DE102022132228A1

DE102022132228A1 - Electric bike mid-motor mounting arrangement

Info

Publication number: DE102022132228A1
Application number: DE102022132228.9A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Greven
Original assignee: SRAM LLC
Current assignee: SRAM LLC
Priority date: 2022-12-05
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2024-06-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (10) mit einem Fahrradrahmen (12) mit einer rahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahme (120) und einer in der Aufnahme (120) montierten Elektrofahrrad- Mittelmotor- Antriebseinheit (30),wobei die Antriebseinheit (30) aufweist:ein Antriebsgehäuse (30'), eine das Antriebsgehäuse (30') in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle (39), einen außenzylindrischen Klemmvorsprung (32), der einstückig mit dem Antriebsgehäuse (30') ausgebildet und an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit (30) vorgesehen und koaxial zu der Tretlagerwellen-Axialen (A) angeordnet ist, wobei der Klemmvorsprung (32) eine zirkuläre Außenfläche (32') aufweist, ein hohlzylindrischer geschlossener Versteifungsring (34) vorgesehen ist, der außenseitig auf der Außenfläche (32') des Klemmvorsprungs (32) sitzt, wobeider Versteifungsring-Körper (34') aus einem mechanisch festeren Metall besteht als der Klemmvorsprung (32), undwobei die Mittelmotor-Aufnahme (120) aufweist:eine an einer Lateralseite der Mittelmotor-Aufnahme (120) befestigte Spannringanordnung (100) mit mindestens einem Tangential-Zugelement (40), durch die der Verbund bestehend aus dem Klemmvorsprung (32) und dem Versteifungsring (34) mit dem Fahrradrahmen (12) verspannt ist.Für das Antriebsgehäuse kann ein Leichtwerkstoff verwendet werden, wobei der Klemmvorsprung für die Übertragung hoher dynamischer Kräfte durch den Versteifungsring mechanisch verstärkt ist.The invention relates to an electric bicycle mid-engine fastening arrangement (10) with a bicycle frame (12) with a frame-side mid-engine mount (120) and an electric bicycle mid-engine drive unit (30) mounted in the mount (120), wherein the drive unit (30) has: a drive housing (30'), a bottom bracket shaft (39) penetrating the drive housing (30') in the transverse direction, an externally cylindrical clamping projection (32) which is formed in one piece with the drive housing (30') and is provided on at least one lateral side of the drive unit (30) and is arranged coaxially to the bottom bracket shaft axial (A), wherein the clamping projection (32) has a circular outer surface (32'), a hollow cylindrical closed stiffening ring (34) is provided which sits on the outside on the outer surface (32') of the clamping projection (32), wherein the stiffening ring body (34') consists of a mechanically stronger metal than the clamping projection (32), andwherein the mid-engine mount (120) has:a clamping ring arrangement (100) fastened to a lateral side of the mid-engine mount (120) with at least one tangential tension element (40), by means of which the assembly consisting of the clamping projection (32) and the stiffening ring (34) is clamped to the bicycle frame (12).A lightweight material can be used for the drive housing, wherein the clamping projection is mechanically reinforced by the stiffening ring for the transmission of high dynamic forces.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer Mittelmotor-Aufnahmeanordnung und einer in der Aufnahmeanordnung montierten Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit.The invention relates to an electric bicycle mid-motor mounting arrangement with a mid-motor receiving arrangement and an electric bicycle mid-motor drive unit mounted in the receiving arrangement.

Unter einem Elektrofahrrad ist vorliegend jeder Fahrradtyp zu verstehen, der eine unterstützende elektrische Antriebseinheit aufweist, die die von einer Fahrerperson in eine Tretlagerwelle eingeleitete humane Antriebsleistung durch eine entsprechende elektromotorische Antriebsleistung ergänzt, soweit dies gewünscht ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Befestigung einer sogenannten Mittelmotor-Antriebseinheit, die sowohl die Tretkurbelwelle rotatorisch lagert als auch eine Abtriebswelle aufweist. Die Abtriebswelle treibt über ein Abtriebselement, beispielsweise ein Kettenblatt, ein Hinterrad des Elektrofahrrads an. Bei einer Mittelmotor-Antriebseinheit können über die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle kurzzeitig sehr hohe mechanische Kräfte auf die Antriebseinheit einwirken, die von der Antriebseinheit auf den Fahrradrahmen übertragen werden müssen, und zwar sowohl hohe translatorische als auch hohe rotatorische Kräfte.In the present case, an electric bicycle is understood to mean any type of bicycle that has a supporting electric drive unit that supplements the human drive power introduced into a bottom bracket shaft by a corresponding electromotive drive power, if this is desired. The present invention relates to the attachment of a so-called mid-engine drive unit, which both rotatably supports the crankshaft and has an output shaft. The output shaft drives a rear wheel of the electric bicycle via an output element, for example a chainring. In a mid-engine drive unit, very high mechanical forces can act on the drive unit for a short time via the bottom bracket shaft and the output shaft, which must be transferred from the drive unit to the bicycle frame, namely both high translational and high rotational forces.

