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Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrrad mit einem elektrischen Fahrradantrieb, bei dem der elektrische Fahrradantrieb einen Elektromotor und ein Getriebe, die in einem Gehäuse angeordnet sind, aufweist.
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Solche als Elektrofahrräder bekannte Fahrräder unterstützen den Fahrer vom Fahren und sind Stand der Technik. Das Gehäuse des elektrischen Fahrradantriebs nimmt den Elektromotor, das Getriebe und sämtliche Wellen auf. Das Gehäuse muss zudem eine ausreichende Steifigkeit besitzen, um auch unter rauen Fahrbedingungen eine zuverlässige Anordnung des Fahrradantriebs zu gewährleisten und die Einbauten gegen Spritzwasser schützen. Hierzu ist es bekannt das Gehäuse als Aluminium-Druckgussgehäuse auszubilden. Dieses Gehäuse besteht aus einem massiven topfförmigen Teil, welcher Aufnahmen für den Elektromotor, das Getriebe und die Wellen enthält. Das topfförmige Teil wird von einem Deckel, ebenfalls aus Aluminium-Druckguss verschlossen. Bei derartigen Gehäusen wird die Festigkeit und Steifigkeit vom Boden und die sich daran anschließende Mantelfläche des topfförmigen Teils erzielt. Trotz der Verwendung von Aluminium für das Gehäuse besitzt der Fahrradantrieb infolge der Anforderungen an das Gehäuse, insbesondere hinsichtlich der Steifigkeit, eine gewisse Masse und somit ein nicht unerhebliches Gewicht. Dies wirkt sich nachteilig beim Bewegen des Fahrrades im Gelände oder beim Verladen nachteilig aus. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass das Gewicht die Reichweite des elektrischen Fahrradantriebs beeinflusst.
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Die Druckschrift
US 6 152 249 A offenbart einen elektrischen Fahrradantrieb.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Fahrrad mit einem elektrischen Fahrradantrieb zu schaffen, der bei gleicher Funktionalität ein geringeres Gewicht aufweist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch einen Gegenstand mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Mit dem Vorsehen eines Trägers erfolgt eine Abkehr von der Bauweise mit einem massiven Gehäuse. Die in dem Gehäuse anzuordnenden Einbauten werden nunmehr von dem Träger aufgenommen, gelagert und gehalten. Zur Bildung des Gehäuses, ist der Träger von einem umlaufenden Rand umgeben, wobei mindestens zwei Aufnahmen, die den Träger mit dem Rand verbinden, einen innigen Verbund von Träger und Rand gewährleisten. Über vorzugsweise zwei auf dem umlaufenden Rand aufgesetzte Deckel wird ein dichtes Gehäuse gebildet, in dessen Inneren der Träger und die Einbauten vor Umwelteinflüssen, wie Spritzwasser, geschützt angeordnet ist. Aufgrund der die Einbauten tragenden Trägerstruktur werden die während des Betriebs auftretenden Kräfte und Momente vom Träger und nicht von dem eigentlichen Gehäuse, welches aus dem umlaufenden Rand und dem mindestens einen Deckel besteht, aufgenommen. Da die Einbauten nicht mehr von dem umlaufenden Rand und den Deckeln bildendem Gehäuse gehalten werden müssen, kann das Gehäuse wesentlich einfacher und dünnwandiger ausgebildet werden. Aufgrund der einfacheren Struktur und der geringeren Wandstärke des Gehäuses wird eine erhebliche Gewichtseinsparung erzielt, die ein verbessertes Handling und eine vergrößerte Reichweite des Fahrrads ermöglicht.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung besitzt der Träger Halterungen, in denen die Einbauten, wie Elektromotor und Getriebezahnräder angeordnet sind. Die Einbauten können mittels Presspassung in den Halterungen angeordnet sein. Einen besonders sicheren Halt in den Halterungen erfahren die Einbauten, wenn sie mittels Schraubverbindungen oder Steck- und Rastverbindungen in den Halterungen gesichert sind. Ein Lösen der der Einbauten aus den Halterungen infolge von Stößen oder Beschleunigungen beim Fahren wird so zuverlässig verhindert.
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Eine stabile und sichere Bauform des Trägers mit geringem Gewicht wird erreicht, wenn benachbarte Halterungen einteilig miteinander verbunden sind. Bei dieser Ausgestaltung führt das gegenseitige Abstützen einander angrenzender Halterungen zu einer Erhöhung der Festigkeit und mechanischen Steife. Bei mit Abstand zueinander angeordneten Halterungen wird die notwendige Festigkeit und mechanische Steife dadurch erreicht, dass diese Halterungen über mindestens einen Steg miteinander verbunden sind. Die Stege ihrerseits können zur Erhöhung der Festigkeit verschiedene Querschnitte, wie L-, T- oder Doppel-T-Form aufweisen.
