DE102022109481A1 - Electric bicycle drive unit and bicycle frame, frame interface unit and energy storage device for an electric bicycle drive unit - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektrische Fahrrad-Antriebseinheit (Du) zur Anordnung in einem Tretlagerbereich (R) eines Fahrradrahmens. Die Antriebseinheit (Du) weist eine elektrische Motoreinrichtung (ME) sowie eine Tretlagerbaugruppe (AB) mit einer Tretlagerwelle (SB) auf. Die vorliegende Offenbarung betrifft außerdem einen Fahrradrahmen bzw. eine Rahmenschnittstellen-Einheit (Iu), sowie eine Energiespeichereinrichtung (Si) für die elektrische Fahrrad-Antriebseinheit (Du).Die Antriebseinheit (Du) umfasst eine integrative Energiespeichereinrichtung (Si) zur Energieversorgung der Motoreinrichtung (ME). Die integrative Energiespeichereinrichtung (Si) ist benachbart zu der Motoreinrichtung (ME) dergestalt anordenbar, dass die Schwerpunktlage (CGE) der Energiespeichereinrichtung (Si) und die Schwerpunktlage (CGC) der Antriebseinheit (Du) innerhalb des Tretlagerbereichs (R) liegen.The present disclosure relates to an electric bicycle drive unit (Du) for arrangement in a bottom bracket area (R) of a bicycle frame. The drive unit (Du) has an electric motor device (ME) and a bottom bracket assembly (AB) with a bottom bracket shaft (SB). The present disclosure also relates to a bicycle frame or a frame interface unit (Iu) and an energy storage device (Si) for the electric bicycle drive unit (Du). The drive unit (Du) includes an integrative energy storage device (Si) for supplying energy to the motor device ( ME). The integrative energy storage device (Si) can be arranged adjacent to the motor device (ME) in such a way that the center of gravity (CGE) of the energy storage device (Si) and the center of gravity (CGC) of the drive unit (Du) are within the bottom bracket area (R).
Description
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine elektrische Fahrrad-Antriebseinheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, einen Fahrradrahmen bzw. eine Rahmenschnittstellen-Einheit nach dem Oberbegriff von Anspruch 30 sowie eine Energiespeichereinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 34.The present disclosure relates to an electric bicycle drive unit according to the preamble of
In der nachfolgenden Beschreibung verwendete und nicht weiter konkretisierte Orts- bzw. Richtungsangaben wie „links“, „rechts“, „vorne“, „hinten“, „oben“, „unten“, „Seitenansicht“ usw. entsprechen einer Fahrerperspektive auf einem Fahrrad.Location and direction information such as “left”, “right”, “front”, “back”, “top”, “bottom”, “side view” etc. used in the following description and not further specified correspond to a driver’s perspective on a bicycle .
Geländegängige Fahrräder mit elektrischem Unterstützungsantrieb erfreuen sich zunehmender Beliebtheit. Diese auch als E-Mountainbike oder abgekürzt E-MTB bezeichneten Fahrräder werden in Kategorien wie beispielsweise „Cross-Country“, „Trail“, „Enduro“ und „Downhill“ eingeteilt bzw. auch sportlich eingesetzt.All-terrain bicycles with an electric support drive are enjoying increasing popularity. These bicycles, also known as e-mountain bikes or e-MTBs for short, are divided into categories such as “cross-country”, “trail”, “enduro” and “downhill” and are also used for sporting purposes.
Bei solchen Einsätzen treten hohe Anforderungen an Robustheit, Rahmensteifigkeit und „Handling“ des E-MTB auf. Beim Handling des E-MTB ist vor allem die Schwerpunktlage des Fahrrads von Bedeutung. Ein hoher Schwerpunkt des Fahrrads beeinträchtigt die Kurvenlage und erhöht das Risiko von Überschlägen bei starker Bremsverzögerung oder in steilen Abfahrtspassagen.Such uses place high demands on the robustness, frame rigidity and "handling" of the E-MTB. When handling the E-MTB, the center of gravity of the bike is particularly important. A high center of gravity of the bike impairs cornering and increases the risk of rollovers when braking hard or on steep descents.
Von besonderer Bedeutung ist auch die Distanz zwischen dem Fahrrad-Schwerpunkt und der Hinterradachse. Je weiter sich der Schwerpunkt des Fahrrads in Fahrtrichtung vorne befindet, desto höher ist die Gefahr von Überschlägen, und desto schwieriger wird es für den Fahrer, das Vorderrad anzuheben, insbesondere in Fällen ohne Unterstützung eines Antriebsdrehmoments.The distance between the bike's center of gravity and the rear wheel axle is also of particular importance. The further forward the center of gravity of the bicycle is in the direction of travel, the greater the risk of rollover and the more difficult it becomes for the rider to lift the front wheel, especially in cases without drive torque assistance.
Das Anheben des Vorderrades ist eine der wichtigsten Fahrtechniken, die in den unterschiedlichsten Fahrsituationen angewandt wird. Auf diese Weise lassen sich größere Hindernisse und Stufen überwinden, oder mit hoher Geschwindigkeit Bodenwellen überfahren. Im Vergleich zu Fahrrädern bzw. Mountainbikes ohne Unterstützungsantrieb ist diesbezüglich vor allem das Gewicht der Akkus und des Motors von Bedeutung.Lifting the front wheel is one of the most important riding techniques used in a wide variety of riding situations. In this way, larger obstacles and steps can be overcome, or bumps can be driven over at high speed. Compared to bicycles or mountain bikes without an auxiliary drive, the weight of the batteries and the motor is of particular importance.
Weiterhin ist bei E-Mountainbikes der Abstand zwischen Hinterradachse und Tretlagerwelle im Vergleich zum Mountainbike ohne Zusatzantrieb tendenziell vergrößert, da der Elektromotor auch Bauraum im Bereich der Tretlagerwelle einnimmt, und da somit dort weniger radialer Freiraum für den Hinterradreifen zur Verfügung steht. Bei vollgefederten Fahrrädern wird durch den elektrischen Zusatzantrieb auch der Bauraum für die aus Stabilitätsgründen üblicherweise erforderliche Brücke zwischen den Kettenstreben im Bereich des Tretlagers beeinträchtigt. In Abhängigkeit von der für die Hinterradfederung verwendeten Hinterbaukinematik kann auch ein Bauraumkonflikt mit entsprechenden Drehgelenken der Hinterradfederung entstehen.Furthermore, the distance between the rear wheel axle and the bottom bracket shaft tends to be larger on e-mountain bikes compared to mountain bikes without an additional drive, since the electric motor also takes up space in the area of the bottom bracket shaft, and there is less radial space available there for the rear wheel tire. In the case of full-suspension bicycles, the installation space for the bridge between the chainstays in the area of the bottom bracket, which is usually required for reasons of stability, is also affected by the additional electric drive. Depending on the rear-end kinematics used for the rear-wheel suspension, there can also be a space conflict with the corresponding rotary joints of the rear-wheel suspension.
Überdies wird die Rahmensteifigkeit sowie das Rahmengewicht bei E-MTBs meist durch offene Unterrohrkonstruktionen kompromittiert, die bei bekannten E-MTBs zur Aufnahme der Antriebsbatterie zumeist erforderlich sind. Insbesondere die Torsionsbelastung durch Pedallasten oder auch Momenteintrag über den Steuersatz können über ein Unterrohr mit intaktem Rohrquerschnitt wesentlich besser aufgenommen werden, da bei einem geschlossenen Rohrquerschnitt das Widerstandsmoment gegen Torsion wesentlich höher als bei einem derartigen U-förmigen Profilquerschnitt ist.In addition, the frame rigidity and the frame weight of e-MTBs is usually compromised by open down tube constructions, which are usually required for known e-MTBs to accommodate the drive battery. In particular, the torsional stress caused by pedal loads or torque input via the headset can be absorbed much better via a down tube with an intact tube cross-section, since the moment of resistance to torsion is significantly higher with a closed tube cross-section than with such a U-shaped profile cross-section.
Hieraus folgt auch, dass ein geschlossener Rohrquerschnitt einen besseren Quotienten aus Steifigkeit und Gewicht besitzt als die bekannten offenen Profilquerschnitte. Weiterhin erhöhen Verbindungselemente zur Aufnahme und Befestigung von Antriebsbatterien im oder am Unterrohr die Komplexität und das Gewicht des Fahrradrahmens. Durch die erhebliche Distanz derartiger Antriebsbatterien zur Hinterradachse wird der Schwerpunkt des Fahrrads zum Nachteil des Handlings weiter nach vorne verlagert.It also follows from this that a closed tube cross-section has a better quotient of stiffness and weight than the known open profile cross-sections. Furthermore, connecting elements for accommodating and attaching drive batteries in or on the down tube increase the complexity and the weight of the bicycle frame. Due to the considerable distance between such drive batteries and the rear wheel axle, the center of gravity of the bicycle is shifted further forward to the detriment of handling.
Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Lösung zur Anordnung bzw. Integration des Energiespeichers bzw. Akkus und der Antriebseinheit für ein E-Mountainbike bereitzustellen, mit der sich die oben beschriebenen Nachteile überwinden lassenProceeding from the prior art described above, it is the object of the present disclosure to provide a solution for arranging or integrating the energy store or rechargeable battery and the drive unit for an e-mountain bike, with which the disadvantages described above can be overcome
Diese Aufgabe wird durch eine elektrische Fahrrad-Antriebseinheit zur Anordnung in einem Tretlagerbereich eines Fahrradrahmens mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch einen Fahrradrahmen bzw. eine Rahmenschnittstellen-Einheit für die elektrische Fahrrad-Antriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 30 und durch eine Energiespeichereinrichtung für die eine elektrische Fahrrad-Antriebseinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 34 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an electric bicycle drive unit for arrangement in a bottom bracket area of a bicycle frame with the features of
Gattungsgemäß umfasst die Antriebseinheit eine elektrische Motoreinrichtung sowie eine Tretlagerbaugruppe mit einer Tretlagerwelle zur Aufnahme der Tretkurbeln des Fahrrads. Je nach Ausführung des Motors umfasst eine gattungsgemäße Antriebseinheit zumeist auch ein üblicherweise zusammen mit dem Motor in einem gemeinsamen Motorgehäuse angeordnetes Untersetzungsgetriebe zur Übertragung des unterstützenden Motormoments auf die Tretlagerwelle, wobei jedoch auch getriebelose Antriebseinheiten zum Direktantrieb der Tretlagerwelle bekannt sind.According to the generic type, the drive unit comprises an electric motor device and a bottom bracket assembly with a bottom bracket shaft for receiving the pedal cranks of the bicycle. Depending on the design of the motor, a generic drive unit usually also includes a reduction gear, which is usually arranged together with the motor in a common motor housing Transmission of the supporting motor torque to the bottom bracket shaft, although gearless drive units for directly driving the bottom bracket shaft are also known.
Die Antriebseinheit zeichnet sich durch eine integrative Energiespeichereinrichtung zur Energieversorgung der Motoreinrichtung aus. Dabei ist die integrative Energiespeichereinrichtung benachbart zu der Motoreinrichtung anordenbar bzw. angeordnet, und der Massenschwerpunkt der integrativen Energiespeichereinrichtung liegt, nach Montage der Antriebseinheit an dem Fahrradrahmen, in dem Tretlagerbereich.The drive unit is distinguished by an integrative energy storage device for supplying energy to the motor device. The integrative energy storage device can be or is arranged adjacent to the motor device, and the center of mass of the integrative energy storage device lies in the bottom bracket area after the drive unit has been mounted on the bicycle frame.
Dies bedeutet, dass der Energiespeicher mit der Motoreinrichtung und mit der Tretlagerbaugruppe, sowie ggf. zusammen mit dem Untersetzungsgetriebe zwischen Motoreinrichtung und Tretlagerwelle, räumlich zusammengelegt und als somit integrierte Antriebseinheit ausgebildet ist, die nach der Montage der Antriebseinheit im Tretlagerbereich des Fahrrades positioniert ist.This means that the energy store is spatially combined with the motor device and the bottom bracket assembly, and possibly together with the reduction gear between the motor device and the bottom bracket shaft, and is therefore designed as an integrated drive unit that is positioned in the bottom bracket area of the bicycle after the drive unit has been installed.
Mit „Tretlagerbereich“ ist im Sinne der vorliegenden Offenbarung die unmittelbare räumliche Umgebung des Fahrrad-Tretlagers gemeint, einschließlich der unmittelbaren Endbereiche der an das Tretlager angrenzenden Sattel- und Unterrohre, in Abgrenzung insbesondere zum räumlichen Bereich des gesamten Fahrrad-Unterrohrs bis zum Fahrrad-Steuerkopf, welches beim Stand der Technik üblicherweise die Energiespeichereinrichtung für die elektrische Motoreinrichtung enthält.For the purposes of the present disclosure, "bottom bracket area" means the immediate spatial environment of the bicycle bottom bracket, including the immediate end regions of the saddle and down tubes adjoining the bottom bracket, in particular to distinguish it from the spatial area of the entire bicycle down tube up to the bicycle steering head , which usually contains the energy storage device for the electric motor device in the prior art.
Der Begriff „integrative Energiespeichereinrichtung“ meint im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine Energiespeichereinrichtung, die entweder in das Gehäuse der Motoreinrichtung integriert ist, oder zusammen mit der Motoreinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist, oder die in einem eigenständigen Gehäuse direkt an einem Gehäuse der Motoreinrichtung anordenbar ist.The term “integrated energy storage device” in the sense of the present disclosure means an energy storage device that is either integrated into the housing of the motor device, or is arranged together with the motor device in a common housing, or that can be arranged in a separate housing directly on a housing of the motor device is.
Im Unterschied zum eingangs beschriebenen Stand der Technik wird somit die Energiespeichereinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung in unmittelbarer Nähe zu der Antriebseinheit und damit im Wesentlichen auf horizontaler Höhe der Tretlagerbaugruppe positioniert. Daraus resultiert eine vertikal sehr niedrige Schwerpunktlage der integrierten Antriebseinheit, die lediglich durch die Wahrung der jeweils gewünschten Bodenfreiheit im Bereich des Tretlagers limitiert ist.In contrast to the prior art described at the outset, the energy storage device according to the present disclosure is thus positioned in the immediate vicinity of the drive unit and thus essentially at the horizontal height of the bottom bracket assembly. This results in a vertically very low center of gravity of the integrated drive unit, which is only limited by maintaining the desired ground clearance in the area of the bottom bracket.
Weiterhin wird auch der Abstand des Schwerpunkts der Antriebseinheit bzw. des gesamten Fahrrads zur Hinterradachse auf diese Weise vorteilhaft reduziert.Furthermore, the distance between the center of gravity of the drive unit or the entire bicycle and the rear wheel axle is advantageously reduced in this way.
Da bei einem Fahrradrahmen, abgesehen vom Hinterbau, der breiteste Bereich zumeist die Tretlageraufnahme ist, lässt sich mit der Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung der in Axialrichtung (bezogen auf die Tretlagerwelle) zur Verfügung stehende Bauraum in diesem Bereich deutlich besser nutzen, als dies im Stand der Technik üblich ist.Since the widest area in a bicycle frame, apart from the rear structure, is usually the bottom bracket mount, the drive unit according to the present disclosure allows the available space in this area in the axial direction (relative to the bottom bracket shaft) to be used much better than is the case when the bike is stationary the technology is common.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass insbesondere die Querschnittsdimensionen des integrativen Energiespeichers (bezogen auf eine Schnittebene parallel zur Achse der Tretlagerwelle) deutlich größer ausfallen können als bei herkömmlichen, im Bereich des Unterrohrs bzw. im Unterrohr angeordneten Energiespeichern.In other words, this means that in particular the cross-sectional dimensions of the integrative energy store (in relation to a sectional plane parallel to the axis of the bottom bracket shaft) can be significantly larger than in conventional energy stores arranged in the area of the down tube or in the down tube.
Dank der integrierten Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung kann der Fahrradrahmen, anders als beim Stand der Technik mit dem zur Akkuentnahme offenen und häufig einen U-förmigen Querschnitt aufweisenden Unterrohr, mit einem intakten, also geschlossenen Unterrohrquerschnitt realisiert werden, wodurch sich die Biege- und Torsionssteifigkeiten des Unterrohrs und damit des Fahrradrahmens entscheidend vergrößern, bzw. die Masse des Fahrradrahmens entsprechend reduzieren lässt.Thanks to the integrated drive unit according to the present disclosure, the bicycle frame can be realized with an intact, i.e. closed, down tube cross section, unlike in the prior art with the down tube open for battery removal and often having a U-shaped cross section, which increases the bending and torsional rigidity of the down tube and thus of the bicycle frame can be significantly increased or the mass of the bicycle frame can be reduced accordingly.
Durch die Integration von Motoreinrichtung und Energiespeichereinrichtung lassen sich zudem die ansonsten zur elektrischen Verbindung dieser Baugruppen notwendigen Kabel und insbesondere lösbaren, aufwändigen Steckereinrichtungen reduzieren bzw. einsparen, was zu weiteren Kosten- und Gewichtseinsparungen führt.The integration of the motor device and the energy storage device also makes it possible to reduce or save the cables that would otherwise be required for the electrical connection of these assemblies, and in particular detachable, complex plug devices, which leads to further cost and weight savings.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die integrative Energiespeichereinrichtung unmittelbar an einem Gehäuse der Motoreinrichtung angeordnet bzw. anordenbar ist. Bei dieser Ausführungsform kann die integrative Energiespeichereinrichtung ein eigenes Gehäuse oder zumindest Teilgehäuse aufweisen, welches mit einem Gehäuse bzw. Teilgehäuse der Motoreinrichtung verbunden bzw. verbindbar ist.According to a preferred embodiment, it is provided that the integrative energy storage device is arranged or can be arranged directly on a housing of the motor device. In this embodiment, the integrative energy storage device can have its own housing or at least partial housing, which is connected or can be connected to a housing or partial housing of the motor device.
Diese Verbindung zwischen der integrativen Energiespeichereinrichtung und der Motoreinrichtung kann insbesondere trennbar ausgebildet sein, beispielsweise mit einem Schnellverschluss, wodurch dem Nutzer ermöglicht wird, den integrativen Energiespeicher unabhängig von der Motoreinrichtung zu entnehmen, beispielsweise zum Zweck der Aufladung unabhängig vom Standort des Fahrrads.In particular, this connection between the integrative energy storage device and the motor device can be designed to be separable, for example with a quick-release fastener, which enables the user to remove the integrative energy storage device independently of the motor device, for example for the purpose of charging regardless of the location of the bicycle.
