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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung.
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Antriebsvorrichtungen für Fahrräder sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt. Die Antriebsvorrichtung umfasst dabei beispielsweise einen Elektromotor. Fahrräder mit einer einen solchen Elektromotor umfassenden Antriebsvorrichtung werden üblicherweise auch als Elektrofahrräder, E-Fahrräder, E-Räder, E-Bikes, eBikes oder dergleichen bezeichnet. Dabei ist das Fahrrad vollständig und/oder tretunterstützend von dem Elektromotor antreibbar. Bei dem tretunterstützenden Antrieb wird ein Pedalieren des Fahrers des Fahrrads durch den Elektromotor unterstützt. Fahrräder, bei welchen lediglich ein tretunterstützender Antrieb durch den Elektromotor vorgesehen ist, werden auch als Pedelecs oder S-Pedelecs bezeichnet.
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Ferner offenbart die
DE 10 2010 009 649 A1 eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, mit wenigstens einem Antriebsrad, welches mit einem Zugmittel, über das ein Rad des Fahrrads antreibbar ist, verbindbar ist. Die Antriebsvorrichtung umfasst zudem eine Hohlwelle, über welche das Antriebsrad antreibbar ist. Ferner ist eine Tretkurbelanordnung vorgesehen, welche eine zumindest teilweise in der Hohlwelle verlaufende Welle und zwei Tretkurbeln umfasst, die über die Welle drehfest miteinander verbunden sind. Die Tretkurbelanordnung ist dabei über eine Freilaufeinrichtung an der Hohlwelle angeordnet. Die Freilaufeinrichtung koppelt die Tretkurbelanordnung mit der Hohlwelle zur Übertragung eines Drehmoments, wenn sich die Tretkurbelanordnung schneller als die Hohlwelle dreht. Darüber hinaus umfasst die Antriebsvorrichtung wenigstens einen Motor, insbesondere einen Elektromotor, zum Antreiben der Hohlwelle.
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Eine solche Antriebsvorrichtung ist insofern vorteilhaft, als infolge der Antreibbarkeit der Hohlwelle durch den Motor eine besonders günstige Anordenbarkeit der Antriebsvorrichtung relativ zu einem Rahmen des Fahrrads darstellbar ist. Die Antriebsvorrichtung und insbesondere die Tretkurbelanordnung kann dabei zumindest im Wesentlichen mittig bezogen auf den Rahmen angeordnet werden, so dass die Tretkurbeln relativ zum Fahrer des Fahrrads günstig angeordnet sind. Der Fahrer kann somit die Tretkurbeln besonders ergonomisch erreichen und betätigen.
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Herkömmlicherweise weisen Elektrofahrräder beispielsweise mit maximal 250 Watt Dauerleistung und einer Tretunterstützung bis maximal 25 km/h ein deutlich höheres Gewicht auf als Fahrräder ohne eine solche Antriebsvorrichtung. Das hohe Gewicht kann dabei die Fahrdynamik beeinflussen, was in bestimmten Fahrsituationen nachteilhaft sein kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung bereitzustellen, welche eine besonders hohe Variabilität aufweisen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Fahrrad mit einer solchen Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, welche eine besonders hohe Variabilität aufweist, ist erfindungsgemäß eine Schnellverschlusseinrichtung vorgesehen, mittels welcher der Motor unabhängig von der Hohlwelle und der Welle reversibel lösbar an einem Rahmen des Fahrrads montierbar und von dem Rahmen demontierbar ist. Durch diese Möglichkeit einer raschen Montage und Demontage des Motors innerhalb kürzester Zeit kann dem Nutzer des Fahrrads die Möglichkeit gegeben werden, das Fahrrad ohne Antrieb, d. h. ohne Motor, zu nutzen und somit die volle Fahrdynamik des Fahrrads ohne Antrieb auszuschöpfen.
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Die Schnellverschlusseinrichtung ermöglicht dabei eine schnelle, einfache und komfortable Montage und Demontage des Motors, so dass der Motor auf einfache Weise montiert werden und das Fahrrad antreiben kann. Infolge der Demontierbarkeit des Motors kann das Gewicht des Fahrrads im Vergleich zu einem Zustand, in welchem der Motor am Rahmen des Fahrrads montiert ist, reduziert werden. Dies kommt insbesondere bei Bergabfahrten der Fahrdynamik zugute. Folgt beispielsweise im Anschluss daran eine Bergauffahrt, so kann der Motor wieder montiert werden und das Fahrrad beispielsweise tretunterstützend antreiben. Da das Fahrrad im demontierten Zustand des Motors ein besonders geringes Gewicht aufweist, kann es auch einfach vom Nutzer des Fahrrads getragen und so beispielsweise über Hindernisse hinweg bewegt werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei Alpenüberquerungen sowie Hochgebirgspassagen, bei denen es aufgrund von unwegsamem Gelände häufig zum Schultern des Fahrrads kommen kann.
