DE102011082083B4

DE102011082083B4 - Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad

Info

Publication number: DE102011082083B4
Application number: DE102011082083.3A
Authority: DE
Inventors: Manuel Hirmer; Thomas Mehlis; Raphael Fischer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2031-09-03
Also published as: DE102011082083A1

Abstract

Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100), wobei das Fahrrad (100) so ausgeführt ist, dass es sowohl mittels Tretkraft als auch mit mindestens einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors (10) fahrbar ist, wobei der mindestens eine elektrische Motor (10) dauerhaft mit mindestens einem Antriebsrad (50) mechanisch gekoppelt ist und dieses antreibt oder das mindestens eine Antriebsrad (50) den mindestens einen elektrische Motor (10) antreibt, der somit ein Generator ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Motor (10) mindestens eine direkte elektrische Verbindung (12) aufweist, die über eine Schaltung (26) zur Herabsetzung der Spannung mit mindestens einer am Fahrrad (100) angeordneten Beleuchtung (16) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad. Im Besonderen ist das Fahrrad sowohl mittels Tretkraft als auch mit mindestens einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors fahrbar. Der mindestens eine elektrische Motor ist dabei dauerhaft mit mindestens einem Antriebsrad mechanisch gekoppelt und treibt dieses an oder das mindestens eine Antriebsrad treibt den mindestens einen elektrischen Motor an, der somit ein Generator ist.
Hintergrund der Erfindung
Fahrräder der eingangs beschriebenen Art sind im Stand der Technik allseits bekannt und gebräuchlich. Dabei ist zwischen zwei verschiedenen Typen von Fahrrädern mit mindestens einem elektrischen Motor zu unterscheiden, nämlich den E-Bikes und den Pedelecs.
Ein E-Bike verfügt über zwei voneinander unabhängige Antriebssysteme. Man kann sowohl durch Treten als auch durch reine Motorleistung mit dem Fahrrad fahren. Möglich ist aber auch ein Mischbetrieb. Die Kraftunterstützung erfolgt ähnlich wie beispielswiese bei einem Motorrad oder ähnlichem über einen Drehgriff am Lenkrad.
Beim Pedelec hingegen, auch Electrically Power-Assisted Cycle (EPAC) genannt, hat der elektrische Motor nur eine unterstützende Funktion und schaltet sich ausschließlich beim Treten hinzu. Wie stark diese Unterstützung sein soll, kann über manuelle als auch automatische Schaltungen eingestellt werden.
Ungeachtet, um welche Art von zum öffentlichen Verkehr zugelassenem elektrischem Fahrrad es sich handelt, unterliegen die Beleuchtungsanordnungen von Fahrrädern gesetzlichen Vorschriften. So schreibt insbesondere die deutsche Straßenverkehrs-Zulassungs-Ordnung (StVZO) vor, dass Fahrräder für den Betrieb eines Scheinwerfers und einer Schlussleuchte mit einer Lichtmaschine ausgerüstet sein müssen, deren Nennleistung mindestens 3 Watt und deren Nennspannung 6 Volt beträgt. Für den Betrieb von Scheinwerfer und Schlussleuchte darf zusätzlich eine Batterie mit einer Nennspannung von 6 Volt verwendet werden.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Beleuchtungsanordnungen ist zwischen Batterie- bzw. Akkubeleuchtung und Dynamobeleuchtung zu unterscheiden. Hierbei ist erwähnenswert, dass die Batterie- bzw. Akkubeleuchtung laut StVZO nur bei Rennrädern unter 11 Kilogramm erlaubt ist und bei Straßenfahrrädern lediglich in Kombination mit einer am Fahrrad vorhandenen Dynamolichtanordnung als Schlussleuchte benutzt werden kann. Dennoch sieht man viele im Straßenverkehr batteriebetriebene Scheinwerfer als auch Rücklichter für Fahrräder, die nur geduldet werden. Ein eindeutiger Vorteil dieser Batterie- bzw. Akkubeleuchtung ist ihr permanentes Standlicht, hingegen ein erhebliche Nachteil darin liegt, dass eine begrenzte Kapazität des Energiespeichers vorliegt, so dass bei einem leeren Energiespeicher kein Licht mehr erzeugt wird.
Daher muss laut StVZO ein Fahrrad stets mit einem Fahrraddynamo ausgestattet sein, da dieser während der Fahrt die Stromversorgung der Fahrradbeleuchtung mittels einer Drehbewegung sicherstellt. Auch hier kann wiederum zwischen verschiedenen Typen unterschieden werden, wie dem Seitenläuferdynamo (konventioneller Rollendynamo), Nabendynamo, Speichendynamo, Walzendynamo sowie dem Felgendynamo.
