-
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Elektrofahrrad, insbesondere ein elektromotorisch und mit Muskelkraft hybrid betriebenes Pedelec, mit einerKoppelstelle für den Bowdenzug der Gangschaltung des Fahrrads, einer Schalteinrichtung und einer Federeinrichtung zur Regulierung der Auslösekraft für einen Schaltvorgang.
-
Elektrofahrräder sind aus dem Stand der Technik bereits seit vielen Jahren bekannt. Grundsätzlich wird unterschieden zwischen Elektrofahrrädern mit limitierter Tretunterstützung, sog. Pedelecs (pedal electric cycle) und Fahrrädern mit tretunabhängigem Zusatzantrieb, sog. E-Bikes bzw. Elektrorädern ohne Tretantrieb.
-
Ein Elektrofahrrad, insbesondere ein elektromotorisch und mit Muskelkraft hybrid betriebenes Pedelec, hat die Eigenschaft, dass der Elektromotor nur anspringt, wenn in die Pedale getreten wird. Es wird hierbei die Trittkraft des Pedaleurs des Elektrofahrrades durch einen Elektromotor unterstützt, wobei zum Beispiel ein Tretlager-, Vorderradnaben- oder Hinterradnaben-Elektromotor verwendet wird.
-
Für das Einschalten oder die Steuerung des Elektromotors kann beispielsweise die Kraft oder das Drehmoment über ein Signal eines Kraftsensors an den Pedalen, der Tretkurbel, der Kette oder am Rad gemessen werden. Bei einer trittkraftgesteuerten oder drehmomentgesteuerten Ausführungsform wird die Leistung des Elektromotors vollautomatisch an die vom Pedaleur aufgewendete Trittkraft bzw. Drehmoment angepasst. Hierbei sind meist mehrere Leistungsstufen von einem schwachen Eco- bis zum starken Powermodus an einer Displayanzeige oder ähnlichem wählbar.
-
Eine weitere Ausführungsform reguliert die Leistung des Elektromotors mittels sensor-gesteuertem Drehgriffs am Lenker. Zudem ist es möglich, die Tretgeschwindigkeit über ein Signal eines Umdrehungszählers oder Schwellenwertschalters an der Kurbel oder an anderen geeigneten Stellen zu erfassen.
-
Anders als bei Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen wo eine Kupplung den Getriebestrang vom Motor beim Schalten trennt und die Drehzahlunterschiede dadurch relativ welch ausgeglichen werden, ist der Schaltvorgang der Gangschaltung bei Elektrorädern insbesondere mit Tretlager- oder Hinterradnaben-Elektromotoren direkt und hart von einem in den nächsten Gang. Dies gilt umso mehr, wenn das Fahrrad elektromotorisch und mit Muskelkraft hybrid, d. h. unter Doppellast, betrieben wird. Dieser Betrieb unter Doppellast ist jedoch bei Pedelecs kaum vermeidbar, da zum einen der Elektromotor nur läuft, wenn getreten wird und zum anderen, bestimmte Gangschaltungsarten ein Treten erfordern, um von einem Gang in einen anderen Gang schalten zu können. Zudem wird es von einem Pedaleur als angenehm empfunden kontinuierlich weiterzutreten, und unter dem Treten zu schalten.
-
Nabenschaltungen, bei welchen die Schaltung in der Nabe des angetriebenen Hinterrades verbaut ist, sind für Schaltvorgänge unter Last, beispielsweise bei bergauf Fahrten, insbesondere aber unter Doppellast, ungeeignet. So kann es zu Fehlschaltungen, d. h. es erfolgt keine Schaltfunktion durch den Überlastschutz, oder zu mechanisch harten, für die Pedaleur unangenehmen Geräuschen kommen.
