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Die Erfindung betrifft ein Elektrofahrrad als Pedelec mit Mittelmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein Pedelec (der Begriff ist gebildet aus Wortteilen von Pedal electric cycle) ist eine Ausführung eines Elektrofahrrads, bei der der Fahrer von einem Elektroantrieb nur dann unterstützt wird, wenn er gleichzeitig auch selbst die Pedale tritt. Pedelecs sind mit unterschiedlichen Elektroantriebanordnungen bekannt, insbesondere mit Nabenmotoren im Hinterrad oder Vorderrad. Ein Großteil der Pedelecs ist jedoch mit sogenannten Mittelmotoren ausgerüstet, wobei die erforderlichen Akkus an Rahmenteilen oder Gepäckträgern angeordnet sein können.
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Ein allgemein bekanntes übliches Pedelec weist einen Pedelcrahmen aus einem Hauptrahmen und einen Hinterbau auf. Der Hauptrahmen als sogenannter Diamantrahmen besteht aus einem Oberrohr, einem Unterrohr, einem Sitzrohr und einem Steuerrohr. Der Hinterbau zur Lagerung eines Hinterrads weist eine untere Hinterradgabel als Schwinge mit Kettenstreben sowie eine obere Hinterradgabel mit Sitzstreben auf.
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Der Mittelmotor als Motoreinheit weist ein Motorgehäuse auf, in dem eine quer zur Fahrtrichtung liegende Tretlagerwelle zum beidseitigen Anschluss von Tretkurbeln eines Kurbeltriebs integriert ist. Weiter sind im Motorgehäuse ein eine Tretbewegung unterstützender Elektromotor, ein Sensor für eine Kurbelbewegungserkennung sowie eine Steuerelektronik enthalten. Der Mittelmotor ist mit seinem Motorgehäuse im Verbindungsbereich zwischen Unterrohr und Sitzrohr rahmenfest angeordnet.
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Da ein Pedelecrahmen im Vergleich zu einem Fahrradrahmen eines ausschließlichen mit Muskelkraft angetriebenen Fahrrads insbesondere durch das Gewicht des Elektromotors und der Akkus größeren Belastungen standhalten muss, sind Pedelecrahmen vergleichsweise, stabil und schwer ausgelegt. Ohne zusätzliche Federungsmaßnahmen werden daher fahrbahnangeregte Schwingungen, zum Beispiel beim Fahren auf rauem Asphalt oder beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten nicht mehr ausreichend durch den Rahmen und Anbauteile aufgenommen, sondern weitgehend direkt auf den Fahrer übertragen. Solche Belastungen lassen einen Fahrer vergleichsweise relativ schnell ermüden und es kann bei höheren Geschwindigkeiten zu negativen Einflüssen auf das Fahrverhalten kommen.
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Federungssysteme an Fahrrädern und an Pedelecs sind in unterschiedlichen Ausführungen für Sattelstützen, Vorderradgabeln und für Hinterbauten allgemein bekannt. Allgemein bekannte Hinterbaufederungen weisen eine als Schwinge ausgebildete untere Hinterradgabel auf, welche in einer Vertikalebene schwenkbar mit einem Hauptrahmen verbunden ist, wobei am hinteren Ende der Schwinge das Hinterrad über seine Nabe mit einem Klemm- und/oder Schraubsystem befestigbar ist. Weiter ist es bekannt eine solche Schwinge über eine mehrteilig ausgebildete Hinterradgabelanordnung mittels Feder- und Dämpferelementen an einem oberen Hauptrahmenbereich abzustützen. Die Feder- und Dämpferelemente können je nach Ausführungsform liegend oder stehend zur Längsrichtung des Fahrrads angeordnet sein. Eine Kreisbewegung, die eine untere Hinterradgabel als Schwinge beim Einfedern beschreibt, wird dabei über eine gelenkig verbundene Hebel- und Brückenanordnung in eine möglichst geradlinige Bewegung umgewandelt. Um die bei einer Einfederung auftretenden Winkeländerung zwischen den Bauteilen zu ermöglichen, werden in den jeweiligen Gelenkpunkten Industrielager als Kugellager oder Gleitlager eingepresst, die durch äußere Einflüsse und bei den relativ geringen Verdrehwinkeln einem sehr hohen Verschleiß unterliegen und daher häufig ausgetauscht werden müssen. Ein höherer Fahrkomfort wird hier somit durch einen hohen Wartungsaufwand erkauft. Zudem sind die damit verbundenen Hinterbaukonstruktionen relativ komplex aufgebaut und führen daher bei ihrer Verwendung in Pedelecs zu teureren, schweren und wartungsintensiven Pedelecrahmen.