Auch lässt sich durch diese Entnahme der integrativen Energiespeichereinrichtung eine Öffnung zum Innenraum des Unterrohrs offenlegen, so dass dieser Bauraum genutzt werden kann, z.B. zur Unterbringung von Werkzeug, kleineren Gepäckstücken oder auch für eine Zusatzbatterie, ohne dass hierdurch der geschlossene Rohrquerschnitt des Unterrohrs beeinträchtigt wird.This removal of the integrative energy storage device also makes it possible to expose an opening to the interior of the down tube, see above that this space can be used, for example, to store tools, small pieces of luggage or even an additional battery, without the closed tube cross-section of the down tube being impaired as a result.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die integrative Energiespeichereinrichtung zumindest teilweise von einem Gehäuse der Motoreinrichtung umschlossen bzw. umschließbar. Bei einem Gehäuse der Motoreinrichtung muss es sich dabei nicht um ein geschlossenes Gehäuse handeln, insbesondere nicht in demjenigen Bereich des Gehäuses, welches zur Umschließung der Energiespeichereinrichtung ausgebildet ist. Vielmehr kann zumindest dieser Gehäusebereich auch im wesentlichen skelettartig die Energiespeichereinrichtung umschließend ausgebildet sein. Auf diese Weise wird Gewicht gespart, und die Zugänglichkeit der Batterie wird verbessert, insbesondere zum Zweck des Batteriewechsels und/oder zum Aufladen.According to a further preferred embodiment, the integrative energy storage device is at least partially surrounded or can be surrounded by a housing of the motor device. A housing of the motor device does not have to be a closed housing, in particular not in that area of the housing which is designed to enclose the energy storage device. Rather, at least this housing area can also be designed to enclose the energy storage device essentially in the manner of a skeleton. In this way weight is saved and the accessibility of the battery is improved, in particular for the purpose of battery changing and/or charging.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die integrative Energiespeichereinrichtung zusammen mit der Motoreinrichtung in Form einer vollintegrierten Bauweise in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet bzw. anordenbar ist. Bei dieser Ausführungsform lassen sich insbesondere Masse und Kosten durch nicht benötigte Verbindungs- und separate Gehäuseelemente einsparen. Ein etwa erforderlicher Austausch der integrativen Energiespeichereinrichtung erfolgt bei dieser Ausführungsform vorzugsweise durch Fachpersonal nach entsprechender Öffnung des gemeinsamen Gehäuses von Motoreinrichtung und integrativer Energiespeichereinrichtung.A further preferred embodiment provides that the integrative energy storage device is arranged or can be arranged together with the motor device in the form of a fully integrated design in a common housing. In this embodiment, it is possible in particular to save mass and costs by eliminating the need for connecting and separate housing elements. In this embodiment, any necessary replacement of the integrative energy storage device is preferably carried out by specialist personnel after appropriate opening of the common housing of the motor device and integrative energy storage device.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die integrative Energiespeichereinrichtung im betriebsbereiten Zustand ausschließlich an der Motoreinrichtung, oder an einem Gehäuse der Motoreinrichtung, oder an dem gemeinsamen Gehäuse befestigt ist, nicht jedoch an dem Fahrradrahmen. Dies verbessert entscheidend die Handhabung bzw. die Entnahme und das Wiedereinsetzen der Energiespeichereinrichtung. Überdies lassen sich Kosten zur Teilebeschaffung und Montage eines mit der Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgestatteten Fahrrads deutlich reduzieren, da die beim Stand der Technik üblichen, aufwändigen zusätzlichen Befestigungseinrichtungen für die Batterie am Fahrradrahmen entfallen.Provision is particularly preferably made for the integrative energy storage device to be fastened exclusively to the motor device, or to a housing of the motor device, or to the common housing in the operational state, but not to the bicycle frame. This decisively improves the handling or the removal and reinsertion of the energy storage device. In addition, costs for procuring parts and assembling a bicycle equipped with the drive unit according to the present disclosure can be significantly reduced, since the complex additional fastening devices for the battery on the bicycle frame, which are customary in the prior art, are no longer necessary.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die integrative Energiespeichereinrichtung, nach Montage der Antriebseinheit an einem Fahrradrahmen, zumindest teilweise in einem Unterrohr des Fahrradrahmens angeordnet bzw. anordenbar ist. Auf diese Weise kann die integrative Energiespeichereinrichtung weiter vergrößert werden, insbesondere kann sich ein Teil der integrativen Energiespeichereinrichtung, im Wesentlichen entlang einer Längsachse des Unterrohrs, von unten in das Unterrohr erstrecken. Das Unterrohr kann somit weiterhin einen geschlossenen Rohrquerschnitt aufweisen und dennoch zumindest einen Teil der integrativen Energiespeichereinrichtung, gemäß einer weiteren Ausführungsform auch die gesamte integrative Energiespeichereinrichtung, enthalten.A further particularly preferred embodiment provides that the integrative energy storage device is or can be arranged at least partially in a down tube of the bicycle frame after the drive unit has been mounted on a bicycle frame. In this way, the integrative energy storage device can be further enlarged; in particular, part of the integrative energy storage device can extend from below into the down tube, essentially along a longitudinal axis of the down tube. The lower tube can thus continue to have a closed tube cross-section and still contain at least part of the integrative energy storage device, and according to a further embodiment also the entire integrative energy storage device.
Nach einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist der Antriebseinheit neben der integrativen Energiespeichereinrichtung auch eine Zusatz-Energiespeichereinrichtung zugeordnet. Nach Montage der Antriebseinheit mit der Zusatz-Energiespeichereinrichtung ist dabei die Zusatz-Energiespeichereinrichtung zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, in einem Unterrohr des Fahrradrahmens angeordnet bzw. anordenbar. Mittels der Zusatz-Energiespeichereinrichtung kann der Energievorrat der Antriebseinheit entsprechend vergrößert werden, wozu auch hier wieder Bauraum in dem Unterrohr des Fahrradrahmens genutzt werden kann, ohne dessen geschlossenen Rohrquerschnitt zu beeinträchtigen.According to a likewise preferred embodiment, in addition to the integrative energy storage device, the drive unit is also assigned an additional energy storage device. After assembly of the drive unit with the additional energy storage device, the additional energy storage device is arranged or can be arranged at least partially, preferably completely, in a down tube of the bicycle frame. The energy reserve of the drive unit can be correspondingly increased by means of the additional energy storage device, for which purpose space in the down tube of the bicycle frame can again be used without impairing its closed tube cross section.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Zusatz-Energiespeichereinrichtung mechanisch direkt mit der Antriebseinheit oder mit der integrativen Energiespeichereinrichtung verbunden bzw. verbindbar. Bei direkter mechanischer Verbindung der Zusatz-Energiespeichereinrichtung mit der integrativen Energiespeichereinrichtung umfasst die mechanische Verbindung vorzugsweise auch eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Energiespeichereinrichtungen, die beispielsweise als elektrische Steckverbindung ausgebildet ist.According to a further preferred embodiment, the additional energy storage device is mechanically connected or can be connected directly to the drive unit or to the integrative energy storage device. In the case of a direct mechanical connection of the additional energy storage device to the integrative energy storage device, the mechanical connection preferably also includes an electrical connection between the two energy storage devices, which is designed, for example, as an electrical plug connection.
Bei direkter mechanischer Verbindung oder auch einstückiger Ausführung der Zusatz-Energiespeichereinrichtung mit der integrativen Energiespeichereinrichtung werden die beiden Energiespeichereinrichtungen somit zu einer Energiespeicher-Baugruppe, bzw. zu einer Energiespeichereinrichtung zusammengefasst, welche dann vorzugsweise an einem Gehäuse der Motoreinrichtung fixiert wird. Durch diese Verbindung der Zusatz-Energiespeichereinrichtung mit der integrativen Energiespeichereinrichtung zu einer ggf. einstückigen integrativen Energiespeichereinrichtung kann der Bauraum im Unterrohr für zusätzliche Energiespeicherkapazität genutzt werden, ohne dass zusätzliche Fixierungseinrichtungen bzw. mechanische Schnittstellen zur Befestigung bzw. Fixierung der Zusatz-Energiespeichereinrichtung bzw. der integrativen Energiespeichereinrichtung im Unterrohr benötigt wird.With a direct mechanical connection or a one-piece design of the additional energy storage device with the integrative energy storage device, the two energy storage devices are thus combined to form an energy storage assembly or an energy storage device, which is then preferably fixed to a housing of the motor device. This connection of the additional energy storage device with the integrative energy storage device to form a possibly one-piece integrative energy storage device allows the installation space in the down tube to be used for additional energy storage capacity without the need for additional fixing devices or mechanical interfaces for attaching or fixing the additional energy storage device or the integrative Energy storage device is required in the down tube.
Bevorzugt ist die integrative Energiespeichereinrichtung in einem montierten Zustand der Antriebseinheit an dem Fahrradrahmen zu einem größeren Teil außerhalb eines Unterrohrs des Fahrradrahmens anordenbar bzw. angeordnet. Ebenfalls vorzugsweise befindet sich die integrative Energiespeichereinrichtung in einer dem montierten Zustand der Antriebseinheit an dem Fahrradrahmen entsprechenden Lage der Antriebseinheit zumindest teilweise unterhalb der Drehachse der Tretlagerwelle. Dies kommt dem gewünschten niedrigen Schwerpunkt des Fahrrads entgegen, und erleichtert sowohl die konstruktive Integration der Antriebseinheit in den Fahrradrahmen als auch die Handhabung der Energiespeichereinrichtung bei Entnahme und beim Wiedereinsetzen.In a mounted state of the drive unit on the bicycle frame, the integrative energy storage device can preferably be arranged or is arranged to a large extent outside a down tube of the bicycle frame. The integrative energy storage device is also preferably located in a position of the drive unit corresponding to the mounted state of the drive unit on the bicycle frame, at least partially below the axis of rotation of the bottom bracket shaft. This accommodates the desired low center of gravity of the bicycle and facilitates both the constructive integration of the drive unit into the bicycle frame and the handling of the energy storage device when it is removed and reinserted.
Im Hinblick auf die gewünschte möglichst niedrige Schwerpunktlage sieht eine weitere bevorzugte Ausführungsform vor, dass sich der Massenschwerpunkt der integrativen Energiespeichereinrichtung, oder der gemeinsame Massenschwerpunkt von integrativer Energiespeichereinrichtung und Zusatz-Energiespeichereinrichtung, oder der Massenschwerpunkt der den integrativen Energiespeicher umfassenden Antriebseinheit, in einer Fahrrad-Seitenansicht innerhalb eines Umkreises von 350 mm, bevorzugt 250 mm, besonders bevorzugt von 200 mm um die Tretlagerwelle befindet. Hierzu wird die integrative Energiespeichereinheit vorzugsweise so angeordnet, dass sich diese im montierten Zustand der Antriebseinheit am Fahrrad zumindest teilweise unterhalb der Tretlagerwelle befindet.With regard to the desired position of the center of gravity that is as low as possible, another preferred embodiment provides that the center of mass of the integrative energy storage device, or the common center of mass of the integrative energy storage device and additional energy storage device, or the center of mass of the drive unit comprising the integrative energy store, is in a side view of the bicycle located within a radius of 350 mm, preferably 250 mm, particularly preferably 200 mm around the bottom bracket shaft. For this purpose, the integrative energy storage unit is preferably arranged in such a way that it is located at least partially below the bottom bracket shaft when the drive unit is mounted on the bicycle.
Auf diese Weise wird ein niedriger Massenschwerpunkt des Fahrrads erreicht, welcher, wie eingangs beschrieben, vorteilhaft für das Fahrverhalten ist. Gleichzeitig lässt sich hierdurch auch gewährleisten, dass der Massenschwerpunkt des Fahrrades möglichst weit fahrtrichtungsbezogen nach hinten verlagert ist, was ebenfalls dem Fahrverhalten zugutekommt.In this way, a low center of gravity of the bicycle is achieved, which, as described above, is advantageous for the handling. At the same time, this also ensures that the center of mass of the bicycle is shifted as far back as possible in relation to the direction of travel, which also benefits the handling.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Antriebseinheit befindet sich ein Massenschwerpunkt der Energiespeichereinrichtung und/oder ein Massenschwerpunkt der Antriebseinheit in einer Seitenansicht von rechts und bezogen auf die Drehachse der Tretlagerwelle innerhalb eines rechts oben liegenden Tretlager-Quadranten mit der Seitenlänge 175 mm, bevorzugt innerhalb eines Tretlager-Quadranten mit der Seitenlänge 125 mm, besonders bevorzugt innerhalb eines Tretlager-Quadranten mit der Seitenlänge 100 mm.According to a preferred embodiment of the drive unit, a center of mass of the energy storage device and/or a center of mass of the drive unit is located in a side view from the right and in relation to the axis of rotation of the bottom bracket shaft within a bottom right quadrant with a side length of 175 mm, preferably within a bottom bracket Quadrants with a side length of 125 mm, particularly preferably within a bottom bracket quadrant with a side length of 100 mm.
Ebenfalls bevorzugt befindet sich der Batterie-Massenschwerpunkt und/oder der Antriebseinheits-Massenschwerpunkt, bezogen auf die Drehachse der Tretlagerwelle, in einer Höhe von 50 mm, bevorzugt von 30 mm, besonders bevorzugt von 20 mm oberhalb der Drehachse der Tretlagerwelle.The battery center of mass and/or the drive unit center of mass, based on the axis of rotation of the bottom bracket shaft, is also preferably located at a height of 50 mm, preferably 30 mm, particularly preferably 20 mm above the axis of rotation of the bottom bracket shaft.
Mit dieser Lage der Schwerpunkte von Batterie und/oder Antriebseinheit lassen sich die in der Beschreibungseinleitung ausgeführten Nachteile bekannter E-Mountainbikes insbesondere bezüglich Handling und Fahrsicherheit maßgeblich verbessern bzw. beheben.With this position of the center of gravity of the battery and/or drive unit, the disadvantages of known e-mountain bikes mentioned in the introduction to the description, in particular with regard to handling and riding safety, can be significantly improved or eliminated.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Antriebseinheit umfasst ein ausschließlich an dem Gehäuse der Motoreinrichtung oder an dem gemeinsamen Gehäuse der Antriebseinheit befestigtes Antriebsschutzschild, wobei das Antriebsschutzschild gleichzeitig eine bewegliche Verschlussklappe zur Abdeckung und/oder Halterung der integrativen Energiespeichereinrichtung bildet.A further preferred embodiment of the drive unit comprises a protective drive shield attached exclusively to the housing of the motor device or to the common housing of the drive unit, the protective drive shield simultaneously forming a movable closure flap for covering and/or holding the integrative energy storage device.
Dies ist vorteilhaft, insbesondere da sich hiermit die erheblichen Kräfte, die beispielsweise bei einem Aufsetzen des Fahrrads im Tretlagerbereich auf ein Hindernis auftreten können, direkt vom Antriebsschutzschild auf die Antriebseinheit, und von dieser ggf. in den Fahrradrahmen eingeleitet werden können.This is advantageous, especially since the considerable forces that can occur when the bicycle hits an obstacle in the bottom bracket area, for example, can be transferred directly from the protective drive shield to the drive unit and from there, if necessary, to the bicycle frame.
Der Fahrradrahmen wird zudem weiter maßgeblich entlastet dadurch, dass der Fahrer beim Aufsetzen des Fahrrads im Tretlagerbereich auf ein Hindernis häufig in den Pedalen steht. Hierbei können die Stoßkräfte dank einer Befestigung des Antriebsschutzschilds ausschließlich an der Antriebseinheit direkt in die Tretlagerwelle der Antriebseinheit und von dort in die dämpfenden und abfedernden Beine des Fahrers eingeleitet werden, ohne den Rahmen nennenswert zu belasten.The bicycle frame is also significantly relieved by the fact that the rider often stands on the pedals when placing the bicycle on an obstacle in the bottom bracket area. Thanks to the drive protection shield being attached exclusively to the drive unit, the impact forces can be introduced directly into the bottom bracket shaft of the drive unit and from there into the damping and cushioning legs of the rider, without appreciably stressing the frame.
Beim Stand der Technik hingegen sind Antriebsschutzschilde üblicherweise nicht mit dem Antriebsgehäuse, sondern direkt mit dem Fahrradrahmen verbunden. Aus diesem Grund besteht beim Stand der Technik ein erhebliches Risiko, den Fahrradrahmen beispielsweise beim Aufsetzen auf Hindernisse zu beschädigen.In the prior art, on the other hand, protective drive shields are usually not connected to the drive housing, but directly to the bicycle frame. For this reason, with the prior art, there is a considerable risk of damaging the bicycle frame, for example when hitting obstacles.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Antriebseinheit genau zwei Rahmenschnittstellenanordnungen. Diese definieren wiederum eine vordere und eine hintere Befestigungsachse.According to a particularly preferred embodiment, the drive unit includes exactly two frame interface arrangements. These in turn define a front and a rear mounting axis.
Nachfolgend werden bevorzugte Positionen der Rahmenschnittstellenanordnungen, Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen bzw. Befestigungsachsen relativ zur Antriebseinheit bzw. relativ zur Rahmenschnittstellen-Einheit kurz beschrieben.Preferred positions of the frame interface arrangements, drive unit interface arrangements or attachment axes relative to the drive unit or relative to the frame interface unit are briefly described below.
Bevorzugt liegen die Rahmenschnittstellen und damit die beiden Befestigungsachsen als Schnittstellen zwischen Antriebseinheit und Hauptrahmen in einem vertikalen Bereich oberhalb einer gedachten Horizontalebene, welche die Drehachse der Tretlagerwelle enthält, sowie unterhalb einer Horizontalebene, welche den Angriffspunkt der Kettenzugkraft am Kettenrad enthält.Preferably, the frame interfaces and thus the two mounting axes are as Interfaces between drive unit and main frame in a vertical area above an imaginary horizontal plane, which contains the axis of rotation of the bottom bracket shaft, and below a horizontal plane, which contains the point of application of the chain tensile force on the sprocket.
Zur Minimierung von durch die Kettenzugkraft erzeugten Drehmomenten und entsprechenden Belastungen bzw. Verformungen von Antriebseinheit oder Hauptrahmen ist dabei der vertikale Abstand zwischen der hinteren Befestigungsachse und dem Angriffspunkt der Kettenzugkraft möglichst klein, vorzugsweise kleiner als 30 mm, besonders bevorzugt kleiner als 21 mm.In order to minimize torques generated by the chain tensile force and corresponding loads or deformations of the drive unit or main frame, the vertical distance between the rear fastening axis and the point of application of the chain tensile force is as small as possible, preferably less than 30 mm, particularly preferably less than 21 mm.
Ebenfalls bevorzugt liegen die beiden Befestigungsachsen weiter vorn als eine gedachte Vertikalebene, welche die Drehachse der Tretlagerwelle SB enthält, bevorzugt mehr als 15 mm weiter vorn als die gedachte Vertikalebene.The two fastening axes are also preferably further forward than an imaginary vertical plane which contains the axis of rotation of the bottom bracket shaft S B , preferably more than 15 mm further forward than the imaginary vertical plane.
Dabei liegen die beiden Befestigungsachsen vorzugsweise vor einer gedachten schrägen Ebene, welche die Drehachse der Tretlagerwelle enthält, wobei die schräge Ebene relativ zu einer Horizontalebene um einen Winkel β von 50° nach vorne gekippt ist, mit anderen Worten im Uhrzeigersinn gekippt, bezogen auf eine Ansicht von rechts auf ein Fahrrad.The two fastening axes are preferably in front of an imaginary inclined plane containing the axis of rotation of the bottom bracket shaft, the inclined plane being tilted forwards by an angle β of 50° relative to a horizontal plane, in other words tilted clockwise, based on a view from the right onto a bicycle.
Ebenfalls bevorzugt liegen, von rechts betrachtet, die beiden Befestigungsachsen innerhalb eines im rechts oben liegenden Tretlager-Quadranten lokalisierten Winkels α von 30° bis 80°, besonders bevorzugt innerhalb eines Winkels α von 50° bis 60°, wobei der Scheitel des Winkels mit der Drehachse der Tretlagerwelle zusammenfällt.Viewed from the right, the two fastening axes are also preferably within an angle α of 30° to 80° located in the upper right bottom bracket quadrant, particularly preferably within an angle α of 50° to 60°, with the apex of the angle being with the Axis of rotation of the bottom bracket shaft coincides.
