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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, mit einer Antriebseinheit,
die ein motorgetriebenes Ausgangsrad aufweist.
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Bekannt
sind Antriebsvorrichtungen in der Form eines Radnabenmotors sowie
Antriebseinheiten, bei denen ein Motor über ein Getriebe am Tretlager
oder am Hinterrad des Fahrrads angreift.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Antriebsvorrichtung zu schaffen, die
sich auf besonders einfache Weise an einem Fahrrad nachrüsten läßt und eine
sichere Übertragung
des Antriebsdrehmoments erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein koaxial zu einem Rad des Fahrrads zu montierendes Antriebsrad
und einen Halter, mit dem die Antriebseinheit in einer solchen Position
am Fahrrad zu montieren ist, daß das
Ausgangsrad durch das Eigengewicht der Antriebseinheit und/oder
durch das Reaktionsmoment des übertragenen
Antriebsdrehmoments in drehmomentübertragendem Eingriff mit dem
Antriebsrad gehalten wird.
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Das
Antriebsrad läßt sich
mit wenigen Handgriffen beispielsweise an der Nabe des Vorderrades montieren,
so daß es
auf einer Seite der Speichen des Vorderrades angeordnet ist. Der
Halter läßt sich ebenso
einfach beispielsweise an der Gabel des Fahrrads anbringen. Die
schwenkbare Lagerung der Antriebseinheit stellt dann einen zuverlässigen Eingriff
zwischen dem Ausgangsrad der Antriebseinheit und dem Antriebsrad
her. Auf diese Weise kann schon bei verhältnismäßig geringem Gewicht der Antriebseinheit
und ohne Einsatz zusätzlicher
Federn zum Vorspannen der Antriebseinheit ein hohes Antriebsdrehmoment übertragen
werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bevorzugt
handelt es sich bein dem Ausgangsrad und dem Antriebsrad um Zahnräder. Wahlweise
können
sie jedoch auch geeignete Reibbeschichtungen und/oder -profilierungen
(z. B. keilförmige
Profile) aufweisen und miteineander in Reibberührung stehen.
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Das
Antriebsrad kann mit Mitnehmern in die Speichen des Rades eingreifen,
so daß das
Antriebsdrehmoment übertragen
werden kann, ohne daß hierfür eine spezielle
Gestaltung der Achse des Rades erforderlich ist.
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Die
Antriebseinheit kann einen elektrischen Motor und zugehörige Batterien
aufweisen, die auf entgegengesetzten Seiten des angetriebenen Rades,
also beispielsweise des Vorderrades, angeordnet sind. Das hat den
Vorteil, daß das
Gewicht des Motors durch das Gewicht der Batterie ausbalanciert wird.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Antriebseinheit
einen Stellhebel auf, mit dem sie sich in einer Ruhestellung fixieren läßt, in der
das Ausgangsrad nicht mit dem Antriebsrad kämmt. Das erlaubt es, bei Bedarf,
beispielsweise auf einer Gefällstrecke
oder wenn die Batterie geleert ist, mit einem einzigen Handgriff
in einen Betriebsmodus umzuschalten, in dem der Hilfsmotor abgekoppelt
ist und somit kein Bremsdrehmoment ausübt.
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Der
Halter ist vorzugsweise so gestaltet, daß sich die Antriebseinheit
lösbar
und schwenkbar einhängen
läßt. Somit
kann die Antriebseinheit mühelos demontiert
werden, wenn das Fahrrad ohne Hilfsmotor benutzt werden soll.
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Im
folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Vorderrades eines Fahrrads mit einer
erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung;
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2 eine
Ansicht des Vorderrades bei abgenommener Antriebseinheit;
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3 eine
Seitenansicht des Vorderrades und Einzelheiten der Antriebsvorrichtung;
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4 eine
Detaildarstellung der Antriebsvorrichtung in ihrer Gebrauchsstellung;
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5 eine
Detaildarstellung der Antriebsvorrichtung in ihrer Ruhestellung;
und
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6 Teile
des Vorderrades und der Antriebsvorrichtung in einer Frontansicht.
