DE102010009649A1

DE102010009649A1 - Elektrischer Hilfsantrieb für Fahrzeuge mit Tretkurbelantrieb

Info

Publication number: DE102010009649A1
Application number: DE201010009649
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Brose Antriebstechnik GmbH and Co KG Berlin
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-03-03
Also published as: DE102010009649B4

Abstract

Ein Elektrische Hilfsantriebe für Fahrzeuge mit Tretkurbelantrieb mit zwei Tretkurbeln (5) auf einer Tretlagerwelle (24) angeordnet und einem elektrisch angetriebenen Motor (16) in der Nähe der Tretlagerwelle (24) angeordnet, wobei die Motorwelle (25) parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle (24) angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Parallel zur Tretlagerwelle (24) ist eine Hohlwelle (11) angeordnet, die mindestens ein Antriebsrad für ein Zugmittelgetriebe aufweist, wobei mindestens ein Antriebsrad über ein Zugmittel (13) mit dem Rad verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. b) Zwischen Motorwelle (25) und Hohlwelle (11) befindet sich mindestens eine Zwischenwelle (12). c) Die Motorwelle (25) befindet sich in Fahrtrichtung vor der Tretlagerwelle (24). d) Die Tretlagerwelle (24), die Hohlwelle (11) und mindestens eine Zwischenwelle (12) befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme (5) gebildet wird. e) Die Motorwelle (25), die Hohlwelle (11) und die Zwischenwelle (12) befinden sich in Fahrtrichtung niemals hinter und über der Tretlagerwelle (24).

Description

Die Erfindung betrifft elektrische Hilfsantriebe für Fahrzeuge insbesondere Fahrräder mit Tretkurbelantrieb mit zwei Tretkurbeln auf einer Tretlagerwelle angeordnet und einem elektrisch angetriebenen Motor in der Nähe der Tretlagerwelle angeordnet ist.
Schon vor über 30 Jahren existierten Konzepte, bei denen ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsmotor ausgerüstet wurde. Man versuchte damit die Belastungen des Fahrers zu senken. Die Idee war dabei die muskuläre Kraft und die elektrische Motorkraft zu koppeln. Jedoch waren die Leistung des Motors und der Batterie zu gering, um sie effektiv als Unterstützung nutzen zu können. Die Größe und Masse der damaligen Elektromotoren und Batterien machte den Einbau nicht sinnvoll. Das Fahrrad hätte sehr stark an Gewicht zugenommen. Diese Gewichtszunahme wurde durch den leistungsschwachen Motor nicht kompensiert. Erst die heute verfügbaren leistungsstarken, kleinen und stromsparenden Motoren gekoppelt mit einer leistungsfähigen Batterie nach neuester Technologie machten den Einsatz als Fortbewegungsmittel oder Sportgerät für den Benutzer ökonomisch und interessant.
In den letzten 5 Jahren findet diese Art von Fahrrädern, im Allgemeinen Pedelec oder E-Bike genannt, großen Zuspruch, vor allem auch aufgrund der steigenden Kosten in Bezug auf die Fortbewegung mit Hilfe von Verbrennungskraftmaschinen. Mit Hilfe der elektrischen Unterstützung kann der Benutzer mit Vergleich zum Fahrrad eine weitere Fahrstrecke bewältigen und seine Körperfunktionen wie Atmung und Puls in einem angenehmen Bereich halten. Dieses gilt auch für die Überwindung von Steigung und geländiger Fahrstrecke. Eine vom Elektromotor unterstützte Fortbewegung auf einem Fahrrad realisiert ein konstantes Vorankommen, auch bei nachlassender körperlicher Leistung des Fahrers. Das hat zum Vorteil, dass sich die maximal erzielbare Fahrstrecke erhöht, trotz gleichbleibender menschlicher Ausdauerfähigkeit und körperlicher Verfassung des Fahrers.
Betrachtet man die Motoren, die bei heutigen Fahrrädern mit elektrischem Hilfsantrieb verbaut werden, findet man grundlegend zwei verschiedene Motortypen. Bei beiden Typen handelt es sich meist um bürstenlose Gleichstrommotoren. Der sogenannte Außenläufermotor hat meist einen größeren Durchmesser und zeichnet sich durch ein hohes Drehmoment aus. Bei diesem Motortyp befindet sich der Stator gestellfest innerhalb des ring- oder zylinderförmigen Rotors, der einseitig oder beidseitig gelagert ist. Anders ist es bei dem sogenannten Innenläufer. Der Umfang ist oft geringer und die Drehzahl meist höher als beim Außenläufermotor. Bei einem Innenläufer ist die Motorachse das rotierende und kraftübertragende Element. Der Stator liegt außen und ist gestellfest.
Bei beiden Varianten existieren verschiedenste Konzepte, um den Motor und die Batterie in den Fahrradrahmen zu integrieren. Im Folgenden werden bekannte Konzepte zur Integration des Motors in einen Fahrradrahmen aufgezeigt. Man unterscheidet hier drei verschiedene Gruppen, die wiefolgt bezeichnet werden sollen:

1) Hinterrad Nabenmotor
2) Vorderrad Nabenmotor
3) Mittelmotor

Dieses drei Gruppen haben unterschiedliche Eigenschaften mit bestimmten Vor- und Nachteilen, die im folgenden näher erläutert werden sollen:
Das Konzept eines Nabenmotors sieht vor, den Motor innerhalb einer der Radnaben zu verbauen. Der Motor treibt somit direkt ein Rad an. Das Gehäuse des Elektromotors dient als Nabe und wird mittels der Fahrradgabel oder dem Hinterbau des Fahrrads fixiert. Die Kraft wird direkt über die Speichen, die an dem rotierenden Gehäuse des Motors angebracht sind, auf die Felge und somit auf die Straße übertragen. Als Nachteil dieses Aufbaus ist das hohe polares Massenträgheitsmoment des Rades zu werten, da ein schweres Rad durch den Benutzer schwerer durch Muskelkraft in Rotation versetzt werden kann, als ein leichtes Laufrad. Dadurch wird die Beschleunigung durch die Tretbewegung des Menschen verschlechtert. Desweiteren weißt der Nabenmotor innerhalb eines Laufrades auch ein hohes axiales Massenträgheitsmoment auf. Das führt bei vollgefederten Fahrrädern zu schlechteren Federungseigenschaften. Es ergibt sich ein trägeres Ansprechverhalten der Federelemente. Durch die Zunahme der Masse eines Rades entsteht mehr ungefederte Masse. Insbesondere bei so genannten Mountainbikes, die im Gelände bewegt werden, macht sich eine Erhöhung der Masse eines Rades negativ bemerkbar. Für das Fahrverhalten eines gefederten Rades ist das Verhältnis von gefederter zu ungefederter Masse von entscheidender Bedeutung. Je größer die ungefederte Masse im Verhältnis zur gefederten Masse ist, desto kritischer ist das Fahrverhalten des Rades. Stöße, verursacht durch Fahrbahnunebenheiten, können bei hoher ungefederter Masse (schwereres Rad) nicht optimal vom Fahrwerk abgefangen werden. Dies kann Folge ebenfalls zu Defekten im Motor und im Bereich der Elektronik führen, was als weiterer Nachteil des Nabenmotors zu werten ist. Ein weiterer Nachteil ist die unvorteilhafte Verschiebung des Schwerpunktes des Gesamtsystems Fahrrad und Fahrer. Dadurch entsteht ein verändertes Fahrverhalten vor allen Dingen bei Kurvenfahrt und in Extremsituationen wie z. B. bei Sprüngen im Gelände. Bei einem Fahrzeug ist man immer bestebt, den Schwerpunkt zentral zu halten, um ein möglichst neutrales Verhalten zu erreichen. Die Verschiebung des Körperschwerpunktes durch die hohe Masse im Rad ruft somit ein verändertes Kurvenfahrverhältnis und Veränderungen der Traktion im Vorder- bzw. Hinterrad hervor, die als Nachteil zu werten sind. Aufgrund der dargestellten Umstände zeigt sich, dass der Einsatz von Nabenmotoren im Bereich der geländegängigen Fahrräder als nachteilig zu werten ist.
