-
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für ein Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern und mindestens einer mit Druckluft beaufschlagten Komponente.
-
Stand der Technik
-
Es ist allgemein bekannt, dass es bei Fahrzeugen, die eine oder mehrere mit Druckluft beaufschlagte Komponenten aufweisen, nötig ist, den Luftdruck in diesen Druckluftkomponenten, meist den Reifen, von Zeit zu Zeit anzupassen. Beispielsweise beim Fahrrad oder Elektrofahrrad wird deshalb eine Luftpumpe mitgeführt, mit der der Fahrer bei Bedarf den Luftdruck in den Reifen erhöhen kann. Eine derartige Luftpumpe kann entweder von Hand oder elektrisch betrieben werden. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass ein separates Teil mitgeführt werden muss.
-
Aus
DE 102005051284 A1 ist Druckluftbeaufschlagungssystem für ein Fahrrad bekannt, bei der durch die Pedalbewegung ein Luftdruck in einem in den Rahmen des Fahrrads integrierten Speicherabschnitt aufgebaut wird. Dieser Druck kann verwendet werden, um den Luftdruck in einer mit Druckluft beaufschlagten Komponente des Fahrrads, wie etwa den Reifen, anzupassen. Der Nachteil dieses Systems besteht darin, dass die Kraft, die zur Erzeugung der Druckluft notwendig ist, vom Fahrer durch Treten der Pedale aufgebracht werden muss.
-
Aus
DE 87 13 417 U1 ist ein Kompressor bekannt, der im Motorraum eines Kraftfahrzeuges eingebaut ist, wobei dieser Kompressor schwenkbar an der Karosserie befestigt ist und nur dann Verbindung zum Fahrzeugmotor bekommt, wenn er über eine Strebe so geschwenkt wird, dass seine Keilriemenscheibe an einen bereits vorhandenen und bei laufendem Fahrzeugmotor mitdrehenden Keilriemen angelegt wird
-
Aus
DE 195 22 419 A1 ein Fahrrad mit Hilfsantrieb bekannt, das ein Tretlager aufweist, an dessen Tretlagerachse Pedalkurbeln und ein vorderes Kettenrad zur Aufnahme eines Antriebsmittels befestigt sind, und das als Hilfsantrieb einen Elektromotor aufweist, wobei ein Stator des Elektromotors im Bereich des Tretlagers und ein Rotor des Elektromotors am vorderen Kettenrad angeordnet ist.
-
Aus
CH 229 766 A ist ein Luftpumpenantrieb für Fahrräder bekannt, bei denen die Pumpe am Fahrradgestell befestigt ist wobei eine drehbare Welle vorgesehen ist mit Kupplung und Antriebsorgan zum Antrieb derselben und ein Bewegungsübertragungsmittel vom Triebwerk des Fahrrades auf das Antriebsorgan der Antriebswelle der Pumpe zu deren Antrieb.
-
Weiterer Stand der Technik ist aus der
US 2005/0231344 A1 und der
CN 201 544 734 U bekannt.
-
Es kann als Aufgabe der Erfindung gesehen werden, ein effizientes Antriebssystem für ein Zweirad anzugeben.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die Erfindung hat den Vorteil, dass ein am Fahrzeug vorgesehener Motor genutzt wird, um die erforderliche Druckluft zu erzeugen. Bei vielen durch Muskelkraft betriebenen Fahrzeugen ist es bekannt, zur Unterstützung des Antriebs einen Elektromotor vorzusehen, der durch eine Batterie betrieben wird und sich bei Bedarf zuschalten lässt. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei Fahrzeugen, die vollständig mittels eines Motors angetrieben werden. Der vorhandene Motor wird genutzt, um eine Druckluft zu erzeugen, so dass druckluftbeaufschlagte Komponenten des Fahrzeugs, wie beispielsweise die Reifen, aufgepumpt werden können, ohne dass Muskelkraft benötigt wird.