Aus WO 2015/015014 A1 , DE 10 2016 115 681 A1 , CN 104 773 254 A und CN 104 787 224 B sind jeweils Mittelmotor-Befestigungsanordnungen bekannt, bei denen an mindestens einer Stelle des Kraftflusses zwischen dem Antriebsgehäuse der Antriebseinheit und einer rahmenseitigen Mittelmotor- Aufnahmeanordnung insbesondere die translatorischen Vertikalkräfte und/oder die rotatorischen Kräfte über Scherkräfte in Befestigungselementen zwischen dem Antriebsgehäuse und der Aufnahmeanordnung übertragen werden.Out of WO 2015/015014 A1 , EN 10 2016 115 681 A1 , CN 104 773 254 A and CN 104 787 224 B Mid-engine fastening arrangements are known in which, at at least one point of the force flow between the drive housing of the drive unit and a frame-side mid-engine mounting arrangement, in particular the translational vertical forces and/or the rotational forces are transmitted via shear forces in fastening elements between the drive housing and the mounting arrangement.

Aus EP 3 766 772 A1 ist eine Mittelmotor-Befestigungsanordnung bekannt, bei der die Antriebseinheit an beiden Lateralseiten jeweils einen außenzylindrischen Klemmvorsprung aufweist, der jeweils in einer rahmenseitigen Spannringanordnung eingespannt ist. Das Antriebseinheit-Gehäuse, das die Klemmvorsprünge ausbildet, wird aus einem möglichst leichten Werkstoff hergestellt, beispielsweise aus Aluminium. Da über die Tretlagerwelle unter Umständen das gesamte Körpergewicht der Fahrerperson in die Antriebseinheit eingeleitet wird, wirken hohe dynamische Kräfte und Spannkräfte zwischen der Spannringanordnung und dem Klemmvorsprung.Out of EP 3 766 772 A1 A mid-engine mounting arrangement is known in which the drive unit has an external cylindrical clamping projection on both lateral sides, each of which is clamped in a clamping ring arrangement on the frame side. The drive unit housing, which forms the clamping projections, is made from the lightest possible material, for example aluminum. Since the entire body weight of the rider may be introduced into the drive unit via the bottom bracket shaft, high dynamic forces and clamping forces act between the clamping ring arrangement and the clamping projection.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine leichte Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit stabiler Kraftübertragung zwischen der Antriebseinheit und der rahmenseitigen Spannringanordnung zu schaffen.The object of the invention is to provide a lightweight electric bicycle mid-engine mounting arrangement with stable power transmission between the drive unit and the frame-side clamping ring arrangement.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention with a fastening arrangement having the features of claim 1.

Die Richtungsangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf ein vorwärtsfahrendes Elektrofahrrad, das auf einer Horizontalebene steht. Eine Lateralseite ist demnach die rechte oder die linke Seite des Elektrofahrrads.Unless otherwise stated, the direction information refers to an electric bicycle moving forward on a horizontal plane. A lateral side is therefore the right or left side of the electric bicycle.

Die erfindungsgemäße Elektrofahrrad- Mittelmotor-Befestigungsanordnung besteht aus einem Fahrradrahmen mit einer rahmenseitigen Mittelmotor- Aufnahme und einer an oder in der Mittelmotor- Aufnahme montierten modularen Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit. Die Antriebseinheit weist ein tragendes Antriebsgehäuse, einen elektrischen Antriebsmotor, eine das Antriebsgehäuse in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle und eine hierzu parallele Abtriebswelle auf. Grundsätzlich können die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle von einer einzigen Welle gebildet werden. Besonders bevorzugt sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle jedoch separate Wellen. Besonders bevorzugt sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander in dem Antriebsgehäuse gelagert. Während die Tretlagerwelle das Antriebsgehäuse an den beiden Lateralseiten, bezogen auf die Fahrtrichtung des Elektrofahrrads, durchdringt, durchdringt die Abtriebswelle das Antriebsgehäuse nur einseitig lateral, in der Regel auf der linken Lateralseite.The electric bicycle mid-engine mounting arrangement according to the invention consists of a bicycle frame with a mid-engine mount on the frame side and a modular electric bicycle mid-engine drive unit mounted on or in the mid-engine mount. The drive unit has a supporting drive housing, an electric drive motor, a bottom bracket shaft that penetrates the drive housing in the transverse direction and an output shaft parallel to it. In principle, the bottom bracket shaft and the output shaft can be formed by a single shaft. However, the bottom bracket shaft and the output shaft are particularly preferably separate shafts. The bottom bracket shaft and the output shaft are particularly preferably mounted coaxially to one another in the drive housing. While the bottom bracket shaft penetrates the drive housing on the two lateral sides, relative to the direction of travel of the electric bicycle, the output shaft only penetrates the drive housing laterally on one side, usually on the left lateral side.

Dem Antriebsgehäuse ist an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit und koaxial zu der Tretlager-Axialen ein außenzylindrischer Klemmvorsprung zugeordnet, der eine zirkuläre Außen-Klemmfläche aufweist, die im Wesentlichen außenzylindrisch ausgebildet ist. Der Klemmvorsprung ist einstückig mit dem Antriebsgehäuse ausgebildet, besteht also aus demselben Material, vorzugsweise Metall, wie das Antriebsgehäuse bzw. die betreffende Antriebsgehäuse-Hälfte. Der Außendurchmesser der Klemmfläche beträgt vorzugsweise mindestens das Doppelte des Durchmessers der Tretlagerwelle.An externally cylindrical clamping projection is assigned to the drive housing on at least one lateral side of the drive unit and coaxially to the bottom bracket axial, which has a circular external clamping surface that is essentially externally cylindrical. The clamping projection is formed in one piece with the drive housing, i.e. it is made of the same material, preferably metal, as the drive housing or the relevant drive housing half. The external diameter of the clamping surface is preferably at least twice the diameter of the bottom bracket shaft.

