativ bevorzugten Ausführungsformen wird erreicht, dass ein Kraftfluss zwischen dem Mitnehmer und dem in der Radialrichtung außen liegenden Rand der Messscheibe eine axiale Komponente in dem Messscheibenvorsprung hat. Dadurch wird eine homogenere Verteilung der mechanischen Spannung in der Messscheibe erreicht. Der Axialbereich kann beabstandet von einem Teil der Messscheibe sein, wobei der Teil an den Messscheibenvorsprung angrenzt. Der Axialbereich kann beispielsweise maximal ein Drittel der Erstreckung des Messscheibendurchgangslochs in der Axialrichtung betragen.
Es ist bevorzugt, dass zum Übertragen des Drehmoments von der Messscheibe auf das Nabengehäuse die Messscheibe formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Nabengehäuse, insbesondere an dem Gehäusedeckel, befestigt ist. Beispielsweise kann für den Formschluss die Messscheibe einen Messscheibenzapfen aufweisen, der in eine Gehäuseaussparung des Nabengehäuses, insbesondere des Gehäusedeckels, eingreift. Alternativ ist denkbar, dass für den Formschluss das Nabengehäuse, insbesondere der Gehäusedeckel, einen Gehäusezapfen aufweist, der in eine Messscheibenaussparung der Messscheibe eingreift. Für den Kraftschluss ist beispielsweise eine Presspassung denkbar.
Es ist bevorzugt, dass die Messscheibe eine Außenverzahnung aufweist und das Nabengehäuse eine Innenverzahnung aufweist, wobei die Außenverzahnung mit der Innenverzahnung in Eingriff steht, wobei die Innenverzahnung insbesondere von dem Gehäusedeckel gebildet ist. Mittels der Außenverzahnung und der Innenverzahnung kann die Messscheibe formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Nabengehäuse befestigt sein.
Zwischen dem Zapfen und dem Gehäusedeckel ist bevorzugt in der Umfangsrichtung ein Abstand vorgesehen, der länger als Null ist, wenn das Drehmoment Null beträgt, und kürzer wird, wenn das Drehmoment größer als Null wird, wobei der Zapfen an den Gehäusedeckel anschlägt, wenn das Drehmoment größer als ein Grenzdrehmoment wird, insbesondere wobei das Grenzdrehmoment so gewählt ist, das es bei dem Pedalieren auftritt. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass, wenn das Drehmoment größer als das Grenzdrehmoment ist, nicht das gesamte Drehmoment via die Messscheibe auf das Nabengehäuse übertragen wird, sondern das ein Teil des Drehmoments unmittelbar von dem Mitnehmer auf das Nabengehäuse übertragen wird. Dadurch kann eine starke Belastung der Messscheibe unterbunden werden.
Der Motor ist bevorzugt ein Elektromotor.
Das erfindungsgemäße Fahrrad weist den Motor auf. Dabei ist bevorzugt, dass der Motor in einem hinteren Laufrad des Fahrrads angeordnet ist.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigen

1 eine Explosionszeichnung des Motors 1,
2 einen ersten Längsschnitt durch den Motor 1, wobei der Längsschnitt zwischen zwei Zapfen 18 verläuft,
3 einen zweiten Längsschnitt durch den Motor 1, wobei der Längsschnitt durch einen der Zapfen 18 verläuft.
4 eine erste perspektivische Ansicht eines Gehäusedeckels 9 des Motors 1,
5 eine zweite perspektivische Ansicht des Gehäusedeckels,
6 eine erste perspektivische Ansicht eines Mitnehmers 32 des Motors 1,
7 eine zweite perspektivische Ansicht des Mitnehmers 32,
8 eine perspektivische Ansicht einer Messscheibe 20 des Motors 1,
9 eine perspektivische Ansicht des Gehäusedeckels 9 und der Messscheibe 20, die zusammengebaut sind, und
10 eine perspektivische Ansicht des Gehäusedeckels 9 und des Mitnehmers 32, die zusammengebaut sind.

