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Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Trainingsvorrichtung nach Anspruch 3.
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Aus der
DE 20 2010 012 308 U1 ist bereits ein Elektrofahrrad bekannt, das eine Tretkurbelvorrichtung, einen Elektromotor und eine Leistungselektronik, die dazu vorgesehen ist, ein Bremsmoment eines mit der Tretkurbelvorrichtung verbundenen Generators einzustellen, aufweist.
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Ferner sind Trainingsvorrichtungen für rein mittels Muskelkraft angetriebene Fahrräder allgemein bekannt. Diese Trainingsvorrichtungen weisen zur Erzeugung eines Fahrwiderstands eine Bremse auf, die auf ein Antriebsrad des Fahrrads wirkt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstige Trainingsvorrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Elektrofahrrad entsprechend dem Anspruch 1 und eine Trainingsvorrichtung entsprechend dem Anspruch 3 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Bezüglich des Elektrofahrrads geht die Erfindung aus von einem Elektrofahrrad, das eine Tretkurbelvorrichtung, zumindest einen mit der Tretkurbelvorrichtung koppelbaren Elektromotor, der zumindest zu einem tretunterstützenden Antrieb vorgesehen ist, und eine Leistungselektronik, die zumindest dazu vorgesehen ist, in einem Generatorbetrieb ein Bremsmoment des Elektromotors einzustellen, aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass das Elektrofahrrad eine Verbindungseinheit aufweist, die dazu vorgesehen ist, den Elektromotor elektrisch mit einer externen Widerstandseinheit einer Trainingsvorrichtung zu verbinden. Dadurch kann eine mit dem Elektromotor elektrisch verbundene Batterie des Elektrofahrrads durch die externe Widerstandseinheit ersetzt werden, wodurch das Elektrofahrrad vorteilhaft als ein Hometrainer genutzt werden kann. Das Elektrofahrrad kann wahlweise als ein Fortbewegungsmittel und als ein Hometrainer genutzt werden, wodurch Kosten einer Trainingsvorrichtung reduziert werden können. Durch die Verbindungseinheit kann das Elektrofahrrad besonders einfach und schnell zum Hometrainer umfunktioniert werden. Durch die Nutzung des Elektrofahrrads als Hometrainer kann auf eine mechanische Bremsvorrichtung zur Bereitstellung eines Fahrwiderstands verzichtet werden, wodurch ein Verschleiß reduziert werden kann. Dadurch kann eine kostengünstige Trainingsvorrichtung bereitgestellt werden. Ferner kann durch die Nutzung des Elektrofahrrads als Fortbewegungsmittel und als Hometrainer einem Nutzer beim Training in geschlossenen Räumen ein vertrautes Fahrgefühl bereitgestellt werden.
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Unter einer „Tretkurbelvorrichtung” soll insbesondere eine Vorrichtung zu einer Muskelkraftübertragung verstanden werden, die zumindest zwei Pedale aufweist, die zur Muskelkraftübertragung in eine kreisförmige Bewegung versetzt werden können, wobei die Pedale in einer Hebelanordnung auf einer Welle gelagert sind und vorzugsweise antriebstechnisch mit einem Antriebsrad des Elektrofahrrads und/oder dem Elektromotor verbunden oder verbindbar sind. Unter einem „Elektromotor, der zumindest zu einem tretunterstützenden Antrieb vorgesehen ist soll insbesondere verstanden werden, dass der Elektromotor zum ausschließlichen Antrieb des Antriebsrads oder zum unterstützenden Antrieb des Antriebsrads vorgesehen ist. Demgemäß kann das Elektrofahrrad vorteilhaft als ein rein elektrisch betriebenes Elektrofahrrad oder als ein Pedelec ausgebildet sein. Unter einer „Verbindungseinheit” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die zumindest eine elektrische Schnittstelle aufweist, die zum elektrischen Anschließen der Widerstandseinheit vorgesehen ist, wobei die Schnittstelle vorteilhaft von Außen zugänglich ist, ohne dass eine Demontage des Elektrofahrrads erfolgen muss. Unter einer „Widerstandseinheit” soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, eine von dem in dem Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotor bereitgestellte elektrische Energie aufzunehmen und vorzugsweise in eine andere Energieform umzuwandeln, wie beispielsweise in Wärme und/oder Bewegungsenergie. Unter einer „externen Widerstandseinheit” soll insbesondere eine Widerstandseinheit verstanden werden, die separat zu dem Elektrofahrrad ausgebildet ist und damit vorteilhaft lediglich zu Trainingszwecken vorgesehen ist. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Leistungselektronik dazu vorgesehen ist, in dem Generatorbetrieb zumindest teilweise eine von dem Elektromotor bereitgestellte elektrische Energie über die Verbindungseinheit in die Widerstandseinheit abzuführen. Dadurch kann ein besonders realistischer und dynamischer Fahrwiderstand auch bei vollgeladener Batterie bereitgestellt werden.
