DE3003026A1

DE3003026A1 - Battery-powered drive system for bicycle - has DC motor coupled to tyre of rear wheels via friction roller

Info

Publication number: DE3003026A1
Application number: DE19803003026
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr.-Ing. 8740 Bad Neustadt Volkrodt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-01-29
Filing date: 1980-01-29
Publication date: 1981-07-30

Abstract

The drive system has a permanent magnet d.c. motor whose output power corresponds roughly to the power produced by the leg muscles of the human body. The motor torque is transferred to the rear wheel of the bicycle via a friction roller pressed against the side wall of the tyre. The friction roller can be moved clear of the tyre to allow the rider to pedal the bicycle as normal. The motor may also be used when the rider is pedalling so that twice as much power is delivered to the rear wheel. The increase in weight caused by the battery, motor and other parts is roughly 10 percent. The friction roller may be tapered to provide a continuously variable transmission ratio.

Description

Batteriegespeister, elektromotorischer Antrieb für FahrräderBattery-powered, electric motor drive for bicycles

Wenn ein Fußgänger auf das Fahrrad überwechselt, legt er bei vergleichbarer i:uskelarbeit dank der geringen Rollreibung von Fahrrädern in gleicher Zeit die drei- bis vierfache Wegstrecke zurück. Wie Versuche zeigten, sind im Großst dtverkehr Radfahrer oft schneller als mit etwa 1Q00 mal größerer Leistung angetriebene Auto. Leider bringt die Pedalbetätigung beim Radfahren ständige Körpergewichtsverlagerungen mit sich. Das Fahrrad schlenkert und hält schlecht Spur. Das Risiko, von Autos im dichten Verkehr angefahren zu werden, ist vielen Radfahrern zu groß.If a pedestrian switches to the bicycle, he puts on a comparable one thanks to the low rolling friction of bicycles in the same time the three to four times the distance back. As tests have shown, are in large cities Cyclists often faster than a car powered by about 1Q00 times more power. Unfortunately, pedaling while cycling brings constant body weight shifts with himself. The bike dangles and does not keep track. The risk of cars in Being hit by heavy traffic is too big for many cyclists.

Man benützt daher zur Zeit das Fahrrad nur als Freizeit- und Trimm-Dich- Gerät. Erst wenn es gelingt, daß Fahrräder in Zukunft besser ihre Fahrspur einhalten, haben sie zunehmend Chacen, als energiesparende und umweltfreundliche Verkehrsmittel akzeptiert zu werden. Dazu ist Voraussetzung, daß die Pedalbewegung entfällt. Das Fahrrad braucht also einen Fremdantrieb, z.Bsp.For this reason, bicycles are currently only used for leisure and exercise. Device. Only when it is possible that bicycles better keep their lane in the future, they are becoming increasingly popular as an energy-saving and environmentally friendly means of transport to be accepted. A prerequisite for this is that the pedal movement is omitted. That Bicycle therefore needs an external drive, e.g.

in Form eine.; batteriegespeisten, elektromotorischen Antriebes.in the form of a .; battery-powered, electromotive drive.

Derartiges ist nicht neu. Leider hat man in der Verganganheit den folgenschweren Fehler begangen,bei der Wahl del Ilotornennleistung sich von verkaufstaktischen Argumenten leiten zu lassen, hielt also eine Leistungsangabe von 1 PS fiir erforderlich Die im Vergleich zum durchschnittlichen Leistungsvermögen von 50 bis 100 Watt eines Menschen mit 700 bis 800 glatt um den. Faktor 10 überdimnesionierten Motoren erzwangen große und schwere Batterien.This is not new. Unfortunately, in the past you have Made fatal mistakes in choosing the rated motor power from sales tactical To allow arguments to guide, therefore, considered a power rating of 1 hp to be necessary Compared to the average capacity of 50 to 100 watts of a People with 700 to 800 smooth around the. Factor 10 oversized motors forced large and heavy batteries.

Wegen des hohen Gesamtgewichtes des Elektroantriebes kamen schließlich nur noch Rahmen, Bereifung und Bremsen von ansonst verbrennungemotorbetriebenen Motorfahrrädern (Mofas, Mopeds) in Betracht.Because of the high total weight of the electric drive, they finally came only frames, tires and brakes of otherwise combustion engine-powered Motorcycles (mopeds, mopeds) into consideration.

Diese unhandlichen Elektrozweiräder der vergangenen Jahre mit Gewichten bis 80 kg konnten keine Kellertreppe mehr heruntergetragen werden, erforderten also Garagenabstellfläche. Sie liegen sich, wenn die Batterie leer war, kaum mehr per Pedaltreten von der Stelle bewegen. Man blieb hilflos auf der Straße liegen.These unwieldy electric two-wheelers from the past few years Weight Up to 80 kg no more basement stairs could be carried down, so required Garage space. When the battery is empty, they are hardly left lying Move the pedal off the spot. One remained helpless on the street.