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Zur Erfindung gehört auch ein Fahrrad mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung sind dabei als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrrads anzusehen und umgekehrt. Das erfindungsgemäße Fahrrad weist eine sehr hohe Variabilität, d. h. eine hochvariable Verwendbarkeit auf, da der Motor wahlweise am Rahmen montiert oder vom Rahmen demontiert werden kann. Im montierten Zustand kann der Motor den Fahrer des Fahrrads unterstützen bzw. das Fahrrad antreiben, so dass sein Kraftaufwand zum Antreiben des Fahrrads gering gehalten werden kann. Im demontierten Zustand weist das Fahrrad ein sehr geringes Gewicht auf, woraus eine sehr gute Fahrdynamik resultiert. Dies kommt dem Fahrer insbesondere bei Bergabfahrten mit engen Kurven zugute.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht eines Rahmens für ein Elektrofahrrad, an welchem ein Elektromotor einer Antriebsvorrichtung angeordnet ist, wobei der Elektromotor über eine Schnellverschlusseinrichtung reversibel lösbar an dem Rahmen montierbar und von dem Rahmen demontierbar ist;
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2 eine schematische Seitenansicht eines Akku-Ersatzeinsatzes für den Rahmen;
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3 eine schematische Vorderansicht eines anstelle des Motors am Rahmen zu befestigenden Aufbewahrungsbehälters;
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4 eine schematische Seitenansicht einer Abdeckung für die Antriebsvorrichtung;
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5 ausschnittsweise eine schematische Rückansicht des Rahmens mit der Antriebsvorrichtung;
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6 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Elektrofahrrads;
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7 eine schematische Perspektivansicht einer Gepäckträgeraufnahme für das Elektrofahrrad gemäß 6; und
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8 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Rahmens gemäß 1.
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1 zeigt einen Rahmen 10 für ein vollgefedertes Fahrrad in Form eines sogenannten Mountainbikes, welches als Elektrofahrrad verwendet werden kann. Der Rahmen 10 umfasst dabei einen Hauptrahmen 12, an welchem eine Schwinge 14 des Rahmens 10 angelenkt ist. Die Schwinge 14 ist dabei über ein Umlenkelement 16 mit einem Dämpfer 18 gekoppelt, welcher einerseits am Umlenkelement 16 und andererseits am Hauptrahmen 12 gelenkig angebunden ist. Mittels des Dämpfers 18 werden Bewegungen der Schwinge 14 relativ zum Hauptrahmen 12 gedämpft.
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An einem Sitzrohr 19 des Hauptrahmens 12 ist ein Motor in Form eines Elektromotors 20 einer im Ganzen mit 22 bezeichneten Antriebsvorrichtung gehalten. Als Elektromotor 20 kann ein Direktläufermotor oder ein Motor mit einem integrierten Getriebe verwendet werden. Der Elektromotor 20 ist dabei über eine Schnellverschlusseinrichtung 24 reversibel lösbar an dem Hauptrahmen 12 montierbar und von dem Hauptrahmen 12 demontierbar. Dazu umfasst die Schnellverschlusseinrichtung 24 eine Rastschiene 26 mit ersten Rastelementen sowie an einem Motorengehäuse 28 des Elektromotors 20 vorgesehene, weitere Rastelemente, welche mit den ersten Rastelementen zusammenwirken und unter Verrastung den Elektromotor 20 am Hauptrahmen 12 halten. Die Rastschiene 26 ist dabei am Sitzrohr 19 befestigt. Zum Befestigen des Elektromotors 20 an der Rastschiene 26 wird der Elektromotor 20 zunächst in einer Einsetzposition 30 an der Rastschiene 26 positioniert und entlang der Rastschiene an dem Sitzrohr 19 in eine Einrastposition 32 hochgeschoben. Die Rastschiene 26 kann alternativ auch an einem Unterrohr 34 oder an anderweitigen Stellen des Hauptrahmens 12 angeordnet sein.
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In 1 ist gestrichelt ein zusätzlicher Hilfsrahmen 36 dargestellt. Der Hilfsrahmen 36 kann sowohl fest oder demontierbar am Hauptrahmen 12 angeordnet sein und dient als zusätzliche Abstützung von vom Elektromotor 20 bereitgestellten Kräften und Drehmomenten, um einen sicheren und stabilen Sitz des Elektromotors 20 am Hauptrahmen 12 zu gewährleisten.
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Wie aus 1 erkennbar ist, ist der Elektromotor 20 dabei in einem Zwischenraum 38 des Hauptrahmens 12 angeordnet, welcher von dem Sitzrohr 19, dem Unterrohr 34, einem Oberrohr 40 sowie einem Steuerrohr 42 des Hauptrahmens 12 begrenzt ist. Eine Rastnase 44 am Elektromotor 20 greift beim Hochschieben des Elektromotors 20 in eine entsprechende Aussparung 46 des Hilfsrahmens 36 ein. Auch der Hilfsrahmen 36 kann für eine Aufnahme des Elektromotors 20 am Unterrohr 34 vorgesehen sein.
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Im Motorengehäuse 28 ist wenigstens eine Abtriebswelle des Elektromotors 20 zumindest bereichsweise aufgenommen. Mit der Abtriebswelle ist ein Motorritzel 48 drehfest verbunden. Das Motorritzel 48 ist von einem Zugmittel 50 außenumfangsseitig bereichsweise umschlungen. Das Zugmittel 50 ist beispielsweise als Riemen, insbesondere als Keilriemen oder Zahnriemen, ausgebildet. Das Zugmittel 50 kann auch als Kette ausgebildet sein. Das Zugmittel 50 umschlingt auch ein Tretkurbelritzel 52 der Antriebsvorrichtung 22, wobei über das Tretkurbelritzel 52 eine Tretkurbelwelle 54 der Antriebsvorrichtung 22 antreibbar ist. Wie im Folgenden noch erläutert wird, ist die Tretkurbelwelle 54 über Tretkurbeln 56, 58 (5) einer Tretkurbelanordnung 60 antreibbar. Der Elektromotor 20 kann nun über sein Antriebsritzel 48, das Zugmittel 50 und das Tretkurbelritzel 52 die Tretkurbelwelle 54 antreiben.
