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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein Elektrofahrrad, umfassend eine Antriebsmaschine zum Antrieb des Elektrofahrrads sowie eine Betätigungseinrichtung zur zumindest mittelbaren Betätigung eines Steuergeräts, wobei die Antriebsmaschine mit dem Steuergerät steuerungstechnisch verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Antrieb eines Elektrofahrrades sowie ein Elektrofahrrad.
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Aus der
DE 10 2011 018 152 A1 geht ein gesundheitsförderndes, solaraktives, mehrspuriges Elektrofahrrad mit batteriebetriebenem Elektrozusatzantrieb hervor. Das Fahrrad umfasst einen Witterungsschutz als solaraktives Faltdach zur Realisierung einer Schutz- und Kollektorfunktion. Der Elektromotor ist entweder als Nabenmotor im Vorderrad oder im Tretlager positioniert. Das Fahrrad verfügt über eine Pedelec- und eine E-Bike-Funktion, wobei sich der Fahrradfahrer durch eine Umschaltung der Funktionen „Pedelec“ und „E-Bike“ auch ohne Kraftaufwand fortbewegen kann. Beim Pedelec erfolgt eine automatische Motorunterstützung entsprechend der Pedalkraft mit wählbarem Unterstützungsgrad und beim E-Bike kann der Antrieb über einen Drehgriff gesteuert werden, wobei jedoch eine Pedalbewegung, wahlweise mit oder ohne Kraftaufwand, erforderlich ist. Der STVO folgend fährt das Fahrrad bis max. 6 km/h in der sogenannten Anfahr- oder Schiebehilfe auch ohne Pedalbewegung. In diesem Geschwindigkeitsbereich ist zusätzlich ein Rückwärtsgang wählbar, um das Fahrrad in eine Rückwärtsbewegung bewegen zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zu Grunde, eine Antriebseinrichtung und ein Verfahren für ein Elektrofahrrad dahingehend weiterzuentwickeln, dass ein festgefahrenes Elektrofahrrad ohne körperliche Anstrengungen für den Fahrradfahrer freigelegt werden kann. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 5. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Eine erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für ein Elektrofahrrad umfasst eine Antriebsmaschine zum Antrieb des Elektrofahrrads sowie eine Betätigungseinrichtung zur zumindest mittelbaren Betätigung eines Steuergeräts, wobei die Antriebsmaschine mit dem Steuergerät wirkverbunden und derart steuerbar ist, dass das Elektrofahrrad in einem festgefahrenen Zustand durch in einer bestimmten Dauer und Frequenz erfolgende, abwechselnde Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine freischaukelt.
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Unter einem Antrieb des Elektrofahrrads kann entweder ein rein elektromotorischer Antrieb (E-Bike) oder ein mit Muskelkraft hybridbetriebener Antrieb (Pedelec) verstanden werden. Mithin kann die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung sowohl für E-Bikes als auch für Pedelecs eingesetzt werden.
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Ein festgefahrener Zustand des Fahrrads liegt insbesondere dann vor, wenn der oder die eine Antriebskraft zu übertragenden Reifen des Fahrrades keine oder nur eine sehr geringe Traktion realisieren, mithin kein oder nur ein geringer Drehmoment auf den befahrenen Untergrund zum Vortrieb des Fahrrads übertragen wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Fahrrad in ein Kiesbett, in einen Schneehaufen oder in eine Vertiefung in der Fahrbahn bewegt wurde und aufgrund seines vergleichsweise hohen Eigengewichts nur mit erheblichen körperlichen Anstrengungen wieder befreit werden kann. Anders gesagt liegt das Fahrrad im festgefahrenen Zustand in einer Schlupfsituation vor, aus der das Fahrrad durch alleinigen Vorwärtsantrieb oder durch alleinigen Rückwärtsantrieb nicht befreit werden kann.
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Um körperliche Anstrengungen für den Fahrradfahrer zu verhindern oder zu minimieren, wird die Antriebsmaschine über einen bestimmten Zeitraum mit einer definierten Frequenz abwechselnd zuerst in einer positiven Drehrichtung und direkt anschließend in einer negativen Drehrichtung, oder umgekehrt, angetrieben. Mit anderen Worten wird das Fahrrad zuerst in einer im Wesentlichen der Vorwärtsfahrrichtung des Fahrrades entsprechenden Richtung und nach dem Drehrichtungswechsel in einer im Wesentlichen der Rückwärtsfahrrichtung des Fahrrades entsprechenden Richtung, oder umgekehrt, angetrieben, sodass das Fahrrad aus dem festgefahrenen Zustand freischaukelt.