-
Die Erfindung sieht ein Antriebssystem für ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern vor, das mindestens eine mit Druckluft beaufschlagte Komponente aufweist. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Elektrofahrrad handeln. Das Antriebssystem weist einen Motor zum Antrieb mindestens eines der Räder auf. Bei dem Motor handelt es sich vorzugsweise um einen batteriebetriebenen Elektromotor. Es kann jedoch auch jede andere Art von Motor, wie beispielsweise ein Verbrennungsmotor verwendet werden. Außerdem umfasst das Antriebssystem eine Druckquelle, zur Verbindung mit der Druckluftkomponente. Erfindungsgemäß kann die Druckquelle durch den Motor angetrieben werden.
-
Bevorzugt weist der Motor mindestens zwei Betriebszustände auf, wobei in einem ersten Betriebszustand das Fahrzeug durch den Motor zumindest unterstützend angetrieben wird und die Druckquelle im Wesentlichen nicht angetrieben wird. Unter im Wesentlich nicht angetrieben soll hierbei verstanden werden, dass keine oder nur eine geringe Antriebsleistung von weniger als 5% der Gesamtantriebsleistung des Motors an der Druckquelle anliegt.
-
In einem zweiten Betriebszustand wird hauptsächlich die Druckquelle durch den Motor angetrieben und das Fahrzeug wird im Wesentlichen durch den Motor nicht angetrieben. Auch hier soll dies so verstanden werden, dass keine oder nur eine geringe Antriebsleistung von weniger als 5% der Gesamtantriebsleistung des Motors zum Antrieb oder unterstützenden Antrieb des Fahrzeugs genutzt wird. Damit wird erreicht, dass der Antrieb des Fahrzeugs und die Erzeugung von Druckluft durch das Antriebssystem von einander im Wesentlichen entkoppelt sind, so dass durch die Erzeugung von Druckluft keine oder nur wenig Antriebsleistung verloren geht.
-
Die Druckquelle umfasst vorzugsweise einen Kompressor, eine Antriebswelle, die den Kompressor antreibt, und ein Verbindungselement zur Verbindung der Druckquelle mit der mit Druckluft beaufschlagten Komponente, wobei der Motor mit der Antriebswelle des Kompressors koppelbar ist. In dem ersten Betriebszustand wird das Fahrzeug durch den Motor zumindest unterstützend angetrieben und der Kompressor wird nicht angetrieben. In einem zweiten Betriebszustand wird der Kompressor durch den Motor angetrieben und das Fahrzeug wird durch den Motor nicht angetrieben. Dies wird in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung dadurch erreicht, dass zwischen dem Motor und der Antriebswelle des Kompressors ein Kopplungselement angeordnet ist, welches bewirkt, dass der Kompressor nur angetrieben wird, wenn sich der der Motor in dem zweiten Betriebszustand befindet.
-
Die Antriebswelle des Kompressors kann dazu zum Beispiel über das Kopplungselement direkt mit der Antriebswelle des Motors gekoppelt sein. Alternativ kann auch die Rotation einer Getriebestufe genutzt werden, um die Antriebswelle des Kompressors anzutreiben.
-
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der zweite Betriebszustand des Motors dadurch definiert, dass der Motor in dem zweiten Betriebszustand rückwärts läuft, also in eine Richtung rotiert, die der Rotationsrichtung des Motors beim Antrieb oder unterstützenden Antrieb des Fahrzeugs entgegengesetzt ist.
-
Das Kopplungselement zwischen dem Motor und der Antriebswelle des Kompressors ist bevorzugt als Freilauf, insbesondere als Nadelfreilauf, ausgebildet. Der Freilauf ist bevorzugt so ausgerichtet, dass im ersten Betriebszustand, wenn der Motor also das Fahrzeug antreibt, keine Kopplung zwischen dem Motor und der Antriebswelle des Kompressors besteht. Wenn der Motor sich in seinem zweiten Betriebszustand befindet, also insbesondere rückwärts läuft, greift der Freilauf und die Kopplung zwischen dem Motor und der Antriebswelle des Kompressors besteht, der Kompressor wird angetrieben und erzeugt Druckluft.
