DE19929613A1 - Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad - Google Patents

Abstract

Eine elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad weist eine an einem Rahmenrohr des Fahrrades befestigbaren Elektromotor oder Getriebemotor (4) und einen Riemen (7) zur Übertragung des Drehmoments des Getriebemotors oder Elektromotors auf eine an einem Fahrradrad (5, 6) befestigte Scheibe (10) auf. Die Scheibe (10) ist mit mittiger Öffnung (37) und/oder durch um die Mitte zentrisch angebrachte Zentrierzapfen (9) radachsenmittig auf der Radnabe (38) zentriert und an den Speichen (33) befestigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Antriebsvorrich­ tung für ein Fahrrad nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der US-Patent­ schrift 3,921,745 bekannt. Dabei werden verschiedene Zugmittelan­ triebe verwendet, beispielsweise ein Keilriemenantrieb mit einem in eine Nut an der Felge oder im Radreifen eingreifenden Keilrie­ men oder ein Kettenantrieb mit einem an der Hinterachse befestig­ ten Kettenrad. Für die bekannte Vorrichtung muß daher mit ent­ sprechendem Aufwand jeweils eine entsprechende Felge, ein spezi­ eller Reifen oder eine gesonderte Hinterachse hergestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine an allen gängigen Fahrradtypen montierbare, einfach aufgebaute elektrische Anriebsvorrichtung bereitzustellen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 gekennzeichne­ ten Antriebsvorrichtung erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrich­ tung wiedergegeben.

Erfindungsgemäß wird zur Übertragung des Drehmoments des Elektro­ motors oder des Getriebemotors ein Riemen verwendet, welcher das Drehmoment auf eine Scheibe überträgt, welche an den Speichen des Fahrradrades befestigt und durch eine Zentrierung, z. B. eine mit­ tige Zentrierausnehmung oder um die Mitte angeordnete Zentrier­ zapfen, auf der Fahrradnabe zentriert angebracht ist.

Vorzugsweise ist der Riemen ein Zahnriemen. Das Antriebszahnrie­ menrad weist einen wesentlich kleineren Durchmesser auf als die Scheibe am Fahrradrad.

Nachstehend wird insbesondere der Antrieb mit Zahnriemen be­ schrieben. Beispielsweise kann aber auch ein Keilriemen verwendet werden.

Um den Zahnriemen seitlich zu führen, ist einerseits auf der von den Speichen abgewandten Seite an der Scheibe ein Bund vorgese­ hen, um den Riemen gegen seitliches Abspringen zu hindern, ande­ rerseits wird der Zahnriemen durch die Speichen geführt.

Die Scheibe kann an die Speichen angebunden oder angeklemmt wer­ den. Vorzugsweise werden zum Anbinden der Scheibe an die Speichen Kabelbinder verwendet. Die Scheibe kann damit auch von Laien in kürzester Zeit angebracht werden.

Die Scheibe kann in ansprechender Weise nach Art einer Radzier­ kappe für Autos ausgebildet werden. Sie besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Zum Anbinden der Scheibe, beispielsweise mit Kabel­ bindern, kann ein zentrischer Kranz von Öffnungen verschiedener Kontur vorgesehen sein, die entsprechend den Speichen des Rades so angeordnet sind, dass die Kabelbinder jeweils durch zwei Öff­ nungen hindurchgeführt werden, um die dazwischenliegenden Spei­ chen oder auch nur eine Speiche zu umschlingen.

Die Scheibe weist einen wesentlich größeren Durchmesser als das Antriebsrad des Motors oder Getriebemotors auf.

Vorteilhaft wird ein Getriebemotor mit Planetengetriebe verwendet da dieser bei großer Leistung, kleinem Volumen und geringem Ge­ wicht einen hohen Wirkungsgrad erreicht.

Zwischen der Abtriebswelle des Motors oder Getriebemotors und dem darauf gelagert laufenden Antriebsrad ist vorzugsweise ein Hül­ senfreilauf vorgesehen. Dadurch werden die Abtriebswelle und das Antriebsrad durch Klemmen drehfest miteinander verbunden, wenn der Motor antreibt. Der Freilauf dreht jedoch frei durch, wenn nicht angetrieben wird.

Um jegliche Reibung bei der Drehmomentübertragung durch den Rie­ men zu verhindern, kann der Riemen vom Antriebsrad lösbar sein.