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4 zeigt eine zweiteilige Abdeckung 62 mit Abdeckteilen 64, 66, welche – wie in 4 durch einen Richtungspfeil 68 angedeutet ist – aufeinander zu bewegbar und miteinander verbindbar sind. Die Abdeckung 62 dient zum Abdecken des Zugmittels 50, des Tretkurbelritzels 52 und des Motorritzels 48. Die Abdeckung 62 kann um die Tretkurbelwelle 54 herum das Motorritzel 48, das Zugmittel 50 und das Tretkurbelritzel 52 zumindest nahezu vollständig umkapselt umschließen und somit schützen. Eine Montage und Demontage der Abdeckung 62 ist trotz montierter Tretkurbelanordnung 60 mit den Tretkurbeln 56, 58 und der Tretkurbelwelle 54 rasch und ohne Werkzeug, d. h. manuell, durch einen Nutzer des Elektrofahrrads durchführbar. Der Elektromotor 20 weist dazu Rastnasen 82 auf, welche zur Fixierung der Abdeckung 62 dienen.
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Am Unterrohr 34 ist eine elektrische Energiespeichereinrichtung 70 befestigt, mittels welcher elektrische Energie speicherbar ist und mittels welcher der Elektromotor 20 mit elektrischer Energie versorgbar ist. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 ist vorliegend als Akku (Akkumulator) ausgebildet und über eine am Unterrohr 34 befestigte Halteschiene 72 gehalten. Vorzugsweise ist auch zum reversibel lösbaren Montieren und Demontieren der elektrischen Energiespeichereinrichtung 70 eine die Halteschiene 72 umfassende, weitere Schnellverschlusseinrichtung vorgesehen, mittels welcher die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 manuell, d. h. ohne Werkzeug, für den Nutzer des Fahrrads am Hauptrahmen 12 montierbar und demontierbar ist. Dazu weisen beispielsweise die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 und die Halteschiene 72 jeweilige Rastelemente auf, welche zusammenwirken und eine jeweilige Rastverbindung ausbilden können, um so die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 am Unterrohr 34 zu haltern. Die Halteschiene 72 ist dabei besonders vorteilhaft für eine Gewichtsverteilung des Fahrrads.
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2 zeigt einen sogenannten Akkuersatzeinsatz 74. Durch die entsprechende, weitere Schnellverschlusseinrichtung kann die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 manuell und somit besonders schnell vom Nutzer demontiert und durch den Akkuersatzeinsatz 74 substituiert werden. Der Akkuersatzeinsatz 74 weist dabei entsprechende Rastmittel auf, welche mit den Rastmitteln der Halteschiene 72 zusammenwirken können, um den Akkuersatzeinsatz 74 am Unterrohr 34 anstelle der elektrischen Energiespeichereinrichtung 70 zu halten.
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Der Akkuersatzeinsatz 74 umfasst einen Flaschenhalter 76 zur Halterung einer Trinkflasche 78. Ferner umfasst der Akkuersatzeinsatz 74 eine elektrische Speichereinheit 80, um beispielsweise für eine Beleuchtung von Rennrädern bis zu 11 kg Gewicht elektrische Energie zum Betreiben der Beleuchtung bereitzustellen. Ansonsten steht die elektrische Speichereinheit 80 für alle anderen Fahrradkategorien für die Energieversorgung für eine Anzeige, insbesondere ein Display, und/oder für Sensorfunktionen beispielsweise zum Erfassen der Geschwindigkeit zur Verfügung. Über eine solche Anzeige kann beispielsweise die Geschwindigkeit und/oder die zurückgelegte Strecke des Fahrrads angezeigt werden.
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Auch die Schnellverschlusseinrichtung 24 mit der Rastschiene 26 und den entsprechenden Rastelementen der Rastschiene 26 und des Motorengehäuses 28 ermöglicht eine schnelle, bedarfsgerechte sowie manuelle, d. h. ohne Werkzeug durchzuführende Montage und Demontage des Elektromotors 20, so dass dieser beispielsweise auf einfache und schnelle Weise ebenso durch den Akkuersatzeinsatz 74 substituiert werden kann. Mit anderen Worten kann beispielsweise auch der Akkuersatzeinsatz 74 über die Rastschiene 26 am Sitzrohr 19 befestigt werden.
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3 zeigt einen Aufbewahrungsbehälter 84 mit einem Behälterelement 86, welcher einen in 3 nicht erkennbaren Stauraum aufweist. Dem Stauraum ist eine Klappe 88 zugeordnet, welche zwischen einer den Stauraum verschließenden und in 3 gezeigten Schließstellung und einer den Stauraum zumindest teilweise freigebenden Offenstellung verschwenkbar ist. Der Aufbewahrungsbehälter 84 weist analog zum Akkuersatzeinsatz 74 eine integrierte, elektrische Speichereinheit 90 auf, so dass dieser Aufbewahrungsbehälter 84 alternativ statt des Akku-Ersatzeinsatzes 74 die Energiespeichereinrichtung 70 ersetzen kann.
