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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bremskraftregulierung an einem Elektrofahrrad, welches ein mechanisch betätigbares Bremssystem mit mindestens einem Paar an Bremskraftübertragungselementen aufweist, die jeweils eingerichtet sind, eine Bremskraft auf ein Rad des Elektrofahrrades zu übertragen, wobei die Bremskräfte in entgegengesetzte Richtungen wirken. Die Erfindung betrifft weiterhin ein derartiges Elektrofahrrad.
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Derartige Vorrichtungen zur Bremskraftregulierung, auch unter dem Namen Antiblockiersystem bekannt, sind für Fahrzeuge, insbesondere auch für Fahrräder, bereits eingesetzt worden. Ein solches Antiblockiersystem nutzt Sensordaten zum Erfassen der vorhandenen Raddrehzahl und zum Errechnen des Radschlupfes. Bei Zweirädern wird zusätzlich erfasst, ob das Hinterrad von der Straße abhebt. Weisen diese Daten auf einen kritischen Fall hin, wird ein Eingreifen des Antiblockiersystems initiiert. Der Bremsdruck wird solange verringert, bis die Beschleunigung des Rades wieder stark ansteigt. Dabei werden mit einem Antiblockiersystem kürzere Bremswege erreicht als ohne ein solches.
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So sind aus der
US 2004182566 A oder der
CN 10133754 A bereits Bremskraftminderer für Fahrräder bekannt. Eine wirkliche Regelung ist dabei jedoch nicht vorhanden, sondern eine mechanische Zwangsbedingung führt (z.B. über einen Exzenter oder einen Federmechanismus) zu einer Senkung der Bremskraft unter ein einstellbares Maximum.
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Ein mechanisches Antiblockiersystem ist aus der
DE 10 2012 222 048 A1 bekannt. Hier wird eine Gegenkraft gegen einen Bremshebel durch einen am Zugseil angreifenden Aktor aufgebracht. Dadurch entsteht eine direkte Beeinflussung des Wegs bzw. der Kraft des Handhebels und damit eine Rückwirkung, wie z.B. Schwingungen, eine Änderung der Bremshebelstellung usw., auf den Nutzer bei einem Eingriff des Antiblockiersystems.
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Ein hydraulisches Antiblockiersystem ist aus der
DE10 2010 038 525 A1 bekannt. Dieses greift wie bei einem PKW, auf eine Druckmodulation des Hydraulikmediums zurück. Dabei erzeugt ein Piezostack je nach Fahrzustand durch Volumenkontraktion eine Druckänderung.
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Ein weiteres hydraulisches Antiblockiersystem ist aus der
DE 10 2013 200 422 A1 bekannt. Die Wirkungsweise eines PKW-Antiblockiersystems wird hier auf ein Zweirad übertragen. Statt einer aktiven Rückförderung eines Hydraulikmediums in einen Hydraulikkreislauf wird hier mit einem Federspeicher gearbeitet. Auch in diesem Fall ist ein Eingriff des Antiblockiersystems am Bremshebel nicht rückwirkungsfrei. Im schlimmsten Fall drückt der Nutzer solange die Bremse, bis soviel Druckmedium in den Speicher geschoben und somit die hydraulische Strecke verkürzt wurde, dass der mechanische Bremshebelweg zu Ende ist und kein Druck auf das hydraulische System mehr aufgebaut werden kann, wodurch letztlich die Bremswirkung ausbleibt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine im Hinblick auf eine Bremswirkung und Benutzerfreundlichkeit verbesserte Vorrichtung zur Bremskraftregulierung an einem Elektrofahrrad bereitzustellen. Weiterhin soll ein Elektrofahrrad mit einer solchen Vorrichtung bereitgestellt werden.