-
Das Verbindungselement, das den von dem Kompressor erzeugten Druck aufnimmt, umfasst vorzugsweise einen Druckbehälter und einen Druckschlauch, wobei der Druckschlauch zwischen der Druckquelle und dem Druckbehälter angeordnet ist. Der Druckbehälter ist ausgebildet um dem für das jeweilige Fahrzeug benötigten Luftdruck standzuhalten und den Druck über längere Zeit zu speichern.
-
Der Druckbehälter weist bevorzugt einen Anschluss auf, an den ein Schlauch angeschlossen werden kann, der wiederum mit der Verbindung mit der mit Druckluft beaufschlagten Komponente verbunden werden kann, um den Luftdruck dieser Druckluftkomponente anzupassen. Der Anschluss ist insbesondere als Bajonett- oder Schnappanschluss ausgebildet.
-
Um zu Vermeiden, dass ein Überdruck in dem Druckbehälter entsteht weist der Druckbehälter bevorzugt ein Ablassventil auf.
-
Bevorzugt ist ein Schalter zum Wechsel der Betriebszustände des Motors vorgesehen, der insbesondere am Lenker des Fahrzeugs anbringbar ist. Der Schalter kann beispielsweise ein elektronischer Schalter sein, oder alternativ ein mechanischer Schalter. Somit kann der Fahrer bei Bedarf bequem, auch während der Fahrt, zwischen den Betriebszuständen des Motors umschalten und Druckluft erzeugen.
-
In einer alternativen Ausführung der Erfindung kann auf den Druckbehälter verzichtet werden. Stattdessen wird bei Bedarf ein Druckschlauch direkt von der Druckquelle zu der mit Druckluft beaufschlagten Komponente geführt. Dann wird der Motor in den zweiten Betriebszustand versetzt und somit direkt Druckluft in die Druckluftkomponente gepumpt.
-
In einer bevorzugten Ausführung umfasst das Antriebssystem weiterhin eine Verbindung zu den Pedalen oder zu der Pedalwelle oder zu einem Kettenblatt oder zu einem Ritzel zum Antreiben einer Kette, die insbesondere durch eine oder mehrere Getriebestufen realisiert ist. Damit ist das Antriebssystem für den Einsatz bei einem Fahrrad geeignet und der Motor kann, nach dem bekannten Prinzip des Elektrofahrrads im ersten Betriebszustand als Unterstützungsantrieb während der regulären Fahrt genutzt werden.
-
Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug mit mindestens zwei Rädern, das mindestens eine mit Druckluft beaufschlagte Komponente aufweist. Das Fahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Antriebssystem, wobei die Erfindung insbesondere für Elektrofahrräder geeignet ist. Besonders bevorzugt kann die Erfindung bei Elektrofahrrädern mit Mittelmotor eingesetzt werden. Es ergeben sich besondere Vorteile, da der bereits vorhandene Motor zur Erzeugung von Druckluft genutzt wird, so dass nur wenig oder gar kein zusätzliches Gewicht benötigt wird.
-
Die mit Druckluft beaufschlagten Komponenten des Fahrzeugs umfassen bevorzugt mindesten den Reifen eines Rades des Fahrzeugs. Alternativ oder zusätzlich können weitere Reifen oder ein pneumatisches Dämpfungselement oder ein Satteldämpfungselement oder ein pneumatisches Schaltwerk oder eine Druckluftbremse vorhanden sein, deren Luftdruck mittels des erfindungsgemäßen Antriebssystems bei Bedarf angepasst werden kann.
-
In einer bevorzugten Ausführung kann mindestens eines der mit Druckluft beaufschlagten Komponenten des Fahrzeugs ein Drucksensorelement aufweisen, das bei Unterschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes des Luftdrucks einen Alarm auslöst. Dabei kann es sich beispielsweise um einen akustischen Alarm oder um eine Anzeige handeln. Somit wird der Fahrer unmittelbar in Kenntnis gesetzt, wenn der Luftdruck in der Druckluftkomponente zu niedrig ist.