Eine solche Positionierung der beiden Befestigungsachsen wird erst durch das Zusammenwirken einer Mehrzahl von besonderen Merkmalen der Antriebseinheit nach der vorliegenden Offenbarung möglich, darunter insbesondere die Zuordnung nahezu aller Kräfte, Momente und Toleranzen zur hinteren Rahmenschnittstelle und die damit erreichten kurzen Toleranzketten und Kraftübertragungswege sowie hohen Steifigkeiten der Antriebseinheit, die wiederum den Verzicht auf die im Stand der Technik übliche dritte Befestigungsachse weit hinter und teilweise sogar unterhalb der Tretlagerwelle ermöglicht.Such a positioning of the two fastening axes is only possible through the interaction of a number of special features of the drive unit according to the present disclosure, including in particular the assignment of almost all forces, moments and tolerances to the rear frame interface and the short tolerance chains and force transmission paths achieved as well as high rigidity of the Drive unit, which in turn makes it possible to dispense with the third fastening axis far behind and sometimes even below the bottom bracket spindle, which is customary in the prior art.
Mit einer derartigen Positionierung der der beiden Befestigungsachsen als Schnittstellen zwischen Antriebseinheit und Hauptrahmen lassen sich gegenüber dem Stand der Technik zahlreiche Vorteile erzielen.With such a positioning of the two fastening axes as interfaces between the drive unit and the main frame, numerous advantages can be achieved over the prior art.
Zunächst steht hierdurch wesentlich mehr Bauraum für Baugruppen der Hinterbaufederung wie Schwingenlager und Dämpferanlenkung zur Verfügung, da der Hauptrahmen nicht mehr, wie beim Stand der Technik verhältnismäßig weit bis hinter das Tretlager und dabei teilweise sogar bis unterhalb der Tretlagerhöhe reichen muss, um die elektrische Antriebseinheit dort abzustützen. Hierdurch verringern sich auch Komplexität, Gewicht und Kosten, und der Rahmenhersteller erhält wesentlich mehr Gestaltungsfreiheit in dem funktional sehr wichtigen Bereich direkt hinter dem Tretlager.First of all, there is considerably more installation space available for assemblies of the rear suspension, such as the swing arm bearing and damper linkage, since the main frame no longer has to reach relatively far behind the bottom bracket bracket and sometimes even below the bottom bracket bracket height in order to place the electric drive unit there, as is the case with the prior art to support. This also reduces complexity, weight and costs, and the frame manufacturer has much more design freedom in the functionally very important area directly behind the bottom bracket.
Weiterhin verbessern sich gegenüber dem Stand der Technik, bei dem der Rahmen die Antriebseinheit zumindest im Verbindungsbereich mit der Antriebseinheit oftmals zu einem großen Teil umschließt, besteht mit den vorstehend beschriebenen Bauweisen auch die Möglichkeiten zur Kühlung der elektrischen und elektronischen Komponenten der Antriebseinheit. Dies spielt eine zunehmende Rolle bei den aktuell immer weiter abnehmenden Baugrößen dieser Komponenten bei gleichzeitig tendenziell steigenden Motorleistungen.Furthermore, compared to the prior art, in which the frame often encloses the drive unit to a large extent, at least in the area where it is connected to the drive unit, the above-described designs also offer the possibility of cooling the electrical and electronic components of the drive unit. This is playing an increasingly important role given the current ever-decreasing sizes of these components, while at the same time the engine power is tending to increase.
Bezüglich der seitlichen Positionierung der Rahmenschnittstellen an der Antriebseinheit ist bevorzugt vorgesehen, dass vorzugsweise parallel zu einer Fahrrad-Längsebene verlaufende Schnittstellenebenen zwischen den hinteren Rahmenschnittstellen der Antriebseinheit und den zugehörigen rahmenseitig hinteren Antriebseinheits-Schnittstellen im Hinblick auf optimale Momenten- und Kraftübertragung von der Antriebseinheit auf den Hauptrahmen, und im Hinblick auf hohe Steifigkeit der Antriebseinheit, links und rechts jeweils outboardseitig außerhalb des Hauptrahmens positioniert sind, wodurch sich eine entsprechend vorteilhaft große Abstützbreite ergibt.With regard to the lateral positioning of the frame interfaces on the drive unit, it is preferably provided that interface planes, which preferably run parallel to a longitudinal plane of the bicycle, between the rear frame interfaces of the drive unit and the associated frame-side rear drive unit interfaces with regard to optimal torque and power transmission from the drive unit to the Main frame, and with regard to high rigidity of the drive unit, are positioned on the left and right outboard side outside of the main frame, resulting in a correspondingly advantageously large support width.
In diesem Zusammenhang kann als Quotient aus dieser Abstützbreite und einer Pedalkraft-Wirkungsbreite, welche dem horizontalen Abstand der effektiven Pedalkraft-Angriffspunkte auf die Verbindungsflächen zwischen Tretkurbel und Tretlagerwelle entspricht, ein Abstützungsfaktor gebildet werden. Der Abstützungsfaktor ist größer als 0,5, bevorzugt größer als 0,55 und besonders bevorzugt größer als 0,6.In this context, a support factor can be formed as the quotient of this support width and a pedal force effective width, which corresponds to the horizontal distance between the effective pedal force application points on the connecting surfaces between the pedal crank and the bottom bracket. The support factor is greater than 0.5, preferably greater than 0.55 and more preferably greater than 0.6.
Alternativ bzw. zusätzlich zu den bevorzugten Werten des Abstützungsfaktors wird die Abstützbreite so gewählt, dass ein als Quotient aus der Abstützbreite und einem Kettenzug-Horizontalabstand zwischen dem Angriffspunkt der Kettenzugkraft am Kettenrad und der rechtsseitigen Schnittstellenebene gebildeter Kettenzugfaktor größer ist als 5, bevorzugt größer als 5,5 und besonders bevorzugt größer als 6.Alternatively or in addition to the preferred values of the support factor, the support width is selected such that a chain pull factor formed as a quotient of the support width and a chain pull horizontal distance between the point of application of the chain pull force on the sprocket and the right-hand interface plane is greater than 5, preferably greater than 5 .5 and more preferably greater than 6.
Auf diese Weise wird eine optimale Übertragung der auf die Antriebseinheit wirkenden Querkräfte, insbesondere der Pedalkräfte, und ebenso der Kettenzugkräfte, auf kürzestem Weg in den Fahrradrahmen gewährleistet. Auch erhalten hierdurch die an dieser Kraftübertragung beteiligten Strukturen der Antriebseinheit und des Hauptrahmens bei geringem Gewicht eine besonders hohe Steifigkeit, was unerwünschten Verwindungen und damit verbundenen Kraftverlusten im Betrieb der Antriebseinheit entgegenwirkt.In this way, optimal transmission of the cross acting on the drive unit forces, in particular the pedal forces, and also the chain forces, are guaranteed over the shortest possible route into the bicycle frame. The structures of the drive unit and the main frame that are involved in this power transmission also have a particularly high rigidity with a low weight, which counteracts undesired twisting and the associated loss of power during operation of the drive unit.
Bei Antriebseinheiten aus dem Stand der Technik liegen Werte für den Abstützungsfaktor hingegen zumeist deutlich unter 0,4, und Werte für den Kettenzugfaktor zumeist deutlich unter 3.In the case of drive units from the prior art, on the other hand, values for the support factor are usually well below 0.4, and values for the chain pull factor are usually well below 3.
Die Werte für den Abstützungsfaktor bzw. für den Kettenzugfaktor werden insbesondere dadurch möglich, dass die Antriebseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung den Fahrradrahmen im Tretlagerbereich, bzw. die dort angeordnete Rahmenschnittstellen-Einheit außen umgreift. Beim Stand der Technik ist es zumeist umgekehrt, mit anderen Worten, der (für sich genommen oftmals schon relativ schmale) Fahrradrahmen umgreift zumindest in den Bereichen der Rahmenschnittstellen bzw. Befestigungsachsen die Antriebseinheit, wodurch insbesondere die Abstützbreiten erheblich schmäler ausfallen als diese gemäß der vorliegenden Offenbarung erzielt werden können.The values for the support factor or for the chain tension factor are possible in particular because the drive unit according to the present disclosure encompasses the bicycle frame in the bottom bracket area or the frame interface unit arranged there on the outside. In the prior art, it is usually the other way around, in other words, the bicycle frame (which is often already relatively narrow in itself) encompasses the drive unit at least in the areas of the frame interfaces or fastening axes, which means that the support widths in particular are considerably narrower than those according to the present disclosure can be achieved.
Damit ergeben sich beim Stand der Technik hohe Biegemomente durch die Wirkung der Pedalkräfte und der Kettenzugkräfte, die entweder zu entsprechend großen Verformungen der Antriebseinheit bzw. des Fahrradrahmens im Tretlagerbereich führen, oder mit großen Wandstärken in diesen Bereichen aufgefangen und kompensiert werden müssen, was zu entsprechend hohen Gewichten von Antriebseinheit und/oder Rahmen führt.In the prior art, this results in high bending moments due to the effect of the pedal forces and the chain tension forces, which either lead to correspondingly large deformations of the drive unit or the bicycle frame in the bottom bracket area, or have to be absorbed and compensated for with large wall thicknesses in these areas, which leads to correspondingly heavy weights of the drive unit and/or frame.
Weiterhin bevorzugt sind über die hintere Rahmenschnittstellenanordnung sämtliche Bewegungsfreiheitsgrade der Antriebseinheit gegenüber dem Fahrradrahmen bzw. gegenüber einer Rahmenschnittstellen-Einheit, außer einem Rotationsfreiheitsgrad um eine zur Drehachse der Tretlagerwelle parallele Rotationsachse, festgelegt bzw. festlegbar. Im Sinne der vorliegenden Offenbarung soll dies auch umfassen, dass über die hintere Rahmenschnittstellenanordnung sämtliche Kräfte und Drehmomente zwischen der Antriebseinheit und dem Fahrradrahmen bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit übertragbar sind, mit der Ausnahme von Drehmomenten, die um eine Drehachse bzw. Befestigungsachse der hinteren Rahmenschnittstellenanordnung wirken. Der verbleibende Rotationsfreiheitsgrad gegenüber dem Fahrradrahmen bzw. gegenüber der Rahmenschnittstellen-Einheit ist dabei mittels der vorderen Rahmenschnittstellenanordnung festgelegt bzw. festlegbar.Furthermore, all degrees of freedom of movement of the drive unit relative to the bicycle frame or relative to a frame interface unit, except for one degree of freedom of rotation about a rotational axis parallel to the axis of rotation of the bottom bracket shaft, are preferably fixed or can be fixed via the rear frame interface arrangement. For the purposes of the present disclosure, this should also include the fact that all forces and torques between the drive unit and the bicycle frame or the frame interface unit can be transmitted via the rear frame interface arrangement, with the exception of torques that are about an axis of rotation or fastening axis of the rear frame interface arrangement Act. The remaining degree of freedom of rotation in relation to the bicycle frame or in relation to the frame interface unit is fixed or can be fixed by means of the front frame interface arrangement.
Ebenfalls vorzugsweise umfasst die die hintere Rahmenschnittstellenanordnung der Antriebseinheit einen Rahmen-Ausgleichsadapter zum Ausgleich von Breitentoleranzen des Fahrradrahmens bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit. Der Rahmen-Ausgleichsadapter umfasst zur radialen Fixierung der hinteren Rahmenschnittstellenanordnung relativ zum Fahrradrahmen bzw. relativ zur Rahmenschnittstellen-Einheit, sowie zum stufenlos spielfrei einstellbaren Axial-Toleranzausgleich zwischen hinterer Rahmenschnittstellenanordnung und Fahrradrahmen bzw. Rahmenschnittstellen-Einheit eine in eine Aufnahmebohrung des Antriebsgehäuses axial verstellbar einschraubbare Stufenhülse, oder eine in eine Aufnahmebohrung des Antriebsgehäuses axial verschiebbar aufnehmbare Radialklemmeinrichtung.The rear frame interface arrangement of the drive unit also preferably includes a frame compensation adapter for compensating for width tolerances of the bicycle frame or the frame interface unit. The frame compensation adapter includes a stepped sleeve that can be screwed into a receiving bore of the drive housing in an axially adjustable manner for the radial fixation of the rear frame interface arrangement relative to the bicycle frame or relative to the frame interface unit, as well as for infinitely adjustable axial tolerance compensation between the rear frame interface arrangement and the bicycle frame or frame interface unit , or a radial clamping device that can be accommodated in an axially displaceable manner in a receiving bore of the drive housing.
Dieser Toleranzausgleich ist von erheblicher Bedeutung, da die Antriebseinheit in der Praxis des Fahrradmarkts mit verschiedensten Fahrradrahmen bzw. mit ggf. unterschiedlichen Rahmenschnittstellen-Einheiten kombiniert werden kann, wobei die Fahrradrahmen, oder ggf. die Rahmenschnittstellen-Einheiten, von verschiedensten Herstellern stammen bzw. zugeliefert sein können.This tolerance compensation is of considerable importance since the drive unit in the bicycle market can be combined with a wide variety of bicycle frames or possibly with different frame interface units, with the bicycle frame or possibly the frame interface units coming from or being supplied by a wide variety of manufacturers could be.
Hierdurch ergeben sich erfahrungsgemäß, je nach Ursprung bzw. Hersteller des Fahrradrahmens oder der Rahmenschnittstellen-Einheit, unterschiedlichste Toleranzsituationen in Bezug auf die Abstützbreite. Derartige unterschiedliche Toleranzsituationen lassen sich mit dem Ausgleichsadapter einfach und stufenlos kompensieren.Experience has shown that, depending on the origin or manufacturer of the bicycle frame or the frame interface unit, this results in a wide variety of tolerance situations with regard to the support width. Such different tolerance situations can be easily and steplessly compensated with the compensation adapter.
Weiterhin bevorzugt umfasst die Antriebseinheit ein in einem Raumbereich zwischen Motoreinrichtung und Energiespeichereinrichtung angeordnetes, hermetisch geschlossenes Controllergehäuse zur Aufnahme einer Controllereinrichtung für die Steuerung von Motoreinrichtung und/oder Energiespeichereinrichtung.Furthermore, the drive unit preferably comprises a hermetically sealed controller housing, which is arranged in a space between the motor device and the energy storage device, for accommodating a controller device for controlling the motor device and/or the energy storage device.
Das Controllergehäuse kann eine für sich genommen im Stand der Technik bekannte Steckereinrichtung zur Verbindung von Controllereinrichtung und Energiespeichereinrichtung aufweisen.The controller housing can have a plug device known per se in the prior art for connecting the controller device and the energy storage device.
Besonders bevorzugt umfasst das Controllergehäuse jedoch eine steckerlose Stromschnittstelle für die Verbindung von Controllereinrichtung und Energiespeichereinrichtung. Die steckerlose Stromschnittstelle weist Schnittstellenebenen auf, die parallel zu einer Entnahmerichtung der Energiespeichereinrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise kann die Stromschnittstelle durch Entnahme der Batterie automatisch geöffnet und durch Einsetzen und/oder Befestigen der Batterie automatisch verbunden werden.However, the controller housing particularly preferably comprises a plugless power interface for connecting the controller device and the energy storage device. The plugless power interface has interface levels that are arranged parallel to a removal direction of the energy storage device. In this way, the power interface can be opened automatically by removing the battery and inserting it zen and/or attaching the battery can be connected automatically.
Um genügenden Bauraum für möglichst große Energiespeicher bereitzustellen, wird für die Antriebseinheit vorzugsweise eine Motoreinrichtung mit kompakter Bauart eingesetzt. Besonders vorteilhaft sind diesbezüglich sog. konzentrische bzw. koaxiale Antriebseinheiten, bei denen die Motoreinrichtung und das zumeist benötigte Untersetzungsgetriebe, bzw. deren jeweilige Abtriebswellen, koaxial zur Tretlagerwelle bzw. konzentrisch zur Tretlagerwelle angeordnet sind.In order to provide sufficient installation space for the largest possible energy store, a motor device with a compact design is preferably used for the drive unit. So-called concentric or coaxial drive units are particularly advantageous in this regard, in which the motor device and the reduction gear that is usually required, or their respective output shafts, are arranged coaxially with the bottom bracket shaft or concentrically with the bottom bracket shaft.
Alternativ kann die Motoreinrichtung der Antriebseinheit auch eine Abtriebswelle aufweisen, welche achsparallel oder auch winklig bzw. rechtwinklig zur Tretlagerwelle ausgerichtet ist. Insbesondere Motoreinrichtungen mit achsparallel zur Tretlagerwelle ausgerichteten Abtriebswellen sind weit verbreitet und kostengünstig. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Motoreinrichtung so anzuordnen, dass der für die integrative Energiespeichereinheit oder für die integrative Energiespeicher-Baugruppe vorgesehene Bauraum nicht mit dem für die Motoreinrichtung vorgesehenen Bauraum der Antriebseinheit überlappt.Alternatively, the motor device of the drive unit can also have an output shaft which is aligned parallel to the axis or also at an angle or at right angles to the bottom bracket shaft. In particular, motor devices with output shafts aligned axially parallel to the bottom bracket shaft are widespread and inexpensive. In this case, it is advantageous to arrange the motor device in such a way that the installation space provided for the integrative energy storage unit or for the integrative energy storage assembly does not overlap with the installation space of the drive unit provided for the motor device.
Hierzu wird die Motoreinrichtung vorzugsweise so angeordnet, dass sich der Bereich maximaler radialer Ausdehnung der Motoreinrichtung vertikal oberhalb der Tretlagerbaugruppe bzw. Tretlagerwelle, und damit außerhalb des gemäß der vorliegenden Offenbarung bevorzugten Bauraumbereichs für den integrativen Energiespeicher angeordnet ist. Bei derartiger im Wesentlichen vertikaler Ausrichtung der Motoreinrichtung erstreckt sich das Gehäuse der Motoreinrichtung in einen Bereich, in dem bei gefederten Fahrradrahmen üblicherweise ein Hauptdrehlager für die Hinterbaufederung angeordnet ist.For this purpose, the motor device is preferably arranged such that the area of maximum radial expansion of the motor device is arranged vertically above the bottom bracket assembly or bottom bracket bearing shaft, and thus outside the installation space area preferred according to the present disclosure for the integrative energy store. With such a substantially vertical orientation of the motor device, the housing of the motor device extends into an area in which a main pivot bearing for the rear suspension is usually arranged in bicycle frames with suspension.
Mit diesem Hintergrund sieht eine weitere bevorzugte Ausführungsform vor, dass das Gehäuse der Motoreinrichtung oder das gemeinsame Gehäuse von Motoreinrichtung und integrativer Energiespeichereinrichtung gleichzeitig eine Schnittstelle bzw. Lageraufnahme für ein Hauptdrehlager bzw. für eine Schwinge der Hinterbaufederung eines gefederten Hinterbaurahmens aufweist bzw. bildet.Against this background, a further preferred embodiment provides that the housing of the motor device or the common housing of the motor device and integrative energy storage device simultaneously has or forms an interface or bearing mount for a main pivot bearing or for a rocker of the rear suspension of a sprung rear structure.
