DE29706743U1 - Fahrrad oder Mountain-Bike mit Elektromotor - Google Patents
Fahrrad oder Mountain-Bike mit ElektromotorInfo
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Classifications
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Description
Anmelder; Reinhard WetzeL, Albris 1, 88260 Argenbühl
Beschreibung der Erfindung
Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb'.
Die Erfindung gehört zum technischen Gebiet der Fahrzeugtechnik, speziell
Antriebstechnik für umweltfreundliche Zweiräder, mit zwei voneinander unabhängigen
Antrieben (Hybrid-Antrieb).
Herkömmliche Zweiräder haben entweder Tretkurbelantrieb (Fahrrad), Antrieb mit
Verbrennungsmotor oder eine Kombination beider Antriebe (Fahrrad mit Hilfsmotor)
Nachteile Verbrennungsmotorantrieb:
-Lärm- und Schadstoffemmission
-hoher Treib- und Schmierstoffverbrauch
-geringer Wirkungsgrad
-geringes Drehmoment
-Drehzahl stark lastabhängig
-hoher Treib- und Schmierstoffverbrauch
-geringer Wirkungsgrad
-geringes Drehmoment
-Drehzahl stark lastabhängig
-geringe Geschwindigkeit
-geringe Reichweite
-unerwünschte körperliche Belastung
-geringe Reichweite
-unerwünschte körperliche Belastung
Die Erfindung Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb hat es zum Ziel,
die positiven Eigenschaften beider vorgenannter Antriebe zu vereinen und dabei die
Nachteile beider Antriebe weitestgehend zu eliminieren.
-Individualverkehrsaufkommen im Alltagsnahverkehr durch Personenkraftwagen
-Parkplatznot in Ballungszentren
-Parkplatznot in Ballungszentren
-Lärm- und Schadstoffemmissionen durch Alltagsnahverkehr mit Personenkraftwagen
-Treib- und Schmierstoffverbrauch durch Alltagsnahverkehr mit Personenkraftwagen
-unerwünschte körperliche Belastung, bei Nutzung des Fahrrades im Alltagsnahverkehr
-Treib- und Schmierstoffverbrauch durch Alltagsnahverkehr mit Personenkraftwagen
-unerwünschte körperliche Belastung, bei Nutzung des Fahrrades im Alltagsnahverkehr
Vorgenannte Probleme können mit Hilfe der Erfindung gelöst oder stark verringert
werden, wenn breite Schichten der Bevölkerung im Alltagsnahverkehr auf das Fahrrad
oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb umsteigen, was aufgrund der günstigen
Nutzen-/Kostenbilanz erwartet werden kann.
Desweiteren stellt die Erfindung eine ideale Kombination zwischen einem
Freizeitfahrzeug mit gesundheitlichen Aspekten und einem umweltfreundlichen Alltagsnahverkehrsmittel dar.
-Wegfall beziehungsweise Minimierung der Nachteile herkömmlicher Fahrräder
-Rückgang des Alltagsnahverkehrsaufkommens durch Personenkraftwagen
-Rückgang des Alltagsnahverkehrsaufkommens durch Personenkraftwagen
-Verringerung der Parkplatznot
-Material- und Recourcenschonung
-Minimierung der Lärm- und Schadstoffemmissionen
-gesundheitliche Wirkung bei Nutzung der Erfindung im Alltagsnahverkehr
Einzelkomponenten des Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb'.
-gewöhnliches Fahrrad/Mountain-Bike, mit modifizierter Vorderradgabel und
Nabenaufhahme
-zweites Vorderrad mit eingebautem Elektroantrieb (43), als Wechselrad
-Antriebsakkumulatorensatz (35) mit Schnellmontagesystem
-Bedienelemente (Tastschalter, Ansteuerelektronik)
-polunverwechselbarer Schnellmontagekabelsatz (47)
-stabiler geschweißter Gepäckträger (40) zur Akkumulatorenaufhahme
-elektronisches Ladegerät zur Aufladung der Akkumulatoren (35) zuhause
Das Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb ist grundsätzlich als
Kombination zwischen einem konventionellen Fahrrad mit Tretkurbelantrieb und einer
benutzerfreundlichen Erleichterung im Alltagseinsatz, als umweltverträgliches
Allzweckzweirad gedacht.
Die grundlegende Idee ist ein Hybrid-Antrieb, fur zuvor genanntes Zweirad, mit
Tretkurbelantrieb und einer Naben- oder Zahnradschaltung, auf das Hinterrad wirkend,
sowie einem Elektroantrieb (43), mittels eines Gleichstromnabengetriebemotors mit
Generatorfunktion, auf das Vorderrad wirkend.