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Ein weiterer Nachteil vieler bekannter Hinterbaufederungen besteht darin, dass beim Einfedern relativ große Abstandsänderungen zwischen einer Tretlagerachse und einer Hinterradnabe auftreten, welche bei Kettenschaltwerken zu Schaltfehlern führen können. Zudem ist damit die Verwendung von wartungsarmen Nabenschaltungen und Riemenantrieben nicht möglich.
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Zudem ist ein Fahrrad mit einer Hinterbaufederung bekannt (
DE 10 2014 017 558 A1 ), bei der die untere Hinterradgabel über eine Elastomer-Metall-Buchse mit dem Hauptrahmen verbunden ist ebenso wie bei einem weiter bekannten Fahrrad (
GB 1 101 442 A ).
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Witer ist eine Pedelec mit Mittelmotor bekannt (
DE 10 2013 107 625 A1 ) mit einem Hauptrahmen als Diamantrahmen und einer Hinterbaufederung. Zudem ist ein Fahrradrahmen bekannt (
US 2004 / 0 145 148 A1 ) mit einem Stoßfänger zwischen Hauptrahmen und oberer Hinterradgabel.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Weiterbildung eines Elektrofahrrads als Pedelec mit Mittelmotor und mit einer Hinterbaufederung vorzuschlagen, bei der eine untere Hinterradgabel einfach und kostengünstig aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß Patentanspruch 1 weist der Hinterbau des Pedelecrahmens eine Hinterbaufederung auf dergestalt, dass im Bereich des Knotenpunkts zwischen Sitzrohr und Anbindung des Mittelmotors ein Lagerbock mit einem quer zur Fahrtrichtung liegenden, zylindrischen Aufnahme-Auge rahmenfest angebracht ist. Eine Elastomer-Metall-Buchse mit einem stabilen Innenteil und mit wenigstens einem das Innenteil zumindest teilweise ringförmig und verdrehfest umgebenden Elastomerkörper, vorzugsweise mit einer Elastomerbuchse, ist unter Vorspannung verdrehfest in das Aufnahme-Auge eingepresst. Das Innenteil ist starr und fest mit der dem Hauptrahmen zugewandten Seite der unteren Hinterradgabel verbunden, sodass eine Schwenkbewegung der unteren Hinterradgabel beim Einfedern des Hinterrads molekular und federnd rückstellend im Elastomermaterial des wenigstens einen Elastomerkörpers aufgenommen wird. Erfindungsgemäß kann die Gabelform der unteren Hinterradgabel einfach dadurch ausgebildet werden, dass die beiden Kettenstreben jeweils mit Kettenstrebenenden mit dem Innenteil der Elastomer-Metall-Buchse verbunden sind, so dass dabei das Innenteil die Gabelbrücke zwischen den Kettenstreben bildet.
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Damit kann für ein Pedelec mit Mittelmotor insgesamt eine einfache und kostengünstige Hinterbaufederung realisiert werden.
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Richtungsangaben, wie oben oder unten sowie vorne oder hinten oder quer sind hier jeweils auf die Hochachsenrichtung bzw. die Längsrichtung des Pedelecrahmens bezogen. Zudem wird beim verwendeten Begriff „Elastomer-Metall-Buchse“ fachüblich unter „Elastomer“ vorzugsweise durch Vulkanisation verarbeitetes Gummimaterial verstanden. Unter „Metall“ werden sowohl Stahl- oder Blechelemente oder hinsichtlich ihrer Stabilität gleichwertige Kunststoffelemente verstanden, die entsprechend von den Ansprüchen und der Beschreibung mitumfasst sein sollen.