Wie es aus 1 bis 10 ersichtlich ist, weist ein Motor 1 für ein Fahrrad eine Radachse 14, ein Nabengehäuse 8, einen Mitnehmer 32, eine Messscheibe 20 und eine Drehmomentmesseinrichtung auf. Die Radachse 14 ist dazu vorgesehen, an einem Rahmen des Fahrrads befestigt zu sein. Das Nabengehäuse 8 weist einen Gehäusedeckel 9 auf, der einen Innenraum 31 des Motors 1 in einer Axialrichtung 28 bezüglich der Radachse 14 begrenzt sowie ein Gehäusedeckeldurchgangsloch 27, durch das die Radachse 14 sich erstreckt, einen Lagersitz 10, der in der Axialrichtung 28 von dem verbliebenen Gehäusedeckel 9 vorsteht, und mindestens zwei Durchgangslöcher 12 auf, die in einer Umfangsrichtung 30 bezüglich der Radachse 14 nebeneinander in dem Gehäusedeckel 9 angeordnet sind. Insbesondere aus 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Lagersitz 10 in den Innenraum 31 hineinragen kann. Der Mitnehmer 32 ist eingerichtet, ein von einem Fahrer des Fahrrads durch ein Pedalieren aufgebrachtes Drehmoment aufzunehmen. Zudem weist der Mitnehmer 32 ein Mitnehmerdurchgangsloch 33, durch das außerhalb des Nabengehäuses 8 die Radachse 14 sich erstreckt, und für jedes der Durchgangslöcher 12 jeweils einen Zapfen 18 auf, der sich durch eines der Durchgangslöcher 12 erstreckt. Die Messscheibe 20 ist in dem Innenraum 31 und in einer Radialrichtung 29 bezüglich der Radachse 14 außen von dem Lagersitz 10 angeordnet. Zudem weist die Messscheibe 20 ein Messscheibendurchgangsloch 34 auf, durch das die Radachse 14 sich erstreckt, und ist eingerichtet, das Drehmoment von den Zapfen 18 aufzunehmen und das Drehmoment auf das Nabengehäuse 8 zu übertragen. Die Drehmomentmesseinrichtung ist eingerichtet, das Drehmoment aufgrund einer Deformation der Messscheibe 20 zu bestimmen.
Bei dem Motor 1 kann es sich beispielsweise um einen Elektromotor handeln. Der Motor 1 kann beispielsweise in einem hinteren Laufrad eines Fahrrads angeordnet sein.
Der Lagersitz 10 kann eine Mehrzahl an Axialstegen 35 aufweisen (vergleiche 2, 4, 5, 9 und 10), die von dem verbliebenen Gehäusedeckel 9 in der Axialrichtung 28 vorstehen, wobei jedes der Durchgangslöcher 12 von jeweils zwei der Axialstege 35 in der Umfangsrichtung 30 begrenzt ist. Zudem kann der Lagersitz 10 einen Ringkörper 41 aufweisen (siehe insbesondere 2 bis 5, 9 und 10), der an den in der Axialrichtung 28 liegenden und in den Innenraum 31 hineinragenden Längsenden der Axialstege 35 befestigt ist und eine in der Radialrichtung 29 nach innen gewandte Lagerfläche 11 aufweist, wobei der Ringkörper 41 jedes der Durchgangslöcher 12 in der Axialrichtung 28 begrenzt. Die Lagerfläche 11 kann beispielsweise die Form eines Zylindermantels haben (siehe insbesondere 2, 3, 5 und 19). 2 und 3 zeigen, dass der Motor 1 ein erstes Radiallager 24 aufweisen kann, das den Lagersitz 10 in der Radialrichtung 29 innen abstützt und den Gehäusedeckel 9 rotierbar gegen die Radachse 14 lagert. Dazu kann die Lagerfläche 11 in Kontakt mit Rollkörpern, beispielsweise Kugeln, des ersten Radiallagers 24 stehen. Alternativ kann an der Lagerfläche 11 eine Gehäuseschale des ersten Radiallagers 24 befestigt sein.