-
In einer Weiterbildung der Erfindung wird der aktuelle Luftdruck der Druckluftkomponente durch ein Sensorelement überwacht, wobei das Fahrzeug ein Steuergerät aufweist, das geeignet ist, die Information des Drucksensors auszuwerten und den Motor anzusteuern, so dass dieser, beispielsweise wenn ein bestimmter Schwellwert des Drucks in der Druckluftkomponente unterschritten wird, für eine bestimmte Zeitspanne in den zweiten Betriebszustand versetzt wird und die Druckluftquelle angetrieben wird. Die Zeitspanne wird von dem Steuergerät aus dem aktuellen Luftdruck der Druckluftkomponente bestimmt und so gewählt, dass durch den Kompressor ein Druck erzeugt und in dem Verbindungselement gespeichert wird, und der Luftdruck in der Druckluftkomponente dadurch auf einen bestimmten Sollwert angehoben werden kann. Der Fahrer wird beispielsweise durch eine Anzeige darauf hingewiesen und kann den Luftdruck in der Druckluftkomponente beim nächsten Halt anpassen.
-
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den Figuren.
-
Figurenliste
-
- 1 zeigt schematisch ein Zweirad mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt schematisch ein Zweirad mit einem erfindungsgemäßen Antriebssystem nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
- 3 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Antriebssystem in einer Ausführung für ein Elektrofahrrad.
-
Ausführungen der Erfindung
-
1 zeigt ein Zweirad 1, das als Elektrofahrrad ausgebildet ist und das ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 10 aufweist. Das Antriebssystem 10 ist in 3 im Detail dargestellt. In herkömmlicher Weise weist das Zweirad 1 einen Rahmen 11, einen Lenker 13 und einen Sattel 14 auf. Das Antriebssystem 10 ist im Bereich des Pedalantriebs 12 angeordnet und kann zur Unterstützung des Pedalantriebs verwendet werden. Das Antriebssystem 10 umfasst einen Elektromotor 50, der von einer Batterie 17 mit Strom versorgt wird. Der Motor kann in einem Betriebszustand betrieben werden, so dass er ein Getriebe 26 in Bewegung setzt, welches wiederum die Pedalkurbel antreibt.
-
Die Kopplung zwischen dem Motor 50 und dem Pedalantrieb 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel realisiert, indem der Motor 50 mit dem vorderen Kettenblatt (nicht dargstellt) des Fahrrads 1 über einen Freilauf verbunden ist. Die Pedale sind ebenfalls über einen Freilauf mit dem Kettenblatt verbunden. Dadurch können die Pedale 12 das Kettenblatt nach vorne bewegen (normales Pedalieren), ohne den Motor 50 mitschleppen zu müssen. Der Motor 50 selbst kann das Fahrrad 1 unterstützend antreiben während die Pedale 12 vom Fahrer mitbewegt werden, oder ohne dass die Pedale 12 mitbewegt werden.
-
Wird das Fahrrad rückwärts geschoben, rotiert das Hinterrad 16 rückwärts. Dadurch bewegt sich in bekannter Weise auch die Kette (nicht dargestellt) entgegen ihrer normalen Laufrichtung und das Kettenblatt rotiert rückwärts. Da die beiden Freiläufe zwischen Motor 50 und Kettenblatt und zwischen Kettenblatt und Pedalen 12 nur in eine Richtung realisiert sind, werden sowohl der Motor 50 als auch die Pedale 12 dadurch rückwärts bewegt. Dies ist in 3 durch das Getriebe 26 nur angedeutet.
