DE3208345A1

DE3208345A1 - Fahrrad mit einem antrieb durch einen elektromotor

Info

Publication number: DE3208345A1
Application number: DE3208345A
Authority: DE
Inventors: Egon 5000 Köln Gelhard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-03-09
Filing date: 1982-03-09
Publication date: 1983-09-15

Description

PATENTANWALT DR.-ING. t D'U λ" R "D B" Α'ϋ R

05.03.1982 5 KÖLN 1, Dr.B./str

Werderstraße 3 Telefon (0221) 524208-9

Gl 219

Reg.-Nr. bitte angeben

Patentanmel dung

des

Herrn Ingenieur Lgon Gel hard,
Thomas-Mann-Straße 10, 5000 Köln 51

"Fahrrad mit einem Antrieb durch einen Elektromotor" Zusatz zu P 31 44 884.4

Die Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einem Antrieb durch einen Elektromotor, wobei der Elektroantrieb und der Pedalantrieb über jeweils zugeordnete Ketten und Kettenräder auf das Getriebe der Hinterradnabe einwirken und den Kettenrädern beider Antriebssysteme Frei laufe zugeordnet sind.

Fahrräder mit den vorgenannten Merkmalen sind Gegenstand des Hauptpatentes . . . (Patentanmeldung P 31 44 884.4).

Da Fahrräder mit einem Zusatzantrieb durch einen Elektromotor gewichtsmäßig leicht sein müssen und daher die Batterien als Speicher

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der elektrischen Energie mit einem leichten Gewicht oder großer Leistungsdichte oder geringer Anzahl liegen müssen, ist es selbst mit modernsten Technologien, Systemen und Geräten schwierig, das Problem der Wirtschaftlichkeit durch spezifische Leistungen zufriedenstellend zu lösen. Daher kommt außer bestmöglicher Wirkungsgrade einzelnen Aggregate der Regelung des Elektroantriebs eine große Bedeutung zu, wobei diese Regelung in mechanischer und/oder elektronischer Weise möqlich ist.

Der praktische Einsatz und die erfolgten Auswertungen kombinierter Antriebssysteme über Pedal kraft und Elektromotor haben gezeigt, daß eine wirtschaftliche Fahrweise mit manueller "Dosiereinrichtung" nicht optimal möglich ist. Auch eine Getriebeautomatik löst dieses Prohlem zufolge der großen Übersetzungssprünge der einzelnen Getriebestufen nur ungenügend. Auch ist es bei Fahrrädern mit elektrischem Hilfsmotor schwierig, eine im Wirkungsgrad günstige Fahrweise zu erreichen, weil eine richtige manuelle Bedienung der Dosiereinrichtung und der Wahl der jeweils günstigsten optimalen Antrieosübersetzung ein hohes Maß an technischem und fahrtechnischem Einfühlungsvermögen erfordert. Erschwerend kommt dazu, daß der Elektroantrieb lautlos ist, so daß.der Fahrer kaum feststellen kann, ob der Elektromotor überfordert ist oder nicht.

Die vorliegende Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Lösung zu schaffen, bei der sich mit sicherem und vergleichsweise geringem baulichen Aufwand Pedalantrieb und Antrieb durch Elektromotor in

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einem einstellbaren Maß ergänzen und eine überbelastung des Fahrers durch Pedalantrieb oder eine überbelastung des Elektromotors vermieden wird. Auch soll der Fahrer jederzeit den Kraftanteil bestimmen können, den er selbst über den Pedalantrieb oder der Motor bringen soll.

Zur Lösung dieser Aufgebe wird bei einem Fahrrad mit einem Antrieb durch einen Elektromotor, wobei der Elektroantrieb und der Pedalantrieb über jeweils zugeordnete Ketten und Kettenräder auf das Getriebe der Hinterradnabe einwirken und den Kettenrädern beider Antriebssysteme Freiläufe zugeordnet sind, erfindungsgemäße eine Regeleinrichtung vorgeschlagen, die die Motorleistung des zuschaltbaren Elektromotors in Relation zu der vom Fahrer über den Pedal antrieb aufgebrachten Antriebsleistung regelt.

Die erfindungsgemäße Regeleinrichtung, die die Motorleistung des zuschaltbaren Elektromotors in Relation zu der vom Fahrer über den Pedalantrieb aufgebrachten Antriebsleistung steuert, umfaßt zwei Lösungen. So beinhaltet die erste Lösung, daß die Regeleinrichtung die Motorleistung des zuschaltbaren Elektromotors proportional zu der vom Fahrer über den Pedal antrieb aufgebrachten Antriebsleistung regelt. Darunter wird mit anderen Worten verstanden, daß, sofern der Fahrer des Zweirades nur mit geringer Kraft den Pedal antrieb betätigt, weil er beispielsweise mit geringer Geschwindigkeit fährt, dann entsprechend auch der Elektromotor eine geringe

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Antriebsleistung erbringt. Sofern jedoch der Fahrer eine größere Antriebsleistung über den Pedalantrieb erbringt, beispielsweise weil eine leichte Steigung vorhanden ist, dann soll entsprechend auch der Elektromotor eine entsprechend größere Leistung erbringen.

