DE102017007192A1

DE102017007192A1 - Fahrradnabenanordnung und Fahrradsteuersystem

Info

Publication number: DE102017007192A1
Application number: DE102017007192.6A
Authority: DE
Inventors: Takashi Yamamoto
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2016-08-23
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2018-03-01
Also published as: CN107757251A; TW201806791A; US20200039606A1; US10479441B2; US20180057107A1; US11331947B2; CN107757251B

Abstract

Fahrradnabenanordnung enthält eine Nabenhülle, die eine Bremsfläche enthält. Ein Rücktrittbremsbacken ist in der Nabenhülle untergebracht und wirkt mit der Bremsfläche zusammen, um eine Bremskraft zu erzeugen. Ein Motor ist in der Nabenhülle untergebracht und so eingerichtet, dass er gesteuert werden kann, um ein Übersetzungsverhältnis mindestens zu ändern oder aufrechtzuerhalten.

Description

QUERVERWEIS AUF ANDERE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Patentanmeldung Nr. 15/245,131, eingereicht am 23 August 2016. Die gesamte Offenbarung der U.S. Patentanmeldung Nr. 15/245,131 ist hiermit vollständig durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Fahrradnabenanordnung und ein Fahrradsteuersystem.
Die Fahrradindustrie entwickelt sich ständig weiter und entwickelt verschiedene Bauteile des Fahrrads. Zum Beispiel enthüllt die japanische offenbarte Patentveröffentlichung Nr. 55-46907 , die hierin durch Verweis auf diese eingebunden ist, eine Fahrrad-Naben-Getriebevorrichtung, die mit einer Rücktrittbremse versehen ist. Die Naben-Getriebevorrichtung ist in einer axialen Richtung beweglich. Die Naben-Getriebevorrichtung enthält einen Antriebsnocken und einen in einer Nabenhülle angeordneten Abtriebsnocken. Wenn die Rücktrittbremse beziehungsweise Coaster-Bremse ein- und ausgeschalten wird, wird der Antriebsnocken in axialer Richtung bewegt, um mit dem Abtriebsnocken in Eingriff zu kommen bzw. von diesem ausgerückt zu werden.
Japanische offengelegte Patentveröffentlichung Nr. 10-203466 enthüllt ein Pedalunterstützungsfahrrad mit einer vorderen Getriebevorrichtung, die ein an eine Kurbelwelle gekoppeltes Differentialgetriebe und einen an das Differentialgetriebe gekoppelten Elektromotor enthält, und das zur Erzeugung einer motorgetriebenen Hilfskraft durch eine Steuervorrichtung gesteuert wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, neue Fahrradkomponenten und systeme mit neuartiger Struktur und Funktionsfähigkeit zu schaffen.
Folglich ist ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung eine Fahrradnabenanordnung zu schaffen, die Folgendes enthält: eine Nabenhülle, die eine Bremsfläche enthält; einen Coaster- oder Rücktrittbremsbacken, der in der Nabenhülle untergebracht ist, um mit der Bremsfläche zusammenzuwirken um eine Bremskraft zu erzeugen; und einen Motor, der in der Nabenhülle untergebracht und eingerichtet ist, um gesteuert zu werden/sein, um ein Übersetzungsverhältnis mindestens zu ändern oder aufrechtzuerhalten.
Vorzugsweise ist der Motor entfernt von dem Rücktrittbremsbacken in einer axialen Richtung der Nabenhülle angeordnet.
Vorzugsweise ist der Motor konzentrisch mit einer Mittelachse der Nabenhülle angeordnet.
Vorzugsweise ist der Motor direkt oder indirekt an eine Steuervorrichtung gekoppelt, wobei wenn das Fahrrad durch Pedaltreten angetrieben wird, so wird der Motor gemäß einem Übersetzungsverhältnisanforderungssignal von der Steuervorrichtung zur stufenweisen oder stufenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses oder zur Beibehaltung eines gewählten Übersetzungsverhältnisses bei gesteuerter Motordrehzahl gedreht, und der Motor wird gemäß einem Drehstoppsignal von der Steuervorrichtung gestoppt, wenn das Fahrrad angehalten wird.
Vorzugsweise umfasst die Fahrradnabenanordnung ferner einen Stromspeiseleiter, der den Motor elektrisch mit einer Batterie oder einem Generator verbindet.
Vorzugsweise umfasst die Fahrradnabenanordnung ferner eine Nabenachse, die zumindest teilweise von der Nabenhülle abgedeckt ist; einen Nabenmitnehmer, der direkt oder indirekt mit einem Antriebselement verbunden und in einer ersten Richtung und einer zu der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung drehbar ist, wobei der Nabenmitnehmer in die erste Richtung gedreht wird, wenn ein Pedal in eine Vorwärtsfahrrichtung gedreht wird, und wobei der Nabenmitnehmer in die zweite Richtung gedreht wird, wenn das Pedal in eine der Vorwärtsfahrrichtung entgegengesetzte Richtung gedreht wird; und eine im Innern der Nabenhülle angeordnete Getriebevorrichtung, um die Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Richtung zur Nabenhülle hin bei einem gewählten Übersetzungsverhältnis zu übertragen; wobei der Rücktrittbremsbacken so eingerichtet ist, dass er gegen die Bremsfläche durch eine Drehbewegung der Getriebevorrichtung gedrückt wird, die durch eine Drehung des Nabenmitnehmers in der zweiten Richtung verursacht wird, um eine Reibbremskraft zu erzeugen, und wobei die Getriebevorrichtung den Motor enthält.
Vorzugsweise enthält die Getriebevorrichtung einen epizyklischen Rotormechanismus, der direkt oder indirekt mit jedem von dem Nabenmitnehmer, dem Rücktrittbremsbacken und dem Motor gekoppelt ist.
Vorzugsweise sind der Motor und der Rücktrittbremsbacken auf entgegengesetzten Seiten des epizyklischen Rotormechanismus in axialer Richtung der Nabenachse angeordnet.
Vorzugsweise umfasst die Fahrradnabenanordnung ferner eine erste Einwegkupplung, die an einer ersten Stelle an dem epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist. Wenn der Nabenmitnehmer in die erste Drehrichtung dreht/gedreht wird, kann die erste Einwegkupplung die Übertragung der Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Drehrichtung zum Rücktrittbremsbacken hin stoppen, so dass der Rücktrittbremsbacken keine reibende Bremskraft erzeugt. Wenn der Nabenmitnehmer in die zweite Drehrichtung dreht/gedreht wird, kann die zweite Einwegkupplung die Übertragung der Drehung des Nabenmitnehmers über den epizyklischen Rotormechanismus in der zweiten Drehrichtung zum Rücktrittbremsbacken hin erlauben, so dass der Rücktrittbremsbacken eine reibende Bremskraft erzeugt.
Vorzugsweise enthält der epizyklische Rotormechanismus einen Sonnenrotor, der koaxial zur Nabenachse angeordnet ist, eine Vielzahl von Planetenrotoren, die mit dem Sonnenrotor gekoppelt sind, einen Träger, der die Vielzahl von Planetenrotoren drehbar stützt, und einen Ringrotor, der mit der Vielzahl von Planetenrotoren gekoppelt ist. Der Motor kann eine mit dem Sonnenrotor gekoppelte Drehwelle enthalten.
Vorzugsweise ist/wird die Drehwelle des Motors mit dem Sonnenrotor gekoppelt, um sich mit dem Sonnenrotor integral zu drehen.
Vorzugsweise ist der Ringrotor mit dem Nabenmitnehmer gekoppelt, um sich mit dem Nabenmitnehmer integral zu drehen.
Wenn der Nabenmitnehmer in die zweite Richtung dreht/gedreht wird, wird der Motor vorzugsweise so gesteuert, dass eine elektromagnetische Bremskraft auf den Sonnenrotor erzeugt und ausgeübt oder eine freie Drehung der Drehwelle ermöglicht wird.
Vorzugsweise enthält der epizyklische Rotormechanismus einen Sonnenrotor, der koaxial zur Nabenachse angeordnet ist, eine Vielzahl von Planetenrotoren, die mit dem Sonnenrotor gekoppelt sind, einen Träger, der die mehreren Planetenrotoren drehbar stützt, und einen mit der Vielzahl von Planetenrotoren gekoppelten Ringrotor. Der Motor kann eine mit dem Sonnenrotor gekoppelte Drehwelle enthalten. Die erste Einwegkupplung kann mit dem Ringrotor und dem Träger gekoppelt sein/werden, um die Drehung des Nabenmitnehmers in der zweiten Richtung über die erste Einwegkupplung und den Träger zu dem Rücktrittbremsbacken zu übertragen und um die Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Richtung nicht auf den Träger zu übertragen.
Vorzugsweise umfasst die Fahrradnabenanordnung ferner eine zweite Einwegkupplung, die an einer zweiten Stelle auf dem epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist/wird. Die zweite Stelle kann von der ersten Stelle in einer axialen Richtung der Nabenachse verschieden sein. Die zweite Einwegkupplung kann so eingerichtet sein, dass sie die Drehung des Nabenmitnehmers zur Nabenhülle hin in der ersten Richtung über die zweite Einwegkupplung und den Träger überträgt und dass sie die Drehung des Nabenmitnehmers zur Nabenhülle hin in der zweiten Richtung nicht überträgt.
Vorzugsweise enthält der Träger eine Vielzahl von Planetenwellen, die die Vielzahl von Planetenrotoren jeweils drehbar tragen. Die Vielzahl von Planetenrotoren kann zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle des epizyklischen Rotormechanismus angeordnet sein.
Vorzugsweise umfasst die Fahrradnabenanordnung ferner eine an einer dritten Stelle auf dem epizyklischen Rotormechanismus angeordnete dritte Einwegkupplung, die sich von der ersten und zweiten Stelle in der axialen Richtung der Nabenachse unterscheidet, um die Drehung des Ringrotors zum Träger hin zu übertragen und um die Drehung des Trägers zum Ringrotor nicht zu übertragen. Die dritte Einwegkupplung kann mit dem Ringrotor und dem Träger gekoppelt sein/werden, um den Ringrotor und den Träger mit einer Drehrate zu drehen, die einer Drehrate des Nabenmitnehmers entspricht, wenn der Motor nicht gedreht wird.
In einer alternativen Ausgestaltung kann der Träger eine Nockenfläche enthalten, die dem Motor in axialer Richtung entgegengesetzt angeordnet ist und eine Bremsrolle drehbar stützt. Die Nockenfläche kann derart geformt sein, daß die Bremsrolle den Bremsbacken des Rücktrittbremsbackens in Richtung der Bremsfläche in einer radialen Richtung nach außen drückt, wenn der Nabenmitnehmer in die zweite Richtung dreht/gedreht wird.
Vorzugsweise umfasst die Fahrradnabenanordnung gemäß einer alternativen Ausgestaltung ferner eine erste Einwegkupplung, die mit der Nabenhülle und einem Ringrotor des epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist/wird, und eine zweite Einwegkupplung, die mit dem Ringrotor und einem Träger des epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist/wird. Die erste und die zweite Einwegkupplung können so angeordnet sein, dass die Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Drehrichtung über den Träger, die zweite Einwegkupplung, den Ringrotor und die erste Einwegkupplung in einer sequentiellen Weise zur Nabenhülle hin übertragen wird und die Drehung des Nabenmitnehmers in der zweiten Drehrichtung über den Träger zum Rücktrittbremsbacken übertragen wird, ohne den Ringrotor und die erste und zweite Einwegkupplung mit einzubeziehen.
Die erste Einwegkupplung kann mit einer ersten radialen Stelle des Ringrotors gekoppelt sein/werden und die zweite Einwegkupplung kann mit einer zweiten radialen Stelle des Ringrotors gekoppelt sein/werden, wobei die zweite radiale Stelle von der ersten radialen Stelle verschieden ist.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrradsteuersystem, das Folgendes enthält: einen ersten Motor; eine Nabenanordnung, die einen Nabenmitnehmer, der über mindestens ein Antriebselement mit einer Kurbelwelle verbunden ist; und einen zweiten Motor, der in der Nabenanordnung angeordnet ist, um ein Drehmoment zu erzeugen, um ein Übersetzungsverhältnis mindestens zu ändern oder beizubehalten.
Vorzugsweise kann das Fahrradsteuersystem ferner mindestens einen Drehsensor umfassen, der angeordnet ist/wird, um die Drehung einer oder beider von der Kurbelwelle und dem Nabenmitnehmer zu erfassen und ein Sensorsignal auszugeben.
Vorzugsweise umfasst das Fahrradsteuersystem ferner eine Steuervorrichtung, die mit dem ersten Motor, dem zweiten Motor und dem mindestens einen Drehsensor verbunden ist/wird, um den ersten Motor und den zweiten Motor gemäß dem Sensorsignal zu steuern, das von dem mindestens einen Drehsensor bereitgestellt wird.
Das Fahrradsteuersystem kann ferner eine Batterie und/oder einen Generator umfassen, mit dem ersten Motor, dem zweiten Motor und der Steuervorrichtung elektrisch verbunden.
In einer bevorzugten Anordnung enthält der mindestens eine Drehsensor einen Trittfrequenzsensor, der die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfasst.
Vorzugsweise erzeugt die Steuervorrichtung ein erstes Steuersignal zur Steuerung des ersten Motors gemäß dem vom Trittfrequenzsensor bereitgestellten Sensorsignal.
Vorzugsweise erzeugt die Steuervorrichtung ein zweites Steuersignal zur Steuerung des zweiten Motors gemäß dem vom Trittfrequenzsensor bereitgestellten Sensorsignal.