Ein weiterer Nachteil der Nabenmotoren sei im folgenden dargestellt: Da sich der Motor direkt in einem der Räder befindet, wird die eventuell vorhandene Gangschaltung nicht mit als Übersetzung für den Motorantrieb genutzt. Jeder Elektromotor hat nicht in seinem gesamten Drehzahlbereich einen gleichbleibenden Wirkungsgrad. In bestimmten Drehzahlbereichen sind die Verluste höher als in den Bereichen des sogenannten Arbeitspunkts. Da der Nabenmotor über den Raddurchmesser immer mit der Fahrbahnoberfläche mit einem festen Übersetzungsverhältnis verbunden ist, kann er nicht immer im Bereich des Arbeitspunktes betrieben werden. Dieses ist der Fall, da der Benutzer in der alltäglichen Fortbewegung ständig bremst und beschleunigt und somit die Geschwindigkeit des Rades oft ändert. Da der Gesamtwirkungsgrad des Motors in hohem Maße die Reichweite des Fahrzeugs bestimmt, ist ein schlechter Wirkungsgrad des Nabenmotors als Nachteil zu werten. Dieses Nachteil wird im alltäglichen Gebrauch vor allen Dingen in bergigem Gelände sichtbar, da dort Fahrräder mit Nabenmotoren manche Steigungen nicht überwinden können.
Da sich die Kabelverbindungen bei einem Fahrrad mit elektrischem Hilfsmotor in der Nabe konstruktionsbedingt außerhalb des Rahmens befinden, sind sie permanent den äußeren Umweltbedingungen ausgesetzt. Meist werden die Kabel durch die Radachsen geführt und sind ungeschützt gegen mechanische und chemische Zerstörung sowie Sonneneinstrahlung optisch unschön mit Kabelbindern befestigt. Beim Fahren im Gelände ist das Risiko eines Sturzes wesentlich höher als auf der Straße, so kann es schnell passieren, daß im Falle eines Sturzes diverse Kabel beschädigt bzw. abgerissen werden. Selbst im Einsatz in der Stadt können Kabel durch Kollisionen mit Fahrradständern und anderen Objekten beschädigt werden. Dieser Umstand vermindert die Betriebssicherheit und ist als Nachteil zu werten.
In den letzten Jahren wurde das subjektive optische Ansprechen eines Fahrrads immer wichtiger. Neben der Funktionalität des Fahrrads wurde nun auch auf das Aussehen des Fahrrads geachtet. Das Fahrrad entwickelt sich vom Fortbewegungsmittel zum sogenannten „lifestyle”-Objekt. Da sich die Kabelverlegung außerhalb des Rahmens befindet, wirkt sich dies negativ auf die Optik des Fahrrads aus. Das ist ebenfalls als Nachteil zu werten.
Bei einem bekannten Fahrrad (vergl. DE 29706743 ) befindet sich der Nabenmotor innerhalb der vorderen Radnabe. Betrachtet man die Radlastverteilung an einem Standardfahrrad bei aufrechter Sitzhaltung des Fahrers, so erkennt man, daß das Vorderrad weniger Radlast besitzt als das Hinterrad. Dies resultiert aus der Geometrie und der Massenverteilung des Fahrrads und der Position des Fahrers. Dieser Umstand führt bei einem Vorderradnabenmotor im Fahrrad nachteilig dazu, daß bei rutschigem Untergrund das Vorderrad leicht an Traktion verliert. Der Fahrer verliert Fahrsicherheit. Dieses ist als Nachteil zu werten.
Um das durch den Nabenmotor hervorgerufene Drehmoment im Fahrrad auf das Vorderrad zu übertragen und in Fahrbeschleunigung umzusetzen, muss sich das Reaktionsmoment des Elektroantriebs über die Radachse an der Vorderradgabel abstützen. Da die wirkenden Drehmomente, abhängig von der Leistung des Motors, relativ groß werden können, muss die Größe der Momentaufnahme dementsprechend dimensioniert werden. Das bedeutet für Motoren mit hoher Leistung, dass die Momentaufnahme relativ groß konzipiert werden muss und somit die Optik verschlechtert. Meist handelt es sich bei einem Vorderradnabenmotor um ein Nachrüstset, welche nachträglich an das Fahrrad montiert werden. Durch eine wie oben erläuterte Momentaufnahme werden Scherkräfte auf den Gabelholm geleitet, wofür diese meist nicht ausreichend dimensioniert wurden. So kommt es recht häufig zu Deformationen und Defekten an der Gabel. Dieses ist als bedenklich in Bezug auf die Sicherheit des Benutzers einzustufen und somit als Nachteil zu werten.
Bei einem bekannten Fahrrad (vergl. DE69613535T2 oder auch DE29505299U1 ) verwendet man den Hilfsantrieb eingebaut im Hinterrad. Die Nabe eines klassischen Rades wird entfernt und durch einen elektrischen Motor ersetzt. Auch hier wird die Kraft direkt auf die Felge übertragen. Durch den Motor, der im hinteren Teil des Fahrrads verbaut wird, entsteht eine veränderte Gewichtsverteilung. Diese wirkt sich auch am Hinterrad nachteilig auf das Fahrverhalten und die Traktionseigenschaften des Rades aus, da der Schwerpunkt des Fahrrades nicht mehr unter dem Fahrer liegt.
Vergleicht man die Nutzung eines Fahrrades mit Hinterradnabenmotor ohne Motorkraft mit der Nutzung eines normalen Fahrrades, so fällt auf, daß der Benutzer durch seine Tretbewegung den Rotor des Nabenmotors meist relativ zum Stator bewegen muß. Hierdurch kann der Benutzer nicht seine Energie vollständig in Vortrieb umsetzen und muß den Motor quasi ungewollt als Generator betreiben. Dieses ist als Nachteil mancher Bauformen von Nabenmotoren im Hinterrad zu werten.
Standardfahrräder ohne elektrischen Hilfsantrieb haben im allgemeinen entweder eine Nabenschaltung oder eine Kettenschaltung, um dem Nutzer je nach Trainingszustand, Fahrbahnsteigung oder Gefälle die richtige Übersetzung zwischen den Tretkurbeln und dem Hinterrad zur Verfügung zu stellen. Nabenmotoren für das Hinterrad sind nach dem heutigen Stand der Technik leider so konfiguriert, daß die Verwendung einer Nabenschaltung im Hinterrad ausgeschlossen ist. Es ist ausschließlich die Verwendung der wartungsintensiveren Kettenschaltung in Kombination mit dem Hinterradnabenmotor möglich. Diese Inkompatibilität ist als Nachteil zu werden.
