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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Fahrrad mit einem Elektromotor, der über einen wiederaufladbaren Energiespeicher mit Energie versorgt wird.
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Elektrische Fahrräder mit wiederaufladbaren Energiespeichern sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt, wobei die als Energiespeicher verwendeten Batterien in separaten Halterungen am Fahrrad angeordnet sind, welche nicht oder nur mit sehr großem Aufwand vom Rahmen des elektrischen Fahrrads getrennt werden können. Daher wird zum Wiederaufladen der Batterie z. B. eine sehr lange Kabelverbindung verwendet oder das Fahrrad nahe an eine Steckdose gebracht.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein elektrisches Fahrrad mit den Merkmalen des Patentanspruch 1, weist demgegenüber den Vorteil auf, dass eine wiederaufladbare Batterie zum Aufladen sehr einfach abgenommen werden kann. Hierbei umfasst das elektrische Fahrrad einen Rahmen mit einer Vielzahl von Rahmenelementen und einen Batteriepack mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Batterieteil, wobei das Batteriepack lösbar an einer Außenseite eines Rahmenelements angeordnet ist. Eine Form einer Innenseite des Batteriepacks ist im Wesentlichen an eine Form der Außenseite des Rahmenelements angepasst. Somit ist der Batteriepack um ein Rahmenelement, z. B. ein Rahmenrohr, befestigt und liegt auf dem Rahmenelement auf. Daher muss das elektrische Fahrrad als Ganzes nicht mehr in die Nähe eines Stromanschlusses gebracht werden, um die Batterie aufzuladen. Ferner kann das Batteriepack an unterschiedlichen Positionen des Fahrradrahmens angebracht werden. So kann zum Beispiel durch eine tiefe Anordnung am Fahrradrahmen der Schwerpunkt des Elektrofahrrads begünstigt und das Fahrverhalten aufgrund einer geringeren Hochachsenträgheit verbessert werden.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Rahmenelement einen runden oder ovalen oder vieleckigen Querschnitt auf. Hierdurch ist eine verbesserte Steifigkeit bei gleichzeitig minimalem Gewicht des Rahmenelementes erreichbar.
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Vorzugsweise liegt die Innenseite des Batteriepacks direkt auf der Außenseite des Rahmenelements an. Weiterhin bevorzugt umgibt das Batteriepack das Rahmenelement im Wesentlichen vollständig. Durch die formschlüssige Auflage auf der Außenseite des Rahmenelements und die umfangsseitig nahezu geschlossene Formgebung werden eine kompakte Bauweise, eine sichere Befestigung und zudem ein an das Elektrofahrrad angepasstes attraktives Design ermöglicht. An der Oberseite des Batteriepacks können Führungen für am Rahmen befestigte Haltestifte vorgesehen werden, um ein Verdrehen des Batteriepacks am Rahmenelement zu verhindern.
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Ferner bevorzugt umfasst das elektrische Fahrrad ein Verbindungselement, welches den ersten Batterieteil mit dem zweiten Batterieteil in einer klappbaren Weise verbindet. Hierdurch wird ein Aufklappen und leichtes Abnehmen und Anbringen des Batteriepacks vom bzw. am Rahmen des elektrischen Fahrrads ermöglicht.
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Weiterhin bevorzugt ist das Verbindungselement ein Scharnier oder eine flexible Folie oder ein flexibles Kunststoffteil. Hierdurch kann das Verbindungselement gewichtsminimiert an verschiedene Größen und Formen des Rahmenelements und Einsatzarten des Elektrofahrrads angepasst werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenseite des ersten und zweiten Batterieteils jeweils ein Wärmeleitelement mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit angeordnet. Hierdurch können die Zellen des Batteriepacks über das Rahmenelement gekühlt werden und somit eine Überhitzung der Batteriezellen im Betrieb des Elektrofahrrads verhindert werden. Weiterhin bevorzugt können Sensoren zur Temperaturüberwachung in den Rahmen integriert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Elektrofahrrad eine Verriegelungseinrichtung zum lösbaren Verriegeln des ersten und zweiten Batterieteils. Hierdurch können die ersten und zweiten Batterieteile des Batteriepacks vorzugsweise durch eine durch die Verriegelungseinrichtung am flexiblen Verbindungselement erzeugte Vorspannkraft sicher und rutschfest am Rahmenelement befestigt werden. Durch die straffe formschlüssige Auflage der ersten und zweiten Batterieteile des Batteriepacks am Rahmenelement wird zudem die Wärmeabfuhr über die dazwischen angeordneten Wärmeleitelemente wesentlich begünstigt. Besonders bevorzugt ist die Verriegelungseinrichtung manuell betätigbar
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Vorzugsweise weist jedes Batterieteil eine Vielzahl von Zellen und ein Haltegerüst auf, wobei das Haltegerüst eine erste und eine zweite Halbschale umfasst und wobei die Zellen zwischen den Halbschalen angeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, mehrere Zellen entsprechend angepasst an den Umfang des Rahmenelements im Haltegerüst jedes Batterieteils zu integrieren. Weiterhin bevorzugt ist jedes Batterieteil aus mehreren hintereinander angeordneten Modulen mit je einem Haltegerüst aufgebaut, so dass durch die elektrische Reihenschaltung der Module eine individuelle Anpassung der Energiekapazität des wiederaufladbaren Batteriepacks je nach Einsatzart des elektrischen Fahrrads erreicht wird. Der modulare Aufbau ermöglicht auch eine einfache Anpassung an verschiedene Elektromotoren. Bevorzugt ist zwischen einzelnen Modulen eine Steckverbindung ausgebildet.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist an der Innenseite des ersten und zweiten Batterieteils ein elastisches Element abgeordnet oder die Innenseite des ersten und zweiten Batterieteils ist aus einem elastischen Material, z. B. einer Lage aus gummiartigem oder Gummimaterial, Dadurch wird ein verbessertes Anliegen des Batteriepacks an der Außenseite des Rahmenelements erreicht.