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In 1 sind
Teile eines Rahmens 10 einschließlich eines Steuerkopfes 12 sowie
eine Gabel 14 und ein Vorderrad 16 eines Fahrrads
zu erkennen.
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Eine
Antriebseinheit 18 weist ein Gehäuse 20 für einen
elektrischen Motor 22 auf einer Seite des Vorderrades 16 und
ein Gehäuse 24 für nicht
gezeigte wiederaufladbare Batterien auf der gegenüberliegenden
Seite des Vorderrades auf. Die beiden Gehäuse 20, 24 sind
durch eine in Abstand oberhalb des Vorderrades verlaufende Traverse 26 starr
miteinander verbunden.
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Auf
der Achse des Vorderrades 16 ist auf einer Seite ein als
Zahnrad ausgebildetes Antriebsrad 28 montiert, das in Achsrichtung
gesehen zwischen der Nabe und den Speichen 30 des Vorderrades
und dem betreffenden Schenkel der Gabel 14 liegt. Das Antriebsrad 28 weist
eine Mittelöffnung
auf, mit der es sich auf die Achse des Vorderrades aufschieben läßt, ohne
daß eine
unmittelbare drehfeste Verbindung zwischen der Achse und dem Antriebsrad
bestehen muß.
Stattdessen wird eine drehfeste und somit drehmomentübertragende
Verbindung zwischen dem Antriebsrad 28 und dem Vorderrad 16 dadurch hergestellt,
daß das
Antriebsrad mit nicht gezeigten Mitnehmern in die Speichen 30 eingreift
oder mit nicht gezeigtem Clips auf diese Speichen aufgeclipst ist.
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Der
Radius des Antriebsrades 28 ist kleiner als der Radius
des Vorderrades 16 und beträgt im gezeigten Beispiel etwa
die Hälfte
des Radius des Vorderrades. Die erwähnten Clips, mit denen das
Antriebsrad auf den Speichen gehalten ist, können deshalb relativ weit außen sitzen,
so daß ohne übermäßige Belastung
der Speichen ein hohes Drehmoment übertragen werden kann.
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Aufgrund
seines verhältnismäßig großen Radius
reicht das Antriebsrad 28 an das Gehäuse 20 für den Motor 22 heran,
und es kämmt
dort mit einem weitenen Zahnrad, nämlich einem Ausgangsrad 32 (3)
der Antriebseinheit. Dieses Ausgangsrad 32 kann direkt
auf der Abtriebswelle des Motors 22 sit zen, kann jedoch
wahlweise auch über
ein nicht gezeigtes Zwischengetriebe (z. B. Zahnradgetriebe, Riemen-
oder Kettentrieb) mit dem Motor 22 in Antriebsverbindung
stehen. Durch den kämmenden Eingriff
des Ausgangsrads 32 mit dem Antriebsrad 38 kann
das Ausgangsdrehmoment des Motors 22 sicher auf das Vorderrad übertragen
werden, ohne daß die
Gefahr eines Durchrutschens des Antriebs besteht.
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In 2 ist
die Antriebseinheit 18 getrennt von dem Fahrrad dargestellt,
um zu illustrieren, wie sich die Antriebseinheit montieren und demontieren läßt. An den
Gehäusen 20 und 24 ist
jeweils auf der der Gabel 14 zugewandten Seite ein Haltearm 34 starr
angebracht. Ein Halter für
die Antriebseinheit 18 wird durch zwei Schellen 36 gebildet,
die beiderseits des Vorderrades an der Gabel 14 montiert
sind und jeweils zur Aufnahme eines der Haltearme 34 ausgebildet
sind. Jede Schelle 36 wird im wesentlichen durch zwei parallele
Platten gebildet, die auf der Vorderseite der Gabel durch zwei Querstifte
verbunden sind. Einer dieser Querstifte, der näher zur Gabel gelegen ist,
bildet ein Schwenklager 38, und der weiter vorn gelegene
Querstift 40 bildet ein Stützlager 40 für den Haltearm 34.