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Bezüglich der Trainingsvorrichtung wird erfindungsgemäß eine Trainingsvorrichtung für ein Elektrofahrrad, insbesondere für ein erfindungsgemäßes Elektrofahrrad, das zumindest einen Elektromotor aufweist, vorgeschlagen, die zumindest eine extern zum Elektrofahrrad ausgebildete Widerstandseinheit aufweist, welche elektrisch an den Elektromotor anbindbar ist und dazu vorgesehen ist, in einem Generatorbetrieb des Elektromotors eine elektrische Energie aufzunehmen. Dadurch kann der Elektromotor des Elektrofahrrads in dem Generatorbetrieb als Bremse genutzt werden, wodurch der Fahrwiderstand beim Training besonders vorteilhaft simuliert werden kann. Dadurch kann auf eine aufwendige und teure Bremsvorrichtung verzichtet werden, wodurch eine kostengünstige Trainervorrichtung bereitgestellt werden kann. Ferner können mittels der Widerstandseinheit kostengünstig realitätsnahe Fahrwiderstandsverläufe realisiert werden, wodurch ein Training besonders effektiv gestaltet werden kann. Es kann dadurch ein Training an einen Wettkampf optimal angepasst werden, in dem beispielsweise eine Wettkampfstrecke simuliert wird. Unter einer „Trainingsvorrichtung” soll insbesondere eine in einem Trainingsraum angeordnete Vorrichtung verstanden werden, die zur Ausbildung des Elektrofahrrads als Hometrainer das Elektrofahrrad stationär in dem Trainingsraums anordnet.
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Für die Trainingsvorrichtung wird weiter vorgeschlagen, dass die Widerstandseinheit zumindest einen thermischen Widerstand aufweist, der dazu vorgesehen ist, die elektrische Energie zumindest im Wesentlichen in Wärme umzuwandeln. Dadurch kann die durch den im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotor bereitgestellte Energie vorteilhaft abgegeben werden.
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Außerdem wird für die Trainingsvorrichtung vorgeschlagen, dass die Widerstandseinheit zumindest einen antriebstechnisch mit einem Lüfterrad verbundenen Motor aufweist, der dazu vorgesehen ist, die elektrische Energie zumindest im Wesentlichen in Antriebsenergie des Lüfterrads umzuwandeln. Dadurch kann die durch den im Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotor bereitgestellte Energie alternativ oder zusätzlich abgegeben werden. Ferner kann dadurch die elektrische Energie zur Abkühlung des Nutzers und/oder zur Simulierung eines Fahrtwinds genutzt werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die 1 zeigt schematisch eine Trainingsvorrichtung 15 und ein Elektrofahrrad 10, welches zur Nutzung als ein Hometrainer an die Trainingsvorrichtung 15 angebunden ist. Das Elektrofahrrad 10 ist von der Trainingsvorrichtung 15 trennbar und damit aus dieser herausnehmbar und als ein Fortbewegungsmittel nutzbar. Grundsätzlich kann das Elektrofahrrad 10 aber auch nur als Hometrainer genutzt werden und/oder untrennbar an der Trainingsvorrichtung 15 angebunden sein. Das Elektrofahrrad 10 ist als ein Zweirad ausgebildet.
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Das Elektrofahrrad 10 weist ein Vorderrad 16 und ein als Antriebsrad ausgebildetes Hinterrad 17 auf. Um das Elektrofahrrad 10 mittels Muskelkraft anzutreiben weist das Elektrofahrrad 10 eine Tretkurbelvorrichtung 11 auf. Die Tretkurbelvorrichtung 11 weist zwei Pedale 18, 19 und eine Kette 20 auf. Die Kette 20 verbindet die Pedale 18, 19 antriebstechnisch mit dem Hinterrad 17.