Dieser Gleichstrommotor (16) wirkt bei Bergabfahrten und wo immer eine
Bremswirkung erwünscht ist als Generator (Nutzbremsung), welcher zum einen den fur
den Hybrid-Antrieb benötigten Antriebsakkumulator (35) zum Teil wieder aufllädt,
wodurch der Akkumulator (35) platz- und gewichtssparend dimensioniert werden kann,
zum anderen den Verschleiß der konventionellen Fahrradbremsen (zum Beispiel Cantilever-Bremsen) minimiert und die Felgen dabei schont.
Desweiteren kann ein Großteil der Energieentnahme aus dem Netz beim Aufladen der
Akkumulatoren (35) daheim durch die Nutzbremsschaltung eingespart werden.
Somit kann der Benutzer sich auf ebener Fahrbahn mit herkömmlichen Tretkurbelantrieb,
unter Verwendung der Ketten- beziehungsweise Nabenschaltung fortbewegen, wie mit
einem konventionellen Fahrrad und bei anstrengenden Steigungsfahrten, im Alltagseinsatz (zum Beispiel Berufsanfahrten, Besorgungsfahrten, bei verminderter
körperlicher Leistungsfähigkeit) auf den Elektroantrieb (43) zurückgreifen, um die
körperlichen Reserven zu schonen.
Bei Bergabfahrten und im „Stop-And-Go-Verkehr", wo eine Bremswirkung notwendig
wird, kann der Antriebsakkumulator (35) die im Antriebsfall (zum Beispiel Steigungsfahrten) verlorene Energie teilweise zurückgewinnen, was auch die Reichweite
(Aktionsradius) erhöht.
Durch Verwendung recyclebarer Hochleistungsakkumulatoren (35) mit hoher Standzeit
ist die Erfindung eines der umweltfreundlichsten Individualverkehrsmittel im
Alltagsnahverkehr.
Detailbeschreibung und Funktionserklärung der Einzelkomponenten der
Erfindung:
1 ElektromotoiV-generatorantrieb (43):
Dieser ist eine bereits in vielfältiger Ausführung existierende elektrische Maschine,
welche beim Einsatz in diesem Fall die konventionelle Vorderradnabe eines gewöhnlichen
Vorderrades eines Fahrrades ersetzt, wobei aufgrund des größeren Durchmessers kürzere
Speichen, zum Einbau in das Vorderrad verwendet werden, was die Steifigkeit und
Stabilität desselben zusätzlich erhöht.
Die Einbautiefe beziehungsweise die Breite dieser elektrischen Maschine, entspricht im
Anwendungsfall der Breite einer gewöhnlichen Vorderradnabe.
Der Motor besitzt starre, speziell geformte, vorzugsweise ovaleHohlwellenenden (6) auf
beiden Seiten, welche zusammen mit den ebenso geformten Radnabenaufhahmen (4) in
der Vorderradgabel (1), als starre Verbindung zwischen dem Zweirad und der elektrischen Antriebsmaschine (43) dienen.
Der im Antriebsfall rotierende Aussenkörper (7) des Elektroantriebs (43) ist durch die
Speichen (oder auch Gußfelge) mit der Felge des Vorderrades verbunden und sorgt für
den Vortrieb (Aussenläufer).
Die Hohlwelle (8;9) besitzt eine zentrische Bohrung, wie eine herkömmliche Nabe mit
Schnellverschlußsystem (wie bei Mountain-Bike).
Die Radnabenaumahmen (4) in der Vorderradgabel (1) und die Hohlwellenenden (6) des
Elektroantriebs (43) müssen speziell gehärtet sein, um eine verschleißfreie Verbindung zu
gewährleisten.
Der Elektroantrieb (43) wirkt durch Polumschaltung beim Bremsen als Generator
(Nutzbremsung).
Durch Verwendung eines Gleichstrommotors mit Feldanzapfung können eventuell auch
zwei unterscWedHchejFanrgeschwindigkeiten mit zwei unterschiedlichen Drehmomenten
und Nennleistungen erzielt werden.
Der Einbau des Motorvorderrades erfolgt mittels der herkömmlichen Schnellbefestigungsknebelschraube, wie bei einem gewöhnlichen Vorderrad eines
Mountain-Bikes.
Dadurch kann anstelle des Motorvorderrades, zum Beispiel bei Freizeit- und
Sportfahrten, ein gewöhnliches Vorderrad, einfach und schnell, eingebaut werden.
Damit wird aus dem Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb ein
gewöhnliches Fahrrad oder Mountain-Bike, für Freizeit und Fitness.
Falls aus technischen Gründen erforderlich kann der Elektroantrieb auch zusätzlich mit
Federsteckbolzen am Motorgehäuse, mit der Vorderradgabel fest verbunden werden.