Die Figuren zeigen, dass auch mehr als zwei der Durchgangslöcher 12 vorgesehen sein können, insbesondere können beispielsweise von vier bis zwölf der Durchganglöcher 12 oder acht der Durchgangslöcher 12 vorgesehen sein. Dadurch ist eine hohe Festigkeit des Lagersitzes 10 gewährleistet und gleichzeitig wird das Drehmoment sehr gleichmäßig entlang der Umfangsrichtung 30 in die Messscheibe 20 eingeleitet. Die Durchgangslöcher 12 können gleichmäßig in der Umfangsrichtung 30 verteilt sein.
Aus 2, 4, 5, 9 und 10 ist ersichtlich, dass der Gehäusedeckel 9 für jeden der Axialstege 35 jeweils einen Radialsteg 36 aufweisen kann, der an einer in der Radialrichtung 29 nach innen gewandten Oberfläche 42 des Gehäusedeckels 9 befestigt ist, in der Radialrichtung 29 nach innen von dem verbliebenen Gehäusedeckel 9 vorsteht und an dem jeweils einer der Axialstege 36 befestigt ist. Die nach innen gewandte Oberfläche 42 kann beispielsweise das Gehäusedeckeldurchgangsloch 27 begrenzen, siehe insbesondere 4. Durch das Vorsehen der Radialstege 36 sind die Axialstege 35 in der Axialrichtung 28 gesehen innerhalb der nach innen gewandten Oberfläche 42 angeordnet (siehe beispielsweise 2 und 4). Zudem kann ein Außendurchmesser des Mitnehmers 32 kürzer ausgeführt sein als ein Außendurchmesser des Gehäusedeckeldurchgangslochs 27. Dadurch und das durch das Vorsehen der Radialstege 36 ist es möglich, zum Montieren des Motors 1 den Mitnehmer 32 in der Axialrichtung 28 in Richtung zu dem Gehäusedeckel 9 hin zu verlagern, so dass die Zapfen 18 in die Durchgangslöcher 12 gelangen. Die Zapfen 18 können dabei beispielsweise in der Radialrichtung 29 nach außen von dem verbliebenen Mitnehmer 32 abstehen, vergleiche insbesondere 6 und 7. Der Außendurchmesser des Mitnehmers 32 kann dabei der zweifache Abstand eines äußeren Endes eines der Zapfen zu dem Mittelpunkt des Mitnehmers 32 sein. Der Außendurchmesser des Gehäusedeckeldurchgangslochs 27 kann dabei der zweifache Abstand der nach innen gewandten Oberfläche 42 zu dem Mittelpunkt des Gehäusedeckeldurchgangslochs 27 sein. 1 und 2 zeigen, dass die Messscheibe 20 vollständig außerhalb des Lagersitzes 10 angeordnet sein kann.
Die Messscheibe 20 kann magnetisch sein und die Drehmomentmesseinrichtung kann einen Sensor 26 (siehe 2 und 3) aufweisen, der eingerichtet ist, die Deformation der Messscheibe 20 unter Verwendung von Magnetostriktion zu messen. Dabei kann die Radachse 14 eine Radachsenscheibe 17 aufweisen, die in dem Innenraum 31 angeordnet ist, in der Radialrichtung 29 nach außen von der verbliebenen Radachse 14 vorsteht und an der der Sensor 26 angebracht ist. Alternativ dazu, die Messscheibe 20 magnetisch auszuführen, kann die Drehmomentmesseinrichtung einen Dehnmessstreifen aufweisen, der auf die Messscheibe 20 aufgebracht ist. Dabei kann der Motor 1 einen Schleifer aufweisen, der auf die Messscheibe 20 aufgebracht ist, und ein elektrischer Kontakt, der in Kontakt mit dem Schleifer steht und via den ein Widerstand des Dehnmessstreifens auslesbar ist, kann an der Radachsenscheibe 17 anstelle des Sensors 26 angebracht sein.