Hierdurch ergibt sich vorteilhaft eine weitere Funktionsintegration bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion und Einsparung von Bauraum und Kosten. Zudem wird auf diese Weise die wünschenswert hohe Seitensteifigkeit der Hinterbaufederung verbessert.This advantageously results in a further integration of functions with a simultaneous reduction in weight and savings in installation space and costs. In addition, the desirable high lateral rigidity of the rear suspension is improved in this way.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält die Energiespeichereinrichtung und/oder die Zusatz-Energiespeichereinrichtung im Wesentlichen prismatisch geformte Energiespeicherzellen, wobei die Definition von „prismatisch“ insbesondere auch zylindrische Formen umfasst. Die Energiespeicherzellen sind dabei so angeordnet, dass die Längsachsen eines überwiegenden Teils der Energiespeicherzellen im Wesentlichen achsparallel zur Tretlagerwelle verlaufen, wobei die Längsachsen des übrigen Teils der Energiespeicherzellen im Wesentlichen parallel zu einer zur Tretlagerwelle senkrechten Richtung verlaufen.According to a further preferred embodiment, the energy storage device and/or the additional energy storage device contains essentially prismatically shaped energy storage cells, the definition of “prismatic” also including, in particular, cylindrical shapes. The energy storage cells are arranged such that the longitudinal axes of a majority of the energy storage cells run essentially parallel to the axis of the bottom bracket, the longitudinal axes of the remaining part of the energy storage cells running essentially parallel to a direction perpendicular to the bottom bracket.
Vorzugsweise beläuft sich dabei das Verhältnis der Zahl der im Wesentlichen achsparallel zur Tretlagerwelle angeordneten Energiespeicherzellen zu der Zahl der im Wesentlichen parallel zu einer zur Tretlagerwelle senkrechten Richtung angeordneten Energiespeicherzellen auf einen Wert zwischen 3 bis 5 zu 1.Preferably, the ratio of the number of energy storage cells arranged essentially axially parallel to the bottom bracket spindle to the number of energy storage cells arranged essentially parallel to a direction perpendicular to the bottom bracket spindle is between 3 and 5 to 1.
Mit einer solchen überwiegend zur Tretlagerwelle parallelen Lage der Energiespeicherzellen wird eine Zellpackungskonfiguration erreicht, welche eine optimale Ausnutzung des im Tretlagerbereich verfügbaren Volumens erlaubt.With such a position of the energy storage cells that is predominantly parallel to the bottom bracket shaft, a cell packing configuration is achieved which allows optimum utilization of the volume available in the bottom bracket area.
Alternativ können auch sämtliche Energiespeicherzellen der integrativen Energiespeichereinrichtung und/oder der Zusatz-Energiespeichereinrichtung im Wesentlichen parallel zu einer oder mehreren zur Tretlagerwelle senkrechten Richtungen angeordnet werden, wodurch sich zumeist eine entsprechend geringere Packungsdichte der Energiespeicherzellen ergibt.Alternatively, all energy storage cells of the integrative energy storage device and/or the additional energy storage device can also be arranged essentially parallel to one or more directions perpendicular to the bottom bracket shaft, which usually results in a correspondingly lower packing density of the energy storage cells.
Die Ausrichtung der Polarität der Energiespeicherzellen kann dabei nach Bedarf gewählt werden, indem die positiven bzw. negativen Polseiten der Energiespeicherzellen vorzugsweise abwechselnd nach links/rechts bzw. vorne/hinten bzw. oben/unten zeigen.The orientation of the polarity of the energy storage cells can be selected as required, in that the positive and negative pole sides of the energy storage cells preferably point alternately to the left/right or front/back or top/bottom.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner einen Fahrradrahmen bzw. eine Rahmenschnittstellen-Einheit. Der Fahrradrahmen bzw. die Rahmenschnittstellen-Einheit weist eine hintere Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung sowie eine vordere Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung zur Verbindung mit einer Antriebseinheit auf wie vorstehend beschrieben.The present disclosure further relates to a bicycle frame or a frame interface unit. The bicycle frame or frame interface assembly includes a rear drive unit interface assembly and a front drive unit interface assembly for connection to a drive unit as described above.
Der Fahrradrahmen bzw. die Rahmenschnittstellen-Einheit besitzt damit genau zwei Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen, welche eine vordere und eine hintere Befestigungsachse zur Befestigung der Antriebseinheit definieren. Über die hintere Rahmenschnittstellenanordnung lassen sich sämtliche Bewegungsfreiheitsgrade der Antriebseinheit gegenüber dem Fahrradrahmen bzw. gegenüber der Rahmenschnittstellen-Einheit festlegen, außer dem verbleibenden Freiheitsgrad der Rotation um die hintere Befestigungsachse. Die vordere Rahmenschnittstellenanordnung ist als Drehmomentstütze zur Festlegung des verbleibenden Rotationsfreiheitsgrads ausgebildet.The bicycle frame or the frame interface unit thus has exactly two drive unit interface arrangements, which define a front and a rear attachment axis for attaching the drive unit. All degrees of freedom of movement of the drives can be used via the rear frame interface arrangement unit relative to the bicycle frame or relative to the frame interface unit, except for the remaining degree of freedom of rotation about the rear mounting axis. The front frame interface assembly is configured as a torque arm to define the remaining degree of rotational freedom.
Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die hintere Rahmenschnittstellenanordnung sämtliche Kräfte und Drehmomente von und zur Antriebseinheit überträgt, außer Drehmomenten um die hintere Befestigungsachse als Rotationsachse. Dies ermöglicht, anders als beim Stand der Technik, insbesondere eine eindeutige Festlegung aller Lastpfade, und eine eindeutige Zuordnung aller wesentlichen Toleranzen zur hinteren Rahmenschnittstelle, während die vordere Rahmenschnittstelle als Drehmomentausleger lediglich vergleichsweise geringe Kräfte übertragen muss und nur sehr geringen Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Toleranzen unterliegt.In other words, the rear frame interface assembly transmits all forces and torques to and from the drive unit, except torques about the rear mounting axis as the axis of rotation. In contrast to the prior art, this enables all load paths to be clearly defined and all essential tolerances to be clearly assigned to the rear frame interface, while the front frame interface as a torque arm only has to transmit comparatively low forces and is only subject to very low requirements in terms of accuracy and tolerances .
Die genau zwei Befestigungsachsen des Fahrradrahmens bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit sind dabei vorzugsweise analog zur Anordnung der Befestigungsachsen bei der Antriebseinheit angeordnet wie obenstehend hinsichtlich der Antriebseinheit beschrieben. Ebenso vorzugsweise liegen Abstützungsfaktor und Kettenzugfaktor in gleichen Größen vor wie weiter oben bei der Antriebseinheit angegeben.The exactly two fastening axles of the bicycle frame or the frame interface unit are preferably arranged analogously to the arrangement of the fastening axles in the drive unit, as described above with regard to the drive unit. It is also preferable for the support factor and chain pull factor to be the same as those specified above for the drive unit.
Vorzugsweise umfasst der Fahrradrahmen bzw. die Rahmenschnittstellen-Einheit Lageraufnahmen für eine Schwinge eines gefederten Hinterbaurahmens. Insbesondere im Fall der Rahmenschnittstellen-Einheit ermöglicht dies eine besonders kompakte und gewichtsreduzierte Ausbildung eines gefederten Hinterbaurahmens bei gleichzeitig reduziertem Kostenaufwand gegenüber dem Stand der Technik.The bicycle frame or the frame interface unit preferably includes bearing mounts for a swing arm of a spring-loaded rear frame. In the case of the frame interface unit in particular, this enables a particularly compact and weight-reduced design of a spring-loaded rear frame while at the same time reducing the cost compared to the prior art.
Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine Energiespeichereinrichtung für eine Antriebseinheit wie vorstehend beschrieben. Die Energiespeichereinrichtung weist vorzugsweise diejenigen Merkmale auf, die bereits weiter oben bei der Beschreibung der Antriebseinheit genannt, und die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung ausführlich dargestellt sind.The present disclosure further relates to an energy storage device for a drive unit as described above. The energy storage device preferably has those features which have already been mentioned above in the description of the drive unit and which are presented in detail in the following description of the figures.
Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstands der vorliegenden Offenbarung anhand der Figuren beispielhaft beschrieben.Preferred embodiments of the subject matter of the present disclosure are described below by way of example with reference to the figures.
Es zeigt:
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1 : ein E-Mountainbike nach dem Stand der Technik in einer antriebsseitigen Seitenansicht; -
2 : ineiner 1 entsprechenden Ansicht und in schematisierter Darstellung ein E-Mountainbike mit einer Ausführungsform ein Antriebseinheit nach der vorliegenden Offenbarung, bei der die integrative Energiespeichereinrichtung unmittelbar an der Motoreinrichtung montiert ist; -
3 : das E-Mountainbike gemäß2 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
4 : ineiner 2 entsprechenden Ansicht und Darstellung ein E-Mountainbike gemäß2 und3 mit einer Zusatz-Energiespeichereinrichtung; -
5 : das E-Mountainbike gemäß4 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
6 : ineiner 2 entsprechenden Ansicht und Darstellung ein E-Mountainbike mit einer Ausführungsform der Antriebseinheit, bei der integrative Energiespeichereinrichtung und Motoreinrichtung in einem gemeinsamen Gehäuse vollintegriert sind; -
7 : das E-Mountainbike gemäß6 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
8 : ineiner 2 entsprechenden Ansicht und Darstellung ein E-Mountainbike mit einer Ausführungsform der Antriebseinheit ähnlich2 , bei der sich die integrative Energiespeichereinrichtung bzw. die Zusatz-Energiespeichereinrichtung in das Unterrohr erstreckt; -
9 : das E-Mountainbike gemäß8 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
10 : ineiner 2 entsprechenden Ansicht und Darstellung ein E-Mountainbike mit einer Ausführungsform der Antriebseinheit ähnlich2 und3 , bei der die Motoreinrichtung einschließlich Untersetzungsgetriebe koaxial zur Tretlagerwelle ausgebildet und angeordnet ist; -
11 : das E-Mountainbike gemäß10 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
12 : ineiner 2 entsprechenden Ansicht und Darstellung das E-Mountainbike gemäß10 und 11 mit einer eingezeichneten Schwerpunktlage; -
13 : das E-Mountainbike gemäß12 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
14 : ineiner 2 entsprechenden Ansicht und Darstellung ein E-Mountainbike mit einer Ausführungsform der Antriebseinheit ähnlich4 und5 mit zusätzlich integrierter Schwingenlagerung für eine Hinterbaufederung; -
15 : das E-Mountainbike gemäß14 in Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; und -
16 : die Antriebseinheit des E-Mountainbikes gemäß14 und15 in einer schematischen isometrischen Darstellung. -
17 : einen schematischen Umriss eines E-Mountainbikes mit einem darin eingebauten ersten Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit mit integrativer bzw. integrierter Energiespeichereinrichtung; -
18 : die Antriebseinheit gemäß17 in einer Seitenansicht von der Antriebsseite; -
19 : die Antriebseinheit gemäß17 und18 in einer Seitenansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
20 : die Antriebseinheit gemäß17 bis19 in einer hinteren Schrägansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
21 : die Antriebseinheit gemäß17 bis 20 in einer vorderen Schrägansicht von der Nicht-Antriebsseite; -
22 : die Antriebseinheit gemäß17 bis21 in einer Explosionsdarstellung; -
23 : die Antriebseinheit gemäß17 bis22 in einer Querschnittsdarstellung sowie den zugehörigen Schnittverlauf; -
24 : die Antriebseinheit gemäß17 bis 23 inQuerschnittsdarstellung gemäß 23 mit zur Batterieentnahme geöffnetem Antriebsschutzschild sowie den zugehörigen Schnittverlauf; -
25 : die Antriebseinheit gemäß17 bis24 in einer Schrägansicht von der Nicht-Antriebsseite mit geöffnetem Antriebsschutzschild bei der Batterieentnahme, wobei der Öffnungswinkel des Antriebsschutzschilds zur besseren Erkennbarkeit der Einzelteile gegenüber dem bei bevorzugten Ausführungsformen tatsächlich realisierten Öffnungswinkel darstellungshalber vergrößert ist; -
26 : die Antriebseinheit gemäß17 bis25 in einer Längsschnittdarstellung durch die Rahmenschnittstellen, sowie den zugehörigen Schnittverlauf; -
27 : die Antriebseinheit gemäß17 bis26 in einer Längsschnittdarstellung durch Tretlagerwelle und hintere Rahmenschnittstellenanordnung sowie den zugehörigen Schnittverlauf; -
28 : das Motor-/Getriebegehäuse der Antriebseinheit gemäß17 bis27 in einer Explosionsdarstellung; -
29A /B: Teile des Antriebsgehäuses sowie die Batterie der Antriebseinheit nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß17 bis26 ; -
29C /D: ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Antriebseinheit; -
30 : die Antriebseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß29C und29D mit geöffnetem Antriebsschutzschild und ausgeschwenkter Batterie; -
31 : die Antriebseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß29C bis30 ohne Batterie und in einer teilweisen Explosionsdarstellung; -
32A-C : eine Stromschnittstelle zur Stromübertragung zwischen Batterie und Motorcontroller bei der Antriebseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß29C bis31 ; -
33A-C : einen Rahmen-Ausgleichsadapter zum Ausgleich unterschiedlicher Toleranzen zwischen Antriebseinheit und Fahrradrahmen bzw. zwischen Antriebseinheit und Rahmenschnittstellen-Einheit bei der Antriebseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß29C bis32C ; und -
34 : die Antriebseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß29C bis33C einschließlich der Energiespeichereinrichtung.
-
1 : an e-mountain bike according to the prior art in a drive-side side view; -
2 : in a1 corresponding view and in a schematic representation of an e-mountain bike with an embodiment of a drive unit according to the present disclosure, in which the integrative energy storage device is mounted directly on the motor device; -
3 : the e-mountain bike according to2 in side view from the non-drive side; -
4 : in a2 corresponding view and representation of ane-mountain bike 2 and3 with an additional energy storage device; -
5 : the e-mountain bike according to4 in side view from the non-drive side; -
6 : in a2 corresponding view and representation of an e-mountain bike with an embodiment of the drive unit in which the integrative energy storage device and motor device are fully integrated in a common housing; -
7 : the e-mountain bike according to6 in side view from the non-drive side; -
8th : in a2 corresponding view and representation similar to an e-mountain bike with an embodiment of thedrive unit 2 , in which the integrative energy storage device or the additional energy storage device extends into the down tube; -
9 : the e-mountain bike according to8th in side view from the non-drive side; -
10 : in a2 corresponding view and representation similar to an e-mountain bike with an embodiment of thedrive unit 2 and3 , in which the motor device including the reduction gear is designed and arranged coaxially to the bottom bracket shaft; -
11 : the e-mountain bike according to10 in side view from the non-drive side; -
12 : in a2 corresponding view and representation of thee-mountain bike 10 and11 with a marked center of gravity; -
13 : the e-mountain bike according to12 in side view from the non-drive side; -
14 : in a2 corresponding view and representation similar to an e-mountain bike with an embodiment of thedrive unit 4 and5 with additionally integrated swingarm bearing for rear suspension; -
15 : the e-mountain bike according to14 in side view from the non-drive side; and -
16 : the drive unit of the e-mountain bike according to14 and15 in a schematic isometric representation. -
17 1: a schematic outline of an e-mountain bike with a first exemplary embodiment of a drive unit with an integrative or integrated energy storage device installed therein; -
18 : according to the drive unit17 in a side view from the drive side; -
19 : according to the drive unit17 and18 in a side view from the non-drive side; -
20 : according to the drive unit17 until19 in a rear oblique view from the non-drive side; -
21 : according to the drive unit17 until20 in a front oblique view from the non-drive side; -
22 : according to the drive unit17 until21 in an exploded view; -
23 : according to the drive unit17 until22 in a cross-sectional view and the associated course of the section; -
24 : according to the drive unit17 until23 in cross-section according to23 with the protective drive shield opened to remove the battery and the associated cut line; -
25 : according to the drive unit17 until24 in an oblique view from the non-drive side with the drive protection shield open when the battery is removed, the opening angle of the drive protection shield being enlarged for the sake of illustration compared to the opening angle actually realized in preferred embodiments; -
26 : according to the drive unit17 until25 in a longitudinal sectional view through the frame interfaces and the associated course of the section; -
27 : according to the drive unit17 until26 in a longitudinal sectional view through the bottom bracket shaft and rear frame interface arrangement and the associated section; -
28 : the engine/transmission housing of the drive unit according to17 until27 in an exploded view; -
29A /B: parts of the drive housing and the battery of the drive unit according to the first embodiment17 until26 ; -
29C /D: a second embodiment of a drive unit; -
30 : the drive unit according to the second embodiment according to FIG29C and29D with the drive shield open and the battery swung out; -
31 : the drive unit according to the second embodiment according to FIG29C until30 without battery and in a partially exploded view; -
32A-C : a power interface for power transmission between battery and motor controller in the drive unit according to the second embodiment29C until31 ; -
33A-C : a frame compensation adapter for compensating for different tolerances between the drive unit and the bicycle frame or between the drive unit and the frame interface unit in the case of the drive unit according to the second exemplary embodiment29C until32C ; and -
34 : the drive unit according to the second embodiment according to FIG29C until33C including the energy storage device.
Die Energiespeichereinrichtung SE ist im Inneren des Unterrohrs TL des Hauptrahmens 1 angeordnet, und lässt sich auf das Unterrohr TL bezogen im Wesentlichen radial in Entnahmerichtung DR aus dem Unterrohr TL entnehmen sowie in umgekehrter Richtung wieder einsetzen. Hierzu ist es erforderlich, dass das Unterrohr TL einen nach vorne unten offenen, insbesondere U-förmigen Rohrquerschnitt aufweist, mit den in der Beschreibungseinleitung beschriebenen Nachteilen insbesondere hinsichtlich verringerter Steifigkeit bzw. Gewichtserhöhung.The energy storage device S E is arranged inside the lower tube T L of the
Auch ist eine vergleichsweise aufwändige Abdichtung des Unterrohrs TL gegenüber eindringendem Schmutz bzw. Wasser, sowie eine ebenfalls aufwändige elektrische Anbindung mit Verkabelung und lösbaren Steckvorrichtungen, sowie eine mechanische Verriegelungseinrichtung für die Energiespeichereinrichtung SE erforderlich.A comparatively complex sealing of the lower tube T L against the ingress of dirt or water, as well as a similarly complex electrical connection with cabling and detachable plug-in devices, and a mechanical locking device for the energy storage device S E are required.
