DE2503720A1 - Fahrzeug mit elektrischem zusatzantrieb - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

K.SIEBERT G. GRÄTTINGER

Dlpl.-Ing. Dipl.-Ing., DipI.-Wlrt5ch.-lng.

813 Stamberg bei München Postfach 1649, Almeidaweg 12 Telefon (081S1) 127 30 u. 4115 Telegr.-Adr.: STARPAT Starnberg

den

Anwaltsakte 6357/4

Raleigh Industries Limited, 177 Lenton Boulevard, Nottingham NG7 2DD, ENGLAND

Fahrzeug mit elektrischem Zusatzantrieb

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit elektrischem Zusatzantrieb.

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Es gibt viele Fälle, in denen ein Zusatzantrieb irgendeiner Art bei Fahrzeugen seine Reize hätte. So würden beispielsweise viele Radfahrer, namentlich die weniger athletischen unter ihnen, eine Hilfe begrüßen, wenn Sie unter wiärigen Bedingungen durch treten ihr Fahrrad vorwärts bewegen müssen. Die verschiedenen Gangs chaltungssysteime wirken zwar in dieser Richtung, jedoch bleibt auch mit ihnen für den Radfahrer immer noch ein erhebliches Maß an Anstrengung erforderlich. In der Vergangenheit wurden in vielen Ländern viele Bemüharigen unternommen, um dieses Ziel der Unterstützung zu erreichen, jedoch fast immer durch Anbringung einer kleinen Brennkraftmaschine, die das Fahrrad zusammen mit dem Fahrer durch ihre eigene Kraft, gegebenenfalls mit einer Trethilfe, vorwärts bewegen konnte. Diese "Mopeds¹¹ entwickelten sich soweit fort, daß einige Typen von ihnen heute tatsächlich mehr kleine Motorräder mit Pedalen sind. In einigen Ländern können diese Fahrzeuge als Fahrräder gefahren werden, in anderen wieder, insbesondere in Großbritannien, schränken Führerscheine, Versiehelungen, Kraftfahrzeugsteuer, Kopf schütze usw. die Verkaufszahlen ein.

Ein wachsendes Bewußtsein in Bezug auf Umweltverschmutzung und der Trend, Motorfahrzeuge in den Stadtzentren zu verbieten, haben das Interesse am Radfahren belebt. Durch Verbindung mit einem geeigneten Elektroantrieb könnte eine umweltfreundliche Trethilfe geschaffen werden. Es wurden bisher schon Fahrzeuge mit elektrischen Antrieben beschrieben, die, ohne daß der Fahrer tritt, das Fahrzeug samt Fahrer vorwärts bewegen konnten. Es ist jedoch höchst wünschenswert, daß es sich um eine Unterstützung des Fahrers und nicht um eine Unterstützung eines elektrischen Antriebs durch den Fahrer handeln sollte, denn sonst wiederholen sich nur die Moped-Verhältnisse, noch dazu mit dem Nachteil einer niedrigen Höchstgeschwindigkeit und kurzen Reichweite.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeug, insbesondere ein Fahrrad, mit einer nutzvollen und vorteilhaften Art eines elektrischen Zusatzantriebes zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Steuereinrichtung, die den Hilfsantrieb wirksam werden läßt, sobald die von einem Hauptantrieb auf das Fahrzeug übertragenen Kräfte einen bestimmten Wert erreichen. Insbesondere kann es sich dabei um ein Fahrzeug handeln, bei welchem die Kraft für den Hauptantrieb durch wenigstens eine Person bereitgestellt wird, die von dem Fahrzeug, beispielsweise einem Fahrrad,fortbewegt wird. Im Falle insbesondere eines Fahrrads wird der Zusatzantrieb vorzugsweise nicht in der Lage sein, genügend Kraft zu entwickeln, um das Fahrzeug samt Fahrer kontinuierlich vorwärts zu bewegen. Die Hauptantriebskraft kann auch durch eine Person geliefert werden, die das Fahrzeug schiebt oder zieht, das als Handwagen zur Fortbewegung von Gütern oder Personen, beispielsweise als Kinderwagen oder als Rollstuhl, konstruiert sein kann«

Weitere Merkmale der Erfindung ergebensich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung. Auf dieser zeigt

Fig. 1 ein erfindungsgemäß konstruiertes Fahrrad,

Fig. 2 eine Detailan^icht in vergrößertem Maßstab eines Teils des in Fig. 1 dargestellten Fahrrads und

Fig. 3 ein gemäß einer anderen Ausftihrungsform der Erfindung konstruiertes Fahrrad.