Auf der Außenfläche des Klemmvorsprungs sitzt ein im wesentlichen hohlzylindrischer und geschlossener Versteifungsring. Der Körper des Versteifungsrings besteht aus einem mechanisch festeren Metall als der Klemmvorsprung. Der einstückig mit dem Antriebsgehäuse bzw. einer Antriebsgehäuse-Hälfte ausgebildete Klemmvorsprung kann daher aus einem gewichtsoptimierten Material gefertigt sein, beispielsweise aus Aluminium, das jedoch nicht die ausreichende mechanischen FestigkeitsEigenschaften aufweist, um auch punktuelle Übertragungen der kurzzeitig hohen dynamischen Kraftpeaks ohne Deformationen oder Beschädigung an dem Klemmvorsprung leisten zu können. Der Versteifungsring besteht aus einem wesentlich festeren und steiferen Metall als der Klemmvorsprung. Der Versteifungsring sorgt also dafür, dass die radial außen auf ihn einwirkenden Kräfte niemals punktuell sondern stets großflächig bzw. vollflächig auf den Klemmvorsprung übertragen werden, ohne dass der Versteifungsring hierbei dauerhaft verformt oder gar beschädigt wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass zur Bereitstellung der ausreichenden mechanischen Festigkeit auf der Seite der Antriebseinheit das gesamte Antriebsgehäuse aus einem für die Kraftübertragung ausreichend festen Material gefertigt ist, das dann ein relativ hohes Gewicht hätte.On the outer surface of the clamping projection there is a substantially hollow-cylindrical and closed stiffening ring. The body of the stiffening ring is made of a mechanically stronger metal than the clamping projection. The clamping projection, which is formed in one piece with the drive housing or one half of the drive housing, can therefore be made of a weight-optimized material, for example aluminum, which, however, does not have sufficient mechanical strength properties to withstand point-specific transfer. to be able to withstand the short-term high dynamic force peaks without deformation or damage to the clamping projection. The stiffening ring is made of a much stronger and stiffer metal than the clamping projection. The stiffening ring therefore ensures that the forces acting on it radially from the outside are never transferred to the clamping projection at a specific point, but always over a large area or the entire surface, without the stiffening ring being permanently deformed or even damaged. In this way, it is avoided that in order to provide sufficient mechanical strength on the drive unit side, the entire drive housing is made of a material that is sufficiently strong for the power transmission, which would then be relatively heavy.

An einer Lateralseite der Mittelmotor-Aufnahme weist eine im wesentlichen kreisringförmige Spannringanordnung mit mindestens einem Tangential-Zugelement auf, wobei der Verbund, bestehend aus dem Klemmvorsprung und dem darauf sitzenden Versteifungsring, durch die Spannringanordnung mit der Aufnahme bzw. mit dem Fahrradrahmen fest verspannt ist. Da die Spannringanordnung die von ihr ausgehenden Kräfte mittelbar oder unmittelbar zunächst auf den mechanisch stabilen und steifen Versteifungsring überträgt, kann die Spannringanordnung mit hohen Spannkräften gespannt werden, wodurch wiederum auch langfristig eine großflächige Kraftverteilung zwischen den betroffenen Grenzflächen sichergestellt ist. Dennoch kann das Antriebsgehäuse einschließlich des Klemmvorsprungs aus einem relativ leichten Werkstoff bestehen.On one lateral side of the mid-engine mount there is an essentially circular ring-shaped clamping ring arrangement with at least one tangential tension element, whereby the assembly, consisting of the clamping projection and the stiffening ring sitting on it, is firmly clamped to the mount or to the bicycle frame by the clamping ring arrangement. Since the clamping ring arrangement transfers the forces it generates directly or indirectly to the mechanically stable and rigid stiffening ring, the clamping ring arrangement can be clamped with high clamping forces, which in turn ensures a large-area force distribution between the affected interfaces in the long term. Nevertheless, the drive housing including the clamping projection can be made of a relatively light material.

Auf diese Weise wird eine mechanisch auch langfristig stabile Anbindung und Befestigung der Antriebseinheit in der Mittelmotor-Aufnahme zur Verfügung gestellt. Eine konstruktive Anpassung der Mittelmotor-Antriebseinheit an andere Randbedingungen oder an eine andere Mittelmotor-Aufnahme, beispielsweise mit anderen Durchmessern kann durch eine einfache Anpassung des Versteifungsrings erfolgen, wohingegen das Antriebsgehäuse stets unverändert bleiben kann.In this way, a mechanically stable connection and fastening of the drive unit in the mid-engine mount is provided, even in the long term. A structural adaptation of the mid-engine drive unit to other boundary conditions or to another mid-engine mount, for example with different diameters, can be achieved by simply adjusting the stiffening ring, whereas the drive housing can always remain unchanged.