Alternativ zum Nabenmotor etablierte sich in den letzten Jahren ebenfalls der sogenannte „Mittelmotor”. Er stellt neben dem Nabenmotor eine weitere gängige Form der Integration eines elektrischen Hilfsantriebs im Fahrrad dar. Als Mittelmotor sei im folgenden ein elektrischer Motor bezeichnet, der sich ungefähr in der Mitte des Fahrrades und nicht in den Radachsen befindet und sein Drehmoment nicht direkt auf ein Rad überträgt. In den meisten Fällen wird die Motorkraft hierbei über eine Kette oder ein anderes Zugmittel zum Hinterrad übertragen. Hierbei ist zu erkennen, daß dieses Zugmittel die menschliche Leistung sowie die elektrische Leistung an das Hinterrad überträgt. Als menschliche Leistung sei hierbei die mechanische Leistung bezeichnet, die der Fahrer in die Tretkurbel und die Tretkurbelwelle einleitet. Der optimale Drehzahlbereich der Tretkurbelwelle liegt hierbei zwischen 50 und 100 Umdrehungen pro Minute. In diesem Drehzahlbereich kann ein Mensch ein Fahrrad aus sportmedizinischer Sicht optimal bewegen. Da der elektrische Antriebsmotor im allgemeinen eine höhere Drehzahl bereit stellt, ist es notwendig, zwischen Elektromotor und Tretkurbelwelle eine geeignete Getriebeübersetzung anzuordnen. Ebenfalls muß aus sicherheitsrelevanten Gründen verhindert werden, daß der Elektromotor während seiner Drehbewegung keine unbeabsichtigte Drehung der Kurbel hervorruft, da sonst die Beine des Benutzers durch den Motor angetrieben werden. Dieses wird meist durch Anordnung eines Freilaufs zwischen Motor und Tretlagerwelle erreicht.
Das Patent DE 697 29 611 T2 zeigt beispielhaft einen solchen Mittelmotor beinhaltet und zeigt beispielhaft eine Möglichkeit der Integration eines Hilfsmotors in der Nähe des Tretlagers. Hier werden die Drehmomente des Elektromotors ausschließlich mit Hilfe von Zahnräder auf die Tretlagerachse übertragen. Der Motor wird hierbei in Fahrtrichtung hinter die Tretlagerachse verbaut. Um einen gewissen Reifendurchlass zu erhalten verlangt diese Position jedoch eine Verlängerung der Kettenstreben des Hinterbaus im Vergleich zu einem normalen Fahrrad. Dadurch verlängert sich automatisch der Radstand, was jedoch vom Verbraucher vor allem bei sportlichen Nutzern nicht erwünscht ist, da dieses zu trägem Händling führt. Dieses ist als Nachteil zu werten.
Die Übertragung der Kraft mittels Zahnräder auf die Tretlagerachse hat mehrere Nachteile für diese Konstruktion. Einerseits werden Schaltimpulse, die beim Schalten unter Last bei sportlichen Fahrern sehr hohe Drehmomente hervorrufen können, ungedämpft den Zahnräder aufgeprägt und können zu Zerstörung führen. Andererseits können an der Tretlagerachse und an den Kurbeln keine Standardbauteile verwendet werden. Dadurch entsteht ein hoher finanzieller Aufwand. Desweiteren sind Tretlager und Kurbel Verschleißteile die ständigen Belastungen durch das Pedalieren und etwaigen im Mountainbikebereich häufig vorkommenden Stürzen ausgesetzt. Da es sich hier um Sonderanfertigungen handelt, sind Reparaturkosten relativ hoch und Umrüstung auf ein anderes Produkt unmöglich. Dieser Fakt wird vom Kunden oft nicht akzeptiert und ist somit unerwünscht. Dieses ist ebenfalls als Nachteil zu werten.
Bei einem weiteren Fahrrad (vergl. US 4280581 ) wird der Mittelmotor ebenfalls in Fahrtrichtung hinter die Tretlagerachse montiert. Die Kraft wird hierbei jedoch direkt in den primären Kettenstrang geleitet. Der Motor treibt ein Ritzel an, welches die Kraft auf die Kette leitet. Das Ritzel befindet sich im Leertrum, welches der Kettenstrang ist wo keine Kraft auf das Rad übertragen wird. Dies wiederrum verkürzt die Länge der Kette im Leertrum. Die Länge ist wichtig für die Nutzung einer Kettenschaltung, welche auf der Hinterradnabe eine links-rechts Bewegung ausführt. Durch diese Verkürzung entstehen ein schlechteres Schaltverhalten und ein höherer Verschleiß an der Kette und an den Ritzeln. Ein weiterer Nachteil dieser Kraftübertragung ist das entstehende Geräusch. Es entwickelt sich ein lautet Rasseln, was vom Kunden unerwünscht ist und als Nachteil zu werten ist. Die Verwendung von den sogenannten Nabenschaltungen ist somit in Kombination mit diesem Mittelmotor zu empfehlen.
Ein Mittelmotor oder Tretlagermotor gemäß US 6629574 ist mit seiner Motorwelle koaxial zur Tretlagerachse angeordnet. Bei dieser Bauform muss nachteiligerweise auch eine Sonderanfertigung von Tretlagerachse und Kurbeln verwendet werden. Ein weiterer Nachteil ist das sehr große und präzise zu fertigende Gehäuse, welches im Kollisionskonflikt mit Fahrradkomponenten stehen, die normalerweise hinter einem Standardtretlagergehäuse angeordnet sind. Dieses können beispielsweise Gelenkpunkte für Federungen sein, die in Kombination mit der Bauart gemäß US66229574 nicht umsetzbar sind. Da sich der Durchmesser des Tretlagers stark erhöht, wird die Reifenfreiheit zum Hinterrad verkleinert. Sportliche Fahrer wünschen jedoch eine kurze Hinterbaulänge, welche so nicht mehr verbaut werden kann. Diese Punkte sind ebenfalls als Nachteile zu werten.
Von dieser Problemstellung ausgehend soll der elektrische Hilfsantrieb verbessert werden.