In einer weiteren bevorzugten Anordnung enthält der mindestens eine Drehsensor einen Nabendrehsensor, der die Drehgeschwindigkeit des Nabenmitnehmers erfasst.
Vorzugsweise erzeugt die Steuervorrichtung ein erstes Steuersignal zur Steuerung des ersten Motors gemäß dem vom Nabendrehsensor bereitgestellten Sensorsignal.
Vorzugsweise erzeugt die Steuervorrichtung ein zweites Steuersignal zur Steuerung des zweiten Motors gemäß dem Sensorsignal, das vom Nabendrehsensor bereitgestellt wird.
Die Steuervorrichtung enthält bevorzugt eine Schnittstelle, die über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung mit dem wenigstens einen Drehsensor verbunden ist, einen Speicher, der computerlesbare Anweisungen zur Steuerung des ersten Motors und des zweiten Motors gemäß dem von der Schnittstelle empfangenen Sensorsignal speichert, und einen Prozessor, der eingerichtet ist, um auf den Speicher zuzugreifen, um die computerlesbaren Anweisungen auszuführen und ein Motorsteuerungssignal zur Steuerung des ersten Motors und des zweiten Motors zu erzeugen.
Vorzugsweise enthält der erste Motor einen ersten Unterstützungsmotor, der ein Drehmoment zur Erzeugung einer motorgetriebenen Hilfskraft erzeugt. Die Steuervorrichtung kann so eingerichtet sein, dass sie den ersten Unterstützungsmotor mit einem Anforderungssignal für motorgetriebene Unterstützung als dem Motorsteuerungssignal versorgt. Der erste Unterstützungsmotor kann sich drehen, um eine motorgetriebene Hilfskraft hinzuzufügen, die dem Anforderungssignal für motorgetriebene Unterstützung für das Antriebselement entspricht.
Vorzugsweise ist die Steuervorrichtung so eingerichtet, dass sie dem zweiten Motor ein Übersetzungsverhältnisanforderungssignal als das Motorsteuerungssignal zuführt. Der zweite Motor kann sich mit gesteuerter Motordrehzahl entsprechend dem Übersetzungsverhältnisanforderungssignal drehen, um das Übersetzungsverhältnis stufenweise oder stufenlos zu ändern oder ein gewähltes Übersetzungsverhältnis beizubehalten.
Die Nabenanordnung kann eine Nabenhülle enthalten, die eine Bremsfläche enthält, und einen Rücktrittbremsbacken, der in der Nabenhülle untergebracht ist, um mit der Bremsfläche zusammenzuwirken, um eine Bremskraft zu erzeugen. Die Nabenanordnung ist wie vorstehend beschrieben.
Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen, ergeben.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrradantriebsstrangs;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Fahrradnabenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;
3 und 4 sind Blockdiagramme der Fahrradnabenanordnung von 2;
5 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 2, wenn das Fahrrad fährt;
6 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 2, wenn das Fahrrad bremst;
7 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 2, wenn das Fahrrad ausrollt;
8 ist eine Querschnittsansicht einer Fahrradnabenanordnung gemäß eines ersten Arbeitsbeispiels der ersten Ausführungsform;
9 und 10 sind Querschnittsansichten einer ersten Einwegkupplung der Fahrradnabenanordnung von 8;
11 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 8, wenn das Fahrrad fährt;
12 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 8, wenn das Fahrrad bremst;
13 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 8, wenn das Fahrrad ausrollt;
14 ist eine Querschnittsansicht einer Fahrradnabenanordnung gemäß einem zweiten Arbeitsbeispiel der ersten Ausführungsform;
15 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 14, wenn das Fahrrad fährt;
16 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 14, wenn das Fahrrad bremst;
17 ist ein Blockdiagramm der Fahrradnabenanordnung von 14, wenn das Fahrrad ausrollt;
18 ist ein Blockdiagramm eines Fahrradsteuersystems gemäß einer zweiten Ausführungsform;
19 ist eine schematische Ansicht eines Fahrrads, das das Fahrradsteuersystem von 18 enthält.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun eine Fahrradnabenanordnung gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf 1 bis 4 beschrieben.
Verschiedene Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dem Fachmann auf dem Gebiet wird aus der Offenbarung offensichtlich, dass die folgende Beschreibung der Ausführungsformen lediglich zur Veranschaulichungszwecken und nicht zum Zwecke der Einschränkung der Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenzen definiert ist, bereitgestellt wird.
Bei der vorliegenden Anmeldung beziehen sich die folgenden Richtungsbegriffe „vorderer“, „hinterer“, „nach vorne“, „nach hinten“, „links“, „rechts“, „nach oben“ und „nach unten“, wie auch alle anderen ähnlichen Richtungsbegriffe, auf diejenigen Richtungen, die basierend auf einem Fahrer bestimmt werden, der z.B. dem Lenker zugewandt auf dem Fahrrad fährt. Dementsprechend sollten diese Begriffe, so, wie sie verwendet werden, um die Fahrradnabenanordnung zu beschreiben, relativ zu dem Fahrrad als in einer aufrechten Fahrposition auf einer horizontalen Oberfläche verwendet interpretiert werden.
Wie in 1 gezeigt, enthält ein Fahrradantriebsstrang 1 eine Kurbelwelle 2, ein Paar Kurbelarme 3, ein vorderes Kettenrad 4, ein hinteres Kettenrad 5 und ein Antriebselement 6. Die Kurbelarme 3 sind in axialer Richtung mit den jeweiligen Enden der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Die Pedale 7 enthalten je einen Pedalkörper und eine Pedalwelle. Der Pedalkörper wird durch die Pedalwelle drehbar gestützt. Die Pedalwelle ist mit dem Kurbelarm 3 gekoppelt. Das vordere Kettenrad 4 ist mit der Kurbelwelle 2 integral drehbar. Das hintere Kettenrad 5 ist über das Antriebselement 6 mit dem vorderen Kettenrad 4, z. B. eine Kette, verbunden. Das Kettenrad 5 ist fest mit einer Fahrradnabenanordnung 10 verbunden. Das Kettenrad 5 kann an der Fahrradnabenanordnung 10 selektiv angebaut und von dieser abgebaut werden, ohne dass das Kettenrad 5 und die Fahrradnabenanordnung 10 beschädigt werden. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass die Kettenräder 4 und 5 auf Riemenscheiben oder Gänge umgestellt werden können und das Antriebselement 6 auf einen elastischen Riemen oder eine Antriebswelle umgestellt werden kann.
2 veranschaulicht die Fahrradnabenanordnung 10 gemäß der ersten Ausführungsform. Die Fahrradnabenanordnung 10 enthält eine Nabenachse 11, eine Nabenhülle 12 und einen Nabenmitnehmer 13. Die Nabenachse 11 ist so eingerichtet, dass sie fest mit einem Fahrradrahmen F, wie z. B. einer Kettenstrebe, verbunden ist. Die Nabenachse 11 enthält an beiden Enden der Nabenachse 11 in axialer Richtung eine Gewindeaußenfläche. Die Nabenachse 11 ist eine Vollwelle oder eine Hohlwelle mit axialer Durchgangsbohrung. In der nachfolgenden Beschreibung bezieht sich die axiale Richtung auf die horizontale Richtung von 2, die parallel zu einer Mittelachse Ax der Nabenachse 11 verläuft. Die Mittelachse Ax kann auch als Mittelachse der Nabenhülle 12 bezeichnet werden. In der vorliegenden Ausführung ist die Nabenachse 11 zumindest teilweise mit der Nabenhülle 12 abgedeckt.
Das hintere Kettenrad 5 ist an dem Nabenmitnehmer 13 der Fahrradnabenanordnung 10 fest befestigt oder mit diesem einstückig ausgebildet. Der Nabenmitnehmer 13 ist direkt oder indirekt mit dem Antriebselement 6 (1) gekoppelt und in einer ersten Richtung D1 und einer zweiten Richtung D2, die der ersten Richtung D1 entgegengesetzt ist, drehbar. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Nabenmitnehmer 13 über das hintere Kettenrad 5 mit dem Antriebselement 6 gekoppelt. Wie in 1 dargestellt, wird beim Drehen des Pedals 7 bzw. der Kurbelwelle 2 in Vorwärtsfahrrichtung FD der Nabenmitnehmer 13 in eine erste Drehrichtung D1 gedreht. Wenn das Pedal 7 oder die Kurbelwelle 2 entgegen der Vorwärtsfahrrichtung FD in eine Richtung RD gedreht wird, wird der Nabenmitnehmer 13 entgegen der ersten Richtung D1 in eine zweite Richtung D2 gedreht. Die Nabenhülle 12 enthält einen Hohlzylinderabschnitt 12a und ein Paar Nabenflanschen 14a. Der Hohlzylinderabschnitt 12a enthält eine Außenfläche 14 und eine Innenfläche 15. Die Nabenflanschen 14a sind an der Außenfläche 14 angeordnet. Jeder Nabenflansch 14a enthält eine Vielzahl von Speichenlöchern 14b. Die Nabenflanschen 14a sind in der axialen Richtung voneinander beabstandet. Der Hohlzylinderabschnitt 12a und die Nabenflanschen 14a sind integriert als ein Einstück-Element ausgebildet. Die Innenfläche 15 enthält eine Bremsfläche 15a. Ein Rücktrittbremsbacken 16 ist in der Nabenhülle 12 an einer Stelle, die der Bremsfläche 15a zugewandt ist, untergebracht. Der Rücktrittbremsbacken 16 ist eingerichtet, um mit der Bremsfläche 15a zusammenzuwirken, um eine Reibbremskraft zu erzeugen.
Ein erstes Lager 17 ist mit der Innenfläche des Nabenmitnehmers 13 und einer Außenfläche der Nabenachse 11 gekoppelt, so dass der Nabenmitnehmer 13 gegenüber der Nabenachse 11 drehbar ist. Ein zweites Lager 18 ist mit der Innenfläche 15 der Nabenhülle 12 und einer Außenfläche des Nabenmitnehmers 13 gekoppelt, so dass die Nabenhülle 12 bezüglich des Nabenmitnehmers 13 um die Nabenachse 11 herum drehbar ist. Ein drittes Lager 19 ist mit der Innenfläche 15 der Nabenhülle 12 und einem auf der Außenfläche der Nabenachse 11 befestigten Positionierelement 11a gekoppelt, so dass die Nabenhülle 12 um die Nabenachse 11 herum drehbar ist.
In der Nabenhülle 12 ist eine Getriebevorrichtung 20 untergebracht, die als Rücktrittbremsstell- und Gangschaltvorrichtung fungiert. Die Getriebevorrichtung 20 ist an dem Nabenmitnehmer 13, der Nabenhülle 12 und den Rücktrittbremsbacken 16 angekoppelt. Die Getriebevorrichtung 20 ist so eingerichtet, dass die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Nabenmitnehmers 13 auf eines aus der Nabenhülle 12 und dem Rücktrittbremsbacken 16 übertragen wird. Die Getriebevorrichtung 20 weist variable Getriebeübersetzungsverhältnisse oder Übersetzungsverhältnisse auf und enthält einen Elektromotor 21, der so eingerichtet ist, dass er gesteuert werden kann, um die Übersetzungsverhältnisse der Fahrradnabenanordnung 10 zu ändern und/oder ein gewähltes Übersetzungsverhältnis beizubehalten.
Wie in 3 gezeigt, ist in der Nabenhülle 12 eine Steuervorrichtung 50 zur Steuerung des Motors 21 angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Steuervorrichtung 50 über eine Zuleitung mit dem Motor 21 verbunden. Bei anderen Ausführungsformen wird die Steuervorrichtung 50 auf einer Außenfläche des Motors 21 montiert und über einen elektrischen Kontaktsatz direkt mit dem Motor 21 verbunden. Die Steuervorrichtung 50 versorgt den Motor 21 über die Zuleitung oder den elektrischen Kontaktsatz mit Motorsteuersignalen. Wie später noch erläutert wird, enthalten die Motorsteuersignale ein Übersetzungsverhältnisanforderungssignal MC1, ein Drehstoppsignal MC2 und ein Bereitschaftssignal MC3.
Wie in 3 gezeigt, wird der Motor 21 von einer in der Nabenhülle 12 angeordneten elektrischen Energiequelle 51 angetrieben. Die elektrische Energiequelle 51 führt über einen Stromspeiseleiter 52 direkt oder indirekt dem Motor 21 und der Steuervorrichtung 50 elektrische Energie zu. Der Stromspeiseleiter 52 verbindet den Motor 21 elektrisch mit der elektrischen Energiequelle 51, die eine Batterie und/oder ein Generator, wie z. B. ein Nabendynamo, sein kann.
In einem Beispiel aus 4 sind die Steuervorrichtung 50 und die elektrische Energiequelle 51 außerhalb der Nabenhülle 12 angeordnet. Der Stromspeiseleiter 52 enthält in diesem Fall einen Zuleitungsdraht, der von der Nabenhülle 12 durch die axiale Durchgangsbohrung der Nabenachse 11 zur elektrischen Energiequelle 51 geführt wird. Die elektrische Energiequelle 51 kann eine wiederaufladbare Batterie (252 in 19), die abnehmbar an einem Fahrradrahmen, z. B. einem Unterrohr, befestigt ist, ein Sitzrohr oder ein Gepäckträger des Fahrrads B sein. Die Steuervorrichtung 50 kann mit einem oder mehreren Fahrradcomputern 300 (19), einer Bedieneinheit 301, wie z. B. einem Hebel am Lenker 302, und einem Gehäuse der Energiequelle 51 integriert sein. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass die elektrische Verbindung zwischen Motor 21, Energiequelle 51 und Steuervorrichtung 50 nicht auf die der 3 und 4 beschränkt ist und kann bei Bedarf und/oder auf Wunsch in andere Strukturen geändert werden.