Die Zusatz-Energiespeichereinrichtung SA ist auf das Fahrrad bezogen oben auf dem Unterrohr TL angeordnet und besitzt eine ebenfalls im Wesentlichen radial zum Unterrohr TL verlaufende Entnahmerichtung DR. Auch für die Zusatz-Energiespeichereinrichtung SA ist eine weitere Steckerverbindung mit entsprechender Verkabelung sowie eine mechanische Verriegelungseinrichtung zum Unterrohr TL des Hauptrahmens 1 erforderlich.The additional energy storage device SA is arranged on top of the down tube T L relative to the bicycle and has a removal direction DR that also runs essentially radially to the down tube T L . A further plug connection with corresponding wiring and a mechanical locking device for the lower tube T L of the
Aufgrund der Positionierung der Motoreinrichtung ME sowie der Energiespeichereinrichtungen SE, SA vor bzw. weit vor dem Tretlager AB, welche die in
Der Einfachheit und besseren Deutlichkeit halber sind in
Man erkennt, dass die Motoreinrichtung ME bauraumsparend oberhalb der Tretlagerbaugruppe AB bzw. Tretlagerwelle SB angeordnet ist. Hierdurch wird vor und schräg oberhalb der Tretlagerbaugruppe AB Bauraum frei, welcher hier für die integrative Energiespeichereinrichtung Si genutzt wird. Die integrative Energiespeichereinrichtung Si besitzt bei dieser Ausführungsform ein eigenes Gehäuse HB. Das Gehäuse HB der integrativen Energiespeichereinrichtung Si ist bei der dargestellten Ausführungsform mittels einer Hakeneinrichtung FB1 an dem die Motoreinrichtung ME mit Motorcontroller CM, Getriebe sowie Tretlagerbaugruppe AB enthaltenden Gehäuse HM eingehängt und zusätzlich mittels einer lösbaren Verbindung FB2 mit dem Motorgehäuse HM verbunden, beispielsweise verschraubt. Das Motorgehäuse HM, und damit auch das an dem Motorgehäuse HM befestigte Akkugehäuse HB ist vorliegend an zwei Rahmenschnittstellen bzw. Befestigungsachsen FM1 und FM2 mit dem Hauptrahmen 1 verbindbar bzw. verbunden. Bei dem Motorcontroller CM kann es sich auch um einen kombinierten Controller CMB für Motor und/oder Batterie handeln. Vorzugsweise besitzen jedoch Motor und Batterie getrennte Controller CM und CB, wobei der Batteriecontroller CB insbesondere Steuerung und Kontrolle der Batterie-Ladevorgänge übernimmt.It can be seen that the motor device M E is arranged above the bottom bracket assembly A B or the bottom bracket shaft S B in a space-saving manner. This frees up installation space in front of and diagonally above the bottom bracket assembly AB, which space is used here for the integrative energy storage device Si. In this embodiment, the integrative energy storage device Si has its own housing H B . In the illustrated embodiment, the housing H B of the integrative energy storage device Si is suspended by means of a hook device F B1 on the housing H M containing the motor device M E with motor controller C M , gearbox and bottom bracket assembly AB and additionally by means of a detachable connection F B2 to the motor housing H M connected, for example screwed. The motor housing H M , and thus also the battery housing H B fastened to the motor housing H M , can be or is connected to the
Die integrative Energiespeichereinrichtung bzw. der integrierte Akku Si ist aus im Wesentlichen prismatischen, hier zylindrischen Energiespeicherzellen C aufgebaut, von denen zumindest ein Großteil Cc achsparallel zur Tretlagerwelle SB angeordnet ist.The integrative energy storage device or the integrated rechargeable battery Si is made up of essentially prismatic, here cylindrical energy storage cells C, of which at least a large part Cc is arranged axially parallel to the bottom bracket shaft S B .
In
Außer den oben mit Bezug auf
Weiterhin ist aus
Das in
Aufgrund der bei der Antriebseinheit Du gemäß
Auf diese Weise kann der geschlossene Rohrquerschnitt des Unterrohrs TL beibehalten werden, was der Steifigkeit und dem wünschenswert geringen Gewicht des Rahmens 1 zugutekommt.In this way, the closed tube cross section of the down tube T L can be retained, which benefits the rigidity and the desirable low weight of the
Das E-Mountainbike bzw. die Antriebseinheit Du gemäß
Bei den in der vorliegenden Offenbarung teilweise als „Befestigungsachsen“ bezeichneten Schnittstellen zwischen einer Antriebseinheit Du und einem Fahrradhauptrahmen 1 muss es sich nicht zwangsläufig um achsenförmige Befestigungen bzw. Schnittstellen handeln. Vielmehr soll der Begriff „Befestigungsachsen“ in der vorliegenden Offenbarung generell voneinander entlang einer Längsachse und/oder entlang einer Hochachse des Fahrrads beabstandete Verbindungsstrukturen bzw. Befestigungsbereiche einer Antriebseinheit DU, eines Fahrradrahmens oder einer Rahmenschnittstellen-Einheit Iu implizieren. Dabei kann jede Befestigungsachse wiederum mehrere entlang einer Querachse des Fahrradrahmens beabstandete Verbindungsstrukturen umfassen. Diese Verbindungsstrukturen, beispielsweise Verschraubungen, müssen auch nicht zwangsläufig in Querrichtung des Fahrrads verlaufen bzw. angeordnet sein. Vielmehr können die Längsachsen derartiger Verschraubungen beispielsweise auch innerhalb von Längsebenen verlaufen, bezogen auf ein Fahrrad.The interfaces between a drive unit Du and a bicycle
Durch die Anordnung sämtlicher Bauteile bzw. Baugruppen der elektrischen Antriebseinheit Du in einem gemeinsamen Gehäuse Hc ergeben sich erhebliche Integrationsvorteile, darunter insbesondere Gewichts- und Kostenvorteile sowie Vorteile bezüglich Wartung und Lebensdauer.The arrangement of all components or assemblies of the electric drive unit Du in a common housing Hc results in considerable integration advantages, including in particular weight and cost advantages as well as advantages in terms of maintenance and service life.
Das E-Mountainbike bzw. die Antriebseinheit Du gemäß
Die integrative Energiespeichereinrichtung Si ist bei dieser Ausführungsform mittels zweier Befestigungspunkte bzw. Befestigungsachsen FB1 und FB2 mit dem Motorgehäuse HM verbunden. Hierdurch erübrigt sich eine eigene Befestigungsschnittstelle zwischen der Energiespeichereinrichtung Si und dem Rahmen 1, was wiederum eine Reduktion von Komplexität, Gewicht und Kosten mit sich bringt.In this embodiment, the integrative energy storage device Si is connected to the motor housing H M by means of two attachment points or attachment axes F B1 and F B2 . As a result, there is no need for a dedicated attachment interface between the energy storage device Si and the
Alternativ zur Darstellung in
Das E-Mountainbike bzw. die Antriebseinheit Du gemäß
Die integrative Energiespeichereinrichtung Si ist dabei, ähnlich wie bei den Ausführungsformen gemäß
Der Einsatz einer koaxialen Motor-Getriebeeinrichtung ME bei dieser Ausführungsform führt zu einer außerordentlich kompakten Antriebseinheit, so dass zusätzlich freiwerdender Bauraum für andere Komponenten, beispielsweise für die Schwenklagerung Ps bzw. Anbindung der Hinterbauschwinge As, oder auch zur weiteren Vergrößerungen der integrativen Energiespeichereinrichtung Si genutzt werden kann. Es sind auch Ausführungsformen denkbar und vorgesehen, bei denen die Schwenklagerung Ps der Hinterbauschwinge As koaxial mit der Welle SB der koaxialen Motor-Getriebeeinrichtung ME angeordnet ist, bei denen die Hinterbauschwinge As also auf einer Abtriebswelle SM der koaxialen Motor-Getriebeeinrichtung ME bzw. auf der hierzu koaxialen Tretlagerwelle SB gelagert ist.The use of a coaxial motor-transmission device M E in this embodiment results in an extraordinarily compact drive unit, so that additional installation space freed up can be used for other components, for example for the pivot bearing Ps or connection of the rear swing arm As, or also for further enlargements of the integrative energy storage device Si can be. Embodiments are also conceivable and provided in which the pivot bearing Ps of the rear swing arm As is arranged coaxially with the shaft S B of the coaxial motor-gear unit M E , in which the rear swing arm As is mounted on an output shaft S M of the coaxial motor-gear unit M E or is mounted on the bottom bracket shaft S B which is coaxial thereto.
Im Vergleich mit dem Stand der Technik gemäß
Hierdurch werden die in der Beschreibungseinleitung ausgeführten Nachteile bekannter E-Mountainbikes insbesondere bezüglich Handling und Fahrsicherheit maßgeblich verbessert bzw. behoben.As a result, the disadvantages of known e-mountain bikes mentioned in the introduction to the description, in particular with regard to handling and riding safety, are significantly improved or eliminated.
In
Es wird erkennbar, dass sich die Schwerpunktlage CGC der Antriebseinheit DU bei der Ausführungsform gemäß
Weiterhin erkennt man, dass die Antriebseinheit DU gemäß der Ausführungsform nach
Durch Zusammenschau von
Die dargestellte Ausführungsform der Antriebseinheit DU besitzt eine oberhalb der Tretlagerbaugruppe AB angeordnete Motoreinrichtung ME, welcher über eine Getriebeeinrichtung, beispielsweise über ein Stirnradgetriebe und/oder über einen Riementrieb, auf die Tretlagerwelle SB wirkt. Insbesondere aufgrund dieser bauraumsparenden Anordnung und Funktionsintegration wird es möglich, den Energiespeicher Si direkt im Tretlagerbereich sowie unmittelbar benachbart zum Motor ME zu positionieren.The illustrated embodiment of the drive unit D U has a motor device M E which is arranged above the bottom bracket assembly AB and which acts on the bottom bracket shaft S B via a transmission device, for example a spur gear and/or a belt drive. In particular, because of this space-saving arrangement and functional integration, it is possible to position the energy store S i directly in the bottom bracket area and immediately adjacent to the motor M E .
Die Darstellung in
Ähnliches gilt für die in
Bereits in
Die Antriebseinheit Du nach dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß
Zunächst erkennt man in
Die hintere Rahmenschnittstellenanordnung IR, und dementsprechend auch die hintere Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR der Rahmenschnittstellen-Einheit IU, liegt dabei bevorzugt auf einer geradlinigen Befestigungsachse FM1 (vgl.
In ähnlicher Weise ist auch der horizontale Abstand DM1 zwischen Befestigungsachse FM1 und Drehachse der Tretlagerwelle SB (Angriffspunkt der Fahrer-Gewichtskraft und Fahrer-Antriebskraft, also der effektiven Pedalkraft FPE, welche näherungsweise in der Tretlagerachsen-Vertikalebene PVB gemäß
Auf diese Weise werden die Drehmomente, die durch diese beiden ggf. sehr hohen Kräfte erzeugt werden, und die von der Antriebseinheit auf den Rahmen übertragen werden müssen, minimiert. Insbesondere die Kettenzugkraft FTC kann in dynamischen Belastungsfällen ohne weiteres Größenordnungen von 5000 N erreichen und überschreiten. Durch die mit dieser Bauweise erzielte Minimierung der durch Kettenzugkraft FTC und Fahrer-Gewichtskraft/Antriebskraft FPE erzeugten Drehmomente, und aufgrund der großen effektiven Länge DM2 der Antriebsgehäuse-Ausleger CD sind die zur Abstützung dieser Drehmomente erforderlichen Reaktionskräfte an der vorderen Rahmenschnittstellenanordnung IF klein und können dort durch eine vorzugsweise rein reibschlüssige Verbindung zwischen Antriebseinheit Du und Rahmenschnittstellen-Einheit Iu, welche zudem nur geringen Anforderungen bezüglich der Einhaltung von Maßtoleranzen unterliegt, leicht in den Rahmen eingeleitet werden.In this way, the torques that are generated by these two forces, which may be very high, and that have to be transmitted from the drive unit to the frame, are minimized. In particular, the chain tensile force F TC can easily reach and exceed orders of magnitude of 5000 N in dynamic load cases. Due to the minimization of the torques generated by chain traction force F TC and driver weight force/driving force F PE achieved with this design, and Due to the large effective length D M2 of the drive housing extension CD, the reaction forces required to support these torques on the front frame interface arrangement IF are small and can be generated there by a preferably purely frictional connection between drive unit Du and frame interface unit Iu, which is also only small Subject to requirements regarding compliance with dimensional tolerances, can be easily introduced into the frame.
Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass von den beiden Rahmenschnittstellenanordnungen IF und IR lediglich an die hintere Rahmenschnittstellenanordnung IR hohe Anforderungen bezüglich Kraftübertragung, Steifigkeit und Einhaltung von Toleranzen gestellt werden, während die vordere Rahmenschnittstellenanordnung IF kräftemäßig nur gering belastet wird, und nur geringen Toleranz- bzw. Genauigkeitsanforderungen unterliegt.Conversely, this means that the two frame interface arrangements I F and I R only place high demands on the rear frame interface arrangement I R in terms of power transmission, rigidity and compliance with tolerances, while the front frame interface arrangement I F is subjected to only a small amount of force, and only small ones Tolerance or accuracy requirements is subject.
Diese spezifische Verteilung der Aufgaben auf die beiden Rahmenschnittstellenanordnungen IF (Drehmomentabstützung) und IR (auf kürzestem Weg Abstützung aller Kräfte sowie maßliche Referenzierung) bedeutet auch, dass die Verbindung zwischen Antriebseinheit Du und hinterer Rahmenschnittstellenanordnung IR besonders hohe Steifigkeit sowie einen direkten Kraftfluss bietet.This specific distribution of tasks between the two frame interface arrangements IF (torque support) and I R ( support of all forces over the shortest possible route and dimensional referencing) also means that the connection between the drive unit Du and the rear frame interface arrangement I R offers particularly high rigidity and a direct flow of forces .
Weiterhin werden alle Bewegungsfreiheitsgrade der Antriebseinheit Du (außer des Rotationsfreiheitsgrads FR um die hintere Befestigungsachse FM1, vgl.
Die Verschraubung CR (vgl. insbesondere
Die Verbindung zwischen Motorgehäuse HM bzw. Antriebsgehäuse HC und hinterer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR der Rahmenschnittstellen-Einheit IU mittels des Rahmen-Ausgleichsadapters AO ist dabei nicht nur in axialer Richtung spielfrei, bezogen auf die Längsachse des Ausgleichsadapters Ao. Durch eine entsprechende Wahl der Passungen zwischen dem Außendurchmesser des Rahmen-Ausgleichsadapters AO und den diesen aufnehmenden Bohrungen OR1, OR2 im Motorgehäuse HM bzw. Antriebsgehäuse HC und in der Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR der Rahmenschnittstellen-Einheit IU lässt sich sicherstellen, dass die Verbindung zwischen Motorgehäuse HM bzw. Antriebsgehäuse HC und hinterer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR auch in radialer Richtung spielfrei ist, bezogen auf die Längsachse des Ausgleichsadapters AO.The connection between the motor housing H M or drive housing H C and the rear drive unit interface arrangement I DR of the frame interface unit I U by means of the frame compensation adapter A O is not only free of play in the axial direction, based on the longitudinal axis of the compensation adapter Ao. By appropriately selecting the fits between the outer diameter of the frame compensation adapter A O and the bores O R1 , O R2 accommodating it in the motor housing H M or drive housing H C and in the drive unit interface arrangement I DR of the frame interface unit I U ensure that the connection between the motor housing H M or drive housing H C and the rear drive unit interface arrangement I DR is also free of play in the radial direction, based on the longitudinal axis of the compensation adapter A O .
Dabei dient der Rahmen-Ausgleichsadapter AO insbesondere der Aufgabe, etwaige am Fahrradrahmen 1 bzw. an der Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR vorhandene Toleranzen insbesondere in Bezug auf die Abstützbreite WS (vgl.
Dieser Toleranzausgleich ist von erheblicher Bedeutung, da die Antriebseinheit DU in der Praxis des Fahrradmarkts mit verschiedensten Fahrradrahmen bzw. mit ggf. unterschiedlichen Rahmenschnittstellen-Einheiten IU kombiniert werden kann, wobei die Fahrradrahmen, oder ggf. die Rahmenschnittstellen-Einheiten IU, von verschiedensten Herstellern stammen bzw. zugeliefert sein können.This tolerance compensation is of considerable importance since the drive unit D U can be combined in practice on the bicycle market with a wide variety of bicycle frames or with possibly different frame interface units I U , the bicycle frame or possibly the frame interface units I U being of come from a wide variety of manufacturers or can be supplied.
Hierdurch ergeben sich erfahrungsgemäß, je nach Ursprung bzw. Hersteller des Fahrradrahmens oder der Rahmenschnittstellen-Einheit IU, unterschiedlichste Toleranzsituationen in Bezug auf die Abstützbreite WS. Derartige unterschiedliche Toleranzsituationen lassen sich mit dem Ausgleichsadapter AO einfach und stufenlos kompensieren.Experience has shown that, depending on the origin or manufacturer of the bicycle frame or the frame interface unit I U , this results in a wide variety of tolerance situations in relation to the support width W S . Such different tolerance situations can be easily and steplessly compensated with the compensation adapter A O.
Wie vorstehend schon ausgeführt, dient die vordere Rahmenschnittstellenanordnung IF der Antriebseinheit DU lediglich der Drehmomentabstützung über die Antriebsgehäuse-Ausleger CD (und damit der Festlegung des sechsten Freiheitsgrads FR von sechs Bewegungsfreiheitsgraden der Antriebseinheit DU gegenüber dem Hauptrahmen 1). Aufgrund des großen horizontalen Abstands DM2 zwischen vorderer Rahmenschnittstellenanordnung IF bzw. vorderer Befestigungsachse FM2 und der Drehachse der Tretlagerwelle SB ergeben sich dabei lediglich geringe an der vorderen Rahmenschnittstellenanordnung IF abzustützende Reaktionskräfte.As already explained above, the front frame interface arrangement I F of the drive unit D U is only used to support the torque via the drive housing extension CD (and thus to define the sixth degree of freedom F R of six degrees of freedom of movement of the drive unit D U relative to the main frame 1). Due to the large horizontal distance D M2 between the front frame interface arrangement IF or front fastening axis F M2 and the axis of rotation of the bottom bracket shaft SB, the reaction forces to be supported on the front frame interface arrangement IF are only small.
Beim Stand der Technik kommen üblicherweise drei Befestigungsachsen zur Verbindung von Antriebseinheit und Fahrradrahmen zum Einsatz, bei denen jedoch, anders als bei der vorliegenden Offenbarung, unter den verschiedenen Befestigungsachsen keine spezifische Aufgabenteilung hinsichtlich Kraftübertragung, Momentenübertragung und Festlegung der Bewegungsfreiheitsgrade der Antriebseinheit relativ zum Fahrradrahmen getroffen wird. Insbesondere existiert kein eindeutiger Lastpfad für die Einleitung der Kräfte und Momente aus der Antriebseinheit in den Fahrradrahmen. Vielmehr ist beim Stand der Technik der tatsächliche Lastpfad sowie die Frage, welcher Aufhängungspunkt oder welche Befestigungsachse welchen Anteil der Kräfte und Momente überträgt, im Wesentlichen von zufälligen Toleranzverhältnissen und -verteilungen zwischen den mehreren gleichberechtigten Befestigungsachsen an der Antriebseinheit und am Fahrradrahmen abhängig.In the prior art usually come three mounting axes to connect Drive unit and bicycle frame for use, in which, however, unlike the present disclosure, no specific division of tasks in terms of power transmission, torque transmission and definition of the degrees of freedom of movement of the drive unit relative to the bicycle frame is made under the various attachment axes. In particular, there is no clear load path for the introduction of forces and moments from the drive unit into the bicycle frame. Rather, in the prior art, the actual load path and the question of which suspension point or which fastening axis transmits which proportion of the forces and moments is essentially dependent on random tolerance conditions and distributions between the several equal fastening axes on the drive unit and on the bicycle frame.
