DE19732270A1 - Fahrradservoantrieb zum Betrieb als tretkraftgesteuerter Zusatzantrieb - Google Patents

Abstract

Bei dem vorgestellten Antriebsaggregat wird die vom Fahrer über den Tretkurbelantrieb in das System abgegebene Leistung durch einen oder mehrere Sensoren ermittelt, die mit einem Steuerrechner verbunden sind. Der Steuerrechner wertet die Signale aus und ermittelt die Leistungssteuergröße für die motorische Antriebsmaschine. DOLLAR A Hierfür ist ein Antriebsmotor in Fahrzeuglängsachse orientiert über ein Winkelgetriebe mittelbar oder unmittelbar auf den Planetenträger eines Nabenschaltgetriebes zusätzlich zu einem Kettenantriebsritzel vorhanden.

Description

Vorgestellt wird eine Fahrradservoantrieb zum Betrieb als tretkraftgesteuerter Zusatzantrieb.

Bei dem vorgestellten Antriebsaggregat wird die vom Fahrer über den Tretkurbelantrieb in das System abgegebene Lei­ stung durch einen oder mehrere Sensoren ermittelt, die mit einem Steurerrechner verbunden sind. Der Steuerrechner wer­ tet die Signale aus und ermittelt die Leistungssteuergröße für die motorische Antriebsmaschine.

Bekannt sind die Anmeldungen EP 0 7432 238 A1, A US-A-4 026 375 (B62M23/02) und EP-A-0 636 537.

Heute bekannt sind Fahrräder mit elektrischer Hilfskraftun­ terstützung und dem Innenlager zugeordneten Motoren von zahlreichen Herstellern wie von Honda, Yamaha, Suzuki, GT und Panasonic. Alle diese Systeme haben die Gemeinsamkeit, daß zur Leistungsermittlung des Fahrradkurbeltriebs die In­ nenlagerwelle mit einem zur Innenlagerwelle paralell ange­ ordneten Getriebe, meist in der Ausführung als Umlaufge­ triebe, versehen wird.

Dieses Getriebe wird zur Messung des Drehmoments genutzt. An diesem Meßgetriebe wird das Abstützmoment eines Zahnrad­ satzes oder das Haltemoment eines Hohlrades gemessen. Bei Yamaha ist dieses Getriebe in Form eines Planetengetriebe und bei Honda in Form eines Stirnradgetriebe ausgeführt.

Diese Systeme haben den Nachteil, daß sie durch das Drehmo­ mentmeßgetriebe sehr raumaufwendig und schwer bauen. Sy­ stembedingt ist durch diese zusätzliche Kraftumleitung über Übersetzungsstufen ausschließlich zu Meßzwecken eine Ver­ schlechterung des Wirkungsgrades verbunden.

Weiter sind Systeme bekannt, die das Drehmoment direkt im Innenlager messen.

Diese Systeme haben den Vorteil, daß ein Antrieb für heute gebräuchliche Fahrräder eingesetzt werden kann, ohne daß wesentliche Änderungen am heutigen Fahrraderscheinungsbild als zwingende Voraussetzung notwendig wären.

Solche Fahrräder mit Radnabenmotoren gibt es von Heimmann, Sanyo und anderen mehr. All diesen Lösungen ist der Nach­ teil gemein, daß die Motorleistung nicht über das Nabenpla­ netenschaltgetriebe abgegeben wird. Diese Lösungen müssen demnach einen teuren und für Fahrradverhältnisse sehr schweren Antrieb aufweisen, um mit dem nicht schaltbaren mit nur einem Reduktionsgetriebe versehenen Antrieb ausrei­ chend Drehmoment für den Fahrradbetrieb aufzubringen. Bei all diesen Lösungen ist überhaupt kein auf den Motoran­ trieb wirksames Schaltgetriebe mehr realisierbar, sondern lediglich eine Kettenschaltung, die nur auf den Tretkurbe­ lantrieb wirksam ist.

Weiter nachteilig bei diesen Lösungen ist die Tatsache, daß sie einen Eingriff in das empfindliche Laufradsystem des Fahrrades darstellen. Die Verkürzung der Speichen wirkt sich negativ auf das Stoßaufnahmevermögen des Laufrades aus. In der Folge werden Achsen und Gabeln überlastet. Die üblichen Speichenabmessung können nicht mehr verwendet wer­ den und vorhandene gängige Laufräder können nicht zur An­ wendung kommen.

Zusätzlich problematisch ist der hohe Wartungsaufwand bei bürstenbehafteten Nabenmotoren und die kritische Wärmeab­ fuhr.

