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Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher, der bei einem Zweirad, insbesondere einem elektrisch betreibbaren Fahrrad, verwendet werden kann sowie ein Rahmenelement zum Einsatz an einem Fahrrad, welches den Energiespeicher aufnehmen kann.
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Stand der Technik
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Bei der Nutzung von elektrisch betriebenen Fahrrädern besteht die Notwendigkeit, den zugehörigen Energiespeicher, z. B. einen Akkumulator am Fahrrad 100 (siehe 1) unterzubringen, möglichst ohne die Beweglichkeit des Fahrers einzuschränken. Üblicherweise wird der Energiespeicher am Fahrradrahmen, bestehend aus Unterrohr 110 und Sattelrohr 120 ggf. auch Oberrohr 130 befestigt. Dabei besteht gerade beim Sattelrohr 120 die Möglichkeit, den Energiespeicher im Rahmendreieck 110, 120 und 130 oder zwischen Sattelrohr 120 und Hinterrad anzubringen. In letzterem Fall vergrößert sich dabei der Abstand zwischen Tretkurbel und Hinterradachse, um genügend Platz für den meist voluminösen Energiespeicher zu schaffen. Eine weitere Möglichkeit der Unterbringung des Energiespeichers besteht darin, diesen am Gepäckträger 140 zu befestigen.
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Aus der Schrift
EP 240 99 07 A1 ist Fahrrad bekannt, bei dem ein Rahmenelement mit einer Ausnehmung zur Aufnahme eines Bereichs einer Energieversorgungseinrichtung vorgesehen ist. Diese Ausnehmung in dem Hohlprofil als ein im Querschnitt geschlossenes, U-förmiges Hohlprofil gebildet.
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Offenbarung der Erfindung
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Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Rahmenelement für einen Fahrradrahmen bzw. der dazu gehörige Fahrradrahmen beschrieben, der dazu geeignet ist, eine Energieversorgungseinheit, z. B. einen Akkumulator oder eine Batterie in besonderer Art und Weise aufzunehmen. Hierzu ist auch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Energieversorgungseinheit notwendig, die zusammen mit dem Rahmenelement wirksam bei einem Fahrrad, z. B. einem elektrisch antreibbaren Fahrrad, zum Einsatz kommen kann.
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Das für die Erfindung verwendete Rahmenelement kann zumindest als Teil eines Sattelrohrs, eines Unterrohrs oder auch eines Oberrohrs eines Fahrradrahmens verwendet werden. Erfindungsgemäß weist es ein unteres Rahmenbauteil auf, auf dem ein oberes Rahmenbauteil in wenigstens einem Teil der länglichen Erstreckung des Rahmenelements als Erhebung über das untere Rahmenbauteil angeordnet ist.
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Der Vorteil einer derartigen Anordnung besteht in der einfachen Bereitstellung einer Aufnahme für eine Energieversorgungseinheit oder allgemein Energiespeicher am Rahmen eines elektrisch antreibbaren Fahrrads, bei der gleichzeitig die strukturelle Integrität, d. h. die Stabilität des Rahmens gewahrt bleibt.
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Die Ausgestaltung des Rahmenelements in Form eines oberen und eines unteren Rahmenbauteils kann sowohl einstückig, d. h. aus einem Teil erfolgen oder mittels dem (fest) Zusammenfügen zweier einzelner Teile erfolgen, beispielsweise indem das obere Rahmenbauteil auf das untere aufgeschweißt wird.
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Zur besseren Positionierung der Energieversorgungseinheit ist die Erhebung durch das obere Rahmenbauteil mittig auf dem unteren Rahmenbauteil vorgesehen. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das so entstandene Rahmenelement wenigstens teilweise ein T-Profil im Querschnitt darstellt. Diese T-Form hat sich als besonders stabil herausgestellt, da sie gegenüber Verdrehungen und Verbiegungen äußerst strapazierfähig ist.