Hierdurch ergeben sich beim Stand der Technik häufig erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich des Toleranzausgleichs bei der Montage der Antriebseinheit im Fahrradrahmen, sowie im Hinblick auf eine dauerhaft feste und spielfreie Verbindung zwischen Antriebseinheit und Fahrradrahmen.In the prior art, this often results in considerable difficulties with regard to tolerance compensation when mounting the drive unit in the bicycle frame, and with regard to a permanently fixed and play-free connection between the drive unit and bicycle frame.
Zudem befindet sich beim Stand der Technik eine der dort üblicherweise drei Befestigungsachsen zur Verbindung von Antriebseinheit und Fahrradrahmen in einem Bereich hinter oder sogar erheblich weit hinter der Vertikalebene PVB, welche die Drehachse der Tretlagerwelle SB enthält, typischerweise mehr als ca. 40 mm hinter dieser Vertikalebene PVB, und dabei häufig sogar unterhalb der Horizontalebene PHS, welche die Drehachse der Tretlagerwelle SB enthält. Dies bedeutet, dass der Fahrradrahmen, bzw. eine Rahmenschnittstellen-Einheit des Fahrradrahmens, bis weit hinter das Tretlager und häufig sogar bis unterhalb der Tretlagerhöhe um das Tretlager herum gebaut werden muss, um dort die erforderliche Befestigungsachse bzw. Befestigungsaufnahme zur Verbindung mit der Antriebseinheit bereitzustellen.In addition, in the prior art, one of the usually three fastening axes for connecting the drive unit and bicycle frame is located in an area behind or even considerably far behind the vertical plane P VB , which contains the axis of rotation of the bottom bracket shaft S B , typically more than approx. 40 mm behind this vertical plane P VB , and often even below the horizontal plane P HS , which contains the axis of rotation of the bottom bracket spindle S B . This means that the bicycle frame, or a frame interface unit of the bicycle frame, has to be built around the bottom bracket far behind the bottom bracket and often even below the bottom bracket height in order to provide the necessary fastening axis or fastening receptacle for connection to the drive unit .
Eine derartige, in der Branche auch als sog. „Rahmenlappen“ bekannte Verlängerung bzw. Ausstülpung des Rahmens hinter dem Tretlager, um dort die Antriebseinheit befestigen zu können, ist jedoch aufwändig zu fertigen, insbesondere wenn diese gleichzeitig den genannten hohen Anforderungen bezüglich der Einhaltung von Toleranzen und der Aufnahme von Kräften erfüllen soll. Zudem steht eine derartige Verlängerung bzw. Ausstülpung des Rahmens hinter dem Tretlager in Konflikt mit der üblicherweise in demselben Bauraumbereich angeordneten Aufnahme für die Hinterbauschwingen-Lageraufnahme Mp (vgl.
Diese problematische Gemengelage wird mit der Antriebseinheit Du gemäß der vorliegenden Offenbarung nachhaltig behoben insbesondere dadurch, dass besonders bevorzugt genau zwei Rahmenschnittstellen IR, IF bzw. genau zwei Befestigungsachsen FM1, FM2 vorgesehen sind, von denen die hintere Rahmenschnittstellenanordnung IR bzw. Befestigungsachse FM1 sehr nahe an den wesentlichen Kraftangriffslinien sowohl der Kettenzugkraft FTC als auch der Fahrer-Gewichtskraft/Antriebskraft FPE positioniert ist und alle Toleranzausgleichs- und Kraftübertragungsaufgaben ebenso wie die Festlegung aller Bewegungsfreiheitsgrade der Antriebseinheit Du übernimmt (außer einem Rotations-Freiheitsgrad FR um eine zur Tretlagerwelle SB parallele Rotationsachse, vgl.
Die Antriebseinheit DU besitzt dementsprechend besonders bevorzugt genau zwei Rahmenschnittstellen IR, IF, die zur Verbindung mit den jeweils zugehörigen Antriebseinheits-Schnittstellen IDR, IDF der Rahmenschnittstellen-Einheit IU ausgebildet sind.Accordingly, the drive unit D U particularly preferably has exactly two frame interfaces I R , IF , which are designed for connection to the respectively associated drive unit interfaces I DR , I DF of the frame interface unit I U .
Vorzugsweise ist die vordere Rahmenschnittstellenanordnung IF der Antriebseinheit DU dabei in Funktionsvereinigung mit einer Schwenklagerung PD für das Antriebsschutzschild SD ausgebildet, was insbesondere aus
Dabei ist das Antriebsschutzschild SD vorzugsweise am Motorgehäuse HM und/oder an der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu schwenkbar gelagert. Diese Lagerung des Antriebsschutzschilds SD erfolgt bevorzugt auf der Achse FM2 koaxial mit der Verschraubung CF der vorderen Rahmenschnittstellenanordnung IF der Antriebseinheit DU mit der Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF der Rahmenschnittstellen-Einheit IU (vgl.
Das Antriebsschutzschild SD schützt die Antriebseinheit DU und insbesondere deren entnehmbare Batterie Si, und bildet bevorzugt gleichzeitig eine bewegbare Klappe zum Zweck der Batteriehalterung und Batterieentnahme. Die Aufnahme der Batterie Si erfolgt beim ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise durch Klemmung zwischen Antriebsschutzschild SD und Motorgehäuse HM.The protective drive shield S D protects the drive unit D U and in particular its removable battery S i , and at the same time preferably forms a movable flap for the purpose of battery mounting and battery removal. The recording of In the first exemplary embodiment, battery S i is preferably effected by clamping between the protective drive shield S D and the motor housing H M .
Wie insbesondere aus
Dies ist besonders vorteilhaft, da auf diese Weise die erheblichen Kräfte, die insbesondere beim Aufsetzen des Fahrrads im Tretlagerbereich beispielsweise auf Hindernisse auftreten, was beim sportlichen Einsatz durchaus häufig vorkommen kann, direkt vom Antriebsschutzschild SD über die Befestigungsschnittstellen PD, LD des Antriebsschutzschilds SD am Antriebsgehäuse Hc in das Antriebsgehäuse Hc, und von diesem über die Rahmenschnittstellen IR, IF der Antriebseinheit DU und über die Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR, IDF in den Hauptrahmen 1 eingeleitet werden können. Da sowohl das Antriebsgehäuse Hc mit den Rahmenschnittstellen IR, IF als auch die Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR, IDF für die Aufnahme hoher Kräfte ausgelegt sind, lassen sich solche beispielsweise beim Aufsetzen des Fahrrads auftretenden Kräfte problemlos aufnehmen und sicher in den Fahrradrahmen einleiten.This is particularly advantageous because in this way the considerable forces that occur, for example, when the bicycle is placed on obstacles in the bottom bracket area, which can often occur in sporting use, directly from the protective drive shield S D via the attachment interfaces P D , L D of the protective drive shield S D on the drive housing Hc into the drive housing Hc, and from there via the frame interfaces I R , IF of the drive unit D U and via the drive unit interface arrangements I DR , I DF into the
Der Fahrradrahmen wird zudem weiter maßgeblich entlastet dadurch, dass der Fahrer beim Aufsetzen des Fahrrads im Tretlagerbereich auf ein Hindernis häufig auf den Pedalen steht. Hierbei können die Stoßkräfte dank der Befestigung des Antriebsschutzschilds SD am Motorgehäuse HM direkt über die Lagerung BR, BL der Tretlagerwelle SB vom Motorgehäuse HM in die Tretlagerwelle SB und von dort in die dämpfenden und abfedernden Beine des Fahrers eingeleitet werden.The bicycle frame is also significantly relieved by the fact that the rider often stands on the pedals when placing the bicycle on an obstacle in the bottom bracket area. Thanks to the attachment of the protective drive shield S D to the motor housing H M , the impact forces can be introduced directly from the motor housing H M into the bottom bracket spindle S B via the bearings B R , B L of the bottom bracket spindle S B and from there into the damping and cushioning legs of the driver .
Beim Stand der Technik hingegen sind Antriebsschutzschilde üblicherweise nicht mit dem Antriebsgehäuse, sondern direkt mit dem Hauptrahmen 1 verbunden. Aus diesem Grund besteht beim Stand der Technik ein erhebliches Risiko, den Fahrradrahmen beispielsweise beim Aufsetzen auf Hindernisse zu beschädigen.In the prior art, on the other hand, protective drive shields are usually not connected to the drive housing, but directly to the
Um die Möglichkeit zur Aufnahme von Kraftstößen durch das Antriebsschutzschild SD weiter zu verbessern, kann insbesondere die in Fahrtrichtung hintere Befestigung LD des Antriebsschutzschilds SD, anders als in
Zwischen dem Antriebsschutzschild SD und der Batterie Si befindet sich, zumindest über die freitragende Länge des Antriebsschutzschilds SD, vorzugsweise ein Luftspalt, damit die freitragende Länge des Antriebsschutzschilds SD bei auftretenden Kraftstößen nachgeben und die Kraftstöße entsprechend abfangen kann, ohne dass es zu einer Kollision des Antriebsschutzschilds SD mit der Batterie Si und zu unzulässig hohen mechanischen Belastungen der Batterie Si kommt.There is preferably an air gap between the protective drive shield S D and the battery Si, at least over the unsupported length of the protective drive shield S D , so that the unsupported length of the protective drive shield S D can yield when force surges occur and absorb the force surges accordingly without causing a Collision of the drive shield S D with the battery Si and impermissibly high mechanical loads on the battery Si.
Alternativ ist auch eine zumindest teilweise Ableitung von Kraftstößen über den freitragenden Bereich des Antriebsschutzschilds SD auf die Batterie Si möglich. Hierzu wird das Batteriegehäuse HB entsprechend robust ausgebildet, und vorzugsweise eine dämpfende und die Kraft verteilende Elastomerzwischenlage zumindest zwischen dem freitragenden Bereich des Antriebsschutzschilds SD und dem vorderen unteren Bereich der Batterie Si vorgesehen.Alternatively, an at least partial dissipation of force surges via the cantilevered area of the protective drive shield S D to the battery Si is also possible. For this purpose, the battery housing H B is designed to be correspondingly robust, and preferably a damping and force-distributing elastomer intermediate layer is provided at least between the cantilevered area of the drive protection shield S D and the front lower area of the battery Si.
Mit dem Antriebsschutzschild SD gemäß der vorliegenden Offenbarung kann zudem auf die beim Stand der Technik (vgl.
Das Antriebsschutzschild SD ist bevorzugt mit Haltevorsprüngen R1 versehen (vgl.
Wie aus
Diese Befestigung und Verriegelung der Batterie Si mittels einem elastischen nachgiebigen Klemmvorsprung PL hat den weiteren Vorteil, dass im Betrieb auftretende Verwindungen des Fahrradrahmens und/oder der Antriebseinheit DU im Bereich zwischen Tretlager und Unterrohr TL keine nachteiligen Auswirkungen auf den festen Einschluss der Batterie Si in der Antriebseinheit DU haben, da der elastisch nachgiebige Klemmvorsprung PL derartige Verwindungen ohne weiteres ausgleicht.This fastening and locking of the battery Si by means of an elastic, flexible clamping projection P L has the further advantage that torsion of the bicycle frame and/or the drive unit D U occurring during operation in the area between the bottom bracket and the down tube T L does not have any adverse effects on the firm enclosure of the battery S i have in the drive unit D U , since the elastically yielding clamping projection P L compensates for such distortions without further ado.
In
Dies bringt entscheidende Vorteile mit Bezug auf die in der Beschreibungseinleitung ausgeführte Schwerpunktsproblematik bei bekannten E-Mountainbikes mit sich, insbesondere deutliche Verbesserungen bezüglich Handling und Fahrsicherheit.This brings with it decisive advantages with regard to the problem of the center of gravity in known e-mountain bikes, as explained in the introduction to the description, in particular significant improvements in terms of handling and riding safety.
Weiterhin zeigt
Diese Anordnung der Befestigungsachsen FM1, FM2 mit ihren entscheidenden, bereits weiter oben beschriebenen Vorteilen wird durch das Zusammenwirken einer Mehrzahl besonderer Merkmale der Antriebseinheit nach der vorliegenden Offenbarung möglich, darunter die Zuordnung nahezu aller Kräfte, Momente und Toleranzen zur hinteren Rahmenschnittstelle, und die damit erreichten kurzen Kraftübertragungswege und hohen Steifigkeiten der Antriebseinheit. Dies bringt wiederum die Möglichkeit zum Verzicht auf die im Stand der Technik übliche dritte Befestigungsachse weit hinter und oft sogar unterhalb der Tretlagerwelle mit sich.This arrangement of the fastening axes F M1 , F M2 with its decisive advantages already described above is made possible by the interaction of a number of special features of the drive unit according to the present disclosure, including the allocation of almost all forces, moments and tolerances to the rear frame interface, and the thus achieved short power transmission paths and high rigidity of the drive unit. This in turn brings with it the possibility of dispensing with the third fastening axis, which is customary in the prior art, far behind and often even below the bottom bracket shaft.
Gleichzeitig ermöglicht es die hexagonale Packung zusammen mit der Anordnung der meisten oder aller Akkuzellen Cc achsparallel zur Tretlagerwelle, der Batterie Si eine optimal an die irregulär geformten räumlichen Randbedingungen zwischen Motorgehäuse HM/TH, Controller CMB, Unterrohr TL bzw. Unterrohrmuffe LL angepasste Form zu verleihen (vgl. Zusammenschau von
Hierdurch lässt sich der Energieinhalt der Batterie Si maximieren, es wird eine einfache Entnahme der Batterie Si durch Ausschwenken aus der Antriebseinheit Du sichergestellt (vgl.
Weiter erkennt man in
Gemäß
Das Antriebsschutzschild SD weist einen Antriebsschutzschild-Verschluss LD auf, der vorzugsweise als mit üblichem Innensechskantschlüssel leicht entfernbarer Bolzen zum einfachen Öffnen des Antriebsschutzschilds SD ausgebildet ist (vgl.
Im Unterschied zu den in
Insbesondere in
Die Hinterbauschwingen-Lageraufnahme Mp kann auch ähnlich wie beim Stand der Technik gemäß
Die Lagerachse Ps der Hinterbauschwinge As (vgl.
In
In das Sattelrohr Ts (vgl.
Besonders bevorzugt bilden Sattelrohrmuffe Ls, Unterrohrmuffe TL, Hinterbauschwingen-Lageraufnahme MP, Hinterbaudämpfer-Aufnahme SR, zusammen mit den Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR und IDF einstückig die Rahmenschnittstellen-Einheit IU, welche somit insbesondere zur Verbindung der Antriebseinheit DU mit dem Hauptrahmen 1 und ggf. mit der gefederten Hinterbauschwinge 2 eingerichtet ist (vgl.
Wie bereits weiter oben ausgeführt, dienen die Antriebsgehäuse-Ausleger CD der Festlegung des sechsten (rotatorischen) Bewegungsfreiheitsgrads FR (vgl.
Da die Verbindung der Antriebsgehäuse-Ausleger CD mit der vorderen Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF der Rahmenschnittstellen-Einheit IU, wie ebenfalls bereits weiter oben bei der Diskussion der Aufgabenverteilung der beiden Rahmenschnittstellenanordnungen IF und IR ausgeführt, nur vergleichsweise geringe Kräfte übertragen und keine hohen Genauigkeitsanforderungen bzw. Toleranzanforderungen erfüllen muss, genügt es und ist daher bevorzugt, dass die Verbindung zwischen Antriebsgehäuse-Ausleger CD und vorderer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF durch Reibschluss erfolgt.Since the connection of the drive housing extension CD with the front drive unit interface arrangement I DF of the frame interface unit I U , as also already explained above in the discussion of the distribution of tasks between the two frame interface arrangements I F and I R , transmits only comparatively small forces and does not have to meet high accuracy requirements or tolerance requirements, it is sufficient and is therefore preferred that the connection between the drive housing extension CD and the front drive unit interface arrangement I DF is made by frictional engagement.
Hierzu dienen beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß
Wie bereits ausgeführt, dient die Verbindung zwischen Antriebsgehäuse-Ausleger CD und vorderer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF der Rahmenschnittstellen-Einheit IU lediglich der rotatorischen Fixierung der Antriebseinheit Du und der Drehmomenteinleitung ausgehend von der Antriebseinheit Du in die Rahmenschnittstellen-Einheit Iu bzw. in den Fahrradrahmen.As already explained, the connection between the drive housing extension CD and the front drive unit interface arrangement I DF of the frame interface unit I U is used only for the rotational fixation of the drive unit Du and the introduction of torque, starting from the drive unit Du, into the frame interface unit Iu or in the bike frame.
Die vorliegend bevorzugte Verbindung zwischen Antriebsgehäuse-Ausleger CD und vorderer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF durch Reibschluss, beispielsweise mittels Verschraubung CF und Reibscheiben WF, ist diesbezüglich vorteilhaft insofern, als diese keine hohen Anforderungen an die Genauigkeit der rahmenseitigen vorderen Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF sowie der antriebsseitigen Rahmenschnittstellenanordnung IF, hier also an die Genauigkeit der Bohrungen, Absätze und Gewinde der Verschraubung CF in radialer Richtung, bezogen auf die vordere Befestigungsachse FM2 stellt.The presently preferred connection between drive housing extension CD and front drive unit interface arrangement I DF by frictional engagement, for example by means of screw connection C F and friction disks W F , is advantageous in this respect in that it does not place high demands on the accuracy of the frame-side front drive unit interface arrangement I DF and the drive-side frame interface arrangement I F , that is, here to the accuracy of the holes, paragraphs and threads of the screw C F in the radial direction, based on the front mounting axis F M2 .
Auch in axialer Richtung, bezogen auf die vordere Befestigungsachse FM2 stellt die lediglich als Drehmomentausleger zur Festlegung des Rotation-Freiheitsgrads FR benötigte Verbindung zwischen den Antriebsgehäuse-Auslegern CD und der vorderen Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF der Rahmenschnittstellen-Einheit IU lediglich sehr geringe Anforderungen.In the axial direction, too, in relation to the front fastening axis F M2 , the connection between the drive housing extensions CD and the front drive unit interface arrangement I DF of the frame interface unit I U , which is only required as a torque arm to define the rotational degree of freedom F R , is only very low requirements.
Insbesondere können die Antriebsgehäuse-Ausleger CD so ausgelegt werden, dass diese im kräftefreien, nicht montierten Zustand der Antriebseinheit Du einen gegenüber den Schnittstellenflächen bzw. Schnittstellenebenen PiF der vorderen Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF etwas zu großen Abstand aufweisen. Bei der Montage der Antriebseinheit DU werden die Antriebsgehäuse-Ausleger CD sodann durch die Kraft der Verschraubung CF geringfügig nach innen elastisch verformt, wodurch etwaige Abstandstoleranzen der Schnittstellenebenen PiF der vorderen Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF großzügig und leicht ausgeglichen werden können.In particular, the drive housing extensions CD can be designed so that they are at a slightly too large distance from the interface surfaces or interface planes P iF of the front drive unit interface arrangement I DF when the drive unit Du is in a force-free, unmounted state. When assembling the drive unit D U , the drive housing extensions C D are then slightly elastically deformed inwards by the force of the screw connection C F , as a result of which any distance tolerances of the interface levels P iF of the front drive unit interface arrangement I DF can be generously and easily compensated.
Hingegen erfolgt die maßliche Fixierung der Antriebseinheit Du gegenüber der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu bzw. gegenüber dem Hauptrahmen 1 in allen drei Raumrichtungen und die Übertragung der diesen Raumrichtungen entsprechenden Kräfte praktisch ausschließlich durch die in allen drei Raumrichtungen vorzugsweise formschlüssige Verbindung zwischen hinterer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR und Antriebseinheit Du (vgl.