Wie der vorgenannte Schnelligkeitsvergleich zwischen Auto und Fahrrad im Großstadtverkehr zeigt, bringt eine überhöhte Rotor leistung keine Vorteile. Das durchschnittliche Muskelleistungsvermögen eines Menschen reicht für den elektromotorischen Antrieb eines Fahrrades aus. Ziel dieser Erfindung ist e', einen Antrieb zu finden, der die Nachteile bisheriger elektromotorisch betriebener Fahrräder vermeidet. Er so)l zu einer nur unwesentlichen Erhöhung des aus normalen Fahrrad, Antrieb und aufgesessenem Hadfahrer sich zusammensetzenden Gesamtgewichts führen, so daß er ohne Risiko an weltweit millionenfach vorhandenen normalen Fahrrädernnachgerüstet werden kann. Zusätzlich soll ein ungestörter Parallelbetrieb durch Pedaltreten und Eklektromotor möglich sein, so daß sich Muskel- und elektroinotorische Leistung aufaddleren.Like the aforementioned comparison of speeds between a car and a bicycle shows in city traffic that excessive rotor power has no advantages. The average muscle performance of a person is sufficient for the electromotive Drive a bicycle off. The aim of this invention is to find a drive which avoids the disadvantages of previous electric motor-operated bicycles. He so) l to only a negligible increase in the normal bike, drive and Mounted Hadfahrer lead composite weight, so that he retrofitted to normal bicycles available in the millions worldwide without risk can be. In addition, an undisturbed parallel operation by pedaling and Electric motor be possible, so that muscle and electroinotor performance paddle up.

Die hierdurch erreichte Verdopplung der Antriebsleistung ermöglicht dann z.:Ssp. Bergaufwärtsfahren bei etwa doppelter Steigung wie bisher, ohne absteigen und schieben zu müssen. Damit wird ein derart motorisiertes Fahrrad zusätzlich zum Stadtverkehr auch für Überlandfahrten im hügeligen Gelände, als Zubringer zu Haltestellen von öffentlichen Verkehrsmittteln, als Transportmittel für den Einkauf in entfernteren Supermärkten und als Freizeitverkehrsmittel interessant. Ein weiteres Zie der @ Erfindung ist, daß der Kaufpreis des batteriegespeisten, elektromotorischen antriebes so niedrig ist, daß er von vielen Menschen akzeptiert wird. Dies ermöglicht der Industrie den Einsatz wirtschaftlicher Massenfertigungsverfahren. Ferner soll der Antrieb einfach und kostengünstig und bei einigem Geschick im Do-It-Yourself-Verfahren an vorhandene Fahrräder nachrüstbar sein.The doubling of the drive power achieved in this way is made possible then z.:Ssp. Driving uphill on roughly twice the incline as before, without dismounting and having to push. This makes such a motorized bicycle in addition to the City traffic also for overland journeys in hilly terrain, as a feeder to bus stops by public transport, as a means of transport for shopping in more distant places Supermarkets and interesting as a means of recreational transport. Another goal of @ Invention is that the purchase price of the battery-powered, electric motor drive is so low that it is accepted by many people. This enables the Industry to use economical mass production processes. Furthermore, the Drive simple and inexpensive and with some skill in the do-it-yourself process can be retrofitted to existing bicycles.

Beim Bergabwärtsfahren wird beim normalen Fahrrad wie auch bei benzinbetriebenen Zweirädern die überschüssige kinetische Energie in den Bremsen in Wärme umgesetzt. Ziel der Erfindung ist u.a.When driving downhill, normal bikes as well as petrol-powered bikes Two-wheelers convert the excess kinetic energy into heat in the brakes. The aim of the invention is i.a.

die generatorische Rückspeisung eines Teiles dieser Energie als Batterienachladung mit einem'Minimum an zusätzlichem technischen Aufwand. Damit ist auch der Einsatz eines derart ausgerüsteten Fahrrades bei flochbocken des Hinterrades als pedalbetriebenes Niederspannungs- Notstromaggregat mit etwa 50 Watt Leistungabgabe in Krisensituationen z.Bsp. zur Notbeleuchtung oder zur Speisung fermeldetechnischer Geräte möglich.regenerative feedback of part of this energy as battery recharging with a minimum of additional technical effort. That’s also the stake one equipped in this way Bike with flochbocks of the rear wheel as a pedal-operated low-voltage emergency power unit with a power output of around 50 watts in crisis situations e.g. for emergency lighting or for supplying telecommunication systems Devices possible.

Für den Fall, daß ein rechtzeitiges Nachladen der Batterie vergessen wurde, soll der Elektroantrieb einfach und zuverlässig auskuppelbar sein, und das Fahrrad wie ein normales Fahrrad durch Pedalantrieb fortbewegt werden können. Bei der Bemessung des Amntriebes ist durch konstruktive und/oder elektrische Maßnahmen sicherzustellen, daß zu vorzeitiger Zerstörung oder Alterung von Motor und Batterie führende Überlastungen nicht vorkommen können.In the event that you forget to recharge the battery in good time the electric drive should be easy and reliable to disengage, and that Bicycle can be moved like a normal bicycle by pedal drive. at the dimensioning of the drive is based on constructive and / or electrical measures ensure that there is no premature destruction or aging of the engine and battery leading overloads cannot occur.

