DE102013007994B4 - Drive device for a bicycle with electric drive - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem Tretkurbelantrieb und einem Elektroantrieb (7), wobei beide Antriebe in Kombination oder einzeln auf das Hinterrad (5) eine Antriebskraft übertragen. Zur Übertragung von Antriebskräften auf das Hinterrad (5) ist jedem der beiden Antriebe eine eigene Kraftübertragungseinrichtung zugeordnet ist, die an jeweils einem mit dem Hinterrad (5) verbundenen Antriebselement angreift.The invention relates to a drive device for a bicycle with a pedal crank drive and an electric drive (7), both drives transmitting a drive force in combination or individually to the rear wheel (5). In order to transmit drive forces to the rear wheel (5), each of the two drives is assigned its own force transmission device which acts on a drive element connected to the rear wheel (5).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem Tretkurbelantrieb und einem Elektroantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a drive device for a bicycle with a pedal crank drive and an electric drive according to the preamble of
Bei den bekannten Fahrrädern mit zusätzlichem Elektroantrieb, die auch als Pedelec bezeichnet werden, werden unterschiedliche Antriebssysteme verwendet. Bekannt sind Elektrofahrräder mit Radnabenmotor, bei denen der Elektromotor in der Vorderradnabe oder in der Hinterradnabe angeordnet sein kann. Weiterhin sind Elektrofahrräder bekannt, bei denen der Elektromotor auf den Tretkurbelantrieb wirkt, wobei sich der Elektromotor im Bereich der Tretkurbel befindet.In the known bicycles with an additional electric drive, which are also referred to as pedelecs, different drive systems are used. Electric bicycles with a wheel hub motor are known, in which the electric motor can be arranged in the front wheel hub or in the rear wheel hub. Furthermore, electric bicycles are known in which the electric motor acts on the pedal crank drive, the electric motor being located in the area of the pedal crank.
Ein Elektroantrieb im Bereich der Tretkurbel hat den Vorteil gegenüber Radnabenmotoren, dass die Laufräder eine viel geringere Masse haben, als Laufräder mit Radnabenmotor. Dagegen besteht bei den bekannten Elektrofahrrädern mit Elektroantrieb am Tretkurbelantrieb der Nachteil, dass die vom jeweiligen Fahrer ausgeübte Pedalkraft und die Antriebskraft des Elektromotors über eine Kette auf ein Antriebsritzel am Hinterrad übertragen werden. Die Antriebskette wird dadurch hohen Zugbelastungen ausgesetzt, wodurch sehr schnell eine unerwünschte Dehnung der Antriebskette auftritt. Eine gedehnte Antriebskette hat nämlich den Nachteil, dass diese auf die Zähne des jeweiligen Antriebritzels besonders hohe Belastungen ausübt.An electric drive in the area of the crank has the advantage over wheel hub motors that the wheels have a much lower mass than wheels with a wheel hub motor. In contrast, the known electric bicycles with an electric drive on the crank drive have the disadvantage that the pedal force exerted by the respective driver and the driving force of the electric motor are transmitted via a chain to a drive pinion on the rear wheel. As a result, the drive chain is exposed to high tensile loads, which very quickly results in undesirable stretching of the drive chain. A stretched drive chain has the disadvantage that it exerts particularly high loads on the teeth of the respective drive pinion.
Aus der US 2009 / 0 266 636 A1 ist ein Fahrrad mit einem Tretkurbelantrieb und einem Elektroantrieb bekannt, bei dem beide Antriebe über separate Kraftübertragungseinrichtungen beidseitig am Hinterrad des Fahrrads angreifen. Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem Tretkurbelantrieb und einem Elektroantrieb anzugeben, bei dem die vom Elektroantrieb ausgeübte Antriebskraft mittels möglichst geringem zusätzlichen Aufwand nicht über die Antriebskette des Tretkurbelantriebs auf das Hinterrad übertragen wird.The invention is based on the object of specifying a drive device for a bicycle with a pedal crank drive and an electric drive, in which the drive force exerted by the electric drive is not transmitted to the rear wheel via the drive chain of the pedal crank drive with the least possible additional effort.
