DE102013217885A1

DE102013217885A1 - Bremse für ein Fahrrad mit einem Hilfsantrieb

Info

Publication number: DE102013217885A1
Application number: DE201310217885
Authority: DE
Inventors: Klaus Rink; Wolfgang Jöckel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-03-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bremse (6) für ein Fahrrad (2) mit einem Hilfsantrieb (4) und einem auf einem Vorderrad (10) und einem Hinterrad (12) fahrbar getragenen Rahmen (8), wobei das Hinterrad (12) durch eine Tretkurbel (14) und den Hilfsantrieb (4) antreibbar ist, umfassend – eine Schleifbremseinrichtung (26) mit einem ortsfest zum Rahmen (8) angeordneten Reibelement (36), das eingerichtet ist, das Vorderrad (10) oder das Hinterrad (12) durch einen Bremseingriff an einem ortsfest am Vorderrad (10) oder Hinterrad (12) befestigten Schleifaufnahmeelement (34) abzubremsen, und – eine Wirbelstrombremseinrichtung (28) mit einem elektrisch leitendem Element (38) und einem Magneten (40), die basierend auf einem Abstand zueinander eingerichtet sind, eine Bewegung zwischen dem Vorderrad (10) oder dem Hinterrad (12) und dem Rahmen (8) mit einem Wirbelstrom abzubremsen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bremse für ein Fahrrad mit einem Hilfsantrieb und ein Fahrrad mit der Bremse.
Aus der DE 10 2008 031 438 A1 ist ein Fahrrad mit einem unterstützenden Hilfsantrieb bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Fahrrad mit dem unterstützenden Hilfsantrieb zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Bremse für ein Fahrrad mit einem Hilfsantrieb und einem auf einem Vorderrad und einem Hinterrad fahrbar getragenen Rahmen, wobei das Hinterrad durch eine Tretkurbel und den Hilfsantrieb antreibbar ist,

– eine Schleifbremseinrichtung mit einem ortsfest zum Rahmen angeordneten Reibelement, das eingerichtet ist, das Vorderrad oder das Hinterrad durch einen Bremseingriff an einem ortsfest am Vorderrad oder Hinterrad befestigten Schleifaufnahmeelement abzubremsen, und
– eine Wirbelstrombremseinrichtung mit einem elektrisch leitendem Element und einem Magneten, die basierend auf einem Abstand zueinander eingerichtet sind, eine Bewegung zwischen dem Vorderrad oder dem Hinterrad und dem Rahmen mit einem Wirbelstrom abzubremsen.