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Zur besseren Positionierung des Energiespeichers sowie einer eventuellen Aufbringungen des oberen Rahmenbauteils kann vorgesehen sein, dass das untere Rahmenbauteil im Bereich der Erhebung im Wesentlichen planar ausgebildet ist. Somit kann die Energieversorgungseinheit eben auf dem unteren Rahmenelement aufliegen. Ebenso erleichtert eine ebene Fläche des unteren Rahmenbauteils das Aufbringen des oberen Rahmenbauteils, da ebene bzw. planare Flächen besser miteinander verbunden werden können.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das untere Rahmenbauteil einen ellipsoiden, einen ovalen, einen halbkreisförmigen, einen plattenförmigen oder einen kissenartigen Querschnitt aufweist. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass das untere Rahmenbauteil als Hohlprofil oder zumindest streckenweise als Hohlprofil ausgestaltet ist.
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Für Befestigungszwecke, beispielsweise für ein Schloss, ist in der Erhebung des oberen Rahmenbauteils eine seitliche Öffnung vorgesehen. Diese seitliche Öffnung kann sowohl in ihrer länglichen Erstreckung auf einen kleinen Bereich begrenzt oder über den größeren Teil der Erhebung ausgedehnt sein. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass diese Öffnung durch die gesamte Breite der Erhebung hindurch reicht.
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Die erfindungsgemäße Energieversorgungseinheit, die zum Anbringen an das erfindungsgemäße Rahmenelement geeignet ist und bei entsprechender Anbringung mit diesem eine Einheit bildet, weist eine Abschnitt auf einer unteren Seite auf, die eine Ausnehmung beinhaltet, die im Wesentlichen dem oberen Rahmenbauteil entspricht.
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Durch diese Anpassung der Ausnehmung an das obere Rahmenbauteil kann eine optimierte und passgenaue Anbringung des Energiespeichers an dem Fahrradrahmen erfolgen. Indem zusätzlich weitere Halterungselemente, z. B. verformbare und elastische Bauelemente in der Ausnehmung oder an der Erhebung angebracht werden, kann zusätzlich eine Dichtung und/oder eine Fixierung gegenüber einer Bewegung erreicht werden. Eine derartige Fixierung kann jedoch auch durch ein Schloss erfolgen, welches seitlich in dem Energiespeicher vorgesehen ist und in die Öffnung der Erhebung bzw. des oberen Rahmenbauteils oder auch hindurch greift. Diese Form der Schließvorrichtung kann beispielsweise mittels eines Bolzens erfolgen. Alternativ kann eine derartige Schließvorrichtung auch elektrisch aktiviert werden, indem ein Stift, ein Bolzen oder ein Haken in die Öffnung oder eine entsprechende Aufnahme eingreift, wenn ein Aktor innerhalb des Energiespeichers aktiviert wird. Eine derartige Schließvorrichtung kann beispielsweise auch vollkommen in der Ausnehmung integriert sein.
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Die Ausnehmung der Energieversorgungseinheit kann sowohl in der unteren Seite vollständig vom Gehäuse der Energieversorgungseinheit eingeschlossen sein aber auch über die gesamte Länge verlaufen, so dass sie an beiden Längsseiten offen ist.
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Der Aufbau der Energieversorgungseinheit kann derart gestaltet sein, dass in ihrem Inneren die einzelnen Energiezellen U-förmig um die Ausnehmung herum angeordnet sind. Dabei können mehrere Energiezellen hintereinander angeordnet sein. Der Vorteil bei einer derartigen Anordnung besteht darin, dass die Einzelzellen leichter entwärmt werden können, da jede Zelle direkten thermischen Kontakt zur Außenwand besitzt.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch ein Fahrrad mit möglichen Befestigungsorten von Energiespeichereinrichtungen. In 2 wird schematisch der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Rahmenelements und eines darauf angeordneten erfindungsgemäßen Energiespeichers dargestellt. In der 3 wird der interne Aufbau des erfindungsgemäßen Energiespeichers gezeigt. Alternative Anordnungen von Energiespeichereinheit und Rahmenelement wird in den 4 und 5 gezeigt. In der 6 wird eine spezielle Form der erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit dargestellt. Anhand eines Tiefeinsteigers wird in 7 die Positionierung des erfindungsgemäßen Rahmenelements sowie der Anbringung der entsprechenden Energiespeichereinheit gezeigt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie eingangs bereits ausgeführt, werden bei den derzeit gebräuchlichen Elektrofahrrädern die für den Antrieb benötigten Energiespeicher typischerweise als Anbauprodukte an den vorgefertigten Fahrradrahmen vorgesehen. Um jedoch diese zusätzlichen Anbauten zu verhindern, die zudem auch teilweise den Fahrkomfort schmälern, z. B. indem zu wenige Anbaumöglichkeiten für Pumpe oder Trinkflaschen übrig bleiben, wird in der vorliegenden Erfindung vorgesehen, den Energiespeicher als entfernbares Element in den Fahrradrahmen zu integrieren.