Die erfinderliche Lösung, die vorgenannten Anforderungen entspricht, ergibt sich durcll den Einsatz eines dauermagneterregten Antriebsmotors, der über einen Reibrollantrieb auf der Motorwelle seine Leistung auf die Bereifung oder für vorgenannten Einsatz angepaßte Radfelgen des ansonst über Pedal und Kette angetriebenen Hinterrades überträgt. Ein solcher Reibrollantrieb ist bei Begrenzung der elektromotorischen Antriebsleistung auf eine Größenordnung von etwa 1 OOWim Gegensatz zu bisherigen 800 Watt-Elektrofahrrädern technisch zuverlässig machbar. Durch angepaßte Bemessung des Reibschlusses (richtig gewählte Federvorspannung, angepaßte Materialwahl und Formgebung für das Reibrad auf der Motorwelle ) übernimmt diese Art der Kraftübertragung zugleich die Funktion einer Sicherheitsrutschkupplung. Bei einjustierten an der Andrückfeder einer Rutschgrenze entsprechend z.Bsp. dem 1,5-fachen Motornennmoment, ist es nicht möglich, Motor und Batterie mit höherem als etwa den 1,5 - fachen Nennstrom zu belasten. Im praktischen Fahrbertrieb bedeutet dies, daß der Radfahrer ähnlich wie bei früheren benzinbetriebenen Fahrrädern iiimer erst per Pedal das Hinterrad auf eine bestimmte Drehzahl bringen muß, bevor das Zuschalten der Batterie; auf den Motor ohne Gefahr des Durchrutschradium $Batterieladung Damit entfallen die den Aktionsradius jiro Batterieladung stark einschränkenden hohen Anfahrspitzenströme. Zusätzlich können anstelle von Blei-Starterbatterien mit ihrem hohen Spitzenstromangebot künfteg andere Batteriearten wie z.Bsp. Stahl-Luft-Batterien mit besserem Energiespeichervermögen pro Battereiegewicht eingesetzt wer Um das Zuschalten voll Batterie und Motor auf das zunächst über Pedalarbeit fremdangetriebene Motoreibrollrad bereits bei kleinen Fahrgeschwindigkeiten von z.Bsp. 6 lnn/h km/h zu ermöglichen, andererseits ohne Überschreiten der Rutschgrenze mit z.Bsp. 20 km/h elekromotorisch angetrieben fahren zu könnnen, wird erfindungsgemäß das motorseitige Reibrollrad als eine Art kegel ausgebildet.The inventive solution that meets the aforementioned requirements, results from the use of a permanent magnet-excited drive motor, which over a friction roller drive on the motor shaft its power on the tires or for The aforementioned use of adapted wheel rims of the otherwise driven by pedal and chain Rear wheel transmits. Such a friction roller drive is when limiting the electromotive Drive power to an order of magnitude of about 1 OOW in contrast to previous ones 800 watt electric bicycles technically reliably feasible. Through adapted dimensioning the frictional connection (correctly selected spring preload, adapted material selection and Shaping for the friction wheel on the motor shaft) takes on this type of power transmission at the same time the function of a safety slip clutch. When adjusted to the Pressure spring of a slip limit according to e.g. 1.5 times the nominal motor torque, it is not possible to use a motor and battery with a current higher than approximately 1.5 times the rated current to charge. In practical driving, this means that the cyclist is similar As with earlier gasoline-powered bicycles, the rear wheel is only pedaled by the pedal must bring to a certain speed before switching on the battery; on the motor without the risk of radium slipping $ battery charge The high starting peak currents severely restricting the operating range of the battery charge. In addition, instead of lead starter batteries with their high peak current supply other types of batteries such as Steel-air batteries with better energy storage capacity per battery weight used who To switch on full battery and motor on the motor roller wheel, which is initially driven externally via pedal work at low driving speeds of e.g. 6 ln / h km / h, on the other hand without exceeding the slide limit with e.g. 20 km / h electrically driven To be able to drive, according to the invention, the motor-side friction roller wheel is a kind of cone formed.

Stehen Reibrad und Bereifung nahe der Kegelspitze in Eingriff, so ergibt sich bei vorgegebener Motornendrehzahl eine kleine Fahrgeschwindigkeit. Umgekehrt ergibt der Eingriff am größten Regeldurchmesser ein z.Bsr. auf ein Drittel reduziertes .bersetzungsverhältnis und fürhrt zu etwaw dreifacher Fahrgeschindigkeit. Das stufenlose Verändern der Fahrgeschwindigkeit erfolgt erfindungsgemäß durch Schwenken oder Verschieben des Motors bzw. seines Kegelrades in seine relativen Lage zum angetriebenen Hinterrad mit Hilfe eines vom Fahrer vornehmlich über einen sogenannten Gasdrehgriff am Lenkr. betätigten Bowdenzuges oder über funktionsgleiche Gestängeanordnungen.If the friction wheel and the tire are in engagement near the tip of the cone, see above the given engine speed results in a low driving speed. Vice versa the intervention on the largest standard diameter results in e.g. reduced to a third .transmission ratio and leads to about three times driving speed. The stepless one According to the invention, the driving speed is changed by pivoting or shifting of the motor or its bevel gear in its position relative to the driven rear wheel with the help of a driver primarily via a so-called throttle grip on the steering wheel. operated Bowden cable or functionally equivalent linkage arrangements.

Für Komfortlösungen vorgenannten Antriebes, bei denen der Lernprozeß, wann darf ich ohne Gefahr des Durchrutschens meinen Elektroantrieb zuschalten oder wann muß ich bei Steigungen Pedalhilfe geben,erleichtert wird, sind ggf. zu ergänzen: ein bowdenzugbetätigter Batteriestromschaltet mit einem vom vorgegebenen Schwellenwert der generatorischen Spannung des Motors ausgelösten Zuschaltrelais, ein T'berstromsicherungsautomat, ein am Fahrradlenker installierter, umschaltbarer Strorn- und Batteriespannungsanzeiger.For comfort solutions of the aforementioned drive, in which the learning process, when can I switch on my electric drive without the risk of slipping or When do I have to give pedal assistance on inclines, when it is made easier, if necessary add: a Bowden cable operated battery current switches with a predetermined threshold value the generator voltage of the motor triggered connection relay, an overcurrent protection device, a switchable current and battery voltage indicator installed on the bicycle handlebar.