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Vorzugsweise umfasst die Antriebsmaschine einen Elektromotor, der wiederum einen gehäusefesten Stator und einen auf einer drehbaren Rotorwelle innerhalb des Stators angeordneten Rotor, und eine mit dem Elektromotor wirkverbundene Getriebevorrichtung aufweist. Die Getriebevorrichtung ist dabei vorzugsweise zumindest mittelbar mit einer Tretkurbelwelle des Elektrofahrrades verbunden. Der Drehrichtungswechsel kann beispielsweise durch Ansteuerung des Elektromotors mittels des betätigbaren Steuergeräts erfolgen, wobei der Elektromotor beim festgefahrenen Elektrofahrrad abwechselnd positiv und negativ geschaltet wird. Mit anderen Worten wird der Rotor, wenn der Elektromotor positiv geschaltet ist, in einer ersten Drehrichtung angetrieben und wird nach dem Drehrichtungswechsel, wenn der Elektromotor negativ geschaltet wird, in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung angetrieben.
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Der Kehrwert der Frequenz ist die Periodenzeit oder Periodendauer, die die Zeitspanne definiert, in der der Antrieb der Antriebsmaschine einmalig in der positiven Drehrichtung und einmalig in der negativen Drehrichtung, oder umgekehrt, angetrieben wird. Je höher die Frequenz, desto höher ist dementsprechend die Anzahl der Drehrichtungswechsel pro Sekunde aufgrund der geringen Periodendauer. Die Dauer, in der die Antriebsmaschine mit der vordefinierten Drehrichtungswechselfrequenz angetrieben wird, hängt dabei von der Dauer der Betätigung des Steuergeräts durch die Betätigungseinrichtung ab. Anders gesagt kann die Antriebsmaschine bzw. der Elektromotor so lange abwechselnd in positiver und negativer Drehrichtung mit der bestimmten Frequenz angetrieben werden, bis das Elektrofahrrad aus dem festgefahrenen Zustand befreit bzw. freigeschaukelt ist. Die Frequenz kann situationsabhängig auch beliebig variabel einstellbar sein, um das Elektrofahrrad energiesparend aus dem festgefahrenen Zustand freizuschaukeln. Alternativ ist denkbar, dass die Getriebeeinrichtung steuerungstechnisch mit dem Steuergerät verbunden ist und durch eine geeignete Schaltung einen Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine in der jeweiligen Frequenz realisiert. Dabei ist die Getriebeeinrichtung mit dem Steuergerät wirkverbunden Insbesondere ist die Getriebeeinrichtung als Planetengetriebe ausgebildet.
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Die Antriebsmaschine ist vorzugsweise in einem Gehäuse eingehaust, wobei das Gehäuse beispielsweise an einem Fahrradtretlager angeordnet ist. Die Tretkurbelwelle verbindet zwei Pedale des Fahrrads zumindest mittelbar miteinander, die auf gegenüberliegenden Seiten der Antriebsmaschine angeordnet sind. Die Tretkurbelwelle kann dazu durch eine durch die Antriebsmaschine hindurchgeführte Hohlwelle geführt sein, wobei an beiden Enden der Tretkurbelwelle je ein Pedal in bekannter Weise drehfest angeordnet ist.
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Bevorzugt ist zumindest ein schaltbarer Freilauf vorgesehen, der dazu eingerichtet ist, die Antriebsmaschine mit einem Abtriebselement zumindest mittelbar miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln. Anders gesagt ist der zumindest eine schaltbare Freilauf derart ausgebildet, dass ein Antrieb des Abtriebselements in abwechselnde Drehrichtungen erfolgen kann. Der Freilauf kann sowohl formschlüssig als auch reibschlüssig ausgeführt sein, d.h. eine Drehmomentübertragung durch den Freilauf kann durch eine Vielzahl von Sperrkörper erfolgen, die beispielsweise einen Innenring und einen Außenring des Freilaufs kraftschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbinden können.