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Zur Abhilfe wird mit der nachfolgenden Kombination aus Rahmenelement und Energiespeicher eine Möglichkeit präsentiert, wie der freie Raum innerhalb des Rahmendreiecks eines Fahrrads platzsparender genutzt werden kann, ohne dass die Stabilität des Rahmens darunter leidet.
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Hierzu ist in der 2 ein erstes Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem ein Rahmenelement 220 in T-Form gezeigt wird. Die T-Form wird dabei aus einem unteren rechteckigen mit abgerundeten Kanten ausgebildeten Rahmenbauteil 240 und einem oberen ebenfalls rechteckigen mit abgerundeten Kanten ausgebildeten Rahmenbauteil 230 gebildet. In der vorliegenden 2 sind diese beiden Rahmenbauteile einstückig ausgebildet, jedoch können diese beiden Rahmenbauteile auch einzeln gefertigt und im Nachhinein miteinander verbunden, z. B. verschweißt werden. Ebenso ist es nicht zwingend notwendig, das Rahmenelement 220 als Vollmaterial auszugestalten. Statt dessen ist auch die Ausgestaltung als Hohlprofil möglich, u. U. nur des unteren Rahmenbauteils 240.
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Wie in der 2 zu erkennen ist, befindet sich das obere Rahmenbauteil 230 mittig als Erhebung auf dem unteren Rahmenbauteil 240, wobei rechts und links von der Erhebung im Wesentlichen plane Flächen des unteren Rahmenbauteils 240 vorliegen. Diese planen Flächen erlauben zusammen mit der Erhebung mittels einer Ausnehmung 270 in der unteren Seite 260 des aufgesetzten Energiespeichers 200 eine bündige und formschlüssige Auflage. Mittels geeigneter zusätzlicher Halteelemente (nicht dargestellt), die deformierbar und elastisch sind und an der Erhebung bzw. den seitlichen planen Flächen angebracht sind, kann somit eine Fixierung bzw. Arretierung durch das Aufsetzen des Energiespeichers 200 auf die Erhebung erreicht werden.
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Der übliche Aufbau des Energiespeichers 200 bzw. der Energieversorgungseinheit besteht aus einzelnen (Energie-)Zellen 210. Die Verwendung von Einzelzellen 210 erlaubt es, spezifische Gehäuseformen zu verwenden, da diese Einzelzellen 210. unterschiedlich angeordnet werden können. Bei der vorliegenden Ausführungsform des Energiespeichers 200 sind die diese Zellen 210 zum Einen derart übereinander gestapelt, dass ihre Anordnung im Querschnitt ein U bilden (siehe 2). Weiterhin sind die Einzelzellen 210 als Stangen hintereinander angeordnet, wie es der Energiespeicher 300 in der 3 zeigt. Zusätzlich kann eine Steuereinheit 310 vorgesehen sein, die die Ansteuerung, d. h. Beladung und Entnahme der Energie für die einzelnen Zellen steuert. In der 3 wird die Steuereinheit 310 zwar auf der oberen Seite 250 des Energiespeichers 300 gezeigt, jedoch kann die Steuereinheit auch seitlich, an einem Ende oder in das Gehäuse des Energiespeichers 300 integriert sein.