Zur Problemlösung zeichnet sich der gattungsgemäße elektrische Hilfsantrieb für Fahrzeuge mit Tretkurbelantrieb durch die folgenden Merkmale aus:

a) Der Tretkurbelantrieb hat zwei Tretkurbeln auf einer Tretlagerwelle angeordnet und einem elektrisch angetriebenen Motor in der Nähe der Tretlagerwelle angeordnet, wobei die Motorwelle parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle angeordnet ist
b) Parallel zur Tretlagerwelle ist eine Hohlwelle angeordnet, die mindestens ein Antriebsrad für ein Zugmittelgetriebe aufweist, wobei ein Antriebsrad über ein Zugmittel mit dem Rad verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt.
c) Zwischen Motorwelle und Hohlwelle befindet sich mindestens eine Zwischenwelle.
d) Die Motorwelle befindet sich in Fahrtrichtung vor der Tretlagerwelle
e) Die Tretlagerwelle, die Hohlwelle und mindestens eine Zwischenwelle befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme gebildet wird.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn zwischen Motorwelle, mindestens einer Zwischenwelle und Hohlwelle mindestens ein weiteres Zugmittelgetriebe angeordnet ist und mindestens ein Zugmittelgetriebe, welches mit der Zwischenwelle verbunden ist, mindestens teilweise durch ein Gehäuse verdeckt ist
Dadurch, daß dieser elektrische Hilfsantriebe mit der Motorwelle und mindestens eine Zwischenwelle in einem Gehäuse gelagert sind, kann man einen sehr kompakten und leichten Aufbau erreichen. Diese Kompaktheit im Aufbau kann noch gesteigert werden, wenn die Tretlagerwelle, die Hohlwelle und die Zwischenwelle in dem selben Gehäuse angeordnet sind. Die Verwendung von Kunststoffen mit hoher Festigkeit und Dämpfung zwischen der Motorwelle, Zwischenwelle und Hohlwelle in mindestens einer Getriebeübersetzung führt in vorteilhafter Weise zu preisgünstiger Herstellbarkeit, geringer Geräuschentwicklung und Dämpfung der schädlichen Schaltimpulsspitzen.
Falls der neuartige elektrische Hilfsantriebe dadurch gekennzeichnet ist, dass die Tretkurbel und Tretlagerwelle über einen Kupplungsmechanismus drehfest mit dem Zugmittel, das das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt, verbindbar ist, kann in vorteilhafter Weise Benutzungssicherheit erreicht werden, da der Motor nicht die Beine des Benutzers antreiben kann. Dieser Kupplungsmechanismus kann automatisiert werden, falls er in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Tretlagerwelle und Zugmittel entweder ein-oder auskoppelt wird. Einen solchen Aufbau bezeichnet man auch als Freilauf.
Damit der Nutzer seine Tretenergie in vorteilhafter Weise ausschlieslich in Vortrieb umsetzt, ist innerhalb der Neuheit die Motorwelle über einen Kupplungsmechanismus drehfest mit der Hohlwelle verbindbar. Auch dieser Kupplungsmechanismus lässt sich als Freilauf gestalten, damit der Kupplungsmechanismus in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Motorwelle und Hohlwelle entweder ein- oder auskoppelt wird. Ohne diesen Mechanismus wurde der Nutzer den Motor als Generator antreiben und Tretenergie in elektrische Energie umwandeln.
Extrem kompakt und für die Nutzung von Kettenschaltungen vorteilhaft aufgebaut ist die Neuheit dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle und die Tretlagerwelle nicht nur parallel, sondern auch koaxial zueinander angeordnet sind.
Zur Vereinfachung des Aufbaus sind die Tretlagerwelle, die Hohlwelle, die Zwischenwelle und die Motorwelle in einem Gehäuse gelagert sind und mindestens ein Teil des Gehäuses stoffschlüssig mit dem Fahrradrahmen verbunden.
Um in Kombination mit sehr flach bauenden Elektromotoren die Baugröße noch weiter in vorteilhafter Weise zu verkleinern, sollte mindestens eine Zwischenwelle koaxial zur Motorwelle angeordnet ist.
Motoren bauen sehr klein und leicht, wenn Sie Ihre Leistung bei einer hohen Drehzahl abgeben. Deswegen sollte die Motorwelle vorzugsweise immer mit einer höheren Geschwindigkeit relativ zu mindestens einer Zwischenwelle drehen.
Falls die Drehbewegung der Tretlagerwelle und des Rades, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt, innerhalb des Gehäuses elektronisch gemessen wird, so ist eine im Gehäuse angeordnete Auswerteelektronik in der Lage, dem Nutzer die für die Steuerung des System optimal aufbereiteten Daten zu liefern. Diese vorteilhafte Ausführung ist ebenfalls sehr robust und störungsunanfällig.
Falls der neuartige elektrische Hilfsantrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehbewegung des Antriebsmotors elektrisch gestoppt wird, falls an der Tretlagerwelle eine bestimmte Drehzahl unterschritten wird, so ist dieses eine für die Produktsicherheit vorteilhafte Ausgestaltung.
Vorteilhaft für den Nutzer ist ebenfalls die Kombination des neuartigen Hilfsantriebs mit einem Schaltgetriebe am Antriebsrades, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. Hierdurch kann der Nutzer die Motorleistung optimal an unterschiedliche Geländebedingungen anpassen.
Falls die elektrische Energie über Kabel innerhalb des Gehäuses von der Elektronik bis zum Motor geführt wird, so erreicht man auf diese Weise einen optisch aufgeräumten und störungsfreien Aufbau, da Kabel nicht von Umwelteinflüssen beschädigt werden können.
Eine einfache industrielle Fertigung des neuartigen elektrischen Hilfsantriebs wird erreicht, falls das Gehäuse aus mindestens 4 Bauteilen besteht, die durch vertikale Trennebenen miteinander verbunden sind. Ein weiterer Vorteil ergibt sich hierbei zusätzlich im Hinblick auf die Einfachheit von Wartungstätigkeiten am Antrieb.
Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher erläutert werden. Es zeigt:
1 ein beispielhafter Aufbau eines Fahrrades in Seitenansicht von rechts und mit dem im Rahmen integrierten Hilfsantrieb und Batterie.
2a das neuartige elektrische Antriebssystem beispielhaft als Prinzipskizze in perspektivischer Ansicht.
2b das neuartige elektrische Antriebssystem beispielhaft als Prinzipskizze in Ansicht von rechts.
3 ein beispielhafter Aufbau eines Fahrradrahmens in perspektivischer Ansicht von rechts hinten und mit dem im Rahmen integrierten Hilfsantrieb und Batterie.
4 ein beispielhafter Aufbau eines Fahrradrahmens in perspektivischer Ansicht von links vorne und mit dem im Rahmen integrierten Hilfsantrieb und Batterie.
5 das neuartige elektrische Antriebssystem beispielhaft als Prinzipskizze in perspektivischer Ansicht von links vorne.
6 das neuartige elektrische Antriebssystem beispielhaft als Prinzipskizze in perspektivischer Ansicht von rechts hinten.
7 ein weiterer beispielhafter Aufbau des Antriebssystems in perspektivischer Ansicht im Rahmen eingebaut.
8 das neuartige elektrische Antriebssystem beispielhaft als Prinzipskizze in perspektivischer Ansicht von rechts hinten.
9 das neuartige elektrische Antriebssystem beispielhaft als Prinzipskizze in Ansicht von rechts.