Fig. 1 zeigt eine Batterie 1, die auf einem Fahrradrahmen an einer für die Wartung und den Austausch geeigneten Stelle montiert ist. Ein" Elektromotor 2, eine Fliehkraftkupplung 3

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auf der Antriebswelle des Motors 2, eine Kupplung und ein Schneckenreduktionsgetriebe 4 und ein Kettenrad 5 sind.zu einer Einheit zusammengesetzt und justierbar aber starr am Fahrradrahmen befestigt, wobei dat.·· Antriebskettenrad 5 mit dem oberen Lauf einer Fahrradkette 13 im Eingriff steht. Ein Füklkettenrad 6 ist entweder am Fahrradrahmen oder der Motoreinheit verschiebJ.ich befestigt und wird durch eine auf Zug wirkende Spannfeder 7 nach oben gezogen, wobei das Ausmaß iler Zugspannung durch ein Handrad 8 zur Einstellung der Federspannung einstellbar ist. Ein Schalter 9, der sich im elektrischen Kreis zwischen der Batterie 1 und dem Motor 2 befindet, ist dem Fühlkettenrad 6 zugeordnet, wobei sich, wenn das Fühlkettenrad 6 nach oben versetzt ist, der Schalter 9 in der "Aus"-StellunCT befindet. Die Fahrradkette 13 verläuft über das Fühlkettenrad 6, welches lese läuft, und geht weiter über das Hinterradkettenrad 1-1 zum Pedalkettenrad des Fahrrads. Sobald sich der Fahrer auf den Sattel gesetzt hat, wird ein Sicherheitsschalter 1o aeschlossen, wodurch die Batterie 1 mit dem Schalter 9, der sich, wie oben beschrieben, in der "Aus"-Stellung befindet, elektrisch verbunden wird. Wenn durch das In-die-Pedale-treten des Fahrers über die Fahrradkette 13 am Fühlkettenrad 6 eine nach unten gerichtete Kraft erzeugt wird, die größer als die durch die Zugfeder 7 erzeugte nach oben gerichtete Kraft ist, bewegt sich das Fühlkettenrad 6 um einen geringen Betrag nach unten, wodurch der Schalter 9 schließt und damit den Motor 2 zum Laufen bringt, der über das oben beschriebene Getriebe und das Antriebskettenrad 5 seine Kraft auf die Fahrradkette überträgt. Wenn der Fahrer mit dem Treten nachläßt, bewegt sich das Fühlkettenrad 6 nach oben, der Schalter 9 öffnet und der Stromkreis zum Motor 2 wird unterbrochen. Im Schalter 9 kann eine Verzöqerungseinrichtung eingebaut sein, um ein wiederholtes öffnen und Schließen als Folge kurzzeitiger

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Schwankungen der Pedalkräfte zu verhindern.

Das Antriebskettenrad 5 muß sich frei in beide Richtungen drehen können, wenn der Motor 2 nicht antreibt, so daß ein normales Treten mit dem üblichen Vorwärts- und Rückwärtstreten vonstattengehen kann. Fig. 2 zeigt im einzelnen eine Anordnung, die dazu verwendet werden kann, den Motor 2 und das Antriebskettenrad 5 durch Verwendung der Bewegung des Fühlkettenrades 6 zu verbinden und voneinander zu lösen, derart, daß eine Kupplung eingerückt wird, wenn der Motor angeschaltet wird, und umgekehrt. Das oben genannte Schn^ckenreduktionsgetriebe besteht aus einer Schnecke 14, die so angebracht ist, daß sie mit der Welle des Motors 2 koaxial rotiert, und einem Schneckenrad 15, welches frei beweglich auf einer Welle 16 des Antriebskettenrads 5 montiert ist, und an welchem der eine Teil einer ringförmigen Klauenkupplung angebracht ist. Das Schneckenrad 15 steht still, solange bis der Motor 2 eingeschaltet wird, und die Welle 16, die durch das Antriebskettenrad 5 beim Treten durch den Fahrer angetrieben wird, rotiert innerhalb des Schneckenrades, bis ein Kupplungsschieber 2o, welcher den anderen Teil der Klauenkupplung 27 trägt, auf an der Welle 16 befindlichen Keilen axial so verschoben wird, daß die Klauenkupplung 27 eingerückt wird, wonach das Schneckenrad 15 und die Welle 16 gemeinsam rotieren und das Schneckenrad 15 nun zum Antrieb der Welle 16 und damit des Antriebskettenrads 5 und der Fahrradkette 13 beiträgt, da ja der Motor 2 gleichzeitig eingeschaltet worden ist. Es muß natürlich sichergestellt werden, daß die Klauenkupplung 27 nur dann eingerückt wird, wenn der Motor 2 ein geeignetes Antriebsmoment auf die Schnecke 14 überträgt. Die Welle 16 ist in Lagern 17 und 26, die sich in einem Gehäuse für die genannten Teile befinden, gelagert. Der Kupplungsschieber 2o wird durch eine Gabel 25 betätigt,.die mit einer Welle 24 schwenkbar und an der ein Hebel 23 angebracht ist. Eine geeignete Verbindung 22 zwischen dem Fühlkettenrad 6

