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Die Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einer in einem Tretlagergehäuse angeordneten, elektrischen Antriebsvorrichtung und mit einem Steuergerät.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine Steuerungsvorrichtung zur Herstellung des Fahrrads.
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Es ist bekannt, ein Steuergerät entfernt von der zu steuernden Antriebsvorrichtung am Fahrradrahmen zu befestigen.
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Beispielsweise offenbart
DE 697 17 553 T2 ein Fahrrad mit einem Elektrohilfsmotor und mit einem Steuergerät, wobei das Steuergerät im unteren Bereich des Hauptrahmens befestigt ist.
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DE 20 2012 103 775 U1 offenbart ein Steuergerät für Elektrofahrräder, wobei das Steuergerät in einem luftpumpenartigen Gehäuse untergebracht ist.
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DE 20 2011 109 723 U1 offenbart ein Elektrofahrrad mit einem Steuergerät, das am Sitzrohr des Fahrradrahmens befestigt ist.
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Derartige Fahrräder haben den Nachteil, dass zumeist lange Zuleitungen erforderlich sind. Außerdem besteht durch die oftmals große Entfernung zur Antriebsvorrichtung eine besondere Störanfälligkeit.
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DE 10 2012 200 232A1 offenbart ein Elektrofahrrad mit einem Gehäuse, in dem sowohl eine Abtriebswelle, eine Antriebswelle und eine Tretwelle, als auch ein Steuergerät angeordnet sind. Eine solche Ausführung hat jedoch den Nachteil, dass für das Steuergerät wenig Bauraum zur Verfügung steht und das Steuergerät, insbesondere im Störungsfall, nur schwer zugänglich ist.
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US 2002/0 014 366 A1 offenbart eine Elektromotoranordnung umfassend ein Gehäuse und eine Spindel, die zum Drehen in dem Gehäuse angeordnet ist. Außerdem weist die Elektromotoranordnung einen Motor auf, der einen mit dem Gehäuse gekoppelten Stator und einen Rotor umfasst, wobei der Rotor um die Spindel herum angeordnet ist. Die Anordnung umfasst ferner einen Ausgangstreiber und ein Zahnradsystem, das betriebsmäßig mit dem Rotor und dem Ausgangstreiber gekoppelt ist, um den Ausgangstreiber bei einem Betrieb des Motors zu drehen.
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JP H09-188 286 A offenbart ein Elektro-Fahrrad, das einen bürstenlosen Gleichstrommotor aufweist. Der Gleichstrommotor weist einen Rotor mit 8 Polen und einen Anker mit 9 Polen auf. In jedem Pol wird die Wicklung durch ein konzentriertes Drahtwicklungsverfahren aufgebracht. Für den Betrieb wird eine geeignete Phase angeregt, um auf der Grundlage der Positionserfassung des Rotors einen Antrieb zu erzeugen. Der Anker ist in radialer Richtung um einen Winkel von 90 Grad eingekerbt, so dass sich ein erforderlicher Raum in der spezifischen radialen Richtung des Elektromotors ergibt. In dem Raum sind eine Kurbelwelle eines manuellen Antriebssystems und ein Gelenk angeordnet.
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DE 10 2011 079 094 A1 offenbart einen Fahrradrahmen, mit mindestens einem Rahmenabschnitt, der zur abnehmbaren Halterung eines separaten Energiespeichers, insbesondere eines Batteriepacks, ausgebildet ist. Der Fahrradrahmen weist Befestigungsmittel zur Fixierung des Energiespeichers und/oder Öffnungen zum Einsetzen des Energiespeichers auf. Außerdem weist der Fahrradrahmen ein Tretlagergehäuse, das zur alternativen Aufnahme eines Tretlagermotors oder eines mechanischen Tretlagers, insbesondere in Verbindung mit einem Adapterring, ausgebildet ist, auf.