2 Gewöhnliches Fahrrad oder Mountain-Bike mit modifizierter Vorderradgabel:
Die Vorderradgabel (1), speziell die Radnabenaumahmen (4) müssen auf den
Anwendungsfall abgestimmt sein.
Hierfür müssen die Radnabenaumahme (4) ebenso geformt sein, wie die
Hohlwellenenden (6) des Elektroantriebs (43) (im Ausführungsbeispiel ovale Form).
Desweiteren muß die Radnabenaumahme (4) speziell gehärtet sein wie die
Hohlwellenenden (6) des Elektroantriebs (43).
Die Radnabenaumahme (4) dient im Anwendungsfall als starre Verbindung zwischen
Elektroantrieb (43) und der Vorderradgabel (1) und damit auch mit dem Fahrrad.
3 Energieversorgungssystem fur den Elektroantrieb (43):
Für die Energieversorgung des Elektroantriebs (43) dienen zwei, auf den
Anwendungsfall abgestimmte Hochleistungsakkumulatoren (35), welche mit einem
Schnellmontagesystem, zur leichten und schnellen Anbringung, am für den
Anwendungsfall ausgelegten Gepäckträger (40), ausgestattet sind.
4 Antriebs- und Nutzbremsschaltung:
Diese besteht im wesentlichen aus einem Tastschalter für den Fahrbetrieb und einem
vorzugsweise mit dem Bremshebel der Hinterradbremse des Zweirades kombinierten Tastschalter für Generatorbetrieb (Nutzbremsung).
Mit diesen Bedienelementen wird die elektronische Regeleinrichtung (44) geschaltet,
welche wiederum den Elektroantrieb ansteuert.
5 polunverwechselbarer Schnellmontagekabelsatz (47):
Dieser komplette Kabelbaum besitzt unverwechselbare Steckanschlüsse zur Verbindung
der Einzelkomponenten des Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb
(Antriebsakkumulatoren (35),Bedienelemente, Elektroantrieb (43),elektronische Regeleinrichtung (44)).
Der Kabelsatz ist auf den Anwendungsfall abgestimmt und besitzt Halteklammern, zur
leichten und schnellen Anbringung am Zweiradrahmen.
6 Gepäckträger (40) zur Akkumulatorenaufhahme:
Zur sicheren Anbringung der Akkumulatoren (35) am Zweirad ist ein, für den
Anwendungsfall ausgelegter, stabiler Gepäckträger (40) am Fahrrad vorgesehen.
Aufgrund der geringen Maße der Akkumulatoren (35) und deren spezielles Montagesystem kann der Gepäckträger (40) zur Nutzlastaufhahme oder zur Befestigung von Satteltaschen weiterhin genutzt werden.
Aufgrund der geringen Maße der Akkumulatoren (35) und deren spezielles Montagesystem kann der Gepäckträger (40) zur Nutzlastaufhahme oder zur Befestigung von Satteltaschen weiterhin genutzt werden.
7 elektronisches Ladegerät:
Das automatisch arbeitende Ladegerät dient zur vollständigen Aufladung der
Akkumulatoren (35) zu hause.
Es ist elektronisch geregelt und stabilisiert und schaltet bei Erreichen der
Ladeschlußspannung automatisch ab, beziehungsweise auf Erhaltungsladung um (akkutypspezifisch).
Das Gerät ist mit einer Ladezustandsanzeige ausgestattet und schnelladefähig.
Bei Verwendung eines Gleichstromreihenschlußmotors kommt dessen Eigenschaft zum
Tragen, daß dieser bei zu geringem Lastmoment seine Nenndrehzahl überschreitet und
dadurch die Fahrgeschwindigkeit erhöht.
Dies kann über die Regelelektronik kontrolliert bis zu einer festgelegten Drehzahl zur
Geschwindigkeitserhöhung ausgenutzt werden um bei geringeren Steigungen oder auf
der Ebene eine höhere Fahrgeschwindigkeilt zu erzielen, als bei Nennlast.
Durch die elektronische Regeleinrichtung (44) kann ein versehentliches oder
mißbräuchliches Überdrehen vermieden werden.
Das der Erfindung zugrundeliegende System kann auf alle Arten von Fahrrädern
angewendet werden, welche auf den Anwendungsfall abgestimmt sein müssen.