Die Lösung dieser Aufgabe erhält man mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ist vorgesehen, dass zur Übertragung von Antriebskräften auf das Hinterrad jedem der beiden Antriebe eine eigene Kraftübertragungseinrichtung zugeordnet ist, die an jeweils einem mit dem Hinterrad verbundenen Antriebselement angreift. Jeder Antrieb besitzt somit am Hinterrad ein eigenes ihm zugeordnetes Antriebselement, so dass die von den beiden Antrieben übertragenen Kräfte keine Überbelastung eines einzelnen Antriebselements hervorrufen. Dabei ist es sehr vorteilhaft, dass das Antriebsrad, auf welches der Elektromotor des Elektroantiebs wirkt, koaxial zum Tretlager des Tretkurbelantriebs auf der dem Kettenblatt gegenüberliegenden Seite am Fahrrad angeordnet ist. Das Antriebsrad kann hierfür mittels eines Kugellagers, Nadellagers oder einer anderen Lageranordnung auf einem aus dem Tretlagergehäuse ragenden Teil der Tretlageranordnung gelagert sein. Dabei kann es sich um die Tretlagerverschraubung handeln, auf der das Antriebsrad drehbar gelagert ist. Damt ergibt sich ein sehr geringer zusätzlicher Aufwand an Teilen. Der erfindungsgemäße Elektroantrieb kann somit insgesamt sehr leichtgewichtig ausgeführt werden.The solution to this problem is obtained with the features specified in
Die beiden Antriebselemente sind vorteilhaft beidseitig am Hinterrad angeordnet. Dadurch ergibt sich eine gleichmäßig verteilte Einleitung der Antriebskräfte im Bereich der Hinterradnabe.The two drive elements are advantageously arranged on both sides of the rear wheel. This results in an evenly distributed introduction of the drive forces in the area of the rear wheel hub.
Das Antriebselement für den Elektroantrieb ist im Bereich des Hinterrads in besonders vorteilhafter Weise an einer am Hinterrad befindlichen Bremsscheibe montiert. Diese Anordnung ist deshalb besonders vorteilhaft, weil die Bremsscheibe an einem Hinterrad ohnehin so mit der Hinterradnabe verbunden ist, dass verhältnismäßig große Bremskräfte problemlos auf die Hinterradnabe übertragen werden können. Durch die Nutzung dieser stabilen Verbindung zwischen Bremsscheibe und Hinterradnabe wird ohne großen zusätzlichen Montageaufwand eine stabile Kopplung für den Elektroantrieb am Hinterrad erreicht.The drive element for the electric drive is mounted in the area of the rear wheel in a particularly advantageous manner on a brake disc located on the rear wheel. This arrangement is particularly advantageous because the brake disk on a rear wheel is connected to the rear wheel hub in such a way that relatively large braking forces can be transmitted to the rear wheel hub without any problems. By using this stable connection between the brake disc and the rear wheel hub, a stable coupling for the electric drive on the rear wheel is achieved without major additional assembly work.
Der Tretkurbelantrieb ist vorzugsweise, wie bei herkömmliche Tretkurbel-Kettenantrieben üblich, mit einem Antriebsritzel der Freilaufnabe gekoppelt, wobei grundsätzlich mehrere auf einer so genannten Kassette angebrachte Antriebsritzel vorgesehen sein können, die Teil einer Kettenschaltung sind.The pedal crank drive is preferably, as is usual with conventional pedal crank chain drives, coupled to a drive pinion of the freewheel hub, it being possible in principle to provide several drive pinions attached to a so-called cassette that are part of a chain circuit.
Der Tretkurbelantrieb kann auch mehr als ein Kettenblatt im Bereich der Tretkurbel umfassen, wie dies bei Fahrrädern mit Kettenschaltung üblich ist.The pedal crank drive can also comprise more than one chainring in the area of the pedal crank, as is customary in bicycles with derailleur gears.