Die Haltearme 34 weisen jeweils an der Rückseite
eine halbkreisförmige
Kerbe 42 auf, mit der sie das Schwenklager 38 umgreifen.
Aufgrund ihres Eigengewichts hat die Antriebseinheit dann die Tendenz,
um das Schwenklager 38 nach unten zu schwenken, und dabei
legt sich das Stützlager 40 in
eine Kontur 44 an der Unterseite des Haltearms, die so
geformt ist, daß die
Kerbe 42 mit dem Schwenklager 38 in Eingriff bleibt.
Aufgrund dieser Gestaltung läßt sich
die Antriebseinheit 18 sehr einfach mit einem einzigen
Handgriff an den Schellen 36 einhängen und ebenso einfach wieder
lösen.
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Gemäß 1 wird
die Antriebseinheit in einer Position gehalten, in der vor dem Steuerkopf 12 ausreichend
für eine
Lampe, eine Felgenbremse und dergleichen verbleibt.
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In 3 ist
das mit dem Antriebsrad 28 kämmende Ausgangsrad 32 der
Antriebseinheit 18 zu erkennen. Außerdem sieht man hier, wie
der Haltearm 34 an dem Schwenklager 38 und dem
Stützlager 40 gehalten
ist.
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Auf
der in 3 sichtbaren rechten Seite des Vorderrades ist
außerdem
an dem Gehäuse 20 ein teils
innerhalb und teils außerhalb
dieses Gehäuses lie gender
Stellhebel 46 angeordnet, der in 3 nur strichpunktiert
angedeutet ist. Dieser Stellhebel 46 ist durch ein Gelenk 48 schwenkbar
mit dem Haltearm 34 verbunden und weist an seinem außerhalb
des Gehäuses 20 liegenden
freien Ende eine Rastkontur auf, die das Stützlager 40 umgreift.
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4 ist
eine Ausschnittsvergrößerung zu 3.
Der Stellhebel 46 befindet sich hier in einer Position,
in der er den kämmenden
Eingriff des Ausgangsrads 32 mit dem Antriebsrad 28 zuläßt. Die Schwenkbewegung
der Antriebseinheit um das Schwenklager 38 wird folglich
dadurch begrenzt, daß Ausgangsrad 32 mit
dem Antriebsrad 28 in Eingriff tritt, bevor das Stützlager 40 den
höchsten
Punkt der buchtförmigen
Kontur 44 des Haltearms 34 erreicht. Folglich
verstärkt
das Eigengewicht der Antriebseinheit den Eingriff zwischen Ausgangsrad
und Antriebsrad.
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Durch
die Antriebseinheit wird das Antriebsrad 28 und damit das
gesamte Vorderrad im Gegenuhrzeigersinn in 4 angetrieben.
Das Ausgangsrad 32 rotiert folglich im Uhrzeigersinn, wie
in 4 durch einen Pfeil angegeben ist. Das Antriebsrad 28 übt dabei
auf das Ausgangsrad 32 und letztlich auf die gesamte Antriebseinheit
eine Reaktionskraft auf, die in 4 nach rechts,
also zur Gabel hin gerichtet ist. Da der Eingriffspunkt zwischen
Ausgangsrad und Antriebsrad tiefer liegt als das Schwenklager 38,
führt diese
Reaktionskraft dazu, daß auf
die gesamte Antriebseinheit ein Drehmoment wirkt, das die Wirkung des
Eigengewichts der Antriebseinheit unterstützt und die Zahnräder fester
miteinander in Eingriff hält.