-
Bei konventionellen Kettenschaltungen erfolgt, besonders unter hoher Last, d. h. unter Doppellast, ein Aufreiten der Kette, da die Kettenrollen so weit in Lastrichtung rutschen, dass sie nicht mehr einlaufen, sondern an den Zahnspitzen aufliegen. Im Moment, wenn das kleine Ritzel die Kette freigibt, schnappt die Kette unter starkem Ruck in die Zwischenräume am großen Kettenrad bzw. schlägt die entsprechenden Kettenrollen auf die Lastflanken auf. Dies führt zu Überbelastungen und erhöhtem Verschleiß an den entsprechenden Komponenten des Antriebsstranges. Zudem kann es vorkommen, dass ein Kupplungsbauteil kurzzeitig die Verbindung zu allen Elementen des Getriebemechanismus verliert und damit der Pedaleur ins Leere tritt. Dies kann zu Stürzen und/oder Knieverletzungen bei dem Pedaleur führen.
-
Um die vorstehend beschriebenen Nachteile des Stand der Technik zu umgehen, und um Beschädigungen oder einen übermäßigen Verschleiß bei konventionellen Ketten- oder Nabenschaltungen oder der Kette bei einem Schaltvorgang unter Last zu verhindern, ist aus der
WO 2010 066 511 A1 bekannt, das Drehmoment während des Schaltvorgangs der Gangschaltung zu reduzieren. Die Steuerung zur Veränderung des Drehmoments erfolgt dabei am Planetengetriebe, um die vom Hybridantrieb über die Kette auf die Schaltung ausgeübte Last zu reduzieren. Hierzu wird beim Gangwechsel (sowohl beim Runterschalten als auch beim Hochschalten) die Drehzahl bzw. der Antrieb des Elektromotors und somit das Drehmoment am Sonnenrad des Planetengetriebes kurzzeitig reduziert. Dadurch werden weiche und komfortable Schaltvorgänge an der Ketten- oder Nabenschaltung ermöglicht und die Schaltkomponenten geschont. Diese bekannte Schaltungsanordnung am Planetengetriebe ist jedoch aufwändig und fehleranfällig.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine verbesserte, zumindest alternative Schaltungsanordnung bereitzustellen, bei der in einfacher, fehlerunanfälliger und kostengünstiger Weise eine für ein Elektrofahrrad, insbesondere ein elektromotorisch und mit Muskelkraft hybrid betriebenes Pedelec, optimierte Gangschaltung, insbesondere unter Last, erreicht werden kann.
-
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Erfindungsgemäß umfasst die Schaltungsanordnung eine Schalteinrichtung, wobei ein Schaltvorgang der Schalteinrichtung durch eine Betätigung des Bowdenzugs der Gangschaltung des Fahrrads auslösbar ist und mittel- oder unmittelbar auf die Energieversorgung des Elektromotors wirkt. Erfindungsgemäß liefert ein kurzer, durch eine Betätigung des Bowdenzugs der Gangschaltung ausgelöster Kraftimpuls mittel- oder unmittelbar ein Signal an den Elektromotor oder aber unterbricht die Stromzufuhr.
-
Durch eine weitere Koppelstelle für den Bowdenzug der Gangschaltung sind unterschiedliche Positionen für den Seilzug in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung darstellbar, wodurch in Abhängigkeit der verwendeten elektrischen bzw. elektronischen Schalteinrichtung mehr oder weniger Schaltweg erzeugt werden kann. Zudem kann durch eine Federeinrichtung die Auslösekraft für einen Schaltvorgang eingestellt werden. Wird die Auslösekraft überwunden, was insbesondere beim Gangschalten unter Last der Fall ist, erfolgt ein Schaltvorgang der Schalteinrichtung. Kein Schaltvorgang erfolgt hingegen, wenn die Auslösekraft nicht erreicht wird, was insbesondere beim Gangschalten ohne Last der Fall ist. Ein Schaltvorgang unter Last ist abhängig von der auf die Antriebseinrichtung wirkende Kraft oder dem Drehmoment.
-
Demnach kann ein Schaltvorgang unter Last sowohl beim Gangschalten in einen Gang mit einer größeren, wie auch in einen Gang mit einer kleineren Übersetzung erfolgen.