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Das stabile Innenteil der Elastomer-Metall-Buchse kann hier als Bolzen oder Rohr ausgebildet sein, wobei eine verdrehfeste Verbindung mit der unteren Hinterradgabel form- und/oder kraftschlüssig erfolgen kann.
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Der Mittelmotor als Motoreinheit mit einem Motorgehäuse wird üblicherweise unabhängig vom Pedelecrahmen hergestellt und als Baueinheit zur Montage an einem Pedelecrahmen zur Verfügung gestellt. Dazu wird für eine rahmenfeste Anordnung des Mittelmotors ein am Hauptrahmen fest angeordneter, stabiler Motorträger vorgeschlagen. An diesen sind einerseits von oben das Sitzrohr mit einem Sitzrohrende und das Unterrohr mit einem Unterrohrende angeschlossen. Andererseits ist am Motorträger von unten her, vorzugsweise formschlüssig das Motorgehäuse angeordnet und verbunden. Der Lagerbock zur Aufnahme der Elastomer-Metall-Buchse wird dabei zweckmäßig unten am Sitzrohr oder am Motorträger, vorzugsweise nach hinten gerichtet angebracht.
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Konstruktiv einfach und kostengünstig kann der Motorträger als platten- und bogenförmiges Halteteil ausgebildet sein, das den Mittelmotor vom oben her teilweise formschlüssig übergreift.
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Als Elastomer-Metall-Buchse wird vorzugsweise eine an sich bekannte sogenannte Schlitzbuchse verwendet, die hohe Radialkräfte in Verbindung mit Torsionsschwingungen aufnehmen kann. Dabei ist der wenigstens eine Elastomerkörper als Elastomerbuchse am Innenteil angehaftet, vorzugsweise als Gummibuchse anvulkanisiert und von einem längsgeschlitzten Außenrohr umgeben, wobei sich der Längsschlitz in das Elastomermaterial fortsetzt und sich beim Einpressen in das Aufnahmeauge mit einer Durchmesserverkleinerung des Außenrohrs unter Aufbau einer Vorspannung im Elastomermaterial schließt. Durch die Vorspannung wird sichergestellt, dass das Elastomermaterial beim Einfedern keine kritische Dehnbelastung erfährt.
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Zur Abstützung der unteren Hinterradgabel am Hauptrahmen kann in einer an sich bekannten Anordnung die obere Hinterradgabel mit den Sitzstreben einerseits im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Oberrohr und Sitzrohr mit dem Hauptrahmen verbunden sein, wobei die Enden der jeweils seitlich zugeordneten Kettenstreben und Sitzstreben verbunden sind und wobei an dieser Verbindungsstelle ein Hinterrad als hinteres Laufrad lagerbar ist. Um die relativ kleinen Schwenkbewegungen zwischen zugeordneten Kettenstreben und Sitzstreben zu ermöglichen, sollen die dortigen Verbindungen als Drehlager mit quer zur Fahrtrichtung verlaufenden Drehachsen ausgebildet werden, wobei diese Drehlager vorteilhaft mittels Elastomer-Metall-Buchsen ausgeführt sein können. Solche Elastomer-Metall-Buchsen werden dann in Aufnahmeaugen an den Kettenstreben vorzugsweise oberhalb der Ausfallenden oder alternativ an den Sitzstreben eingesetzt, insbesondere unter Aufbringung einer Vorspannung eingepresst, wobei jeweils an einem Innenrohr der jeweiligen Elastomer-Metall-Buchse ein Ende der zugeordneten Sitzstrebe oder alternativ der zugeordneten Kettenstrebe angeschlossen ist.