Aus der DE 602 09 510 T2 ist eine Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad bekannt, wobei das Fahrrad sowohl mittels Tretkraft als auch mit mindestens einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors fahrbar ist. Der elektrische Motor ist dauerhaft mit einem Antriebsrad mechanisch gekoppelt und treibt dieses an. Die Beleuchtung wird primär über eine Batterie mit Energie versorgt. Erst wenn die Batterie defekt oder völlig leer ist, kann die Beleuchtung mittels einer Schalteinrichtung vom Motor zu Dynamo wechseln, wobei dann das Fahrrad ohne Motorbetrieb benutzt wird.
Weiterhin ist aus der DE 22 19 000 A ein Fahrrad bekannt, bei dem eine Batterie einen elektrischen Motor antreibt, wobei dann die mechanische Energie des elektrischen Motors wiederum durch einen Dynamo in elektrische Energie umgewandelt wird. An Schleifringen, die dem Dynamo nachgeordnet sind, kann die erforderliche Energie eine Beleuchtungsanordnung abgegriffen werden.
Ein Nabendynamo besitzt im optimalen Drehzahlbereich einen Wirkungsgrad von bis zu 65%, hingegen die anderen Fahrraddynamos mit Reiberädchen lediglich einen Wirkungsgrad von 20 bis 30% besitzen. Nachteilig ist dabei aber, dass der Nabendynamo wesentlich teurer ist, dennoch aber so gut wie wartungsfrei arbeitet. Dagegen weisen die anderen Fahrraddynamos viele Nachteile auf, wie beispielsweise den hohen Geräuschpegel, die Beeinträchtigung der Funktion durch Rutschen bei Nässe, starker Verschmutzung oder Schnee, etc. Dennoch haben alle aufgeführten Fahrraddynamos eins gemein, sie stellen allesamt eine zusätzliche Masse am Fahrrad dar.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad zu schaffen, die einen hohen Wirkungsgrad erreicht, wobei ein fehlerfreier und laut StVZO vorschriftskonformer Betrieb gewährleistet ist und insbesondere bei einem mit einem elektrischen Motor betriebenen Fahrrad kein zusätzliches Gewicht bildet.
Die Aufgabe wird durch eine Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad ist für Fahrräder vorgesehen, die sowohl mittels Tretkraft als auch mit mindestens einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors fahrbar sind. Dabei ist der mindestens eine elektrische Motor dauerhaft mit mindestens einem Antriebsrad des Fahrrads mechanisch gekoppelt und treibt dieses an, wobei aber auch das mindestens eine Antriebsrad den mindestens einen elektrischen Motor antreibt, der somit ein Generator ist. Demnach kann ein elektrischer Motor entweder mit dem Vorder- oder Hinterrad mechanisch gekoppelt sein. Denkbar ist aber auch, dass zwei elektrische Motoren vorgesehen sind, d. h. ein elektrischer Motor ist mit dem Vorderrad und ein elektrischer Motor ist mit dem Hinterrad mechanisch gekoppelt. Somit findet die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung vor allem für die eingangs beschriebenen Pedelecs Anwendung.
Erfindungsgemäß weist der mindestens eine elektrische Motor mindestens eine direkte elektrische Verbindung auf, wie beispielsweise mindestens eine Phasenleitung und/oder eine Massenleitung, die über eine Schaltung zur Herabsetzung der Spannung mit mindestens einer am Fahrrad angeordneten Beleuchtung, d. h. mit Scheinwerfer und Schlussleuchte, vorzugsweise aber auch mit weiteren Beleuchtungen, wie beispielsweise Seitenleuchten oder dergleichen, verbunden ist. Für die Schaltung zur Herabsetzung der Spannung kann beispielsweise ein im Stand der Technik bekannter Abwärtswandler, auch Tiefsetzsteller genannt, Anwendung finden, der sich dadurch auszeichnet, dass eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit niedrigerem Spannungsniveau umgewandelt wird.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die mindestens eine direkte elektrische Verbindung mit dem mindestens einen elektrischen Motor, ein direkter Abgriff der Energie erfolgt, so dass unabhängig von der Elektronik, die mindestens eine Beleuchtung mit Energie versorgt wird und somit fehlerfrei betreibbar ist. In diesem Sinne stellt der mindestens eine elektrische Motor die gesetzlich vorgeschriebene Lichtmaschine dar.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad ist, dass durch die Wahl einer permanenten mechanischen Kopplung von dem mindestens einen Antriebsrad mit dem mindestens einen elektrischen Motor bei Betrieb ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird und zudem bei einem E-Bike oder Pedelec, kein zusätzliches Gewicht am Fahrrad bildet, da diese bereits mit einem elektrischen Motor ausgestattet sind.