Der angegebenen Bremse liegt die Überlegung zugrunde, dass bei herkömmlichen Schleifbremsen, wie Scheibenbremsen oder Trommelbremsen in Fahrrädern mit Hilfsantrieben insbesondere beim Abbremsen aus hohen Geschwindigkeiten hohe Bremsmomente aufgebracht werden müssen, die nicht nur einen hohen Verschleiß der Reibelemente der Scheibenbremsen bedingen, sondern auch aus Sicherheitsgründen eine Ansteuerung mittels Hydraulik erfordern. Hier kann die Wirbelstrombremse insbesondere bei Fahrrädern mit Hilfsantrieben sinnvoll eingesetzt werden, weil diese Hilfsantriebe in der Regel als Elektromotoren ausgelegt sind und daher ohnehin eine elektrische Energieversorgung am Fahrrad bereitstellen. Die Ansteuerung von Wirbelstrombremsen kann über elektrische Kabel erfolgen, was technisch einfacher als eine Hydraulikansteuerung ist. Zudem sind Wirbelstrombremsen keinem Verschleiß ausgesetzt. Für das Abbremsen unterhalb der Geschwindigkeitsuntergrenze einer Wirbelstrombremse kann dann die normale Schleifbremse herangezogen werden, die jedoch aufgrund der geringen abzubremsenden Geschwindigkeiten weniger sicherheitskritisch ausgelegt werden muss.
In einer Weiterbildung der angegebenen Bremse umfasst das Schleifaufnahmeelement das elektrisch leitende Element oder ist an dieses angelegt. Das Schleifaufnahmeelement stellt im Rahmen der angegebenen Bremse ein zum Reibelement komplementäres Element am Vorderrad oder Hinterrad dar, an das das Reibelement für die Bremsung angreifen kann. Es kann daher die Trommel in einer Trommelbremse oder die Bremsscheibe beziehungsweise die Radfelge in einer Scheibenbremse sein. Wird das Schleifaufnahmeelemente im Rahmen der Weiterbildung elektrisch leitend, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl aufgebaut, kann es in seiner Funktion erweitert werden, wodurch die angegebene Bremse kompakt und technisch einfach aufgebaut werden kann.
Gleichermaßen kann das Reibelement den Magneten umfassen. Der Magnet könnte dabei direkt als Reibelement herangezogen oder aber auch mit einem Reibmaterial zumindest beschichtet werden, dass dann an das Schleifaufnahmeelement angesetzt werden kann. Auf diese Weise kann die angegebene Bremse weiter vereinfacht und kompakter aufgebaut werden.
In einer anderen Weiterbildung der angegebenen Bremse kann das Reibelement eingerichtet sein, das Vorderrad durch einen Bremseingriff an dem ortsfest am Vorderrad befestigten Schleifaufnahmeelement abzubremsen. Da das Reibelement nur noch zum Abbremsen geringer Geschwindigkeiten vorgesehen ist, reicht es, wenn es am Vorderrad angeordnet wird, wodurch auch die technisch aufwändigen Ansteuerungsmittel, wie Bowdenzüge oder gar Hydraulikleitungen nur noch zu Vorderrad geführt werden müssen
In einer noch anderen Weiterbildung der angegebenen Bremse ist der Magnet ein elektrischer Magnet. Zwar kann der Magnet auch als Permanentmagnet ausgelegt werden, die Verwendung eines elektrischen Magneten ist aber aufgrund seiner luftspaltunabhängigen Aktivierung zum elektrisch leitendem Element besonders vorteilhaft, beispielsweise in der Beeinflussbarkeit der Bremsleistung, weil der elektrische Magnet nicht erst an das elektrisch leitfähige Element herangeführt werden muss, sondern einfach nur eingeschaltet zu werden braucht.
In einer zusätzlichen Weiterbildung umfasst die angegebene Bremse einen elektrischen Generator zur elektrischen Energieversorgung des elektrischen Magneten. Durch diese Ausführung kann ein weiteres Bremselement eingeführt werden, dass das Fahrrad zusätzlich abbremst, weil der Generator dem Fahrrad zur elektrischen Energieerzeugung zwangsläufig kinetische Energie entziehen muss.
Dabei ist der elektrische Generator in einer besonderen Weiterbildung der angegebenen Bremse an einem anderen Rad angebracht als die Wirbelstrombremseinrichtung. Auf diese Weise können die Bremsmomente der einzelnen an der Wirbelstrombremsung beteiligten Komponenten, das heißt Generator und Wirbelstrombremseinrichtung gleichmäßig auf das Fahrrad verteilt werden.
In einer noch anderen Weiterbildung umfasst das angegebene Fahrrad eine Modulationseinrichtung zum Modulieren eines elektrischen Versorgungsstromes für den elektrischen Magneten. Durch die Modulation des elektrischen Versorgungsstromes können verschiedene Zusatzfunktionen für die Bremse in einfacher Weise umgesetzt werden. Dazu könnte die Modulationseinrichtung beispielsweise eingerichtet sein, den elektrischen Versorgungsstrom abhängig von einer Geschwindigkeit des Vorderrades und/oder des Hinterrades bei einer Fahrt bergab, wie beim sogenannten Hill Descent Control und/oder abhängig von einem Radschlupf zwischen dem Vorderrad und dem Hinterrad, wie beim an sich bekannten ABS modulieren.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Fahrrad einen Hilfsantrieb, einen auf einem Vorderrad und einem Hinterrad fahrbar getragenen Rahmen, wobei das Hinterrad durch eine Tretkurbel und den Hilfsantrieb antreibbar ist, und eine der angegebenen Bremsen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb,
2 eine schematische Darstellung einer Bremse für das in 1 dargestellte Fahrrad, und
3 eine schematische Darstellung eines weiteren Fahrrades mit einem unterstützenden Hilfsantrieb zeigen.
In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben.
Es wird auf die 1 und 2 Bezug genommen, die entsprechend ein Fahrrad 2 mit einem unterstützenden Hilfsantrieb 4 und eine Bremse 6 für das in 1 dargestellte Fahrrad zeigen.