1 zeigt ein Fahrrad in Seitenansicht mit einem integrierten elektrischen Hilfsantriebssystem. Man erkennt ein Motorgehäuse 10 und ein Batterieelement 3, welche in einem Fahrradrahmen 1 integriert oder außerhalb an einem Rahmenrohr angebracht werden. Das Motorgehäuse 10 und das Batterieelement 3 sind hier erfindungsgemäß in Fahrtrichtung vor der Tretlagerachse 24 angeordnet. Das hier gezeigte Fahrrad besitzt eine Telegabel 9 und einem hinteres Federelement 8 und die nicht weiter benannten Läufräder. Die Schwinge 6 wird hier beispielsweise auf der Rückseite des Motorgehäuses 10 gelagert. Das Motorgehäuse 10 ist in vorteilhafter Ausgestaltung mit dem Unterrohr 2 des Rahmens stoffschlüssig verbunden. Die Tretlagerachse 24 ist im Motorgehäuse 10 gelagert. Auf dieser Tretlagerachse 24 werden die Tretkurbeln 5 befestigt. Deutlich sichtbar das Antriebrad 18 des Zugmittels 13. Zugmittel kann eine Kette oder ein Zahnriemen sein. Es wird in dieser Darstellung deutlich, man zwischen der hier nicht sichtbaren Motorwelle 25, Zwischenwelle und Tretlagerwelle weiteres Zugmittelgetriebe 14 angeordnet hat. Ebenfalls wird in 1 beispielhaft sichtbar, daß man dieses weitere Zugmittelgetriebe 14 in vorteilhafter Weise mindestens teilweise durch ein Gehäuse oder Seitendeckel 4 verdecken kann. Die Motorwelle 25 befindet sich in Fahrtrichtung vor der Tretlagerwelle 24. Die Tretlagerwelle 24, die hier nicht sichtbare Hohlwelle und mindestens eine Zwischenwelle befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme 5 gebildet wird. Dieses ist hier in 1 als gestrichelter Kreis durch die Kennzeichnung A dargestellt. Desweiteren beinhaltet das Motorgehäuse 10 den Elektromotor, welcher durch den Seitendeckel 4 fixiert wird.
2a zeigt das neuartige elektrische Hilfsantriebssystem beispielhaft vollständig ohne den Fahrradrahmen 1, ohne Motorgehäuse 10, ohne Seitendeckel 4, ohne Schwinge 6 und ohne die Standardkomponenten eines Fahrrades, so wie in 1 dargestellt. Um die wichtigen Komponenten des Antriebssystem hervorzuheben, wurden ebenfalls sämtliche Lagerungen, Dichtungen, Gehäuse, Gestelle und Seitendeckel nicht dargestellt. Der elektrische Hilfsantrieb für Fahrzeuge mit Tretkurbelantrieb ist hier mit mit zwei Tretkurbeln 5 auf einer Tretlagerwelle 24 angeordnet und mit einem elektrisch angetriebenen Motor 16 in der Nähe der Tretlagerwelle 24 angeordnet, wobei die Motorwelle 25 parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle angeordnet ist. Innerhalb der Darstellung befindet sich eine Hohlwelle 11 parallel zur Tretlagerwelle 24 angeordnet, wobei die Hohlwelle 11 hier zwei Antriebsräder 18 für Zugmittel aufweist, wobei ein Antriebsrad 18 über ein Zugmittel 13 mit dem Rad verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. Die Drehmomente des Elektromotors 16 werden in dieser Ausführung über zwei Zwischenwellen 12 zur Hohlwelle 11 weitergeleitet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist diese Getriebeübersetzung 22 als Planetengetriebe ausgeführt, um die hohe Motorendrehzahl auf ein niedriges Niveau zu bringen. Ebenso wird aus der Darstellung deutlich, daß zwischen der Motorwelle 25, den Zwischenwellen 12 und der Tretlagerwelle 24 erfindungsgemäß hier ein weiteres Zugmittelgetriebe 14 angeordnet ist. Dieses Zugmittelgetriebe 14 oder die Getriebeübersetzung 22 kann in vorteilhafter Ausgestaltung aus einem hochfesten und dämpfenden Kunststoff gefertigt sein. Dieses führt zu einer geringen Geräuschentwicklung, geringem Gewicht und die Impulsspitzen durch Schaltvorgänge des Nutzers werden so gedämpft, daß eine Beschädigung der angegliederten Bauteile nicht eintreten kann. Die Tretlagerwelle, die Hohlwelle und mindestens eine Zwischenwelle befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme gebildet wird. Dieser Bauraum ist in 2a durch einen gestrichelten Kreis mit der Bezeichnung A dargestellt. Das Hinterrad besitzt eine Hinterradnabe mit einem integrierten Schaltgetriebe 15. Dieses wird durch das Zugmittel 13 angetrieben. 2b zeigt eine vergrößerte Ansicht von der 2a in Seitenansicht von rechts: Man erkennt deutlich, daß die Hohlwelle 11 und die Tretlagerwelle 24 koaxial zueinander angeordnet sind. Innerhalb der Hohlwelle 11 befindet sich eine Freilaufverzahnung, die in Kombination mit zwei Freilaufzähnen den Kupplungsmechanismus 19 der Hohlwelle 11 bildet. Aufgrund von diesem Aufbau kann der Elektromotor 16 nicht die Beine des Benutzers antreiben, da der Kupplungsmechanismus 19 in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Tretlagerwelle 24 und Hohlwelle 11 entweder ein- oder auskoppelt und somit eine Sicherheitsfunktion ausführt. Zusätzlich ist die Motorwelle 25 über einen Kupplungsmechanismus 20 zusätzlich drehfest mit der Hohlwelle 11 verbindbar ist. In der dargestellten Bauform sitzt dieser Freilauf auf der Zwischenwelle 12. Diese Freilaufkupplung kann erfindungsgemäß auf jedem Bauelement zwischen Motorwelle 25 und Hohlwelle 11 angeordnet sein. Allgemein kann man deswegen sagen, daß der neuartige elektrische Hilfsantrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass die Motorwelle 25 über einen Kupplungsmechanismus 20 drehfest mit der Hohlwelle 11 verbindbar ist und dass dieser Kupplungsmechanismus 20 in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Motorwelle 25 und Hohlwelle 11 entweder ein-oder auskoppelt. Dieser Freilaufmechanismus sorgt dafür, daß der Nutzer der Neuheit aufgrund von seiner Tretbewegung an den Kurbeln 5 nicht die Motorwelle 25 zum rotieren bringen kann, da dann nicht die vollständige Tretenergie an das Antriebsrad 17 geführt werden kann. Der Elektromotor 16 kann klein und leicht gebaut werden falls er seine maximale mechanische Leistung bei einer hohen Drehzahl abgibt. Deswegen ist es von Vorteil und in der Zeichnung zu erkennen, wenn der elektrische Hilfsantrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass die Motorwelle 25 immer mit einer höheren Geschwindigkeit relativ zu mindestens einer Zwischenwelle 12 dreht.