Letzterer ist vorteilhafterweise ein Drehepulinstrument mit iTullstellung des Zeigers bei etwa einem Drittel der Skalenklänge.The latter is advantageously a rotary reel instrument with a zero position of the pointer at about a third of the length of the scale.

Bei Bergabwärtsfahren mit generatorischer Röckspeisung in die Batterie erfolgt Anzeige der Stromrichtungsumkehr und Größe des Ladestromes. Durch angepaßte Bowdenzugbetätigung zwecks änderung der Reibrollenübersetzung läßt sich dieser Strom optimieren, um möglichst viel kinetische Energie als Elektroenergie für die weitere Fahrt in der Batterie zu speichern. Gleichzeitig werden die mechanischen Bremsen des Fahrrades thermisch entlastet.When driving downhill with regenerative feed back into the battery the reversal of the current direction and the size of the charging current are displayed. By customized Bowden cable actuation for the purpose of changing the friction roller transmission can be this current optimize as much kinetic energy as possible as electrical energy for the further Save ride in the battery. At the same time, the mechanical brakes of the bike thermally relieved.

In Kombination zur Motorinstallation unter und hinter dem Fahrradtretlager mit Reibrolleingriff am schutzblechfreien unterem Teil des Hinterrades bietet sich gleichermaßen eine mit tiefem Schwerpunkt installierte Aufhängung der Batterie vor dem Tretlager im freien Raul # zwischen den Pedalen an. Entsprechend schmale Batterien sind als Motorradstarterbatterien handelsüblich. Motor-und Batterieaufhängung lassen sich zu einer gemeinsamen, montagefreundlichen, auch von Laien nachinstallierbaren Einheit zusammenfassen. Des weiteren ist die Aufhängung von Batterien unter Nutzung der Verschraubung der Hinterradachse möglich. Sie überragen dabei seitlich nicht das Profil der Pedale und Füße. Das Fahrrad ist ohne Gefahr von Bateribeschädigungen über Treppen und Bordschwellen fahrbar. Der niedere Schwerpunkt führt zu einer weiteren Verbesserung der Spurhaltung des Fahrrades.In combination with motor installation under and behind the bicycle bottom bracket with friction roller engagement on the mudguard-free lower part of the rear wheel also provides a suspension for the battery installed with a low center of gravity the bottom bracket in the free space # between the pedals. Correspondingly narrow batteries are commercially available as motorcycle starter batteries. Leave engine and battery suspension to a common, easy-to-assemble, which can also be retrofitted by laypeople Summarize the unit. Furthermore, the suspension of batteries is in use the screw connection of the rear wheel axle possible. They do not protrude laterally the profile of the pedals and feet. There is no risk of battery damage to the bike Can be driven over stairs and curbs. The lower center of gravity leads to another Improving the tracking of the bike.

Von Vorteil ist, wenn zwei Batterien beidseitig der Hinterrad achse verwendet werden, die einzeln oder in Serie geschaltet werden können. Damit kommt zur stufenlosen mechaniscsien Verstellung der Fahrgeschwindigkeit über den Reibradkegel von z.Bs. 1 : 3 noch eine Ankerspannungsschaltung im Verhältnis 1 : 2. Das auf 1 : 6 erweiterte Geschwindigkeitsstellverhältnis ist nützlich bei Koloinenschleichfahrt oder am steilen Berg. Das Elektrofahrrad vermag nach Absitzen des Pahrers das auf ein Viertel des vorherigen Gesamtgewichtes reduzierte Gewicht selbst bergauf zu ziehen, braucht alao nicht geschoben zu werden. Damit der abgesessene, das Fahrrad am Lenker führende Mensch seinem sich selbst antreibenden Fahrrad zu BuJi arn Berg folgen kann, ohne außer Atem zu kommen, bedarf es eines Übersetzungsverhältnisses bis 1 : 6 Zur Verdeutlichung der erfinderischen Lösung bedarf es der zeichnetischen Darstellung. Es zeigen Figur 1 ein mit batteriegespeistem Elektroantrieb ausgerüstetes Fahrrad in Seitenansicht Figur 2 den zwecks Elektrofahrbetrieb eingeschwenkten Motor Figur 3 einen Schnitt durch Fahrmotor, Reibrad und Bereifung Figur 4 den ausgeschorenkten Motor bei Pedalantrieb Figur 5 die dem Reifenprofil angepaßte Geometrie des Reibrades Figur 6 Schaltung und Anordnung eines Zweibatterien-Antriebes Figur 7 Schaltung eines Antriebes mit mehrfach geichetem Stromkreis und Strom und Spannungsanzeige am Lenker Figur 1 zeigt zunächst ein herkömmliches Fahrrad mit Vorderrad 1, Lenker 2, Pedaltretlager 3 und Hinterrad 4. Unterhalb und hinter dem Tretlager 3 und zwischen den Pedalen 5 und 6 ist der geeignetste Ort zur Unterbringung des Fahrmotors 7 mit seinem Reibrad 8.It is an advantage if two batteries are located on both sides of the rear wheel axle can be used, which can be connected individually or in series. With that comes for stepless mechanical adjustment of the driving speed via the friction wheel cone from e.g. 1: 3 another armature voltage circuit in the ratio 1: 2 : 6 extended speed ratio is useful for crawl speed or on a steep mountain. The electric bike can do this after the piker has dismounted it a quarter of the previous total weight reduced weight even uphill pull, alao does not need to be pushed. So that the dismounted, the bike man at the handlebars leading his self-propelled bicycle to BuJi arn Berg can follow without getting out of breath, a gear ratio is required up to 1: 6 To illustrate the inventive solution, the drawing tables are required Depiction. FIG. 1 shows a battery-powered electric drive Bicycle in side view, FIG. 2, the motor swiveled in for the purpose of electric driving figure 3 shows a section through the traction motor, friction wheel and tires; Motor with pedal drive Figure 5, the geometry of the friction wheel adapted to the tire profile FIG. 6 circuit and arrangement of a two-battery drive; FIG. 7 circuit of a drive with multiple calibrated circuit and current and voltage display on the handlebars Figure 1 initially shows a conventional bicycle with front wheel 1, handlebars 2, pedal bottom bracket 3 and rear wheel 4. Below and behind the bottom bracket 3 and between the pedals 5 and 6 is the most suitable place to accommodate the drive motor 7 with his friction wheel 8.