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Wenn
nun der Radfahrer die Antriebseinheit auskuppeln möchte, beispielsweise
weil die Batterien erschöpft
sind, so erfaßt
er die Antriebseinheit 18 beispielsweise an der Traverse 26 (1)
und zieht diese nach oben. Dabei schwenkt der Haltearm 34 um das
Schwenklager 38, und das Ausgangsrad 32 kommt
vom Antriebsrad 28 frei, wie in 5 gezeigt ist.
Der Stellhebel 46 nimmt an der Schwenkbewegung teil, da
er durch das Gelenk 48 mit dem Haltearm 34 verbunden
ist, trifft dann jedoch mit einem an seinem unteren Ende gebildeten
Haken 50 auf das Stützlager 40 und
wird dadurch relativ zu dem Haltearm 34 im Uhrzeigersinn
in 5 verschwenkt. Auf diese Weise gelangt das Stützlager 40 in
eine andere Rast des Stellhebels, die durch eine Nase 52 begrenzt
ist.
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Wenn
nun der Radfahrer die Antriebseinheit wieder losläßt, hat
diese aufgrund ihres Eigengewichts die Tendenz, den Haltearm 34 abwärts um das Schwenklager 38 zu
verschwenken. In der in 5 gezeigten Stellung bilden
jedoch das Schwenklager 38, das Gelenk 48 und
das Stützlager 40 ein
stumpfwinkliges Dreieck. Wenn der Haltearm 34 (mit dem Gelenk 48)
nach unten schwenken würde,
so würde der
Winkel bei dem Stützlager 40 weiter
zunehmen, bis schließlich
alle drei Punkte auf einer Linie lägen. Dabei maßte sich
der Abstand zwischen dem Gelenk 48 und dem Stützlager 40 verkürzen. Das
wird jedoch durch die Nase 52 verhindert. Folglich bewirkt
die Nase 52 eine Arretierung der gesamten Antriebseinheit
in der in 5 gezeigten ausgekuppelten Position.
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Wenn
der Fahrer den Antrieb wieder einkuppeln möchte, kann er mit der rechten
Hand den vorderen Teil des Stellhebels 46 erfassen, der
innerhalb des zur Seite offenen Gehäuses 20 liegt und
diesen Teil des Stellhebels nach vorn schwenken. Das Gehäuse 20 verhindert
dabei, daß er
versehentlich in die Speichen des Vorderrades greift. Der Stellhebel 46 schwenkt
dann im Gegenuhrzeigersinn in 5 um das
Gelenk 48, so daß die
Nase 52 das Stützlager 40 freigibt
und folglich die gesamte Antriebseinheit in die in 4 gezeigte
Position zurückfallen kann.
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6 zeigt
Teile der Antriebseinheit 18 und des Vorderrades 16 in
einer Ansicht von vorn. Man erkennt hier, daß das Ausgangsrad 32 einen
Spurkranz 54 aufweist, der einen entsprechenden Spurkranz 56 des
Antriebsrads 28 übergreift
und so für
einen sicheren Zahnradeingriff sorgt.
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Ein
wesentlicher Vorteil der hier vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung
ist darin zu sehen, daß sie sich
sehr einfach bei einem bestehenden Fahrrad nachrüsten läßt, ohne daß auf Seiten des Fahrrads besondere
Anpassungen erforderlich sind.
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Während hier
als Beispiel eine Antriebsvorrichtung für das Vorderrad des Fahrrads
gezeigt ist, läßt sich
auf analoge Weise auch eine Antriebsvorrichtung für das Hinterrad
verwirklichen.
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Wenn
der Eingriff zwischen dem Ausgangsrad 32 und dem Antriebsrad 28 maßgeblich
durch das Eigengewicht der Antriebseinheit 18 sichergestellt wird,
läßt sich
der Kraftfluß auch
umkehren, so daß etwa
auf Gefällstrecken
der Motor als Generator betrieben werden kann, um die Batterien
wieder nachzuladen. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der Höhenunterschied
zwischen dem Eingriffspunkt der Zahnräder und dem Schwenklager 38 nicht zu
groß ist.