Besser ist ein außerhalb des Rades angebrachter Antriebsmo­ tor. Auch diese Motoren sind Stand der Technik. Jedoch ha­ ben diese Lösungen wie die vorgenannten weiterhin den Nach­ teil, daß sie, sofern sie in der gleichen Ebene wie die Na­ be angebaut sind, axial sehr kurz bauen. Besser ist die Lö­ sung des Pizeta-Antriebes. Dieser Antriebsmotor ist in Fahrzeuglängsachse angeordnet und durch ein Winkelgetriebe umgelenkt. Der Antrieb wurde für einen Verbrennungshilfsmo­ tor konzipiert, der ausschließlich durch eine Fliehkraft­ kupplung getrennt werden konnte. Eine beliebige Zugkraftun­ terbrechung für den intermittierenden Betrieb ist nicht vorgesehen. Deshalb ließ sich für diese Antriebe kein Schaltgetriebe nutzen. Die Motorkraft muß deshalb über ei­ nen eigenen Abtrieb und einen Freilauf an das Hinterrad ab­ gegeben werden. Aus diesem Grunde hat diese bekannte Lösung wie alle vorgenannten Lösungen den Nachteil, daß die moto­ rische Antriebskraft nicht über das Planetenschaltgetriebe sondern unter Umgehung des Getriebes auf die Nabenhülse übertragen wird.

Weiter bekannt ist der Antrieb von Binder Magnetics. Bei dieser Lösung ist der Motor quer zur Fahrzeuglängsachse au­ ßerhalb der Nabe am Hinterrad über ein Umschlingungsgetrie­ be mit der Nabenhülse verbunden. Auch dieser Antrieb wirkt auf der dem Fahrradantrieb gegenüberliegenden Seite auf die Nabenhülse und nicht auf den Planetenträger, so daß ein Na­ benschaltgetriebe auf den Antrieb keine Wirkung entfaltet.

Aufgabe der Erfindung ist also ein raumsparendes, leichtes kostengünstiges und effizientes Antriebsaggregat zu schaf­ fen, welches einen nicht eingeschränkten axialen Bauraum hat und für den Abtrieb ein nachgeschaltetes Nabenplaneten­ schaltwerk nutzt.

Die Fig. 1 zeigt einen Fahrradantrieb, teilweise im Quer­ schnitt.

Der vorgestellte Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen besteht aus einem Motor (5) mit angeflanschter Kraftumlen­ kung (7, 8), vorzugsweise als Winkeltrieb welcher als weite­ re Antriebsquelle zusätzlich zu einem Fahrradkettenantrieb (3) durch die Tretkurbeln auf das Nabenplanetenschaltwerk wirkt. Der Winkeltrieb des Zusatzmotors kann dabei direkt paralell zum Tretantriebsritzel auf den Eingang des Plane­ tenschaltwerks wirken.

Weiter sind aber auch Lösungen möglich, die beide Antriebe von je einer Seite auf den Planetenradträger vorsehen.

Unabhängig ob von einer Seite gemeinsam oder ob der Plane­ tenträger von je einer Seite angetrieben wird, kann der mo­ torische Antrieb, der paralell der Fahrzeuglängsachse ori­ entiert und mit einem Winkeltrieb versehen ist, direkt über diesen oder mit einer Kette oder einem Vorgelege mit dem Planetenträger antriebstechnisch verbunden sein.

Beide Antriebsquellen wirken in einem bestimmten tretkur­ belwinkelabhängig variierenden Verhältnis auf den gemeinsa­ men Abtrieb. Die Regelgröße für die Leistungssteuerung des Zusatzantriebsmotors ist die in den Kurbeltrieb über die Pedale eingebrachte Leistung des Fahrers. Da der Gesetzge­ ber vorgesehen hat, daß bei Power assisted Bikes (PAS- Fahrräder) anstatt einer manuellen Leistungsregulierung die Leistung des Kurbelantriebs zur Leistungsregulierung des Gesamtantriebs herangezogen wird, muß das Drehmoment des Kurbeltriebs gemessen werden.

Die Wellenausrichtung des Zusatzantriebsmotors befindet sich in Fahrzeuglängsrichtung angeordnet. Durch einen an­ geflanschten Winkeltrieb wird der Abtrieb umgelenkt, so daß dieser achsparalell zur Hinterradachse ist. Dieser Abtrieb ist mit einer Aufnahme zur mindestens in einer Drehrichtung drehfesten Verbindung mit dem Planetenträger eines Naben­ planetenschaltgetriebes und zusätzlich mit einem Kettenrit­ zel versehen.