-beschleunigtes Überqueren von Gefahrenstellen durch elektrische Anfahrtshilfe
-wesentlich erhöhte Bremsleistung durch die zusätzliche Generatornutzbremsung -die verkürzten Speichen im Nabenmmotorvorderrad sorgen zusätzlich für mehr
Steifigkeit und Stabilität des Vorderrades
-Nebenansschlüsse fur die Zweiradbeleuchtung ermöglichen den Einsatz eines wesentlich
stärkeren Frontscheinwerfers und Schlußlichts auch im Stand für längere Zeit
-der annähernd geräuschlose Elektroantrieb ermöglicht eine weit bessere akustische
Erfassung von Gefahrenmomenten, als bei geräuschstarken Verbrennungsmotorantrieben
-Vermeidung de Hin- und Herpendeins bei Steigungsfahrten durch Elektroantrieb -Verkehrsberuhigung im Alltagsnahverkehr durch weniger Personenkraftwagen bei
Breitennutzung der Erfindung
Legende für ein Ausfuhrungsbeispiel mit den arabisch bezifferten Details in Text
und Zeichnungen:
(1) -Vorderradgabel des Fahrrades / Mountain-Bikes
(2) -flanschförmige Speichenaufhahmen auf der Rotortroramel
(3) -Bohrungen für Speichen
(4) Radnabenaufnahme der Vorderradgabel
(5) zentrische Bohrung durch die Hohlwelle
(6) exzentrisch auf beiden Hohlwellenteilen (8;9) angeordnete Wellenenden
(7) Rotortrommel (rotierender Aussenkörper)
(8) Rotorlagerbuchse
(9) Hohlwelle
(10) Paßscheibe DIN 988-14X20X1
(11) Paßscheibe DIN 988-10X16X1
(12) Paßscheibe DIN 988-20X28X0,8
(13) Sicherungsring DIN 471-20X1,2
(14) Rotortrommellager (Wälzlager radial und axial belastbar;staub-und wasserdicht)
(15) Rotorzahnrad (aussenverzahntes Stirnrad; m=l; z=100;d=100mm;b=7mm)
(16) Elektromotor (Gleichstromreihenschlußmotor; polumschaltbar;IP 65)
(17) Motorzahnrad (aussenverzahntes Stirnrad; m=l; z=55; d=55mm; b=7mm)
(18) Verbindungszahnrad (aussenverzahntes Stirnrad; m=l; z=55;d=55mm;b=7mm)
(19) Übersetzungszahnrad (aussenverzahntes Stirnrad; m=l; z=10; d=10mm;b=r7mm)
(20) Einrücklagerhebel
(21) Lagerbolzen
(22) Lagerbolzen fur Einrücklagerhebel
(23) Umlenkhebel für Schaltantrieb
(24) Lagerbolzen für Umlenkhebel
(25) Befestigungsbolzen für Vorspannfeder
(26) Vorspannfeder
(27) Gewindespindel TR8X2
(28) Gewindebüchse TR8X2 mit Aussenverzahnung wie Ritzel von DC-Servomotor
(29) bürstenloser DC-Servomotor
(30) Aufhahmehalterung für Schaltantrieb
(31) Zahnriemen für Schaltantrieb
(32) Befestigungsschrauben für Aufhahmehalterung
(33) Motoranschlußstecker
(34) Akkumulatorenanschlußstecker
(35) Akkumulatoren
(36) Verriegelunlgsverschlüsse
(37) Lagerbolzen für Verriegelungsverschlüsse
(38) Befestigungsbolzen für Trage-/Entriegelgurt
(39) Trage-/Entriegelgurt
(40) Gepäckträgerrohrrahmen
(41) Rückstellfedern für Verriegelungsverschlüsse
(42) Befestigungshaken der Akkumulatoren
(43) Elektroantrieb komplett mit allen Einzelteilen
(44) elektronische Regeleinrichtung
(45) Wälzlager für Verbindungs- und Übersetzungszahnrad
(46) Endschalter für Schaltantrieb
(47) Schnellmontagekabelsatz
(48) Sicherungsscheibe DIN 6799-5
FIG. 1 -Seitenansicht des Elektroantriebs in der Nabenaufnahme der Vorderradgabel
FIG. 2 -Vorderansicht des Elektroantriebs in der Nabenaufnahme der Vorderradgabel
FIG.3 -Vorderansicht des Elektroantriebs (Rotortrommel geschnitten dargestellt) FIG.4 -Seitenansicht des Schaltantriebs (Getriebe freigeschaltet, Rotortrommel geschnitten)
FIG.5 -Seitenansicht des Schaltantriebs (Getriebe zugeschaltet, Rotortrommel geschnitten)
FIG.6 -Seitenansicht des Elektromotors (zahnradseitig) FIG.7 -Vorderansicht des Elektromotors
FIG.8 -Seitenansicht des Elektromotors (Steckerseitig) FIG.9 -Hinteransicht der Akkumulatorenschnellbefestigung (in verriegelter Stellung)
FIG. 10-Hinteransicht der Akkumulatorenschnellbefestigung (in entriegelter Stellung)
FIG. 11 -Draufsicht der Akkumulatorenschnellbefestigung (verriegelt)
FIG. 12-Ausführungsbeispiel in Gesamtdarstellung (Seitenansicht)
Motorart: Gleichstromreihenschlußmotor, polumschaltbar (für Zwei-Quadranten-Stromrichter oder Gleichstromsteller- Antrieb und Nutzbremsung im
Rechtslauf).