Unter einem Tangential-Zugelement ist vorliegend ein Maschinenelement zu verstehen, das die gesamte zirkuläre Innenseite der Spannringanordnung bzw. des von ihr gebildeten Spannrings in Umfangsrichtung und radial zusammenzieht. Die Tangentialität des Zugelements bezieht sich vorliegend auf die den Spannring der Spannringanordnung verengende Wirkung des Zugelements. Das Tangential-Zugelement liegt vorzugsweise in der Vertikalebene, die durch den Spannring der Spannringanordnung aufgespannt ist.In this case, a tangential tension element is understood to mean a machine element that contracts the entire circular inner side of the clamping ring arrangement or the clamping ring formed by it in the circumferential direction and radially. The tangentiality of the tension element refers in this case to the effect of the tension element narrowing the clamping ring of the clamping ring arrangement. The tangential tension element is preferably located in the vertical plane spanned by the clamping ring of the clamping ring arrangement.

Die Mittelmotor-Befestigungsanordnung stellt relativ geringe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen insbesondere der Mittelmotor Aufnahme. Dies ist in der Praxis deshalb von großer Bedeutung, weil die Antriebseinheit in aller Regel von einem anderen Hersteller stammt als der Fahrradrahmen, in den die Antriebseinheit verbaut ist.The mid-engine mounting arrangement places relatively low demands on the manufacturing tolerances, especially on the mid-engine mount. This is of great importance in practice because the drive unit usually comes from a different manufacturer than the bicycle frame in which the drive unit is installed.

Vorzugsweise ist der Versteifungsring auf den Klemmvorsprung aufgepresst. Auf diese Weise ist auch langfristig eine gewisse radiale und tangentiale Vorspannung des Spannrings sichergestellt, so dass ein vollflächiger Kontakt und eine großflächige Kraftübertragung zwischen dem Klemmvorsprung und dem Versteifungsring sichergestellt ist.Preferably, the stiffening ring is pressed onto the clamping projection. In this way, a certain radial and tangential preload of the clamping ring is ensured even in the long term, so that full-surface contact and a large-area force transmission between the clamping projection and the stiffening ring is ensured.

Vorzugsweise besteht der Körper des Versteifungsrings aus einem hochfesten Stahl. Vorzugsweise besteht das Antriebsgehäuse einschließlich des Klemmvorsprungs aus einem leichten Nichteisenmetall, beispielsweise Aluminium oder Magnesium, oder aus einem Kunststoff, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoff, so dass das Antriebsgehäuse leichtgewichtig realisiert werden kann.Preferably, the body of the stiffening ring is made of high-strength steel. Preferably, the drive housing including the clamping projection is made of a lightweight non-ferrous metal, for example aluminum or magnesium, or of a plastic, for example a fiber-reinforced plastic, so that the drive housing can be made lightweight.

Vorzugsweise ist das Tangential-Zugelement als U-förmiger Zugbügel ausgebildet, dessen beide Bügelenden in der Mittelmotor-Aufnahme verankert sind. Besonders bevorzugt bildet der Zugbügel exakt eine halbkreisförmige Schleife, sodass die beiden Bügelenden exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Zugbügel kann auf diese Weise mit seinen Bügelenden in korrespondierende tangentiale Bohrungen der Mittelmotor-Aufnahme eingesteckt und dort fixiert werden. Die Fixierung bzw. Verankerung der Bügelenden in der Mittelmotor-Aufnahme kann beispielsweise mit Gewindemuttern erfolgen, die auf die beiden jeweils mit einem Außengewinde versehenen Bügelenden aufgeschraubt werden.The tangential tension element is preferably designed as a U-shaped tension bar, both ends of which are anchored in the mid-engine mount. The tension bar particularly preferably forms a semicircular loop so that the two ends of the bar are aligned exactly parallel to one another. In this way, the tension bar can be inserted with its ends into corresponding tangential holes in the mid-engine mount and fixed there. The ends of the bar can be fixed or anchored in the mid-engine mount, for example, using threaded nuts that are screwed onto the two ends of the bar, each of which has an external thread.

Besonders bevorzugt ist der Zugbügel aus einem einzigen Rundstahlkörper gebildet, so dass der Querschnitt des Zugbügel-Körpers überall im Wesentlichen gleich ist, also sowohl in dem Bereich der halbkreisförmigen Schleife als auch in den beiden sich daran anschließenden linearen Schenkeln. Ein derartiger Zugbügel ist sehr preiswert herstellbar.Particularly preferably, the tension yoke is formed from a single round steel body, so that the cross section of the tension yoke body is essentially the same everywhere, i.e. both in the area of the semicircular loop and in the two adjoining linear legs. Such a tension yoke can be manufactured very inexpensively.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist radial zwischen der Spannringanordnung und dem Versteifungsring ein weiterer Ring vorgesehen, nämlich ein elastischer Dämpfungsring. Der Dämpfungsring dient insbesondere dazu, die Übertragung des Körperschalls der Antriebseinheit auf den Fahrradrahmen nahezu vollständig zu unterbinden. Hierdurch werden die durch die Antriebseinheit verursachten Geräuschemissionen erheblich vermindert, so dass das Geräuschbild insgesamt verbessert ist. Auch der Dämpfungsring dient einer zeitlich und flächenmäßig homogeneren Verteilung aller zwischen der Antriebseinheit einerseits und der Mittelmotor-Aufnahme andererseits übertragenen Kräfte. Ferner sorgt der elastische Dämpfungsring, soweit er elektrisch nicht-leitend ist, als galvanische Trennung, so dass hierdurch Bimetallkorrosion verhindert wird.In a particularly preferred embodiment, a further ring is provided radially between the clamping ring arrangement and the stiffening ring, namely an elastic damping ring. The damping ring serves in particular to almost completely prevent the transmission of structure-borne noise from the drive unit to the bicycle frame. This significantly reduces the noise emissions caused by the drive unit, so that the overall noise level is improved. The damping ring also serves to a more homogeneous distribution of all forces transmitted between the drive unit on the one hand and the mid-engine mount on the other, both in terms of time and area. Furthermore, the elastic damping ring, as long as it is electrically non-conductive, provides galvanic isolation, thus preventing bimetallic corrosion.

