DE102010022939B4

DE102010022939B4 - Elektrofahrrad mit einer Spule in einem Laufrad und mit zumindest einem Magneten sowie Elektrofahrrad mit zumindest einem Magneten in einem Laufrad und mit einer Spule

Info

Publication number: DE102010022939B4
Application number: DE102010022939.3A
Authority: DE
Inventors: Erhard WISSLER; Thomas Leschik
Original assignee: CARBOFIBRETEC GmbH
Current assignee: Carbovation De GmbH
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2010-06-08
Publication date: 2014-07-24
Anticipated expiration: 2030-06-09
Also published as: DE102010022939A1

Abstract

Elektrofahrrad (1) mit einem Rahmen (2) und mit zumindest zwei Laufrädern (3), die an dem Rahmen (2) rotierbar angebracht sind, sowie mit zwei Tretkurbeln, über die zumindest eines der Laufräder (3) mittels eines dazwischengeschalteten Zugmittels antreibbar ist, wobei ein Akkumulator vorhanden ist, der elektrische Energie für einen Elektroantrieb zur Verfügung stellt, wobei der Elektroantrieb eine stromdurchflossene Spule (9) und zumindest einen Magneten (10) umfasst, die so zueinander einerseits an dem Rahmen (2) und andererseits an dem Laufrad (3) angeordnet sind, dass die zwischen ihnen erzeugten Kräfte eine Bewegung eines der Laufräder (3) bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (9) im Inneren einer Hohlkammerfelge des Laufrades (3) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und 4.
Aus dem Stand der Technik sind bereits zahlreiche Elektrofahrräder bekannt. So wird auf die DE 200 12 972 U1 und die EP 0 686 549 A1 verwiesen.
Benachbarter Stand der Technik ist auch aus der US 5 788 007 A , der DE 10 2007 001 327 A1 und der US 2005/006 72 07 A1 bekannt. Als nächstliegender Stand der Technik wird die US 5 788 007 A angesehen.
Die bestehenden Elektrofahrradkonzepte haben den Nachteil, dass sie das Ausgangsgewicht des Fahrrades durch den zur Verfügung gestellten Elektroantrieb erheblich erhöhen. Dies liegt nicht nur an dem notwendigen Vorhalten eines schweren Akkumulators, sondern auch an dem Antriebskonzept als solchem.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung hier Abhilfe zu bieten und ein wirkungsvolles Antriebskonzept zum Antreiben eines Fahrrades mit elektrischer Energie zur Verfügung zustellen, wobei gleichzeitig das Gewicht des Elektrofahrrades möglichst gering gehalten werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 4 gelöst. Dadurch ist es möglich, mindestens eine Spule mit pulsierender Versorgung am Rahmen mit zumindest einem/mehreren Magneten in der Hohlkammerfelge und umgekehrt eine Spule oder mehrere Spulen in der Felge mit mindestens einem Magneten am Rahmen zu kombinieren.
Auf diese Weise kann eine den Vortrieb des Elektrofahrrades unterstützende Energie dem Laufrad direkt aufgeprägt werden, ohne dass schwere und aufwändige Komponenten dazwischengeschaltet werden müssen. Es können Induktionskräfte sowie bekannte Magnetkräfte genutzt werden. Eine Unterstützung der über Muskelkraft erzeugten Vortriebskraft ist somit effizient möglich.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es von Vorteil, wenn die Spule oder der zumindest eine Magnet in einer Hohlkammerfelge des Laufrades angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich der in einer Hohlkammerfelge vorhandene Bauraum geschickt nutzen. Die Aerodynamik des Laufrades und des Elektrofahrrades als Ganzes, wird dadurch nicht negativ beeinflusst.
Wenn mehrere Dauermagneten äquidistant zueinander, bei gleicher radialer Distanz zu einem Rotationszentrum des Laufrades, über den Umfang der Hohlkammerfelge beabstandet angeordnet sind, so lässt sich ein gleichmäßiger Antrieb des Laufrades relativ unabhängig von der Rotationsposition des Laufrads um das Rotationszentrum des Laufrades erreichen.
Damit ein gutes Wirkprinzip erreicht ist und möglichst geringe Verluste zwischen den beiden Komponenten des Elektrofahrrades, welches für den Antrieb zuständig ist, nämlich der stromdurchflossenen Spule und dem Magneten auftreten, ist es von Vorteil, wenn die Hohlkammerfelge und/oder der Rahmen aus nicht-metallischem und/oder nicht-magnetischem Werkstoff aufgebaut ist/sind.
Wenn der Werkstoff ein Faserverbundwerkstoff ist, so lässt sich das Gewicht des Laufrades reduzieren und die Kraftübertragung verbessern.
Ein besonders steifes Laufrad bei gleichzeitig geringem Gewicht lässt sich dann erreichen, wenn der Faserverbundwerkstoff in Harz eingebettete Kohle- und/oder Aramidfaser umfasst.
Auch ist es von Vorteil, wenn die Spule oder der zumindest eine Magnet im oder am Rahmen angebracht ist. Dabei lassen sich unterschiedliche Befestigungsprinzipien realisieren, wie das Nutzen von kraftschlüssigen Verbindungen, formschlüssigen Verbindungen oder eine Kombination der beiden. Insbesondere Klebelösungen oder das Vorhalten von Rippen, an denen sich der oder die Magneten abstützen, oder sich die Spule oder die Spulen abstützen, sind von Vorteil.
Um das Zusammenspiel der Spule mit dem Magneten zu verbessern, ist es von Vorteil, wenn die Spule in oder an einem Sattelrohr des Rahmens angebracht ist. Gerade in diesem Bereich ist der Abstand zwischen dem Laufrad und dem Rahmen besonders gering. Alternativ ist es auch möglich, zusätzliche oder alternative Spulen im Bereich der Kettenstreben vorzuhalten.