In einer ersten Ausführungsform ist ein Ein-/Aus-Schalter vorgesehen, mittels dem die mindestens eine direkte elektrische Verbindung mit der mindestens einen Beleuchtung zur Energiezufuhr verbindbar ist. Dadurch kann bei einer Anordnung von mehreren elektrischen Verbindungen, jede elektrische Verbindung einzeln ab und an geschaltet werden, so dass für die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung eine individuelle Beleuchtungssteuerung möglich ist. Somit kann eine durchgeschmorte direkte elektrische Verbindung durch eine andere direkte elektrische Verbindung ersetzt werden, so dass bei einem Defekt von einer direkten elektrischen Verbindung die mindestens eine Beleuchtung weiter leuchten würde oder bei Bedarf von mehr Energie mehr als eine direkte elektrische Verbindung anschaltbar ist. Um eine Beleuchtung bei einer Anordnung von mehreren direkten elektrischen Verbindungen ein- bzw. auszuschalten, werden somit alle direkten elektrischen Verbindungen gleichzeitig zu- bzw. abgeschaltet.
In einer weiteren Ausführungsform ist der mindestens eine elektrische Motor ein Gleichstrommotor ist. In einer anderen Ausführungsform ist der mindestens eine elektrische Motor ein Wechselstrommotor, bei dem dann zwischen der Schaltung zur Herabsetzung der Spannung und dem Ein-/Aus-Schalter eine Gleichrichterschaltung vorgesehen ist. Die Gleichrichterschaltung ist eine Brückengleichrichterschaltung, der ein Kondensator parallel geschaltet ist, so dass die aus dem mindestens einen elektrischen Motor abgegriffene Spannung gleichgerichtet wird.
Unerheblich ob der mindestens eine elektrische Motor eine Gleichstrom- oder Wechselstrommotor ist, ist in einer weiteren Ausführungsform ein Akkumulator über ein Steuergerät mit dem mindestens einen elektrischen Motor elektrisch verbunden, so dass der mindestens eine elektrische Motor mit der durch den Akkumulator gespeicherten elektrischen Energie betreibbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Akkumulator über die Schaltung zur Herabsetzung der Spannung mit der mindestens einen Beleuchtung verbunden. Dadurch funktioniert die mindestens eine Beleuchtung, unabhängig von der Versorgung durch den mindestens einen elektrischen Motor, auch im Stillstand eines Rades.
Ferner sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass mindestens eine zusätzliche Wicklung in dem mindestens einen elektrischen Motor eingebracht ist, die der Energieversorgung der mindestens einen Beleuchtung dient. Eine solche zusätzliche Wicklung kann in der Art und Weise angebracht sein, dass sie für den Fall eines Freilaufs in dem mindestens einen elektrischen Motor wie auch bei einer Freilauf-Spannung und bei angeschlossener Beleuchtung Energie liefert.
Insbesondere ist der mindestens eine elektrische Motor ein Radnabenmotor, wobei auch jeder andere elektrische Motor denkbar ist, der eine permanente mechanische Kopplung von dem mindestens einen Antriebsrad und dem mindestens einen elektrischen Motor gewährleistet und sowohl im Vorderrad als auch im Hinterrad eines Fahrrads eingebaut werden kann. Dabei kann ferner zwischen einem Direkt- oder Getriebeantrieb als Radnabenmotor gewählt werden, wobei je nach Bauart ein Wirkungsgrad von bis zu 80% erreicht werden kann. Bei einem Einbau eines Radnabenmotors in einem Hinterrad kommen kürzere Leitungen- und ggf. weitere Anschlusskabel zum Gebrauch. Dadurch entstehen weniger Stromverluste und die Gefahr von Phasen- und ggf. weiteren Anschlusskabelbeschädigungen durch einen Sturz oder stationäre Fahrradständer verringert sich, so dass der Radnabenmotor vorzugsweise im Hinterrad des Fahrrads eingebaut ist.
Nachfolgend sind die Erfindung und ihre Vorteile unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht eines Fahrrads, das sowohl mittels Tretkraft als auch mit einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors fahrbar ist, bei dem die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung nach 2 Anwendung findet, und
2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Steuer- und Regelkreises der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad nach 1.
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Steuer- und Regelkreises der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad nach 1.