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Ein Freilauf kann sich insbesondere dadurch auszeichnen, dass er jeweils in einer Richtung ein Drehmoment übertragen kann und in der entgegengesetzten Richtung nicht. Auf die Drehzahl bezogen bedeutet dies, dass eine Seite schneller drehen kann als die andere. Durch eine Schaltung des Freilaufs kann erreicht werden, dass der Freilauf in einer ersten Schaltstellung ein Drehmoment in eine erste Drehrichtung übertragen kann, jedoch in eine entgegengesetzte zweite Drehrichtung nicht, und wobei derselbe Freilauf in einer zweiten Schaltstellung ein Drehmoment in die zweite Drehrichtung übertragen kann, jedoch in erste Drehrichtung nicht. Die Schaltstellung des Freilaufs kann durch entsprechende Betätigung des Steuergeräts geändert werden. Anders gesagt liegt der Freilauf, wenn die Antriebsmaschine in einer ersten Drehrichtung angetrieben wird, in der ersten Schaltstellung vor, wobei der Freilauf in die zweite Schaltstellung geschaltet wird, wenn die Antriebsmaschine nach dem Drehrichtungswechsel in eine zweite Drehrichtung angetrieben wird.
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Der Freilauf ist zumindest mittelbar mit einem treibenden Bauteil der Antriebsmaschine und dem Abtriebselement verbunden. Als Abtriebselement ist dabei insbesondere eine Abtriebswelle oder ein Ketten- oder Riemenritzel zum Antrieb eines Vorder- und/oder Hinterrades des Elektrofahrrades über eine Kette bzw. einen Riemen zu verstehen. In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „zumindest mittelbar“ zu verstehen, dass zwei Bauteile über mindestens ein weiteres Bauteil, das zwischen den beiden Bauteilen angeordnet ist, miteinander (wirk-)verbunden sind oder direkt und somit unmittelbar miteinander verbunden sind. Mithin können zwischen dem Freilauf und dem treibenden Bauteil der Antriebsmaschine oder dem Abtriebselement noch weitere Bauteile angeordnet sein, die mit dem Freilauf bzw. dem treibenden Bauteil der Antriebsmaschine oder dem Abtriebselement wirkverbunden sind.
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Ferner bevorzugt umfasst die Betätigungseinrichtung zumindest einen manuell betätigbaren Betätigungsknopf. Der Betätigungsknopf ist dazu vorgesehen, den Antriebsmotor, insbesondere den Elektromotor zu bedienen. Unter dem Begriff „bedienen“ ist zu verstehen, dass der Fahrradfahrer durch eine manuelle Einflussnahme auf die Betätigungseinrichtung, beispielsweise durch Drücken eines als Druckknopf ausgebildeten Betätigungsknopfes oder durch Verschieben eines als Schiebeknopf ausgebildeten Betätigungsknopfes, beliebig bestimmen kann, in welchem Umfang und insbesondere für welche Dauer eine Unterstützung oder Übernahme des Antriebs der Antriebsmaschine über das Steuergerät erfolgen soll, um das festgefahrene Fahrrad durch Drehrichtungswechsel freizuschaukeln. Der zumindest eine Betätigungsknopf ist zur händischen Betätigung der Betätigungseinrichtung durch den Fahrradfahrer vorzugsweise am Lenker des Elektrofahrrades angeordnet. Die Betätigungseinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass die Frequenz der Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine beliebig, als variabel einstellbar ist.
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Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Antrieb eines Elektrofahrrades, bei dem das Elektrofahrrad eine Antriebseinrichtung mit einer Antriebsmaschine zum Antrieb des Elektrofahrrads sowie eine Betätigungseinrichtung zur zumindest mittelbaren Betätigung eines Steuergeräts umfasst, wird die Antriebsmaschine durch das damit wirkverbundene Steuergerät derart gesteuert, dass das Elektrofahrrad in einem festgefahrenen Zustand durch in einer bestimmten Dauer und Frequenz erfolgende, abwechselnde Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine freischaukelt.
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Vorzugsweise beträgt die Frequenz der in der bestimmten Dauer erfolgenden, abwechselnden Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine zwischen 0,5 und 3 Hz. Mit anderen Worten erfolgen zwischen 0,5 und 3 Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine pro Sekunde. Auch geringere oder höhere Frequenzen sind je nach Einzelfall und Situation des Elektrofahrrades denkbar und durch die Betätigungseinrichtung zumindest mittelbar beliebig einstellbar.