Die Radachse 14 kann eine erste Teilradachse 15 und eine zweite Teilradachse 16 aufweisen, die in der Axialrichtung 28 beabstandet voneinander angeordnet sind. Die Radachsenscheibe 17 kann das in dem Innenraum 31 liegende Ende der ersten Teilradachse 16 bilden, vergleiche beispielsweise 1 und 2.
Die Zapfen 18 können mit der Messscheibe 20 in Eingriff stehen. Insbesondere können die Zapfen 18 formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Messscheibe 20 in Eingriff stehen. Alternativ ist denkbar, dass der Motor 1 einen Zwischenring aufweist (nicht in den Figuren dargestellt), der an seiner in der Radialrichtung 29 nach innen gewandten Seite mit den Zapfen 18 in Eingriff steht und der an seiner in der Radialrichtung 29 nach außen gewandten Seite einen Außenzahnkranz aufweist, der mit einem an in der Radialrichtung 29 nach innen gewandten Seite der Messscheibe 20 angeordneten Innenzahnkranz der Messscheibe 20 in Eingriff steht.
Insbesondere aus 6 und 7 ist ersichtlich, dass jeder der Zapfen 18 eine Mehrzahl an Zähnen 19 aufweisen kann. Dabei kann die Messscheibe 20 für jeden der Zähne 19 jeweils eine Ausnehmung 21 aufweisen (siehe insbesondere 8), in die jeweils einer der Zähne 19 eingreift. In dem Fall, dass der Zwischenring vorgesehen ist, kann der Zwischenring für jeden der Zähne 19 jeweils eine Ausnehmung aufweisen, in die jeweils einer der Zähne 19 eingreift.
Die Messscheibe 20 kann eine Außenverzahnung 22 aufweisen (vergleiche 8) und das Nabengehäuse 8 kann eine Innenverzahnung 23 aufweisen (vergleiche 10), wobei die Außenverzahnung 22 mit der Innenverzahnung 23 in Eingriff steht. 10 zeigt, dass die Innenverzahnung 23 von dem Gehäusedeckel 9 gebildet sein kann. Die Messscheibe 20 kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig an dem Nabengehäuse 8, insbesondere an dem Gehäusedeckel 9, befestigt sein. Für den Kraftschluss ist beispielsweise eine Presspassung denkbar.
Die Messscheibe 20 kann zusätzlich zu dem Messscheibendurchgangsloch 34 noch ein Loch, mehrere Löcher, einen Schlitz oder mehrere Schlitze aufweisen. Zudem ist denkbar, dass die Messscheibe 20 einen Steg, mehrere Stege, eine Erhebung und/oder mehrere Erhebungen aufweist.
Eine maximale Erstreckung der Messscheibe 20 in der Radialrichtung 29 kann länger sein als eine maximale Erstreckung der Messscheibe 20 in der Axialrichtung 28.
1 bis 3 zeigen, dass die Messscheibe 20 an dem Messscheibendurchgangsloch 34 einen in der Axialrichtung 28 vorstehenden Messscheibenvorsprung 44 aufweisen kann, der das Messscheibendurchgangsloch 34 in der Umfangsrichtung 30 vollumfänglich begrenzt. Beispielsweise kann durch das Vorsehen des Messscheibenvorsprungs 44 eine Axialerstreckung 28 der Messscheibe 20 in der Axialrichtung 28 in einem Bereich des Messscheibenvorsprungs 44 mindestens doppelt so lang oder mindestens dreimal so lang sein wie in einem Bereich der Messscheibe 20, der an dem Messscheibenvorsprung 44 angrenzt.
