DE102015007111A1

DE102015007111A1 - Rahmen für Elektrofahrzeuge mit integrierten Energieträgern

Info

Publication number: DE102015007111A1
Application number: DE102015007111.4A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-11-24
Anticipated expiration: 2035-05-23
Also published as: DE102015007111B4

Abstract

Inhalt der Erfindung ist ein Zweiradrahmen, bestehend aus Unterrohr, Oberrohr, Steuerrohr, Sattelrohr, Kettenstreben, Sitzstreben und Tretlager, mit einer oder mehreren Öffnungen am Steuerrohr durch die Energieträger einschließlich Schutzschaltungen in das Unterrohr oder Oberrohr des Fahrradrahmens eingefügt werden. Die Energieträger in axialer Richtung über einen Schrumpfschlauch verbunden sind und als Stangen in den Rahmen eingeführt werden. Die Energieträgerstangen durch ein schüttfähiges und elastisches Granulat fixiert werden.

Description

Stand der Technik
Elektrofahrräder finden mittlerweile auch auf dem europäischen Markt einen rasanten Absatz. Hervorgerufen wird der Trend auch durch die immer leistungsfähigere Akkus, womit sich größere Reichweiten erzielen lassen und die Elektrofahrräder ein immer breiteres Anwendungsfeld erfahren.
Hierbei sind viele Anforderungen an die Akkus gestellt und insbesondere Akkugehäuse. Überlagert werden die Anforderungen von der sich rasant weiterentwickelten Akkutechnologie. Die derzeitige Energiedichte der Akkus bewegt sich mittlerweile in einem Bereich bei dem Brände und Explosionen durch unsachgemäße Handhabung oder defekte an elektrischen Schaltungen hervorgerufen werden können. Stand der Technik sind offene Platzierungen der Akkupacks. Im Falle einer ungewollten chemischen Reaktion der Akkus besteht somit erhöhte Gefahr für Menschen und Umwelt.
Vereinzelt sind auch Lösungsansätze zu beobachten, bei denen die Akkuspacks im Rahmen integriert sind. Hierbei sind aber aufwendige Sonderkonstruktionen erforderlich. Die Aufwendigkeit der Rahmenkonstruktionen schlägt sich auch deutlich in einem erhöhten Gewicht nieder. Das hohe Gewicht ist gerade bei Fahrrädern negativ für Handling und Fahrleistungen und in Verbindung mit Elektroantrieb wirkt sich die Fahrzeugmasse negativ auf die Reichweite aus.
Die Anmeldung DE000060209510T2 stellt auch ein Fahrrad mit rahmenintegrierten Energieträgern dar. Jedoch handelt es sich hierbei um einen aufwendigen Sonderrahmen, der entsprechende Entwicklungen voraussetzt und eine gewöhnungsbedürftige Optik mit sich führt.
Die Aufwendikeit des Rahmens schlägt sich in einem hohen Gewicht nieder. Dadurch resultieren gerade im Fahrradbereich ein schlechteres Handling. Der Energiebedarf gerade bei Bergfahrten ist deutlich höher, als bei Fahrrahmen im Sinne dieser Erfindung.
Auch lässt sich bei diesem System der Anmeldung DE000060209510T2 nur das Unterrohr mit Energieträgern befüllen. Dadurch resultieren größere Querschnitte des Unterrohrs um die Benötigte Anzahl der Energieträger zu platzieren. Eine unvorteilhafte Optik sind neben dem hohen Gewicht die Folge.
Die Befüllungsöffnung des Rohres befindet sich bei DE000060209510T2 im unteren Tretlagerbereich, wo ein erhöhtes Maß an Feuchtigkeit und Spritzwasser auftritt. Dadurch sind immer Unregelmäßigkeiten und Defekte durch eindringende Feuchtigkeit bei der Bestückungsöffnung in den Energieträgerbereich und Kontaktierungsbereich zu erwarten.
Auch ist der Tretlagerberich im Sinne von DE000060209510T2 durch die einwirkenden Pedalkräfte starken mechanischen Belastungen ausgesetzt. Eine Bestückungsöffnung hat somit nachhaltig schwächende Folgen auf die Rahmenkonstruktion.
Durch die Rahmenintegration im Sinne dieser Erfindung sind Schwingungen wie bei einseitig am Rahmen fixierte Akkupacks weitgehend vermieden. Denn die einseitige Fixierung des Packs lässt aufgrund der Eigenelastizität Schwingungen zu und verstärkt diese. Durch die Einbettung im Fahrradrahmen direkt sind die Gefahrenpotentiale durch Schwingungen ausgeschlossen.
Liste der Abbildungen
: Fahrradrahmen mit Fügeöffnungen
: Ausführungsbeispiel – Anordnung der Akkuzellen und Verkabelung im Rahmen
Beschreibung