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Der Elektromotor 20 kann dabei auch durch den Aufbewahrungsbehälter 84 substituiert werden. Dazu weist der Aufbewahrungsbehälter 84 entsprechende Rastelemente auf, welche mit den Rastelementen der Rastschiene 26 zusammenwirken können, so dass das Behälterelement 86 mit der Rastschiene 26 verrastet und dadurch anstelle des Elektromotors 20 am Sitzrohr 19 gehaltert werden kann.
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5 zeigt den Rahmen 10 mit der Antriebsvorrichtung 22 in einer Rückansicht. Die Tretkurbelwelle 54 ist als Hohlwelle ausgebildet, mit der das Tretkurbelritzel 52 drehfest verbunden ist. In der Hohlwelle (Tretkurbelwelle 54) erstreckt sich eine Welle, welche in Umfangsrichtung vollständig von der Hohlwelle umgeben ist und daher in 5 nicht erkennbar ist. Diese Welle ist dabei mit der Hohlwelle koaxial angeordnet und dient dazu, die Tretkurbeln 56, 58 in einem vorgebbaren Winkelversatz von vorliegend zumindest im Wesentlichen 180° zueinander zu fixieren. Dazu sind die Tretkurbeln 56, 58 drehfest mit der Welle und über die Welle miteinander verbunden.
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Die Antriebsvorrichtung 22 umfasst auch eine Freilaufeinrichtung 92 mit zwei Freiläufen 94, 96, über welche die Tretkurbelanordnung 60 an der Hohlwelle (Tretkurbelwelle 54) angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Tretkurbel 56 über den Freilauf 94 an der Hohlwelle angeordnet, während die Tretkurbel 58 über den Freilauf 96 an der Hohlwelle angeordnet ist. Dreht sich die Hohlwelle (Tretkurbelwelle 54) in einer Drehrichtung schneller als die Tretkurbeln 56, 58, so befindet sich die Freilaufeinrichtung 92 in ihrer Lösestellung, so dass die Tretkurbelwelle 54 die Tretkurbeln 56, 58 überholen kann. Mit anderen Worten kann sich die Tretkurbelwelle 54 in der Drehrichtung schneller drehen als die Tretkurbeln 56, 58.
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Drehen sich die Tretkurbeln 56, 58 in der Drehrichtung schneller als die Tretkurbelwelle 54, so schaltet die Freilaufeinrichtung 92 in ihre Sperrstellung, so dass ein vom Fahrer des Fahrrads bewirktes Drehmoment von den Tretkurbeln 56, 58 auf die Tretkurbelwelle 54 übertragen werden kann. Mit anderen Worten kann dann der Fahrer die Tretkurbelwelle 54 antreiben.
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Mit der Tretkurbelwelle 54 drehfest verbunden sind Zahnkränze 98, welche von einem Zugmittel in Form einer Kette umschlungen werden können. Die einerseits die Zahnkränze 98 umschlingende Kette umschlingt andererseits ein korrespondierendes und mit einem Hinterrad des Fahrrads gekoppeltes Ritzel, so dass das Hinterrad über das Ritzel und die Kette von den Zahnkränzen 98 antreibbar ist. Bei den Zahnkränzen 98 handelt es sich somit um jeweilige Antriebsräder, welche mit einem Zugmittel in Form der Kette verbindbar sind, wobei das Hinterrad über das Zugmittel antreibbar ist.
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Wie aus 5 ersichtlich ist, sind das Motorritzel 48, das korrespondierende Zugmittel 50 und das korrespondierende Tretkurbelritzel 52 auf einer Seite 100 des Rahmens 10 und der Antriebsvorrichtung 22 angeordnet, während die Zahnkränze 98 auf einer der ersten Seite 100 abgewandten, zweiten Seite 102 des Rahmens 10 und der Antriebsvorrichtung 22 angeordnet sind. Mit anderen Worten ist es durch die Antreibbarkeit der Hohlwelle (Tretkurbelwelle 54) durch den Elektromotor 20 möglich, das Tretkurbelritzel 52 an einem Ende der Hohlwelle und die Zahnkränze 98 an einem demgegenüber liegenden, anderen Ende der Hohlwelle anzuordnen. Dadurch weist die Antriebsvorrichtung 22 und insbesondere die Tretkurbelwelle 54 einen nur sehr geringen, axialen Bauraumbedarf auf. Durch diesen nur sehr geringen axialen Bauraumbedarf können auch herkömmliche Kettenschaltungen verwendet werden. Ferner sind die Tretkurbelwelle 54 und somit die Tretkurbeln 56, 58 zumindest im Wesentlichen mittig zum Rahmen 10 und somit mittig zum Fahrer anordenbar, so dass dieser die Tretkurbeln 56, 58 über jeweilige, mit den Tretkurbeln 56, 58 gelenkig verbundene Pedale 104, 106 ergonomisch antreiben kann.
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Durch die Ausgestaltung der Tretkurbelwelle 54 als Hohlwelle ist es möglich, dass eine Kraft- bzw. Drehmomenteinleitung vom Elektromotor 20 auf die Tretkurbelwelle 54 (Hohlwelle) an einer beliebigen Stelle der in radialer Richtung außenseitig der Welle angeordneten Hohlwelle erfolgen kann. Zudem ermöglicht diese Anordnung eine besonders vorteilhafte Abdeckung des Motorritzels 48, des Zugmittels 50 sowie des Tretkurbelritzels 52.