Der Mitnehmer 32 kann entlang der vollständigen Erstreckung des Messscheibendurchgangslochs 34 in der Axialrichtung 28 in die Messscheibe 20 eingreifen oder der Mitnehmer 32 kann entlang einer Erstreckung des Messscheibendurchgangslochs 34 in der Axialrichtung 28, wobei die die Erstreckung mindestens 80 % oder 90 % der vollständigen Erstreckung beträgt, in die Messscheibe 20 eingreifen, siehe 3. Alternativ ist es denkbar, dass der Mitnehmer 32 lediglich in einem sich in der Axialrichtung 28 erstreckenden Axialbereich des Messscheibenvorsprungs 44 in die Messscheibe 20 eingreift. Insbesondere mit den alternativ bevorzugten Ausführungsformen wird erreicht, dass ein Kraftfluss zwischen dem Mitnehmer 32 und dem in der Radialrichtung 29 außen liegenden Rand der Messscheibe 20 eine axiale Komponente in dem Messscheibenvorsprung 44 hat. Dadurch wird eine homogenere Verteilung der mechanischen Spannung in der Messscheibe 20 erreicht. Der Axialbereich kann beabstandet von einem Teil der Messscheibe 20 sein, wobei der Teil an den Messscheibenvorsprung 44 angrenzt. Der Axialbereich kann beispielsweise maximal ein Drittel der Erstreckung des Messscheibendurchgangslochs 34 in der Axialrichtung 28 betragen.
1 bis 3 zeigen, dass der Motor 1 einen Freilauf 5 aufweisen kann, der eine erste Freilaufhälfte 6 und eine zweite Freilaufhälfte 7 aufweist, die von dem Mitnehmer 32 gebildet ist. Die erste Freilaufhälfte 6 und die zweite Freilaufhälfte 7 können axial miteinander gekoppelt sein. Dazu können die erste Freilaufhälfte 6 und die zweite Freilaufhälfte 7 jeweils eine Verzahnung aufweisen, die in der Axialrichtung 28 von der jeweiligen verbliebenen Freilaufhälfte 6, 7 vorsteht, und die beiden Verzahnungen können miteinander in Eingriff stehen. Der Motor 1 kann einen Ritzelträger 2 aufweisen, der drehstarr mit der ersten Freilaufhälfte 6 gekoppelt ist. Zudem kann der Motor 2 ein zweites Radiallager 3 aufweisen, das den Ritzelträger 2 in der Radialrichtung 29 innen abstützt und den Ritzelträger 2 rotierbar gegen die Radachse 14 lagert. Außerdem kann der Motor 1 eine Druckfeder 4 aufweisen, die die erste Freilaufhälfte 6 in Richtung zu der zweiten Freilaufhälfte 7 hin vorspannt. Dazu kann die Druckfeder 4 an dem zweiten Radiallager 3 abgestützt sein. Zudem kann ein drittes Radiallager 25 vorgesehen sein, das die zweite Freilaufhälfte 7 in der Radialrichtung 29 innen abstützt und die zweite Freilaufhälfte 7 rotierbar gegen die Radachse 14 lagert.
Insbesondere aus 10 ist ersichtlich, dass zwischen dem Zapfen 18 und dem Gehäusedeckel 9 in der Umfangsrichtung 30 ein Abstand vorgesehen ist, der länger als Null ist, wenn das Drehmoment Null beträgt, und kürzer wird, wenn das Drehmoment größer als Null wird, wobei der Zapfen 18 an den Gehäusedeckel 9 anschlägt, wenn das Drehmoment größer als ein Grenzdrehmoment wird, insbesondere wobei das Grenzdrehmoment so gewählt ist, das es bei dem Pedalieren auftritt. Das Grenzdrehmoment kann beispielsweise mindestens 100 Nm oder mindestens 200 Nm betragen. Das Grenzdrehmoment kann beispielsweise maximal 300 Nm oder maximal 350 Nm betragen. Der Abstand kann insbesondere zwischen dem Zapfen 18 und dem Axialsteg 35 ausgebildet sein. Dadurch stößt der Zapfen 18 an den Axialsteg 35 an, wenn das Drehmoment größer als das Grenzdrehmoment wird.