Der Elektroantrieb kann vorteilhaft über einen Zahnriemen oder über ein anderes Transmissionselement ein Antriebsrad antreiben, welches über eine Kette oder ein anderes Transmissionselement mit dem Hinterrad gekoppelt ist. Dadurch lässt sich der Elektroantrieb beispielsweise oberhalb des Tretlagers im Rahmen des Fahrrads an einer geeigneten Stelle anbringen. Je nach Rahmengeometrie lässt sich der Elektroantrieb weitgehend unabhängig von der Position des Tretlagers am Fahrradrahmen anbringen.The electric drive can advantageously drive a drive wheel via a toothed belt or another transmission element, which is coupled to the rear wheel via a chain or another transmission element. This allows the electric drive to be attached to a suitable location above the bottom bracket in the frame of the bicycle. Depending on the frame geometry, the electric drive can be attached to the bike frame largely independently of the position of the bottom bracket.
Durch die Anordnung des Antriebsmotors für den Elektroantrieb oberhalb des Tretlagergehäuses zwischen Sattelrohr und dem zum Steuerrohr aufsteigenden Unterrohr des Fahrradrahmens, ist es möglich, den Elektroantrieb in der vorgeschlagenen Weise auch bei völlig unterschiedlichen Rahmengeometrien problemlos am Fahrradrahmen anbringen zu können.By arranging the drive motor for the electric drive above the bottom bracket housing between the seat tube and the down tube of the bicycle frame rising towards the head tube, it is possible to easily attach the electric drive to the bicycle frame in the proposed manner even with completely different frame geometries.
Durch die Trennung von Tretkurbelantrieb und Elektroantrieb ergibt sich die Möglichkeit, dass im Schubbetrieb durch Rekuperation eine Energieeinspeisung in die verwendeten Energiespeicher erfolgen kann. Das koaxial zum Tretlager angeordnete Antriebsrad ist nämlich frei drehbar gelagert, unabhängig davon ob der Tretkurbelantrieb gerade benutzt wird, oder nicht.By separating the crank drive and the electric drive, there is the possibility that energy can be fed into the energy storage device used by recuperation in overrun mode. The drive wheel, which is arranged coaxially to the bottom bracket, is freely rotatable, regardless of whether the pedal crank drive is being used or not.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der als Elektromotor ausgebildete Elektroantrieb mit einer Antriebsuntersetzung, die beispielsweise 5:1 betragen kann, das Hinterrad antreibt. Der Elektromotor kann dann im Antriebsmodus und auch im Rekuperationsmodus mit höheren Drehzahlen betrieben werden, wodurch sich ein besserer Wirkungsgrad ergibt.It is particularly advantageous if the electric drive, designed as an electric motor, drives the rear wheel with a drive reduction which can be, for example, 5: 1. The electric motor can then be operated in drive mode and also in recuperation mode at higher speeds, which results in better efficiency.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.
Es zeigen:
-
1 eine schematisiert dargestellte Teilansicht eines Fahrrads mit Elektroantrieb und Tretkurbelantrieb, -
2 ein Tretlager mit rechtsseitigem Kettenblatt für den Tretkurbelantrieb und linksseitigem Antriebsrad für den Elektroantrieb, -
3 eine Schnittansicht im Bereich des Antriebsrads von2 .
-
1 a schematic partial view of a bicycle with an electric drive and a pedal crank drive, -
2 a bottom bracket with a right-hand chainring for the crank drive and a left-hand drive wheel for the electric drive, -
3 a sectional view in the area of the drive wheel of2 .
In
Zwischen dem Sattelrohr
Von dem Tretkurbelantrieb sind in
Die Kombination von Antriebsrad
The combination of
Das Antriebsrad
Wesentlich ist, dass die im Tretlager
Die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsmerkmale zeigen im Wesentlichen eine Ausführungsvariante. Anstelle der dargestellten Kettenantriebe können auch Riemenantriebe oder andere Antriebe Verwendung finden, was ebenso für den Zahnriemen
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