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Die Aufgabe wird für die Vorrichtung zur Bremskraftregulierung an einem Elektrofahrrad, welches ein mechanisch betätigbares Bremssystem mit mindestens einem Paar an Bremskraftübertragungselementen aufweist, die jeweils eingerichtet sind, eine Bremskraft auf ein Rad des Elektrofahrrades zu übertragen, wobei die Bremskräfte in entgegengesetzte Richtungen wirken, dadurch gelöst, dass die Vorrichtung pro Paar an Bremskraftübertragungselementen mindestens einen Aktor umfasst, der über eine mechanische oder hydraulische Verbindung mit den Bremskraftübertragungselementen des jeweiligen Paars an Bremskraftübertragungselementen verbunden ist und eingerichtet ist, eine Gegenkraft, welche der Bremskraft entgegenwirkt, auf die Bremskraftübertragungselemente zu übertragen.
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Im Hinblick auf die steigenden Verkaufszahlen von Elektrofahrrädern, insbesondere von Pedelecs und E-Bikes, deren Gewicht und Geschwindigkeit im Vergleich zu normalen, tretkraftbetriebenen Kleinstfahrzeugen deutlich höher sind, wird eine Vorrichtung zur Ausbildung eines zuverlässigen Bremssystems bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine echte Regelung im Sinne eines Antiblockiersystems bzw. Antiüberschlagsystems bereit, die für den Benutzer im Idealfall rückwirkungsfrei, d.h. im Wesentlichen ohne Schwingungen am Bremshebel, ein Blockieren der Räder oder einen Überschlag des Fahrrads verhindert.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung greift im Gegensatz zu bekannten Systemen nicht von Innen in das Bremssystem eines Elektrofahrrades ein, sondern bringt von außen eine Gegenkraft auf. Die Bremse wird dadurch kraftgesteuert, aber nicht weggesteuert, entlastet. Die Bremskraft des Nutzers wird nicht mehr gegen die Bremsscheibe oder die Felge abgestützt, sondern wird beim Eingriff der Vorrichtung von einem Aktor aufgenommen. Dadurch ist die Kernfunktion ,,Bremsdruck senken“ durch eine Variation der resultierenden Pressung im Wirkflächenpaar erfüllt, ohne das Bremsmedium (z.B. Hydrauliköl) nennenswert zu beeinträchtigen, wodurch der Benutzer der Vorrichtung keine Rückwirkung des Eingriffs am Bremshebel oder einer anderen Bremsbetätigungseinrichtung spürt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist jedes Bremskraftübertragungselement mit einem Aktor verbunden. Es kann aber alternativ auch ein jedes Paar an Bremskraftübertragungselementen mit einem Aktor verbunden sein, um eine und preisgünstigere Ausgestaltung zu realisieren.
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Der Aktor ist vorzugsweise über eine mechanische Keilverstellungseinrichtung mit dem Paar an Bremskraftübertragungselementen verbunden. Alternativ kann der Aktor mit Vorteil auch über eine mechanische Kniehebelanordnung mit dem Paar an Bremskraftübertragungselementen verbunden sein. Weiterhin hat es sich bewährt, wenn der Aktor über ein Hydrauliksystem mit einem oder beiden Bremskraftübertragungselementen des Paars an Bremskraftübertragungselementen verbunden ist. Alle Varianten ermöglichen einen schnellen und unkomplizierten – auch nachträglichen – Einbau der Vorrichtung an einem Elektrofahrrad, wobei unterschiedlichste Bremssysteme vorhanden sein können..
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Besonders bevorzugt ist ein Aktor in Form eines elektrisch betreibbaren Linearaktors. Dieser besitzt eine kompakte Bauform und ist auch in sehr geringen Baugrößen verfügbar, so dass eine Integration in ein Bremssystem eines Elektrofahrrades keine Schwierigkeiten bereitet.
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Die Aufgabe wird für ein Elektrofahrrad, umfassend eine elektrische Versorgungseinrichtung, ein mechanisch betätigbares Bremssystem mit mindestens ein Paar an Bremskraftübertragungselementen, die jeweils eingerichtet sind, eine Bremskraft auf ein Rad des Elektrofahrrades zu übertragen, wobei die Bremskräfte in entgegengesetzte Richtungen wirken, dadurch gelöst, dass weiterhin mindestens eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorhanden ist, wobei der mindestens eine Aktor mit der elektrischen Versorgungseinrichtung, insbesondere in Form eines Akkumulators oder eines Gleichstromgenerators, verbunden ist. Zu den Vorteilen des Elektrofahrrades wird auf die oben beschriebenen Vorteile der Vorrichtung verwiesen. Das Elektrofahrrad ist dabei insbesondere ein Pedelec oder ein E-Bike.