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Weiterhin betrifft die Erfindung einen Batteriepack für ein elektrisches Fahrrad, der einen ersten Batterieteil und einen zweiten Batterieteil umfasst, wobei der erste und zweite Batterieteil eine Form einer Innenseite aufweisen, welche für ein Anliegen an einem Rahmenelement des Fahrrads ausgelegt ist. Dadurch wird ein betriebssicheres formschlüssiges Umschließen von unterschiedlichen Querschnitten von Rahmenelementen bei gleichzeitig guter Wärmeabfuhr aus dem Batteriepack erreicht.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
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1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Fahrrads,
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2 eine schematische Schnittansicht eines am Rahmenelement des elektrischen Fahrrads befestigten Batteriepacks,
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3 eine schematische Schnittansicht des aufgeklappten Batteriepacks, und
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4 eine perspektivische Ansicht des modulartig zusammengesetzten Batteriepacks.
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Ausführungsform der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 ein elektrisches Fahrrad gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines elektrischen Fahrrads 1 mit einem integrierten Elektromotor 15. Wie aus 1 ersichtlich, umfasst das elektrische Fahrrad 1 einen Rahmen 2, der eine Vielzahl von Rahmenelementen umfasst, von denen zur besseren Übersichtlichkeit nur eines, das als Sattelrohr ausgebildet ist, mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist. Die Rahmenelemente 3 können hierbei neben einem runden alternativ auch einen ovalen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. Ferner weist das elektrische Fahrrad 1 eine am Rahmen 2 angeordnete Steuereinheit 16 für den Elektromotor 15 und ein am Rahmenelement 3 angeordnetes wiederaufladbares Batteriepack 4 auf. Die Steuereinheit 16 ist mit dem Elektromotor 15 und einer Bedieneinheit 17 an einem Lenker 18 des elektrischen Fahrrads 1 verbunden. Die Steuereinheit 16 ist zur Energieversorgung ebenso wie der Elektromotor 15 am Batteriepack 4 angeschlossen.
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2 zeigt eine Schnittansicht des um das Rahmenelement 3 angeordneten und daran anliegenden Batteriepacks 4. Alternativ zur hier dargestellten runden Querschnittsform kann das Rahmenelement 3 auch eine ovale oder eine vieleckige Querschnittsform aufweisen. Wie aus 2 ersichtlich, weist das Batteriepack 4 ein erstes Batterieteil 5 und ein zweites Batterieteil 6 auf, die über ein Verbindungselement 7 miteinander verbunden sind, welches vorzugsweise als flexibles Kunststoffteil ausgebildet ist. Das Verbindungselement 7 ist hierbei über jeweils ein Fixierungselement 71 am ersten Batterieteil 5 bzw. am zweiten Batterieteil 6 befestigt. Alternativ kann das Verbindungselement 7 auch als Scharnier oder als flexible Folie ausgebildet sein. Beide Batterieteile 5, 6 sind vorzugsweise über ein hier nicht sichtbar dargestelltes stationäres Kabel elektrisch miteinander verbunden.
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An einer dem Verbindungselement 7 gegenüberliegenden Seite sind offene Enden 12, 13 der ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 über eine lösbare Verriegelungseinrichtung 9 miteinander verbunden, welche in jeweils eine Haltenut 18, 19 eingreift, die an den offenen Enden 12, 13 der ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 ausgebildet sind. Die Verriegelungseinrichtung 9 dieses Ausführungsbeispiels ist ein einseitig fixierter Haken.