Die zweite Lösung beinhaltet, daß der Fahrer den prozentualen Anteil der über das Pedal ausgeübten Leistung und der vom Motor erbrachten Leistung an der Gesamtantriebsleistung über eine Einstellvorrichtung voreinstellen kann. Sofern somit der Fahrer beabsichtigt, das Zweirad ausschließlich durch Pedalkraft zu bewegen, dann stellt er die Einstellvorrichtung so ein, daß keine Antriebsleistung durch den Elektromotor erfolgt unabhängig davon, ob er mit geringem Kraftaufwand fahren kann oder will oder, beispielsweise an einer Steigung, er eine stärkere Kraft einsetzen muß. Der Fahrer kann jedoch auch einstellen, daß beispielsweise 50% der Gesamtantriebsleistung, unabhängig, ob sie schwer oder leicht zu erbringen ist, von ihm und die restelen 50% durch den Elektromotor erbracht werden.

Schließlich ist es möglich, daß der Fahrer die Einstellvorrichtung

so einstellt, daß ausschließlich die Antriebsleistung über den Elek- j

tromotor erbracht wird. Es sei verstanden, daß hier besonders vor- \

teilhatt das stufenlose Einstellen des prozentualen Verhältnisses der

vom Fahrer oder vom Elektromotor aufzubringenden Antriebsleistung ^: vorgesehen ist.

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In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß beide vorgenannten Lösungen beim Fahrrad vorhanden sind und dem Pedalantrieb eine Meßeinrichtung zugeordnet ist, der die jeweils vom Fahrer aufgebrachte Leistung im Antrieb abtastet und dieser Wert zur Steuerung der Antriebsleistung des Elektromotors dient und eine weitere, vom Fahrer einstellbare Einstellvorrichtung vorhanden ist, die das prozentuale Verhältnis der Antriebsleistung durch den Elektromotor und durch den Pedalantrieb steuert.

Als Meßeinrichtung, die sich insbesondere für den nachträglichen Einbau eignet, wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß sie aus einem mit einer Feder versehenen Kettenspanner besteht, dessen Drehachse zugleich die Drehachse eines Potentiometers ist, der in Verbindung mit einer Impulssteuerung die Betriebsleistung des Elektromotors proportional der vom Fahrer über den Pedal antrieb erbrachten Leistung regelt. In diesem Zusammenhang wird als weitere Erfindung beansprucht, daß die Feder des Kettenspanners in ihrer auf den Kettenspanner wirksamen Kraft auf die spezifische Leistung oder das Leistungsvorhaben des jeweiligen Fahrers einstellbar ist. Ein sehr starker Fahrer wird somit den Kettenspanner stärker einstellen als ein schwächerer Fahrer.

Durch den Kettenspanner erhält die Kette einen leichten Knick. Sofern der Fahrer mit großer Kraft in die Pedale tritt und somit das Drehmoment oder insgesamt die Kraft groß ist, dann ist abhängig von dieser

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Kraft auch der Winkelausschlag des Kettenspanners um seine Drehachse groß, d.h. der Knick in der Kette wird flach. Ist die Kraft allerdings geringer, dann ist auch der Winkelausschlag des Kettenspanners um dessen Drehachse geringer, so daß die Kette noch einen größeren Knick hat. Abhängig von dieser ausgeübten Kraft, umgesetzt in eine Drehung des Kettenspanners um seine Drehachse, wird somit der in der Drehachse befindliche Potentiometer betätigt, der seinerseits die Antriebsleistung für den Elektromotor steuert bzw. Teil der Steuereinrichtung ist.

Die Steuereinrichtung besteht in anderer erfindungsgemaßer Ausgestaltung aus einem dem Podalantrieb zugeordneten verformbaren Element, beispielsweise aus Gummi oder Kunststoff, das durch die auf dem Pedalantrieb ausgeübte Kraft verformbar ist und eine die Verformung feststellende Meßeinrichtung vorhanden ist, deren Wert in Verbindung mit einer zugeordneten Steuerung zur Beeinflussung der Leistung des elektrischen Antriebsmotors dient. Diese Lösung läßt zwei erfinderische Abwandlungen zu. So wird in weiterer erfindungsgemaßer Ausgestaltung vorgeschlagen, daß das Tretlager aus einem äußeren Tretlagerrohr und einem im radialen. Abstand befindlichen koaxialen inneren Tretlagerrohr besteht, wobei in dem Raum zwischen dem äußeren Tretlagerrohr und dem inneren Tretlagerrohr ein Ring aus verformbaren Werkstoff, z.B. Gummi oder Kunststoff vorhanden ist, und ein im Außenrohr angeordneter, an der Außenmantelfläche des inneren Tretlagerrohres anliegender piezolektrischer Druckaufnehmer vorhanden ist.

In weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung wird eine Meßeinrichtung vorgeschlagen, die nicht lediglich zur Messung der Pedalkraft, sondern allgemein des Drehmomentes geeignet ist und dazu vorgeschlagen wird. Bei dieser Lösung, auch bei einem Fahrrad zur Ermittlung der Pedalkraft, wird vorgeschlagen, daß an dem sich drehenden Bauteil ein verformbares Element, insbesondere aus Gummi oder dergleichen Werkstoff vorhanden ist, das abhängig von der Größe des Drehmomentes oder dergl. Kraft unterschiedlich verformbar ist und mit dem verformbaren Element ein erster Permanent-Magnetkörper verbunden ist, dem ein an dem nichtdrehenden Bauteil angebrachter, in Abstand befindlicher zweiter Permanent-Magnetkörper zugeordnet ist und der durch die Verformung des verformbaren Elemente mit dem daran befindlichen ersten Permanent-Magnetkörper veränderlich Abstand zwischen beiden Pennanent-Magnetkörpern durch einen Meßaufnehmer für elektromagnetische Feldgrößen, insbesondere in Gestalt eines Magnetometers, gemessen wird.

Das durch Pedal antrieb und zugleich Elektromotor-Antrieb antreibbare Fahrrad hat in weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung in der Nabe des Hinterrades ein vielstufiges kompaktes Planetgetriebe, auf welche: der Pedalantrieb und der Elektroantrieb gleichzeitig oder auch getrennt einwirkbar sind. Sofern der Pedalantrieb und der Antrieb durch den Elektromotor eine jeweils zugeordnete Kette haben und somit zwei Ketten vorhanden sind, dann wird in weiterer erfindungsgemäßer Ausge-

staltung vorgeschlagen, daß an der Nabe des Hinterrades für die Kette des Pedalantriebes ein Doppel kettenrad mit einem ersten Freilauf vorhanden ist und der Freilauf des vom Elektromotor angetriebenen Kettenrades und der Freilauf des über das Pedal angetriebene Kettenrades eine gemeinsame Nabe haben und die von dem Elektromotor ausgehende oder vom Pedal ausgehende Antriebskraft oder die vom Elektromtor sowie zugleich vom Pedalantrieb ausgehenden Antriebskräfte auf das in die Hinterradnabe integrierte Getriebe wirkt bzw. wirken. Die vorbeschriebene Lösung eignet sich insbesondere für das nachträgliche Nachrüsten eines Fahrrades mit einem Elektromotor.

Besonders vorteilhaft ist die weitere erfindungsgemäße Lösung, daß dem Kettenblatt des Pedalantriebes und dem vom Elektromotor angetriebenen Antriebsritzels eine gemeinsame Antriebskette des Fahrrades zu- I geordnet ist. Diese einzige Kette erleichtert das Gewicht des Fahr- \

rades, verringert die Kosten der Herstellung und bedarf keiner beson- 1

ι deren Regulierung, wie das bei zwei Ketten unter Umständen notwendig j

ist. In Verbindung mit dem vorerwähnten Vorschlag, lediglich eine \

Antriebskette für beide getrennten oder gemeinsamen Antriebe durch \

Pedalantrieb und Elektroantrieb zu wählen, wird vorgeschlagen, daß der. Pedal antrieb und der Antrieb des Elektromotors jeweils einen zugeordneten Freilauf haben. Dadurch ist es möglich, daß die Hinterradnabe des Fahrrades mit einem üblichen Freilauf versehen ist und auch im Bereich der Nabe des Hinterrades Untersetzungs- oder übersetzungsgetriebe üblicher Ausbildung und Anordnungen vorhanden sind. Dadurch

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ist die Herstellung des kombinierten Fahrrades mit Pedal- und Elektroantrieb einfach, weil eine Vielzahl in der Fahrrad-Industrie vorhandenen Serienteile verwendbar sind.

Besonders vorteilhaft ist bei Anordnung einer einzigen Kette für beide Antriebssysteme der weitere erfindungsgemäße Vorschlag, daß in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Antriebsritzel des Elektromotor-Antriebes an dem Untertruin der Kette ein in Richtung von oben wirksamer Kettenspanner angeordnet ist zur Erzeugung eines ausreichend bemessenen Uinschlingungswinkels des Antriebsritzels des Elektromotor-Antriebes und die Drehrichtung des in die Kette eingreifenden, vom Elektromotor angetriebenen Antriebsritzels umgekehrt ist der Drehrichtung des Kettenblattes des Pedalantriebs.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt. Es zeigen:

Figur 1 ein Fahrrad mit einem Elektro-Hilfsantrieb, Figur 2 die Antriebe des Fahrrades nach Figur 1,

Figur 3 den Kettenspanner mit Potentiometer in perspektivischer Darstellung,

Figur 4 einen Drehgriff zur Regulierung des prozentualen Anteils von Antriebsleistung durch Pedalkraft im Verhältnis zur Motorkraft,

Figur 5 in einem vertikalen Schnitt eine weitere Meßeinrichtung zur Messung der Pedal kraft,