Dazu kann zur Befestigung des Getriebemotors oder Elektromotors ein am Fahrradrahmenrohr befestigbarer Halter mit einer Aufnahme­ bohrung vorgesehen sein, während an der dem Halter zugewandten Seite ein zur Antriebswelle des Motors oder Getriebemotors exzen­ trisch angebrachter hervorstehender Gewindezapfen in die Aufnah­ mebohrung in dem Halter eingreift und mit einer Gewindemutter an­ geschraubt ist. Nach Lockern der Mutter und Verdrehung des Motors oder des Getriebemotors um seine Achse kann der Riemen gespannt oder gelockert werden.

Um den gelösten Zahnriemen auf der Scheibe am Fahrradrad zu fi­ xieren, weist die Scheibe vorzugsweise zwischen die Speichen ra­ gende Einhängezapfen auf, auf die der Zahnriemen durch Bildung einer Schlaufe aufgespannt wird.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können Fahrräder mit nor­ malgebräuchlicher Ausstattung mit einem Elektroantrieb mit geringem Gewicht und hohem Wirkungsgrad versehen werden.

Zugleich wird durch die Erfindung ein strombetriebener Motor oder Getriebemotor für Fahrräder bereitgestellt, dessen Drehmoment­ übertragung mittels Riemen zum angetriebenen Fahrradrad schnell und ohne großen Aufwand eingerichtet und wieder entfernt werden kann.

In bevorzugter Ausführungsform wird ein Getriebemotor verwendet, da dieser lediglich ein Gewicht von weniger als 500 g aufweist. Mit ihm wird ein sehr hoher Wirkungsgrad von 74 bis 85% der Leis­ tung der Stromversorgung (Akkus) zur Antriebsleistung am ange­ triebenen Fahrradrad erreicht.

Außerdem besteht die Möglichkeit, die nur ein kleines Bauvolumen einnehmende erfindungsgemäße elektrische Antriebsvorrichtung an mehreren Stellen des Fahrradrahmens montieren zu können. Die Vor­ richtung kann dabei zum Antrieb des Vorderrades und/oder des Hin­ terrades des Fahrrades ausgebildet sein.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann durch einfache Montage aus einem normalen Fahrrad ein Elektrofahrrad gebildet werden, das mit wenigen Handgriffen wieder zu einem normalen Fahrrad wird.

Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an den meisten Fahr­ radtypen problemlos montiert werden, da der übliche Kettenantrieb mit Naben- oder Vielgangrasterschaltung nicht beeinträchtigt wird und der Antrieb wunschgemäß durch Körperkraft und/oder Elektroan­ trieb bei minimalsten Reibungsverlusten erfolgen kann.

Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahr­ radantriebsvorrichtung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine teilweise Seitenansicht eines Fahrrades;

Fig. 2 eine Ansicht in Achsrichtung gemäß Pfeil A in Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht des Motors mit Planetengetriebe;

Fig. 4 eine Ansicht der Vorderseite des Planetengetriebes mit exzentrischen Gewindezapfen und Antriebswelle;

Fig. 5 einen Schnitt durch das Zahnriemenantriebsrad auf der An­ triebswelle des Planetengetriebes;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des Halters mit Schelle;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der auf den exzentrischen Gewindezapfens aufschraubbaren Rändelmutter;

Fig. 8 eine Ansicht eines angetriebenen Fahrradrades, wobei der Zahnriemen das Riemenantriebsrad umschlingt bzw. vom Rie­ menantriebsrad abgenommen ist;

Fig. 9 eine Schnittdarstellung von Fig. 8 mit von dem Zahnrie­ men umschlauften Einhängezapfen.

Gemäß Fig. 1 ist an einer Seite der Vorderradgabel 1 und der Stützgabel 2 oder einem anderen Rahmenrohr des Fahrrades ein Ge­ triebemotor 4 oder ein nicht gezeigter Elektromotor zum Antrieb des Vorderrades 5 und /oder des Hinterrades 6 befestigt.

Der oder die Getriebemotoren 4 oder die nicht gezeigten Elektro­ motoren übertragen ihr Drehmoment jeweils mit einen Zahnriemen 7 auf die Scheiben 10 am Vorderrad 5 und/oder Hinterrad 6.