An die Verbindung zwischen Antriebsgehäuse-Ausleger CD und vorderer Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDF dagegen werden nur geringe Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit und Toleranzen gestellt, was - neben den oben bei der Diskussion der Aufgabenverteilung der beiden Rahmenschnittstellenanordnungen IF und IR beschriebenen Vorteilen - auch den Herstellungsaufwand und die Herstellungskosten für die Rahmenschnittstellen-Einheit Iu verringert.On the other hand, the connection between the drive housing boom CD and the front drive unit interface arrangement I DF has only low requirements in terms of accuracy and tolerances, which - in addition to the advantages described above in the discussion of the task distribution of the two frame interface arrangements I F and I R - also the Manufacturing effort and manufacturing costs for the frame interface unit Iu reduced.
Aus
Wie insbesondere
In der Schnittdarstellung von
Der Kurbeladapter Ac ist vorteilhaft in zweierlei Hinsicht. Einerseits ermöglicht dieser ein einfacheres Montagekonzept für die Motoreinrichtung ME, insbesondere ein Montagekonzept für ein (in den Figuren nicht dargestelltes) rechtsseitig angeordnetes Untersetzungsgetriebe der Motoreinrichtung ME für eine linksseitig angeordneten (ebenfalls nicht dargestellten) Elektromotor. Bei der Montagekonzept kann insbesondere die Tretlagerwelle SB ohne aufgesteckte Kurbeladapter Ac einfacher mit weiteren Komponenten der Motoreinrichtung ME, insbesondere mit Komponenten des Untersetzungsgetriebes montiert werden, da die Tretlagerwelle SB ohne aufgesteckte Kurbeladapter AC eine kleineren Durchmesser aufweist.The crank adapter Ac is advantageous in two ways. On the one hand, this enables a simpler assembly concept for the motor device M E , in particular an assembly concept for a reduction gear (not shown in the figures) of the motor device M E arranged on the right for an electric motor arranged on the left (also not shown). In the assembly concept, the bottom bracket shaft S B without the crank adapter Ac attached can be assembled more easily with other components of the motor device M E , in particular with components of the reduction gear, since the bottom bracket shaft S B has a smaller diameter without the crank adapter AC attached.
Ein weiterer Vorteil der Kurbeladapter Ac liegt in der damit ermöglichten, rotatorisch in beide Drehrichtungen spielfrei formschlüssigen Verbindung zwischen den Pedalkurbeln CP und der Tretlagerwelle SB.A further advantage of the crank adapter Ac lies in the form-fitting connection between the pedal cranks C P and the bottom bracket shaft S B which is rotationally free of play in both directions of rotation.
Bei anderen Anwendungen in der Getriebetechnik müssen Kerbverzahnungen Sw ein Nenndrehmoment zumeist nur in einer Richtung spielfrei übertragen. Beim Fahrrad ist es hingegen erforderlich, hohe Drehmomente zwischen den Pedalkurbeln CP und der Tretlagerwelle SB spielfrei in beiden Drehrichtungen zu übertragen. Beispielsweise kann der Fahrer eines Fahrrads mit seinem gesamten Körpergewicht auf den Pedalen stehen, wodurch jeweils hohe Drehmomente mit gegenläufiger Drehrichtung von den Pedalkurbeln CP auf die Tretlagerwelle SB wirken. Würden die Drehmomente von den Kerbverzahnungen SW von den Pedalkurbeln CP auf die Tretlagerwelle SB nicht spielfrei übertragen, so würde dies zu unerwünschten ruckartigen Drehbewegungen zwischen den Pedalkurbeln CP und der Tretlagerwelle SB und zu entsprechenden Knackgeräuschen führen. Zudem würde hierdurch die Verbindung zwischen den Pedalkurbeln Cp und der Tretlagerwelle SB mit der Zeit beschädigt oder lose, was zudem zu Unfallgefahren führen würde.In other applications in gear technology, serrations Sw usually only have to transmit a nominal torque backlash-free in one direction. In the case of a bicycle, on the other hand, it is necessary to transmit high torques between the pedal cranks C P and the bottom bracket shaft S B without play in both directions of rotation. For example, the rider of a bicycle can stand on the pedals with his entire body weight, as a result of which high torques with opposite directions of rotation from the pedal cranks C P act on the bottom bracket shaft S B . If the torques of the serrations SW were not transmitted from the pedal cranks C P to the bottom bracket shaft S B without play, this would lead to undesirable jerky rotational movements between the pedal cranks C P and the bottom bracket shaft S B and to corresponding cracking noises. In addition, this would damage or loosen the connection between the pedal cranks Cp and the bottom bracket shaft S B over time, which would also lead to the risk of accidents.
Aus diesem Grund müssen am Fahrrad Kerbverzahnungen Sw zwischen Pedalkurbeln CP und Tretlagerwelle SB zusätzlich zur drehmomentübertragenden Verzahnung konisch ausgebildet sein, um die Pedalkurbeln CP axial auf die Tretlagerwelle SB aufpressen zu können und hierdurch eine spielfreie Verbindung zwischen den Pedalkurbeln CP und der Tretlagerwelle SB zu erzeugen. Nur so lässt sich das vom Fahrer in beiden Richtungen aufgebrachte Drehmoment spielfrei in beiden Drehrichtungen übertragen. For this reason, serrations Sw between the pedal cranks C P and the bottom bracket shaft S B must be conical on the bicycle in addition to the torque-transmitting toothing in order to be able to press the pedal cranks C P axially onto the bottom bracket shaft S B and thereby ensure a play-free connection between the pedal cranks C P and the generate bottom bracket shaft S B . This is the only way that the torque applied by the driver in both directions can be transmitted backlash-free in both directions of rotation.
Insbesondere wenn der Kurbeladapter Ac aus einem duktilen Material und/oder dünnwandig ausgebildet wird, führt das Aufpressen der Pedalkurbel CP in Axialrichtung auf die Tretlagerwelle SB zu einer radialen Komprimierung des Kurbeladapters Ac auf die Wellenverzahnung ST (vgl.
Die an der Antriebseinheit Du angeordneten Rahmenschnittstellen IR, IF als formkorrespondierende Gegenstücke zu den Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR, IDF der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu befinden sich vorzugsweise an den Gehäusedeckeln CH der Antriebseinheit Du, wie insbesondere aus
Auf diese Weise wird unter anderem eine wünschenswert maximal große Abstützbreite Ws der Verbindung zwischen den Rahmenschnittstellen IR, IF der Antriebseinheit Du und dem Hauptrahmen 1 bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu erreicht (vgl.
Anders als in
Durch die vorzugsweise einstückige Anordnung der Rahmenschnittstellen IR, IF in den Gehäusedeckeln CH werden Gewichts- bzw. Antriebskräfte FPE auf die Tretlagerwelle SB sowie Kettenzugkräfte FTC direkt über die in den Gehäusedeckeln CH angeordneten Lagerungen BL, BR in die Gehäusedeckel CH, und von dort über die Rahmenschnittstellen IR, IF und die Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR, IDF in die Rahmenschnittstellen-Einheit Iu und damit in den Fahrradrahmen geleitet.Due to the preferably one-piece arrangement of the frame interfaces I R , I F in the housing covers CH, weight or drive forces F PE on the bottom bracket shaft S B and chain tensile forces F TC are transmitted directly via the bearings B L , B R in the housing cover C H , and from there via the frame interfaces I R , IF and the drive unit interface arrangements I DR , I DF into the frame interface unit Iu and thus into the bicycle frame.
Das zentrale Gehäuserohr TH muss demzufolge kaum Last übertragen, und kann hinsichtlich anderer Aspekte, beispielsweise im Hinblick auf Materialauswahl und Fertigungsmöglichkeiten optimiert werden. Aufgrund der vorzugsweise vollständig prismatischen Gestalt des Gehäuserohrs TH ergibt sich auch eine einfache und kostengünstige Fertigung, beispielsweise durch Drehen oder Strangpressen eines Aluminiumrohrs.As a result, the central housing tube T H hardly has to transfer any load and can be optimized with regard to other aspects, for example with regard to the choice of material and manufacturing options. Due to the preferably completely prismatic shape of the housing tube T H , simple and cost-effective manufacture also results, for example by turning or extruding an aluminum tube.
Auch lässt sich das Gehäuserohr TH im Hinblick auf maximale Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht optimieren, indem bevorzugt eine Aluminiumlegierung wie beispielsweise AL6060 für das Gehäuserohr TH gewählt wird, welche eine weitaus bessere Wärmeleitfähigkeit als das im Stand der Technik häufig verwendete Magnesium aufweist.The housing tube T H can also be optimized in terms of maximum thermal conductivity with low weight at the same time by preferably choosing an aluminum alloy such as AL6060 for the housing tube T H , which has a far better thermal conductivity than the magnesium commonly used in the prior art.
Alternativ können die Gehäusedeckel CH auch am Fahrradrahmen 10 angeordnet, insbesondere einstückig mit dem Fahrradrahmen ausgebildet sein. Es ist ebenfalls eine Ausführungsform vorgesehen, bei der einer der Gehäusedeckel, bevorzugt der auf der Antriebsseite, also fahrerbezogen rechtsseitig angeordnete Gehäusedeckel CHR am Fahrradrahmen angeordnet und vorzugsweise einstückig mit dem Fahrradrahmen ausgebildet ist, während der andere, linksseitige Gehäusedeckel CHL als separates, vom Gehäuserohr TH trennbares Bauteil ausgebildet ist. Hierdurch wird eine einfache Zugangsmöglichkeit zu dem dergestalt zumindest teilweise einstückig mit dem Hauptrahmen 1 ausgebildeten Motorgehäuse HM geschaffen, beispielsweise zu Wartungszwecken.Alternatively, the housing cover C H can also be arranged on the bicycle frame 10, in particular can be designed in one piece with the bicycle frame. An embodiment is also provided in which one of the housing covers, preferably the housing cover CHR on the drive side, i.e. the right-hand side in relation to the driver, is arranged on the bicycle frame and is preferably formed in one piece with the bicycle frame, while the other, left-side housing cover C HL is separate from the housing tube T H separable component is formed. This creates a simple possibility of access to the motor housing H M , which is designed at least partially in one piece with the
Die (in den Figuren des ersten Ausführungsbeispiels gemäß
Die Innenverzahnung Ti kann (unter Wegfall des Kettenrad-Spiders Sc) auch unmittelbar in einem Kettenrad Rc angeordnet sein. Vorzugsweise ist jedoch ein Kettenrad-Spider Sc vorhanden, auf dem wahlweise Kettenräder Rc mit beispielsweise unterschiedlicher Zähnezahl oder unterschiedlicher Kettenlinie Lc montiert werden können (vgl.
Nachfolgend werden bevorzugte Positionen der Rahmenschnittstellen IR, IF bzw. Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR, IDF relativ zur Antriebseinheit Du bzw. relativ zur Rahmenschnittstellen-Einheit Iu beschrieben (vgl.
Wie insbesondere aus
Zur Minimierung von durch die Kettenzugkraft FTC erzeugten Drehmomenten und entsprechenden Belastungen bzw. Verformungen von Antriebseinheit Du, Rahmenschnittstellen-Einheit Iu bzw. Hauptrahmen 1 ist dabei der vertikale Abstand Dpv zwischen der hinteren Befestigungsachse FM1 und dem Angriffspunkt Pc der Kettenzugkraft FTC möglichst klein, vorzugsweise kleiner als 30 mm, besonders bevorzugt kleiner als 21 mm.In order to minimize torques generated by the chain tensile force F TC and corresponding loads or deformations of the drive unit Du, frame interface unit Iu or
Ebenfalls bevorzugt liegen die beiden Befestigungsachsen FM1, FM2 weiter vorn als eine gedachte Vertikalebene PVB, welche die Drehachse der Tretlagerwelle SB enthält, bevorzugt mehr als 15 mm weiter vorn als die gedachte Vertikalebene PVB.The two fastening axes F M1 , F M2 are also preferably further forward than an imaginary vertical plane P VB which contains the axis of rotation of the bottom bracket shaft S B , preferably more than 15 mm further forward than the imaginary vertical plane P VB .
Vorzugsweise liegen die beiden Befestigungsachsen FM1, FM2 vor einer gedachten schrägen Ebene IP, welche die Drehachse der Tretlagerwelle SB enthält, wobei die schräge Ebene IP relativ zu einer Horizontalebene um einen Winkel β von 50° nach vorne gekippt ist, mit anderen Worten im Uhrzeigersinn gekippt, bezogen auf eine Ansicht von rechts wie beispielsweise gemäß
In einer besonders bevorzugten Kombination der drei vorstehend genannten Ausführungen liegen die beiden Befestigungsachsen FM1, FM2 in einem vertikalen Bereich zwischen den beiden Horizontalebenen PHB und PHC, vor der Vertikalebene PVB, sowie vor der schrägen Ebene IP.In a particularly preferred combination of the three above-mentioned embodiments, the two fastening axes F M1 , F M2 lie in a vertical area between the two horizontal planes P HB and P HC , in front of the vertical plane P VB and in front of the inclined plane I P .
Ebenfalls vorzugsweise liegen die beiden Befestigungsachsen FM1, FM2 innerhalb eines im rechts oben liegenden Tretlager-Quadranten QB1 lokalisierten Winkels α von 30° bis 80°, besonders bevorzugt innerhalb eines Winkels α von 50° bis 60°, wobei der Scheitel des Winkels mit der Drehachse der Tretlagerwelle SB zusammenfällt (vgl.
Besonders bevorzugt ist weiterhin eine Kombination der vorstehend genannten Ausführungsformen, bei der die beiden Befestigungsachsen FM1, FM2 in einem vertikalen Bereich zwischen den beiden Horizontalebenen PHB und PHC sowie vor der Vertikalebene PVB, weiterhin vor der schrägen Ebene IP, sowie innerhalb eines Winkels α von 30° bis 80°, besonders bevorzugt innerhalb eines Winkels α von 50° bis 60° liegen.A combination of the above-mentioned embodiments is also particularly preferred, in which the two fastening axes F M1 , F M2 are in a vertical area between the two horizontal planes P HB and P HC and in front of the vertical plane P VB , further in front of the inclined plane I P , and within an angle α of 30° to 80°, particularly preferably within an angle α of 50° to 60°.
Mit einer solchen Anordnung der beiden Befestigungsachsen FM1, FM2 als Schnittstellen zwischen Antriebseinheit Du und Hauptrahmen 1 bzw. zwischen Antriebseinheit Du und Rahmenschnittstellen-Einheit Iu lassen sich gegenüber dem Stand der Technik zahlreiche Vorteile erzielen.With such an arrangement of the two fastening axes F M1 , F M2 as interfaces between the drive unit Du and the
Zunächst steht durch derartige Bauweisen wesentlich mehr Bauraum für Baugruppen der Hinterbaufederung wie Schwingenlager und Dämpferanlenkung zur Verfügung, da der Hauptrahmen 1 nicht mehr wie beim Stand der Technik verhältnismäßig weit bis hinter das Tretlager und dabei teilweise sogar bis unterhalb der Tretlagerhöhe reichen muss. Hierdurch verringern sich auch Komplexität, Gewicht und Kosten, und der Rahmenhersteller erhält wesentlich mehr Gestaltungsfreiheit in dem funktional sehr wichtigen Bereich direkt hinter dem Tretlager.First of all, such constructions provide significantly more installation space for assemblies of the rear suspension such as swingarm bearings and damper linkage, since the
Weiterhin verbessern sich gegenüber dem Stand der Technik, bei dem der Rahmen die Antriebseinheit oftmals zu einem großen Teil umschließt, zumindest jedoch im Bereich der Befestigungsachsen, mit den vorstehend beschriebenen Bauweisen auch die Möglichkeiten zur Kühlung der elektrischen und elektronischen Komponenten der Antriebseinheit. Dies spielt eine zunehmende Rolle bei den aktuell immer weiter abnehmenden Baugrößen dieser Komponenten bei gleichzeitig tendenziell steigenden Motorleistungen.Furthermore, compared to the prior art, in which the frame often encloses the drive unit to a large extent, but at least in the area of the fastening axles, the possibilities for cooling the electrical and electronic components of the drive unit are also improved with the designs described above. This is playing an increasingly important role given the current ever-decreasing sizes of these components, while at the same time the engine power is tending to increase.
Bezüglich der seitlichen Positionierung der Rahmenschnittstellen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Schnittstellenebenen PiR zwischen den hinteren Rahmenschnittstellenanordnungen IR der Antriebseinheit Du und den zugehörigen, hinteren Antriebseinheits-Schnittstellenanordnungen IDR des Rahmens bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu im Hinblick auf optimale Momenten- und Kraftübertragung von der Antriebseinheit Du auf den Hauptrahmen 1, und im Hinblick auf hohe Steifigkeit der Antriebseinheit Du, links und rechts jeweils outboardseitig des Hauptrahmens 1 positioniert sind, wodurch sich eine entsprechend vorteilhaft große Abstützbreite Ws ergibt (vgl.
In diesem Zusammenhang kann als Quotient aus der Abstützbreite Ws und einer Pedalkraft-Wirkungsbreite WPE, welche dem horizontalen Abstand der effektiven Pedalkraft-Angriffspunkte auf die Verbindungsflächen zwischen Tretkurbel und Tretlagerwelle entspricht (vgl.
Alternativ bzw. zusätzlich zu den bevorzugten Werten des Abstützungsfaktors Fs wird die Abstützbreite Ws so gewählt, dass ein als Quotient aus der Abstützbreite Ws und einem Kettenzug-Horizontalabstand DPH zwischen dem Angriffspunkt der Kettenzugkraft FTC und der rechtsseitigen Schnittstellenebene PiR gebildeter Kettenzugfaktor FPC größer ist als 5, bevorzugt größer als 5,5 und besonders bevorzugt größer als 6.Alternatively or in addition to the preferred values of the support factor Fs, the support width Ws is selected in such a way that a chain pull factor F PC formed as the quotient of the support width Ws and a chain hoist horizontal distance DPH between the point of application of the chain pull force F TC and the right-hand interface plane P iR is larger is greater than 5, preferably greater than 5.5 and more preferably greater than 6.
Auf diese Weise wird eine optimale Übertragung der auf die Antriebseinheit Du wirkenden Querkräfte, insbesondere der Pedalkräfte FPE, und ebenso der Kettenzugkräfte FTC, auf kürzestem Weg in den Fahrradrahmen gewährleistet. Auch erhalten hierdurch die an dieser Kraftübertragung beteiligten Strukturen der Antriebseinheit Du und des Hauptrahmens 1 bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu bei geringem Gewicht eine besonders hohe Steifigkeit, was unerwünschten Verwindungen und damit verbundenen Kraftverlusten im Betrieb der Antriebseinheit Du entgegenwirkt.In this way, an optimal transmission of the transverse forces acting on the drive unit Du, in particular the pedal forces F PE , and also the chain pull forces F TC , is ensured over the shortest path into the bicycle frame. The structures of the drive unit Du and the
Bei Antriebseinheiten aus dem Stand der Technik liegen Werte für den Abstützungsfaktor Fs hingegen zumeist deutlich unter 0,4, und Werte für den Kettenzugfaktor FPC zumeist deutlich unter 3.In the case of drive units from the prior art, on the other hand, values for the support factor Fs are usually well below 0.4, and values for the chain pull factor F PC are usually well below 3.