-
Durch die Einstellmöglichkeit der Auslösekraft für einen Schaltvorgang kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an den jeweiligen Schaltungsstrang, insbesondere bei konventionellen Kettenschaltungen angepasst werden. So kann die Auslösekraft in dem zum Gangschalten in einen kleineren Gang vorgesehenen ersten Bowdenzug größer gewählt werden. Dies ist vorteilhaft, da in der Regel bei Fahrten unter hoher Last bzw. Doppellast in einen kleineren Gang geschalten wird.
-
Für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, die in dem zum Gangschalten in einen Gang mit einer größeren Übersetzung vorgesehenen zweiten Bowdenzug ausgebildet ist, sollte die Auslösekraft kleiner gewählt sein. Dies ist vorteilhaft, da in der Regel bei Fahrten unter geringer Last in einen größeren Gang geschalten wird. Wird hingegen, beispielsweise während des Gangschaltens, insbesondere durch Muskelkraft beschleunigt, erfolgt ein Schaltvorgang unter höherer Last, so dass ein Schaltvorgang der Schalteinrichtung auslösbar ist.
-
Zudem kann durch die Einstellmöglichkeit der Auslösekraft die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an die jeweilige Gangschaltung des Pedelecs angepasst werden. So sollte beispielsweise bei einer Nabenschaltung die Auslösekraft kleiner sein als bei einer konventionellen Kettenschaltung.
-
Bei Nabenschaltungen, die über einen Bowdenzug verfügen und über einen Federzug automatisch durch Entlastung des Schaltseils in die nächste Schaltstellung gebracht werden, ist ebenfalls ein Schaltvorgang der Schalteinrichtung sowohl beim Gangschalten in einen Gang mit einer größeren, wie auch in einen Gang mit einer kleineren Übersetzung möglich. Hierbei wirkt in der Normallage, durch die Zugkraft des Bowdenzugs, immer eine Kraft auf der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, die jedoch kleiner ist als die Auslösekraft für einen Schaltvorgang. Diese Kraft wird erhöht, wenn in einen kleineren Gang geschalten wird, bzw. wird erniedrigt, wenn in einen größeren Gang geschalten wird.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt zudem die Erkenntnis zu Grunde, dass durch die Betätigung des Bowdenzugs der Gangschaltung lediglich geringe Schaltwege von einem in den nächsten Gang und geringe Kräfte (von Hand bzw. Fingern) für einen Schaltvorgang der Schalteinrichtung zur Verfügung stehen. Zudem wird von der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung das Problem gelöst, dass der Schalthebel der Gangschaltung nicht mehr in die ursprüngliche Lage zurückkehrt sondern sich immer weiter von Gang zu Gang, d. h. durch eine Betätigung des Bowdenzugs der Gangschaltung, von der Ausgangslage entfernt.
-
In einer einfachen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung kann der Schaltvorgang der Schalteinrichtung durch eine Betätigung des Bowdenzugs die Energieversorgung des Elektromotors unterbrechen. Die lässt sich am einfachsten mit einem Taster als Schalteinrichtung realisieren, der nach dem Schaltvorgang der Schalteinrichtung in die Ausgangslage zurückkehrt.
-
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung übermittelt ein durch die Betätigung des Bowdenzugs ausgelöster Schaltvorgang ein Signal an ein elektronisches Steuergerät, das die Energieversorgung des Elektromotors steuert. Dies hat den Vorteil, dass der Elektromotor kurzfristig über das Steuergerät in der Leistungsabgabe herunter geregelt werden kann, was zu einer sanften Gangschaltung führt. Die auf der Ketten- oder Nabenschaltungen liegende Last (Doppellast) während der Gangschaltung vermindert sich dabei um die elektromotorische Kraft (Last).
-
In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung übermittelt ein durch die Betätigung des Bowdenzugs ausgelöster Schaltvorgang ein Signal an ein elektronisches Steuergerät, das den Elektromotor kurzfristig über das Steuergerät in der Leistungsabgabe herunter regelt und anschließend wieder auf die volle bzw. eingestellte Leistung hinauf regelt. Dies hat den Vorteil, dass während der Gangschaltung keine für den Pedaleur unangenehmen Schubschwankungen oder Schubunterbrechungen auftreten.