Vorzugsweise ist der Dämpfungsring stoffschlüssig mit dem Versteifungsring verbunden. Hierdurch wird insbesondere in Richtung der Tretlagerwellen-Axialen ein Verrutschen des Dämpfungsrings gegenüber dem Versteifungsring zuverlässig und dauerhaft verhindert. Die Stoffschlüssigkeit kann insbesondere durch Vulkanisierung und/oder durch Verkleben hergestellt werden.Preferably, the damping ring is firmly bonded to the stiffening ring. This reliably and permanently prevents the damping ring from slipping relative to the stiffening ring, particularly in the direction of the bottom bracket shaft axials. The bond can be created in particular by vulcanization and/or by gluing.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Spannringanordnung einerseits und der Dämpfungsring andererseits durch eine Ringnut-Ringsteg-Verbindung in Richtung der Tretlagerwellen-Axialen formschlüssig zueinander fixiert sind.It is particularly preferred that the clamping ring arrangement on the one hand and the damping ring on the other hand are fixed to one another in a form-fitting manner by an annular groove-ring web connection in the direction of the bottom bracket shaft axials.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Dämpfungsring mit einem proximal-axialen Überstand das Antriebsgehäuse dauerhaft axial beabstandet von der Mittelmotor-Aufnahme, so dass auch bei amplitudenstarken Vibrationen kein unmittelbarer körperlicher Kontakt zwischen dem Antriebsgehäuse einerseits und der Mittelmotor-Aufnahme andererseits im Betrieb auftreten kann. Hierdurch wird auch bei extremen Betriebsbedingungen eine Körperschall-Übertragung von der Mittelmotor-Antriebseinheit auf die Mittelmotor-Aufnahme vermieden.Preferably, the damping ring with a proximal-axial projection permanently axially spaced the drive housing from the mid-engine mount so that no direct physical contact can occur between the drive housing on the one hand and the mid-engine mount on the other hand during operation, even in the case of high-amplitude vibrations. This prevents structure-borne noise from being transmitted from the mid-engine drive unit to the mid-engine mount, even under extreme operating conditions.

Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer Mittelmotor-Aufnahme, in die eine Mittelmotor-Antriebseinheit montiert ist,
2 einen vertikalen Querschnitt II - II der Mittelmotor-Befestigungsanordnung der 1, und
3 einen ausschnittsweisen vertikalen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform eines Zugbügels der Mittelmotor-Befestigungsanordnung der 1 und 2.

Two embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. They show:

1 a side view of an electric bicycle mid-engine mounting arrangement with a mid-engine mount in which a mid-engine drive unit is mounted,
2 a vertical cross section II - II of the mid-engine mounting arrangement of the 1 , and
3 a partial vertical cross-section of a second embodiment of a tension bracket of the mid-engine mounting arrangement of the 1 and 2 .

In den Figuren ist eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung 10 einschließlich einer elektrischen Antriebseinheit 30 eines Elektrofahrrads dargestellt, das ein sogenanntes Pedelec ist. Die Antriebseinheit 30 ist als sogenannter Mittelmotor ausgebildet, trägt und lagert also sowohl eine Tretlagerwelle 39 als auch eine Abtriebswelle, die vorliegend nicht dargestellt ist. Die Antriebseinheit 30 arbeitet im regulären Fahrbetrieb rein unterstützend, und unterstützt im Fahrbetrieb die humane Antriebsleistung einer Fahrerperson, die diese über zwei nicht dargestellte Tretkurbeln in die Tretlagerwelle 39 einleitet. Die gesamte Abtriebsleistung, also die Summe aus der humanen Antriebsleistung und der elektromotorischen Antriebsleistung, wird über ein mit der Abtriebswelle drehfest verbundenes Abtriebselement, beispielsweise ein Kettenblatt, über eine Kette oder einen Riemen auf das Hinterrad des Elektrofahrrads übertragen.The figures show an electric bicycle mid-engine mounting arrangement 10 including an electric drive unit 30 of an electric bicycle, which is a so-called pedelec. The drive unit 30 is designed as a so-called mid-engine, i.e. it carries and supports both a bottom bracket shaft 39 and an output shaft, which is not shown here. The drive unit 30 works in a purely supportive manner during regular driving operation and supports the human drive power of a driver during driving operation, which is introduced into the bottom bracket shaft 39 via two pedal cranks (not shown). The entire output power, i.e. the sum of the human drive power and the electromotive drive power, is transmitted to the rear wheel of the electric bicycle via an output element that is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft, for example a chainring, via a chain or a belt.