-
Das Antriebssystem 10 weist weiterhin einen Kompressor 42 auf. Der Kompressor 42 ist als Pumpe ausgebildet. Es kann dabei jede Form einer Pumpe eingesetzt werden, die eine Exzenterbewegung einer Antriebswelle 44 in einen Pumphub umsetzen kann. Dies kann beispielsweise eine Membran- oder eine Kolbenpumpen sein. Der Kompressor 42 kann durch den Motor 50 angetrieben werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kompressor 42 nicht angetrieben wird, wenn der Motor 50 sich in einem ersten Betriebszustand befindet, in dem er den Pedalantrieb 12 unterstützt. In diesem Betriebszustand weist der Motor 50 in eine Laufrichtung auf, die als Vorwärtsrichtung bezeichnet werden soll.
-
Der Motor 50 kann in einen zweiten Betriebszustand versetzt werden, indem beispielsweise durch den Fahrer ein Schalter betätigt wird (nicht dargestellt). Der Schalter kann beispielsweise als elektronischer oder mechanischer Schalter ausgeführt sein. Der zweite Betriebszustand ist in diesem Beispiel dadurch festgelegt, dass der Motor 50 in einer der Vorwärtsrichtung entgegengesetzte Laufrichtung, mit anderen Worten in Rückwärtsrichtung, betrieben wird. Wie oben beschrieben, kann dieser Zustand auch dann eintreten, wenn das Fahrrad 1 rückwärts geschoben wird. Somit kann Druckluft auch durch Rückwärtsschieben des Fahrrads 1 erzeugt werden.
-
Der Motor 50 ist über einen Freilauf 24 mit der Antriebswelle 44 des Kompressors 42 gekoppelt. Der Freilauf 24 bewirkt, dass die Antriebswelle 44 nur dann von dem Motor 50 angetrieben wird, wenn der Motor sich in dem zweiten Betriebszustand befindet, also in Rückwärtsrichtung läuft.
-
Alternativ wäre es auch denkbar, dass die Antriebswelle 44 des Kompressors 42 nicht direkt mit der Antriebswelle des Motors 50 gekoppelt ist, sondern die Rotation einer beliebigen Getriebestufe ausnutzt. Eine derartige Getriebestufe besitzt einen zu dem Pedalantrieb entsprechend nachgeschalteten Freilauf, so dass im zweiten Betriebszustand des Motors 50 keine Kopplung zwischen Motor 50 und Pedalwelle besteht.
-
Wird die Antriebswelle 44 angetrieben, so erzeugt der Kompressor 42 Druckluft und füllt damit ein Verbindungselement 48. In der in 1 dargestellten Ausführung ist das Verbindungselement als Druckbehälter 49 ausgebildet, der über einen Druckschlauch 47 mit dem Kompressor 42 verbunden ist. Der Druckbehälter 49 ist am Rahmen 11 befestigt. Zur Vermeidung eines überhöhten Drucks in dem Druckbehälter 49 kann dieser ein Ablassventil (nicht dargestellt) aufweist.
-
Das Füllen des Druckbehälters 49 kann sowohl während der Fahrt als auch im Stehen des Fahrzeugs 1 durchgeführt werden. Soll der Druckbehälter 49 gefüllt werden, versetzt der Fahrer den Motor 50, beispielsweise durch Umlegen eines Schalters am Lenker, in den zweiten Betriebszustand. In diesem Ausführungsbeispiel läuft der Motor 50 nun rückwärts, der Pedalantrieb 12 und der Motor 50 sind in diesem Zustand entkoppelt. Durch den Freilauf 24 wirkt jedoch nun die Kopplung zwischen dem Motor 50 und der Antriebswelle 44 des Kompressors 42. Dabei kann beispielsweise eine Schaltzeit vorgegeben sein, so dass der Motor 50 nur für die vorgegebene Zeitspanne rückwärts betrieben wird, wobei die Zeitspanne insbesondere so gewählt ist, dass ein vorgegebener Druck in dem Druckbehälter 49 aufgebaut wird, der beispielsweise ausreicht, um einen oder beide Reifen 18, 19 des Fahrzeugs 1 vollständig aufzupumpen.