Das Fahrrad 2 weist einen Rahmen 8 auf, der auf einer nicht weiter dargestellten Straße auf einem Vorderrad 10 und einem Hinterrad 12 getragen wird. In der vorliegenden Ausführung kann das Fahrrad 2 mittels einer an sich bekannten und daher nur angedeuteten Tretkurbel 14 angetrieben werden. Der Fahrer kann dabei auf einem am Rahmen 8 befestigten Sattel 16 sitzen. Ferner weist das Fahrrad 2 in der vorliegenden Ausführung den Hilfsantrieb 4 in Form eines aus einer Batterie 18 gespeisten Elektromotors 4 auf, der in der vorliegenden Ausführung die Tretkurbel 14 mit antreiben kann. Ein derartiges Fahrrad 2 ist unter dem Begriff Pedelec bekannt und soll daher nachstehend auch als Pedelec 2 bezeichnet werden. Für Details zu Pedelecs wie dem Pedelec 2 wird beispielsweise auf die Druckschrift DE 10 2008 031 438 A1 verwiesen.
Das Pedelec 2 wird kann in der vorliegenden Ausführung mittels der Bremse 6 während der Fahrt abgebremst und notfalls zum Stillstand gebracht werden. Dazu weist die Bremse 6 in der vorliegenden Ausführung ein Bremsensteuergerät 20 auf, das aus einem nicht weiter dargestellten Bremshebel an einem Lenker 22 des Pedelecs 2 über eine Bremsanforderungssignalleitung 24 ein Bremssignal empfängt. Das Bremssteuergerät 20 erfasst beispielsweise intern die Geschwindigkeit des Pedelecs 2 und steuert basierend darauf entweder eine zur Bremse 6 gehörende Schleifbremseinrichtung 26 eine zur Bremse 6 gehörende eine Wirbelstrombremseinrichtung 28 an. Oberhalb einer Geschwindigkeitsuntergrenze kann das Bremssteuergerät 20 mit Wirbelstrombremssignalen 30 die Wirbelstrombremse 28 ansteuern. Unterhalb der Geschwindigkeitsuntergrenze kann das Bremssteuergerät 20 mit einem Bowdenzug 32 die Schleifbremseinrichtung 26 ansteuern. Alternativ kann das Bremssteuergerät auch unabhängig von der Geschwindigkeitsuntergrenze stets beide Bremseinrichtungen 26, 28 ansteuern.
Die Schleifbremseinrichtung 26 ist in der vorliegenden Ausführung am Vorderrad 10 angeordnet und weist ein Schleifaufnahmeelement in Form einer Bremsscheibe 34 auf, das ortfest am Vorderrad 10 angeordnet ist. Ein ortsfest zum Rahmen 4 angeordnetes Reibelement 36 am Vorderrad 10 kann durch einen Bremseingriff an der Bremsscheibe 34 das Vorderrad 10 und damit das Pedelec 2 abbremsen. Der Bremseingriff wird in der vorliegenden Ausführung über den vom Bremssteuergerät 20 gesteuerten Bowdenzug 32 ausgelöst werden. Alternativ kann der Bowdenzug das Reibelement 36 aber auch direkt ansteuern und das Bremssteuergerät 20, beispielsweise aus Sicherheitsgründen überbrücken.
Die Wirbelstrombremseinrichtung 28 weist in der vorliegenden Ausführung je ein elektrisch leitfähiges Element 38 am Hinterrad 12 und am Vorderrad 10 auf, wobei das elektrisch leitfähige Element 38 eine Metallplatte 38 ist, die am Vorderrad 10 gleichzeitig die Bremsscheibe 34 realisiert. An diesen Metallplatten 38 ist in einem vorbestimmten axialen Abstand je ein Magnet 40 angelegt, die in der vorliegenden Ausführung als aus der Batterie 18 elektrisch versorgte elektrische Magnete 40 ausgeführt sind.
Die Wirbelstrombremssignale 30 stellen in der vorliegenden Ausführung gleichzeitig die elektrische Energieversorgung der elektrischen Magnete 40 bereit. Das heißt, dass das Bremssteuergerät 20 basierend auf einer angeforderten Bremsung des Pedelecs 2 die elektrische Energie aus der Batterie 18 zu den elektrischen Magneten 40 weiterleiten und außerhalb der Bremsung die elektrische Energie zu den elektischen Magneten 40 unterbrechen kann.
In einer besonderen Weiterbildung kann das Bremssteuergerät 20 die Wirbelstrombremssignale 30 und damit die elektrische Energieversorgung der elektrischen Magnete 40 modulieren. Beispielsweise kann das Bremssteuergerät 20 im Rahmen eines ABS einen Schlupf zwischen dem Vorderrad 10 und dem Hinterrad 12 erfassen und dann in an sich bekannter Weise die Wirbelstrombremseinrichtung 28 lösen, um ein Blockieren des Vorderrades 10 und/oder des Hinterrades 12 zu vermeiden. Auch wäre eine sogenannte Hill Descent Control-Steuerung möglich, im Rahmen derer das Bremssteuergerät 20 eine Geschwindigkeit des Pedelecs 2 bei einer Fahrt bergab erfasst und die Wirbelstrombremssignale 30 derart moduliert, dass das Pedelec 2 seine Geschwindigkeit bei einem bestimmten Wert hält.
Zur Realisierung der Schleifbremseinrichtung 26 und der Wirbelstrombremseinrichtung 28 am Vorderrad 10 ist die Bremsscheibe 34 vorliegend als von der Metallplatte 38 radial umgebend ausgeführt. Für die Metallplatte 38 kann dabei als Material sehr gut elektrisch leitendes Aluminium verwendet werden, während für die Bremsscheibe mechanisch hoch beanspruchbarer Stahl verwendet werden kann. Das Reibelement 36 kann dabei an der Bremsscheibe 34 radial vor dem elektrischen Magneten 40 angeordnet werden, der wiederrum an der Metallplatte 38 angeordnet werden kann.
Es wird auf 3 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines weiteren Pedelecs 2 zeigt, wobei der Hilfsantrieb 6 der jedoch in 3 der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet wurde.
In 3 ist am Hinterrad 12 des Pedelecs 2 statt der Metallplatte 38 und dem elektrischen Magneten 40 der Wirbelstrombremseinrichtung 28 ein Generator 42 angeordnet, der in der vorliegenden Ausführung zur Erzeugung einer elektrischen Energie 44 basierend auf der Bewegungsenergie des Hinterrades 12 vorgesehen ist. Dieser Generator 42 kann bei Bedarf durch das Bremssteuergerät 20 aktiviert werden und wirkt dann während des Bremsens in an sich bekannter Weise aufgrund der elektrischen Energieerzeugung gegen die Bewegung des Hinterrades 12 und bremst dieses so ab. Auf diese Weise kann die Bewegungsenergie des Pedelecs 2 beim Bremsen mit verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008031438 A1 [0002, 0021]