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Die Freilaufeinrichtung 92 gewährleistet dabei, dass bei elektrischem Antreiben der Tretkurbelwelle 54 durch den Elektromotor 20 die Tretkurbeln 56, 58 nicht angetrieben werden. Mit anderen Worten kann der Elektromotor 20 das Elektrofahrrad beispielsweise im Rahmen einer Schiebehilfe antreiben, ohne dass sich die Tretkurbeln 56, 58 drehen.
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Zum Bewirken der Schiebehilfe ist ein Handschalter 108 mit einem Drückknopf 110 vorgesehen, welcher über eine elektrische Leitung 112 und einen Stecker 114 reversibel lösbar mit dem Elektromotor 20 verbindbar und von diesem zu lösen ist.
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Um den Elektromotor 20 beispielsweise im Rahmen der Schiebehilfe anzutreiben, wird der Stecker 114 in den Elektromotor 20 eingesteckt, und der Fahrer drückt den Drückknopf 110. Dadurch treibt der Elektromotor 20 das Fahrrad an, währenddessen der Fahrer neben dem Fahrrad herläuft.
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Durch die einfache und standardisierte oder standardisierbare Montage und Demontage des Elektromotors 20 kann dieser auch für unterschiedliche Elektrofahrräder, d. h. für unterschiedliche Ausführungsformen des entsprechenden Rahmens des Elektrofahrrads, verwendet werden. Der Elektromotor 20 kann das Fahrrad insbesondere tretunterstützend antreiben, so dass ein Elektrofahrrad in Form eines Pedelecs oder eines S-Pedelecs dargestellt ist.
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Der Einsatz einer solchen Schiebehilfe an einem Mountainbike, insbesondere an einem Mountainbike-Pedelec, ist absolut sinnvoll, um beispielsweise bei Steilpassagen die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 vor einem extremen Stromverbrauch und den Elektromotor 20 vor Überhitzung zu schonen bzw. zu schützen. Die Schiebehilfe ermöglicht dabei auch ein relativ einfaches Bewältigen von steilen Anstiegen.
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Um eine maximale Geschwindigkeit von beispielsweise 6 km/h beim Benutzen der Schiebehilfe nicht zu überschreiten, ist beispielsweise ein jeweiliger Umdrehungssensor am Hinterrad oder an dem Vorderrad des Fahrrads vorgesehen, mittels welchem die Geschwindigkeit des Fahrrads ermittelt wird. Bei einer festen Umdrehungszahl des Elektromotors 20 bei Verwendung der Schiebehilfe kann mittels einer Gangschaltung des Fahrrads in einen kleineren Gang geschaltet werden, um die Geschwindigkeit zu variieren. Eine solche Gangschaltung umfasst dabei die Zahnkränze 98, welche aufgrund ihres unterschiedlichen Durchmessers unterschiedliche Übersetzungen zwischen der Tretkurbelwelle 54 und dem Hinterrad ermöglichen. Hinweise zur Nutzung der Schiebehilfe können dabei am Fahrrads angebracht und/oder in der zugehörigen Bedienungsanleitung vermerkt sein.
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Bei einem Rennrad ist aufgrund der höheren Geschwindigkeit der Einsatz als S-Pedelec (Speed-Pedelec) vorteilhaft, wobei eine Trittkraftunterstützung durch den Elektromotor 20 bis 45 km/h vorgesehen wird. Ferner ist der Einsatz als Elektro-Leichtkraftrad vorteilhaft, wobei das Fahrrad dann rein elektrisch fahrbar ist. Hierbei ist eine Unterstützung und Entlastung des Elektromotors 20 durch Pedalieren möglich.
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Bei Rennrädern unter 11 kg Gewicht kann auch eine ansteckbare Batteriebeleuchtung vorgesehen sein. Somit ist bei der Demontage des Elektromotors 20 sowie der elektrischen Energiespeichereinrichtung 70 und anderer elektrischer Speichereinrichtungen eine Beleuchtung über die Batteriebeleuchtung möglich. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Speichereinheit 80 und/oder die elektrische Speichereinheit 90 verwendet werden, um eine Beleuchtung des Elektrofahrrads mit Strom zu versorgen.
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Um eine Leistungsabgabe des Elektromotors
20 an die Tretkurbelwelle
54 bedarfsgerecht einzustellen, ist vorteilhafterweise eine Bedieneinheit vorgesehen, welche an einem Lenker des Elektrofahrrads angeordnet sein kann. Als Bedieneinheit kann eine aus der
DE 10 2010 021 767 A1 bekannte Einstellvorrichtung verwendet werden. Durch ein solches Bedienelement kann auch einfach zwischen einem Pedelec-Betrieb, bei welchem der Elektromotor
20 das Elektrofahrrad tretkraftunterstützend antreibt, und einem sogenannten E-Bike-Betrieb, bei welchem das Elektrofahrrad rein elektrisch, d. h. ausschließlich mittels des Elektromotors
20, angetrieben wird, einfach und komfortabel umgeschaltet werden. Hierzu dreht der Elektromotor
20 entweder mit erhöhter Drehzahl oder es wird ein Primärübersetzungsverhältnis geändert, oder beide Lösungen werden kombiniert.