In den Figuren sind für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung identische Bezugszeichen verwendet. Ferner sind der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung für ein Fahrrad ausgestaltet sein kann und sind nicht als abschließende Begrenzung zu verstehen. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Fahrrads 100, das sowohl mittels Tretkraft als auch mit einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors 10 fahrbar ist, bei dem die erfindungsgemäße Beleuchtungsanordnung 1, die der Übersicht wegen erst in 2 und 3 dargestellt ist, Anwendung findet. Der elektrische Motor 10, beispielsweise ein Radnabenmotor, ist in der hier dargestellten Ausführungsform dauerhaft mit einem Antriebsrad 50, nämlich dem Hinterrad, des Fahrrads 100 mechanisch gekoppelt und treibt dieses an oder der mindestens eine elektrische Motor 10 wird von dem Antriebsrad 50 angetrieben und fungiert somit als Generator.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Steuer- und Regelkreises der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung 1 für ein Fahrrad 100 nach 1. Erfindungsgemäß ist der elektrische Motor 10 in der dargestellten Ausführungsform ein Wechselstrommotor, der drei als Phasenleitungen ausgebildete direkte elektrische Verbindungen 12 aufweist, wobei andere Ausführungsformen auch mehr als drei Phasenleitungen für die direkten elektrischen Verbindungen 12 aufweisen können. Die drei direkten elektrischen Verbindungen 12 sind über eine Schaltung 26 zur Herabsetzung der Spannung mit einer am Fahrrad 100 angeordneten Beleuchtung 16 (siehe hierzu auch 1), bestehend aus einem Scheinwerfer und einer Schlussleuchte, verbunden.
Ferner ist ein Ein-/Aus-Schalter 22 vorgesehen, mittels dem die drei direkten elektrischen Verbindungen 12 mit der Beleuchtung 16 zur Energiezufuhr verbindbar sind, so dass jede direkte elektrische Verbindung 12 einzeln ab und an schaltbar ist. Da der elektrische Motor 10 ein Wechselstrommotor ist, ist zwischen der Schaltung 26 zur Herabsetzung der Spannung und dem Ein-/AusSchalter 22 eine Gleichrichterschaltung 18 vorgesehen. Insbesondere ist die Gleichrichterschaltung 18 eine Brückengleichrichterschaltung, der ein Kondensator 20 parallel geschaltet ist, so dass die aus dem elektrischen Motor 10 abgegriffene Spannung gleichgerichtet wird.
Ebenso ist hier ein Akkumulator 24 über ein Steuergerät 23 mit dem elektrischen Motor 10 elektrisch verbunden, so dass der elektrische Motor 10 mit der durch den Akkumulator 24 gespeicherten elektrischen Energie betreibbar ist. wobei dabei die Gleichrichterschaltung 18 parallel dem Akkumulator einzukoppeln ist. Zudem ist der Akkumulator 24 über die Schaltung 26 zur Herabsetzung der Spannung mit der Beleuchtung 16 verbunden, so dass die Beleuchtung 16 unabhängig von der Versorgung durch den elektrischen Motor 10 funktioniert.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Steuer- und Regelkreises der erfindungsgemäßen Beleuchtungsanordnung 1 für ein Fahrrad 100 nach 1. Erfindungsgemäß ist der elektrische Motor 10 hier ein Gleichstrommotor, der zwei direkte elektrische Verbindungen 12 aufweist, wie eine Phasen- und Massenleitung, wobei andere Ausführungsformen auch mehr oder weniger als zwei direkte elektrische Verbindungen 12 aufweisen können. Die zwei direkten elektrischen Verbindungen 12 sind, wie bereits zu 2 beschrieben, auch hier erfindungsgemäß über eine Schaltung 26 zur Herabsetzung der Spannung mit einer am Fahrrad 100 angeordneten Beleuchtung 16 verbunden. Da der elektrische Motor 10 in der dargestellten Ausführungsform ein Gleichstrommotor ist, entfallen hier die Gleichrichterschaltung 18 und der Kondensator 20. Alle weiteren Elemente sind bereits in 2 dargestellt und beschrieben, so dass auf eine weitere Beschreibung an dieser Stelle verzichtet wird.
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Es ist jedoch für jeden Fachmann selbstverständlich, dass Abwandlungen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. Die voran stehend erörterten Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Beschreibung der beanspruchten Lehre, schränken diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele ein.
Bezugszeichenliste