Claims

Bremse (6) für ein Fahrrad (2) mit einem Hilfsantrieb (4) und einem auf einem Vorderrad (10) und einem Hinterrad (12) fahrbar getragenen Rahmen (8), wobei das Hinterrad (12) durch eine Tretkurbel (14) und den Hilfsantrieb (4) antreibbar ist, umfassend – eine Schleifbremseinrichtung (26) mit einem ortsfest zum Rahmen (8) angeordneten Reibelement (36), das eingerichtet ist, das Vorderrad (10) oder das Hinterrad (12) durch einen Bremseingriff an einem ortsfest am Vorderrad (10) oder Hinterrad (12) befestigten Schleifaufnahmeelement (34) abzubremsen, und – eine Wirbelstrombremseinrichtung (28) mit einem elektrisch leitendem Element (38) und einem Magneten (40), die basierend auf einem Abstand zueinander eingerichtet sind, eine Bewegung zwischen dem Vorderrad (10) oder dem Hinterrad (12) und dem Rahmen (8) mit einem Wirbelstrom abzubremsen.
Bremse (6) nach Anspruch 1, wobei das Schleifaufnahmeelement (34) das elektrisch leitende Element (38) umfasst oder an dieses angelegt ist.
Bremse (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Reibelement (36) den Magneten (40) umfasst.
Bremse (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Reibelement (36) eingerichtet ist, das Vorderrad (10) durch einen Bremseingriff an dem ortsfest am Vorderrad (10) befestigten Schleifaufnahmeelement (34) abzubremsen.
Bremse (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Magnet (40) ein elektrischer Magnet (40) ist.
Bremse (6) nach Anspruch 5, umfassend einen elektrischen Generator (42) zur elektrischen Energieversorgung des elektrischen Magneten (40).
Bremse (6) nach Anspruch 6, wobei der elektrische Generator (42) an einem anderen Rad (10, 12) angebracht ist als die Wirbelstrombremseinrichtung (28).
Bremse (6) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, umfassend eine Modulationseinrichtung (20) zum Modulieren eines elektrischen Versorgungsstromes (30) für den elektrischen Magneten (40).
Bremse (6) nach Anspruch 8, wobei die Modulationseinrichtung (20) eingerichtet ist, den elektrischen Versorgungsstrom (30) abhängig von einer Geschwindigkeit des Vorderrades (10) und/oder des Hinterrades (12) bei einer Fahrt bergab und/oder abhängig von einem Radschlupf zwischen dem Vorderrad (10) und dem Hinterrad (12) zu modulieren.
Fahrrad umfassend einen Hilfsantrieb (4), einen auf einem Vorderrad (10) und einem Hinterrad (12) fahrbar getragenen Rahmen (8), wobei das Hinterrad (12) durch eine Tretkurbel (14) und den Hilfsantrieb (4) antreibbar ist, und eine Bremse (6) nach einem der vorstehenden Ansprüche.