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In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kombination von Rahmenelement 420 mit darauf befindlichem Energiespeicher 400 dargestellt. Dabei weist das Rahmenelement 400 ein im Wesentlichen halbkreisförmiges unteres Rahmenbauteil 440 und ein kleines, ebenfalls halbkreisförmiges, oberes Rahmenbauteil 430 auf. Wie bereits zum Ausführungsbeispiel der 2 beschrieben, kann das untere Rahmenbauteil 440 sowohl massiv oder mit einem Hohlprofil ausgestaltet sein. Die obere Seite des halbkreisförmigen unteren Rahmenbauteils 440 stellt eine planare Fläche dar, in deren Mitte sich längs das obere Rahmenbauteil 430 befindet. Der Energiespeicher 400 weist auf seiner unteren Seite ebenfalls eine planare Fläche auf, in die wie bei der Ausführung des Energiespeichers 200 eine Ausnehmung eingebracht ist, die den baulichen Dimensionen des oberen Rahmenbauteils 430 entspricht. Innerhalb des Energiespeichers 400 können die einzelnen Zellen 410 platzsparend versetzt zueinander angeordnet sein. Durch die Ausgestaltung der planaren Flächen des unteren und oberen Rahmenbauteils kann der Energiespeicher 400 flächig auf das untere Rahmenbauteil 440 aufgebracht werden. Die Verschiebung in seitlicher Richtung wird durch die Erhebung des oberen Rahmenbauteils 430 verhindert. Wie auch bei der Ausführung nach 2 kann durch eine geeignete Arretierung, z. B. durch eine seitliche Klemmung, durch eine Fixierung an den länglichen Enden oder eine um die Kombination aus Rahmenelement und Energiespeicher laufenden Klemmung, ein Verschieben oder eine unbeabsichtigte Entfernung des Energiespeichers verhindert werden.
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Während die Ausgestaltungen des Rahmenelements gemäß der 2 und 4 im Wesentlichen einstückig dargestellt worden sind, soll anhand der 5 eine zweigeteilte Ausführung des Rahmenelements beschrieben werden. Hierzu wird zunächst ein Rahmenelement 520 verwendet, welches zumindest abschnittsweise ein unteres Rahmenbauteil 540 aufweist. Dieses Rahmenbauteil 540 ist im Querschnitt der 5 als ovales Rohr dargestellt, kann jedoch ebenso wie die vorher beschriebenen Rahmenbauteile einen im Wesentlichen rechteckigen, runden oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Auf dieses untere Rahmenbauteil 540 wird ein separates oberes Rahmenbauteil 530 aufgebracht, z. B. mittels Verschweißung oder Verklebung.
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Dieses obere Rahmenbauteil 530 dient als Erhebung, welche derart ausgeformt ist, dass sie einer entsprechenden Ausnehmung 550 auf der unteren Seite des Energiespeicher 500 entspricht. Beim Aufsetzen des Energiespeichers 500 auf das Rahmenelement 520 fügt sich die Erhebung somit in die Ausnehmung 550 ein. Im Gegensatz zu den seitlichen Flächen des unteren Rahmenbauteils 240 im Bereich der Erhebung 230 liegen bei der Ausführungsform der 5 keine planen Flächen vor. Hierzu kann die Unterseite des Energiespeichers 500 derart ausgeformt sein, dass sie an die gerundete bzw. ovale Oberfläche des unteren Rahmenbauteils 540 anliegt. Somit lässt sich auch hier, wie bei den plane Flächen, eine einfache Dichtwirkung durch parallel anliegenden Flächen erreichen.
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Je nach Ausgestaltung der vorstehend beschriebenen Erhebung kann auch vorgesehen sein, dass deren seitliche Abmessungen passgenau der seitlichen Ausdehnung der Ausnehmung entspricht. Somit kommt es beim Aufsetzen bzw. Aufstecken des Energiespeichers 500 (oder auch 200, 300 oder 400) auf die Erhebung 530 (bzw. 230 oder 430) sowohl zu einem Formschluss als auch zu einem Kraftschluss. Einen ähnlichen Effekt kann man auch mit zusätzlichen deformierbaren oder elastischen Elementen erreichen, die an der Erhebung oder in der Ausnehmung angeordnet sind.