Die Fahrradnabenanordnung 10 kann wahlweise in einem der folgenden Funktionszustände betrieben werden: Antreiben, Bremsen und Ausrollen. Das Antreiben erfolgt, wenn der Fahrer vorwärts in die Pedale tritt (die Vorwärtsfahrtrichtung FD von 1), um den Nabenmitnehmer 13 in die erste Fahrtrichtung D1 zu drehen, um das Fahrrad zu beschleunigen. Das Bremsen erfolgt, wenn der Fahrer rückwärts in die Pedale tritt (Richtung RD von 1) und dann die Pedale 7 härter oder weicher drückt, um entsprechend mehr oder weniger bremsen zu können. Der Leerlauf erfolgt, wenn der Fahrer die Pedale 7 ruhend hält oder wenn keine Antriebskraft vom vorderen Kettenrad 4 zur Nabenhülle 12 über das Antriebselement 6, das hintere Kettenrad 5 und den Nabenmitnehmer 13 übertragen wird.
Bezugnehmend auf 5 bis 7, die Fahrradnaben-Anordnung 10 von 2 ist nachstehend beschrieben. In 5 bis 7 ist „HS“ eine Abkürzung für die Nabenhülle 12, „HD“ ist eine Abkürzung für den Nabenmitnehmer 13, „BS“ ist eine Abkürzung für den Rücktrittbremsbacken 16 und „M“ ist eine Abkürzung für den Motor 21.
Wie in 5 gezeigt, dreht sich der Nabenmitnehmer 13 in die erste Richtung D1, wenn der Fahrer vorwärts in die Pedale tritt, um das Fahrrad anzutreiben. Die Getriebevorrichtung 20 überträgt die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in die erste Richtung D1 auf die Nabenhülle 12. Die Getriebevorrichtung 20 überträgt die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 nicht auf die Rücktrittbremse 16. Die Steuervorrichtung 50 steuert den Motor 21 zur Drehmomenterzeugung mit einem Übersetzungsverhältnisanforderungssignal MC1. Der Motor 21 erzeugt ein Drehmoment gemäß dem Signal MC1 zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses der Fahrradnabenanordnung 10 oder zur Beibehaltung eines gewählten Übersetzungsverhältnisses.
Wie in 6 gezeigt, dreht sich der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Richtung D2, wenn der Fahrer rückwärts in die Pedale tritt, um das Fahrrad anzuhalten. Die Getriebevorrichtung 20 überträgt die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Drehrichtung D2 nicht auf die Nabenhülle 12. Vielmehr überträgt die Getriebevorrichtung 20 die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Richtung D2 auf den Rücktrittbremsbacken 16. Dieser verdrängt den Rücktrittbremsbacken 16 in der radialen Richtung zur Bremsfläche 15a der Nabenhülle 12 hin und erzeugt so eine Reibbremskraft.
Die Steuervorrichtung 50 steuert den Motor 21 kein Drehmoment zu erzeugen, wenn der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Drehrichtung D2 gedreht wird. Beispielsweise stoppt der Motor 21 einfach die Drehmomenterzeugung gemäß dem Drehstoppsignal MC2 von der Steuerung 50. Es ist vorzuziehen, dass der Motor 21 eine elektromagnetische Bremskraft gemäß dem Drehstoppsignal MC2 erzeugt, um den Motor 21 zwangsweise anzuhalten und stillzulegen.
Wie in 7 gezeigt, entkoppelt die Getriebevorrichtung 20 beim Ausrollen des Fahrrads sowohl die Nabenhülle 12 als auch den Rücktrittbremsbacken 16 vom Nabenmitnehmer 13. Dementsprechend setzt die Nabenhülle 12 die Beschleunigung und/oder Verzögerung während des Auslaufens durch Trägheit fort.
Es ist vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung 50 den Motor 21 mit dem Bereitschaftssignal MC3 versorgt, so dass der Motor 21 bei Fahrradauslauf mit relativ niedriger Motordrehzahl dreht. Dies verkürzt die Reaktionszeit des Motors 21 beim Eintritt in den Fahrzustand. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird jedoch aus der vorliegenden Offenbarung deutlich, dass der Motor 21 so gesteuert wird, dass er kein Drehmoment erzeugt oder, wie oben beschrieben, zwangsweise die Drehung stoppt.
Wie oben ausgeführt, enthält die Fahrradnabenanordnung 10 der ersten Ausführungsform die Nabenhülle 12 einschließlich der Bremsfläche 15a, den Rücktrittbremsbacken 16, der in der Nabenhülle 12 untergebracht ist, um mit der Bremsfläche 15a zusammenzuwirken, um eine Bremskraft zu erzeugen, und den Motor 21, der in der Nabenhülle 12 untergebracht und so eingerichtet ist, dass er gesteuert werden kann, um ein Übersetzungsverhältnis mindestens zu ändern oder beizubehalten. Die Fahrradnabenanordnung 10 weist daher sowohl eine Rücktrittbremsfunktion als auch eine elektrische Gangschaltfunktion in einer einzigen Einheit, z. B. in der Nabenhülle 12, auf.
Nachfolgend werden einige Arbeitsbeispiele der Fahrradnabenanordnung 10 der ersten Ausführungsform beschrieben. Elemente, die im Wesentlichen die gleiche Funktion, wie sie oben beschrieben sind, aufweisen, werden hier mit den gleichen Bezugszeichen nummeriert und nicht nochmals detailliert beschrieben.
8 veranschaulicht eine Fahrradnabenanordnung 10a gemäß eines ersten Arbeitsbeispiels der ersten Ausführungsform.
The Motor 21 enthält eine Drehwelle 21a, die einen magnetischen Kern, eine elektromagnetische Spule 21b und ein Motorgehäuse 21c enthält. Die Drehwelle 21a ist rohrförmig. Das Motorgehäuse 21c ist an der Nabenachse 11 fixiert.
Die Getriebevorrichtung 20 enthält einen epizyklischen Rotormechanismus 30, der mit jeder der Drehwelle 21a, dem Nabenmitnehmer 13 und dem Rücktrittbremsbacken 16 direkt oder indirekt gekoppelt ist. Der epizyklische Rotormechanismus 30 ist ein epizyklischer Rotormechanismus, bei dem alle Rotoren Zahnräder sind. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird jedoch aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass der epizyklische Rotormechanismus 30 auf einen epizyklischen Reibmechanismus umgestellt werden kann, bei dem alle Rotoren zahnlose Rotoren sind, die jeweils mit einem zahnlosen Rotor in Reibungskontakt stehen.
Der epizyklische Rotormechanismus 30 enthält einen Sonnenrotor 31, eine Vielzahl von Planetenrotoren 32, einen Träger 33 und einen Ringrotor 34. Der Sonnenrotor 31 ist koaxial zur Nabenachse 11 angeordnet. Die Vielzahl von Planetenrotoren 32 ist mit dem Sonnenrotor 31 gekoppelt. Der Träger 33 stützt drehbar die Vielzahl von Planetenrotoren 32. Der Ringrotor 34 ist mit der Vielzahl von Planetenrotoren 32 gekoppelt.
Der Sonnenrotor 31, der Träger 33 und der Ringrotor 34 weisen jeder eine Drehachse, die koaxial mit der Nabenachse 11 verläuft. Jeder Planetenrotor 32 weist eine Drehachse, die parallel zu aber nicht koaxial mit der Nabenachse 11 verläuft.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich wird, dienen der Ringrotor 34 und der Träger 33 der Fahrradnabenanordnung 10a von 8 als ein Dreheingangselement bzw. Drehausgangselement.
Der Sonnenrotor 31 ist mit der Drehwelle 21a des Motors 21 gekoppelt. Der Sonnenrotor 31 ist ringförmig. Der Sonnenrotor 31 ist fest mit der Drehwelle 21a verbunden oder mit dieser einstückig ausgebildet. Der Sonnenrotor 31 wird durch den Motor 21 gedreht. Dementsprechend ist die Drehwelle 21a des Motors 21 mit dem Sonnenrotor 31 gekoppelt, um sich mit dem Sonnenrotor 31 zu drehen.
Jeder der Planetenrotoren 32 ist ein gestufter Rotor mit einem kleineren Durchmesserabschnitt 32a und einem größeren Durchmesserabschnitt 32b mit einer dazwischen liegenden radialen Stufe. Der kleinere Durchmesserabschnitt 32a ist mit dem Sonnenrotor 31 vermascht. Der größere Durchmesserabschnitt 32b ist mit dem Ringrotor 34 vermascht.
Der Träger 33 enthält einen ringförmigen Abschnitt 33a, einen kreisrunden zylindrischen Zwischenabschnitt 33b und einen Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c. Der ringförmige Abschnitt 33a, der kreisrunde zylindrische Zwischenabschnitt 33b und der Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c sind als einteiliges Bauteil einstückig ausgebildet. In anderer Ausführungsform können der ringförmige Abschnitt 33a, der kreisförmige zylindrische Zwischenabschnitt 33b und der Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c diskrete Elemente sein, die zu einem Träger 33 als einteiliges Element zusammengebaut werden. Der Träger 33 enthält eine oder mehrere Öffnungen zur Aufnahme der Planetenrotoren 32 zwischen dem ringförmigen Abschnitt 33a und dem kreisrunden zylindrischen Zwischenabschnitt 33b in axialer Richtung. Der ringförmige Abschnitt 33a und der kreisrunde zylindrische Zwischenabschnitt 33b können als erste und zweite Stellen des epizyklischen Rotormechanismus 30 bezeichnet werden.
Der Träger 33 enthält eine Vielzahl von Planetenwellen 33d, die jeweils die Vielzahl der Planetenrotoren 32 stützen. Die von den Planetenwellen 33d gestützten Planetenrotoren 32 sind in einer oder mehreren Öffnungen des Trägers 33 zwischen dem ringförmigen Abschnitt 33a und dem kreisförmigen zylindrischen Zwischenabschnitt 33b angeordnet. Die Planetenrotoren 32 sind zwischen dem ringförmigen Abschnitt 33a und dem kreisrunden zylindrischen Zwischenabschnitt 33b angeordnet. Der ringförmige Abschnitt 33a ist in axialer Richtung vom Nabenmitnehmer 13 beabstandet, um einen ringförmigen Raum zur Aufnahme des Motors 21 zu bilden. Der ringförmige Abschnitt 33a des Trägers 33 enthält eine Mittelöffnung und eine Innenfläche, die vom Sonnenrotor 31 und/oder der Drehwelle 21a des Motors 21 in radialer Richtung beabstandet ist. Der ringförmige Abschnitt 33a kann ein ringförmiges Rohr oder ein Polygonrohr mit einer Mittelöffnung sein.
Der kreisrunde zylindrische Zwischenabschnitt 33b ist zwischen dem ringförmigen Abschnitt 33a und dem Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c in axialer Richtung angeordnet. Im ersten Arbeitsbeispiel weist der kreisrunde zylindrische Zwischenabschnitt 33b einen größeren Durchmesser als der Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c auf.
Der ringförmige Abschnitt 33a, der kreisrunde zylindrische Zwischenabschnitt 33b und der Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c sind um die Nabenachse herum integral drehbar 11. Deshalb dreht sich der Träger 33 um die Nabenachse 11 herum, während sich die Planetenrotoren 32 um die jeweiligen Planetenwellen 33d drehen.
Im ersten Arbeitsbeispiel enthält der Anordnungnträger 33 die Planetenwellen 33d. Die Planetenwellen 33d können jedoch Teile der Planetenrotoren 32 sein. In diesem Fall nehmen der ringförmige Abschnitt 33a und der kreisförmige zylindrische Zwischenabschnitt 33b des Trägers 33 drehbar axiale Enden jeder Planetenwelle 33d auf.
Der Ringrotor 34 ist mit dem Nabenmitnehmer 13 gekoppelt, um sich integral mit dem Nabenmitnehmer 13 zu drehen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Ringrotor 34 ein Hohlzylinder 30, der ein axial erstes Ende 34a, ein axial zweites Ende 34b und einen axialen Zwischenabschnitt 34c, der sich zwischen dem axial ersten Ende 34a und dem axial zweiten Ende 34b erstreckt, enthält. Der Nabenmitnehmer 13 ist fest mit dem axial ersten Ende 34a des Ringrotors 34 verbunden oder mit diesem integral ausgebildet. Der Ringrotor 34 wird mit dem Nabenmitnehmer 13 integral in die erste Richtung D1 und die zweite Richtung D2 gedreht.