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Bei Fahrrädern mit hydraulischen Bremsanlagen ist der Verschleißzustand der Bremsbeläge weiterhin nicht eindeutig aus der Bremshebelstellung zu entnehmen, da Hydraulikflüssigkeit aus einem Behälter nachfließen kann. Handelt es sich des weiteren um eine Scheibenbremse, so ist der Verschleißzustand der Bremsbeläge nur durch ein spezielles Tool genau zu ermitteln.
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Das Elektrofahrrad weist daher in einer bevorzugten Ausgestaltung weiterhin mindestens einen Sensor zur Erfassung mindestens eines, einen Verschleißzustand des Paars an Bremskraftübertragungselementen charakterisierenden Messsignals auf, wobei der mindestens eine Sensor mit dem mindestens einen Aktor und weiterhin einer Auswerte- und Anzeigeeinheit zur Ermittlung und Ausgabe des Verschleißzustandes an einen Benutzer des Elektrofahrrades verbunden ist.
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Bei Verwendung eines geeigneten Aktor-Sensor-Konzepts ist damit eine Erfassung des Verschleißstandes vorhanden, welcher über eine geeignete Schnittstelle dem Nutzer den aktuellen Stand melden oder aber die Notwendigkeit zum Wechsel von Bremsbelägen signalisieren kann. Dabei erfolgt eine Verschleißzustandsmessung der Bremsbeläge über die Erfassung einer Stellung des Aktors, insbesondere Linearaktors, in der Freilaufphase (= keine Betätigung des Bremssystems) und Bereitstellung der Information über eine Anzeigeeinheit an den Benutzer des Fahrrades. Dies kann kontinuierlich erfolgen oder erst bei einem Unterschreiten einer definierten Mindestdicke der Bremsbeläge.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Elektrofahrrad alternativ oder zusätzlich einen weiteren Sensor in Form eines Feuchtigkeitssensors auf, der das Vorhandensein von Feuchtigkeit im Bereich der Bremskraftübertragungselemente, insbesondere im Bereich der Bremsbeläge, und/oder im Bereich der Kontaktflächen am Rad des Fahrrads, an welche sich die Bremsbeläge bei Betätigung eines Bremshebels andrücken, erkennt. Dieser Feuchtigkeitssensor übermittelt bei einem Vorliegen von Feuchtigkeit ein Stellsignal an den mindestens einen Aktor, welche in Folge eine leichtes Anlagen der Bremsbeläge an die Kontaktflächen bewirkt. Da nasse Bremsen eine deutlich reduzierte Bremsleistung besitzen, bietet sich damit eine einfache Möglichkeit, die Bremsen automatisiert zu trocknen und eine maximale Bremswirkung auch in nasser Umgebung jederzeit zu gewährleisten. Die Feuchtigkeit auf den Bremsbelagen und der Bremsscheibe oder Felge kann dabei entfernt werden, indem ein leichtes Anlegen der Bremsen zu Beginn der Fahrt oder periodisch wahrend der Fahrt erfolgt, ohne dass eine nennenswerte Bremsleistung für den Benutzer spürbar wäre.
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Die 1 bis 5 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt:
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1 eine erste Vorrichtung mit zwei Aktoren;
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2 eine zweite Vorrichtung mit einer Keilverstellungseinrichtung;
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3 eine dritte Vorrichtung mit einer Kniehebelanordnung;
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4 eine vierte Vorrichtung mit einem Hydrauliksystem; und
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5 eine Elektrofahrrad.