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Bevorzugt wird das Steuergerät durch einen manuell betätigbaren Betätigungsknopf der Betätigungseinrichtung betätigt. Stellt der Fahrradfahrer fest, dass das Elektrofahrrad in einem festgefahrenen Zustand vorliegt, beispielsweise wenn durch einen alleinigen Vorwärts- oder Rückwärtsantrieb der Antriebsmaschine kein Vortrieb des Fahrrades generiert werden kann, kann der Fahrradfahrer durch Drücken des vorzugsweise am Lenker des Fahrrades befestigten Betätigungsknopfes das Steuergerät betätigen, welches die Antriebsmaschine in Abhängigkeit der Betätigungsdauer in der zuvor bestimmten oder variabel eingestellten Frequenz ansteuert, um das Elektrofahrrad durch stetig aufeinanderfolgende Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine freizuschaukeln.
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Ein erfindungsgemäßes Elektrofahrrad umfasst zumindest ein Vorderrad sowie zumindest ein Hinterrad, wobei das Vorderrad und/oder das Hinterrad zumindest mittelbar mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung wirkverbunden ist. Das Vorderrad und/oder das Hinterrad können beispielsweise über eine Kette oder einen Riemen mit einem antreibenden Bauteil der Antriebseinrichtung wirkverbunden sein.
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Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiden Figuren näher erläutert. Hierbei zeigt
- 1 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Elektrofahrrades gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, und
- 2 eine stark vereinfachte schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung des Elektrofahrrades nach 1.
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Gemäß 1 ist ein Elektrofahrrad 2 dargestellt, umfassend ein Vorderrad 14 sowie ein Hinterrad 15, wobei das Hinterrad 15 über eine Kette 16 mit einer im Tretlagerbereich des Elektrofahrrades 2 angeordneten Antriebseinrichtung 1 wirkverbunden ist. Die Antriebseinrichtung 1 weist dazu ein in 2 dargestelltes Kettenritzel 12 auf, über das die Kette 16 drehantreibbar ist. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst ferner ein Steuergerät 5, das steuerungstechnisch mit einer Betätigungseinrichtung 4 und einer Antriebsmaschine 3 der Antriebseinrichtung 1 verbunden ist. Die Antriebseinrichtung 1 wird zum Antrieb des Elektrofahrrades 2 über eine Batterie 18 mit elektrischer Energie versorgt, die in nicht näher beschriebenen Weisen in die Antriebsmaschine 3 eingespeist wird.
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Die Betätigungseinrichtung 4 ist am Lenker 17 des Elektrofahrrades 2 angeordnet, sodass der Fahrradfahrer, wenn das Elektrofahrrad 2 in einem festgefahrenen Zustand vorliegt, beispielsweise wenn es in eine Vertiefung in der Fahrbahn bewegt wurde, aus der Das Elektrofahrrad 2 nicht ohne größere körperliche Anstrengung herausbewegt werden kann, einen manuell betätigbaren Betätigungsknopf 11 der Betätigungseinrichtung 4 drücken kann, um dadurch das Steuergerät 5 zu betätigen. Das Steuergerät 5 nimmt infolge der Betätigung derart auf den Antrieb einer in 2 gezeigten Antriebsmaschine 3 der Antriebseinrichtung 1 Einfluss, dass das Elektrofahrrad 2 durch in einer bestimmten Dauer und Frequenz erfolgende, abwechselnde Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine 3 freischaukelt. Die Dauer der Betätigung kann dabei von der aktiven Betätigungsdauer des Betätigungsknopfes 11 abhängig sein. Alternativ kann die Betätigung des Steuergeräts 5 durch einmaliges Drücken des Betätigungsknopfes 11 aktiviert werden und ist durch nochmaliges Drücken des Knopfes 11 wieder zu deaktivieren.
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Nach 2 umfasst die Antriebsmaschine 3 der Antriebseinrichtung 1 einen Elektromotor 6 mit einem - hier nicht dargestellten - gehäusefesten Stator und einen auf einer drehbaren Rotorwelle innerhalb des Stators angeordneten - hier ebenfalls nicht dargestellten - Rotor. Mit dem Elektromotor 6 ist eine Getriebevorrichtung 7 wirkverbunden, wobei die Getriebevorrichtung 7 zumindest mittelbar mit einer Tretkurbelwelle 8 des Elektrofahrrades 2 sowie zumindest mittelbar mit einem als Abtriebswelle ausgebildeten Abtriebselement 10 verbunden ist. Die Abtriebswelle wiederum ist mit dem Kettenritzel 12 drehfest verbunden. Die Tretkurbelwelle 8 ist drehfest mit den Pedalen 13 des Elektrofahrrades 2 verbunden, wobei vorliegend einer der Pedale 13 dargestellt ist.