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Figur 6 die Anordnung nach Figur 5 im horizontalen Schnitt

entsprechend der Linie VI-VI in der Ansicht von oben,

Figur 7 einen Teilausschnitt eines Kettenblattes des Pedal antriebes in Seitenansicht,

Figur 8 einen vertikalen Schnitt durch Figur 7 entsprechend
der dortigen Linie VIII,

Figur 9 den oberen Abschnitt von Figur 8,

Figur 10 einen Teilausschnitt des Fahrrades mit dem Antrieb über
nur eine einzige Antriebskette in Seitenansicht.,

Das Fahrrad 1 mit dem Kettenschutz 2 hat die Pedale 3, das Kettenrad 4 und einen Elektromotor 5 mit dem Antriebsritzel 6.

Beide sind durch einen Getriebedeckel 7 abgedeckt. Diese Anordnung ΐ ist an der Hinterradschwinge 8 befestigt. An dieser ist ebenfalls [ befestigt der Kettenspannerhebel 9 des Kettenspanners 10. Mit 11 ist
ein Kettenwerfer bezeichnet, der die Kette 16 des Pedalantriebes auf

das Kettenrad 18 oder 19 leitet. Mit 12 ist das Kettenrad für die ;

Kette 17 bezeichnet, die von dem Antriebsritzel 6 des Elektromotors ' ausgeht. Mit 13 ist das Ritzel des Kettenspanners bezeichnet, das 1; die Kette 16 von unten erfaßt und somit die Kette in der Weise spannt,
daß diese vom Tangentialpunkt des Kettenrades 4 zum Tangentialpunkt
des Kettenrades 18 oder 19 nicht geradlinig, sondern durch das Ritzel \ des Kettenspanners verursacht, mit einem leichten Knick verläuft. 3

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Die Einzelheiten des Kettenspanners ergeben sich aus Figur 3. Das vorerwähnte Ritzel 13 ist in bekannter Weise an einer Achse an dem Hebel 9 drehbar gelagert, der etwa auf seiner halben Länge abgekröpft ist. Dieser Hebel 9 ist gelagert an einer Welle 22, die abgeflacht ist, damit über eine dem Querschnitt der abgeflachten Welle 22 angepaßte Ausnehmung im Hebel 9 der Drehwinkel des Kettenspannerhebels auf die Welle 22 übertragen wird. Diese Welle 22 ist an den Halteflächen 29 befestigt über eine Befestigungsschraube 26. Das Halteblech 29 ist an der Hinterradschwinge über Schrauben 27 befestigt.

Die Spannung des Kettenspanners, d.h. die Kraft, mit der er von unten an die vom Pedalantrieb ausgehende Kette 16 angreift, wird eingestellt durch eine Wickelfeder 14, die mit ihrem vorderen freien Ende an einer am Hebel 9 vorhandenen Ausnehmung 24 angreift und mit dem anderen freien Ende in den Schlitz einer Schraube 20.

Die Federkraft dieser Wickelfeder ist einstellbar. In Ruhestellung des Fahrrades ergibt sich durch eine bereits geringe Federkraft eine Stellung des Ritzels, die mit 13'' angegeben ist. Die Kette ist somit stark abgeknickt. Sofern die Wickelfeder stärker einge-

stellt ist, dann ist die gleiche Stellung des Ritzels und entsprechend eine starke Abknickung der Kette vorhanden. Es ergeben

^; _: sich jedoch durch unterschiedlich starke Einstellung der Wickel-

E feder Unterschiede beim Fahren. Sofern eine starke Pedal kraft oder

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mit anderen Worten ein starkes Drehmoment und ein entsprechend starker Zug auf die Kette ausgeübt wird, dann wird das Ritzel abhängig von der ausgeübten" Kraft nach unten gedrückt, so daß es bei starker Kraft die Stellung 13 hat. Entsprechend wird auch das Potentiometer 21 um einen größeren Winkel betrag gedreht, so daß abhängig vom Maß dieser Drehung eine stärkere Antriebsleistung durch den Elektromotor erfolgt. Ist jedoch die Feder nicht so stark vorgespannt - ein schwächerer Fahrer will eine nicht so starke Vorspannung - dann wird bereits bei geringerer Kraftaufwendung die Kette und damit auch das Kettenritzel in die in Figur 2 mit 13 bezeichnete Stellung gelangen, so daß ebenfalls der Elektromotor proportional zur Antriebsleistung über das Pedal betätigt wird. Da bei einer Umdrehung des Pedalrades 4 abhängig von der Stellung der Pedale, die in ihrer Stellung vertikal übereinander durch die Fußte des Fahrers nur eine geringe Kraftübertragung, in ihrer Stellung nebeneinander in horizontaler Ebene jedoch eine maximale Kraftübertragung ergeben, unterschiedliche Kräfte ausgeübt werden, die auch zu einer jeweils unterschiedlichen Spannung und somit Schwingungen im Obertrum der Kette 16 führen, wird vorgeschlagen, diese Unterschiede durch ein elektronisches Zeitglied auszugleichen und somit ein Mittelwert für die Drehung des Potentiometers zu erhalten. Andernfalls würde bei jeder Umdrehung des Kettenrades um 180° das Potentiometer um einen gewissen Betrag hin- und hergedreht. Da dieses Potentiometer aber die Leistung des Elektromotors steuert, würde dies bei

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jeder Umdrehung des Kettenrades, wenn auch in geringem Maße zu einer unterschiedlichen Drehzahl oder Leistung des Elektromotors führen.