Damit ergeben sich beim Stand der Technik hohe Biegemomente durch die Wirkung der Pedalkräfte FPE und der Kettenzugkräfte FTC, die entweder zu entsprechend großen Verformungen der Antriebseinheit bzw. des Fahrradrahmens im Tretlagerbereich führen, oder mit großen Wandstärken in diesen Bereichen aufgefangen und kompensiert werden müssen, was zu entsprechend hohen Gewichten von Antriebseinheit und Rahmen führt.In the prior art, this results in high bending moments due to the action of the pedals forces F PE and the chain tension forces F TC , which either lead to correspondingly large deformations of the drive unit or the bicycle frame in the bottom bracket area, or have to be absorbed and compensated for with large wall thicknesses in these areas, which leads to correspondingly high weights of the drive unit and frame.
Wird die Antriebseinheit Du bezüglich ihrer wesentlichen Abmessungen in Querrichtung (entlang der Achse der Tretlagerwelle SB) asymmetrisch in Bezug auf eine Rahmenmittelebene PFC ausgebildet, wie weiter oben mit Bezug auf
In
Man erkennt dort zunächst insbesondere, dass der Motor- und/oder Batteriecontroller CMB, welcher bei dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß
So stellt der Motorcontroller CM des zweiten Ausführungsbeispiels u.a. eine Anzahl von Zusatzanschlüssen CA bereit, an denen sich weitere Stromverbraucher anschließen lassen wie beispielsweise Fahrradbeleuchtung, ein elektrisches Schaltwerk 4 gemäß
Über einen oder mehrere der Zusatzanschlüsse CA lässt sich beispielsweise auch die Stromversorgung für eine Mensch-Maschinen-Schnittstelle bzw. Betätigungsschnittstelle HMi realisieren, welche zur Steuerung der diversen elektrischen bzw. elektronischen Systeme des Fahrrads eingerichtet ist. An der Betätigungsschnittstelle HMi oder an anderer Stelle am Fahrrad, beispielsweise im Bereich eines Oberrohrs Tu des Fahrradrahmens, können auch Ladebuchsen zum Betreiben oder Aufladen von Zusatzgeräten wie beispielsweise von Smartphones angeordnet sein, deren Stromversorgung ebenfalls über einen der Zusatzanschlüsse CA realisiert werden kann.One or more of the additional connections C A can also be used, for example, to supply power for a human-machine interface or actuation interface H Mi , which is set up to control the various electrical or electronic systems of the bicycle. At the actuation interface H Mi or at another point on the bicycle, for example in the area of a top tube Tu of the bicycle frame, charging sockets for operating or charging additional devices such as smartphones can also be arranged, whose power supply can also be implemented via one of the additional connections C A.
Vorzugsweise dienen die Zusatzanschlüsse CA lediglich der Stromversorgung von Zusatzgeräten wie beispielsweise die vorstehend erwähnten, während ein Datenaustausch zwischen dem Motorcontroller CM und den Zusatzgeräten, bzw. ein Datenaustausch zwischen verschiedenen Zusatzgeräten, insbesondere zum Zweck der Steuerung von Zusatzgeräten bzw. des Motorcontrollers CM, mittels eines drahtlosen Kommunikationsprotokolls erfolgt, beispielsweise über Bluetooth.Preferably, the additional connections C A are only used for the power supply of additional devices such as those mentioned above, while data exchange between the motor controller C M and the additional devices, or data exchange between different additional devices, in particular for the purpose of controlling additional devices or the motor controller C M , takes place by means of a wireless communication protocol, for example via Bluetooth.
In
Als weiteren wesentlichen Unterschied zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß
Die Stromschnittstelle IC kann einerseits zur zusätzlichen mechanischen Fixierung der Batterie Si in deren betriebsbereit eingeschwenkten Position ähnlich
Beim Stand der Technik, für den
Solche bekannte Steckerverbindungen sind elektrisch sowie mechanisch aufwändig und verursachen daher einerseits verhältnismäßig hohe Kosten in Produktion und Montage. Andererseits sind derartige Steckerverbindungen häufig Ursache von Störungen oder Ausfällen beispielsweise durch Verschmutzung oder durch unsachgemäße Behandlung bei der Entnahme oder beim Wiedereinsetzen der Batterie Si.Such known plug connections are electrically and mechanically complex and therefore cause relatively high costs in production and assembly on the one hand. On the other hand, such plug connections are often the cause of malfunctions or failures, for example due to dirt or improper handling when removing or reinserting the battery Si.
Wie vorstehend bzw. weiter oben in der Beschreibung zu
Mit diesem Hintergrund ist die Stromschnittstelle Ic vorzugsweise zweipolig ausgebildet und umfasst besonders bevorzugt keine Steckerverbindung.Against this background, the current interface Ic is preferably of two-pole design and particularly preferably does not include a plug connection.
Die Funktionsweise einer solchen besonders bevorzugten Ausführungsform der Stromschnittstelle Ic ist einer Zusammenschau von
Zur Herstellung dieser elektrischen Kontaktverbindung sind an der Batterie Si sowohl linksseitig (gemäß
Korrespondierende metallische Kontaktscheiben Wcc sind rechtsseitig (gemäß
Beim Einsetzen der Batterie Si entgegen der Entnahmerichtung DR in
Wird sodann der Schraubenbolzen BT durch die zugehörigen Klemmöffnungen Oc sowie bei Bp gemäß
Der Aufbau des Stromschnittstelle IC ist im Einzelnen besonders deutlich nochmals
Die der Batterie Si zugeordneten Kontaktscheiben WCB sind bei der dargestellten Ausführungsform der Stromschnittstelle Ic durch äußere Stirnflächen metallischer Kontakthülsen Cs gebildet, während die dem Controller CMB zugeordneten Kontaktscheiben Wcc jeweils eine angeformte Kontaktfahne Fcc aufweisen. Somit bilden die Kontaktscheiben Wcc zusammen mit den Kontaktfahnen Fcc eine zweipolige elektrische Stromverbindung von den scheibenförmigen Elementen Wcc in das Gehäuse des Controllers CMB hinein.In the illustrated embodiment of the current interface Ic, the contact disks W CB assigned to the battery Si are formed by outer end faces of metallic contact sleeves Cs, while the contact disks Wcc assigned to the controller C MB each have a molded-on contact lug Fcc. Thus, the contact disks Wcc together with the contact lugs Fcc form a two-pole electrical current connection from the disc-shaped elements Wcc into the housing of the controller C MB .
Die der Batterie Si zugeordneten Kontaktscheiben WCB sind bei der dargestellten Ausführungsform der der Stromschnittstelle Ic durch Stirnseiten von metallisch leitfähigen Kontakthülsen Cs gebildet, welche, ebenfalls durch die Anpresskraft des Schraubenbolzens BT, auf Kontaktfahnen FCB gepresst werden. Dabei bilden die Kontaktfahnen FCB eine zweipolige elektrische Stromverbindung von den leitfähigen Kontakthülsen Cs in das Gehäuse der Batterie Si hinein, vgl. auch
Man erkennt zunächst die nur ausschnittsweise bzw. teilweise weggeschnitten dargestellten Baugruppen des Antriebsgehäuses Hc mit dessen Antriebsgehäuse-Auslegern CD, sowie die ebenfalls nur teilweise und geschnitten dargestellten Baugruppen Controller CMB und Batterie Si mit Batteriegehäuse HB.One recognizes first of all the components of the drive housing Hc with its drive housing extensions CD, which are only partially or partially cut away, as well as the components controller CMB and battery Si with battery housing HB, which are also only partially shown and in section .
Die Stromschnittstelle Ic umfasst Schraubenbolzen BT, batterieseitige Kontaktfahnen FCB, Kontakthülsen Cs und Kontaktscheiben WCB sowie controllerseitige Kontaktscheiben Wcc und Kontaktfahnen Fcc. In der Darstellung von
Beim Festziehen des Schraubenbolzens BT werden die Antriebsgehäuse-Ausleger CD zusammen mit den daran innenseitig anliegenden Vorsprüngen CE des Controllers CMB die Schraubenkraft des Schraubenbolzens BT geringfügig nach innen gebogen, wodurch die batterieseitigen Kontaktscheiben WCB und die controllerseitigen Kontaktscheiben Wcc fest aufeinander gepresst werden.When tightening the bolt B T , the drive case arms C D together with the projections C E of the controller C MB abutting inside them are slightly bent inward by the screwing force of the bolt B T , causing the battery-side contact washers W CB and the controller-side contact washers Wcc to be tight to each other be pressed.
Gleichzeitig werden hierdurch auch die batterieseitigen Kontakthülsen Cs und die ebenfalls batterieseitigen Kontaktfahnen aufeinander gepresst, wobei die ringförmigen Bereiche der Kontaktfahnen FCB (vgl.
Auf diese Weise wird über den Kontaktweg FCB -> CS -> WCB -> WCC -> FCC eine zuverlässige, zweipolige elektrische Verbindung mit hoher Strombelastbarkeit zwischen Batterie Si und Controller CMB hergestellt, ohne dass hierfür technisch aufwändige, teure und zudem anfällige Steckerverbindungen gemäß dem Stand der Technik notwendig wären. Dabei sind beispielsweise die linksseitigen Kontaktelemente FCB, CS, WCB, WCC und Fcc dem Pluspol der Stromversorgung durch die Batterie Si zugeordnet, und die rechtsseitigen Kontaktelemente FCB, CS, WCB, WCC und Fcc dem Minuspol. Eine umgekehrte Zuordnung von Pluspol und Minuspol ist ebenfalls ohne weiteres möglich.In this way, a reliable, two-pole electrical connection with a high current carrying capacity is established between the battery Si and the controller C MB via the contact path F CB -> C S -> W CB -> W CC -> F CC without the need for technically complex, expensive connections and also susceptible plug connections according to the prior art would be necessary. In this case, for example, the left-hand contact elements F CB , C S , W CB , W CC and Fcc are associated with the positive pole of the power supply from the battery Si, and the right-hand contact elements F CB , C S , W CB , W CC and Fcc are associated with the negative pole. A reverse assignment of positive pole and negative pole is also easily possible.
Um die den beiden elektrischen Polen zugeordneten linksseitigen und rechtsseitigen Kontaktelemente FCB, CS, WCB, WCC und Fcc elektrisch voneinander zu isolieren, ist der Ausführungsform der Stromschnittstelle Ic gemäß
Die Isolationshülse IT dient dabei der elektrischen Isolierung der linksseitigen Kontaktelemente, also der elektrisch leitenden Kontakthülsen Cs mit den daran (hier einstückig) angeordneten Kontaktscheiben WCB, als auch der Kontaktfahnen FCB gegenüber dem Schraubenbolzen BT, von den korrespondierenden rechtsseitigen Kontaktelementen Cs, WCB und FCB.The insulating sleeve I T serves to electrically insulate the left-hand contact elements, i.e. the electrically conductive contact sleeves Cs with the contact disks W CB arranged on them (here in one piece), as well as the contact lugs F CB from the screw bolt B T , from the corresponding right-hand contact elements C s , WCB and FCB .
Vorzugsweise ist an dem Gehäuse Ec des Controllers CMB auch ein Ladeport (in den Figuren nicht dargestellt) zur Verbindung eines bezüglich der Antriebseinheit Du externen oder internen Ladegeräts mit dem Stromnetz angeordnet. Eine weitere Funktion des Gehäuses Ec des Controllers CMB kann darin bestehen, elektrische bzw. elektronische Baugruppen der Antriebseinheit DU, die im Bereich unterschiedlicher Seiten der Antriebseinheit Du angeordnet sind, miteinander zu verbinden, ohne dass hierzu Stromleitungen insbesondere innerhalb der bzw. quer durch die Motoreinrichtung ME erforderlich sind.A charging port (not shown in the figures) for connecting an external or internal charging device with respect to the drive unit Du to the mains is preferably also arranged on the housing Ec of the controller C MB . A further function of the housing Ec of the controller C MB can be to connect electrical or electronic assemblies of the drive unit D U which are arranged in the area of different sides of the drive unit Du to one another without the need for power lines, in particular within or across the motor device M E are required.
Beispielsweise kann eine Drehmoment-Sensoreinrichtung der Antriebseinheit Du in einem rechtsseitigen Bereich der Antriebseinheit Du in der Nähe der Drehmomentverbindung zum Kettenrad Rc angeordnet sein, während zumindest Teile des Motorcontrollers CMB, insbesondere Teile der Leistungselektronik, in einem linksseitigen Bereich der Antriebseinheit in der Nähe des Elektromotors angeordnet sein können. In solchen Fällen bietet das Gehäuse Ec des Controllers CMB die Möglichkeit, beispielsweise die Drehmoment-Sensoreinrichtung mit der Leistungselektronik oder mit deren Ansteuerungs-Schaltung durch das Gehäuse Ec hindurch zu verbinden, ohne dass Leitungen weder durch die Motoreinrichtung noch, weitgehend ungeschützt, außerhalb der Motoreinrichtung verlegt werden müssen. Insbesondere letzteres ist im Stand der Technik üblich.For example, a torque sensor device of the drive unit Du can be arranged in a right-hand side area of the drive unit Du in the vicinity of the torque connection to the sprocket Rc, while at least parts of the Motor controller C MB , in particular parts of the power electronics, can be arranged in a left-hand area of the drive unit in the vicinity of the electric motor. In such cases, the housing Ec of the controller C MB offers the possibility, for example, of connecting the torque sensor device to the power electronics or to its control circuit through the housing Ec, without cables running either through the motor device or, largely unprotected, outside of the Motor equipment must be relocated. The latter in particular is common in the prior art.
Es ist auch möglich und vorgesehen, lediglich bestimmte Teile der Leistungselektronik zum Betrieb des Elektromotors, insbesondere die relativ voluminösen Kondensatoren einer elektronischen Motorkommutierung im Gehäuse EC des Controllers CMB anzuordnen, während andere Teile der Leistungselektronik, insbesondere die Leistungstransistoren, im Motorgehäuse HM angeordnet sind, beispielsweise auf einer Innenseite insbesondere des linksseitigen Gehäusedeckels CHL. Letzteres ermöglicht eine optimale Kühlung der Leistungstransistoren insbesondere dann, wenn der entsprechende Gehäusedeckel CHL außenseitig mit Kühlrippen versehen ist (vgl.
Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß
Der Ausgleichsadapter Ao des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß
Bei der Montage der Antriebseinheit Du am Hauptrahmen 1 bzw. an der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu wird der Verbindungsbolzen Bc in die Schraubhülse Bs, eingeschraubt (vgl.
Beim Festziehen des Verbindungsbolzens Bc wird dann der Schubringe RT1, RT2, Expansionsring RE sowie Ausrichtungshülse SA umfassende Ausgleichsadapter Ao in der Aufnahmebohrung OR der hinteren Rahmenschnittstellenanordnung IR nach innen gezogen (in
Beim weiteren Festziehen des Verbindungsbolzens Bc erfolgte dann eine axiale Kompression des Ausgleichsadapters Ao dergestalt, dass die Schubringe RT1 und RT2 in Axialrichtung in den Expansionsring RE gepresst werden, wodurch sich der Außendurchmesser des Expansionsrings RE vergrößert so lange, bis der Expansionsring RE reibschlüssig fest in die Aufnahmebohrung OR gepresst ist.When the connecting bolt Bc is tightened further, the compensation adapter Ao is then axially compressed in such a way that the thrust rings R T1 and R T2 are pressed in the axial direction into the expansion ring R E , which increases the outer diameter of the expansion ring R E until the expansion ring R E is frictionally pressed firmly into the mounting hole O R.
Es ergibt sich somit lediglich durch das Festziehen des Verbindungsbolzens Bc selbsttätig eine sowohl axial als auch radial (bezogen auf den Verbindungsbolzen Bc) spielfreie, feste Verbindung zwischen der Antriebseinheit Du und dem Hauptrahmen 1 bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu.Only by tightening the connecting bolt Bc is there automatically a play-free, fixed connection between the drive unit Du and the
Dies beschleunigt und erleichtert die Montage der Antriebseinheit Du, insbesondere unter dem Gesichtspunkt, dass diese in der Praxis des Fahrradmarkts mit verschiedensten Fahrradrahmen bzw. mit ggf. unterschiedlichen Rahmenschnittstellen-Einheiten Iu kombiniert werden wird, wobei der Fahrradrahmen, oder ggf. die Rahmenschnittstellen-Einheit Iu, von verschiedensten Herstellern stammen bzw. zugeliefert sein können.This speeds up and facilitates the assembly of the drive unit Du, especially from the point of view that in practice in the bicycle market it will be combined with a wide variety of bicycle frames or with possibly different frame interface units Iu, the bicycle frame or possibly the frame interface unit Iu, come from different manufacturers or can be supplied.
Hierdurch können sich erfahrungsgemäß unterschiedlichste Toleranzsituationen bezüglich der Abstützbreite Ws der hinteren Antriebseinheits-Schnittstellenanordnung IDR ergeben. Derartige unterschiedliche Toleranzsituationen, je nach dem Ursprung des Fahrradrahmens bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu, lassen sich somit insbesondere mit dem Ausgleichsadapter Ao des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß
Eine exakte Anpassung an etwaige Toleranzen des Hauptrahmens 1 bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu und eine feste spielfreie Verbindung zwischen der Antriebseinheit Du und dem Hauptrahmen 1 bzw. der Rahmenschnittstellen-Einheit Iu in allen drei Raumrichtungen ist nicht nur von Bedeutung hinsichtlich der sicheren und zuverlässigen Übertragung der erheblichen Antriebs- und Kettenzugkräfte, wie weiter oben bei
Da beim Stand der Technik üblicherweise mindestens zwei oder mehr Befestigungsachsen zur Verbindung von Antriebseinheit und Fahrradrahmen zum Einsatz kommen, bei denen jedoch, anders als bei der vorliegenden Offenbarung, unter den verschiedenen Befestigungsachsen keine spezifische Aufgabenteilung hinsichtlich Kraftübertragung, Momentenübertragung und Festlegung der Bewegungsfreiheitsgrade der Antriebseinheit relativ zum Fahrradrahmen getroffen wird, ergeben sich dort häufig erhebliche Schwierigkeiten hinsichtlich des Toleranzausgleichs bei der Montage der Antriebseinheit im Fahrradrahmen, sowie im Hinblick auf eine dauerhaft feste und spielfreie Verbindung zwischen Antriebseinheit und Fahrradrahmen.Since at least two or more fastening axles are usually used in the prior art to connect the drive unit and bicycle frame, in which, however, in contrast to the present disclosure, there is no specific division of tasks among the various fastening axles with regard to power transmission, torque transmission and definition of the degrees of freedom of movement of the drive unit relative is made to the bicycle frame, there are often considerable difficulties with regard to tolerance compensation when mounting the drive unit in the bicycle frame, and with regard to a permanently fixed and play-free connection between the drive unit and bicycle frame.
Wie bereits weiter oben bei der Beschreibung von
Da insbesondere die für die Schwerpunktlagen CGE, CGC wesentlichen Eigenschaften und Baugruppen der Antriebseinheit Du nach dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß
Auch sämtliche anderen Eigenschaften und Vorteile, wie vorstehend in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß
Claims (34)
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- 2022-04-19 DE DE102022109481.2A patent/DE102022109481A1/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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