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und dem Hebel 23 stellt sicher, daß mit einer Abwärtsbewegung des Fühlkettenrads gleichzeitig mit dem Starten des Motors oder kurze Zeit danach die Kupplung eingerückt wird.

Eine Bewegung des Fühlkettenrads 6 in .die umgekehrte Richtung rückt die Kupplung aus, wenn der Motor abgeschaltet wird. Sperrzahnförmige Klauen wirken im Sinne eines sanften Einrückens der Kupplung, jedoch sind auch andere Formen möglich.

Die gerade beschriebene Ausführungsform eignet sich, wenn die Kraft des Motors nicht ausreicht, das Fühlkettenrad auch dann noch in Arbeitsstellung zu halten, wenn die Pedalkraft nachläßt, ein Fall der in der Regel dann gegeben ist, wenn die Einstellung des Fühlkettenrads so gewählt ist, daß ein erheblicher Pedaldruck erforderlich ist, bevor der Motor in das Geschehen eingeschaltat wird. Es kann jedoch aus wünschenswert sein, den Motor schon als Folge eines ganz mäßigen Pedaldrucks in das Geschehen einzuschaltön, in welchem Fall dann eine abgewandelte Aus füh rungs form, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, bevorzugt wird.

In Fig. 3 sind für gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gewählt. Das Fühlkettenrad 6 ist jetzt so angeordnet, daß es vor dem Antriebskettenrad 5 sitzt und wird durch die als Druckfeder ausgebildete Spannfeder 7 nach oben gedrückt. Das Antriebskettenrad 5 liegt zwischen den Läufen der Fahrradkette 13 und läuft daher umgekehrt um wie das entsprechende Kettenrad in der Ausführungsform der Fig. 1 und 2. In gleicher Weise läuft das Fühlkettenrad 6 im umgekehrten Sinne um wie das entsprechende in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kettenrad.

Im Betrieb wählt man eine sehr schwache Einstellung der Druckfeder 7, so daß der Motor 2 schon bei sehr niedrigen Pedaldrucken in Betrieb gesetzt wird. Würde man das Antriebskettenrad 5 so anordnen wie in Fig. 1, mit dem Fühlkettenrad 6 zwischen

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ihm und dem Hinterrad, dann würde das Antriebsmoment des Motor 2 ausreichen, das Fühlkettenrad 6 auch dann noch in Arbeitsstellung zu halten, wenn der Fahrer überhauptnicht mehr treten würde. Aus diesem Grund ist das Antriebskettenrad 5 zwischen dem Fühlkettenrad 6 und dem Hinterrad angeordnet.

Die Erfindung ist natürlich' nicht auf die Merkmale der eben beschriebenen Ausführungsform beschränkt. So kann beispielsweise der elektrische Antrieb auch auf eines der Räder des Fahrrads statt auf die Kette wirken, Reduktionsgetriebe und Kupplungen der verschiedensten Arten können verwendet werden, und ebenso kann das Fühlsystem "anders ausgeführt sein. Es ist jedoch empfehlenswert, stets darauf zu achten, daß die gewählte Anordnung die normale Kraftübertragung des Fahrrads nicht beeinträchtigt. ·

Als Motor läßt sich beispielsweise ein elektrischer Kleinmotor für Gleichstrom auswählen. Was die Batterie anbelangt, so sind die zu beachtenden Faktoren Kosten, Gewicht, Kapazität und Wiederaufladbarkeit. Was den letzteren Punkt anbelangt, so könnte man ein automatisches Wiederaufladen während der leichten Fahrperioden denken, obwohl auch ein herkömmliches Wiederaufladen keine lästige Angelegenheit ist, da die Batterie ja nur zwischenzeitlich und für kurze Zeiten Strom abgibt, so daß ihre Ladung lange vorhält. Obwohl, wie beschrieben, ein wichtiger Anwendungszweck der Erfindung in der kraftmäßigen Unterstützung beim Antreiben von Fahrzeugen, die normalerweise durch Menschenkraft fortbewegt werden, gesehen wird, sind auch andere Anwendungszwecke möglich. So kann die Erfindung beispielsweise ihre Anwendung bei mit Brennkraftmaschinen ausgerüsteten Fahrzeugen finden, um Kraftstoff zu sparen. ^Α *"