Die Fahrradnabenanordnung 10a enthält eine erste Einwegkupplung 35, die mit einer ersten Stelle auf dem Planetenrotormechanismus 30 gekoppelt ist. Wenn der Nabenmitnehmer 13 in die erste Richtung D1 gedreht wird, stoppt die erste Einwegkupplung 35 die Übertragung der Drehung des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 auf den Rücktrittsbremsbacken 16, so dass der Rücktrittsbremsbacken 16 keine Reibbremskraft erzeugt. Wenn der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Richtung D2 gedreht wird, ermöglicht die erste Einwegkupplung 35, die Drehung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Richtung D2 über den epizyklischen Rotormechanismus 30 zu übertragen, so dass der Rücktrittsbremsbacken 16 eine Reibbremskraft erzeugt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Einwegkupplung 35 mit dem Träger 33, beispielsweise am ringförmigen Abschnitt 33a des Trägers 33, und dem Ringrotor 34, beispielsweise am Zwischenabschnitt 34c des Ringrotors 34, gekoppelt, um die Drehung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Richtung D2 über die erste Einwegkupplung 35 und den Träger 33 auf den Rücktrittsbremsbacken 16 zu übertragen und die Drehung des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 auf den Träger 33 nicht zu übertragen. Beispielsweise ist die erste Einwegkupplung 35 so eingerichtet, dass sie den Ringrotor 34 von dem ringförmigen Abschnitt 33a des Trägers 33 entkoppelt oder ausrückt, wenn sich der Nabenmitnehmer 13 (der Ringrotor 34) in die erste Richtung D1 dreht und den Ringrotor 34 mit dem ringförmigen Abschnitt 33a des Trägers 33 in Eingriff bringt, wenn sich der Nabenmitnehmer 13 (der Ringrotor 34) in die zweite Richtung D2 dreht.
Die Fahrradnabenanordnung 10 enthält eine zweite Einwegkupplung 36, die mit dem kreisförmigen zylindrischen Zwischenabschnitt 33b des Trägers 33 verbunden ist, der anders als der ringförmige Abschnitt 33a ist. Die zweite Einwegkupplung 36 ist so eingerichtet, dass sie eine Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 zu der Nabenhülle 12 hin über die zweite Einwegkupplung 36 und den Träger 33 überträgt und keine Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Richtung D2 zur Nabenhülle 12 hin überträgt. Zum Beispiel greift die zweite Einwegkupplung 36 in den kreisförmigen zylindrischen Zwischenabschnitt 33b des Trägers 33 mit der Nabenhülle 12 ein, wenn sich der Nabenmitnehmer 13 (der Ringrotor 34) und der Träger 33 in die erste Richtung D1 mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen. Die zweite Einwegkupplung 36 entkoppelt den kreisförmigen zylindrischen Zwischenabschnitt 33b des Trägers 33 von der Nabenhülle 12, wenn sich der Nabenmitnehmer 13 (der Ringrotor 34) und der Träger 33 in die zweite Richtung D2 drehen oder wenn sich die Nabenhülle 12 in der ersten Richtung D1 schneller als der Träger 33 dreht. Die zweite Einwegkupplung 36 weist einen allgemeinen Rollenkupplungsmechanismus oder einen allgemeinen Sperrklinkenkupplungsmechanismus auf.
Eine dritte Einwegkupplung 37 ist mit dem epizyklischen Rotormechanismus 30 beispielsweise an einer dritten Stelle des Trägers 33 gekoppelt, die von der ersten und der zweiten Einwegkupplung 35 und 36 in der axialen Richtung der Nabenachse getrennt oder verschieden ist Die dritte Einwegkupplung 37 ist so eingerichtet, dass sie eine Drehbewegung des Ringrotors 34 auf den Träger 33 überträgt. Die dritte Einwegkupplung 37 ist so eingerichtet, dass sie keine Drehbewegung des Trägers 33 auf den Ringrotor 34 überträgt, wenn sich der Träger 33 in die zweite Richtung D2 dreht oder wenn sich der Träger 33 in die erste Richtung D1 schneller als der Ringrotor 34 dreht. Die dritte Einwegkupplung 37 ist mit dem Ringrotor 34 und dem Träger 33 verbunden, um den Ringrotor 34 und den Träger 33 einstückig mit einer Drehrate zu drehen, die gleich einer Drehrate des Nabenmitnehmers 13 ist, wenn der Motor 21 nicht gedreht wird. Kurz gesagt, die Hauptfunktion der dritten Einwegkupplung 37 besteht darin, den Träger 33 mit einem 1:1-Übersetzungsverhältnis relativ zu dem Nabenmitnehmer 13 zu drehen. Die Bereitstellung der dritten Einwegkupplung 37 ist vorzuziehen, weil sie die Notwendigkeit beseitigt, den Motor 21 zum Zwecke des Ausgleichs der Winkelgeschwindigkeit des Trägers 33 mit der des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 zu aktivieren und/oder anzutreiben. Dies vereinfacht und verkleinert das Computerprogramm zur Steuerung des Motors 21, verringert die Berechnungslast der Steuervorrichtung 50 und verringert den Energieverbrauch der elektrischen Energiequelle 51 durch den Motor 21 und/oder die Steuervorrichtung 50. Die dritte Einwegkupplung 37 weist einen allgemeinen Rollenkupplungsmechanismus oder einen allgemeinen Sperrklinkenkupplungsmechanismus auf.
9 und 10 veranschaulichen ein Beispiel für die erste Einwegkupplung 35. Die erste Einwegkupplung 35 enthält Nockenflächen 350, Rollen 351, ein ringförmiges, bewegliches Rollengehäuse 352, ein erstes Vorspannelement 353 und ein zweites Vorspannelement 354.
Die Nockenflächen 350 enthalten Ausnehmungen, die an der Außenfläche des ringförmigen Abschnitts 33a des Trägers 33 mit einem bestimmten Winkelabstand ausgebildet sind. Alternativ können die Nockenflächen 350 in einem Innenring, der fest mit der Außenfläche des ringförmigen Abschnitts 33a verbunden ist, oder in einem Außenring, der fest mit der Innenfläche des Ringrotors 34 verbunden ist, ausgebildet sein.
Die Rollen 351 sind jeweils auf den Nockenflächen 350 angeordnet. Das Rollengehäuse 352 ist in der ersten Richtung D1 und in der zweiten Richtung D2 beweglich und stützt die Rollen 351 innerhalb der entsprechenden Nockenflächen 350 drehbar ab.
Das erste Vorspannelement 353 verbindet das Rollengehäuse 352 und den ringförmigen Abschnitt 33a des Trägers 33 elastisch miteinander. Das erste Vorspannelement 353 kann eine Schraubenfeder sein.
Das zweite Vorspannelement 354 ist zwischen dem Rollengehäuse 352 und einem unbeweglichen Bauteil, wie z. B. dem Motorgehäuse 21c des Motors 21, angeordnet. Das zweite Vorspannelement 354 enthält ein nahes Ende 354a und einen Gleitkontaktabschnitt 354b, einschließlich eines gebogenen Abschnitts 354c. Das nahe Ende 354a wird vom Rollengehäuse 352 lose aufgenommen. Der Gleitkontaktabschnitt 354b wird mit dem unbeweglichen Bauteil elastisch kontaktiert. Das zweite Vorspannelement 354 ist eine sogenannte Schiebefeder.
Wie in 9 gezeigt ist, wenn der Ringrotor 34 in die erste Richtung D1 dreht, greift das nahe Ende 354a des zweiten Vorspannelements 354 mit dem Rollengehäuse 352 ein, um das Rollengehäuse 352 und die Rollen 351 in der zweiten Richtung D2 vorzuspannen. Gleichzeitig spannt das erste Vorspannelement 353 das Rollengehäuse 352 in der zweiten Drehrichtung D2 vor. Dementsprechend werden die Rollen 351 in den Ausnehmungen der Nockenflächen 350 aufgenommen und stehen nicht mit dem Ringrotor 34 in Eingriff. Somit dreht sich der in der ersten Richtung D1 drehende Ringrotor 34 nicht den ringförmigen Abschnitt 33a des Trägers 33.
Wie in 10 dargestellt, wenn sich der Ringrotor 34 in die zweite Richtung D2 dreht, greift das nahe Ende 354a des zweiten Vorspannelements 354 in das Rollengehäuse 352 ein und bewegt das Rollengehäuse 352 und die Rollen 351 in die erste Richtung D1 gegen die Vorspannkraft des ersten Vorspannelements 353 in der zweiten Drehrichtung D2. Die Rollen 351 bewegen sich in die erste Richtung D1 und die radiale Auswärtsrichtung auf den Nockenflächen 350 und greifen in den Ringrotor 34 ein. Deshalb dreht der sich in die zweiten Richtung D2 drehende Ringrotor 34 den ringförmigen Abschnitt 33a des Trägers 33 in die zweite Richtung D2.
Es wird für Fachleute im Fahrradbereich aus der vorliegenden Offenbarung offensichtlich sein, dass die Einwegkupplung 35 von anderen federvorgespannten Rollentypen oder Klemmtypen sein kann. Die Einwegkupplungen 36 und 37 weisen in ähnlicher Weise beliebige geeignete Strukturen, wie erforderlich und/oder gewünscht, auf.
Wie in 8 dargestellt, besitzt der Träger 33 eine Nockenfläche 41, die gegenüber dem Motor 21 in axialer Richtung angeordnet ist. Die Nockenfläche 41 stützt drehbar eine Bremsrolle 42 ab. In der vorliegenden Ausführungsform ist ein Bremsrollengehäuse 40 fest auf dem Rücktrittsbremsenmontageabschnitt 33c des Trägers 33c angeordnet. Das Bremsrollengehäuse 40 enthält die Nockenfläche 41, die die Bremsrolle 42 drehbar stützt. Die Nockenfläche 41 ist so geformt, dass die Bremsrolle 42 den Rücktrittbremsbacken 16 radial nach außen zur Bremsfläche 15a hin presst, wenn der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Richtung D2 gedreht wird. Die Nockenfläche 41 enthält einen Bremsbetätigungsbereich, wie z. B. einen nach außen vorspringenden Bereich, und einen Nichtbetätigungsbereich, wie z. B. eine Aussparung. Der Bremsbetätigungsbereich ist neben dem Nichtbetätigungsbereich in einer Umfangsrichtung des Trägers 33 ausgebildet. Der Bremsbetätigungsbereich liegt in radialer Richtung näher an der Bremsfläche 15a als der Nichtbetätigungsbereich. Der Bremsbetätigungsbereich kann eine geneigte oder gekrümmte Fläche aufweisen. Bei der Bremsrolle 42 und dem Bremsrollengehäuse 40 kann es sich um eine federvorgespannte Einwegkupplung handeln, wie in 9 und 10 gezeigt, aber auch andere geeignete Strukturen und Anordnungen können je nach Bedarf und/oder Wunsch eingesetzt werden.
Bezugnehmend auf 11 bis 13, wird nachstehend die Funktionsweise der Fahrradnabenanordnung 10a von 8 beschrieben.
In 11 bis 13 ist „HS“ eine Abkürzung für die Nabenhülle 12, „HD“ ist eine Abkürzung für den Nabenmitnehmer 13, „BS“ ist eine Abkürzung für den Rücktrittsbremsbacken 16, „M“ ist eine Abkürzung für den Motor 21, „SG“ ist eine Abkürzung für den Sonnenrotor 31, „PG“ ist eine Abkürzung den Planetenrotor 32, „C“ ist eine Abkürzung für den Träger 33, „RG“ ist eine Abkürzung für den Ringrotor 34, „CST ist eine Abkürzung für die Nockenfläche 41, „CON“ ist eine Abkürzung für die Steuervorrichtung 50 und „OWC“ ist eine Abkürzung für die Einwegkupplungen 35–37.
Wie in 11 gezeigt, dreht sich der Nabenmitnehmer 13 in die erste Richtung D1, wenn der Fahrer vorwärts in die Pedale tritt, um das Fahrrad anzutreiben. Der in die erste Richtung D1 drehende Nabenmitnehmer 13 dreht den Ringrotor 34 in die erste Richtung D1. Der Ringrotor 34 dreht den Träger 33 in die erste Richtung D1 über die Planetenrotoren 32, wenn eine Drehrate des Trägers 33 in der ersten Richtung D1 höher als eine Drehrate des Ringrotors 34 in der ersten Richtung D1 ist. Der in die erste Richtung D1 drehende Träger 33 dreht die Nabenhülle 12 in die erste Richtung über die zweite Einwegkupplung 36, wenn eine Drehrate des Nabenmitnehmers 12 in der ersten Richtung D1 nicht höher als die des Trägers 33 in der ersten Richtung D1 ist. In dieser Situation wird die Bremsrolle 42 im Nichtbetätigungsbereich der Nockenfläche 41 aufrechterhalten und ist radial vom Rücktrittbremsbacken 16 getrennt. Dadurch erzeugt die Bremsrolle 42 keine Reibbremskraft.
Wenn das Fahrrad fährt, steuert die Steuervorrichtung 50 den Motor 21, indem sie das Übersetzungsverhältnisanforderungssignal MC1 liefert, das eingerichtet ist, um den Motor 21 mit einer gesteuerten Motordrehzahl in einer gesteuerten Drehrichtung anzutreiben. Der Motor 21 erzeugt ein Drehmoment und dreht den Sonnenrotor 31 mit der gesteuerten Motordrehzahl in gesteuerter Drehrichtung.
Die Drehgeschwindigkeit des Trägers 33 wird abhängig von der Drehrichtung und Drehrate des Sonnenrotors 31 erhöht und vermindert. Entsprechend wird das Übersetzungsverhältnis der Fahrradnabenanordnung 10 gemäß der Drehrichtung und der Motordrehzahl des Motors 21 variiert. Wenn z. B. die Steuervorrichtung 50 die Motordrehzahl des Motors 21 auf einer bestimmten Drehzahl hält, bleibt das Übersetzungsverhältnis der Fahrradnabenanordnung 10 unverändert. Wenn die Steuervorrichtung 50 die Motordrehzahl des Motors 21 stufenweise ändert, wird das Übersetzungsverhältnis der Fahrradnabenanordnung 10 stufenweise geändert. Wenn die Steuervorrichtung 50 die Motordrehzahl des Motors 21 stufenlos verändert, wird das Übersetzungsverhältnis der Fahrradnabenanordnung 10 stufenlos verändert.