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Aneinander angrenzende Halterungen können gemäß einer weiteren Ausgestaltung zur Erhöhung der Festigkeit an ihren Außenseiten mit mindestens einem Steg verbunden sein.
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Eine weitere Gewichtsreduzierung des Gehäuses wird erreicht, wenn der Träger aus einem Kunststoff besteht. Um eine ausreichende Festigkeit gegenüber Stoßbelastungen zu gewährleisten, ist der Träger vorteilhafterweise aus einem schlagzähen Kunststoff, wie Polyamid, Polyoxymethylen oder Polyphenylsulfid. Ein weiterer Vorteil eines aus Kunststoff bestehenden Trägers besteht darin, dass dieser mittels Spritzgießens bei hoher Gestaltungsfreiheit kostengünstig herstellbar ist. Bei höheren Belastungen des Gehäuses, wie dies beim Fahren in unwegsamem Gelände mit einem Trekkingrad oder Mountain-Bike der Fall ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Träger in Metall, vorzugsweise Aluminium, insbesondere Aluminium-Druckguss, auszuführen.
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Mit der Anordnung eines Trägers zur Aufnahme aller mechanischen Belastungen, sind die Anforderungen an das eigentliche Gehäuse stark gesunken. Das Gehäuse muss die Einbauten lediglich vor Umwelteinflüssen wie Spritzwasser, Schmutz und Feuchtigkeit schützen. Das erlaubt in einer weiteren Ausgestaltung die Verwendung von Kunststoff für den umlaufenden Rand und die Deckel, welche mit dem umlaufenden Rand das eigentliche Gehäuse bilden.
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In Abhängigkeit von den im Gehäuse anzuordnenden Einbautenn und der mechanischen Belastung kann gemäß einer anderen Ausgestaltung einer der beiden Deckel einteilig an dem umlaufenden Rand angeformt sein. Sowohl der umlaufende Rand als auch die Deckel sind vorzugsweise mittels Spritzgießens hergestellt, wodurch sich eine große Gestaltungsfreiheit für Rand und Deckel ergibt. Die ermöglicht insbesondere die spezielle Anpassung des Gehäuses an den Rahmen des Fahrrads.
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Eine zuverlässige und langzeitstabile Verbindung des Trägers wird gewährleistet, wenn der Träger zwei bis vier, vorzugsweise drei Aufnahmen zur Befestigung mit dem umlaufenden Rand besitzt.
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Die Befestigung des Trägers mit dem umlaufenden Rand wird dadurch erreicht, dass die Aufnahmen des Trägers in der Wandung des umlaufenden Rands angeordnet sind. Eine derartige Verbindung lässt sich in einfacher Weise beim Herstellen des umlaufenden Randes erzeugen, indem die Aufnahmen beim Spritzgießen des umlaufenden Randes umspritzt werden. Eine zusätzliche Montage von Träger und umlaufendem Rand entfällt.
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In anderen Ausgestaltungen sind Träger und umlaufender Rand miteinander verschraubt oder mittels Rast- und Steckverbindungen verbunden. Die anschließende Montage des Trägers mit dem umlaufenden Rand gestaltet sich sehr einfach. Darüber hinaus erlauben diese Ausgestaltungen die Montage der Einbauten in die Halterungen des Trägers mit anschließendem Test auf Funktionsfähigkeit, bevor das eigentliche Gehäuse, insbesondere der umlaufende Rand montiert wird.
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Bei der Befestigung des Gehäuses am Rahmen des Fahrrades wird eine mechanische Belastung des eigentlichen Gehäuses vermieden, wenn die Befestigung nicht über den umlaufenden Rand oder die Deckel sondern über den Träger erfolgt. Das hat den Vorteil, dass die mechanischen Belastungen über den Rahmen direkt in den Träger und damit in das mechanisch stabilste Bauteil geleitet werden. Das eigentliche Gehäuse ist so von der Kraftleitung entkoppelt. Da der Träger aufgrund seiner Funktion ohnehin eine aufwendigere Gestaltung besitzt, führt die Anordnung von Verbindungselementen mit dem Rahmen zu keiner wesentlichen Erhöhung des Aufwandes in der Herstellung.
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Eine einfache Ausgestaltung der Verbindungselemente wird erreicht, wenn diese einteilig an den Aufnahmen angeformt sind, mit denen der Träger mit dem umlaufenden Rand verbunden ist. Die Verbindungselemente durchdringen dabei den umlaufenden Rand, so dass sie sich außerhalb des umlaufenden Randes zur Anbindung an den Fahrradrahmen befinden. Für die Verbindung mit dem Rahmen können die Verbindungselemente je ein Anschraubauge besitzen.