-
Ein Schaltvorgang der Schalteinrichtung kann grundsätzlich drahtlos oder drahtgebunden übermittelt werden. So kann die Schalteinrichtung, beispielsweise ein Mikroschalter oder ein Mikrotaster, eine entsprechende Funkeinrichtung umfassen, die ein Signal an ein elektronisches Steuergerät übermittelt. Eine drahtgebundene Schalteinrichtung ist demnach mittelbar, d. h. über ein Steuergerät, oder unmittelbar mit dem Elektromotor verbunden. Die Wahl einer geeigneten Schalteinrichtung für die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist dem Fachmann überlassen. So kann die Schalteinrichtung beispielsweise ein mechanischer Taster, ein Druckschalter, ein Mikroschalter, ein Drucksensor oder ein optischer Näherungssensor sein. Wirkt immer eine Kraft auf die Schalteinrichtung, wie dies beispielsweise bei einer Nabenschaltung mit einem Bowdenzug der Fall ist, ist ein Drucksensor, der eine Änderung des Kraftimpulses sensiert, als Schalteinrichtung bevorzugt.
-
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann beispielsweise im Drehgriff für den Bowdenzug der Gangschaltung ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Schaltungsanordnung im Bowdenzug der Gangschaltung zwischen Handhebel und Schaltnabe in der Nähe des elektronischen Steuergeräts ausgebildet ist.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Verwendung des unbestimmten Artikels ”ein” ist nicht beschränkend aufzufassen, da die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in jedem Bowdenzug einer Gangschaltung eines Elektrofahrrads ausgebildet sein kann. Auch kann der Schaltvorgang der Schalteinrichtung durch eine Betätigung des Bowdenzugs beim Gangschalten in einen Gang mit einer größeren wie auch bei Gangschalten in einen Gang mit einer kleineren Übersetzung auslösbar sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche, ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
-
Dabei zeigt schematisch die einzige Figur:
-
1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäße Schaltungsanordnung entlang einer Schnittebene.
-
Entsprechend der Figur weist die Schaltungsanordnung 1 zwei Schenkel 2, 3 auf. Die Schenkel 2, 3 sind über ein Gelenk oder eine Federanordnung 4 miteinander verbunden. Durch eine Zugkraft des ein Seil 5 und eine Hülse 6 umfassenden Bowdenzugs 7 der Gangschaltung können die beiden Schenkel 2, 3 der Schaltungsanordnung 1 aneinander gepresst werden.
-
Über die Wahl der Koppelstelle 8 oder 9 für den Bowdenzug 7 kann der Schaltweg in Abhängigkeit der verbauten Schalteinrichtung 10 eingestellt werden. So benötigt beispielsweise ein mechanischer Schalter oder Taster, wie in der 1 dargestellt, einen längeren Schaltweg als beispielsweise ein Näherungssensor, so dass für den Bowdenzug 7 die Koppelstelle 8 zu verwenden ist.
-
Ist hingegen in der Schaltungsanordnung 1, beispielsweise ein Drucksensor als Schalteinrichtung 10 verbaut, dann wäre für den Bowdenzug 7 die Koppelstelle 9 zu verwenden, da damit eine höhere Auslösekraft mit einem gleichzeitig geringeren Schaltweg erzielt werden kann. Zudem kann durch die Federeinrichtung 11 über eine Stellschraube 12 die Auslösekraft für einen Schaltvorgang eingestellt werden. Wird die Auslösekraft überwunden, erfolgt ein Schaltvorgang der Schalteinrichtung, wohingegen kein Schaltvorgang erfolgt, wenn die Auslösekraft beim Gangschalten nicht erreicht wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Schaltungsanordnung
- 2
- Schenkel
- 3
- Schenkel
- 4
- Gelenk
- 5
- Seil
- 6
- Hülse
- 7
- Bowdenzug
- 8
- Koppelstelle
- 9
- Koppelstelle
- 10
- Schalteinrichtung
- 11
- Federeinrichtung
- 12
- Stellschraube
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