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US 6 012 538 A offenbart eine Antriebseinheit für ein mit Elektrofahrrad, die einen Motor und eine Ausgangswelle aufweist, wobei die Ausgangswelle koaxial zu einer Kurbelwelle eines Pedals angeordnet ist. Außerdem weist die Antriebseinheit ein Planetenrollenuntersetzungsgetriebe mit einer Sonnenrollenwelle, die eine Ausgangswelle bildet, auf, sowie ein Planetenrollenreduzierstück und ein zweistufiges Untersetzungsgetriebe zur weiteren Reduzierung des Untersetzungsverhältnisses. Der Motor überträgt ein Drehmoment auf ein Antriebskettenrad, sobald das Drehmoment des Motors ein vorgegebenes Pedaldrehmoment übersteigt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrrad der eingangs genannten Art mit einem verbessert angeordneten Steuergerät anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch ein Fahrrad gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Steuergerät ein außen an dem Tretlagergehäuse angebrachtes Steuergerätgehäuse aufweist und dass wenigstens eine elektrische Leitung durch eine Öffnung in dem Tretlagergehäuse zu der Antriebsvorrichtung verläuft. Die Aufgabe wird auch durch eine Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 14 gelöst.
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Die Erfindung hat den ganz besonderen Vorteil, dass für das Steuergerät weitgehend keine Bauraumbeschränkungen bestehen. Dennoch ist es in vorteilhafter Weise möglich, die Zuleitungen von dem Steuergerät zu der Antriebsvorrichtung äußerst kurz zu halten, was insbesondere die Störungsunanfälligkeit des erfindungsgemäßen Fahrrades sehr erhöht. Insbesondere können die Leitungen von der Elektronik des Steuergerätes zur Antriebsvorrichtung vorteilhaft ausschließlich durch das Steuergerätgehäuse und das Tretlagergehäuse verlaufen. Auf diese Weise sind die Leitungen besonders gut geschützt.
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Bei einer besonderen Ausführung verläuft wenigstens eine elektrische Leitung durch eine Steuergerätgehäuseöffnung. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Steuergerätgehäuseöffnung unmittelbar an die Öffnung in dem Tretlagergehäuse angrenzend angeordnet ist und/oder das die Steuergerätgehäuseöffnung koaxial zur Öffnung in dem Tretlagergehäuse angeordnet ist. Auf diese Weise ist es vorteilhaft ermöglicht, dass die Leitung ohne Umwege von der Elektronik des Steuergeräts zu der im Tretlagergehäuse angeordneten Antriebsvorrichtung verlaufen kann.
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Die elektrische Leitung kann beispielsweise als Kabel ausgeführt sein oder ein Kabel aufweisen. Insbesondere kann das Kabel mittels Steckverbindern an das Steuergerät und/oder an die Antriebsvorrichtung angeschlossen sein.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass die elektrische Leitung einen Steckverbinder aufweist oder als Steckverbinder ausgeführt ist. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung weist die Antriebsvorrichtung, insbesondere eine Platine der Antriebsvorrichtung, ein Steckverbindungselement, beispielsweise einen Stecker auf, während das Steuergerät, insbesondere eine Platine des Steuergeräts, ein Gegensteckverbindungselement, beispielsweise eine zum Stecker passende Buchse, aufweist, so dass die Antriebsvorrichtung und das Steuergerät unmittelbar durch Zusammenstecken des Steckverbindungselements und des Gegensteckverbindungselements elektrisch miteinander verbunden werden können. Hierbei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Steckverbindungselement oder das Gegensteckverbindungselement durch die Öffnung in dem Tretlagergehäuse und/oder die Steuergerätgehäuseöffnung ragt.
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Es kann vorgesehen sein, dass mehrere elektrische Leitungen von dem Steuergerät zu der Antriebsvorrichtung verlaufen. Insbesondere kann vorteilhaft ein mehrpoliger Steckverbinder verwendet werden, um einfach und effizient durch Zusammenstecken des Steckverbindungselements und des Gegensteckverbindungselements gleichzeitig mehrere elektrische Verbindungen herstellen zu können.
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Bei einer besonderen Ausführung ist das Steuergerät zwischen einem Sattelstützrohr und einem Unterrohr des Fahrradrahmens angeordnet. Bei einer solchen Ausführung ist das Steuergerät durch das Sattelstützrohr und das Unterrohr besonders gut gegen mechanische Einflüsse geschützt.