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Wie anhand der 6 zu erkennen ist, kann die Ausnehmung 550 im Energiespeicher 500 derart ausgestaltet sein, dass die Ausnehmung 550 an beiden länglichen Enden durch den Energiespeicher bzw. dessen Gehäuse begrenzt ist. Somit wird ein ungewolltes Verschieben des Energiespeichers 500 in länglicher Richtung, mit der Gefahr eines Herausfallens, behoben.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das obere Rahmenbauteil 230, 430 bzw. 530 auch zu Kontaktierungszwecken verwendet werden. Hierzu weist die Erhebung entsprechende Kontaktelemente auf, die mit entsprechenden Gegenkontaktelementen innerhalb der Ausnehmung des Energiespeichers beim Aufsetzen bzw. Einstecken in Verbindung gebracht werden können. In diesem Fall ist die Kontaktierung gegen einen äußeren Einfluss aber auch gegen Umwelteinflüsse wie Schmutz und Wasser automatisch geschützt.
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In der 7 ist beispielhaft die Anbringung des Rahmenelements als Unterrohr 620 an einem Tiefeinsteiger 610 gezeigt. Wie bereits geschildert, lässt sich der Energiespeicher 600 einfach in die Aufnahme des Rahmenelements aufschieben, aufstecken oder einfahren. Darüber hinaus ist auch ein Einsetzen in Form einer Verkippung denkbar, wenn im oberhalb und unterhalb der Erhebung bzw. des oberen Rahmenbauteils entsprechende Halterungen zur Fixierung des Energiespeichers angebracht sind.
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Selbstverständlich kann auch vorgesehen sein, das obere Rahmenbauteil für Schließzwecke zu verwenden. Hierzu kann in dem oberen Rahmenbauteil bzw. der Erhebung eine Öffnung oder eine Aufnahme für einen Stift, einen Bolzen oder einen Haken vorgesehen sein. Diese Öffnung oder Aufnahme kann dabei entweder nur teilweise oder auch ganz durch die gesamte Breite des oberen Rahmenbauteils hindurch gehen. Hierzu kann der zugehörige Schließmechanismus an einer Seite des Energiespeichers oder in der Ausnehmung angeordnet sein. Optional kann mit dem Schließmechanismus auch ein elektrisch betätigbarer Aktor verbunden sein, mittels dem der Stift, der Bolzen oder der Haken ohne von außen sichtbar zu sein, in die Öffnung oder Aufnahme einfährt und den Energiespeicher vor unberechtigter Entnahme sichert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Fahrrad
- 110
- Unterrohr
- 120
- Sattelrohr
- 130
- Oberrohr
- 140
- Gepäckträger
- 200
- Energieversorgungseinheit/Akkumulator/Batterie
- 210
- Zellen der Energieversorgungseinheit
- 220
- Rahmenelement
- 230
- Oberes Rahmenbauteil/Erhebung
- 240
- Unteres Rahmenbauteil
- 250
- Obere Seite der Energieversorgungseinheit
- 260
- Untere Seite der Energieversorgungseinheit
- 270
- Ausnehmung in der Energieversorgungseinheit
- 300
- Energieversorgungseinheit/Akkumulator/Batterie
- 310
- Steuergerät der Energieversorgungseinheit
- 400
- Energieversorgungseinheit/Akkumulator/Batterie
- 410
- Zellen der Energieversorgungseinheit
- 420
- Rahmenelement
- 430
- Oberes Rahmenbauteil
- 440
- Unteres Rahmenbauteil
- 500
- Energieversorgungseinheit/Akkumulator/Batterie
- 510
- Zellen der Energieversorgungseinheit
- 520
- Rahmenelement
- 530
- Oberes Rahmenbauteil
- 540
- Unteres Rahmenbauteil
- 550
- Ausnehmung in der Energieversorgungseinheit
- 600
- Energieversorgungseinheit/Akkumulator/Batterie
- 610
- Fahrrad mit Tiefeinsteigerrahmen
- 620
- Rahmenelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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