In den Figuren ist jeweils ein Elektrofahrrad-Fahrradrahmen 12 unvollständig dargestellt, wobei ein Aufnahme-Grundkörper 20 einer Mittelmotor-Aufnahme 120 zwei Hinterradstreben 121, ein Sattelrohr 122 sowie ein Unterrohr 123 steif miteinander verbindet. Der Aufnahme-Grundkörper 20 sowie alle übrigen Teile des Fahrradrahmens 12 bestehen aus Metall, beispielsweise aus einem geeigneten Aluminium oder Stahl, wobei der Fahrradrahmen alternativ teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen kann.In each of the figures, an electric bicycle frame 12 is shown incompletely, with a base body 20 of a mid-engine mount 120 rigidly connecting two rear wheel struts 121, a seat tube 122 and a down tube 123. The base body 20 and all other parts of the bicycle frame 12 are made of metal, for example of a suitable aluminum or steel, whereby the bicycle frame can alternatively be partially made of a fiber-reinforced plastic.

Die Mittelmotor-Antriebseinheit 30 weist ein aus zwei Gehäuseschalen zusammengesetztes Antriebsgehäuse 30' auf, in dem die das Antriebsgehäuse 30' in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle 39 und eine hierzu koaxial und parallel angeordnete Abtriebswelle (nicht dargestellt) zueinander drehbar und zum Antriebsgehäuse 30' drehbar gelagert sind. Die Tretlagerwelle 39 und die hierzu koaxial angeordnete Abtriebswelle (nicht dargestellt) rotieren um die Tretlagerwellen-Axiale A. An den beiden Längsenden der Tretlagerwelle 39 ist jeweils eine Formschlussstruktur 39' vorgesehen, auf die drehfest jeweils eine Pedalkurbel fixiert werden kann.The mid-engine drive unit 30 has a drive housing 30' composed of two housing shells, in which the bottom bracket shaft 39, which penetrates the drive housing 30' in the transverse direction, and an output shaft (not shown) arranged coaxially and parallel to it are rotatably mounted relative to each other and rotatably relative to the drive housing 30'. The bottom bracket shaft 39 and the output shaft (not shown) arranged coaxially to it rotate about the bottom bracket shaft axial A. A form-fitting structure 39' is provided at each of the two longitudinal ends of the bottom bracket shaft 39, to which a pedal crank can be fixed in a rotationally fixed manner.

In dem aus Aluminium bestehenden Antriebsgehäuse 30' ist ein elektrischer Antriebsmotor sowie ein Getriebe untergebracht. Die Tretlagerwelle 50 tritt an den beiden Lateralseiten des Antriebsgehäuses 30' durch jeweils eine Gehäuseöffnung des Antriebsgehäuses 30' aus dem Antriebsgehäuse 30' heraus. Die Antriebseinheit 30 weist an ihren beiden Lateralseiten jeweils einen außenzylindrischen Klemmvorsprung 32 auf, der einstückig mit dem Antriebsgehäuse 30' ausgebildet ist. Die beiden zylindrischen Klemmvorsprünge 32 sind exakt koaxial mit der Tretlagerwellen-Axialen A ausgerichtet und weisen jeweils eine zirkuläre zylindrische Außenfläche 32' gleichen Durchmessers auf.An electric drive motor and a gear are housed in the drive housing 30' made of aluminum. The bottom bracket shaft 50 emerges from the drive housing 30' on the two lateral sides of the drive housing 30' through a housing opening in the drive housing 30'. The drive unit 30 has an external cylindrical clamping projection 32 on each of its two lateral sides, which is formed in one piece with the drive housing 30'. The two cylindrical clamping projections 32 are aligned exactly coaxially with the bottom bracket shaft axial A and each have a circular cylindrical outer surface 32' of the same diameter.

Auf der zylindrischen Außenfläche 32' des Klemmvorsprungs 32 sitzt außenseitig jeweils ein hohlzylindrischer und umfangsmäßig geschlossener Stahl-Versteifungsring 34. Der Versteifungsring 34 ist im Querschnitt rechteckig. Der Versteifungsring-Körper 34' besteht aus einem hochfesten Stahl, der mechanisch erheblich fester ist als der Antriebsgehäuse-Körper des Antriebsgehäuses 30' und insbesondere als der Klemmvorsprung 32. Der Versteifungsring 34 ist auf den Klemmvorsprung 32 aufgepresst, so dass der Versteifungsring 34 mit einer dauerhaften radialen und tangentialen Vorspannung kraftschlüssig auf dem Klemmvorsprung 32 sitzt.On the cylindrical outer surface 32' of the clamping projection 32, a hollow cylindrical and circumferentially closed steel reinforcing ring 34 is located on the outside. The reinforcing ring 34 is rectangular in cross section. The reinforcing ring body 34' consists of a high-strength steel, which is mechanically considerably stronger than the drive housing body of the drive housing 30' and in particular than the clamping projection 32. The stiffening ring 34 is pressed onto the clamping projection 32 so that the stiffening ring 34 sits force-fittingly on the clamping projection 32 with a permanent radial and tangential preload.