Wie in 12 gezeigt, dreht sich der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Richtung D2, wenn der Fahrer rückwärts in die Pedale tritt, um das Fahrrad zu verzögern oder anzuhalten. Der sich in die zweite Drehrichtung D2 drehende Nabenmitnehmer 13 dreht den Ringrotor 34 in die zweite Drehrichtung D2. Der Ringrotor 34 dreht über die erste Einwegkupplung 35 den Träger 33 in die zweite Richtung D2. In dieser Situation rollt die Bremsrolle 42 vom Nichtbetätigungsbereich zum Bremsbetätigungsbereich auf der Nockenfläche 41 und presst den Rücktrittbremsbacken 16 gegen die Bremsfläche 15a, wodurch die Reibbremskraft erzeugt wird.
Die Drehung des Trägers 33 in der zweiten Drehrichtung D2 dreht aufgrund der zweiten Einwegkupplung 36 die Nabenhülle 12 nicht in die zweite Drehrichtung D2. Deshalb stoppt die Nabenhülle 12 bald durch die Reibbremskraft. Weiterhin steuert die Steuervorrichtung 50 den Motor 21 mit dem Drehstoppsignal MC2. Der Motor 21 stoppt die Drehmomenterzeugung oder stoppt zwangsweise die Drehung gemäß dem zuvor erwähnten Drehstoppsignal MC2. Dementsprechend wird beim Drehen des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Richtung D2 der Motor 21 so gesteuert, dass er elektromagnetische Bremskräfte erzeugt und auf den Sonnenrotor 31 ausübt. Der Motor 21 kann so angesteuert werden, dass die Drehwelle 21a frei gedreht werden kann, wenn der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Drehrichtung D2 gedreht wird.
Beim Wechsel der Drehrichtung des Nabenmitnehmers 13 von der zweiten Richtung D2 in die erste Richtung D1 kehrt die Bremsrolle 42 aus dem Bremsbetätigungsbereich in den Nichtbetätigungsbereich auf der Nockenfläche 41 zurück und stoppt die Erzeugung der Reibbremskraft.
Wie in 13 gezeigt, drehen sich der Nabenmitnehmer 13 und der Ringrotor 34 beim Ausrollen des Fahrrads nicht in die erste Richtung D1. Die zweite Einwegkupplung 36 ermöglicht es, die Nabenhülle 12 in die erste Richtung D1 durch Trägheit zu drehen. Der Motor 21 dreht mit einer relativ niedrigen Motordrehzahl gemäß dem Bereitschaftssignal MC3 oder stoppt die Drehung, wie oben beschrieben.
Die Fahrradnabenanordnung 10a von 8 weist die nachstehend beschriebenen Vorteile.
Die in der Nabenhülle 12 angeordnete Getriebevorrichtung 20 mit Motor 21 überträgt die Drehung des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 zur Nabenhülle 12 bei einem gewählten Übersetzungsverhältnis. Außerdem ist der Rücktrittbremsbacken 16 so eingerichtet, dass er durch eine Drehbewegung der Getriebevorrichtung 20, die durch eine Drehung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Richtung D2 verursacht wird, gegen die Bremsfläche 15a gedrückt wird, um eine Reibbremskraft zu erzeugen. Die Fahrradnabenanordnung 10a nutzt die Drehbewegung der Getriebevorrichtung 20 zur Betätigung einer Rücktrittbremsfunktion. In der Nabenhülle 12 ist kein axial bewegliches Bauteil zur Betätigung einer Rücktrittbremsfunktion angeordnet. Zum Beispiel bewegt sich keiner von dem Träger 33, der Nockenfläche 41 und dem Rücktrittbremsbacken 16 in axiale Richtung der Nabenachse 11. Ebenso nutzt die Fahrradnabenanordnung 10a die Drehbewegung der Übertragungsvorrichtung 20 zur Betätigung einer Gangschaltfunktion. In der Nabenhülle 12 ist kein axial bewegliches Bauteil zur Betätigung einer Gangschaltfunktion angeordnet. Dadurch schrumpft der Leerraum in der Nabenhülle 12 in axialer Richtung.
Der Motor 21 ist vom Rücktrittbremsbacken 16 in axialer Richtung der Nabenhülle 12 entfernt angeordnet. So sind z. B. der Motor 21 und der Rücktrittbremsbacken 16 auf den entgegengesetzten Seiten des epizyklischen Rotormechanismus 30 in axialer Richtung der Nabenachse 11 angeordnet. Dadurch verringert sich der Innendurchmesser der Nabenhülle 12 der Fahrradnabenanordnung 10a.
Der Motor 21 ist konzentrisch zur Mittelachse Ax angeordnet. Dadurch verringert sich der Innendurchmesser der Nabenhülle 12 der Fahrradnabenanordnung 10a.
Die Fahrradnabenanordnung 10a enthält den Motor 21, der mit dem epizyklischen Rotormechanismus 30 gekoppelt ist. Der Motor 21 kann das Übersetzungsverhältnis der Fahrradnabenanordnung 10a stufenweise oder stufenlos verändern. Dadurch erhält man leicht eine Fahrradnabenanordnung 10a mit breitem Übersetzungsverhältnis.
Die Fahrradnabenanordnung 10a enthält die dritte Einwegkupplung 37. Mit der dritten Einwegkupplung 37 kann der Träger 33 mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 gegenüber dem Nabenmitnehmer 13 gedreht werden. Die Reibbremskraft ist dementsprechend proportional zum Drehwinkel des Nabenmitnehmers 13 (der Kurbelwelle 2). Die dritte Einwegkupplung 37 macht es zudem überflüssig, den Motor 21 zu betätigen und/oder anzutreiben, um die Winkelgeschwindigkeit des Trägers 33 mit der des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Richtung D1 auszugleichen. Dies vereinfacht und verkleinert das Computerprogramm zur Steuerung des Motors 21, senkt die Rechenlast der Steuervorrichtung 50 und reduziert den Stromverbrauch der elektrischen Energiequelle 51 durch den Motor 21 bzw. die Steuervorrichtung 50.
Der Motor 21 ist direkt oder indirekt mit einer Steuervorrichtung 50 gekoppelt. Der Motor 21 wird mit gesteuerter Motordrehzahl gemäß dem Übersetzungsverhältnisanforderungssignal MC1 von der Steuervorrichtung 50 gedreht, um das Übersetzungsverhältnis stufenweise oder stufenlos zu ändern bzw. ein gewähltes Übersetzungsverhältnis beizubehalten, wenn das Fahrrad B durch Pedaletreten angetrieben wird. Der Motor 21 wird gemäß einem Drehstoppsignal MC2 der Steuerung 50 gestoppt, wenn das Fahrrad B angehalten wird. Dies kann die Steuerbarkeit der Rücktrittbremsfunktion und/oder die elektrische Gangschaltfunktion der Fahrradnabenanordnung 10a verbessern.
Nachfolgend wird eine Fahrradnabenanordnung 10b gemäß einem zweiten Arbeitsbeispiel der ersten Ausführungsform beschrieben.
Wie in 14 gezeigt, enthält die Fahrradnabenanordnung 10b des zweiten Arbeitsbeispiels anstelle des epizyklischen Rotormechanismus 30 von 8 einen epizyklischen Rotormechanismus 130. Der epizyklische Rotormechanismus 130 enthält einen Sonnenrotor 31, der koaxial zur Nabenachse 11 angeordnet ist, eine Vielzahl von Planetenrotoren 32, die mit dem Sonnenrotor 31 gekoppelt sind, einen Träger 133, der die Vielzahl von Planetenrotoren 32 drehbar abstützt, und einen Ringrotor 134, der mit der Vielzahl von Planetenrotoren 32 gekoppelt ist. Der Motor 21 enthält eine Drehwelle 21a, die mit dem Sonnenrotor 31 gekoppelt ist. Eine Besonderheit der Fahrradnabenanordnung 10b aus 14 ist, dass der Träger 133 des epizyklischen Rotormechanismus 130 als Dreheingabeelement und der Ringrotor 134 des epizyklischen Rotormechanismus 130 als Drehausgabeelement dient. Der Aufbau des epizyklischen Rotormechanismus 130 ist nachfolgend beschrieben.
Ähnlich wie der Träger 33 aus 8 enthält der Träger 133 aus 14 den ringförmigen Abschnitt 33a, den kreisförmigen zylindrischen Zwischenabschnitt 33b und den Rücktrittbremsmontangeabschnitt 33c. Der Träger 133 enthält außerdem einen rohrförmigen Verbindungabschnitt 33e, der den ringförmigen Abschnitt 33a mit dem Nabenmitnehmer 13 verbindet. Der rohrförmige Verbindungabschnitt 33e ist fest mit dem ringförmigen Abschnitt 33a und dem Nabenmitnehmer 13 verbunden bzw. einstückig ausgebildet. Der Nabenmitnehmer 13, der rohrförmige Verbindungabschnitt 33e und der ringförmige Abschnitt 33a können als einteiliges Bauteil einstückig ausgebildet sein.
Der Ringrotor 134 ist in axialer Richtung vom rohrförmigen Verbindungsabschnitt 33e des Trägers 133 getrennt. Der Ringrotor 134 ist mit den Abschnitten 32b größeren Durchmessers der Planetenrotoren 32 vermascht.
Der epizyklische Rotormechanismus 130 enthält erste und zweite Einwegkupplungen 136, 137. Die erste Einwegkupplung 136 ist mit einer ersten radialen Stelle oder der Außenfläche des Ringrotors 134 gekoppelt. Die zweite Einwegkupplung 137 ist mit einer zweiten radialen Stelle oder Innenfläche des Ringrotors 134 gekoppelt.
Die erste Einwegkupplung 136 wird mit dem Ringrotor 134 und der Nabenhülle 12 gekoppelt. Die erste Einwegkupplung 136 ist so eingerichtet, dass sie den Ringrotor 134 mit dem Nabengehäuse 12 in Eingriff bringt, wenn sich der Nabenmitnehmer 13 (der Träger 133) in die erste Richtung D1 dreht und die Drehrate der Nabenhülle 12 in der ersten Richtung D1 nicht höher als die des Ringrotors 134 in der ersten Richtung D1 ist. Die erste Einwegkupplung 136 ist so eingerichtet, dass der Ringrotor 134 von/aus der Nabenhülle 12 ausgekoppelt wird, wenn sich der Nabenmitnehmer 13 (der Träger 133) in die zweite Richtung D2 dreht und wenn der Nabenmitnehmer 13 (der Träger 133) in die erste Richtung D1 dreht und die Drehrate des Nabengehäuses 12 in der ersten Richtung D1 höher als die des Ringrotors 134 in der ersten Richtung D1 ist.
Die zweite Einwegkupplung 137 ist mit dem Ringrotor 134 und dem Träger 133 (dem kreisförmigen zylindrischen Zwischenabschnitt 33b) gekoppelt. Die zweite Einwegkupplung 137 ist so eingerichtet, dass sie den Träger 133 mit dem Ringrotor 134 in Eingriff bringt, wenn der Nabenmitnehmer 13 (der Träger 133) in die erste Drehrichtung D1 dreht und die Drehrate des Ringrotors 134 in der ersten Drehrichtung D1 nicht höher als die des Trägers 133 in der ersten Drehrichtung D1 ist, und den Träger 133 aus dem Ringrotor 134 auszurücken oder auszukoppeln, wenn der Nabenmitnehmer 13 (der Träger 133) in die zweite Drehrichtung D2 dreht und wenn der Nabenmitnehmer 13 (der Träger 133) in die erste Richtung D1 dreht und die Drehrate des Ringrotors 134 in der ersten Richtung D1 höher als die des Trägers 133 in der ersten Richtung D1 ist.
Bezugsnehmend auf 15 bis 17, ist nachstehend die Funktionsweise der Fahrradnabenanordnung 10b von 14 beschrieben.
Wie in 15 dargestellt, dreht sich der Nabenmitnehmer 13 in die erste Richtung D1, wenn der Fahrer vorwärts in die Pedale tritt, um das Fahrrad anzutreiben. Der in der ersten Drehrichtung D1 drehende Nabenmitnehmer 13 dreht den Träger 133 in die erste Drehrichtung D1. Der Träger 133 dreht den Ringrotor 134 in die erste Richtung D1 über die zweite Einwegkupplung 137, wenn die Drehrate des Trägers 133 in der ersten Richtung D1 nicht höher als die des Ringrotors 134 in der ersten Richtung D1 ist. Wenn die Steuervorrichtung 50 den Motor 21 antreibt und die Drehrate des Trägers 133 in der ersten Richtung D1 höher als die des Ringrotors 134 in der ersten Richtung D1 wird, dreht sich der Ringrotor 134 in die erste Richtung D1 über die Planetenrotoren 32. Der in die erste Drehrichtung D1 drehende Träger 133 dreht die Nabenhülle 12 in die erste Drehrichtung über die erste Einwegkupplung 136, wenn die Drehrate der Nabenhülle 12 in der ersten Drehrichtung D1 nicht niedriger als die des Ringrotors 134 in der ersten Drehrichtung D1 ist. Kurzum, die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der ersten Drehrichtung D1 wird über einen Weg, der den Träger 133, die zweite Einwegkupplung 137, den Ringrotor 134 und die erste Einwegkupplung 136 sequentiell und über einen Weg, der den Träger 133, die Planetenrotoren 32, den Ringrotor 134 und die erste Einwegkupplung 136 sequentiell umfasst, der Nabenhülle 12 zugeführt.