Figur 2 zeigt, daß der Kettenwerfer 11 die vom Pedalrad ausgehende Kette entweder auf das im Durchmesser größere Zahnrad 18 oder kleinere Zahnrad 19 überträgt und beide einen gemeinsamen Freilauf haben. Das Zahnrad 12, das über die Kette 17 ausgehend vom Elektromotor angetrieben wird, ist mit einem damit integrierten Freilauf versehen, so daß in der Hinterradnabe zwei Freiläufe vorhanden sind.

Figur 1 zeigt am Lenker einen Drehgriff 30, über den der Fahrer über a, einen weiteren Potentior.ieter das prozentuale Verhältnis einstellen kam, mit dem über Pedal kraft und/oder Elektromotor die Fahrleistung ertracht werden soll, und zwar unabhängig davon, ob jeweils eine geringe oder größere Antriebskraft notwendig ist. Einzelheiten darübei sollen anhand von Figur 4 erläutert werden.

FigJr 4 zeiat den Drehgriff 30 in perspektivischer Darstellung. Der Dreigriff betätigt einen Potentiometer, der über eine Impulssteuerung die Leistung des Elektromotors regelt. Vorhanden ist eine Skala 31 j; mit einer Einteilung 0 bis 100 Prozent in Verbindung mit einem am

j Drehgriff angeordneten Zeiger 32. Durch den Drehgriff wählt der

j Fahrer, daß er, wie in der Zeichnung beispielhaft dargestellt, in

jj der Annahme, daß, wie bei Motorrädern üblich, durch Drehen des Griffes

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die Motorleistung erhöht wird, an der Gesamtantriebsleistung durch den Elektromotor ein prozentualer Anteil von 60 Prozent erbracht wird, während durch den Fahrer über das Pedal nur eine verbleibende Leistung von 40 Prozent erbracht wird. Sofern der Fahrer den Drehgriff so dreht, daß der Zeiger der Skala 31 die Zahl Null anzeigt, dann bedeutet dies, daß die Antriebsleistung ausschließlich durch Pedal kraft erbracht wird.

Es sei bemerkt, daß die Einstellvorrichtung zur Bestimmung der prozentualen Antriebsleistung über Pedalkraft und/oder Elektromotor aus anderen Verstelleinrichtunoen bestehen kann.

Figur 5 zeigt im vertikalen Schnitt die Anordnung einer Meßein- \

richtung durch ein verformbares Element, beispielsweise Gummi, zur j Messung der Pedal kraft. Dazu ist das Tretlager für das Kettenrad 4 aus einem äußeren Tretlagerrohr 33 und einem inneren Tretlagerrohr 34 gebildet. Innerhalb des Tretlagerrohres 34 ist somit das Lager des Kettenrades 4 mit der Drehachse 35 vorhanden. Zwischen den beiden Rohren 33 und 34 ist an dem Rand, der dem Kettenrad gegenüberliegt, ein verformbares, aus Gummi bestehendes Element 36 vorhanden, das in einer entsprechenden Vertiefung von Außenrohr 33 und Innenrohr 34 in Verbindung mit einem Sicherungsring 37 gehalten ist. Dieses verformbare Element ist abgedeckt durch ein Blech 38. An dem gegenüberliegenden Ende der Rohre 33 und 34 ist ein nicht verformbarer, aus Metall bestehender Ring an dem Außenrohr 33 ange-

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schweißt und am Innenrohr 34 durch einen Sicherungsring 30 gehalten. In Fahrtrichtung sind in der vorderen Hälfte Abstandhalter vorhanden, hier in Gestalt dreier Stifte 40,40a, 40b, denen die Aufgabe zukommt, daß bei der Belastung des Gummielementes 13 während eines Drehvorganges dieser im vorderen Bereich keine Verformung erleidet, vielmehr die Kette 16 auf den Ring 36 lediglich eine in angegebener Pfeil richtung 45 wirkende Kraft ausüben kann mit der Maßgabe, daß der Innenring 34 in angegebener Pfeil richtung 42 verschoben wird. Diese Verschiebung, die abhängig ist von dem Drehmoment oder der auf die Kette ausgeübten Kraft als Gegenkraft, wird auf den piezoelektrischen Druckaufnehmer 43 übertragen, der mit elektrischen Drähten 44, 44a versehen ist und den erhaltenen Wert an die Steuereinrichtung überträgt, die in der vorbeschriebenen Weise den Mittelwert ermittelt und an die Steuerung des Antriebs für den elektrischen Antriebsmotor abgibt in der Weise, daß, sofern der Fahrer über Pedal kraft eine starke Kraft ausübt, entsprechend auch der Elektromotor eine entsprechende starke Leistung bringen soll, übt der Fahrer keine Kraft aus, beispielsweise, weil das Fahrrad auf einer abschüssigen Straße fährt, dann übt entsprechend auch der Elektromotor keine Kraft aus. Es sei bemerkt, daß dies unabhängig davon geschieht, in welchem prozentualen Anteil entsprechend der Schilderung zum Drehgriff nach Figur 4 der Fahrer und/oder der Elektromotor an der Gesamtantriebsleistung beteiligt sein soll.