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Zusätzlich ist in der Antriebsmaschine 3 ein schaltbarer Freilauf 9 angeordnet, der dazu eingerichtet ist, die Antriebsmaschine 3 mit dem Abtriebselement 10 zumindest mittelbar miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln. Exemplarisch ist der schaltbare Freilauf 9 in diesem Fall zwischen der Getriebevorrichtung 7 und dem Abtriebselement 10 angeordnet. Auch eine alternative Anordnungsposition des Freilaufs 9, die Antriebsmaschine 3 mit dem Abtriebselement 10 zumindest mittelbar miteinander zu koppeln und voneinander zu entkoppeln, ist denkbar.
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Bei Betätigung des Steuergeräts 5 durch die Betätigungseinrichtung 4 wird die Antriebsmaschine 3 in einem Freischaukelmodus betrieben, wobei der in diesem Fall mit dem Steuergerät 5 steuerungstechnisch verbundene Elektromotor 6 abwechselnd in eine positive und negative Drehrichtung betätigt wird. Anders gesagt dreht der Rotor des Elektromotors 6 für eine bestimmte Dauer und in einer bestimmten Frequenz zunächst in eine positive Drehrichtung und unmittelbar daran anschließend, nach einer Drehrichtungsumkehr, in eine negative Drehrichtung. Dabei wird das Elektrofahrrad für die Dauer des Antriebs in der positiven Drehrichtung des Elektromotors 6 in eine der Vorwärtsfahrrichtung des Elektrofahrrades 2 entsprechenden Richtung und für die Dauer des Antriebs in die negative Drehrichtung in eine der Rückwärtsfahrrichtung des Elektrofahrrades 2 entsprechenden Richtung angetrieben. Der stetige Wechsel der Drehrichtungen der Antriebsmaschine 3 bewirkt eine Schaukelbewegung des Elektrofahrrades 2 bis dieses letztendlich aus dem festgefahrenen Zustand freischaukelt. Wenn das Elektrofahrrad 2 aus dem festgefahrenen Zustand befreit ist, kann die manuelle Betätigung der Betätigungseinrichtung beendet werden und das Elektrofahrrad in der üblichen Art und Weise angetrieben werden. Insbesondere beträgt die Frequenz der in der bestimmten Dauer erfolgenden, abwechselnden Drehrichtungswechsel der Antriebsmaschine 3 etwa 1 Hz. Mit anderen Worten wird der Elektromotor 6 pro Sekunde einmal in positiver Drehrichtung und nach dem Drehrichtungswechsel einmal in negativer Drehrichtung angetrieben. Die Dauer des Antriebs in positiver und negativer Drehrichtung wird Periode genannt. Dementsprechend wird die Antriebsmaschine bei Betätigung der Betätigungseinrichtung für eine Periode angetrieben, und zwar erfolgt eine Drehrichtungsumkehr der Antriebsmaschine 3 pro Sekunde. Die Dauer, für die die Antriebsmaschine 3 mit einer Frequenz von 1 Hz betrieben wird, hängt von der Dauer der manuellen Betätigung der Betätigungseinrichtung 4 durch den Fahrradfahrer ab und richtet sich in erster Linie danach, wann das Elektrofahrrad 2 aus dem festgefahrenen Zustand befreit ist. Die Betätigungseinrichtung 4 kann ferner ein Modul aufweisen, mit dem die Frequenz zum Freischaukein des Elektrofahrrades 2 beliebig vom Fahrradfahrer eingestellt werden kann. Die erforderliche Frequenz kann beispielsweise davon abhängig sein, wie stark das Elektrofahrrad 2 festgefahren ist bzw. mit welchem Aufwand es aus dem festgefahrenen Zustand befreit werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Elektrofahrrad
- 3
- Antriebsmaschine
- 4
- Betätigungseinrichtung
- 5
- Steuergerät
- 6
- Elektromotor
- 7
- Getriebevorrichtung
- 8
- Tretkurbelwelle
- 9
- Freilauf
- 10
- Abtriebselement
- 11
- Betätigungsknopf
- 12
- Ketten ritzel
- 13
- Pedal
- 14
- Vorderrad
- 15
- Hinterrad
- 16
- Kette
- 17
- Lenker
- 18
- Batterie
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011018152 A1 [0002]