In dieser Situation befindet sich die Bremsrolle 42 im Nichtbetätigungsbereich der Nockenfläche 41 und erzeugt somit keine Reibbremskraft.
Wie in 16 gezeigt, dreht sich der Nabenmitnehmer 13 in die zweite Richtung D2, wenn der Fahrer rückwärts in die Pedale tritt, um das Fahrrad anzuhalten. Die Drehbewegung des Nabenmitnehmers 13 in der zweiten Drehrichtung D2 wird über den Träger 133 zum Rücktrittbremsbacken 16 übertragen, ohne den Ringrotor 134 und die Einwegkupplungen 136, 137 einzubinden. In dieser Situation fährt die Bremsrolle 42 auf der Nockenfläche 41 in den Bremsbetätigungsbereich und erzeugt auf diese Weise eine Reibbremskraft.
Wie in 17 gezeigt, ermöglichen die Einwegkupplungen 136 und 137 beim Auslauf des Fahrrads, dass sich die Nabenhülle 12 durch Trägheit in die erste Richtung D1 dreht.
In 15 bis 17 wird der Motor 21 von der Steuervorrichtung 50 in einer zum ersten Arbeitsbeispiel ähnlichen Weise gesteuert.
Die Fahrradnabenanordnung 10b des zweiten Arbeitsbeispiels weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
Die Einwegkupplungen 136 und 137 sind mit den Außen- und Innenflächen des Ringrotors 134 gekoppelt. Dadurch verkürzt sich die axiale Länge des epizyklischen Rotormechanismus 130.
Die Fahrradnabenanordnung 10b enthält die Einwegkupplungen 136 und 137. Die erste Einwegkupplung 35 aus 8 entfällt. Dies reduziert das Gewicht der Fahrradnabenanordnung 10b.
Ein Fahrradsteuersystem 200 gemäß der zweiten Ausführungsvariante ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 18 und 19 beschrieben.
Wie in 18 dargestellt, enthält das Fahrradsteuersystem 200 einen ersten Motor 210, eine Nabenanordnung 220 und einen zweiten Motor 221, der in der Nabenanordnung 220 angeordnet ist.
Wie in 19 gezeigt, ist der erste Motor 210 neben der Kurbelwelle 2 oder dem Tretlager eines Fahrrads B angeordnet. In 19 ist der erste Motor 210 in einem Kurbelgehäuse 212 untergebracht, das am Fahrradrahmen F befestigt ist und die Kurbelwelle 2 abdeckt.
Der erste Motor 210 ist über eine Einwegkupplung mit der Kurbelwelle 2 verbunden (siehe japanisches Patent Nr. 5442814 , das hierin unter Bezugnahme eingebaut ist). Der erste Motor 210 enthält in diesem Fall eine parallel zur Kurbelwelle 2 angeordnete Drehwelle, die von der Kurbelwelle 2 nach oben oder unten versetzt ist. Alternativ kann der erste Motor 210 koaxial zur Kurbelwelle 2 angeordnet und direkt mit ihr verbunden sein. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass der erste Motor 210 über andere Getriebetypen, wie z. B. ein epizyklisches Getriebe, je nach Bedarf und/oder Wunsch mit der Kurbelwelle 2 verbunden werden kann.
Ein Beispiel für die Nabenanordnung 220 ist die Fahrradnabenanordnung 10 von 8 oder 14, die den Rücktrittbremsbacken 16 und den Rücktrittbremsemontageabschnitt 33c enthält. Die Nabenanordnung 220 enthält den Nabenmitnehmer 13, der mindestens über das Mitnehmerelement 6 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt ist. In einem anderen Beispiel kann die Nabenanordnung 220 nicht mindestens einen von dem Rücktrittbremsbacken 16 und dem Rücktrittbremsemontageabschnitt 33c der 8 und 14 enthalten.
Der zweite Motor 221 ist in der Nabenanordnung 220 angeordnet, um ein Drehmoment zu erzeugen, um mindestens ein Übersetzungsverhältnis zu ändern oder beizubehalten. Ein Beispiel für den zweiten Motor 221 ist der Motor 21 der Fahrradnabenanordnung 10 von 8 und 14. Der zweite Motor 221 ist vom ersten Motor 210 in der Vorne-Hinten-Richtung des Fahrrads B beabstandet.
Das Fahrradsteuersystem 200 enthält mindestens einen Drehsensor 230, der die Drehung eines oder beider von der Kurbelwelle 2 und dem Nabenmitnehmer 13 erfasst und ein Sensorsignal RS ausgibt. Beispiele für den Drehsensor 230 enthalten einen Trittfrequenzsensor 231, der eine Trittfrequenz oder Drehrate der Kurbelwelle 2 erfasst und ein erstes Sensorsignal RS1 ausgibt, das die erfasste Trittfrequenz angibt, und ein Nabendrehsensor 232, der die Drehrate des Nabenmitnehmers 13 erfasst und ein zweites Sensorsignal RS2 ausgibt, das die erfasste Drehrate angibt. Der Trittfrequenzsensor 231 ist im Kurbelgehäuse 212 angeordnet. Der Nabendrehsensor 232 ist in der Nabenhülle 12 angeordnet. Der Trittfrequenzsensor 231 und der Nabendrehsensor 232 können magnetische Sensorelemente, magnetoresistive Sensorelemente oder andere Sensorelemente enthalten.
Der Drehsensor 230 von 18 enthält sowohl den Trittfrequenzsensor 231 als auch den Nabendrehsensor 232. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird jedoch aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass einer aus dem Trittfrequenzsensor 231 und dem Nabendrehsensor 232 entfallen kann.
Wie in 18 dargestellt, enthält das Fahrradsteuersystem 200 eine Systemsteuervorrichtung ("Steuervorrichtung") 240, die an den ersten Motor 210, den zweiten Motor 221 und den Drehwinkelsensor 230 angeschlossen ist, und die den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 gemäß dem vom Drehwinkelsensor 230 bereitgestellten Sensorsignal RS steuert.
Das Fahrradsteuersystem 200 enthält eine E/A-Schnittstelle 241, die über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung mit dem Drehsensor 230 verbunden ist. Über die E/A-Schnittstelle 241 erhält die Steuervorrichtung 240 das Sensorsignal RS des Drehsensors 230.
Das Fahrradsteuersystem 200 enthält einen Speicher 242, der computerlesbare Anweisungen (Software oder Programm) speichert, der eingerichtet ist, um den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 gemäß dem Sensorsignal RS, das von der E/A-Schnittstelle 241 empfangen wird, zu steuern.
Die Steuervorrichtung 240 enthält einen Prozessor 243, der eingerichtet ist, um auf den Speicher 242 zur Ausführung der computerlesbaren Anweisungen zuzugreifen, und ein Motorsteuerungssignal zur Steuerung des ersten Motors 210 und des zweiten Motors 221 zu erzeugen. Beispielsweise erzeugt der Prozessor 243 (die Steuervorrichtung 240) ein erstes Steuersignal S1 zur Steuerung des ersten Motors 210 gemäß dem ersten vom Trittfrequenzsensor 231 bereitgestellten Sensorsignal RS1. Der Prozessor 243 (die Steuervorrichtung 240) erzeugt ein zweites Steuersignal S2 zur Steuerung des zweiten Motors 221 gemäß dem ersten vom Trittfrequenzsensor 231 bereitgestellten Sensorsignal RS1. Der Prozessor 243 (die Steuervorrichtung 240) kann ein erstes Steuersignal S1 zur Steuerung des ersten Motors 210 gemäß dem zweiten Sensorsignal RS2 des Nabendrehsensors 232 erzeugen und/oder der Prozessor 243 (die Steuervorrichtung 240) kann ein zweites Steuersignal S2 zur Steuerung des zweiten Motors 221 gemäß dem zweiten Sensorsignal RS2 des Nabendrehsensors 232 erzeugen. In einigen Implementierungen kann die Steuervorrichtung 240 so eingerichtet sein, dass sie die vom Menschen angetriebene Antriebskraft überwacht und die ersten Motoren 210 und den zweiten Motor 221 gemäß der menschengetriebenen Antriebskraft steuert. Die menschengetriebene Antriebskraft kann über einen Sensor erfasst werden, der zur Erfassung des Drehmoments in einem Antriebskraftübertragungsweg zwischen dem Pedal 7 und der Nabenhülle 12 angeordnet ist. Der Sensor sollte vorzugsweise so angeordnet sein, dass das Drehmoment auf einem Weg zwischen dem Pedal 7 und dem vorderen Kettenrad 4 erfasst wird. Wie in 19 gezeigt, ist die Steuervorrichtung 240 im Kurbelgehäuse 212 angeordnet. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird jedoch aus der vorliegenden Offenbarung deutlich, dass die Steuervorrichtung 240 auch an anderen Bauteile des Fahrrads, wie z. B. am Lenker 302, angebracht werden kann. Beispielsweise kann die Steuervorrichtung 240 in einen Fahrradcomputer 300 und/oder eine Bedieneinheit 301, wie z. B. einen Handhebel, eingebaut sein.
Wie in 18 dargestellt, enthält das System 200 eine elektrische Energiequelle 250, die mit dem ersten Motor 210, dem zweiten Motor 221 und der Steuervorrichtung 240 elektrisch verbunden ist. Wie in 19 gezeigt, enthält die elektrische Energiequelle 250 eine wiederaufladbare Batterie 252, die abnehmbar am Fahrradrahmen F montiert ist. Die elektrische Energiequelle 250 kann einen Generator 254 enthalten, der in einer vorderen Nabenanordnung 260 angeordnet ist. Zusätzlich oder anstelle des Generators 254 der vorderen Nabenanordnung 260 kann die Nabenanordnung 220 einen weiteren Generator enthalten. Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenlegung ersichtlich, dass die elektrische Energiequelle 250 auf jede bekannte Weise mit den Motoren 210, 221 und der Steuervorrichtung 240 elektrisch verbunden sein kann.
Der erste Motor 210 ist oder enthält einen ersten Unterstützungsmotor, der ein Drehmoment erzeugt, um eine motorgetriebene Stützkraft zu erzeugen und/oder um eine Getriebeübersetzung zumindest zu ändern oder aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, der erste Motor 210 kann ein Pedalunterstützungsmotor, ein vorderer interner Getriebeschaltmotor oder eine Kombination daraus sein.
Der erste Motor 210 ist z. B. ein Pedalunterstützungsmotor, der das Drehmoment für die Erzeugung der motorgetriebenen Stützkraft erzeugt. In diesem Fall kann die Steuervorrichtung 240 als erstes Steuersignal S1 dem ersten Motor 210 ein Anforderungssignal für motorgetriebene Unterstützung zuführen. Der erste Motor 210 dreht sich und addiert über das vordere Kettenrad die motorbetriebene Stützkraft zum Antriebselement 6. Die Steuervorrichtung 240 kann dem zweiten Motor 221 als zweites Steuersignal S2 ein Übersetzungsverhältnisanforderungssignal zuführen. Der zweite Motor 221 dreht mit einer gesteuerten Motordrehzahl gemäß dem Übersetzungsverhältnisanforderungssignal und ändert das Übersetzungsverhältnis stufenweise oder stufenlos oder behält ein gewähltes Übersetzungsverhältnis bei.
In einem anderen Beispiel ist der erste Motor 210 ein vorderer interner Getriebeschaltmotor, der ein Drehmoment erzeugt, um ein Übersetzungsverhältnis zu ändern oder beizubehalten. Der zweite Motor 221 ist ein hinterer interner Getriebeschaltmotor, der ein Drehmoment erzeugt, um ein Übersetzungsverhältnis zu ändern oder beizubehalten. In diesem Fall liefert die Steuervorrichtung 240 dem ersten Motor 210 und dem zweiten Motor 221 Übersetzungsverhältnisanforderungssignale als erstes und zweites Steuersignal S1 und S2. Der erste Motor 210 und der zweite Motor 221 drehen jeweils mit der gewünschten Motordrehzahl und ändern das Übersetzungsverhältnis stufenweise oder stufenlos oder behalten ein gewähltes Übersetzungsverhältnis bei.
Das Fahrradsteuersystem 200 weist die nachstehend beschriebenen Vorteile auf.
Das Fahrradsteuersystem 200 enthält zwei diskrete Motoren 210 und 221. Somit kann das Fahrradsteuersystem 200 synchron und kooperativ den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 antreiben.
Das Fahrradsteuersystem 200 enthält den Drehsensor 230, der die Drehung der Kurbelwelle 2 und/oder des Nabenmitnehmers 13 erfasst und das Sensorsignal RS ausgibt. Daher kann das Fahrradsteuersystem 200 den Drehzustand der Kurbelwelle 2 und/oder des Nabenmitnehmers 13 überwachen und abhängig vom Drehzustand der Kurbelwelle 2 und/oder des Nabenmitnehmers 13 den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 antreiben.
Das Fahrradsteuersystem 200 enthält die Steuervorrichtung 240. Deshalb kann das Fahrradsteuersystem 200 den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 in Abhängigkeit vom momentanen Drehzustand der Kurbelwelle 2 bzw. des Nabenmitnehmers 13 elektrisch steuern. So z.B. steuert das Fahrradsteuersystem 200 den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 feinfühlig an, um einen Gangumschaltstoß und Antriebsunterstützungsstoß zu reduzieren.
Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf die oben genannten Ausführungsformen. Beispielsweise können die Ausführungsformen, wie nachstehend beschrieben, geändert werden.