Ein ringförmiger und gummielastischer Dämpfungsring 50 ist außenseitig auf dem Versteifungsring 34 fixiert, und ist vorzugsweise durch Verklebung stoffschlüssig mit dem Versteifungsring 34 verbunden. Der elastische Dämpfungsring-Körper 51 ist im Querschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgebildet, wie in der 2 dargestellt, weist außenseitig jedoch eine umlaufende und im Querschnitt ungefähr halbkreisförmige Ringnut 52 auf.An annular and rubber-elastic damping ring 50 is fixed on the outside of the stiffening ring 34 and is preferably bonded to the stiffening ring 34 by adhesive. The elastic damping ring body 51 is essentially rectangular in cross section, as shown in the 2 shown, but has on the outside a circumferential annular groove 52 which is approximately semicircular in cross-section.

Die schalenartig ausgebildete Mittelmotor-Aufnahme 120 weist zwei jeweils in einer Vertikalebene XY stehende rahmenseitige Seitenwände 28 auf, die vorliegend einstückig mit dem Fahrradrahmen 12 ausgebildet sind. Jede Seitenwand 28 bildet jeweils eine Aufnahmeschale 26, die sich über einen Winkel von annähernd 180° erstreckt. Die rahmenseitige Aufnahmeschale 26 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, weist jedoch einen in einer Vertikalebene stehenden Ringsteg 27 auf, der sich über ca. 100° symmetrisch erstreckt. Der Aufnahmeschalen- Ringsteg 27 und die Dämpfungsring-Ringnut 52 bilden in diesem Bereich eine Ringnut-Ringsteg-Verbindung 110.The shell-like mid-engine mount 120 has two frame-side side walls 28, each in a vertical plane XY, which in this case are formed in one piece with the bicycle frame 12. Each side wall 28 forms a receiving shell 26 that extends over an angle of approximately 180°. The frame-side receiving shell 26 is essentially cylindrical, but has an annular web 27 that is in a vertical plane and extends symmetrically over approximately 100°. The receiving shell annular web 27 and the damping ring annular groove 52 form an annular groove-annular web connection 110 in this area.

An jeder Lateralseite weist die Mittelmotor-Aufnahme 120 jeweils ein Tangential-Zugelement 40 auf, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als U-förmiger Zugbügel 42 ausgebildet ist. Der einstückige Zugbügel 42 wird von einem Metall-Zugbügel-Körper 40' gebildet und weist einen zentralen Halbbogen 49 von 180° und zwei lineare und zueinander parallele Bügelarme 43,43' auf, deren Bügelenden 44,44' in der Aufnahme 120 verankert sind. Hierzu ist an dem Bügelende 44,44' jeweils ein Außengewinde 47 vorgesehen, auf das jeweils eine Haltemutter 46 aufgeschraubt ist. Das Bügelende 44,44' und die Haltemutter 46 sind jeweils in einer Ankertasche 22,22' der Mittelmotor-Aufnahme 120 so versenkt, dass das Bügelende 44,44' nicht aus der Kontur der Mittelmotor-Aufnahme 120 herausragt. Im Bereich des Halbbogens 49 ist der Zugbügel-Körper 40' ungefähr im Querschnitt rechteckig ausgebildet, weist jedoch an seiner proximalen Fläche einen Ringsteg 41 auf, der komplementär in die Dämpfungsring-Ringnut 52 eingreift. Der Zugbügel-Ringsteg 41 und die Dämpfungsring-Ringnut 52 bilden eine zweite Ringnut-Ringsteg-Verbindung 112.On each lateral side, the mid-engine mount 120 has a tangential tension element 40, which in the present embodiment is designed as a U-shaped tension bracket 42. The one-piece tension bracket 42 is formed by a metal tension bracket body 40' and has a central semi-arch 49 of 180° and two linear and mutually parallel bracket arms 43, 43', the bracket ends 44, 44' of which are anchored in the mount 120. For this purpose, an external thread 47 is provided on the bracket end 44, 44', onto which a retaining nut 46 is screwed. The bracket end 44, 44' and the retaining nut 46 are each countersunk in an anchor pocket 22, 22' of the mid-engine mount 120 such that the bracket end 44, 44' does not protrude from the contour of the mid-engine mount 120. In the area of the semi-arch 49, the tension yoke body 40' is approximately rectangular in cross-section, but has an annular web 41 on its proximal surface, which engages complementarily in the damping ring annular groove 52. The tension yoke annular web 41 and the damping ring annular groove 52 form a second annular groove-annular web connection 112.

Wie in der 2 dargestellt, weist der Dämpfungsring 50 einen axialen Überstand 140 von wenigen Millimetern auf, und liegt die proximale Seitenfläche 54 des Dämpfungsrings 50 an der distalen gegenüberliegenden Seitenfläche 31 des Antriebsgehäuses 30' an, so dass das Antriebsgehäuse 30' dauerhaft mit einem Abstand von wenigen Millimetern lateral beabstandet ist von der Aufnahme-Seitenwand 28 und dem Tangential-Zugelement 40. Auf diese Weise wird die Übertragung von Körperschall zwischen der Antriebseinheit 30 und dem Fahrradrahmen 12 minimiert.Like in the 2 As shown, the damping ring 50 has an axial projection 140 of a few millimeters, and the proximal side surface 54 of the damping ring 50 rests against the distal opposite side surface 31 of the drive housing 30', so that the drive housing 30' is permanently spaced laterally by a distance of a few millimeters from the receiving side wall 28 and the tangential tension element 40. In this way, the transmission of structure-borne sound between the drive unit 30 and the bicycle frame 12 is minimized.