Figur 7 zeigt ein übliches Lagergehäuse 45, in das eine Drehlagerbuchse 46 eingeschraubt ist zur Lagerung des Tretlagers 47, an dessen

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nach außen vorstehenden Ende das insgesamt mit 4 bezeichnete Kettenrad befestigt ist. Dieses hat in bekannter Weise Speichen 48, 49, 50. Zur Bemessung der Pedal kraft ist ein aus Gummi be- \ stehender Ring 51 vorhanden, der in Achsrichtung des Kettenkranzes '' ausgerichtete Stege 52, 53, 54 usw. hat, deren Anzahl und Abstand -, der Anzahl und dem Abstand der Speichen 48, 49, 50 usw. entspricht. Die Speichen 48, 49 und 50 sind unterteilt. Sie haben innere Abschnitte 55 und äußere Abschnitte 56, wobei die inneren Abschnitte Auflageflachen 57 haben, die in ihrer Mehrheit eine Umfangsflache bilden und in Radial richtung sowie Achsialrichtung erstreckende Flächen 58 haben. Die äußeren Abschnitte 56 haben in Radial- und Achsialrichtung erstreckende Flächen 59 und obere Anlageflächen 60, die ebenfalls in ihrer Mehrheit, den einzelnen Speichen zugeordnet, eine Umfangsflache bilden. Die vorgenannten Flächen der Stege umgreifen jeweils einen Steg 52. An dem Ring 51 ist eine erste Permanent-Magnetscheibe 61 befestigt, der gegenüberliegt eine zweite Permanent-Magnetscheibe, die am Tretlagergehäuse 45 ortsfest angeordnet ist. Dieser ist ein Meßaufnehmer zur Messung einer elektromagnetischen Feldgröße, hier vorteilhaft in Gestalt eines HaIl-Sonden-Magnetometers zugeordnet. Sofern in angegebener Drehrichtung 64 die Flächen oder dergleichen Körper 58 der Speichen 48, 49 und usw. auf die jeweils zugeordneten Stege 52, 53 und 54 des gummi elastischen Körpers 51 einen Druck ausüben, dann tritt eine Verformung der Gummistege auf, die aus Figur 9 hervorgeht mit der Maßgabe.

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daß die Permanent-Magnetscheibe 61 sich der gegenüberliegenden Permanent-Magnetscheibe 62 nähert. Die dadurch erfolgende Veränderung der magneti sehen "Stärke wird dann gemessen und als Maß für die ausgeübte Pedal kraft oder das vorhandene Drehmoment zur Steuerung der Antriebsleistung des Elektromotors verwendet.

Figur 10 zeigt, daß dem Kettenrad 4 des Pedalantriebes und dem Antriebsritzel 6, das über ein weiteres Antriebsritzel 65 vom Antriebsritzel des Elektromotors 5 angetrieben wird, eine gemeinsame Kette 66 zugeordnet ist. In Fahrtrichtung hinter dem Antriebsritzel 6, das die Kette 66 antreibt, ist ein Kettenspanner 67 mit dem Ritzel 68 vorhanden, das durch den Druck der Feder 69 um die Achse 70 geschwenkt ist. Das Antriebsritzel 6 ist mit einem Freilauf versehen. Ebenfalls ist das Kettenblatt mit einem Freilauf 71 versehen, der im Speicher 48, 49, 50 vorhanden ist, so daß diese auch einen unteren, hier vorteilhaft umlaufenden Abschnitt 72 haben. Das Vorhandensein einer Kette hat große Vorteile.

Claims

Patentansprüche

/ 1 . ^Fahrrad mit einem Antrieb durch einen Elektromotor, wobei der Elektroantrieb und der Pedalantrieb über

Kette und Kettenräder auf das Getriebe der Hinterradnabe einwirken und den Kettenrädern beider Antriebssysteme Freiläufe zugeordnet sind, Zusatz zu

Patent (Patentanmeldung P 31 44 884.4)

gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung (13, 9, 64, 22), die die Motorleistung des zuschaltbaren Elektromotors (5) in Relation zu der vom Fahrer über den Pedalantrieb (3,4) aufge-

„, brachten Antriebsleistung regelt.
2. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung die Motorleistung des zuschaltbaren Elektromotors (5) proportional zu der vom Fahrer über den Pedalantrieb (3,4) aufgebrachten Antriebsleistung regelt.
3. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch ge- , k e η η ζ e i c h η e t¹, daß der prozentuale Anteil der über das Pedal (4) ausgeübten Leistung und der vom Motor (5) erbrachten Leistung an der Gesam-antriebs-Ieistung mittels einer Einstellvorrichtung (30, 31, 32) elektronisch geregelt und voreinstelTbar ist.