Wenn das Sattelrohr zumindest abschnittsweise der Außenkontur des mit Magneten bestückten Laufrades folgt, so kann über einen größeren Bereich Kraft auf das Laufrad zum Erreichen eines Vortriebes des Elektrofahrrades aufgebracht werden.
Besonders effizient und schnell lässt sich das Elektrofahrrad beschleunigen, wenn eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorhanden ist, die in Abhängigkeit von der Laufradgeschwindigkeit die Spule oder eine Vielzahl von Spulen mit Strom versorgt. In alternierenden Abschnitten lässt sich somit die Spule mit Strom beaufschlagen, so dass sich ein Magnetfeld ausbildet, das dann pulsierend bei den in dem Gegenpart angebrachten einem oder mehreren Dauermagneten eine Abstoßungsreaktion hervorruft.
Die Erfindung wird mit Hilfe mehrerer Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert.
So zeigen:
1 einen Ausschnitt eines Elektrofahrrades von der Seite mit einem hinteren Laufrad, also einem Hinterrad, das sowohl elektromotorisch als auch über Muskelkraft antreibbar ist,
2a zeigt einen Querschnitt durch einen oberen Bereich einer ersten erfindungsgemäßen Laufradausgestaltung,
2b eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Laufrades in einem oberen Bereich im Querschnitt und
3 eine weitere Ausführungsform eines Elektrofahrrades von der Seite im Ausschnitt.
Die Zeichnungen dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung und sind nur schematischer Natur. Für die gleichen Elemente werden dieselben Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Elektrofahrrades 1 von der Seite, wobei lediglich ein Teil eines Rahmens 2 und eines Laufrades 3 dargestellt ist. Das Laufrad 3 ist ein hinteres Laufrad, das um ein Rotationszentrum 4 drehbar ist. Eine durch das Rotationszentrum verlaufende Achse ist an einem Abschnitt des Rahmens, nämlich dem Hinterbau 5 befestigt. Der Hinterbau 5 wird durch zwei Kettenstreben 6, zwei Sattelstreben 7 und ein Sattelrohr 8 gebildet. Das Sattelrohr 8 verbindet zwei Enden der Kettenstreben 6 mit zwei Enden der Sattelstreben 7. Dadurch werden zwei Dreiecke mit einem gemeinsamen Schenkel, nämlich dem Sattelrohr 8, gebildet. Diese zwei Dreiecke bilden den Hinterbau 5.
Das Elektrofahrrad 1 weist auch einen Elektroantrieb auf, der eine Spule und eine Vielzahl von Magneten aufweist. Eine solche Spule ist in 2b und 3 mit dem Bezugszeichen 9 versehen. Die Magnete sind in 2a und in 3 mit dem Bezugszeichen 10 versehen.
In den 2a und 2b sind zwei Alternativen einer Laufradausgestaltung dargestellt. So zeigt 2a einen Querschnitt durch ein Laufrad 3, wobei das Laufrad 3 eine Drahtreifenfelge 11 aufweist. Die Drahtreifenfelge 11 weist einen Schaumstoffkern 12 auf, in dem der Magnet 10 angeordnet ist. Der Magnet 10 ist als Dauermagnet (auch als Permanentmagnet bezeichnet) ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind weitere Magnete 10 winkelkonstant um das Rotationszentrum 4 in einem gleichbleibenden Abstand vom Rotationszentrum im Inneren der als Drahtreifenfelge 11 ausgestalteten Felge angeordnet. Die Magnete 10 können auch über Flansche an einer Außenhülle 13 der Felge angebracht sein. Solche Flansche sind nicht dargestellt. Die Außenhülle 13 ist aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt, insbesondere aus in Harz getränkten Kohlefasern. Die äußere Form der in 2a dargestellten Felge kann auch zu der in 2b abgewandelten Form geändert werden, um als Schlauchreifen 14 nutzbar zu sein.
An den in 2a und 2b dargestellten Felgen greifen auch Speichen 15 an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Speichen 15 ebenfalls aus Kohlefaser enthaltendem Faserverbundwerkstoff ausgebildet und formschlüssig mit der Außenhülle 13 verbunden.
In 2b sind im Inneren der Schlauchreifenfelge 14 die Vielzahl der Spulen 9 angeordnet. Die Spulen 9 werden über Schleifkontakte, welche nicht dargestellt sind, mit Strom versorgt. Die Spulen 9 sind ähnlich wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a die Vielzahl an Magnete 10, winkelkonstant über den Umfang im Inneren der Felge angeordnet und haben einen konstanten Abstand von dem Rotationszentrum 4. Die Vielzahl an Spulen weist vorzugsweise dieselbe räumliche Anordnung relativ zu der Felge auf, wie bei Verwendung von Magneten 10, wie in 2a angedeutet.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur eine Spule 9 im Inneren des Sattelrohres 8 vorhanden. Anschlüsse 16 können mit Strom unter Zwischenschaltung einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung versorgt werden. Es ist auch möglich, dass die Spule 9 außerhalb des Sattelrohres 8 angeordnet ist und/oder zumindest teilweise das Laufrad umgibt.
In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sattelrohr 8 auch an die Außenkontur des Laufrades 3 angepasst. Über den Umfang des Laufrades 3 verteilt und äquidistant zueinander und zu dem Rotationszentrum 4 sind die Magnete 10 angeordnet, welche gestrichelt dargestellt sind. Es ist möglich, statt mehrerer Dauermagnete am Laufrad 3 mehrere Spulen 9 zu befestigen und statt der Spule 9 am Rahmen einen oder mehrere Magnete zu befestigen.