Da die elektrischen Antriebsvorrichtungen für das Vorderrad 5 und das Hinterrad 6 im wesentlichen gleich ausgebildet sind, wird nachstehend nur die Antriebsvorrichtung für das Hinterrad 6 näher beschrieben.

Gemäß Fig. 3 ist der Elektromotor 14 am Planetengetriebe 12 fest angebracht, welches mit der Antriebswelle 13 versehen ist.

Der so entstandene Getriebemotor 4 ist mit einem Halter 15 an der einen Seite des Fahrrades an der Stützgabel 2 befestigt.

Gemäß Fig. 6 ist der Halter 15, der vorzugsweise aus Metall be­ steht, als rechteckähnliche Platte ausgebildet, die eine Sicke 16 aufweist. Zusammen mit einer zur Sicke 16 parallel angeordneten Halteschelle 17 mit halbkreisförmiger Biegung umgreift der Halter 15 das Stützgabelrohr 2 (Fig. 2). Mit Schrauben 18, die den Hal­ ter 15 und die Schelle 17 verbinden, wird der Halter 15 an dem Stützgabelrohr 2 festgeklemmt. An dem von der Schelle 17 bzw. dem Stützgabelrohr 2 abgewandten Ende weist der Halter 15 eine Auf­ nahmebohrung 19 auf, in die ein exzentrischer Gewindezapfen 20 eingreift, der an der vom Motor oder Getriebemotor 4 abgewandten Stirnseite des Planetengetriebes 12 oder des Motors angeformt ist. Der Gewindezapfen 20 ist zur Abtriebswelle 13 des Planeten­ getriebes 12 oder des nicht gezeigten Motors exzentrisch angeord­ net (Fig. 5).

Zur Befestigung des Getriebemotors am Halter 15 wird er mit den Gewindezapfen 20 durch die Aufnahmebohrung 19 des Halters 15 ge­ steckt und mit einer beispielsweise als Rändelmutter ausgebilde­ ten Mutter 23 (Fig. 7) angeschraubt.

Der Zahnriemen 7 wird von einem Zahnriemenrad 24 angetrieben, welches auf der Antriebswelle 13 des Planetengetriebes oder des nicht gezeigten Motors mit Wälzlagern 27 drehbar gelagert ist, zwischen denen ein Hülsenfreilauf 28 fest eingepreßt ist, welcher beim Antrieb die Antriebswelle 13 klemmt.

Durch den Sprengring 20 wird das Zahnriemenrad 24 auf der Welle 13 axial gehalten.

Die Scheibe 10 ist am Hinterrad 6 befestigt. Wie insbesondere aus Fig. 8 und 9 ersichtlich, weist die Scheibe 10 dazu einen Kranz von Öffnungen 32 auf, die um die Radachse 36 herum angeord­ net und verteilt sind, sodass sich Stege zwischen den Öffnungen 32 befinden. Durch Kabelbinder 34, die jeweils zwischen zwei Öff­ nungen 32 gesteckt werden und damit diesen Steg und die dazwi­ schen liegende Speiche oder Speichen umschlingen, wird die Schei­ be 10 an dem Hinterrad 6 befestigt.

Wie in Fig. 8 und 9 jeweils unten angedeutet, können anstatt der Kabelbinder 34 beispielsweise auch andere Befestigungsmittel oder Halteteile 35 die Scheibe 10 an den Speichen befestigen.

Zur Zentrierung auf der Radnabe 38 ist die Scheibe 10 mit Zen­ trierzapfen 9 versehen, die um die Radachse 36 angeordnet sind, welche auf den Speichenflansch 8 der Radnabe 38 aufliegen, und/oder sie ist mit einer mittigen Öffnung 37 versehen, mit der sie zum Beispiel auf die Radnabe 38 (Fig. 9) gesteckt wird.

Die vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Scheibe 10 weist auf der von den Speichen 33 abgewandten Seite ihrer Zahnriemenlauf­ fläche 39 einen Bund 40 auf; zwischen dem Bund 40 und den Spei­ chen 33 läuft der Zahnriemen 7.

Die Scheibe 10 weist einen wesentlich größeren Durchmesser als das verzahnte Antriebsrad 24 auf. Sie wird dadurch mit dem Riemen 7 auf einem so langen Abschnitt umschlungen, dass sie nicht zwin­ gend verzahnt ausgeführt zu werden braucht.