3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Fahrradrahmens in perspektivischer Seitenansicht von schräg hinten mit einem integrierten elektrischen Hilfsantriebssystem. Man erkennt ein mehrteiliges Motorgehäuse 10 und ein Batterieelement 3, welche in einem Fahrradrahmen 1 integriert oder außerhalb an einem Rahmenrohr angebracht werden. Das Motorgehäuse 10 und das Batterieelement 3 sind hier erfindungsgemäß in Fahrtrichtung vor der Tretlagerachse 24 angeordnet. Der hier gezeigte Fahrradrahmen hat keine Telegabel und keine Laufräder sowie auch keine Hinterradnabe eingebaut. Ebenfalls ist keine Kette zum Hinterrad dargestellt. Die Schwinge 6 wird hier ebenfalls auf der Rückseite des Motorgehäuses 10 gelagert. Das Motorgehäuse 10 ist in vorteilhafter Ausgestaltung mit dem Unterrohr 2 und dem Sitzrohr 23 des Rahmens stoffschlüssig verbunden. Die Tretlagerachse 24 ist im Motorgehäuse 10 gelagert. Auf dieser Tretlagerachse 24 werden die Tretkurbeln 5 befestigt. Deutlich sichtbar das Antriebsrad 18 des Zugmittels zum Hinterrad. Ebenfalls wird in 3 beispielhaft sichtbar, daß man sämtliche Bauteile des elektrischen Hilfsantriebssystem in vorteilhafter Weise in einem Gehäuse 10 vollständig geschützt anordnen kann. Hier wird beispielhaft gezeigt, daß dieser neuartige elektrische Hilfsantriebe vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein kann, dass das Gehäuse aus 4 Bauteilen besteht, die durch vertikale Trennebenen miteinander verbunden sind. Diese 4 Gehäuseteile sind in 3 mit den Bezeichnungen 10A, 10B, 10C und 10D versehen. In dieser Bauform gemäß 3 kann im Vergleich zur Bauform aus 1 und 2 kein Schmutz in das Antriebssystem eindringen. Auch hier befindet sich die nicht sichtbare Motorwelle 25 in Fahrtrichtung vor der Tretlagerwelle 24.
4 zeigt die gleiche Ausführungsform wie 3 in einer perspektivischen Darstellung von schräg vorne. Das mehrteilige Gehäuse 10 besitzt einen Bereich, der Tretlagergehäuse 26 genannt wird. Innerhalb von diesem Bereich befinden sich große Dünnringkugellager 28 mit der die Hohlwelle 11 im Gehäuse 10 gelagert ist. Die Dünnringkugellager 28 und die Hohlwelle 11 sind in der Figur nicht sichtbar. Im folgenden wird der innere Aufbau näher erläutert werden.
5 zeigt die innenliegenden Bauelemente der Neuheit in der beispielhaften Ausführungsform wie aus 4 bekannt in einer perspektivischen Darstellung von schräg vorne. Das Gehäuse 10 ist in aufgeschnittener Form dargestellt. In dem Bereich des Gehäuses 10, der Tretlagergehäuse 26 genannt wird, befinden sich die Dünnringkugellager 28, die die Hohlwelle 11 in dem Gehäuse 10 lagert. Diese 5 zeigt im Vergleich zur 2 eine andere Ausgestaltung beispielhaft. Um die wichtigen Komponenten des Antriebssystem hervorzuheben, wurden hier ebenfalls sämtliche Lagerungen, Dichtungen, Gehäuse, Gestelle und Seitendeckel nicht dargestellt, da diese nach dem bekannten Stand der Technik ausgeführt sind. Der elektrische Hilfsantrieb für Fahrzeuge mit Tretkurbelantrieb ist hier mit mit zwei Tretkurbeln 5 auf einer Tretlagerwelle 24 angeordnet und mit einem elektrisch angetriebenen Motor 16 in der Nähe der Tretlagerwelle 24 angeordnet, wobei die Motorwelle 25 parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle 24 angeordnet ist. Innerhalb der Darstellung befindet sich eine Hohlwelle 11 parallel und auch koaxial zur Tretlagerwelle 24 angeordnet, wobei die Hohlwelle 11 hier zwei Antriebsräder 18 für Zugmittel aufweist, wobei ein Antriebsrad 18a über ein Zugmittel 13 mit dem Rad verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. Die Drehmomente des Elektromotors 16 werden in dieser Ausführung über eine Zwischenwellen 12 zur Hohlwelle 11 weitergeleitet. In dieser Ausgestaltung ist diese Getriebeübersetzung 22 als Strinradgetriebe ausgeführt, um die hohe Motorendrehzahl auf ein niedriges Niveau zu bringen. Ebenso wird aus der Darstellung deutlich, daß zwischen der Motorwelle 25, der Zwischenwellen 12 und der Tretlagerwelle 24 erfindungsgemäß hier ein weiteres Zugmittelgetriebe 14 angeordnet ist. Dieses Zugmittelgetriebe 14 oder die Getriebeübersetzung 22 kann in vorteilhafter Ausgestaltung aus einem hochfesten und dämpfenden Kunststoff gefertigt sein. Dieses führt zu einer geringen Geräuschentwicklung, geringem Gewicht und die Impulsspitzen durch Schaltvorgänge des Nutzers werden so gedämpft, daß eine Beschädigung der angegliederten Bauteile nicht eintreten kann. Die Tretlagerwelle 24, die Hohlwelle 11 und die eine Zwischenwelle 12 befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme gebildet wird. Dieser Bauraum ist hier nicht weiter dargestellt. Zusätzlich ist auch hier die Motorwelle 25 über einen Kupplungsmechanismus 20 zusätzlich drehfest mit der Hohlwelle 11 verbindbar ist. In der dargestellten Bauform sitzt dieser Freilauf auf der Zwischenwelle 12. Diese Freilaufkupplung kann erfindungsgemäß auf jedem Bauelement zwischen Motorwelle 25 und Hohlwelle 11 angeordnet sein. Allgemein kann man deswegen sagen, daß der neuartige elektrische Hilfsantrieb dadurch gekennzeichnet ist, dass die Motorwelle 25 über einen Kupplungsmechanismus 20 drehfest mit der Hohlwelle 11 verbindbar ist und dass dieser Kupplungsmechanismus 20 in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Motorwelle 25 und Hohlwelle 11 entweder ein-oder auskoppelt. Dieser Freilaufmechanismus sorgt dafür, daß der Nutzer der Neuheit aufgrund von seiner Tretbewegung an den Kurbeln 5 nicht die Motorwelle 25 zum rotieren bringen kann, da dann nicht die vollständige Tretenergie an das Hinterrad geführt werden kann. Der Elektromotor 16 kann klein und leicht gebaut werden falls er seine maximale mechanische Leistung bei einer hohen Drehzahl abgibt. Deswegen ist es von Vorteil und in der Zeichnung zu erkennen, wenn der elektrische Hilfsantrieb auch dadurch gekennzeichnet ist, dass die Motorwelle 25 immer mit einer höheren Geschwindigkeit relativ zu mindestens einer Zwischenwelle 12 dreht.
6 zeigt die innenliegenden Bauelemente der Neuheit in der beispielhaften Ausführungsform wie aus 5 bekannt in einer perspektivischen Darstellung von schräg hinten. Das Gehäuse 10 ist in aufgeschnittener Form dargestellt. Es wird deutlich, daß die Hohlwelle 11 und die Tretlagerwelle 24 koaxial zueinander angeordnet sind. Innerhalb der Hohlwelle 11 befindet sich eine Freilaufverzahnung, die in Kombination mit zwei Freilaufzähnen den Kupplungsmechanismus 19 der Hohlwelle 11 bildet. Aufgrund von diesem Aufbau kann der Elektromotor 16 nicht die Beine des Benutzers antreiben, da der Kupplungsmechanismus 19 in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Tretlagerwelle 24 und Hohlwelle 11 entweder ein- oder auskoppelt und somit eine Sicherheitsfunktion ausführt. Der beispielhafte Aufbau gemäß 5 und 6 ist jedoch relativ teuer in der Herstellung, da Dünnringkugellager 28 aufwändig in der Herstellung sind. Ein alternativer und erfindungsgemäßer Aufbau wird im folgenden beschrieben: Hier ist die Hohlwelle 11 nicht koaxial zur Tretlagerwelle 24 angeordnet, sondern ausschließlich parallel.