Für die Aufhängung der Batterien 9 und 10 kommt entweder die Verschraubung der Hinterradachse 11 oder eine Aufhängung vor dem Tretlager 3 am Rahmen 12 oder beides gemeinsam in Betracht.For the suspension of the batteries 9 and 10 either the screw connection comes the rear axle 11 or a suspension in front of the bottom bracket 3 on the frame 12 or consider both together.

Das Schwenken des Motor und damit Verändern des Reibradübersetzungsverhältnisses erfolgt über einen Bowdenzug 13 oder funktionsgleiches Gestänge vorteilhafterweise durch einen sogenannten Gasdrehgriff 14 am Lenker 2. Bei angezogenem Drahtzug wird der Fahrmotor 7 eingeschwenkt. Figur 2 verdeutlicht dies in einem vergrößerten Ausschnitt. Neben dem Gelenk 15 für vertikales Schwenken ermöglicht ein Scharnier 16 bei vlberwindung der Gegenkraft einer justierbaren Druckfeder 17 eine seitliche Drehbewegung des Motors.Pivoting the motor and thus changing the friction gear ratio takes place advantageously via a Bowden cable 13 or a functionally equivalent linkage by a so-called throttle grip 14 on the handlebar 2. When the wire is tightened the drive motor 7 swiveled in. Figure 2 illustrates this in an enlarged section. In addition to the hinge 15 for vertical pivoting, a hinge 16 enables it to be overcome the counterforce of an adjustable compression spring 17 a lateral rotary movement of the Engine.

Bigur3zeigt als Schnitt A-B von Figur 2, wie die Bereifung 18 und der größte Durchmesser des Reibrades 8 in Eingriff stehen, wenn das Fahrrad mit größter Geschwindigkeit und somit bei kleinstem Übersetzungsverhältnis elektromotorisch angetrieben wird. Andererseits zeigt Figur 4, wie bei freigelassene Drahtzug der Motor sich durch sein Eigengewicht derart absenkt, daß Reibrad und Hinterradbereifung sich nicht mehr berühren1 und somit ein unbeeintr.chtigter Antrieb des Fahrrades per Pedal möglich ist.Bigur3 shows as section A-B of Figure 2 how the tires 18 and the largest diameter of the friction wheel 8 are engaged when the bike is with highest speed and thus with the lowest transmission ratio by electric motor is driven. On the other hand, FIG. 4 shows how the wire drawing is left open Motor lowers itself by its own weight in such a way that friction wheel and rear wheel tires no longer touching each other1 and thus an unimpaired drive of the bicycle is possible by pedal.

Um bei durch die Fahrradgeometrie begrenzten Abmessungen und bei relativ kl-jinen Betätigungswcgen herkömmlicher Bowdenzüge eine möglichst große Änderung der Übersetzung am lleibradkegel zu erreichen und ferner den Beiingungen-zu genügen, daß das Nennmoment des Motors zuverlassig übertragen wird, hingegen bei z, Bsp.To with dimensions limited by the bike geometry and with relative kl-jinen actuation of conventional Bowden cables a change as large as possible to achieve the translation at the idler cone and also to meet the conditions, that the nominal torque of the motor is reliably transmitted, on the other hand with z, Bsp.

1,5-fachem Nennmoment die Anordnung als Sicherhei-tsrutschkupplung wirkt, hat sich nach umfangreichen Versuchen die nachfolgende Bemessungsregel als vorteilhaft erwiesen. Wenn gemäß Figur 5 die Bereifung 18 einen Durchmesser dr hat, der kleinste nutzbare Durchmesser des ReibraeRegels a beträgt, so ist das Reibrad mit einer A.uskehlung zu versehen , deren Radius rk = (1 ... 2). dr beträgt, wobei der kleinere Wert für sogenannte Ballon- und der größere fur sehr schmale Rennradbereifung gilt..1.5 times the nominal torque, the arrangement as a safety slip clutch has an effect, after extensive tests, the following design rule has proven to be proved beneficial. If, according to Figure 5, the tires 18 have a diameter dr, the smallest usable diameter of the friction rule is a, then the friction wheel is to be provided with an A. flute, the radius of which is rk = (1 ... 2). dr, where the smaller value for so-called balloon tires and the larger value for very narrow racing bike tires is applicable..