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Zur Bereitstellung eines elektrischen Antriebsmoments weist das Elektrofahrrad 10 einen Elektromotor 12 auf. Der Elektromotor 12 ist zum tretunterstützenden Antrieb vorgesehen. Der Elektromotor 12 unterstützt elektrisch den mittels der Tretkurbelvorrichtung 11 bereitgestellten Antrieb des Elektrofahrrads 10. Somit ist das Elektrofahrrad 10 als ein Pedelec ausgebildet. Der Elektromotor 12 ist generatorisch betreibbar.
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Der Elektromotor 12 ist über die Tretkurbelvorrichtung 11 antriebstechnisch mit dem Hinterrad 17 verbunden. Die Tretkurbelvorrichtung 11 und der Elektromotor 12 sind miteinander gekoppelt. Der Elektromotor 12 ist in der Tretkurbelvorrichtung 11 integriert. Er ist an Tretlagern der Tretkurbelvorrichtung 11 angeordnet. Der Elektromotor 12 ist als ein Mittelmotor, der im Bereich der Tretlager angeordnet ist, ausgebildet. Er wirkt bei Bedarf antriebstechnisch auf die Pedale 18, 19. Der Elektromotor 12 ist als ein Nabenmotor ausgeführt. Grundsätzlich kann der Elektromotor 12 auch in dem Vorderrad 16 und/oder in dem Hinterrad 17 angeordnet sein.
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Um eine elektrische Energie zu speichern und bei Bedarf den Elektromotor 12 mit der elektrischen Energie zu versorgen weist das Elektrofahrrad 10 eine Batterie 21 auf. Die Batterie 21 ist elektrisch mit dem Elektromotor 12 verbunden. Die Batterie 21 ist als ein Akkumulator ausgebildet und damit wiederaufladbar. Der Elektromotor 12 weist einen Motorbetrieb, in dem die Batterie 21 den Elektromotor 12 mit Energie versorgt, und einen Generatorbetrieb, in dem der Elektromotor 12 die Batterie 21 mit Energie versorgt, auf. In dem Motorbetrieb wandelt der Elektromotor 12 die elektrische Energie aus der Batterie 21 in eine mechanische Energie um und treibt damit das Hinterrad 17 an. In dem Generatorbetrieb wandelt der Elektromotor 12 die mechanische Energie des Hinterrads 17 und/oder die mechanische Energie der Tretkurbelvorrichtung 11, und somit eine durch die Muskelkraft resultierende Energie, in die elektrische Energie um und lädt damit die Batterie 21 auf.
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Zur Einstellung eines Energietransports zwischen der Batterie 21 und dem Elektromotor 12 weist das Elektrofahrrad 10 eine in der 1 nicht sichtbare Leistungselektronik auf. Die Leistungselektronik steuert oder regelt einen Leistungsfluss zwischen der Batterie 21 und dem Elektromotor 12. Die Leistungselektronik verbindet den Elektromotor 12 elektrisch mit der Batterie 21. In dem Generatorbetrieb des Elektromotors 12 stellt die Leistungselektronik ein Bremsmoment des Elektromotors 12 ein. Durch das Bremsmoment resultiert ein Tretwiderstand der Tretkurbelvorrichtung 11 für einen Nutzer. Diesen durch den Elektromotor 12 bereitgestellten Tretwiderstand kann der Nutzer mittels Muskelkraft zum Laden der Batterie 21 und/oder zur Fortbewegung überwinden. In der Trainingsvorrichtung 15 wird der durch den Elektromotor 12 bereitgestellte Tretwiderstand zum Training genutzt.
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Um das Hinterrad 17 frei drehbar aufzunehmen weist die Trainingsvorrichtung 15 einen ortsfest angeordneten Ständer 22 auf. Der Ständer 22 weist eine nicht näher dargestellte Klemmvorrichtung für eine Hinterachse des Hinterrads 17 auf, die das Hinterrad 17 frei drehbar einspannt. Zum Höhenausgleich und zur Aufnahme des Vorderrads 16 weist die Trainingsvorrichtung 15 einen ortsfest angeordneten Ständer 23 auf.