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Ist beispielsweise bei montiertem Elektromotor 20 ein Kennzeichen erforderlich, so kann bei einer Demontage des Elektromotors 20 auch eine Entnahme des Kennzeichens vorteilhaft sein. Hierzu ist eine entsprechende Entnahmemöglichkeit für das Kennzeichen vorgesehen. Dabei kann das Kennzeichen beispielsweise zugeklappt oder demontiert werden, so dass dann kein Elektrofahrzeug, sondern ein ausschließlich durch Pedalieren antreibbares Fahrrad vorliegt. Zur weiteren Optimierung kann auch sinnvollerweise ein Wechsel der Räder erfolgen, so dass beispielsweise bei einer Demontage des Elektromotors 20 auf eine Rennradbereifung mit gewichtsoptimierten Felgen gewechselt werden kann. Eine Demontierbarkeit einer Beleuchtung ist insofern vorteilhaft, als dadurch eine weitere Reduzierung des Gewichts des Elektrofahrzeugs realisierbar ist.
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Werden Elektrofahrräder mit einem jeweiligen Steuergerät ausgerüstet, so ist nicht nur der Tausch des Elektromotors 20 zwischen den Elektrofahrrädern untereinander möglich. In das Steuergerät kann auch eine maximale Höchstgeschwindigkeit der Unterstützung durch den Elektromotor 20 gespeichert sein, wobei die Geschwindigkeitsermittlung über einen Drehzahlsensor in einem Rad, beispielsweise im Hinterrad, erfolgen kann. Wird der Elektromotor 20 an einem Pedelec verbaut, so endet die Trittkraftunterstützung durch den Elektromotor bei beispielsweise 25 km/h. Bei einem Speed-Pedelec erfolgt die Trittkraftunterstützung bis 45 km/h. Zur Ermittlung der Trittkraftunterstützung kann wenigstens ein Drehmomentsensor vorgesehen werden.
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Bei einem E-Bike kann ein rein elektrischer Antrieb erfolgen, so dass ein solcher Drehmomentsensor deaktiviert werden kann. Eine Einstellung der das Pedalieren unterstützenden Kraft bzw. des Drehmoments kann über einen Gasdrehgriff erfolgen.
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Vorteilhafterweise wird je nach Einsatzzweck lediglich die Drehzahl des Elektromotors 20 durch das entsprechende Steuergerät variiert, so dass mittels des Steuergeräts sowohl ein Pedelec als auch ein Speed-Pedelec als auch ein E-Bike angetrieben werden kann. Der Elektromotor 20 wird vorzugsweise nahe in einem Tretlagerbereich montiert, um das Zugmittel 50 zwischen dem Elektromotor 20 und der Tretkurbelwelle 54 kurz zu halten.
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Um das Zugmittel 50 unter Spannung zu halten, kann vorgesehen werden, dass die Lage des Elektromotors 20 relativ zur Tretkurbelwelle 54 nach dem Auflegen des Zugmittels 50 hinsichtlich des jeweiligen Achsabstands verändert wird. Alternativ kann eine Spanneinrichtung vorgesehen sein, welche das Zugmittel 50 spannt. Vorzugsweise wird der Elektromotor 20 zunächst an der Rastschiene 26 aufgesetzt, und das Zugmittel 50 wird über das Pedal 104 und die Tretkurbel 56 aufgefädelt. Anschließend wird das Zugmittel 50 über das Tretkurbelritzel 52 und das Motorritzel 48 gelegt, und der Elektromotor 20 wird anschließend mittels eines einstellbaren Schnellspanners auf der Rastschiene 26 in eine reproduzierbare Idealposition nach oben geschoben. Zur Darstellung einer einfachen Lösung wird der Elektromotor 20 von Hand in eine einstellbare Endposition auf der Rastschiene 26 mit idealer Spannung des Zugmittels 50 verschoben und dort mittels entsprechender Vorrichtung verrastet und mittels einer geeigneten Vorrichtung wie beispielsweise eines Schlosses gegen Diebstahl gesichert. Vorzugsweise ist wenigstens ein Trittfrequenzsensor vorgesehen, welcher die Umdrehungszahlen der Tretkurbelwelle 54 ermittelt. Dadurch kann eine Synchronisation des Elektromotors 20 mit dem Pedalieren durch den Fahrer des Elektrofahrrads realisiert werden.
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6 zeigt ein Elektrofahrrad 116 mit Tiefeneinstieg ohne Oberrohr. Wie aus 6 erkennbar ist, ist der Elektromotor 20 in Vorwärtsfahrtrichtung hinter dem Sitzrohr 19 an diesem angeordnet. Dies kann gegebenenfalls zu einer Verlängerung des Radstands führen. Zwischen einer Sitzstrebe 118 und dem Sitzrohr 19 des Rahmens 10 ist ein Hilfsrahmen 120 vorgesehen, welcher einen stabilen und verbindungssteifen Sitz des Elektromotors 20 gewährleistet. Die Befestigung des Elektromotors 20 erfolgt dabei analog zum bisher anhand von 1 bis 5 Geschilderten zur Gewährleistung einer vorteilhaften Spannung des Zugmittels 50. Als Zugmittel 50 wird ein Zahnriemen verwendet, welcher die Antriebskraft vom Elektromotor 20 auf die Tretkurbelwelle 54 überträgt.