7 zeigt diese weitere beispielhafte Ausführungsform eines Fahrradrahmens in perspektivischer Seitenansicht von schräg hinten mit dem neuartigen integrierten elektrischen Hilfsantriebssystem. Man erkennt ein mehrteiliges Motorgehäuse 10 und ein Batterieelement 3 im Anschnitt, welche in einem Fahrradrahmen 1 integriert oder außerhalb an einem Rahmenrohr angebracht werden. Das Motorgehäuse 10 und das Batterieelement 3 sind hier erfindungsgemäß in Fahrtrichtung vor der Tretlagerachse 24 angeordnet. Der hier gezeigte Fahrradrahmen ist am Sitzrohr 23 und an dem Sitzrohr 23 abgeschnitten dargestellt. Ebenfalls ist die Kette als Zugmittel 13 zum Hinterrad abgeschnitten dargestellt. Die Schwinge 6 wird hier ebenfalls auf der Rückseite des Motorgehäuses 10 gelagert. Das Motorgehäuse 10 ist in vorteilhafter Ausgestaltung mit dem Unterrohr 2 und dem Sitzrohr 23 des Rahmens stoffschlüssig verbunden. Die Tretlagerachse 24 ist im Motorgehäuse 10 gelagert. Auf dieser Tretlagerachse 24 werden die Tretkurbeln 5 befestigt. Deutlich sichtbar das Antriebsrad 18 des Zugmittels zum Hinterrad. Ebenfalls wird in 7 beispielhaft sichtbar, daß man sämtliche Bauteile des elektrischen Hilfsantriebssystem in vorteilhafter Weise in einem Gehäuse 10 vollständig geschützt anordnen kann. Hier wird beispielhaft gezeigt, daß dieser neuartige elektrische Hilfsantriebe vorteilhaft dadurch gekennzeichnet sein kann, dass das Gehäuse aus 4 Bauteilen besteht, die durch vertikale Trennebenen miteinander verbunden sind. Diese 4 Gehäuseteile sind in 3 mit den Bezeichnungen 10A, 10B, 10C und 10D versehen. In dieser Bauform gemäß 7 kann im Vergleich zur Bauform aus 1 und 2 kein Schmutz in das Antriebssystem eindringen. Auch hier befindet sich die nicht sichtbare Motorwelle 25 in Fahrtrichtung vor der Tretlagerwelle 24. Ebenfalls wird in der Darstellung deutlich, daß zwei Tretkurbeln auf einer Tretlagerwelle 24 angeordnet sind und daß sich der elektrisch angetriebenen Motor in der Nähe der Tretlagerwelle 24 befindet, wobei die Motorwelle 25 parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle angeordnet ist. 7 zeigt ebenfalls, daß parallel zur Tretlagerwelle 24 eine Hohlwelle 11 angeordnet ist, die ein kleines Antriebsrad 30 für ein Zugmittelgetriebe 13 aufweist, wobei hier die zwei Antriebsräder 30 und 18 über ein Zugmittel 13 mit dem Rad verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. Dieses Zugmittel 13 ist hier als Kette ausgeführt, wobei die Kette die mechanische Leistung des Nutzers über das Antriebsrad 18 und die mechanische Leistung des Elektromotors aufnehmen muß. Der Kette wird die mechanische Leistung des Elektromotors über die Hohlwelle 11 und über das kleine Antriebsrad 30 aufgeprägt. Damit die Kette nicht über das kleine Antriebsrad 30 springen kann, wird der Umschlingungswinkel der Kette um das Antriebsrad 30 durch den Kettenspannarm 28 in Kombination mit der Spannrolle 29 vergrößert. Da in dieser Figur der innere Aufbau nicht deutlich wird, wird dieses im folgenden beschrieben.
8 zeigt die innenliegenden Bauelemente der Neuheit in der beispielhaften Ausführungsform wie aus 7 bekannt in einer perspektivischen Darstellung von schräg hinten. Das Gehäuse 10 mit alles Bauteilen ist nicht dargestellt. Es wird deutlich, daß die Hohlwelle 11 und die Tretlagerwelle 24 nur parallel und nicht koaxial zueinander angeordnet sind. Innerhalb des Antriebsrades 18 befindet sich eine Freilaufverzahnung, die in Kombination mit zwei Freilaufzähnen den Kupplungsmechanismus 19 der Tretlagerwelle 24 bildet. Aufgrund von diesem Aufbau kann der Elektromotor 16 nicht die Beine des Benutzers antreiben, da der Kupplungsmechanismus 19 in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Tretlagerwelle 24 und des Zugmittels 13 entweder ein- oder auskoppelt und somit eine Sicherheitsfunktion ausführt. Um die wichtigen Komponenten des Antriebssystem hervorzuheben, wurden hier ebenfalls sämtliche Lagerungen, Dichtungen, Gehäuse, Gestelle und Seitendeckel nicht dargestellt, da diese nach dem bekannten Stand der Technik ausgeführt sind. Der elektrische Hilfsantrieb ist hier ebenfalls mit zwei Tretkurbeln 5 auf einer Tretlagerwelle 24 angeordnet und mit einem elektrisch angetriebenen Motor 16 in der Nähe der Tretlagerwelle 24 angeordnet, wobei die Motorwelle 25 parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle 24 angeordnet ist. Innerhalb der Darstellung befindet sich eine sehr klein ausgestaltete Hohlwelle 11 parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle 24 angeordnet, wobei die Hohlwelle 11 hier ein kleines Antriebsrad 30 für das Zugmittel aufweist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. Die Drehmomente des Elektromotors 16 werden in dieser Ausführung über eine Zwischenwelle 12 zur Hohlwelle 11 weitergeleitet. In dieser Ausgestaltung ist diese Getriebeübersetzung 22 als Stirnradgetriebe ausgeführt, um die hohe Motorendrehzahl auf ein niedriges Niveau zu bringen. Ebenso wird aus der Darstellung deutlich, daß zwischen der Motorwelle 25, der Zwischenwelle 12 und der Hohlwelle 11 ein weiteres Zugmittelgetriebe 14 angeordnet ist. Dieses Zugmittelgetriebe 14 oder die Getriebeübersetzung 22 kann in vorteilhafter Ausgestaltung aus einem hochfesten und dämpfenden Kunststoff gefertigt sein. Dieses führt zu einer geringen Geräuschentwicklung, geringem Gewicht und die Impulsspitzen durch Schaltvorgänge des Nutzers werden so gedämpft, daß eine Beschädigung der angegliederten Bauteile nicht eintreten kann. Die Tretlagerwelle 24, die Hohlwelle 11 und die eine Zwischenwelle 12 befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme gebildet wird. Dieser Bauraum ist hier nicht weiter dargestellt. Man erkennt in 8 deutlich, daß dieser beispielhafte Aufbau sehr kompakt baut.