Motordaten:
Nennspannung: Uk = 24V DC
Nennleistung: Pn = 800W kurzzeitige Maximalleistung: Pmsx = lOOOW
Nenndrehzahl: &eegr;&khgr; = 1550min"1
Maximaldrehzahl: nmax = 2400min"1
Nennmoment: Ms = 8Nm
Anzugsmoment: Ma = 15Nm
sonstige Motoreigenschaften: -Schutzart IP64/65
-elektrothermischer Überlastschutz -eingebauter Tachogenerator -elektronische !Commutation -Betriebsart Dauerbetrieb
-Temperaturbereich -30°C...+85°C
-elektrothermischer Überlastschutz -eingebauter Tachogenerator -elektronische !Commutation -Betriebsart Dauerbetrieb
-Temperaturbereich -30°C...+85°C
Legende zu den verwendeten Formelzeichen und Indizes:
G = Gesamtgewichtskraft (Benutzer, Fahrrad, Nutzlast) Fg- Hangabtriebskraft
vb - Fahrgeschwindigkeit im Antriebsfall
P/nee/? = mechanische Leistung bei Fg und &ngr; &bgr;
= am Rad wirksames Drehmoment = am Rotor wirksames Drehmoment (=
= Drehmoment Elektromotor nRad = Raddrehzahl
n.Rot = Rotordrehzahl (=nRad) &pgr;&lgr;/&ogr;? = Motordrehzahl
i = Übersetzungsverhältnis 1Z-MOt = Zähnezahl Motorzahnrad 'Z.Rot = Zähnezahl Rotorzahnrad TRad = Radius Vorderrad
&eegr; = Wirkungsgrad Motor
Uw — Nennspannung Motor Im = Nennstrom Motor
n.Rot = Rotordrehzahl (=nRad) &pgr;&lgr;/&ogr;? = Motordrehzahl
i = Übersetzungsverhältnis 1Z-MOt = Zähnezahl Motorzahnrad 'Z.Rot = Zähnezahl Rotorzahnrad TRad = Radius Vorderrad
&eegr; = Wirkungsgrad Motor
Uw — Nennspannung Motor Im = Nennstrom Motor
T = Einschaltdauer Motorbetrieb Ca = Kapazität der Akkumulatoren
Anwendungsfall Steigungsfahrt: Steigung 20% ; G = 1300N ; &eegr; = 0,8
_ 1300^x2^
10,2m
h = erklommene Höhe s = gefahrene Strecke
?,„ech= T[XPmZK= 0,SX 1000W= SOOW
Der Rollwiderstand und der Luftwiderstand sind hier vernachlässigt!
,, _ Pmecb _ 800 W _
vs 3,138&ggr; _ ^ g;n? ' -Of) '
nRad 2XiOO-KJ 2&khgr;&pgr;&khgr;&Ogr;,3325/&eegr; ''"3^* ^ min
_ SOOW _
_ O/l
- 84'
= 10 x 10 = 100 MMot = TqX Mr0, = J5 x 84,767A^m = 8,4167Nm
Der Motor muß im Anwendungsbeispiel ein Drehmoment von ca.8,5Nm erbringen.
Da das Anzugsmoment bei 15Nm liegt, genügt der Motor den Anforderungen.
Motorstrom im Anwendungsfall:
T — p™* — JOO(W _ /M 7 &lgr;
i-Uot— uN - 24K -^&iacgr;'&Lgr;
Ca = 44Ah
1 luo,~ 41,7/1 -
Das bedeutet, daß der Motor im Anwendungsbeispiel eine Stunde lang bei 20% Steigung
benutzt werden kann.
Da jedoch in der Praxis kaum so lange Steigungen zu bewältigen sind und der Akkumulator
bei Bergabfahrten wieder teil geladen wird, sowie bei ebener Strecke auf den Tretkurbelantrieb
zurückgegriffen werden kannn, erhöht sich die Betriebsdauer um ein Vielfaches.
Anwendungsbeispiel bei Maximalbelastung:
G =1500N ; MMot = MA = 15Nm ; Ymech = 800W; Steigung 30%
s= 10,44m ;h = 3m
= 431^
M.Rad = i x MMot = 10x15Nm = 15OiVm
Pmech 800 W &eegr; 0/(QoJ. _ Cfl Cp 1
min
Vs = 2&khgr;&pgr;&khgr;«&Agr;«/xr^arf = 2 &khgr;&pgr;&khgr; O9 8488ix0,3325w=l,77f = 6,384^
Bei maximaler Gesamtgewichtskraft und 30% Steigung erreicht der Motor eine
Fahrgeschwindigkeit von 6,384 km/h.