Aus Figur 6 ist die räumliche Anordnung und das elektrische Schaltbild eines Fahrrades mit zwei Batterien und somit zwei verschiedenen hnkerspannungen zusätzlich zur stufenlosen lLeibkegelverstellung ersichtlich, 20 und 21 sind die beiden an der Hinterradachse aufgehängten Batterien. Sie ragen seitlich nicht mehr als der Sattel 22 und weniger als die Pedale 23, 24 und der Lenker aus dem Fahrradprofil.Das Minuspotential der Anordnung liegt an Masse(=Fahrradrahmen), Die Kabel beider Batterien werden zunächst zu einer Steckbuchsenanordnung 25 geführt, die vorteilhaftwerweise mit der Motoraufhängung 26 vor dem Tretlager integriert ist, um zusätzliche Verschraubungen einzusparen und die Nachinstallation normaler Fahrräder zu Elektror'dern durch Laien zu erleichtern, Aus dem Schaltbild der Steckbuchsenanordnung 27 ist deren unsymetrischer Aufbau ersichtlich, um Fehlschaltungen auszuschließen. Mit dem "Fahrstecker" 28 wird das elektrische Potential U/2 zwischen beiden Batterien angezapft. Beim Ansschließen der Batterien an das Ladegerät 29 zwecks Nachladen muß der Fahrstecker 28 gezogen werden, damit der Ladestecker 30 angeschlossen werden kann. Die Aufladung erfolgt dann bei parallelgeschalteten Batterien.From Figure 6 is the spatial arrangement and the electrical circuit diagram a bicycle with two batteries and thus two different trailer voltages in addition to the infinitely variable abdominal cone adjustment, 20 and 21 are the two batteries attached to the rear axle. They no longer protrude sideways than the saddle 22 and less than the pedals 23, 24 and the handlebars from the bicycle profile Negative potential of the arrangement is at ground (= bicycle frame), the cables of both batteries are first led to a socket assembly 25, which advantageously is integrated with the engine mount 26 in front of the bottom bracket to provide additional screw connections Saving and the retrofitting of normal bicycles to electric bikes by laypeople To facilitate, From the circuit diagram of the socket arrangement 27 is its asymmetrical Structure visible to rule out incorrect switching. With the "driving plug" 28 the electrical potential U / 2 between the two batteries is tapped. When connecting the batteries to the charger 29 for the purpose of recharging, the driving plug 28 must be pulled so that the charging plug 30 can be connected. The charging takes place then with batteries connected in parallel.

Die beiden Pluskabel mit U/2 und U werden zu dem zweckinäßigerweise am Lenker installierten Ein-, Aus- und Spannungswahlschalter 31 geführt. Das zwangsweise Schalten von U/2 , bevor die volle Spannung auf- oder weggeschaltet wird ,begrenzt die Stromspitzen in Motor und Batterie. Die Ableitung 32 des Schalters führt zur Plusbürste des Dauermagnetfahrmotors 33, dessen Minusbürste auf Massepotential liegt. Die stuf--nlose mechanische Fahrgeschwindigkeitsverstellung erfolgt uber Drehgriff 34 und dem zum Motorschwenkhebel hinführenden Bowdenzug 35.The two positive cables with U / 2 and U become the appropriate one On, off and voltage selector switch 31 installed on the handlebars. Inevitably Switch from U / 2 before the full Voltage switched on or off limits the current peaks in the motor and battery. The derivation 32 of the switch leads to the plus brush of the permanent magnet travel motor 33, whose minus brush is at ground potential lies. The stepless mechanical travel speed adjustment takes place via Rotary handle 34 and the Bowden cable 35 leading to the engine pivot lever.

Figur 7 zeigt das Schaltbild für einen Elektrofahantrieb mit mehrfach überwachtem Stromkreis, hier unter der Annahme de Speisung durch eine Batterie. Die Schaltungen gemäß Figur 6 und 7 sind selbstredend miteinander kombinierbar. Der Strom der Batterie 36 muß zunächst einen Sicherungsautomaten 37 mit thermischer (bei längerer Überlast) und magnetischer Au; sung (bei z.Bsp.Figure 7 shows the circuit diagram for an electric drive with multiple monitored circuit, here under the assumption that it is powered by a battery. The circuits according to FIGS. 6 and 7 can of course be combined with one another. The current of the battery 36 must first a circuit breaker 37 with thermal (with prolonged overload) and magnetic Au; solution (for e.g.