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Zusätzlich zur elastischen Aufnahme und Abstützung von Einfederbewegungen der unteren Hinterradgabel in der Elastomer-Metall-Buchse am Hauptrahmen kann in einer Weiterbildung vorteilhaft die obere Hinterradgabel im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Oberrohr und Sitzrohr mit einem Dämpferelement, vorzugsweise als Elastomer-Metall-Lager mit dem Hauptrahmen verbunden werden. Die untere Hinterradgabel wird dadurch im hinteren Bereich durch das Dämpferelement über die Sitzstreben elastisch und gedämpft abgestützt. Durch die Ausgestaltung und Dimensionierung der Elastomer-Metall-Buchse und des Elastomer-Metall-Lagers ergeben sich geeignete Anpassungs- und Optimierungsfreiräume für unterschiedliche Pedelecrahmenausführungen und unterschiedliche Einsatzfälle.
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Vorzugsweise ist das Dämpferelement ein als V-Lager ausgebildetes Elastomer-Metall-Lager mit einem V-förmigen Lagerinnenteil mit einer Basisplatte an der gegeneinander versetzt die beiden Sitzstreben mit ihren oberen Enden starr angeschlossen sind und mit nach oben keilförmig an einem V-förmigen Stützteil angeordneten und angehafteten Elastomerpaketen, gegebenenfalls mit Zwischenblechen, die in einem V-Lagergehäuse aufgenommen und angeschlossen sind, das starr mit dem Hauptrahmen verbunden ist.
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Die Sitzstreben können ausgehend von einer Grundform bei Belastungen verformbar und wieder rückstellbar, insbesondere elastisch verformbar ausgebildet sein. Dabei können die Sitzstreben fest, das heißt ohne Drehgelenke mit den Kettenstreben verbunden sein. Die sich beim Einfedern ergebenden Winkeländerungen zwischen Sitz- und Kettenstreben und Sitzrohr können hier durch eine definierte Verformung der Sitzstreben ausgeglichen werden, sodass die Anzahl von Bauteilen gegebenenfalls verringert werden kann, wobei gegebenenfalls je nach den Anforderungen auch ein Dämpferelement entfallen kann.
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Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung weiter erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen Pedelecrahmen in perspektivischer Darstellung, und
- 2 eine vergrößerte Explosionsdarstellung im Bereich des Anschlusses einer Hinterradgabel.
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In 1 ist ein Pedelecrahmen 1 dargestellt mit einem Hauptrahmen 2 aus einem Oberrohr 3, einem Unterrohr 4, einem Steuerrohr 5 und einem Sitzrohr 6. Im Bereich der Verbindung zwischen Oberrohr 3 und Sitzrohr 6 ist eine Sattelstützenaufnahme 7 angebracht.
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Ein Hinterbau 8 des Pedelecrahmens 1 besteht aus einer unteren Hinterradgabel 9 mit zwei nebeneinander liegenden Kettenstreben 10a, 10b und aus einer oberen Hinterradgabel 11 mit zwei etwa parallelen Sitzstreben 12a, 12b.
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Ein Mittelmotor 13 als Motoreinheit mit einem Motorgehäuse 14 ist über einen Motorträger 15 rahmenfest mit dem Hauptrahmen 2 verbunden. Der Motorträger 15 ist als platten- und bogenförmiges Halteteil ausgebildet, der den Mittelmotor 13 bzw. dessen Motorgehäuse 14 von oben her teilweise formschlüssig übergreift. Der Motorträger 15 ist Bestandteil des Hauptrahmens 2 und im Verbindungsbereich zwischen dem Unterrohr 4 und dem Sitzrohr 6 angeordnet.
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Im Motorgehäuse 14 ist eine quer zur Fahrtrichtung verlaufende Tretlagerwelle 16 zum beidseitigen Anschluss von Tretkurbeln angeordnet. Weiter enthält das Motorgehäuse 14 einen eine Tretbewegung unterstützenden Elektromotor 17 sowie einen Sensor für eine Kurbelbewegungserkennung und eine Steuerelektronik.
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Im unteren Bereich des Sitzrohrs 6 ist ein nach hinten gerichteter Lagerbock 18 angebracht, mit einem quer zur Fahrtrichtung liegenden zylindrischen Aufnahmeauge 19 (siehe auch vergrößerte Ansicht in 2).