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Um die durch den in dem Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotor 12 bereitgestellte elektrische Energie aufzunehmen weist die Trainingsvorrichtung 15 eine extern zum Elektrofahrrad 10 ausgebildete elektrische Widerstandseinheit 14 auf, die elektrisch mit dem Elektromotor 12 verbunden ist. Die Widerstandseinheit 14 wandelt die durch den Elektromotor 12 bereitgestellte Energie um und stellt dadurch einen Fahrwiderstand bei Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Hometrainer bereit. Zur Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Hometrainer ersetzt die Widerstandseinheit 14 die Batterie 21. Die Widerstandseinheit 14 ist als ein elektrischer Verbraucher ausgebildet, der die von dem in dem Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotor 12 bereitgestellte Energie verbraucht. Grundsätzlich kann die Widerstandseinheit 14 die Batterie 21 abhängig von einem Ladezustand der Batterie 21 ersetzten, beispielsweise erst dann, wenn die Batterie 21 vollgeladen ist.
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Um das Elektrofahrrad 10 zur Fortbewegung zu nutzen, ist die Widerstandseinheit 14 von dem Elektromotor 12 trennbar ausgeführt. Die Widerstandseinheit 14 ist lösbar an dem Elektrofahrrad 10 fixiert. Sie ist mittels Steckverbindungen an einem Rahmen des Elektrofahrrads 10 fixiert. Zur elektrischen Anbindung an den Elektromotor 12 weist die Widerstandseinheit 14 einen nicht dargestellten elektrischen Anschluss auf. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, dass die Widerstandseinheit 14 mittels eines Kabels an dem Elektrofahrrad 10 elektrisch angebunden ist.
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Die Widerstandseinheit 14 weist einen nicht dargestellten thermischen Widerstand auf, der die durch den Elektromotor 12 bereitgestellte elektrische Energie in Wärme umwandelt. Zusätzlich weist die Widerstandseinheit 14 ein nicht dargestelltes Lüfterrad und einen nicht dargestellten, antriebstechnisch mit dem Lüfterrad verbundenen Motor auf. Der Motor der Widerstandseinheit 14 wandelt die elektrische Energie des Elektromotors 12 in Antriebsenergie des Lüfterrads um. Der Motor der Widerstandseinheit 14 treibt mittels der durch den Elektromotor 12 bereitgestellten Energie das Lüfterrad an, verbraucht dadurch die Energie und simuliert zusätzlich einen Fahrtwind beim Training. Grundsätzlich kann die Widerstandseinheit 14 lediglich den thermischen Widerstand oder lediglich den antriebstechnisch mit dem Lüfterrad verbundenen Motor aufweisen, um die Energie zu verbrauchen.
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Um das Elektrofahrrad 10 an die Widerstandseinheit 14 und damit an die Trainingsvorrichtung 15 anzubinden, weist das Elektrofahrrad 10 eine Verbindungseinheit 13 auf, die den Elektromotor 12 elektrisch mit der externen Widerstandseinheit 14 verbindet. Die Verbindungseinheit 13 weist dazu einen nicht dargestellten elektrischen Anschluss auf, an den der elektrische Anschluss der Widerstandseinheit 14 angeschlossen ist. Die Verbindungseinheit 13 ordnet die Widerstandseinheit 14 bezüglich eines Stromflusses nach dem Elektromotor 12 an. Sie schaltet die Widerstandseinheit 14 bezüglich des Stromflusses parallel zur Batterie 21. Grundsätzlich kann die Verbindungseinheit 13 die Widerstandseinheit 14 bezüglich des Stromflusses in Serie zur Batterie 21 schalten.
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Durch die Verbindungseinheit 13 ist das Elektrofahrrad 10 wahlweise als Fortbewegungsmittel oder als Hometrainer nutzbar. Zur Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Hometrainer wird die Widerstandseinheit 14 mittels der Verbindungseinheit 13 elektrisch an den Elektromotor 12 angebunden. Dabei wird die Batterie 21 des Elektrofahrrads 10 beim anschließen der Widerstandseinheit 14 von dem Elektromotor 12 entkoppelt und durch die Widerstandseinheit 14 ersetzt. Zur Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Fortbewegungsmittel wird die Widerstandseinheit 14 von dem Elektromotor 12 getrennt und die Batterie 21 mit dem Elektromotor 12 gekoppelt.