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Die elektrische Speichereinrichtungen 70 zum Versorgen des Elektromotors 20 mit elektrischer Energie sind vorliegend in einem Gepäckträger 122 integriert oder können idealerweise formbündig am Unterrohr 34 befestigt sein. Wie aus 1 bis 6 erkennbar ist, ist der Elektromotor 20 unabhängig von der Hohlwelle (Tretkurbelwelle 54) und der Welle reversibel lösbar an dem Rahmen 10 montierbar und von diesem demontierbar. Das Motorengehäuse 28 des Elektromotors 20 ist dabei separat von einem Gehäuseelement, beispielsweise einem Rahmenteil des Rahmens 10, in welchem die Hohlwelle und die Welle zumindest teilweise aufgenommen sind, ausgebildet.
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Dies bedeutet, dass zum Montieren und Demontieren nicht das Gehäuseelement, in dem die Hohlwelle und die Welle aufgenommen sind, demontiert oder geöffnet werden muss. Entsprechend dazu weist auch die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 ein vom Motorengehäuse 28 und vom Gehäuseelement der Hohlwelle und der Welle separates Gehäuse auf, so dass auch die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 unabhängig vom Elektromotor 20 und unabhängig von der Hohlwelle und der Welle am Rahmen 10 montierbar und von diesem demontierbar ist. Dadurch können der Elektromotor 20 und die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 für unterschiedliche Grundfahrräder mit unterschiedlichen Rahmenformen wie Rennräder, Mountainbikes, Tiefeinsteiger, Tourenräder etc. verwendet werden.
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7 veranschaulicht eine Möglichkeit, die als Montageschiene wirkende Halteschiene 72 beim Gepäckträger 122 zu nutzen, um die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 am Elektrofahrrad 116 zu montieren. Hierbei ist die Halteschiene 72 hochkant auf einer Seite einer Gepäckträgeraufnahme 124 des Gepäckträgers 122 angeordnet. An einem Ende der Halteschiene 72 ist eine Aufnahme 126 vorgesehen, in die die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 eingeschoben werden kann und in der die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 fixiert werden kann. In der Mitte sind als Gleitrollen ausgebildete Rollen 128 vorgesehen, mittels welchen die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 beim Einführen geführt werden kann. Vorzugsweise sind die Rollen 128 gummiert. Auf einer der Halteschiene 72 gegenüberliegenden Seite ist eine seitliche Arretierungsschiene 130 vorgesehen. Ferner ist eine obere Gegenschiene 132 vorgesehen, welche zur Fixierung der elektrischen Energiespeichereinrichtung 70 gegen die Rollen 128 dient. Die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 kann so sicher und gegen Erschütterungen geschützt am Gepäckträger 122 fixiert werden.
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Dadurch, dass sowohl der Elektromotor 20 als auch die elektrische Energiespeichereinrichtung 70 besonders einfach demontiert werden können, kann das Elektrofahrrad 116 hinsichtlich seines Gewichts besonders einfach und schnell reduziert werden. Dies kommt auch der einfachen Montage und Demontage des Elektrofahrrads 116 auf einem Dachträger oder Heckträger eines Kraftfahrzeugs zugute. Im urbanen Umfeld wird beispielsweise das Tragen des gewichtsreduzierten Fahrrads über Treppen zum Abstellen des Rades im Keller oder der Wohnung ebenfalls erleichtert wird. Ein weiterer Aspekt ist, dass durch die separate Anordnung des Elektromotors 20 die Tretkurbelwelle 54 auch zur Lagerung der gefederten und/oder gedämpften Schwinge 14 genutzt werden kann. Somit ergibt sich beispielsweise bei einem vollgefederten Fahrrad, bei welchem sowohl das Hinterrad als auch das Vorderrad gefedert bzw. gedämpft am Hauptrahmen 12 abgestützt ist, auch die Möglichkeit, einen Zahnriemen zur Übertragung der Antriebskraft von der Tretkurbelwelle 54 zum Hinterrad zu verwenden, da der Abstand der Tretkurbelwelle 54 zu einer Hinterradnabe auch beim Ein-/Ausfedern der Hinterradfederung zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
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Dies ist insofern vorteilhaft, als eine Spannvorrichtung mit einem Zahnriemen nicht oder nur sehr aufwändig darstellbar ist. Der Vorteil des Zahnriemens liegt bei einer hohen Verschleißfestigkeit gegenüber Kettenantrieben, da über die Kette bzw. den Zahnriemen zusätzlich zur Muskelkraft auch die Motorkraft des Elektromotors 20 an das Hinterrad übertragen wird.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Rahmens 10 mit dem Hauptrahmen 12 und der Schwinge 14. 8 veranschaulicht eine Lagerung 133 der Schwinge 14 am Hauptrahmen 12. Die Lagerung 133 ist dabei in nächster Nähe zu einer Lagerung 134 der Tretkurbelwelle 54 angeordnet. Die Differenz der Abstände beim Einfedern der Schwinge 14 zwischen der Lagerung 133 und der Hinterradnabe zur Differenz der Tretkurbelwelle 54 und der Hinterradnabe hält sich in engen Grenzen, so dass die Spannung des Zahnriemens beim Einfedern nur minimal nachlässt. Bei herkömmlichen Elektrofahrrädern mit Tretlagermotoren ist diese Spannungsdifferenz des Zahnriemens wesentlich größer, da durch die Motorabmessungen die Lagerung 133 der Schwinge 14 nicht in unmittelbarer Nähe der Tretkurbelwelle 54 erfolgen kann. Im Hinterrad kann dann beispielsweise eine stufenlose NuVinci-Schaltung oder eine sonstige Gangschaltung für einen Übersetzungswechsel zum Einsatz kommen.