Ein konventioneller Fahrradrahmen aus Rohrprofilen bietet genug Innenvolumen um 30 Stück 18650 Akkuzellen volumenmäßig aufnehmen zu können. Nach heutigem Stand der Technik können mit 30 Zellen ca. 330 Wh Energie gespeichet werden und läßt sich in 80 km rein elektrisches Fahren wandeln. Somit bewegen sich die integrieten Akkus im gleichen Kapazitätsbereichen wie die externen Akkus der konventionellen Ebikes. Auch bei Unfällen mit dem Fahrradrahmen im Sinne dieser Erfindung, oder Umfallen des Rades besteht ein Schutz der hochkapazitiven Zellen gegen mechanische Zerstörung. Das Brand und Explosionsrisiko der Zellen ist weiter minimiert. Im Falle einer niemals ganz auszuschließenden Explosion oder Brand der Zellen ist kein Sicherheitsrisiko zu erwarten. Die in den Zellen gespeicherte Energie ist nicht ausreichend um die Rohrprofile des Rahmens zu Verformen oder gar zum Bersten zu bringen.
Umzusetzenden Ziel der Erfindung ist ein Fahrradrahmen mit Platzierung der Energieträger einschließlich zugehöriger Schutzschaltungen im Rahmen. Dabei ist die sichere Verwahrung der Energieträger in den Rahmenrohren gegen Explosion und Brand ein zu lösendes Problem im Sinne der Erfindung. Eine weiter zu lösende Aufgabe im Sinne der Erfindung stellt einen Fahrradrahmen mit integrierten Energieträgern dar, welcher durch geringes Gewicht gekennzeichnet ist. Ebenso ist die Gewichtsverteilung im Fahrradrahmen dem natürlichen Schwerpunkt angepasst und führt zu besten Handlingseigenschaften. Auch die Festigkeit des Rahmens im Sinne der Erfindung ist nicht durch einschnittige Akkuverwahrungen beeinträchtigt.
Der Fahrradrahmen ist Gekennzeichnet durch:
Steuerrohr (2), Unterrohrrohr (3), Oberrohr (4), Sattelrohr (5), Tretlager, Kettenstrebe und Sitzstreben.
Es werden die Akkuszellen durch eine Fügeöffnung (1) im Steuerrohr (2) eingeführt. Die Fügeöffnung (1) hat bei 18650 Zellen einen Durchmesser von nur 20 mm. Die Akkus sind in axialer Richtung zusammengefügt und werden als Akkustangen in den Rahmen eingeführt. Je nach Rahmenausführung werden in ein Rohr mehrere Akkustangen gefügt. Das Steuerrohr hat gegenüber der Fügeöffnungen (1) ebenfalls Durchdringungen, um mit den Energieträgern in das Unterrohr oder Oberrohr das Fahrradrahmens zu gelangen.
Die Bestückung des Rahmens kann nur bei ausgebauter Gabel erfolgen. Die Verkabelung der Energieträger erfolgt erst nach dem Bestücken.
Die Energieträger durch ein schüttfähiges Granulat mit elastischem Anteil, wie z. B. Styroporkugeln fixiert werden. Dadurch ist eine sichere und absolut stoßunempfindliche Lagerung der Energierträger sichergestellt. Auch also Isolator im Falle eines Kurzschlusses bieten die Styroporkugeln beste Eigenschaften. Die thermische Isolation der Energieträger zur Umwelt ist ebenfalls gewährleistet.
Die Fügeöffnungen (1) nach dem Bestücken mit Energieträgern und Befüllen mit schüttfähigem Granulat verschlossen werden. Hierzu eignen sich elastische Kunststoffkappen. Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ebenso die Verwendung von Werkstoffen wie Acryl oder Medien mit ähnlichen Eigenschaften.
Der Fahrradrahmen dient zum Aufbau von Elektrofahrrädern, wobei der Elektroantrieb als Nabenmotor am Vorderrad oder Hinterrad platziert werden kann. Der Antriebsmotor auch im Bereich des Tretlagers (Tretlagermotor) platziert werden kann.
Die Fügeöffnung (1) am Steuerrohr (2) im kraftneutralen Bereich des Rahmens liegt. Die durch die Gabel geführten Kräfte, welche durch das Steuerlager in das Steuerrohr des Rahmens eingeleitet werden finden ihren Kraftfluss direkt zu den Anbindungsstellen von Oberrohr und Unterrohrrohr des Rahmens. Der Fügeöffnung ist somit in einem kraftneutralen Bereich am Steuerrohr platziert.
Die Fügeöffnung im spritzwassergeschützten Bereich am Steuerrohr platziert ist.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung einer der Zeichnung zu entnehmenden Ausführungsbeispiel.
zeigt die schematische Anordnung und Verkabelung in einem Fahrradrahmen.
Es sind im Unterrohr drei Akkupacks mit je 8 Zellen integriert und im Oberrohr ein Akkupack mit sechs Zellen. Die Verdrahtung sieht vor, jeweils insgesamt zehn Zellen in Reihe zu Schalten und diese drei Zehnerpacks parallel zu schalten. Die Verkabelung, wie auch die Schutzschaltung für die Zellen ist komplett im Rahmen integriert und wird im oberen Bereich des Sattelrohrs (5) nach Außen geführt.
Die Schutzschaltungen und Ladeschaltungen der Zellen lassen sich im Oberrohr (4) platzieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 000060209510 T2 [0004, 0006, 0007, 0008]