32083ΑΪ) .
4. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung ein elektrisches Zeitglied zur Glättung der mechanischen Lastspitzen des Pedalantriebes (4) aufweist.
5. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß dem Pedalantrieb (4) eine Meßeinrichtung (Adapter) zugeordnet ist, der die jeweils vom Fahrer aufgebrachte Leistung im Antrieb abtastet und dieser Wert zur Steuerung der Antriebsleistung der Antriebsleistung des Elektromotors (5) dient und eine weitere, vom Fahrer einstellbare Einstellvorrichtung (30) vorhanden ist, die das prozentuale Verhältnis der Antriebsleistung durch den Elektromotor (5) zur Antriebsleistung durch den Pedalantrieb (4) steuert.
6. Fahrrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Fahrer über den Pedalantrieb (4) erbrachte Leistung über einen Potentiometer und eine Impulssteuerung zur Regelung der Antriebsleistung des Elektromotors (5) übertragen und ein νοιτ Fahrer verstellbarer zweiter Potentiometer (30) zur Steuerung des prozentualen Verhältnisses der Antriebsleistung durch Radialkraft und/oder Elektromotor vorhanden ist.

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7. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßei nrichstung (Adapter) aus einem mit einer Feder (14) versehenen Kettenspanner (9,13) besteht, dessen Drehachse (22) zugleich die Drehachse des Potentiometers (21) ist.
8. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Feder (14) des Kettenspanners (9,13) in ihrer auf den Kettenspanner wirksamen Kraft auf die spezifische Leistung oder das Leistungsvorhaben des jeweiligen Fahrers einstellbar ist.
9. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (14) als Wickelfeder ausgebildet ist, wobei das äußere Ende an dem Hebel (9) des Kettenspanners anliegt und das innere Ende in einen Schlitz einer die Federspannung einstellenden Verstel1 schraube (20) eingreift.
10. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Meßeinrichtung aus einem dem Pedalantrieb zugeordneten verformbaren Element (36, 51) beispielsweise

aus Gummi oder Kunststoff besteht, das durch die auf den Pedalantrieb ausgeübten Kraft verformbar ist und eine die Verformung feststellende Meßeinrichtung (43, 63) vorhanden ist, deren Wert in Verbindung mit einer zugeordneten Steuerung zur Beeinflussung der Leistung des elektrischen Antriebsmotors dient.
11. Fahrrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das Tretlager aus einem äußeren Tretlagerrohr (33) und einem im radialen Abstand befindlichen koaxialen inneren Tretlagerrohr (2 besteht, wobei in dem Raum zwischen dem äußeren Tretlagerrohr und dem inneren Tretlagerrohr ein Ring (36) aus verformbaren Werkstoff, z.B. Gummi oder Kunststoff, vorhanden ist, und ein im Außenrohr (33) angeordneter, an der Außenmantelfläche des inneren Tretlagerrohres (34) anliegender piezoelektrischer Druckaufnehmer (43) vorhanden ist.
12. Fahrrad nach Anspruch 1.0, dadurch gekennzeichnet , daß der zwischen dem äußeren Tretlagerrohr (33) und dem inneren Tretlagerrohr (34) angeordnete Ring (36) aus verformbaren Werkstoff als vergleichsweise schmaler Ring im Bereich des

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des Randes angeordnet ist, an dem sich das Kettenblatt (4) befindet und an dem gegenüberliegenden Rand ein metallischer, nicht verformbarer Abstandhaltering (38) vorhanden ist.
13. Fahrrad nach Anspruch 12, d a du r c h gekennzeichnet, daß in Fahrtrichtung des Fahrrades (1) gesehen im vorderen Bereich des verformbaren Ringes (36) mehrere, beide Tretlagerrohre (33, 34) lose verbindende Stutzelemente, insbesondere j im verformbaren Werkstoff (36) eingelassene Stützstifte (40) angeordnet sind und der piezoelektrische Druckaufnehmer (43) an dem in Fahrtrichtung gesehene hintere Teil des inneren Tretlagerrohres (34) anliegt.
14. Meßeinrichtung zur Messung eins Drehmomentes oder dergleichen Antriebskraft, insbesondere der Pedalkraft oder vom Kettenblatt ausgehenden Antriebskraft für ein Fahrrad nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeic h.n e t , daß an dem sich drehen den Bauteil ein verformbares Element (51, 52) insbesondere aus Gummi oder dergleichen Werkstoff vorhanden ist, das abhängig von der Größe des Drehmomentes oder dergleichen Kraft unterschiedlich verformbar ist und