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Die Verbindungseinheit 13 verbindet die Widerstandseinheit 14 über die Leistungselektronik mit dem Elektromotor 12. Die Leistungselektronik ist somit zur Einstellung eines Energietransports zwischen der Widerstandseinheit 14 und dem Elektromotor 12 vorgesehen. Sie steuert oder regelt einen Leistungsfluss von dem Elektromotor 12 in die Widerstandseinheit 14. Die Leistungselektronik führt die in dem Generatorbetrieb bereitgestellte Energie des Elektromotors 12 über die Verbindungseinheit 13 in die Widerstandseinheit 14 ab. Dabei erkennt die Leistungselektronik die angeschlossene Widerstandseinheit 14 und entkoppelt dadurch die Batterie 21 elektrisch von dem Elektromotor 12. Dadurch versorgt die Leistungselektronik die Widerstandseinheit 14 mit der elektrischen Energie aus dem Elektromotor 12, wodurch der durch den in dem Generatorbetrieb arbeitende Elektromotor 12 bereitgestellte Tretwiderstand und damit der Fahrwiderstand dauerhaft, d. h. unabhängig von dem Ladezustand der Batterie 21 bereitgestellt wird.
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Zur Einstellung oder Verstellung des Fahrwiderstands bei der Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Hometrainer weist das Elektrofahrrad 10 ein Bedienelement 24 auf, das an einem Lenker 25 des Elektrofahrrads 10 angeordnet ist. Das Bedienelement 24 ist für die Widerstandseinheit 14 vorgesehen. Das Bedienelement 24 ist mittels des elektrischen Anschlusses der Verbindungseinheit 13 steuerungstechnisch mit der Widerstandseinheit 14 verbunden. Mittels des Bedienelements 24 stellt der Nutzer des Elektrofahrrads 10 den Tretwiderstand und damit den Fahrwiderstand ein, wenn die Widerstandseinheit 14 mit dem Elektromotor 12 verbunden ist. Das Bedienelement 24 ist digital ausgebildet.
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Zur Steuerung oder Regelung des Elektromotors 12 weist das Elektrofahrrad 10 eine in der 1 nicht sichtbare Steuer- und Regeleinheit auf. Bei der Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Fortbewegungsmittel und damit bei getrennter Widerstandseinheit 14 steuert oder regelt die Steuer- und Regeleinheit den Elektromotor 12 zum Antrieb des Elektrofahrrads 10. Bei der Nutzung des Elektrofahrrads 10 als Hometrainer, und damit bei angeschlossener Widerstandseinheit 14, steuert oder regelt die Steuer- und Regeleinheit den Elektromotor 12 zur Einstellung oder Veränderung des Fahrwiderstands. Dazu steuert oder regelt die Steuer- und Regeleinheit das Bremsmoment des in dem Generatorbetrieb arbeitenden Elektromotors 12. Dabei kann der Nutzer des Elektrofahrrads 10 mittels des Bedienelements 24 feste Bremsmomente und damit feste Fahrwiderstände oder Bremsmomentenverläufe einstellen. Die Bremsmomentenverläufe sind in der Steuer- und Regeleinheit hinterlegt und können von dem Nutzer mittels des Bedienelements 24 ausgewählt werden. Die Bremsmomentenverläufe, d. h. die sich verändernden Bremsmomente können aber auch durch den Nutzer individuell verändert und neu programmiert werden.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Elektromotor 12 zum ausschließlichen Antrieb des Elektrofahrrads 10 vorgesehen ist und das Elektrofahrrad 10 damit rein elektrisch angetrieben wird. Dabei ist die Tretkurbelvorrichtung 11 mit dem Elektromotor 12 koppelbar, insbesondere um das Elektrofahrrad 10 als Hometrainer zu benutzen. Alternativ dazu kann das Elektrofahrrad 10 zusätzlich zum Elektromotor 12 einen Generator oder einen generatorisch betreibbaren Elektromotor aufweisen, der auf die Pedale 18, 19 wirkt und den Tretwiderstand bereitstellt, wobei der zusätzliche Generator oder Elektromotor lediglich zur Bereitstellung des Tretwiderstands vorgesehen ist. Wenn das Elektrofahrrad 10 lediglich als Hometrainer genutzt wird, kann grundsätzlich auf die Batterie 21 ganz verzichtet werden, wobei diese durch die Widerstandseinheit 14 ersetzt wird. Dabei kann die Widerstandseinheit 14 auch untrennbar an dem Elektromotor 12 angebunden sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Elektrofahrrad
- 11
- Tretkurbelvorrichtung
- 12
- Elektromotor
- 13
- Verbindungseinheit
- 14
- Widerstandseinheit
- 15
- Trainingsvorrichtung
- 16
- Vorderrad
- 17
- Hinterrad
- 18
- Pedal
- 19
- Pedal
- 20
- Kette
- 21
- Batterie
- 22
- Ständer
- 23
- Ständer
- 24
- Bedienelement
- 25
- Lenker
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010012308 U1 [0002]