In den Arbeitsbeispielen von 8 und 14 ist das Bremsrollengehäuse 40 ein diskretes Element, das auf dem Rücktrittbremsenmontageabschnitt 33c des Trägers 33, 133 montiert ist. Das Bremsrollengehäuse 40 und der Träger 33, 133 können jedoch integral als einteiliges Bauteil ausgebildet sein. In diesem Fall enthält eine Außenfläche des Rücktrittbremsenmontageabschnitts 33c des Trägers 33, 133 die Nockenfläche 41.
Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass sich der epizyklische Rotormechanismus 30 nicht auf einen epizyklischen Getriebemechanismus und einen epizyklischen Reibmechanismus beschränkt. Ein epizyklischer Differentialmechanismus kann vorzugsweise eingesetzt werden, z. B. wenn das Antriebselement 6 anstelle einer Kette oder eines flexiblen Riemens eine Antriebswelle ist.
Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenlegung ersichtlich, dass die dritte Einwegkupplung 37 nach Bedarf und/oder Wunsch weggelassen werden kann.
Den Fachleuten im Fahrradbereich wird aus der vorliegenden Offenbarung ersichtlich, dass der Motor 21 nicht darauf beschränkt ist, konzentrisch zur Mittelachse Ax angeordnet zu sein. So kann z. B. der Motor 21 exzentrisch zur Mittelachse Ax angeordnet sein. In diesem Fall darf der Motor 21 über mindestens ein drehbares Element, wie z. B. ein Leerlaufgetriebe, mit dem Sonnenrotor 31 gekoppelt sein. Alternativ kann der Motor 21 auch nicht parallel zur Mittelachse Ax angeordnet sein. Beispielsweise kann der Motor 21 über ein Kegelradgetriebe mit dem Sonnenrotor 31 gekoppelt sein.
Bei einigen Ausführungen ist in der Nabenanordnung keine Rücktrittbremse enthalten
In einigen Ausführungen enthält das System 200 zusätzlich zum oder anstelle des Trittfrequenzsensors 231 und des Nabendrehsensors 232 einen Fahrradgeschwindigkeitssensor 233 und einen Drehmomentsensor 234. Der Fahrradgeschwindigkeitssensor 233 erfasst eine Fahrradgeschwindigkeit und liefert ein Sensorsignal RS3, das die erfasste Fahrradgeschwindigkeit mit der Steuervorrichtung 240 angibt. Der Fahrradgeschwindigkeitssensor 233 kann so angeordnet sein, dass die Drehrate eines Vorder- oder eines Hinterrades als Fahrradgeschwindigkeit erfasst wird. Der Drehmomentsensor 234 erfasst das Drehmoment, das eine menschengetriebene Antriebskraft sein kann, und liefert ein Sensorsignal RS4, das das erfasste Drehmoment mit der Steuervorrichtung 240 angibt. In einem solchen Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 die Motoren 210 und 221 in Abhängigkeit mit der erfassten Fahrradgeschwindigkeit und dem erfassten Drehmoment automatisch steuern. Insbesondere kann das System die Motoren 210 und 221 synchron steuern, ohne dass der Fahrer eine manuelle Eingabe in eine Bedieneinheit, wie z. B. einen Gangumschaltbefehlsgeber, vornehmen muss.
Wie vorstehend beschrieben, steuert die Steuervorrichtung 240 den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221. In einer möglichen Ausführung steuert die Steuervorrichtung 240 den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 gemäß mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus menschengetriebener Antriebskraft, Drehzahl der Kurbelwelle 2 und Fahrradgeschwindigkeit. Die Steuervorrichtung 240 kann den ersten Motor 210 steuern, um ein gesteuertes Abtriebsdrehmoment gemäß der erfassten menschengetrieben Antriebskraft und auf der Basis eines Motorunterstützungsverhältnisses, das z. B. vom Fahrer des Fahrrads B gewählt werden kann, zu erzeugen. Die Steuervorrichtung 240 kann die menschengetriebene Antriebskraft auf der Grundlage des Drehmoments, das z. B. durch den zweiten Motor 221 erzeugt wird, berechnen. Insbesondere enthält die Steuervorrichtung 240 ein Computerprogramm, das die Drehraten der Nabenhülle 12 und des Nabenmitnehmers 13 überwacht und die menschengetriebene Antriebskraft auf der Grundlage des Drehmoments des zweiten Motors 221 schätzt, wenn die Nabenhülle 12 in die erste Richtung D1 schneller als der Nabenmitnehmer 13 dreht. In einigen Ausführungen kann die Steuervorrichtung 240 einen oder mehrere Modi zur Steuerung des ersten Motors 210 und des zweiten Motors 221 enthalten. Beispiele für einen Modus oder mehrere Modi sind ein erster Modus, bei dem die Steuervorrichtung 240 allein den ersten Motor 210 antreibt, ein zweiter Modus, bei dem die Steuervorrichtung 240 sowohl den ersten Motor 210 als auch den zweiten Motor 221 antreibt, ein dritter Modus, bei dem die Steuervorrichtung 240 allein den zweiten Motor 221 antreibt, und ein vierter Modus, bei dem die Steuervorrichtung 240 weder den ersten Motor 210 noch den zweiten Motor 221 antreibt. Der erste bis vierte Modus können über eine Bedieneinheit wählbar geschaltet werden. Der erste und der zweite Modus sind jeweils in der Lage, die menschengetriebene Antriebskraft zu unterstützen. Es ist vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung 240 im ersten oder zweiten Modus den zweiten Motor 221 so antreibt, dass die Nabenhülle 12 schneller als der Nabentreiber 13 in die erste Richtung D1 gedreht wird, um das vom zweiten Motor 221 erzeugte Drehmoment zu berechnen.
Bei einigen Ausführungen kann die Einwegkupplung 37 und 137 der vorstehend genannten Ausführungen entfallen. In einem solchen Beispiel kann die Steuervorrichtung 240 das Drehmoment des zweiten Motors 221 berechnen, ohne den zweiten Motor 221 mit Gewalt anzutreiben, um die Nabenhülle 12 zu beschleunigen und in die erste Richtung D1 schneller als der Nabenmitnehmer 13 zu drehen. Da ein Drehmoment des zweiten Motors 221 proportional zum Drehmoment des Nabenmitnehmers 13 ist, kann die Steuervorrichtung 240 durch die Erfassung des Drehmoments des zweiten Motors 221 die menschengetriebene Antriebskraft berechnen. Selbst in einer Situation, in der der erste Motor 210 und die menschengetriebene Antriebskraft kooperativ das Drehmoment des Nabenmitnehmers 13 erzeugen, kann die Steuervorrichtung 240 die menschengetriebene Antriebskraft allein berechnen, da das Drehmoment des ersten Motors 210 durch die Steuervorrichtung 240 gesteuert und damit erfassbar ist.
Ein Drehmoment des zweiten Motors 221 kann mit verschiedenen Verfahren berechnet werden, wie z. B. Erfassung des elektrischen Stroms im zweiten Motor 221, Überwachung des Motorantriebsstroms, der dem zweiten Motor 221 zugeführt wird, oder Überwachung des Parameters oder der Parameter, der oder die in der Steuervorrichtung 240 zur Steuerung des zweiten Motors 221 verwendet werden.
Eine Drehrate der Kurbelwelle 2 kann durch die Erfassung der Drehrate des ersten Motors 210 berechnet werden. In einem Beispiel, bei dem keine Einwegkupplung in einem Antriebskraftübertragungsweg zwischen der Kurbelwelle 2 und dem ersten Motor 210 angeordnet ist und der erste Motor 210 über ein Untersetzungsgetriebe mit einem menschengetriebenen Antriebskraftübertragungsweg verbunden ist, kann die Steuervorrichtung 240 die Drehrate der Kurbelwelle 2 berechnen, indem sie die Drehrate des ersten Motors 210 erfasst, da das Untersetzungsverhältnis des Untersetzungsgetriebes vorgegeben ist. Die Steuervorrichtung 240 kann die Drehrate des ersten Motors 210 gemäß dem elektrischen Strom im ersten Motor 210 und/oder einem Erfassungssignal eines im ersten Motor 210 angeordneten Gebers bestimmen oder schätzen.
Die hier beschriebenen Verfahren zur Erfassung der menschengetriebenen Antriebskraft und der Drehrate der Kurbelwelle 2 sind nicht als Einschränkung gedacht. In einigen Ausführungen kann das System 200 mindestens einen aus dem Drehmomentsensor 234, der die vom menschengetriebene Antriebskraft erfasst, und den Trittfrequenzsensor 231, der die Drehrate der Kurbelwelle 2 erfasst, enthalten. Der Drehmomentsensor 234 ist oder enthält einen Dehnungsmessstreifen, einen Halbleiter-Dehnungssensor, einen Drucksensor oder einen magnetorestriktiven Sensor. In einem Beispiel ist der Drehmomentsensor 234. in einem Antriebskraftübertragungsweg zwischen Kurbelwelle 2 und dem vorderen Kettenrad 4 angeordnet, um das auf die Kurbelwelle 2 übertragene Drehmoment zu erfassen. Im anderen Beispiel ist der Drehmomentsensor 234 fest am Kurbelarm 3 oder Pedal 7 befestigt. Der Trittfrequenzsensor 231 kann einen Magnetsensor im Kurbelgehäuse 212 enthalten, der einen oder mehrere auf der Kurbelwelle 2 angeordnete Magnete erfasst. Die Fahrradgeschwindigkeit kann basierend auf dem Sensorsignal RS3 des Fahrradgeschwindigkeitssensors 233 berechnet werden.
Es ist vorzuziehen, dass die Steuervorrichtung 240 den ersten Motor 210 und den zweiten Motor 221 nicht mehr mit elektrischer Energie versorgt, wenn die Kurbelwelle 2 stillsteht und wenn sich die Kurbelwelle 2 in die Richtung RD dreht. Die Steuervorrichtung 240 kann den zweiten Motor 221 gemäß einem vom Gangumschaltbefehlsgeber gespeisten Anforderungssignal steuern, das von einem Fahrer manuell betätigt wird.
Bei einigen Ausführungen kann das System 200 eine oder mehrere Bedieneinheiten enthalten, und die Steuervorrichtung 240 kann den zweiten Motor 221 gemäß den Ausgaben einer oder mehrerer Bedieneinheiten, wie z. B. einem Gangumschaltbefehlsgeber, steuern.
In einigen Ausführungen kann die Steuervorrichtung 240 ein Computerprogramm enthalten, das die menschengetriebene Antriebskraft durch die Erfassung des Zustands des ersten Motors 210 erfassen kann. Bei dieser Anordnung ist keine Einwegkupplung vorgesehen, um den ersten Motor 210 mit der Kurbelwelle 2 zu koppeln. In einem solchen Beispiel benötigt das System 200 keinen diskreten Sensor für das menschengetriebene Drehmoment.
In den obigen Ausführungsformen umfasst der Ausdruck „befestigt” oder „befestigen”, wie er hierin verwendet wird, Konfigurationen, bei denen ein Element direkt an einem anderen Element durch Fixieren des Elementes direkt an dem anderen Element angebracht ist; Konfigurationen, bei denen das Element indirekt an dem anderen Element über das/die Zwischenbauteil(e) angebracht ist; und Konfigurationen, bei denen ein Element integral mit dem anderen Element ist, d. h., ein Element ist wesentlicher Abschnitt des anderen Elements. Dieses Konzept gilt auch für Wörter mit ähnlicher Bedeutung, beispielsweise „zusammengefügt“, „verbunden“, „gekoppelt“, „befestigt“, „fixiert“ und ihre Ableitungen.
Der Ausdruck „umfassend“ und seine Ableitungen, wie hierin verwendet, sollen offene Begriffe sein, die die Gegenwart der angeführten Merkmale, Elemente, Bauteile, Gruppen, ganzen Zahlen und/oder Schritte spezifizieren, die Gegenwart anderer nicht angeführter Merkmale, Elemente, Bauteile, Gruppen, ganzer Zahlen und/oder Schritte jedoch nicht ausschließen. Dieses Konzept gilt auch für Wörter ähnlicher Bedeutung, wie beispielsweise die Ausdrücke „aufweisen“, „enthalten“ und ihre Ableitungen.
Die Ausdrücke „Bauteil”, „Bereich”, „Abschnitt”, „Teil” oder „Element” können in der Verwendung im Singular die Doppelbedeutung eines Abschnitts oder mehrerer Abschnitte haben.
Die in der vorliegenden Anmeldung zitierten Ordnungszahlen wie „erster“ oder „zweiter“ sind lediglich Kennzeichnungen, haben aber keine andere Bedeutungen, wie beispielsweise eine bestimmte Reihenfolge und dergleichen. Überdies impliziert zum Beispiel der Ausdruck „erstes Element“ selbst nicht die Existenz eines „zweiten Elements“, und der Ausdruck „zweites Element“ selbst impliziert nicht die Existenz eines „ersten Elements“.
Schließlich ist unter Ausdrücken des Grades wie „im Wesentlichen“, „etwa“ und „ungefähr“, wie sie hierin verwendet werden, ein angemessenes Maß an Abweichung von dem modifizierten Ausdruck zu verstehen, so dass das Endergebnis nicht signifikant verändert wird.
Es sollte für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in vielen speziellen Formen verkörpert werden kann, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können einige der Bauteile aus den in den Ausführungsformen beschriebenen Komponenten (oder ein oder mehrere ihre Aspekte) ausgelassen werden. Ferner können Bauteile in verschiedenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden. Der Umfang der vorliegenden Erfindung und die Äquivalenz der vorliegenden Erfindung sollen unter Bezugnahme auf die anhängenden Ansprüche verstanden werden.