Geschwindigkeit bei Nenndrehzahl des Motors:
&eegr; a,«/ = Jq x riMot = J0-XnK = 2,5833j
5,34? = 19,43^
Das heißt der Motor erbringt bei Nenndrehzahl eine Fahrgeschwindigkeit von ca. 20km/h.
Bei geringerem Lastmoment, zum Beispiel Steigungsfahrten mit geringer Steigung oder auf
der Ebene, überschreitet der Motor bauartbedingt seine Nenndrehzahl, was kontrolliert durch
eine elektronische Regeleinrichtung, bis zu einer festgelegten Drehzahl zur Geschwindigkeitserhöhung ausgenutzt werden kann.
maximale Fahrgeschwindigkeit:
2x;txO,3325m ~ ä ' ^ *
nmax = z x nRadmax = 10 x 239,33-±- = 2393,
mm
Somit erreicht der Motor bei seiner festgelegten Maximaldrehzahl von 2400-^ eine
° ° min
Fahrgeschwindigkeit von 30km/h.
Claims (1)
- Enrsiehungsf@rtlg&eegr;» *· *- ■ · ·♦Weiterleitung erhalten J....: \.:*&Tgr; * &Igr;!: 5Patentanwalt *Dr.-lng. Peter Htebliag10.04.1997Anmelder: Reinhard Wetzel, Albris 1, 88260 ArgenbühlSCHUTZANSPRÜCHE1 Fahrrad oder Mountain-Bike mit einem Elektroantrieb (43), dadurch gekennzeichnet, daß der Elektroantrieb (43) in der Nabe des Vorderrades, anstelle einer herkömmlichen Nabe, eingebaut und das Vorderrad mit herkömmlichem Schnellverschlußsystem leicht auswechselbar ist.2 Fahrrad oder Mountain-Bike nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektroantrieb (43) im Wesentlichen aus einem Gleichstromreihenschlußmotor (16), einem automatisch schaltbaren Getriebe, einer Rotortrommel (7) als rotierendem Aussenkörper, sowie einer zweiteiligen Hohlwelle (8;9) besteht.3 Fahrrad oder Mountain-Bike nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) im Antriebsfall als Motor arbeitet und beim Bremsen als Generator wirkt (Nutzbremsung).4 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) staub- und wassergeschützt (IP 65) ausgeführt ist und mit einer elektronischen Regeleinrichtung (44) ausgestattet ist, welche im Antriebs und Nutzbremsfall zur Strom- und Drehzahlbegrenzung dient.5 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) eine bürstenlose elektronische Kommutation besitzt und dadurch extrem verschleißarm ausgebildet ist.6 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) eine zentrische Welle besitzt, welche mit dem Motorgehäuse und dem Motorständer eine starre Einheit bildet.7 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer des Elektromotors (16) auf der starren Welle radial drehbar gelagert ist und mit einem Motorzahnrad (17) fest verbunden ist.8 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle des Elektromotors (16) ein zentrisches Muttergewinde M14X1RH und eine zentrische Bohrung mit Durchmesser 12mmH6 (ISO-Passung) besitzt.9 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (9) mit ihrem exzentrisch angeordneten und vorzugsweise oval ausgebildeten Wellenende (6) , mit dem Bolzengewinde M14X1RH in die Welle des Motors eingeschraubt ist und mittels einer Paßscheibe (10) das Wellenende (6) in die vorgegebene Lage zur Bezugsebene gebracht ist (senkrecht).10 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Bolzengewinde M10X0,75LH der Hohlwelle (9) die Rotorlagerbuchse (8) mit dem Muttergewinde M10X0,75LH geschraubt ist und mit einer Paßscheibe (11) das exzentrisch und vorzugsweise oval ausgebildete Wellenende (6), der Rotorlagerbuchse (8) ebenfalls in die gleiche Lage zur Bezugsebene gebracht ist, wie das Wellenende (6) der Hohlwelle (9).11 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Rotorlagerbuchse (8) ein radial und axial belastbares Rotortrommellager (14) angeordnet ist, welches mittels einer Paßscheibe (12) und eines Sicherungsringes (13) auf der Rotorlagerbuchse (8) fixiert ist.12 Fahrrad oder Mountain-B'ike nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotortrommel (7) auf dem Rotortrommellager (14) radial drehbar und radial wie axial belastbar angeordnet ist.13 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß innenseitig in der Rotortrommel (7) das Rotorzahnrad (15) angeordnet ist und ebenfalls auf dem Rotortrommellager (14) radial drehbar gelagert ist, wobei Rotortrommel (7) und Rotorzahnrad (15) eine starre Einheit bilden.14 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäuse des Elektromotors (16) durch einen Lagerbolzen (22) zahnradseitig der Einrücklagerhebel (20) quer zur Motorachse drehbar angeordnet ist, weicher durch eine Sicherungsscheibe (48) fixiert ist.15 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Einrücklagerhebel (20) ein Lagerbolzen (21) angeordnet ist, auf dem das Verbindungszahnrad (18) und das Übersetzungszahnrad (19) radialdrehbar, auf einem Wälzlager (45) angeordnet sind, wobei das Verbindungszahnrad 18 und das Übersetzungszahnrad (19) eine Starre Einheit bilden.16 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, das der Einrücklagerhebel (20) im Antriebs- und Nutzbremsfall (Motor- und Generatorbetrieb) die Drehachse von Verbindungszahnrad (18) und Übersetzungszahnrad (19) zur Drehachse des Motorzahnrades (17) hin bewegt, bis der Achsabstand das vorgegebene Maß erreicht, damit Motorzahnrad (17) und Verbindungszahnrad (18) ineinandergreifen, sowie Übersetzungszahnrad (19) und Rotorzahnrad (15) ineinandergreifen, wodurch eine schaltbare kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Elektromotor (16) und der Rotortrommel (7) erreicht wird.17 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäuse des Elektromotors (16) zahnradseitig ein Umlenkhebel (23) auf einem Lagerbolzen (24) drehbar angeordnet ist, welcher den Einrücklagerhebel (20) im Antriebs- und Nutzbremsfall (Motor und Generatorbetrieb), hin zur Drehachse des Motorzahnrades (17) bewegt.18 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Gehäuse des Elektromotors (16) eine Aufhahmehalterung (30) angeordnet ist, in welcher eine Gewindespindel (27), eine Gewindebüchse (28) mit Aussenverzahnung und ein bürstenloser DC-Servomotor (29) eingebaut sind und diese im Antriebs- und Nutzbremsfall (Motor- und Generatorbetrieb) den Schaltantrieb darstellen.19 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebs- und Nutzbremsfall (Motor- und Generatorbetrieb) der DC-Servomotor (29) in vorgegebener Drehrichtung angesteuert wird und dieser durch den Zahnriemen (31) die Gewindebüchse (28) über dessen Aussenverzahnung in vorgegebener Drehrichtung antreibt, wodurch die Gewindespindel (27) in vorgegebener Richtung um eine vorgegebene Strecke bewegt wird und dadurch über die Vorspannfeder (26) und die Befestigungsbolzen (25) den Umlenkhebel (23) in vorgegebener Richtung bewegt und dieser wiederum den Einrücklagerhebel (20) zur Motorachse hin bewegt, bis die jeweiligen Zahnräder kraftschlüssig ineinandergreifen.20 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltweg der Gewindespindel (27) durch zwei Endschalter (zum Beispiel Reed-Kontakte) (46) an beiden Totpunkten begrenzt wird (durch Ansteuerung des DC-Servomotors (29)).21 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (27) den Umlenkhebel (23) im Antriebs-und Nutzbremsfall (Motor- und Generatorbetrieb),über die Vorspannfeder (26) bis zu seiner vorgegebenen Endstellung bewegt und dann die Vorspannfeder (26) um eine vorgegebene Strecke vorspannt, wodurch der nötige Anpressdruck der Zahnräder erreicht wird.22 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß im Tretkurbelantriebsfall der DC-Servomotor (29), nach einer vorgegebenen Zeit, in umgekehrter Drehrichtung angesteuert wird, wodurch über die Gewindebüchse (28) die Gewindespindel (27) in umgekehrter Richtung bewegt wird und dabei den Umlenkhebel (23) nach Entspannung der Vorspannfeder (26) in entgegengesetzter Richtung bewegt, welcher wiederum den Einrücklagerhebel (20) zurückbewegt und dadurch das Verbindungszahnrad (18) vom Motorzahnrad (17), sowie das Übersetzungszahnrad (19) vom Rotorzahnrad (15) trennt, womit ein Bremsmoment durch den Elektromotor (16) und das Getriebe, beim Tretkurbelantriebsfall, vermieden wird (automatische Getriebefreischaltung).23 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die speziell geformten, exzentrisch angeordneten Wellenenden (6) der Hohlwelle (9) und der Rotorlagerbuchse (8) zur verdrehungsfreien, starren Verbindung mit den gleichförmig ausgebildeten Radnabenaufhahmen (4) in der Vorderradgabel (1) dienen.24 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) und die Akkumulatoren (35) mit polunverwechselbaren Anschlußsteckern (33;34) versehen sind, welche für den einfachen und schnellen Ein- und Ausbau vorgesehen sind.25 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotortrommel (7) mit zwei flanschförmigen Speichenaufiiahmen (2) versehen ist, in welchen jeweils 16 Bohrungen (3) für die 32 Speichen eines herkömmlichen Vorderrades angeordnet sind.26 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 25,dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (9) und die Rotorlagerbuchse (8) mit einer zentrischen Bohrung (5) zur Aufnahme einer üblichen