Kurzschluf? und Gefahr von Kabelbrand) passieren. Damit Strom erst dann zugeschaltet wird, wenn der Dauermagnetmotor durch Pedaltreten eine etwa der halben Nenndrehzahl en%sprechende Zuschaltdrellzahl erreicht hat, liegt an den KleTnmen des Motors 98 eine Relaisspule ,9, die erst dann den Stromfluß freigibt, wenn dei. Motor eine vorgenannter Drehzahl proportionale Spannung generatorisch beistellt. Der Schalter 40 wird von einer Klinke 41 , die mit dem Bowdenzug 42 oder einem funktion@g@ eichen Gestänge verbunden ist, erst dann betätigt, wenn das Motorreibran bis zum Eingriff am Hinterrad eingeschwenkt ist. Alle elektrischen Funktionen der Anordnung werden somit durch Betätigung des Drehgasgriffes am Lenker ausgelöst. Es sind keine motorstrolafüllrenden Kabel zum Lenker nötig.Short circuit? and risk of cable fire). So that electricity first is then switched on when the permanent magnet motor by pedaling an approximately the half the nominal speed en% has reached the appropriate number of engagement twists, is due to the KleTnmen of the motor 98, a relay coil 9, which only releases the flow of current when the. Motor provides a voltage proportional to the aforementioned speed as a generator. The switch 40 is operated by a pawl 41, which is connected to the Bowden cable 42 or a function @ g @ calibrated linkage is connected, only actuated when the motor drive is up to Engagement on the rear wheel is pivoted. All electrical functions of the arrangement are thus triggered by operating the twistgrip on the handlebar. There are not any Motor strola-filling cable to the handlebars required.

Zur Kontrolle des jeweiligen Stromverbrauches ist die Installation eines Drehspulinstrumente-z 43 am Lenker von Vorteil. Ein niederohrniger Shunt 44 in Serie zum Motor liefert ein dem Strom analogen Meßwert. Durch einen Umschalter 45 leßt sich der Ladezustand der Batterie am gleichen Instrument anzeigen. Der Reihenwiderstand 46 sorgt für Anpassung von Meßwerk und Instrumentenskala.The installation a moving coil instrument z 43 on the handlebar is an advantage. A low-eared shunt 44 in series with the motor supplies a measured value analogous to the current. Through a toggle switch 45 the charge status of the battery can be displayed on the same instrument. The series resistance 46 adjusts the measuring mechanism and the instrument scale.

Meß- und Relaiskreis werden durch eine Feinsicherung 47 vor# Uberströmen geschützt. Sicherungsautomat, Relais und bowdenzugbetätigter Schalter wie auch die zur Meßwertfassung dienenden Widerstände sind vorteilhafterweise in unmittelbarer Nachbarschaft von Batterie und Motor anzuordnen. Als geeignet hierfür hat sich der Raum zwischen Batterie 10 laut Figur 1 und dem Rahmen 12, also das durch 48 gekennzeichnete Dreieck erwiesen. Batterie-, Installationskasten und Motoranordnung bilden hierbei eine integrierte Einheit mit kurzen, verlustarmen Kabellängen, die bereits derart miteinander verdrahtet sind, daß nur noch der Bowdenzug und der Stecker zum Lenkerinstrument anzuschließen sind, um ein bisheriges Trennfahnrrad künftig als Elektrofahrrad betreiben zu können, Bei Anbau und Erprobung vorbeschriebener Elektroantriebe an normalen FahrrcQern hat sich ergeben, da. das vom Fahrrad zu tragende Gesamtgewicht (Rad ca. 15 kg, Fahrer ca. 75 kg, Motor und Installation ca. 2 kg, Batterien ca. 5 bi. 7 kg ) sich lediglich um etwa 10 % erhöht hat. Es besteht kein Risiko für ein Nachrüsten normaler Fährräder mit Elektroantrieben.The measuring and relay circuit are protected from overcurrents by a microfuse 47 protected. Circuit breaker, relay and Bowden cable operated switch as well as the Resistors used for recording the measured values are advantageously in the immediate vicinity To arrange the vicinity of the battery and motor. As suitable for this Has the space between the battery 10 according to Figure 1 and the frame 12, so that through 48 marked triangle. Battery, installation box and motor assembly form an integrated unit with short, low-loss cable lengths that are already wired together in such a way that only the Bowden cable and the connector to be connected to the handlebar instrument in order to use a previous Trennfahnrrad in the future to be able to operate as an electric bicycle, with cultivation and testing as described above Electric drives on normal bicycles have emerged since. that from the bike too total bearing weight (bike approx. 15 kg, driver approx. 75 kg, engine and installation approx. 2 kg, batteries approx. 5 bi. 7 kg) has only increased by around 10%. It there is no risk of retrofitting normal bicycles with electric drives.

Die vorstehend erläuterte erfinderische Lösung ist nicht auf die Anwendung bei normalen Fahrrädern beschränkt. Sie umfaft auch deren Nutzung bei drei- und vierrädrigen Verkehrsmitteln, bei fahrradähnlichen Trimm-Dich-Geräten und kleinen Notstromaggregaten, bei denen eine stufenlose Spannungseinstellung erwünscht ist.The inventive solution explained above is not to the application limited for normal bicycles. It also includes their use by three and four-wheeled means of transport, bicycle-like fitness devices and small ones Emergency power generators for which a stepless voltage setting is desired.

Gleichermaßen ist del- Einsatz der erfinderischen Lösung nicht nur auf die Nachrüstung vorhandener Fahrräder begrenzt, sondern hat gleichermaßen Bedeutung für die Serienfabrikation von grundsätzlich bereits als Elektrorädern konzipierten Verkehrsmitteln, bei denen z. Bsp. Pedaltreitlager und Motoraufhängung miteinander integrierte Teile sind, und die Batteriekasten feste Bestandteile des Rahmen oder der Hinterradaufhängung sind.Likewise, del- use of the inventive solution is not only limited to retrofitting existing bicycles, but is equally important for the series production of basically already designed as electric bikes Means of transport where z. E.g. pedal riding bearings and engine suspension together integrated parts are, and the battery box integral parts of the frame or the rear suspension.