-
Zum Aufpumpen eines Reifens 18, 19 weist der Druckbehälter 49 einen Anschluss 60 für einen Schlauch auf, der beispielsweise als Schnapp- oder Bayonett-Anschluss ausgebildet ist. Bei Bedarf kann ein Schlauch in den Anschluss 60 eingeführt werden. Das andere Schlauchende wird in das Ventil des Reifens 18 oder 19 gesteckt, wodurch der Reifen mit Druckluft beaufschlagt wird.
-
Zusätzlich zu den Reifen 18, 19, können auch andere Komponenten an dem Fahrzeug 1 vorgesehen sein, die mittels des gefüllten Druckbehälters 49 mit Druckluft beaufschlagt werden können. Denkbar sind beispielsweise ein pneumatisches Dämpfungselement oder ein Satteldämpfungselement oder ein pneumatisches Schaltwerk oder eine Druckluftbremse.
-
In 2 ist eine alternative Ausführung eines Zweirads 1 gezeigt, das als Elektrofahrrad ausgebildet ist und das ein erfindungsgemäßes Antriebssystem 10 aufweist. Das Zweirad 1 entspricht im Wesentlichen dem in 1 dargestellten Fahrzeug, gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zu 1 weist das Fahrzeug 1 aus 2 keinen Druckbehälter auf. Stattdessen ist ein Druckschlauch 51 vorgesehen, der als Verbindungselement 48 an den Kompressor 42 angeschlossen werden kann. Bei Bedarf kann ein Ende des Schlauchs 51 an den Kompressor angeschlossen werden. Das andere Schlauchende wird in das Ventil des Reifens 18 oder 19 gesteckt. Wird nun der Motor 50 in den zweiten Betriebszustand versetzt, wird die Antriebswelle 44 angetrieben und der Kompressor 42 pumpt direkt Luft in den Reifen 18 oder 19. Der Vorteil dieser Ausführung besteht darin, dass weniger Bauteile an dem Fahrzeug 1 benötigt werde, wodurch sich ein geringeres Gewicht ergibt.
-
Zusätzlich zu den Reifen 18, 19, können auch andere Komponenten an dem Fahrzeug 1 vorgesehen sein, die mittels des Kompressors 42 und des Schlauchs 51 mit Druckluft beaufschlagt werden können. Denkbar sind beispielsweise ein pneumatisches Dämpfungselement oder ein Satteldämpfungselement oder ein pneumatisches Schaltwerk oder eine Druckluftbremse.
-
Weiterhin kann ein Sensorelement (nicht dargestellt) vorgesehen sein, durch das der aktuelle Luftdruck der Reifen 18, 19 oder anderer Druckluftkomponenten überwacht wird. Bei Unterschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes des Luftdrucks wird beispielsweise ein Alarm auslöst. Dabei kann es sich beispielsweise um einen akustischen Alarm oder um eine Anzeige handeln. Somit wird der Fahrer unmittelbar in Kenntnis gesetzt, wenn der Luftdruck in der Druckluftkomponente zu niedrig ist.
-
Alternativ oder zusätzlich kann bei Unterschreiten eines von dem Sensorlement gemessenen Schwellwerts des Luftdrucks automatisch Druckluft erzeugt werden. Das Antriebssystem des Fahrrads 1 weist dazu ein Steuergerät (nicht dargestellt) auf, das geeignet ist, die Information des Drucksensors auszuwerten und den Motor 50 anzusteuern, so dass dieser, beispielsweise wenn ein bestimmter Schwellwert des Reifendrucks unterschritten wird, für eine bestimmte Zeitspanne in den zweiten Betriebszustand versetzt wird und die Druckquelle 40 antreibt. Die Zeitspanne wird von dem Steuergerät aus dem aktuellen Luftdruck des Reifens 18, 19 bestimmt und so gewählt, dass durch den Kompressor 42 ein Druck erzeugt und in dem Verbindungselement 48 gespeichert wird, mit dem der Luftdruck in dem Reifen 18, 19 auf einen vorbestimmten Sollwert angehoben werden kann. Der Fahrer wird beispielsweise durch eine Anzeige darauf hingewiesen und kann den Luftdruck in beim nächsten Halt anpassen.