1: Beleuchtungsanordnung
10: elektrischer Motor
12: elektrische Verbindung
16: Beleuchtung
18: Gleichrichterschaltung
20: Kondensator
22: Ein-/Aus-Schalter
23: Steuergerät
24: Akkumulator
26: Schaltung zur Herabsetzung der Spannung
50: Antriebsrad
100: Fahrrad

Claims

Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100), wobei das Fahrrad (100) so ausgeführt ist, dass es sowohl mittels Tretkraft als auch mit mindestens einer Unterstützungskraft eines elektrischen Motors (10) fahrbar ist, wobei der mindestens eine elektrische Motor (10) dauerhaft mit mindestens einem Antriebsrad (50) mechanisch gekoppelt ist und dieses antreibt oder das mindestens eine Antriebsrad (50) den mindestens einen elektrische Motor (10) antreibt, der somit ein Generator ist, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Motor (10) mindestens eine direkte elektrische Verbindung (12) aufweist, die über eine Schaltung (26) zur Herabsetzung der Spannung mit mindestens einer am Fahrrad (100) angeordneten Beleuchtung (16) verbunden ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach Anspruch 1, wobei ein Ein-/Aus-Schalter (22) vorgesehen ist, mittels dem die mindestens eine elektrische Verbindung (12) mit der mindestens einen Beleuchtung (16) zur Energiezufuhr verbindbar ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach einem der Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine elektrische Motor (10) ein Gleichstrommotor ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mindestens eine elektrische Motor (10) ein Wechselstrommotor ist, bei dem zwischen der Schaltung (26) zur Herabsetzung der Spannung und dem Ein-/Aus-Schalter (22) eine Gleichrichterschaltung (18) vorgesehen ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach Anspruch 4, wobei die Gleichrichterschaltung (18) eine Brückengleichrichterschaltung ist, der ein Kondensator (20) parallel geschaltet ist, so dass die aus dem mindestens einen elektrischen Motor (10) abgegriffene Spannung gleichgerichtet ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Akkumulator (24) über ein Steuergerät (23) mit dem mindestens einen elektrischen Motor (10) elektrisch verbunden ist, so dass der mindestens eine elektrische Motor (10) mit der durch den Akkumulator (24) gespeicherten elektrischen Energie betreibbar ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach Anspruch 6, wobei der Akkumulator (24) über die Schaltung (26) zur Herabsetzung der Spannung mit der mindestens einen Beleuchtung (16) verbunden ist.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mindestens eine zusätzliche Wicklung in dem mindestens einen elektrischen Motor (10) eingebracht ist, die der Energieversorgung der mindestens einen Beleuchtung (16) dient.
Beleuchtungsanordnung (1) für ein Fahrrad (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine elektrische Motor (10) ein Radnabenmotor ist.