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Wie aus 2 ferner ersichtlich, weisen die ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 jeweils ein Haltegerüst 50 bzw. 60 auf. Die Haltegerüste 50, 60 der ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 weisen erste Halbschalen 51 bzw. 61 sowie zweite Halbschalen 52 bzw. 62 auf, zwischen denen jeweils vier Zellen angeordnet sind, von denen in 2 beispielhaft lediglich eine mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist. Die Zellen 10 sind zwischen die vorzugsweise aus einem elastischen Kunststoffmaterial ausgebildeten Halbschalen 51, 52, 61, 62 der ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 eingefügt. Aufgrund des elastischen Kunststoffmaterials werden die Zellen 10 zwischen den geschlossenen Halbschalen betriebssicher fixiert gehalten. Zudem liegen die Innenseiten 11 der ersten und zweiten Batterieteile 5, 6, die im Wesentlichen einer Form einer Außenseite 31 (siehe 2) des Rahmenelements 3 entsprechen, somit formschlüssig auf der Außenseite 31 des Rahmenelements 3 vollflächig an. In jedem Haltegerüst 50, 60 ist auf der Seite der Verriegelungseinrichtung 9 ferner jeweils eine Steckverbindung 20 bzw. 21 vorgesehen, an der alle Zellen 10 des ersten bzw. zweiten Batterieteils 5, 6 über hier nicht dargestellte Anschlussleitungen entsprechend elektrisch angeschlossen sind.
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Die Halbschalen 51, 52 bzw. 61, 62 weisen bei der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform an der dem Verbindungselement 7 gegenüberliegenden Seite geschlossene Enden 35 bzw. 36 auf. Die offenen Enden 12, 13 der Halbschalen 52, 62 auf der Seite der Verriegelungseinrichtung 9 sind durch je ein Verbindungselement 22 bzw. 23 miteinander verbunden und werden somit geschlossen gehalten. Alternativ können die Halbschalen 51, 52 bzw. 61, 62 auch mit je zwei offenen Enden ausgebildet sein. In diesem Fall sind an den Enden 35, und 36 gleichermaßen Verbindungselemente vorgesehen, die die Enden 35, 36 verschließen.
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Wie aus der Schnittdarstellung des aufgeklappten Batteriepacks 4 von 3 genauer ersichtlich, ist an der Innenseite 11 der ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 jeweils ein Wärmeleitelement 8 angeordnet. Dieses Wärmeleitelement 8 leitet die beim Betrieb des Elektrofahrrads 1 in den Zellen 10 entstehende Wärme über die Außenseite 31 des anliegenden Rahmenelementes 3 ab. Dadurch werden die ersten und zweiten Batterieteile 5, 6 gekühlt. Wie aus 3 weiter ersichtlich, ist zum Öffnen des Batteriepacks 4 die Verriegelungseinrichtung 9 aus der Haltenut 19 herausgezogen, sodass die Batterieteile 5 und 6 auseinandergeklappt werden können. Die beiden Batterieteile 5, 6 sind im aufgeklappten Zustand lediglich noch durch das flexible Verbindungselement 7 an ihren Enden 35, 36 aneinander befestigt.
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Wie aus der perspektivischen Darstellung von 4 ersichtlich, ist das Batteriepack 4 vorzugsweise aus mehreren modulartig aneinandergefügten ersten bzw. zweiten Batterieteile 5, 6 aufgebaut, die über die Steckverbindungen 20, 21 seriell elektrisch aneinander angeschlossen bzw. zusammengesteckt sind. In 4 ist das aufgeklappte Batteriepack 4 hierbei beispielhaft mit fünf Modulen aus ersten und zweiten Batterieteilen 5, 6 mit jeweils vier darin aufgenommenen Zellen 10 dargestellt.
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Das erfindungsgemäße Batteriepack 4 weist den Vorteil auf, dass auf einfache Weise eine Erhöhung der Batteriekapazität durch eine größere Modulanzahl des Batteriepacks 4 erreicht werden kann. Somit ist eine individuelle Anpassung an verschiedene Leistungen der Elektromotoren möglich, die bei unterschiedlichen Typen von elektrischen Fahrrädern eingesetzt werden. Defekte Module des Batteriepacks 4 können zudem kosteneffizient auch einzeln ausgetauscht bzw. ersetzt werden.
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Das erfindungsgemäße elektrische Fahrrad 1 weist somit gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass das am Rahmen 2 angeordnete Batteriepack 4 durch Lösen der elektrischen Kabelverbindung und Aufklappen des Batteriepacks 4 vom Rahmenelement 3 abgenommen und separat aufgeladen werden kann. Zudem ist das elektrische Fahrrad durch die Montage eines zweiten bereits aufgeladenen Batteriepacks 4 sofort wieder fahrbereit.