Schnellverschlußknebelschraube versehen sind.27 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) vorzugsweise mit einer Gleichspannung von 24VoIt betrieben wird.28 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) mit der elektronischen Regeleinrichtung (44) im Antriebsfall (Motorbetrieb) auf eine maximale Fahrgeschwindigkeit von v=30km/h drehzahlbegrenzt wird und die Regeleinrichtung (44) im Nutzbremsfall (Generatorbetrieb) eine stufenlose Bremsmomentregelung des Elektromotors (16) ermöglicht, sowie im Motor-und Generatorbetrieb eine Maximalstrombegrenzung aufweist, um den Elektromotor (16) und die Antriebsakkumulatoren (35) vor Überlastung zu schützen.29 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Regeleinrichtung (44) einen Überladeschutz aufweist, entweder durch automatische Abschaltung bei Ladeschlußspannung oder Umschaltung auf Erhaltungsladung.30 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrradlenker ein Tastschalter für den Motorbetrieb, sowie ein Tastschalter für den Generatorbetrieb angeordnet sind.31 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieversorgung des Elektroantriebs (43) mindestens zwei Akkumulatoren (35) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Akkumulator (35) auf jeder Seite des Gepäckträgerrohrrahmens (40) mittels am Akkumulatorgehäuse fest angebrachter Befestigungshaken (42) oberseitig eingehängt wird, wobei je Akkumulator (35) mindestens zwei Befestigungshaken (42) notwendig sind (in Zeichnung je zwei Doppelhaken).32 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufhängung der Akkumulatoren (35) mittels der Befestigungshaken (42) durch mindestens zwei Verriegelungsverschlüsse (36), je Akkumulator (35), die jeweils in Lagerbolzen (37) in den Befestigungshaken (42) drehbar gelagert sind, verriegelt beziehungsweise gesichert wird.33 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Verriegelungsverschlüsse (36) über jeweils einen Befestigungsbolzen (38) mit dem Trage-/Entriegelgurt (39) verbunden sind, welcher zur Entriegelung der Akkumulatorenaufhängung und zur leichten Entnahme der Akkumulatoren (35) dient, wobei die Verriegelung automatisch geschieht, mittels jeweils einer Rückstellfeder (41), je Verriegelungsverschluß (36), nach Einhängen der Akkumulatoren (35) beidseitig am oberen Gepäckträgerrohrrahmen (40) und Loslassen des Trage-/Entriegelgurtes (39).34 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Akkumulatoren (35) zur seitlichen Lagefbderung mit jeweils einem hakenseitig, im unteren Drittel der Akkumulatoren (35) angeordneten Schnellspannriemen mit Klickverschlüssen ausgestattet sind (ohne Zeichnung).35 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise eine Gleichspannung von 12 V liefernden, staub und wasserdicht ausgebildeten, allwettertauglichen und mit einer recyclebaren Füllung versehenen, schnelladefahigen Akkumulatoren (35) in Serie geschaltet sind, um eine Versorgungsspannung von 24V zu erbringen (bei 24V-Akkumulatoren parallelgeschaltet).36 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß am Fahrradrahmen ein Schnellmontagekabelsatz (47) zur Verbindung des Elektroantriebs (43) mit den Akkumulatoren (35) und der Antriebsund Nutzbremstastschalter angeordnet ist, welcher mittels an diesem angebrachtenag* &agr;ami &igr;. /&tgr;«. Qi &rgr;» UD 11 &ogr;. j .: ···· .··.·*·: ··.···:Klickschellen, leicht und schnell demontierbar, am Zweiradrahmen befestigt wird (ohne Zeichnung).37 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Aufnahme der Akkumulatoren (35) entsprechend stabil ausgebildete Gepäckträger (40) auch bei beidseitig angeordneten Akkumulatoren (35) zur Nutzlastaufhahme einsetzbar ist.38 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufladen der Akkumulatoren (35) ein mit einer Ladezustandsanzeige ausgestattetes elektronisches Ladegerät vorgesehen ist (ohne Zeichnung), welches mit automatischer Abschaltung- beziehungsweise Umschaltung auf Erhaltungsladung arbeitet (akkutypspezifisch).39 Fahrrad oder Mountain-Bike nach einem der Ansprüche 1 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Regeleinrichtung (44) (zum Beispiel Zwei-Quadranten-Stromrichter oder Gleichstromsteller), in einem mit Kühlkörper ausgestatteten Gehäuse, vorzugsweise auf dem Gehäuse des Elektroantriebs (43), steckerseitig angeordnet ist.
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1997
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