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Stand der Technik
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Am Tretlager eines Fahrrades angebrachte Zusatzantriebe sind kompakte Einheiten, z. B. ausgestattet mit Gleichstrommotor, Getriebe und elektronischer Steuerung.
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Sie weisen gegenüber den ebenfalls im Fahrrad eingesetzten Radnabenantrieben Vorteile auf. Tretlagerantriebe können, ebenso wie der Radler, die im Fahrrad eingesetzten Schaltungen nutzen. Dadurch kann der Motor des Antriebes auch bei langsamer Bergfahrt im optimalen Drehzahlbereich arbeiten.
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Radnabenantriebe können das nicht. Dies bedeutet dass der Radnabenmotor vor allem am Berg einen schlechten Wirkungsgrad hat. Was einen hohen Energieverbrauch und geringes Steigvermögen bedingt.
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Anderseits sind Tretlagerantriebe teurer, da deren Integration in das Fahrrad komplizierter ist.
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Derzeit haben sich 2 Konstruktionsprinzipien für die Anbringung von Tretlagerantrieben bei den Elektrofahrrädern durchgesetzt.
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Beim Prinzip A passt sich der Fahrradhersteller mit seiner Rahmenkonstruktion an die Bauweise des Motors an. Der Fahrradrahmen wird mit den vom Antriebshersteller vorgesehenen Aufnahmepunkten konstruiert. Der Rahmen ist danach nur für diesen Antriebstyp verwendbar. Dieses Vorgehen bindet den Fahrradhersteller an den Antriebslieferanten.
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Die Kraftübertragung des Antriebes erfolgt entweder direkt auf die Tretkurbel oder durch ein Ritzel das in die Antriebskette des Fahrrades eingreift.
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Bisher können die Tretlagerantriebe, z. B. der 2 Marktführer Bosch und Panasonic, konstruktionsbedingt nur ein Kettenblatt an der Tretkurbel betreiben. Dies reduziert die Anzahl der Gänge der Kettenschaltung und den Übersetzungshub beträchtlich. Dem Zusatzantrieb und dem Radler stehen nur ca. 10 gegenüber den sonst üblichen 20 bis 30 Gängen zur Verfügung. Was die Steigfähigkeit und Effizienz am Berg reduziert.
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Beim Prinzip B wird der Antrieb mittels einer individuell zugeschnittenen Halterung, zum Beispiel mit Schellen am Unterrohr, an die fast unzähligen Versionen der Fahrradrahmen angepasst. Auch das anschweißen oder ankleben einer Halterung an den Fahrradrahmen wird praktiziert. Die Antriebshalterung ist dann fast immer ein individuelles Einzelstück.
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Ein weiterer Nachteil sind die auftretende Torsionskräfte bei Volllast des Antriebes.
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Die Kettenschaltung mit ca. 30 Gängen kann jedoch meist genutzt werden. Die Kraftübertragung vom Antrieb auf die Tretkurbel erfolgt z. B. über eine Kette auf ein zusätzliches Kettenblatt an der Tretkurbel. Das Prinzip eignet sich sowohl für fabrikneue Räder als auch zur Nachrüstung.
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Das Problem
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Die beschriebenen Prinzipien A und B stehen bis heute einer Standardisierung und somit kostengünstigen Produktion von Fahrrädern mit dem vorteilhaften Tretlagerantrieb im Wege. Das Prinzip A hat zudem den Nachteil, dass die Kettenschaltungen nicht vollumfänglich genutzt werden können da nur ein Kettenblatt am Tretlager montiert werden kann.
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Die Lösung des Problems
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Benötigt wird eine standardisierte Antriebsbefestigung die es ermöglicht, dass sich die unterschiedlichsten Fahrradrahmen mit verschiedenen Antrieben ohne größere Anpassungen kombinieren lassen. Dabei dürfen wichtige Systemfunktionen wie zum Beispiel die vollumfängliche Nutzung der Fahrradschaltungen nicht verloren gehen. Durch das neue Konzept der Erfindung werden leistungsfähigere, leichtere und qualitativ verbesserte Produkte ermöglicht. Die Standardisierung führt zu niedrigen Herstellkosten und einer einfachen Logistik.
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Die Erfindung
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Die beschriebenen Probleme werden mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.