mit dem verformbaren Element ein erster Permanent-Magnet körper (61) verbunden ist, dem ein an dem nichtdrehbaren Bauteil (45) angebrachter, in Abstand befindlicher zweiter Permanent-Magnetkörper (62) zugeordnet ist und der durch die Verformung des verformbaren Elementes (51,52) mit dem daran befindlichen ersten Permanent-Magnetkörper (61) veränderliche Abstand zwischen beiden Permanent-Magnetkörpern (61,62) durch einen Meßaufnehmer (63) für elektromagnetische Feldgrößen, insbesondere in Gestalt eines Magnetometers, gemessen wird.
15. Fahrrad nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung aus einem verformbaren Element (51, 52) insbesondere aus Gummi oder Kunststoff besteht, das in dem Kettenblattkranz (4) des Pedalantriebes angeordnet ist und mit einer Permanent-Magnetscheibe (61) versehen ist, der eine am Tretlagerrohr (45) befestigte, im Abstand gegenüberlieger de zweite Permanent-Magnetscheibe (62) zugeordnet ist und weiterhin zur Feststellung des veränderlichen Abstandes zwischen den beiden Magnetscheiben (61, 62) ein Meßaufnehmer (63), insbesondere für elektromagnetische Feldstärken, besonders vorteilhaft in Gestalt eines Magnetometers, vorhanden ist.

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16. Fahrrad mit Meßeinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbar-e Element ringförmig oder als Ring ausgebildet zwischen den Speichen (48, 49) des Kettenblattkranzes vorhanden ist und diese verbindet.
17. Fahrrad nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß der verformbare, die Speichen (48, 49) verbindende Ring (51) an seinem Umfang im Abstand befindliche, in Achsrichtung des Kettenblattkranzes ausgerichtete Stege (52,53,54 usw. hat, deren Anzahl und Abstand der Anzahl und dem Abstand der Speichen (48, 49, 50 des Kettenblattkranzes entspricht und die in Radi alrichtung gesehen außerhalb des Ringes liegenden Speichen mit in radialer Erstreckung ausgerichteten Flächen (59) versehen sind, die die Stege an der einen Seite und die innerhalb des Ringes (51) angeordneten Speichen (55) mit gegenüberliegenden Flächen (58) versehen sind, die die Stege (52) an der gegenüberliegenden Seite ergreifen.
18. Fahrrad nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprliche 2 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nabe des Hinterrades ein viel stufiges, mit vier bis fünf Stufen versehenes

kompaktes Planetengetriebe vorhanden ist, auf welches der Pedalantrieb (4,16) und der Elektroantrieb (5,17) gleichzeitig oder auch getrennt einwirkbar sind.
19. Fahrrad nach Anspruch 18, d a d u r c h gekennzeichnet, ._.. daß an der Nabe des Hinterrades für die Kette (16) des Pedalantriebes (4) ein Doppel kettenrad (18,19) mit einem ersten Freilauf vorhanden ist und der Freilauf des vom Elektromotor (5) angetriebenen Kettenrades (17) und der Freilauf des über das Pedal (4) angetriebenen Kettenrades (16) eine gemein same Nabe haben und die von dem Elektromotor (5) ausgehende oder vom Pedal (4) ausgehende Antriebskraft oder die von dem Elektromotor sowie zugleich vom Pedalantrieb ausgehenden Antriebskräfte auf das in die Hinterradnabe integrierte Getriebe wirkt bzw. wirken.
20. Fahrrad nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kettenblatt (4) des Pedalantriebes und dem vo.m Elektromotor angetriebenen Antriebsritzel(6) eine gemeinsame Antriebskette (66) des Fahrrades zugeordnet ist.
21. Fahrrad nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß dem Kettenblatt (4 des Pedalantriebes und dem Antrieb des Elektromotors (5) jeweils ein Freilauf zugeordnet ist.

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22. Fahrrad nach den Ansprüchen 20 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterradnabe des Fahrrades mit einem üblichen

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Freilaufversehen ist.
23. Fahrrad nach den Ansprüchen 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (71) des Kettenblattes (4) des Pedalantriebes im Bereich zwischen dessen Speichen (48) vorhanden ist.
24. Fahrrad nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daßderFreilauf des Elektromotor-Antriebes an den in die Kette eingreifenden Antriebsritzel (6) angeordnet ist.
25. Fahrrad nach Anspruch 20 oder einem oder mehreren der Ansprüche21bis24, dadurch gekennzeichnet, daß in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Antriebsritzel (6) des Elektromotor-Antriebes an dem Untertrum der Kette (66) ein in Richtung von oben wirksamer Kettenspanner (67,68) angeordnet ist zur Erzeugung eines ausreichend bemessenen Umschlingungswinkels des Antriebritzesl (6) des Elektromotor-Antriebes und die Drehrichtung des in die Kette eingreifenden, vom Elektromotor angetriebenen Antriebsritzels (6) umgekeht ist der Drehrichtung des Kettenblattes (4) des Pedalantriebs.

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