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Alternativ ist auch die Entwicklung einer gewichtoptimierten Leichtbau-Ausführung des Elektromotors 20 und der elektrischen Energiespeichereinrichtung 70 mit leicht reduziertem Leistungsvermögen möglich, welche ebenfalls in eine jeweilige, standardisierte Rahmenaufnahme in Form der Rastschiene 26 bzw. der Halteschiene 72 passt. In Verbindung mit einer reduzierten Speicherkapazität der elektrischen Energiespeichereinrichtung 70, beispielsweise in Form eines Trinkflaschenhalters mit integriertem Energiespeicher, kann somit das Gewicht des Fahrrads besonders gering gehalten werden. Dies führt zu einer sehr vorteilhaften Fahrdynamik. Durch Demontage des Elektromotors 20 wird das Elektrofahrrad zu einem reinen Fahrrad ohne Antriebseinheit. Durch Montage des Elektromotors 20 kann das normale Fahrrad zu einem Elektrofahrrad beispielsweise in Form eines Pedelecs oder in Form eines E-Bikes umgerüstet werden.
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Durch die von der Tretkurbelwelle 54 und der Hohlwelle unabhängige Montierbarkeit und Demontierbarkeit des Elektromotors 20 kann die Lagerung 133 somit direkt oder in unmittelbarer Nähe zur Lagerung 134 der Tretkurbelwelle 54 erfolgen. In der Konsequenz sind die jeweilige Kreisbahnen, einerseits der Lagerung 133 der Schwinge 14 am Hauptrahmen 12 und andererseits die Kreisbahn der Tretkurbelwelle 54 zur Hinterradnabe, welche beim Ein- und Ausfedern an der Schwinge 14 beschrieben werden, deckungsgleich oder zumindest nahezu deckungsgleich.
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Dies führt zu keinen oder nur zu geringen Spannungsunterschieden beim Ein- und Ausfedern der Schwinge 14, was für die Spannung eines Zugmittels, insbesondere des Zahnriemens, durch welchen das Hinterrad angetrieben wird, vorteilhaft ist. Kleine Unterschiede lassen sich mit nur geringem Aufwand, beispielsweise durch eine federbelastete Spannrolle, welche leicht auf den Zahnriemen drückt, kompensieren oder können vernachlässigt werden.
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Gleichzeitig weist die Antriebsvorrichtung 22 einen nur sehr geringen, axialen, d. h. in Querrichtung des Elektrofahrrads 116 verlaufenden Bauraumbedarf auf, so dass die Antriebsvorrichtung 22 mit den Pedalen 104, 106 zumindest im Wesentlichen symmetrisch und mittig zum Sitzrohr 19 und somit zum Fahrer angeordnet werden kann. Der Fahrer kann die Pedale 104, 106 und über diese die Tretkurbeln 56, 58 somit besonders ergonomisch betätigen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Rahmen
- 12
- Hauptrahmen
- 14
- Schwinge
- 16
- Umlenkelement
- 18
- Dämpfer
- 19
- Sitzrohr
- 20
- Elektromotor
- 22
- Antriebsvorrichtung
- 24
- Schnellverschlusseinrichtung
- 26
- Rastschiene
- 28
- Motorengehäuse
- 30
- Einsetzposition
- 32
- Einrastposition
- 34
- Unterrohr
- 36
- Hilfsrahmen
- 38
- Zwischenraum
- 40
- Oberrohr
- 42
- Steuerrohr
- 44
- Rastnase
- 46
- Aussparung
- 48
- Motorritzel
- 50
- Zugmittel
- 52
- Tretkurbelritzel
- 54
- Tretkurbelwelle/Hohlwelle
- 56
- Tretkurbel
- 58
- Tretkurbel
- 60
- Tretkurbelanordnung
- 62
- Abdeckung
- 64
- Abdeckungsteil
- 66
- Abdeckungsteil
- 68
- Richtungspfeil
- 70
- Energiespeichereinrichtung
- 72
- Halteschiene
- 74
- Akkuersatzeinsatz
- 76
- Flaschenhalter
- 78
- Getränkeflasche
- 80
- elektrische Speichereinheit
- 82
- Rastnase
- 84
- Aufnahmebehälter
- 86
- Behälterelement
- 88
- Klappe
- 90
- elektrische Speichereinheit
- 92
- Freilaufeinrichtung
- 94
- Freilauf
- 96
- Freilauf
- 98
- Zahnkranz
- 100
- erste Seite
- 102
- zweite Seite
- 104
- Pedal
- 106
- Pedal
- 108
- Handschalter
- 110
- Druckknopf
- 112
- Leitung
- 114
- Stecker
- 116
- Elektrofahrrad
- 118
- Sitzstrebe
- 120
- Hilfsrahmen
- 122
- Gepäckträger
- 124
- Gepäckträgeraufnahme
- 126
- Aufnahme
- 128
- Rolle
- 130
- Arretierungsschiene
- 132
- Gegenschiene
- 133
- Lagerung
- 134
- Lagerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010009649 A1 [0003]
- DE 102010021767 A1 [0047]