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Im fertig montierten Zustand ist in das Aufnahmeauge 19 eine Elastomer-Metall-Buchse 20 eingepresst. Die Elastomer-Metall-Buchse 20 enthält ein stabiles zentrales Innenteil, hier als Innenrohr 21, mit dem die beiden Kettenstreben 10a, 10b mit ihren, dem Lagerbock 18 zugewandten Enden verdrehfest verbunden sind. Dazu kann das Innenrohr 21 beispielhaft ein Innengewinde 22 für eine Schraubverbindung aufweisen - auch andere an sich bekannte Verbindungen sind möglich.
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Die Elastomer-Metall-Buchse 20 ist hier eine sogenannte Schlitzbuchse, bei der das Innenrohr 21 von einem anvulkanisierten Elastomerkörper 23 als Gummibuchse umgeben ist, welche wiederum von einem anvulkanisierten, längsgeschlitzten Außenrohr 24 umgeben ist. Der Längsschlitz 25 setzt sich in das Elastomermaterial der Gummibuchse fort. Beim Einpressen der Elastomer-Metall-Buchse 20 in das Aufnahmeauge 19 wird mit einer Durchmesserverkleinerung des Außenrohrs 24 der Längsschlitz 25 geschlossen und eine im Wesentlichen radiale Vorspannung in der Gummibuchse aufgebaut. Der Lagerbock 18 mit der eingepressten Elastomer-Metall-Buchse 20 und den am Innenrohr 21 angeschlossenen Kettenstreben 10a, 10b ist ein wesentlicher Bestandteil einer Hinterbaufederung für den Hinterbau 8.
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Der Lagerbock 18 und damit das Innenrohr 21 sind hier unabhängig und beabstandet zu einer Tretlagerwelle 16, die integraler Bestandteil des Mittelmotors 13 ist. Ersichtlich bildet das Innenteil 21 mit den angeschlossenen Kettenstreben 10a, 10b eine Gabelbrücke der unteren Hinterradgabel 9.
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Im oberen Bereich von Enden 26a, 26b der Kettenstreben 10a, 10b sind Aufnahmeaugen 27a, 27b angebracht, in die im Vergleich zur Elastomer-Metall-Buchse 20 kleinere Elastomer-Metall-Buchsen 28a, 28b eingepresst sind. Zwischen den Enden 26a, 26b ist ein (nicht dargestelltes) Hinterrad lagerbar. Die obere Hinterradgabel 11 ist mit den Sitzstreben 12a, 12b im Bereich der Verbindungsstelle zwischen Oberrohr 3 und Sitzrohr 6 mit einem Dämpferelement 29 mit dem Hauptrahmen verbunden. Die unteren Enden der Sitzstreben 12a, 12b sind jeweils über Gabelteile 30a, 30b beidseitig mit einem Innenrohr der Elastomer-Metall-Buchsen 28a, 28b schwenkbar verbunden.
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Das Dämpferelement 29 ist als sogenanntes V-Lager ausgebildet, welches am hinteren Ende des Oberrohrs 3 angeschlossen ist.
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Ein V-förmiges Lagerinnenteil des Dämpferelements 29 weist eine untere Basisplatte 31 auf, an der die oberen Enden der Sitzstreben 12a, 12b angeschlossen sind. Von der Basisplatte 31 erstreckt sich nach oben ein V-förmiges Stützteil, an dessen Seitenflächen keilförmig nach oben verlaufende Elastomerpakete 32a, 32b angeordnet sind, die in einem V-Lagergehäuse 33 abgestützt sind.
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Die Hinterbaufederung des Hinterbaus 8 hat folgende Funktion:
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Eine statische Last auf das Hinterrad, insbesondere durch das Gewicht eines Fahrers ebenso wie fahrbahnangeregte dynamische Belastungen und Einfedervorgänge des Hinterrads bedingen Schwenkbewegungen der unteren Hinterradgabel 9 als Schwinge um den Lagerbock 18. Die untere Hinterradgabel 9 und deren Schwenkbewegungen werden einerseits durch eine rückstellende Drehschubbelastung der Elastomer-Metall-Buchse 20 im Lagerbock 18 und andererseits durch das Dämpferelement 29 mit einer Schub-Druck-Belastung elastisch abgestützt.