Auf diese Weise wirken Fahrradantrieb über Kette und Motor­ antrieb über Winkelgetriebe gemeinsam auf den Planetenträ­ ger des Schaltgetriebes.

Als Motor kommt vorzugsweise ein bürstenloser Antrieb mit hoher Leistungsdichte zur Anwendung. Das Motorwellenlager ist vorzugsweise gleichzeitig die Lagerung des Kegelrades. Der Motor ist mit einem Freilauf ausgerüstet, der bei Funk­ tionsstörungen ein Mitschleppen der Motorwelle durch den Fahrradantrieb verhindert. Der Freilauf vor dem Getriebe ar­ beitet mit geringen Momenten.

Das Winkelgetriebe untersetzt die Motordrehzahl auf die Raddrehzahl. Dazu kann der Motor mit einem weiteren Redu­ ziergetriebe ausgestattet sein. Der Freilauf kann auch im Winkelgetriebe integriert sein.

Wenn das Winkelgetriebe eine Hypoidverzahnung aufweist, be­ findet sich die Motorwelle außerhalb, vorteilhaft unterhalb der Hinterachsmitte. Der Motor kann direkt oder über eine Kurzwelle den Winkelantrieb antreiben, so daß der Antriebs­ motor seine Lage unterhalb vor der Hinterradachse hat. Der Motor befindet sich damit außerhalb des Flanschbereiches und noch nicht im Bereich der Kollision mit den Fersen des Radfahrers.

Zur Führung der Fahrradkette ist der Antriebsblock mit ei­ ner Leitrolle versehen. Die Leitrolle kann mit einer Spann­ feder versehen sein.

Der Aggregatblock besteht wie oben beschrieben aus An­ triebsmotor mit einem Winkelgetriebe und einem Kettenrit­ zel. Der Antriebsblock wird fest mit der Schaltnabe ver­ schraubt. Um die Fahrradkette spannen zu können, wird nur die dem Antrieb gegenüberliegende Radmutter gelöst.

Auf der Antriebseite wird nach dem Lösen der Blockklemmung der komplette Antriebsmotor mit dem Hinterrad in Fahrzeu­ glängsachse zum Spannen der Kette verschoben.

Deshalb ist der Antrieb mit der Hinterachsaufnahme längs­ verschiebbar an, in oder unter der Rahrmenschwinge befe­ stigt.

Vorteilhaft ist der Antriebsmotor in einer Klemmschelle verschiebbar gelagert. Der Motor selbst ist mit Markierun­ gen oder einer Leitnut versehen, die ein einfaches Ausrich­ ten ermöglichen.

Die Klemmaufnahme kann selbst als Schwingen- oder Gabelrohr ausgebildet sein oder außermittig ober- oder unterhalb des Rahmenschwingenrohres befestigt sein.

Entscheidend ist, daß die Hinterachse gemeinsam mit dem An­ triebsaggregat in Fahrzeuglängsachse veränderlich fixierbar ist.

Zum Radausbau kann das Aggregat an der Hinterradachse ge­ meinsam mit dem Hinterrad entnommen und danach von der Hin­ terradachse gelöst werden.

Durch diese technische Lösung wird es möglich, das Rad auf einfache Weise beim Radausbau vom Rahmen zu lösen ohne daß der Winkeltriebsatz von der Antriebswelle getrennt werden muß.

In einer weiteren Ausführung ist der Hilfsantrieb so ge­ staltet, daß zur Hinterachse koaxial angeordnete Schaltga­ beln oder eine Schalthülse in Längsnuten unter dem Innen­ kreis des Zusatzantriebes und unter dem Radnabenlager hin­ durch in die Nabe geführt sind. Der Gangwechsel durch Rota­ tion des Gangstellers ist bei dieser Ausführung vor dem Zu­ satzantriebsgehäuse angeordnet. Auf der Seite des Zusatzan­ triebs kann die Laufradaufnahme über das Antriebsaggregat oder aber über dem Fahrradrahmen bzw. die Hinterradgabel erfolgen. Im Falle der Laufradbefestigung durch die Hinter­ radgabel ist das Antriebsaggregat i. a. nur formschlüssig über den gemeinsamen Eingriff von Ritzel und Tellerrad mit dem Planetenträger des Schaltgetriebes verbunden. Damit wird ein Verkanten des Winkeltriebs bei ungenügender Aus­ richtung des Laufrades vermieden.

Das Hinterrad wird über die Hinterachse am Rahmen fixiert.