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung bei einem Fahrrad oder

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ähnlichen Fahrzeug sind klar. Der Fahrer hat eine Unterstützung dann verfügbar, wenn er sie braucht. In Zusammenhang mit der gegenwärtigen und erwarteten Energiesituation ist es wahrscheinlich, daß das Interesse an Fahrrädern als Transportmittel in erheblichem Umfange zunehmen wird, wobei dieser Trend noch durch Bewegungen, Motorfahrzeuge mehr und mehr aus den Zentren der Städte zu verbannen und auch durch Gesetze gegen Umweltverschmutzung Auftrieb erhalten wird.

Erfindungsgemäß aufgebaute Fahrräder wären auch für viele Leute, insbesondere diejenigen, die den Höhepunkt ihrer körperlichen Leistungsfähigkeit Überschritten haben, attraktiver als herkömmliche Fahrräder. Außerdem ist zu erwarten, daß Fahrräder mit einer erfindungsgemäßen Antriebsunterstützung in den meisten Ländern von irgenwelchen Beschränkungen und Erfordernissen frei wären- die bisher den Verkauf von mopedartigen Fahrzeugen behindert haben, wie Führerscheine, Versicherung, Kraftfahrzeugsteuer, Kopfschutze usw.

- Patentansprüche -

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Claims (5)

Patentansprüche

1. j Fahrzeug mit elektrischem Zusatzantrieb, gekennzeichnet

durch eine Steuereinrichtung, die den Zusatzantrieb wirksam werden läßt, sobald die von einem Hauptantrieb auf das Fahrzeug übertragenen Kräfte einen bestimmten Wert erreichen.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sein Hauptantrieb durch Muskelkraft gegeben ist.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb nicht ausreicht, um das Fahrzeug zusaronen mit einer oder mehreren Personen, für deren Beförderung es ausgelegt ist, kontinuierlich allein vorwärts zu bewegen.

4. Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fahrrad ist.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb ein batteriebetriebener Elektromotor ist.

6. Fahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung den Zusatzantrieb ausschaltet, wenn die Antriebskraft des Hauptantriebs um einen gegebenen Betrag unter den bestimmten Wert abgesunken ist.

7. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung abhängig von der Spannuncr in der . Antriebskette des Fahrrads beeinflußbar ist.

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8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzantrieb auf die Antriebskette des Fahrrades wirkt.

9. Fahrzeug nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch einen Elektromotor (2) als Zusatzantrieb, eine Fliehkraftkupplung (3) auf der Antriebswelle des Elektromotors, eine elektrische Batterie (1) als Spannungsquelle für den Elektromotor, ein Antriebskettenrad (5)für den Elektromotor, welches ohne dessen Wirksamwerden auf dem oberen Lauf der Antriebskette des Fahrrads (13) lose läuft, eine Kraftübertraguno zwischen der Antriebswelle des Elektromotors und dem Antriebskettenrad, eine weltera Kupplung in der Kraftübertragung, ein Fühlkettenrad (6) , welches lose und im Eingriff mit dem oberen Lauf der Antriebskette läuft, einer das Fühlkettenrad elastis/n gegen die Antriebskette vorspannenden Befestigungseinrichtunc einem elektrischen Schalter und einer Betätigungsvorrichtung für die Kupplung, die mit dem Fühlkettenrad so zusammenwirken, daß bei einer Versetzung des Fühlkettenrades als Folge erhöhter Spannung in der Antriebskette der Schalter die Batterie mit dem Motor elektrisch verbindet und ferner die weitere Kupplung eingerückt wird, um den Kraftübertragunasweg zu vervollständiaen, wodurch das Antriebskettenrad durch den Motor angetrieben wird und den Zusatzantrieb wirksam werden läßt.

10. Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Rückkehr des Fühlkettenrades (6) in seine Ausgangslage als Folge verminderter Spannung in der Fahrradkette der Schalter und die weitere Kupplung unterbrochen werden, wodurch der Zusatzantrieb aussetzt.

11. Fahrzeug nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zur Verzögerung des Tätigwerdens des

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Schalters und der Einrichtung zur Betätigung der Kupplung vorgesehen sind.

27. Januar 1975/958 d

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