1 bis 3 zeigen, dass das Nabengehäuse 8 einen Gehäusering 37 aufweisen kann, der den Innenraum 31 in der Radialrichtung 29 begrenzt. Der Gehäusering 37 kann ein Innengewinde 43 aufweisen und der Gehäusedeckel 9 kann ein Außengewinde 13 aufweisen, die miteinander verschraubt sind. Der Gehäusering 37 kann einen ersten ringförmigen Vorsprung 38 und einen zweiten ringförmigen Vorsprung 39 aufweisen, die jeweils eine Mehrzahl an Einhängelöcher 43 aufweisen, in die Speichen eines Laufrads des Fahrrads eingehangen werden können.
Bezugszeichenliste

1: Motor
2: Ritzelträger
3: zweites Radiallager
4: Druckfeder
5: Freilauf
6: erste Freilaufhälfte
7: zweite Freilaufhälfte
8: Nabengehäuse
9: Gehäusedeckel
10: Lagersitz
11: Lagerfläche
12: Durchgangsloch
13: Außengewinde
14: Radachse
15: erste Teilradachse
16: zweite Teilradachse
17: Radachsenscheibe
18: Zapfen
19: Zahn
20: Messscheibe
21: Ausnehmung
22: Außenverzahnung
23: Innenverzahnung
24: erstes Radiallager
25: drittes Radiallager
26: Sensor
27: Gehäusedeckeldurchgangsloch
28: Axialrichtung
29: Radialrichtung
30: Umfangsrichtung
31: Innenraum
32: Mitnehmer
33: Mitnehmerdurchgangsloch
34: Messscheibendurchgangsloch
35: Axialsteg
36: Radialsteg
37: Gehäusering
38: erster ringförmiger Vorsprung
39: zweiter ringförmiger Vorsprung
40: Einhängelöcher
41: Ringkörper
42: in der Radialrichtung nach innen gewandte Oberfläche
43: Innengewinde
44: Messscheibenvorsprung

Claims

Motor für ein Fahrrad, mit einer Radachse (14), die dazu vorgesehen ist, an einem Rahmen des Fahrrads befestigt zu sein, einem Nabengehäuse (8), das einen Gehäusedeckel (9) aufweist, der einen Innenraum (31) des Motors (1) in einer Axialrichtung (28) bezüglich der Radachse (14) begrenzt sowie ein Gehäusedeckeldurchgangsloch (27), durch das die Radachse (14) sich erstreckt, einen Lagersitz (10), der in der Axialrichtung (28) von dem verbliebenen Gehäusedeckel (9) vorsteht, und mindestens zwei Durchgangslöcher (12) aufweist, die in einer Umfangsrichtung (30) bezüglich der Radachse (14) nebeneinander in dem Gehäusedeckel (9) angeordnet sind, einem Mitnehmer (32), der eingerichtet ist, ein von einem Fahrer des Fahrrads durch ein Pedalieren aufgebrachtes Drehmoment aufzunehmen, sowie ein Mitnehmerdurchgangsloch (33), durch das außerhalb des Nabengehäuses (8) die Radachse (14) sich erstreckt, und für jedes der Durchgangslöcher (12) jeweils einen Zapfen (18) aufweist, der sich durch eines der Durchgangslöcher (12) erstreckt, einer Messscheibe (20), die in dem Innenraum (31) und in einer Radialrichtung (29) bezüglich der Radachse (14) außen von dem Lagersitz (10) angeordnet ist sowie ein Messscheibendurchgangsloch (34) aufweist, durch das die Radachse (14) sich erstreckt, und die eingerichtet ist, das Drehmoment von den Zapfen (18) aufzunehmen und das Drehmoment auf das Nabengehäuse (8) zu übertragen, und einer Drehmomentmesseinrichtung, die eingerichtet ist, das Drehmoment aufgrund einer Deformation der Messscheibe (20) zu bestimmen.