Bei dieser Ausführung ist das Tellerrad gekröpft, so daß der Winkeltrieb im Bereich des Abtriebs im Zentrum sehr schmal gehalten werden kann. Dadurch bleibt auf der Außen­ seite noch Platz für den Gangsteller. Der Gangsteller ist nach der Montage des Antriebsaggregates von außen weiterhin zugänglich.

In einer weiteren Ausführung ist das Winkelgetriebe nicht konzentrisch zur Hinterachse ausgeführt, sondern mit einem Ritzel für eine Abtriebskette versehen.

Eine Kurzkette verbindet ein Ritzel auf dem Käfig oder Trä­ ger des Planetenschaltgetriebes mit dem Motorabtriebsket­ tenritzel.

Das Leerdrum des Kurzkettentriebs wird durch einen Ketten­ spanner gespannt. Der Kettenspanner kann über eine Schrau­ be, die auf eine Spannfeder wirkt, nachgestellt werden.

Das Ritzel am Planetengetriebekäfig kann entweder als Dop­ pelritzel ausgebildet sein, oder es kann eine Aufnahme für mehrere Ritzel vorhanden sein, so daß auf derselben Plane­ tenträgerseite die Motorkette und die Fahrradkette den Pla­ netenträger antreiben.

In einer weiteren Ausführung ist jedoch auch eine Lösung vorgesehen, welche den Planetenträger von je einer Seite mit je einer der beiden Antriebsquellen antreibt. Dabei kann wie oben beschrieben der Winkeltrieb direkt auf eine Seite des Planetenträgers wirken. Bei dieser Lösung wird beim Spannen der Fahrradkette der Antriebsmotor mit der Hinterachse in Fahrzeuglängsrichtung justiert.

Die andere Seite des Planetenträgers wird durch den Fahr­ radantrieb über Kette angetrieben.

In einer weiteren Ausführung kann der beidseitig angeordnete Antrieb beider Hilfsquellen jedoch auch so ausgeführt sein, daß der motorische Antrieb auf der einen Seite des Plane­ tenträgers des Schaltgetriebes über eine Kurzkette wirkt. Bei dieser Ausführung ist der Planetenträger des Schaltge­ triebes beidseitig mit je einer Ritzelaufnahme ausgestat­ tet.

Bezugszeichenliste

1

Gehäuse Winkeltrieb

2

Dichtung

3

Tellerrad/Kettenritzel

4

Lager für Tellerrad

5

Motor

6

Lager Kegelrad

7

Kegelrad

8

Federring

9

Planetenträger/Schaltgetriebe

10

Nabenhülse

Claims (12)

1. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Antriebsmotor in Fahrzeuglängsachse orientiert über ein Winkelgetriebe mittelbar oder unmit­ telbar auf den Planetenträger eines Nabenschaltgetriebes zusätzlich zu einem Kettenantriebsritzel vorhanden ist und denselbigen antreibt.

2. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines Seite des Planetenträgers eine Tellerradverzahnung aufweist, welche sich gemeinsam mit einem zweiten Zahnrad als Winkeltrieb eignet.

3. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Planetenträger eines Nabenschaltgetriebes über die Achsen der Planeten als Mitnehmer ein Tellerrad befestigt ist.

4. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Tellerrad und Kettenantriebs­ ritzel für den Fahrradkurbelantrieb einteilig ausgeführt sind.

5. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der motorische Antriebsblock zur Kettenjustierung mit der Hinterachse gemeinsam in Fahrzeuglängsrichtung verschoben wird.

6. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor als in Fahrzeuglängsachse verstellbares Strebenhintersegment ausgeführt ist.

7. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsaggregat unter der Hinterradstrebe in Fahrzeuglängsachse justierbar be­ festigt ist.

8. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Leistungssteuerungsignal für den Antriebsmotor neben anderen Parametern in Abhän­ gigkeit zum Tretkurbelwinkel generiert wird.

9. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsblock mit einer Leitrolle zur Führung der Fahrradkette versehen ist.

10. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsblock mit einer Leitrolle und einer Spannfeder zum Aufbau einer Ketten­ vorspannung im Leerdrum versehen ist.

11. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkeltrieb in der Ebene des Tellerrades geteilt ist, wobei die Seite, in der das Axiallager des Tellerrades sich befindet gleichzeitig den Lagersitz des Kegelrades aufnimmt.

12. Fahrradantrieb mit zwei Antriebsquellen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentsensor zur Er­ mittlung der Leistung des Tretkurbelantriebs sich im In­ nenlager befindet.