11 Ansprüche 7 Figuren L e e r s e i t e11 claims 7 figures L e r s e i t e

Claims

Claims: 1. Battery-powered, electric motor drive for bicycles and similar means of transport derived therefrom, characterized in that, that. as a drive, it is roughly equivalent to the muscle performance of a person A battery-powered direct current motor is used, which generates its power via a on the Notorwelle the friction roller wheel located directly on di maturation or rims modified for this purpose transmits, whereby dec frictional engagement by means of Bowden connection or functionally equivalent linkage can be set by the driver, so that alternatively an operation of the bike by Pedal pedaling, possible with an electric motor drive or both drives together is, with muscle power and electromotive power add up, which is e.g. conquering an incline that is twice as high without having to sit down, as with allows pure pedal operation, and with the aforementioned power limitation for the electric drive motor and batteries only an increase of the bicycle, Batteries, drive and mounted driver of the total weight made up in an order of magnitude of about 10%, which is a risk-free reinstallation such an electric drive enables existing normal bicycles.

2. Battery-powered, electric motor drive according to claim 1, characterized in that the translation ratio between the motor shaft and driven wheel is continuously adjustable in a ratio of up to about 1: 3, for which purpose the motor-side friction roller is designed as a cone.

3. Battery-powered, electric motor drive according to claim 1, characterized in that the lleibracl with the help of a ju animalable pressure spring at the same time serves as a safety slip clutch that overloads the motor and battery with more than z. E.g. 1.5 times the nominal current with the help of the then occurring Prevents slipping, thereby protecting both the engine and the battery as well as an enlargement of the action radius per battery charge due to omission high start-up current peaks, and also the transition from lead-acid batteries to others Battery types with a higher energy storage capacity with a low surge current rating enables.

4. Battery-powered, electromotive drive according to claim 2, characterized in that in order to achieve a coarse, s-continuously adjustable Transmission ratio while ensuring a good friction fit between Friction wheel and tires by enlarging the contact surface between the two on the engine side Keibradkegel according to Figure 5 is provided with a groove with the radius rk, where rk is about one to two times the diameter of the tires.

5. Battery-powered, electric motor drive according to claim 1, characterized in that the drive motor is a permanent magnet DC motor similar to a larger one, inexpensive and with roller bearings on the output side provided wiper motor is used, in contrast to series motors a part of the otherwise when going downhill in the mechanical brakes of the bicycle Energy converted into heat with the help of permanent magnet excitation the battery is fed back, the necessary for this above the engine idling speed lying reverse working speed by adjusting the friction roller cone to as much as possible large gear ratio is achieved

6. Battery-powered, electromotive Drive for bicycles according to claim 1, characterized in that the electric motor in the space between the bicycle pedals below and behind the pedal bottom bracket both vertii: al swiveling aTs even when overcoming the restoring force of an adjustable spring Is arranged laterally pivotable, its friction wheel cone for engagement with the Protective cup-free part of the Hinterratiez can be brought, and through the low center of gravity of the motor improves the tracking of the bike, without daP; the risk of damage to the engine when driving over curbs or stairs.

7. Batteriegespeist'r, electromotive drive according to claim 1 characterized in that the screw connection of the rear wheel axle is used to suspend the battery serves, on which the batteries hang down with a low center of gravity, with the large diameter of the rear wheel damage the batteries at the curbs - or stair climbing prevented, and that in the event of accidental Overturn de Radesw like the parts of the wheel that protrude more than the batteries Handlebars, pedals and saddle reduce the risk of battery damage.

8. battery feeder, electric motor drive according to claim 1, characterized characterized in that two batteries are used to feed, either individually or connected in series supply the motor with two different voltages, so that for stepless, mechanical driving speed control via the friction wheel cone an electrical change in the engine speed in the ratio 1: 2 is added, whereby the entire adjustment range doubles.

9. Battery-powered, electric motor drive according to claim 1 thereby gekennzeiclinet that the battery is located in the space between the front wheel and the pedal bottom bracket and is thus suspended in the free profile between the two pedals on the frame, wherein I-; otor- and battery detachments are advantageously integrated with one another, and the frame that remains between the vertically hanging battery and an approximately 45 ° inclined frame Space for the electrical installation of switches, protective devices, cables, Charger or sockets used to connect an external battery charger will.

10. Battery-powered, electric motor drive according to claim 1 characterized in that the release of the battery storm with the help of a direct or indirectly controlled by the Bowdenzung switch, if there: Mootrreibrad is in engagement with the wheel to be driven, and a relay whose coil to the Motor terminals connected i t only when a regenerative voltage is reached, which is approximately half the nominal speed of the motor proportional, the battery current switches through to the motor, whereby in addition to the mechanical overload protection through the one wheel slip clutch of the motor power electrically via a combined Bimelatt and magnetic overload protection machines is monitored.

11. Battery-powered, electric motor drive according to claim 1, characterized in that current level as well as current direction through a handlebar arranged moving coil instrument with pointer zero position at about a third of the Scale length is displayed, and same instrument after switching to display and Monitoring of the battery voltage is used to ensure that the battery is recharged if necessary to be advised.