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1 zeigt eine erste Vorrichtung 1 zur Bremskraftregulierung an einem Elektrofahrrad 100 (vergleiche 5), welches ein mechanisch betätigbares Bremssystem 2 mit mindestens einem Paar an Bremskraftübertragungselementen 2a, 2b umfassend Bremsbeläge 2a´, 2b´ aufweist, die jeweils eingerichtet sind, eine Bremskraft FB, FB´ auf ein Rad 3 des Elektrofahrrades 100 bzw. wie hier auf einen Teil des Rades 3, wie eine Scheibe einer Scheibenbremse, zu übertragen. Dabei wirken die Bremskräfte FB, FB´ in entgegengesetzten Richtungen. Die Vorrichtung 1 umfasst pro Bremskraftübertragungselement 2a, 2b einen Aktor 4a, 4b, der über eine mechanische Verbindung mit den Bremskraftübertragungselementen 2a, 2b verbunden ist und eingerichtet ist, eine Gegenkraft FG, FG´, welche der Bremskraft FB, FB´ entgegenwirkt, auf die Bremskraftübertragungselemente 2a, 2b zu übertragen. Es kann aber auch lediglich ein Aktor 4 vrhanden sein. Die Aktoren 4a, 4b sind als elektrische Linearaktoren ausgebildet und greifeb direkt an den Bremskraftübertragungselementen 2a, 2b an. Es wird daher eine, der vom Benutzer aufgebrachten Bremskraft FB, FB´ entgegen gerichtete Gegenkraft FG, FG´ aufgebracht. Ein Linearaktor ist hier beispielsweise ähnlich einem elektrischen Zentralausrücker der Fa. Schaeffler ausgebildet, der auch als Stellmotor in Doppelkupplungsgetrieben eingesetzt wird und hohe Präzision und Stellkraft vereint. Die Aktoren 4a, 4b verhindern ein Blockieren des Rades 3 bei einem Bremsvorgang ohne spürbare Rückwirkung auf den Benutzer.
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2 zeigt eine zweite Vorrichtung 1´ zur Bremskraftregulierung an einem Elektrofahrrad 100 (vergleiche 5) mit einer Keilverstellungseinrichtung 5a, 5b, 5c. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Diese Variante nutzt eine Kraftverstärkung durch den Keileffekt aus und kommt mit einem einzelnen Aktor 4 aus. Der Aktor 4 verhindert ein Blockieren des Rades 3 bei einem Bremsvorgang ohne spürbare Rückwirkung auf den Benutzer. Der Aktor 4 ist mit einem Sensor 8 zur Erfassung eines, einen Verschleißzustand des Paars an Bremskraftübertragungselementen 2a, 2b charakterisierenden Messsignals verbunden, wobei der Sensor 8 neben dem Aktor 4 weiterhin einer Auswerte- und Anzeigeeinheit 9 zur Ermittlung und Ausgabe des Verschleißzustandes an einen Benutzer des Elektrofahrrades 100 verbunden ist.
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3 zeigt eine dritte Vorrichtung 1´´ zur Bremskraftregulierung an einem Elektrofahrrad mit einer Kniehebelanordnung 6 und lediglich einem Aktor 4. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Das Bremssystem 2 ist hier als eine sogenannte V-Bremse ausgebildet, wobei die Kniehebelanordnung 6 auf das mechanische Hebelsystem der V-Bremse einwirkt. Betätigt der Benutzer das Bremssystem 2, so werden die Bremsbeläge 2a´, 2b´ gegen Kontaktflächen an der Felge 3b des Rades 3, das weiterhin einen Reifen 3a umfasst, gedrückt. Der Aktor 4 wirkt über die Kniehebelanordnung 6 den Bremskräften FB, FB´ entgegen und verhindert ein Blockieren des Rades 3 ohne spürbare Rückwirkung auf den Benutzer.