Beide Lateralseiten der Mittelmotor-Aufnahme 120 sind im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Vertikal-Längsebene XY aufgebaut.Both lateral sides of the mid-engine mount 120 are essentially mirror-symmetrical to a vertical longitudinal plane XY.

Zur rotatorischen Fixierung der Antriebseinheit 30 gegenüber der Mittelmotor-Aufnahme 120 ist eine Drehmomentstütze 130 vorgesehen, die möglichst weit entfernt von der Tretlagerwellen-Axialen A angeordnet ist.For the rotational fixation of the drive unit 30 relative to the mid-engine mount 120, a torque support 130 is provided, which is arranged as far away as possible from the bottom bracket shaft axial A.

In der 3 ist eine zweite Ausführungsform eines Tangential-Zugelements 400 mit einem Zugbügel 420 dargestellt, der von einem im Querschnitt über seine gesamte Erstreckung kreisrunden Rundstahl-Körper 420' gebildet ist. Der Rundstahl-Körper 420' hat einen relativ großen Außendurchmesser von 7-20 mm Durchmesser, wobei der Innendurchmesser der im Querschnitt kreisförmigen korrespondierenden Ringnut 52' des Dämpfungsrings 500 im Querschnitt mindestens 1 mm größer ist als der Außendurchmesser des Rundstahl-Körpers 420' im Querschnitt. Auch der gegenüberliegende Ringsteg 27' ist entsprechend dem Querschnitt des Zugbügels 420 ausgestaltet, und weist im Querschnitt einen Außendurchmesser auf, der mindestens 1 mm kleiner ist als der Innendurchmesser des Querschnitts der Ringnut 52' des Dämpfungsrings 500. Auf diese Weise wird eine verspannungsfreie Selbstzentrierung in der Querrichtung z ralisiert.In the 3 a second embodiment of a tangential tension element 400 with a tension bracket 420 is shown, which is formed by a round steel body 420' that is circular in cross section over its entire extent. The round steel body 420' has a relatively large outer diameter of 7-20 mm, wherein the inner diameter of the corresponding ring groove 52' of the damping ring 500, which is circular in cross section, is at least 1 mm larger in cross section than the outer diameter of the round steel body 420' in cross section. The opposite ring web 27' is also designed according to the cross section of the tension bracket 420, and has an outer diameter in cross section that is at least 1 mm smaller than the inner diameter of the cross section of the ring groove 52' of the damping ring 500. In this way, a tension-free self-centering in the transverse direction is realized.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015015014 A1 [0003]
DE 102016115681 A1 [0003]
CN104773254A [0003]
CN 104787224 B [0003]
EP 3766772 A1 [0004]

Claims

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) with a bicycle frame (12) with a frame-side mid-engine mount (120) and an electric bicycle mid-engine drive unit (30) mounted in the mount (120), wherein the drive unit (30) has: a drive housing (30'), a bottom bracket shaft (39) penetrating the drive housing (30') in the transverse direction, an externally cylindrical clamping projection (32) which is formed in one piece with the drive housing (30') and is provided on at least one lateral side of the drive unit (30) and is arranged coaxially to the bottom bracket shaft axial (A), wherein the clamping projection (32) has a circular outer surface (32'), a hollow cylindrical closed stiffening ring (34) is provided which sits on the outside on the outer surface (32') of the clamping projection (32), and the stiffening ring body (34') consists of a mechanically stronger metal than the clamping projection (32), and wherein the mid-engine mount (120) has: a clamping ring arrangement (100) fastened to a lateral side of the mid-engine mount (120) with at least one tangential tension element (40; 400), by means of which the assembly consisting of the clamping projection (32) and the stiffening ring (34) is clamped to the bicycle frame (12).

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) according to Claim 1 , wherein the stiffening ring (34) is pressed onto the clamping projection (32).

An electric bicycle mid-motor mounting assembly (10) according to any preceding claim, wherein the stiffening ring body (34') is made of steel.

Electric bicycle mid-motor mounting arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the clamping projection (32) consists of a non-ferrous metal, for example of aluminum or magnesium, or of plastic, for example a carbon fiber composite material.

Electric bicycle mid-motor fastening arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the tangential tension element (40; 400) is designed as a U-shaped tension bracket (42; 420), the two bracket ends (44, 44') of which are anchored in the receptacle (120).

Electric bicycle mid-motor mounting arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein an elastic damping ring (50) is provided radially between the clamping ring arrangement (100) and the stiffening ring (34).

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) according to Claim 6 , wherein the damping ring (50) is integrally connected to the stiffening ring (34).

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) according to Claim 6 or 7 , wherein the clamping ring arrangement (100) and the damping ring (50) are fixed to one another in an axially positive-locking manner by an annular groove-annular web connection (110,112).

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) according to one of the preceding Claims 6 until 8th , wherein the damping ring (50) with an axial projection (140) axially spaced the drive housing (30') from the center motor mount (120).

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) according to one of the preceding Claims 5 - 9 , wherein the tension bracket (420) is formed from a single round steel body (420').