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Die Verbindung der Aufnahmen mit dem umlaufenden Rand können in weiteren Ausgestaltungen Schweiß- oder Klebeverbindungen sein. Eine besonders einfache Montage wird mittels Rast- und Steckverbindungen erreicht, bei der am umlaufenden Rand Raststellen ausgebildet sind, in welche die Aufnahmen eingesteckt werden oder verrasten. Ebenso ist ein Verschrauben des Trägers mit dem umlaufenden Rand möglich. Diese Ausgestaltungen erlauben die Montage der Einbauten in den Träger mit anschließendem Test auf Funktionsfähigkeit, bevor das eigentliche Gehäuse, insbesondere der umlaufende Rand montiert wird.
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An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen in:
- 1 ein Gehäuse eines elektrischen Fahrradantriebs,
- 2 das Gehäuse ohne Deckel,
- 3 einen Träger und
- 4 das Gehäuse ohne Einbauten.
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1 zeigt das Gehäuse 1 eines elektrischen Fahrradantriebs eines Fahrrades, wobei der Rahmen des Fahrrades ansatzweise schematisch dargestellt ist. Das Gehäuse umfasst einen umlaufenden Rand 2, der von zwei Deckeln 3 bedeckt wird, wobei in der Figur nur der vordere Deckel 3 sichtbar ist. Die Deckel 3 sind mittels nicht weiter dargestellter Schraubverbindungen 4 mit dem umlaufenden Rand 2 verschraubt.
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In dem Gehäuse 1 nach 2 ist ein Träger 5 angeordnet, welcher die Einbauten aufnimmt. Die Einbauten sind ein Elektromotor 7, der über ein nicht sichtbares Ritzel auf der Motorwelle ein erstes Zahnrad 8 antreibt. Das Zahnrad 8 ist über eine Welle 9 mit einem zweiten Zahnrad 10 verbunden. Das Zahnrad 10 greift in ein drittes Zahnrad 11 ein. Das dritte Zahnrad 11 sitzt auf einer Kurbelwelle 12, welche die Deckel 3 des Gehäuses 1 zum Anschluss der Pedalkurbeln durchdringt. Der Elektromotor 7 und die Wellen 9, 12 der Zahnräder 8, 10, 11 sind in Halterungen 13 des Trägers 5 gelagert. Der Aufbau des Trägers 5 wird nachfolgend beschrieben.
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Der Träger 5 in 3 besteht aus den Halterungen 13, in denen die Einbauten 7 - 12 gelagert sind. Die Halterungen 13 sind im einfachsten Fall zylinderförmige Buchsen. Zueinander mit Abstand angeordnete Halterungen 13a, 13c; 13c, 13d sind über Stege 14 miteinander verbunden. In Abhängigkeit der auftretenden Belastungen weisen die Stege im Querschnitt ein T-, Doppel-T-, L- oder Kreuz-Profil auf. Langlöcher 15 in den Stegen 14 reduzieren das Gewicht, ohne die Steifigkeit wesentlich zu verringern. Die koaxial zueinander angeordneten Halterungen 13a, 13b für den Elektromotor 7 sind ebenfalls über Stege miteinander verbunden, wobei in der Halterung 13a das Gehäuse und die Halterung 13b die Welle des Elektromotors 7 gelagert ist. Zur weiteren Erhöhung der Steifigkeit sind auch die aneinander angrenzenden Halterungen 13a, 13d zusätzlich mit einem Steg 14 verstärkt.
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Zur Verbindung des Trägers 5 mit dem umlaufenden Rand 2 besitzt der Träger 5 Aufnahmen 16. Die Aufnahmen 16 bestehen aus einem Steg 16a und einem Endteil 16b. Die Endteile 16b werden bei der Herstellung des umlaufenden Randes 2 mittels Spritzgießen umspritzt, wodurch eine sichere Verbindung zwischen Träger 5 und umlaufenden Rand 2 erzeugt wird.
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Die Befestigung des Gehäuses 1 am Rahmen des Fahrrades erfolgt über Verbindungselemente 17, welche nur ansatzweise dargestellt sind. Zur einfacheren Gestaltung des Trägers 5 sind die Verbindungselemente 17 einteilig an Aufnahmen 16 angeformt, so dass sie das Gehäuse 1 durchdringen.
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Die Anordnung des Trägers 5 zum umlaufenden Rand 2 des Gehäuses 1 ist in 4 dargestellt. Die Endteile 16b der Aufnahmen 16 sind durch Umspritzen des umlaufenden Randes 2 mit diesem fest verbunden. Das Gehäuse 1 wird mit drei Verbindungsstellen 17 am Rahmen des Fahrrades befestigt. Hierzu sind drei Verbindungsstellen 17 einteilig an je einer Aufnahme 16 angeformt. Da diese Aufnahmen 16 größeren Belastungen als die Aufnahmen 16 ausgesetzt sind, die lediglich die Verbindung zum umlaufenden Rand 2 herstellen, sind diese Stege 16a größer ausgebildet.