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4 eine vierte Vorrichtung 1´´´ mit einem Hydrauliksystem 7 umfassend Hydraulikflüssigkeit 7´ und lediglich einem Aktor 4, der über einen gefederten Stempel mit dem Hydrauliksystem 7 verbunden ist. Gleiche Bezugszeichen wie in 1 kennzeichnen gleiche Elemente. Der Aktor 4 wirkt über das Hydrauliksystem 7 den Bremskräften FB, FB´ entgegen und verhindert ein Blockieren des Rades 3 ohne spürbare Rückwirkung auf den Benutzer. Diese Variante greift mit dem Hydrauliksystem 7 an den Bremskraftübertragungselementen 2a, 2b an und bietet den Vorteil der räumlichen Trennung von Aktor 4 und Bremssystem 2. Durch den Aktor 4 kann ein Zug, insbesondere durch einen Unterdruck, erzeugt werden, so dass dieser einerseits zur Bremskraftregulierung und weiterhin zum minimalen Anstellen der Bremsbeläge 2a´, 2b´ mit dem Ziel der Trocknung der Bremsbelage 2a´, 2b´ genutzt werden kann. Dabei hat sich bewährt, wenn ein hier nicht dargestellter Feuchtigkeitssensor vorhanden ist, der bei einem Vorliegen von Feuchtigkeit eine solche Anstellung initiiert und auch wieder beendet.
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5 zeigt ein Elektrofahrrad 100 umfassend eine elektrische Versorgungseinrichtung 101, ein mechanisch betätigbares Bremssystem 2 im Bereich beider Räder 3 mit jeweils einem Paar an Bremskraftübertragungselementen 2a, 2b, die jeweils eingerichtet sind, eine Bremskraft FB, FB´ auf das jeweils zugeordnete Rad 3 des Elektrofahrrades 100 zu übertragen, wobei die Bremskräfte FB, FB´ in entgegengesetzte Richtungen wirken. Weiterhin umfasst das Elektrofahrrad 100 die Vorrichtungen 1 und 1´. Gleiche Bezugszeichen wie in den 1 und 2 kennzeichnen gleiche Elemente. Die Aktoren 4, 4a, 4b (vergleiche 1 und 2) dieser Vorrichtungen 1, 1´ sind als elektrische Linearaktoren ausgebildet und zur Versorgung mit Energie mit der elektrischen Versorgungseinrichtung 101, hier ein Akkumulator, verbunden. An der Lenkstange 10 angeordnet befindet sich eine Auswerte- und Anzeigeeinheit 9, welche den Verschleißzustand der Bremsbeläge 2a´, 2b´ des hinteren Rades 3 für den Benutzer visualisiert. Sofern auch im Bereich des vorderen Rades ein weitere Sensor zur Verschleißerkennung vorgesehen wird, können über die Auswerte- und Anzeigeeinheit 9 der jeweilige Verschleißzustand für die Bremsbeläge 2a´, 2b´ am vorderen Rad 3 und am hinteren Rad 3 getrennt ausgegeben werden. Die Aktoren 4, 4a, 4b (vergleiche 1 und 2) verhindern ein Blockieren des Rades 3 bei einem Bremsvorgang ohne spürbare Rückwirkung auf den Benutzer.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1´, 1´´, 1´´´
- Vorrichtung zur Bremskraftregulierung
- 2
- Bremssystem
- 2a, 2b
- Bremskraftübertragungselement
- 2a´, 2b´
- Bremsbelag
- 3
- Rad
- 3a
- Reifen
- 3b
- Felge
- 4, 4a, 4b
- Aktor
- 5a, 5b, 5c
- Keilverstellungseinrichtung
- 6
- Kniehebelanordnung
- 7
- Hydrauliksystem
- 7´
- Hydraulikflüssigkeit
- 8
- Ensor
- 9
- Auswerte- und Anzeigeeinheit
- 100
- Elektrofahrrad
- 101
- elektrische Versorgungseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2004182566 A [0003]
- CN 10133754 A [0003]
- DE 102012222048 A1 [0004]
- DE 102010038525 A1 [0005]
- DE 102013200422 A1 [0006]
- DE 10114259 A [0007]
- DE 19508915 A1 [0007]
- DE 10158382 A1 [0007]
- DE 102008019469 A1 [0007]