Motor gemäß Anspruch 1, wobei der Motor (1) ein erstes Radiallager (24) aufweist, das den Lagersitz (10) in der Radialrichtung (29) innen abstützt und den Gehäusedeckel (9) rotierbar gegen die Radachse (14) lagert.
Motor gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Drehmomentmesseinrichtung einen Dehnmessstreifen aufweist, der auf die Messscheibe (20) aufgebracht ist.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Messscheibe (20) magnetisch ist und die Drehmomentmesseinrichtung einen Sensor (26) aufweist, der eingerichtet ist, die Deformation der Messscheibe (20) unter Verwendung von Magnetostriktion zu messen.
Motor gemäß Anspruch 4, wobei die Radachse (14) eine Radachsenscheibe (17) aufweist, die in der Radialrichtung (29) nach außen von der verbliebenen Radachse (14) vorsteht und an der der Sensor (26) angebracht ist.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lagersitz (10) eine Mehrzahl an Axialstegen (35) aufweist, die von dem verbliebenen Gehäusedeckel (9) in der Axialrichtung (28) vorstehen, wobei jedes der Durchgangslöcher (12) von jeweils zwei der Axialstege (35) in der Umfangsrichtung (30) begrenzt ist.
Motor gemäß Anspruch 6, wobei der Lagersitz (10) einen Ringkörper (41) aufweist, der an den in der Axialrichtung (28) liegenden Längsenden der Axialstege (35) befestigt ist und eine in der Radialrichtung (29) nach innen gewandte Lagerfläche (11) aufweist, wobei der Ringkörper (41) jedes der Durchgangslöcher (12) in der Axialrichtung (28) begrenzt.
Motor gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Gehäusedeckel (9) für jeden der Axialstege (35) jeweils einen Radialsteg (36) aufweist, der an einer in der Radialrichtung (29) nach innen gewandten Oberfläche (42) des Gehäusedeckels (9) befestigt ist, in der Radialrichtung (29) nach innen von dem verbliebenen Gehäusedeckel (9) vorsteht und an dem jeweils einer der Axialstege (36) befestigt ist.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Motor (1) einen Freilauf (5) aufweist, der eine erste Freilaufhälfte (6) und eine zweite Freilaufhälfte (7) aufweist, die von dem Mitnehmer (32) gebildet ist.
Motor gemäß Anspruch 9, wobei der Motor (1) einen Ritzelträger (2) aufweist, der drehstarr mit der ersten Freilaufhälfte (6) gekoppelt ist.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Zapfen (18) mit der Messscheibe (20) in Eingriff stehen.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Motor (1) einen Zwischenring aufweist, der an seiner in der Radialrichtung (29) nach innen gewandten Seite mit den Zapfen (18) in Eingriff steht und der an seiner in der Radialrichtung (29) nach außen gewandten Seite einen Außenzahnkranz aufweist, der mit einem an in der Radialrichtung (29) nach innen gewandten Seite der Messscheibe (20) angeordneten Innenzahnkranz der Messscheibe (20) in Eingriff steht.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Messscheibe (20) eine Außenverzahnung (22) aufweist und das Nabengehäuse (8) eine Innenverzahnung (23) aufweist, wobei die Außenverzahnung (22) mit der Innenverzahnung (23) in Eingriff steht, wobei die Innenverzahnung (23) insbesondere von dem Gehäusedeckel (9) gebildet ist.
Motor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zwischen dem Zapfen (18) und dem Gehäusedeckel (9) in der Umfangsrichtung (30) ein Abstand vorgesehen ist, der länger als Null ist, wenn das Drehmoment Null beträgt, und kürzer wird, wenn das Drehmoment größer als Null wird, wobei der Zapfen (18) an den Gehäusedeckel (9) anschlägt, wenn das Drehmoment größer als ein Grenzdrehmoment wird, insbesondere wobei das Grenzdrehmoment so gewählt ist, das es bei dem Pedalieren auftritt.
Fahrrad mit einem Motor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Motor (1) in einem hinteres Laufrad des Fahrrads angeordnet ist.