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

JP 55-46907 [0003]
JP 10-203466 [0004]
JP 5442814 [0139]

Claims

Fahrradnabenanordnung umfassend: eine Nabenhülle, die eine Bremsfläche enthält; einen Rücktrittbremsbacken, der in der Nabenhülle untergebracht ist, um mit der Bremsfläche zusammenzuwirken um eine Bremskraft zu erzeugen; und einen Motor, der in der Nabenhülle untergebracht und eingerichtet ist, um gesteuert zu werden/sein, um ein Übersetzungsverhältnis mindestens zu ändern oder aufrechtzuerhalten.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 1, wobei der Motor entfernt von dem Rücktrittbremsbacken in einer axialen Richtung der Nabenhülle und/oder konzentrisch mit einer Mittelachse der Nabenhülle angeordnet ist/wird.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Motor direkt oder indirekt an eine Steuervorrichtung gekoppelt ist, wenn das Fahrrad durch Pedaltreten angetrieben wird, der Motor gemäß einem Übersetzungsverhältnisanforderungssignal von der Steuervorrichtung zur stufenweisen oder stufenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses oder zur Beibehaltung eines gewählten Übersetzungsverhältnisses bei gesteuerter Motordrehzahl gedreht wird, und der Motor gemäß einem Drehstoppsignal von der Steuervorrichtung angehalten wird, wenn das Fahrrad angehalten wird.
Fahrradnabenanordnung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen Stromspeiseleiter, der den Motor elektrisch mit einer Batterie oder einem Generator verbindet.
Fahrradnabenanordnung gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: eine Nabenachse, die zumindest teilweise von/mit der Nabenhülle abgedeckt ist/wird; einen Nabenmitnehmer, der direkt oder indirekt mit einem antreibenden Element verbunden und in einer ersten Richtung und einer zweiten zu der ersten Richtung entgegengesetzten Richtung drehbar ist, wobei der Nabenmitnehmer in der ersten Richtung dreht/gedreht wird, wenn ein Pedal in einer Vorwärtsfahrrichtung dreht/gedreht wird, und wobei der Nabenmitnehmer in der zweiten Richtung dreht/gedreht wird, wenn das Pedal in einer der Vorwärtsfahrrichtung entgegengesetzten Richtung dreht/gedreht wird, und eine im Inneren der Nabenhülle angeordnete Getriebevorrichtung, um die Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Richtung zur Nabenhülle bei einem gewählten Übersetzungsverhältnis zu übertragen; und wobei der Rücktrittbremsbacken so eingerichtet ist, dass er gegen die Bremsfläche durch eine Drehbewegung der Getriebevorrichtung gedrückt wird, die durch eine Drehung des Nabenmitnehmers in der zweiten Richtung verursacht wird, um eine Reibbremskraft zu erzeugen, und wobei die Getriebevorrichtung den Motor enthält.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 5, wobei die Getriebevorrichtung einen epizyklischen Rotormechanismus aufweist, der direkt oder indirekt mit jedem von dem Nabenmitnehmer, dem Rücktrittbremsbacken und dem Motor verbunden ist, wobei vorzugsweise der Motor und der Rücktrittbremsbacken auf entgegengesetzten Seiten des epizyklischen Rotormechanismus in axialer Richtung der Nabenachse angeordnet sind/werden.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 6, ferner eine erste Einwegkupplung umfassend, die an einer ersten Stelle an dem epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist, wobei, wenn der Nabenmitnehmer in die erste Drehrichtung dreht/gedreht wird, die erste Einwegkupplung die Übertragung der Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Drehrichtung zum Rücktrittbremsbacken hin stoppt, so dass der Rücktrittbremsbacken keine reibende Bremskraft erzeugt, und wenn der Nabenmitnehmer in die zweite Drehrichtung dreht/gedreht wird, die zweite Einwegkupplung die Übertragung der Drehung des Nabenmitnehmers über den epizyklischen Rotormechanismus in der zweiten Drehrichtung zum Rücktrittbremsbacken hin erlaubt, so dass der Rücktrittbremsbacken eine Reibbremskraft erzeugt.
Die Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei der epizyklische Rotormechanismus enthält, einen Sonnenrotor, der koaxial zur Nabenachse angeordnet ist, eine Vielzahl von Planetenrotoren, die mit dem Sonnenrotor gekoppelt sind, einen Träger, der die Vielzahl von Planetenrotoren drehbar stützt und einen Ringrotor, der mit der Vielzahl von Planetenrotoren gekoppelt ist, wobei der Motor eine mit dem Sonnenrotor gekoppelte Drehwelle enthält.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 10, wobei die Drehwelle des Motors mit dem Sonnenrotor gekoppelt ist/wird, um sich integral mit dem Sonnenrotor zu drehen, und/oder wobei der Ringrotor mit dem Nabenmitnehmer gekoppelt ist/wird, um sich integral mit dem Nabenmitnehmer zu drehen.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 9, wobei, wenn der Nabenmitnehmer in die zweite Richtung dreht/gedreht wird, so wird der Motor so gesteuert, dass eine elektromagnetische Bremskraft auf den Sonnenrotor erzeugt und ausgeübt oder eine freie Drehung der Drehwelle ermöglicht ist/wird.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 7, wobei der epizyklische Rotormechanismus enthält einen Sonnenrotor, der koaxial zur Nabenachse angeordnet ist, eine Vielzahl von Planetenrotoren, die mit dem Sonnenrotor gekoppelt sind, einen Träger, der die mehreren Planetenrotoren drehbar stützt, und einen mit der Vielzahl von Planetenrotoren gekoppelten Ringrotor, wobei der Motor eine mit dem Sonnenrotor gekoppelte Drehwelle enthält, und die erste Einwegkupplung mit dem Ringrotor und dem Träger gekoppelt ist, um die Drehung des Nabenmitnehmers in der zweiten Richtung über die erste Einwegkupplung und den Träger zu dem Rücktrittbremsbacken zu übertragen und um die Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Richtung nicht zum Träger zu übertragen.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 11, ferner eine zweite Einwegkupplung umfassend, die an einer zweiten Stelle auf dem epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist, wobei die zweite Stelle von der ersten Stelle in einer axialen Richtung der Nabenachse verschieden ist, wobei die zweite Einwegkupplung so eingerichtet ist, dass sie die Drehung des Nabenmitnehmers zur Nabenhülle hin in der ersten Richtung über die zweite Einwegkupplung und den Träger überträgt und dass sie die Drehung des Nabenmitnehmers zur Nabenhülle hin in der zweiten Richtung nicht überträgt.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 12, wobei der Träger eine Vielzahl von Planetenwellen aufweist, die die Vielzahl von Planetenrotoren jeweils drehbar tragen, und wobei die Vielzahl von Planetenrotoren zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle des epizyklischen Rotormechanismus angeordnet ist/wird.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 12, ferner eine dritte Einwegkupplung umfassend, die an einer dritten Stelle auf dem epizyklischen Rotormechanismus angeordnet ist/wird, die sich von der ersten und zweiten Stelle in der axialen Richtung der Nabenachse unterscheidet, um die Drehung des Ringrotors zum Träger hin zu übertragen und um die Drehung des Trägers zum Ringrotor nicht zu übertragen, wobei die dritte Einwegkupplung mit dem Ringrotor und dem Träger gekoppelt ist/wird, um den Ringrotor und den Träger mit einer Drehrate zu drehen, die einer Drehrate des Nabenmitnehmers entspricht, wenn der Motor nicht gedreht wird.
Fahrradnabenanordnung nach einem beliebigen der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Träger eine Nockenfläche enthält, die dem Motor in axialer Richtung entgegengesetzt angeordnet ist und eine Bremsrolle drehbar stützt, wobei die Nockenfläche derart geformt ist, dass die Bremsrolle den Bremsbacken des Rücktrittbremsbackens in Richtung der Bremsfläche in einer radialen Richtung nach außen drückt, wenn der Nabenmitnehmer in die zweite Richtung dreht/gedreht wird.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 6, weiter umfassend: eine erste Einwegkupplung, die mit der Nabenhülle und einem Ringrotor des epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist/wird, und eine zweite Einwegkupplung, die mit dem Ringrotor und einem Träger des epizyklischen Rotormechanismus gekoppelt ist/wird, wobei die erste und die zweite Einwegkupplung so angeordnet sind, dass die Drehung des Nabenmitnehmers in der ersten Drehrichtung über den Nabenmitnehmer, die zweite Einwegkupplung, den Ringrotor und die erste Einwegkupplung in einer sequentiellen Weise zur Nabenhülle übertragen wird und die Drehung des Nabenmitnehmers in der zweiten Drehrichtung über den Träger zum Rücktrittbremsbacken übertragen wird, ohne den Ringrotor und die erste und zweite Einwegkupplung mit einzubeziehen.
Fahrradnabenanordnung nach Anspruch 16, wobei die erste Einwegkupplung mit einer ersten radialen Stelle des Ringrotors gekoppelt ist/wird und die zweite Einwegkupplung mit einer zweiten radialen Stelle des Ringrotors gekoppelt ist/wird, wobei die zweite radiale Stelle von der ersten radialen Stelle verschieden ist.
Fahrradsteuersystem umfassend: einen ersten Motor; eine Nabenanordnung, die einen Nabenmitnehmer enthält, der über mindestens ein Antriebselement mit einer Kurbelwelle verbunden ist, und einen zweiten Motor, der in der Nabenanordnung angeordnet ist/wird, um ein Drehmoment zu erzeugen, um ein Übersetzungsverhältnis mindestens zu ändern oder beizubehalten.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 18, ferner mindestens einen Drehsensor umfassend, der angeordnet ist, um die Drehung eines oder beide von der Kurbelwelle und dem Nabenmitnehmer zu erfassen und ein Sensorsignal auszugeben.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 19, ferner eine Steuervorrichtung umfassend, die mit dem ersten Motor, dem zweiten Motor und dem mindestens einen Drehsensor verbunden ist, um den ersten Motor und den zweiten Motor gemäß dem Sensorsignal, das von dem mindestens einen Drehsensor bereitgestellt ist/wird, zu steuern.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 20, ferner eine Batterie und/oder einen Generator umfassend, mit dem ersten Motor, dem zweiten Motor und der Steuervorrichtung elektrisch verbunden.
Fahrradsteuersystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei der mindestens eine Drehsensor einen Trittfrequenzsensor enthält, der die Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle erfasst, vorzugsweise erzeugt die Steuervorrichtung ein erstes Steuersignal zur Steuerung des ersten Motors gemäß dem vom Trittfrequenzsensor bereitgestellten Sensorsignal.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 22, wobei die Steuervorrichtung ein zweites Steuersignal zur Steuerung des zweiten Motors gemäß dem vom Trittfrequenzsensor bereitgestellten Sensorsignal erzeugt.
Fahrradsteuersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 19 bis 21, wobei der mindestens eine Drehsensor einen Nabendrehsensor enthält, der die Drehgeschwindigkeit des Nabenmitnehmers erfasst, vorzugsweise erzeugt die Steuervorrichtung ein erstes Steuersignal zur Steuerung des ersten Motors gemäß dem vom Nabendrehsensor bereitgestellten Sensorsignal.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 24, wobei die Steuervorrichtung ein zweites Steuersignal zur Steuerung des zweiten Motors gemäß dem Sensorsignal erzeugt, das vom Nabendrehsensor bereitgestellt ist/wird.
Fahrradsteuersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 19 bis 25, wobei die Steuervorrichtung enthält eine Schnittstelle, über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsverbindung mit dem wenigstens einen Drehsensor verbunden, und einen Speicher, der computerlesbare Anweisungen zur Steuerung des ersten Motors und des zweiten Motors gemäß dem von der Schnittstelle empfangenen Sensorsignal speichert, und einen Prozessor, der eingerichtet ist, um auf den Speicher zuzugreifen, um die computerlesbaren Anweisungen auszuführen und ein Motorsteuerungssignal zur Steuerung des ersten Motors und des zweiten Motors zu erzeugen.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 26, wobei der erste Motor einen ersten Unterstützungsmotor enthält, der ein Drehmoment zur Erzeugung einer motorgetriebenen Hilfskraft erzeugt, die Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass sie den ersten Unterstützungsmotor mit einem Anforderungssignal für motorgetriebene Unterstützung als dem Motorsteuerungssignal versorgt und sich der erste Unterstützungsmotor dreht, um eine motorgetriebene Hilfskraft hinzuzufügen, die dem Anforderungssignal für motorgetriebene Unterstützung für das Antriebselement entspricht.
Fahrradsteuersystem nach Anspruch 27, wobei die Steuervorrichtung so eingerichtet ist, dass der zweite Motor ein Übersetzungsverhältnisanforderungssignal als das Motorsteuerungssignal erhält, und der zweite Motor sich mit gesteuerter Motordrehzahl entsprechend dem Übersetungsverhältnisanforderungssignal dreht, um das Übersetzungsverhältnis stufenweise oder tufenlos zu ändern oder ein gewähltes Übersetzungsverhältnis beizubehalten.
Fahrradsteuersystem nach einem beliebigen der Ansprüche 17 bis 28, wobei die Nabenanordnung enthält eine Nabenhülle, die eine Bremsfläche enthält, und einen Rücktrittbremsbacken, der in der Nabenhülle untergebracht ist, um mit der Bremsfläche zusammenzuwirken, um eine Bremskraft zu erzeugen, wobei vorzugsweise die Nabenanordnung eine Nabenanordnung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 ist.