Um jegliche Drehmomentübertragung von dem Antriebsrad 24 auf das Fahrradrad 6 über den Riemen 7 zu unterbinden, kann dieser von dem Antriebsrad 24 gelöst werden. Dazu wird die Gewindemutter 23 gelockert und der Motor oder Getriebemotor 4 um seine Achse ge­ dreht, sodass durch dessen exzentrischen Gewindezapfen 20 der Ab­ stand der Welle 13 zu der Scheibe 10 verringert wird.

Der Zahnriemen 7 kann so gelockert vom Antriebsrad 24 abgenommen werden. Anschließend kann die Mutter 23 wieder angezogen werden, oder der Getriebemotor 4 oder Motor wird überhaupt abgenommen.

Um den so vom Antriebsrad 24 abgenommenen Zahnriemen 7 an der Scheibe 10 zu befestigen, sind an deren Innenseite durch die Speichen 33 ragende Einhängezapfen 43 vorgesehen, auf die der ge­ löste Zahnriemen 7 durch Bildung einer Schlaufe 44 übergespannt wird, und zwar nach innen zwischen zwei Speichen 33 hindurch in Richtung Achse 36.

Die nicht dargestellte Akkubox zur Stromversorgung der Elektromo­ toren 14 kann z. B. zwischen den Rahmenrohren 45 und 46 angeordnet sein.

Der Elektromotor 14 kann bei einem Getriebemotor ein handelsübli­ cher, zweckmäßigerweise bürstenloser Motor sein, wie er z. B. vom Modellbau her bekannt ist mit einer hohen Arbeitsdrehzahl und gu­ tem Wirkungsgrad von bis zu 92%.

Ohne Getriebe ist ein Motor mit wesentlich niedrigerer Drehzahl erforderlich.

Claims (11)

1. Elektrische Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad mit einem an einem Rahmenrohr des Fahrrades befestigbaren Motor oder Getriebemotor und einem Riemen zur Übertragung des Drehmo­ ments des Getriebemotors (4) oder Elektromotors auf eine an einem Fahrradrad befestigten Scheibe (10), dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Scheibe (10) mit mittiger Öffnung (37) und/oder durch um die Mitte zentrisch angebrachte Zentrier­ zapfen (9) radachsenmittig auf der Radnabe (38) zentriert und an den Speichen (33) befestigt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (10) auf der von den Speichen (33) abgewandten Seite einen oder mehrere radiale Vorsprünge aufweisen, um den Riemen vor dem Abspringen zu sichern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der radiale Vorsprung als Bund ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Befestigung des Motors oder des Getriebemotors (4) ein am Fahrradrahmen befestigbarer Halter (15) mit einer Auf­ nahmebohrung (19) und an der dem Halter (15) zugewandten Seite ein zur Antriebswelle (13) des Motors oder Getriebe­ motors (4) exzentrischer Zapfen (20) angebracht ist, der in die Aufnahmebohrung (19) des Halters (15) eingreift, und mit einer Gewindemutter (23) angeschraubt ist, um durch Verdrehung des Motors oder Getriebemotors (4) um seine Ach­ se (13) den Riemen zu spannen und zu lockern.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der exzentrische Zapfen (20) vorzugs­ weise als Gewindezapfen ausgebildet ist und mit einer Ge­ windemutter (23) an dem Halter (15) anschraubbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebswelle (13) des Motors oder Getriebemotors (4) und dem sich darauf frei drehend gelagerten Antriebsrad (24) ein Freilauf (28) vor­ gesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen ein Zahnriemen (7) ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (10) mit Ausnehmungen (32) versehen ist, durch die Kabelbinder (34) hindurch um eine oder mehrere Speichen (33) des Rades (5, 6) geführt werden, um die Scheibe (10) an die Speichen (33) anzubinden.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe (10) mit durch die Speichen (33) ragenden Einhängezapfen (43) versehen ist, auf die der von dem An­ triebsrad (24) gelöste Zahnriemen (7) durch Bildung einer Schlaufe (44) aufgespannt werden kann.

10. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe des Getriebemotors (4) aus einem Planetengetriebe (12) besteht.

11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter (15) als Platte ausgebildet ist und an der von der Aufnahmebohrung (19) abgewandten Seite eine mit Schrauben (18) an der Platte befestigbare Schelle (17) zur Klemmbefestigung des Halters (15) an dem Fahrradrahmenrohr aufweist.