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Bei einer besonderen Ausführung schmiegt sich das Steuergerät und/oder das Steuergerätgehäuse formflüssig an das Tretlagergehäuse an. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass das Steuergerätgehäuse eine Anlagefläche aufweist, die zu einer Anlagefläche des Tretlagergehäuses komplementär gegengeformt ist. Diese Ausführungen haben den besonderen Vorteil, dass das Steuergerätgehäuse unmittelbar derart an dem Tretlagergehäuse angeordnet sein kann, dass kein Zwischenraum verbleibt, durch den Schmutz oder ungewollt Gegenstände eindringen können. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Tretlagergehäuse zylinderförmig ausgebildet ist und das Steuergerätgehäuse eine zylinderabschnittförmige Außenfläche mit demselben Krümmungsradius wie eine Außenfläche des Tretlagergehäuses aufweist. Bei einer solchen Ausführung kann das Steuergerätgehäuse formflüssig von außen an das Tretlagergehäuse angefügt sein.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Steuergerätgehäuse insgesamt gebogen ausgebildet ist. Hierbei kann das Steuergerätgehäuse beispielsweise zwei zu einander koaxiale zylinderabschnittförmige Außenflächen aufweisen. Es kann alternativ auch vorgesehen sein, dass das Steuergerätgehäuse eine tangential zum Tretlagergehäuse ausgerichtete, ebene Außenfläche aufweist. Bei einer besonderen Ausführung weist das Steuergerätgehäuse eine zylinderabschnittförmige Anlagefläche zu Anlage an dem Tretlagergehäuse auf, während eine vom Tretlagergehäuse abgewandte Außenfläche eben und vorzugsweise tangential zum Tretlagergehäuse ausgerichtet ist.
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Vorzugsweise weist das Steuergerät wenigstens eine Platine auf, die elektronische Bauteile trägt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Platine tangential zu einer Wandung des Steuergerätgehäuses und/oder zum Tretlagergehäuse und/oder zur Antriebsvorrichtung ausgerichtet ist. Auf diese Weise ist es nämlich ermöglicht, die wenigstens eine elektrische Leitung von dem Steuergerätgehäuse auf kurzem Weg zur Antriebsvorrichtung verlaufen zu lassen.
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Bei einer besonders Ausführung weist das Steuergerät mehrere Platinen auf. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass jede der Platinen in der genannten Weise tangential zu einer Wandung des Steuergerätgehäuses und/oder zum Tretlagergehäuse und/oder zur Antriebsvorrichtung ausgerichtet ist. Die Platinen können vorteilhaft mittels eines flexiblen Verbindungselementes, das wenigstens eine elektrische Verbindungsleitung aufweist, miteinander verbunden sein. Alternativ ist es auch möglich, dass die Platinen radial übereinander und/oder parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine solche Ausführung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn von der radial äußeren Platine keine Leitungen zu der Antriebsvorrichtung verlaufen, sondern lediglich zu der anderen, radial weiter innen liegenden Platine.
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Die Platine kann vorteilhaft wenigsten einen Steckkontakt zur elektrischen Ankopplung der wenigstens einen elektrischen Leitung aufweisen. Eine solche Ausführung ermöglicht eine einfache elektrische Ankopplung der Antriebsvorrichtung an die Elektronik der Steuerungsvorrichtung.
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Bei einer besonderen Ausführung verläuft wenigstens eine elektrische Leitung von dem Steuergerät zu einem Schaltring eines Antriebsmotors der Antriebsvorrichtung. Vorzugsweise weist der Antriebsmotor mehrere Schaltringe auf, die elektrisch mit den Anschlüssen unterschiedlicher Spulen des Antriebsmotors verbunden sind. Vorzugsweise ist das Steuergerät dazu ausgebildet und angeordnet, die Kommutierung eines elektrischen Antriebsmotors der Antriebsvorrichtung zu steuern und/oder zu regeln.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung ist wenigstens ein Sensor vorhanden, der Sensorsignale an das Steuersignal übermittelt. Die Übermittlung der Sensorsignale erfolgt vorzugsweise über eine elektrische Leitung, die von der Antriebsvorrichtung zu der Elektronik des Steuergeräts verläuft.
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Der Sensor kann beispielsweise ein Drehzahlsensor oder ein Drehmomentsensor oder ein Ladezustandssensor sein. Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass das Steuergerät das Maß der elektromotorischen Antriebsunterstützung unter Berücksichtigung der Drehzahl beispielsweise einer Tretkurbelwelle und/oder unter Berücksichtigung des aktuell vom pedalierenden Fahrer aufgebrachten Drehmomentes steuert und/oder regelt.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung empfängt das Steuergerät Steuerungsbefehle. Die Steuerungsbefehle können insbesondere vom Fahrer über ein Bediengerät eingegeben sein oder von einem Bediengerät auf der Basis von Eingaben des Fahrers errechnet sein. Die Steuerungsbefehle können beispielsweise einen gewünschten Unterstützungsgrad oder beispielsweise einen Abfragebefehl hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und/oder Ladezustand betreffen.