Claims

Einen Fahrzeugrahmen für Elektroräder bestehend aus Unterrohrrohr (3), Oberrohr (4), Steuerrohr (2), Sattelrohr (5), Kettenstreben, Sitzstreben und Tretlager mit integrierten Energieträger, gekennzeichnet dadurch dass eine oder mehrere Öffnungen (1) im Steuerrohr (2), Tretlager oder anderen Rahmenrohren so angebracht sind, dass die Energieträger durch diese Öffnungen nach folgendem Verfahren eingeführt werden können. Um die mechanische Festigkeit des Fahrradrahmens zu erhöhen und das Rahmengewicht gering zu halten ist es unabdingbar die Fügeöffnungen (1) so klein wie möglich zu dimensionieren. Deshalb werden die Energieträger nicht als eine zusammenhängende Baugruppe gefügt, sondern als einzelne Baugruppen mit kleinem Querschnitt zeitlich nacheinander. Erst nach dem vollständigen Fügen aller einzelnen Baugruppen erfolgt die Kontaktierungen der Baugruppen untereinander. Die Funktionalität des gesamten Akkus wird also erst nach dem vollständigen montieren der einzelnen Baugruppen generiert. Die Energieträger sind hierbei als mehrere, einzelne lange Stangen ausgeführt, welche nacheinander durch eine minimal kleine Fügeöffnung (1) gefügt werden.
Der Zweiradrahmen gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch dass die Energieträger Akkus (Batterien) sind.
Die Energieträger im Unterrohrrohr (3), oder Oberrohr (4) des Rahmens platziert sind.
Die Energieträger durch feinkörnige und schüttfähige Styroporkugeln, oder anderen Medien ähnlicher Eigenschaften fixiert werden.
Das Unterrohrrohr oder Oberrohr durch spezielle Fertigungsverfahren im Querschnitt so ausgeführt sind, dass kein Fixierungsmedium benötigt wird, sondern die Akkustangen auch durch die Kontur des Rahmenrohrprofils geführt werden.
Die einzelnen Baugruppen so gestaltet sind, dass sie felxibel sind und auch in Rahmenrohre mit Radius gefügt werden können.
Die Verkabelung, Schutzschaltungen und Ladeschaltungen der Energieträger im Rahmen ausgeführt ist
Der Elektroantrieb als Nabenmotor am Vorderrad oder Hinterrad platziert werden kann. Der Antriebsmotor auch im Bereich des Tretlagers (Tretlagermotor) platziert werden kann.