Claims

Elektrofahrrad (1) mit einem Rahmen (2) und mit zumindest zwei Laufrädern (3), die an dem Rahmen (2) rotierbar angebracht sind, sowie mit zwei Tretkurbeln, über die zumindest eines der Laufräder (3) mittels eines dazwischengeschalteten Zugmittels antreibbar ist, wobei ein Akkumulator vorhanden ist, der elektrische Energie für einen Elektroantrieb zur Verfügung stellt, wobei der Elektroantrieb eine stromdurchflossene Spule (9) und zumindest einen Magneten (10) umfasst, die so zueinander einerseits an dem Rahmen (2) und andererseits an dem Laufrad (3) angeordnet sind, dass die zwischen ihnen erzeugten Kräfte eine Bewegung eines der Laufräder (3) bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (9) im Inneren einer Hohlkammerfelge des Laufrades (3) angeordnet ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der der zumindest eine Magnet (10) am Rahmen (2) angebracht ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Magnet (10) im Inneren des Rahmens (2) angebracht ist.
Elektrofahrrad (1) mit einem Rahmen (2) und mit zumindest zwei Laufrädern (3), die an dem Rahmen (2) rotierbar angebracht sind, sowie mit zwei Tretkurbeln, über die zumindest eines der Laufräder (3) mittels eines dazwischengeschalteten Zugmittels antreibbar ist, wobei ein Akkumulator vorhanden ist, der elektrische Energie für einen Elektroantrieb zur Verfügung stellt, wobei der Elektroantrieb eine stromdurchflossene Spule (9) und zumindest einen Magneten (10) umfasst, die so zueinander einerseits an dem Rahmen (2) und andererseits an dem Laufrad (3) angeordnet sind, dass die zwischen ihnen erzeugten Kräfte eine Bewegung eines der Laufräder (3) bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Magnet (10) im Inneren einer Hohlkammerfelge des Laufrades (3) angeordnet ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (9) am Rahmen (2) angebracht ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule im Inneren des Rahmens (2) angebracht ist.
Elektrofahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Dauermagneten äquidistant zueinander, bei gleicher radialer Distanz zu einem Rotationszentrum (4) des Laufrades (3) über den Umfang der Hohlkammerfelge beabstandet angeordnet sind.
Elektrofahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammerfelge und/oder der Rahmen (2) aus nicht-metallischem und/oder nicht-magnetischem Werkstoff aufgebaut ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff ein Faserverbundwerkstoff ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff in Harz eingebettete Kohle- und/oder Aramidfaser umfasst.
Elektrofahrrad (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (9) in oder an einem Sattelrohr (8) des Rahmens (2) angebracht ist.
Elektrofahrrad (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Sattelrohr (8) zumindest abschnittsweise der Außenkontur des mit dem zumindest einen Magneten (10) bestückten Laufrades (3) folgt.
Elektrofahrrad (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- oder Regeleinrichtung vorhanden ist, die in Abhängigkeit von der Laufradgeschwindigkeit des Laufrades (3) die Spule (9) oder eine Vielzahl von Spulen (9) mit Strom versorgt.