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Bei einer besonders robusten Ausführung sind die in dem Steuergerätgehäuse angeordneten Bauteile gemeinsam in ein Einbettmedium eingegossen oder mit einem Einbettmedium umspritzt. Das Einbettmedium ist vorzugsweise wasserundurchlässig und elektrisch isolierend ausgebildet. Eine solche Ausführung hat den ganz besonderen Vorteil, dass die eingehausten elektronischen Bauteile besonders gut gegen äußere Einflüsse, insbesondere gegen Verschmutzung oder Beschädigung, geschützt sind.
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Von besonderem Vorteil ist eine Steuerungsvorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Fahrrades. Eine solche Steuerungsvorrichtung, die die oben beschriebenen Merkmale aufweist, kann insbesondere auch als Nachrüstteil ausgebildet sein und dazu verwendet werden, ein klassisches Fahrrad in ein Pedelec umzubauen. Hierzu kann die Steuerungsvorrichtung insbesondere dazu ausgelegt sein, mit Antriebsvorrichtungen unterschiedlichen Typs und/oder unterschiedlicher Hersteller zusammen wirken zu können.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend beschrieben, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
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1 zeigt einen Detailausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fahrrades. Das Fahrrad weist ein Tretlagergehäuse 1 auf, in dem eine elektrische Antriebsvorrichtung 2 angeordnet ist. Durch das Tretlagergehäuse 1 verläuft eine Tretkurbelwelle 3, die mit Tretkurbeln 4 drehfest verbunden ist. An den freien Enden der Tretkurbeln 4 sind Pedale 5 angeordnet.
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Die Antriebsvorrichtung 2 kann vorteilhaft einen elektrischen Antriebsmotor aufweisen, dem ein Getriebe, insbesondere ein Spannungswellengetriebe, triebtechnisch nachgeschaltet ist. Insbesondere kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Antriebsmotor und das Getriebe koaxial zueinander und zur Tretkurbelwelle 3 angeordnet sind.
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In der Figur ist der besseren Übersichtlichkeit halber der Zugmitteltrieb, der beispielsweise wenigstens ein Kettenblatt und eine zum Zahnkranz des Hinterrades verlaufende Kette aufweisen kann, nicht eingezeichnet.
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Der Fahrradrahmen weist außerdem ein Sattelstützrohr 6, sowie ein Unterrohr 7 auf. Zwischen dem Sattelstützrohr 6 und dem Unterrohr 7 ist ein Steuergerät 8 angeordnet. Das Steuergerät 8 liegt außen formflüssig an dem Tretlagergehäuse 1 an. Das Steuergerät 8 weist ein Steuergerätgehäuse 9 mit einer zylinderförmig ausgebildeten Anlagefläche 10 auf, die an dem zylinderförmig ausgebildeten Tretlagergehäuse 1 anliegt. Darüber hinaus weist das Steuergerätgehäuse 9 eine Außenfläche 11 auf, die ebenfalls zylinderabschnittförmig ausgebildet ist und die parallel zur Anlagefläche 10 verläuft. In dem Steuergerätgehäuse 9 ist eine Platine 12 angeordnet, die elektronische Bauteile 13 trägt. Von der Platine gehen Leitungen 14 aus, die durch Öffnungen in dem Steuergerätgehäuse 9 und Öffnungen in dem Tretlagergehäuse 1 zu der Antriebsvorrichtung 2 verlaufen.
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2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem die Außenfläche 11 eben und parallel zur Platine, sowie tangential zum Tretlagergehäuse 1 ausgebildet ist.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Anlagefläche 10 eben ausgebildet und tangential zum Tretlagergehäuse 1 angeordnet ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tretlagergehäuse
- 2
- Antriebsvorrichtung
- 3
- Tretkurbelwelle
- 4
- Tretkurbeln
- 5
- Pedale
- 6
- Sattelstützrohr
- 7
- Unterrohr
- 8
- Steuergerät
- 9
- Steuergerätgehäuse
- 10
- Anlagefläche
- 11
- Außenfläche
- 12
- Platine
- 13
- Elektronische Bauteile
- 14
- Leitungen