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Mit der Erfindung wird erreicht dass fast alle Rahmenvarianten mit Tretlagerantrieben unterschiedlicher Größe und Bauform mittels einer standardisierten Baueinheit der sogenannten Antriebshalterung kombiniert werden können, ohne dass der Fahrradrahmen oder der Antrieb konstruktiv verändert werden muss. Zudem ist die Montage von bis zu 4 Kettenblättern an der Tretkurbel möglich 1 Kettenblatt dient der Kraftübertragung vom Antrieb auf die Tretkurbel und bis zu 3 Kettenblätter stehen für die Kettenschaltung zur Verfügung.
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Diese Vorteile werden erreicht durch eine Befestigung des Antriebes mittels einer freitragenden Halterung, die ausschließlich am Tretlager mit dem Rahmen verschraubt ist. Ein weiterer Aspekt ist, dass dadurch diese Art der Befestigung eine Übertragung der Schwingungen des Antriebes auf den Fahrradrahmen reduziert werden, was sich positiv auf die Geräuschentwicklung auswirkt. Außerdem werden Torsionskräfte die bei Prinzip B auf den Rahmen wirken können, vermieden.
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Durch die mit der Erfindung geschaffenen Möglichkeit einer variablen Positionierung des Antriebes ergeben sich weitere Vorteile.
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Z. B. wird durch den Zug der Antriebskette eine radiale Kraft auf den Antrieb und seine Halterung erzeugt. Um diese aufzufangen, kann der Antrieb direkt vor bzw. unter einem Rahmenrohr, z. B. dem Unterrohr, positioniert werden. Damit wird ein radiales auswandern der Halterung durch anliegen des Motorgehäuses am Rahmenrohr, gestoppt. Aufwendige konstruktive Maßnahmen werden dadurch vermieden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden beschrieben.
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Die Antriebshalterung besteht aus 1 oder 2 Trägern z. B. in Form von Konstruktionsplatten, Flachprofilen oder Halteplatten etc. Das eine Ende der Konstruktionsplatte ist jeweils für die Montage am Tretlager und das andere für die Aufnahme des Antriebes ausgelegt. Die zwei Konstruktionsplatten werden rechts und links des Tretlagers mit dem Rahmen lose verschraubt. Danach wird der Antrieb an den z. B. als Langlöcher ausgeführten Aufnahmepunkten am anderen Ende der Konstruktionsplatte befestigt. Nach erfolgter Montage, sitzen Antriebseinheit und Tretlager, in rechtwinkliger Position, zwischen den beiden Konstruktionsplatten. Die Antriebseinheit kann nun mit der Halterung wie ein Uhrzeiger um die Tretlagerachse gedreht und auf einer Kreisbahn in die gewünschte Position gebracht werden z. B. vor dem Unterrohr oder zwischen dem Unterrohr und dem Sattelrohr etc. Nach der Positionierung werden die zwei Konstruktionsplatten durch das anziehen der Hülsenschrauben am Tretlager mit dem Fahrradrahmen fest verschraubt. Die Halterung mit dem montierten Antrieb am Ende ist eine freitragende Konstruktion.
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Schutzanspruch 2 ermöglicht die Montage der Konstruktionsplatten auch an Fahrradrahmen die mit einer standardisierten Montageplatte am Tretlager ausgerüstet sind.
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Durch kreisförmig ausgeführte Langlöcher in der Konstruktionsplatte kann auch bei dieser Version die Position der Halterung in einem eingeschränkten Bereich in der Position justiert werden.
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Schutzanspruch 3 sieht vor, die Aufnahmeeinrichtung für den Antrieb so auszuführen, dass die Distanz zwischen Antrieb und Tretlager verändert werden kann um z. B. die Kette vom Antriebsritzel zum Kettenblatt am Tretlager auf die richtige Spannung einzustellen.
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Schutzanspruch 4 sieht vor die Konstruktionsplatten um einen Bügel zu ergänzen mit dem die auf die Halterung wirkende Radialkräfte, z. B. am Unterrohr abgestützt werden können.
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Schutzanspruch 5 stellt eine alternative zum Schutzanspruch 3 dar. Dabei wird die Kettenspannung durch einen an der Konstruktionsplatte angebauten Kettenspanner justiert.