9 zeigt den beispielhaften Aufbau aus 8 unter einem anderen Blickwinkel. Es ist eine Ansicht von rechts dargestellt. Zusätzlich ist ein Koordinatensystem mit einer X- und Y-Achse eingezeichnet. Der Mittelpunkt dieses Koordinatensystems befindet sich im Mittelpunkt der Tretlagerachse 24. Der zweitere Quadrant dieses Koordinatensystems befindet sich oberhalb der Tretlagerachse 24 und in Fahrtrichtung hinter der Tretlagerachse 24. Da bei modernen Fahrradkonstruktionen in diesem Bereich des zweiten Quadranten oft wichtige Komponenten angeordnet sind, sollte eine vorteilhafte Ausgestaltung der Neuheit in diesem Bereich keine der leistungsübertragenden Wellen angeordnet haben. Als wichtige Komponenten wären hier beispielweise Kettenstreben, Schwingenlagerungen, Reifenfreiraum oder eine Ständerhalter zu nennen. An dieser Stelle ist aus diesem Grunde zusammenzufassen, daß die Neuheit immer so ausgestaltet ist, daß die Motorwelle 25, die Hohlwelle 11 und die Zwischenwelle 12 sich niemals in Fahrtrichtung hinter und über der Tretlagerwelle 24 befinden. Betrachtet man 1 und 3, so kann man feststellen, daß dieses bei allen Ausführungsformen der Fall ist. Zusätzlich ist auch hier die Motorwelle 25 über einen Kupplungsmechanismus zusätzlich drehfest mit der Hohlwelle 11 verbindbar ist. In der dargestellten Bauform sitzt dieser Freilauf nicht auf der Zwischenwelle 12, sondern auf der Hohlwelle 11. Diese Freilaufkupplung kann erfindungsgemäß auf jedem Bauelement zwischen Motorwelle 25 und Hohlwelle 11 angeordnet sein. Der Elektromotor 16 kann klein und leicht gebaut werden falls er seine maximale mechanische Leistung bei einer hohen Drehzahl abgibt. Deswegen ist es von Vorteil und in der Zeichnung zu erkennen, wenn der elektrische Hilfsantrieb auch dadurch gekennzeichnet ist, dass die Motorwelle 25 immer mit einer höheren Geschwindigkeit relativ zur Zwischenwelle 12 dreht. Damit das Zugmittel 13 nicht über das kleine Antriebsrad 30 springen kann, wird der Umschlingungswinkel des Zugmittels um das Antriebsrad 30 durch den Kettenspannarm 28 in Kombination mit der Spannrolle 29 vergrößert. In vorteilhafter Ausgestaltung ist der Kettenspannarm 28 in der Lage, eine federbelastete Bewegung in Richtung Z durchzuführen.
Bezugszeichenliste

1: Fahrradrahmen
2: Unterrohr
3: Batterieelement
4: Seitendeckel
5: Tretkurbel
6: Schwinge
7: Schaltwerk
8: Hinteres Federelement
9: Telegabel
10: Motorgehäuse
10: A rechtes Aussengehäuse
10: B rechtes Innengehäuse
10: C linkes Innengehäuse
10: D linkes Aussengehäuse
11: Hohlwelle
12: Zwischenwelle
13: Zugmittel Antriebsrad
14: Zugmittelgetriebe
15: Hinterradnabe Schaltgetriebe
16: Elektromotor
17: Antriebsrad/Hinterrad
18: Antriebsrad Zugmittelgetriebe
19: Kupplungsmechanismus Hohlwelle
20: Kupplungsmechanismus Tretlager
21: Antriebsrad Zwischenwelle
22: Getriebeübersetzung
23: Sitzrohr
24: Tretlagerachse
25: Motorwelle
26: Tretlagergehäuse
27: Elektronikgehäuse
28: Kettenspannarm
29: Kettenspannrolle
30: Antriebsrad klein

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 29706743 [0010]
DE 69613535 T2 [0012]
DE 29505299 U1 [0012]
DE 69729611 T2 [0016]
US 4280581 [0018]
US 6629574 [0019]
US 66229574 [0019]

Claims

Elektrische Hilfsantriebe für Fahrzeuge mit Tretkurbelantrieb mit zwei Tretkurbeln (5) auf einer Tretlagerwelle (24) angeordnet und einem elektrisch angetriebenen Motor (16) in der Nähe der Tretlagerwelle (24) angeordnet, wobei die Motorwelle (25) parallel und nicht koaxial zur Tretlagerwelle (24) angeordnet ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Parallel zur Tretlagerwelle (24) ist eine Hohlwelle (11) angeordnet, die mindestens ein Antriebsrad für ein Zugmittelgetriebe aufweist, wobei mindestens ein Antriebsrad über ein Zugmittel (13) mit dem Rad verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt. b) Zwischen Motorwelle (25) und Hohlwelle (11) befindet sich. mindestens eine Zwischenwelle (12). c) Die Motorwelle (25) befindet sich in Fahrtrichtung vor der Tretlagerwelle (24). d) Die Tretlagerwelle (24), die Hohlwelle (11) und mindestens eine Zwischenwelle (12) befinden sich zwischen einem zylindrischen Bauraum, der durch die Rotation der Kurbelarme (5) gebildet wird. e) Die Motorwelle (25), die Hohlwelle (11) und die Zwischenwelle (12) befinden sich in Fahrtrichtung niemals hinter und über der Tretlagerwelle (24).
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motorwelle (25), mindestens einer Zwischenwelle (12) und Hohlwelle (11) mindestens ein weiteres Zugmittelgetriebe (14) angeordnet ist und mindestens ein Zugmittelgetriebe (14), welches mit einer Zwischenwelle (12) verbunden ist, mindestens teilweise durch ein Gehäuse (10) verdeckt ist.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (25) und mindestens eine Zwischenwelle (12) in einem Gehäuse (10) gelagert sind.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretlagerwelle (24), die Hohlwelle (11) und die Zwischenwelle (12) in dem selben Gehäuse (10) angeordnet sind.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motorwelle (25), mindestens einer Zwischenwelle (12) und Hohlwelle (11) mindestens eine Getriebeübersetzung mindestens teilweise aus Kunststoff gefertigt ist.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretkurbel (5) und Tretlagerwelle (24) über einen Kupplungsmechanismus (19) drehfest mit dem Zugmittel (13), dass mit dem Rad (17) verbunden ist, welches das Fahrzeug auf der Fahrbahn antreibt, verbindbar ist.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsmechanismus (19) in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Tretlagerwelle (24) und Zugmittel (13) entweder ein- oder auskoppelt.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorwelle (25) über einen Kupplungsmechanismus (20) drehfest mit der Hohlwelle (11) verbindbar ist.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsmechanismus (20) in Abhängigkeit von der Relativgeschwindigkeit zwischen Motorwelle (25) und Hohlwelle (11) entweder ein-oder auskoppelt.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle (11) und die Tretlagerwelle (24) koaxial zueinander angeordnet sind.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretlagerwelle (24), die Hohlwelle (11), die Zwischenwelle (12) und die Motorwelle (25) in einem Gehäuse (10) gelagert sind.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Gehäuses (10) stoffschlüssig mit dem Fahrradrahmen (1) verbunden ist.
Elektrische Hilfsantriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Zwischenwelle (12) koaxial zur Motorwelle (26) angeordnet ist.