DE4027365A1

DE4027365A1 - Fahrrad mit kombiniertem tret- und motorantrieb

Info

Publication number: DE4027365A1
Application number: DE4027365A
Authority: DE
Inventors: Heinz Schlenk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-30
Filing date: 1990-08-30
Publication date: 1992-03-05

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad mit kombiniertem Tret- und Motorantrieb, wobei wenigstens ein großes Kettenzahnrad vorgesehen ist, mit welchem über Kette und Hinterachs-Kettenrad die Hinterachse antreibbar ist.

Durch die Erfindung soll die Möglichkeit geschaffen werden, Fahrräder mit einem Zusatzantrieb verhältnismäßig kleiner Leistung aus- oder nachzurüsten, der auf ebenem oder ansteigendem Gelände die Tretarbeit unterstützt, d. h. sich dieser überlagert, der aber auch vorzugsweise stark genug ist, das Fahrrad bei moderater Geschwindigkeit fortzubewegen, wenn wenig oder nicht mitgetreten wird. Dadurch soll es u. a. für den Fahrradfahrer leichter und attraktiver sein, das Fahrrad auch und gerade mit einem Fahrradanhänger zu benutzen, so daß er größere Einkäufe ohne Benutzung eines PKW tätigen kann. Dies käme der Bewältigung des Abgasproblems und damit dem Umweltschutz entgegen.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Fahrrad der eingangs definierten Art dadurch gelöst,

- daß das Tretkurbellager mit einem Getriebe ausgerüstet ist, welches eine Überholkupplung aufweist,
- daß die Tretkurbelwelle mittels der Überholkupplung mit dem großen Kettenzahnrad kraftschlüssig kuppelbar ist,
- daß gleichachsig mit dem großen Kettenzahnrad und mit diesem zumindest in der Antriebsdrehrichtung kraftschlüssig kuppelbar ein Zusatz-Kettenzahnrad vorgesehen ist und
- daß ein am Fahrradrahmen befestigter Motor mit Untersetzungsgetriebe über Motorkettenrad und Motorkette mit dem Zusatz-Kettenzahnrad gekuppelt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Patentansprüchen 2 bis 9 sowie 12 bis 14 angegeben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einem Fahrrad gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 nach dem nebengeordneten Anspruch 10 auch dadurch gelöst,

- daß das Tretkurbellager mit einem Planetengetriebe ausgerüstet ist,
- daß hierzu eine erste Getriebewelle von den Tretkurbeln des Tretantriebs antreibbar ist,
- daß eine zweite Getriebewelle über das Motorkettenrad antreibbar ist und
- daß das Drehmoment der ersten und zweiten Getriebewelle überlagert auf eine dritte Getriebewelle übertragbar ist, welche als Abtriebswelle mit dem großen Kettenzahnrad kraftschlüssig gekuppelt ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Gegenstandes nach Anspruch 10 ist im Anspruch 11 angegeben. Die Ansprüche 12 bis 14 betreffen gleichermaßen vorteilhafte Weiterbildungen im Zusammenhang mit den Gegenständen der Ansprüche 10 und 11, desgleichen die Ansprüche 3 und 4.

Der Motor ist gemäß Anspruch 3 bevorzugt ein Elektromotor, insbesondere ein drehzahlgeregelter Niederspannungs-Gleich strommotor, z. B. mit einer Nennspannung von 24 V, einem Strombereich von 3 bis 20 A und dementsprechend mit einem Leistungsbereich von 72 W bis ca. 480 W. Als Drehzahlregler wird zweckmäßig ein elektronischer Puls-Pausen-Regler eingesetzt. Für die Ausbildung nach Anspruch 1 sind gemäß Anspruch 2 Kupplungsmittel vorgesehen, mit welchen der Kraftschluß zwischen Motorwelle und dem großen Kettenzahnrad bei abgeschaltetem oder im Leerlauf drehendem Motor aufhebbar ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind vor allem darin zu sehen, daß eine Überlagerung von Motor- und Tretkraft ermöglicht ist. Weiterhin bietet die Erfindung die Möglichkeit, bei Bergabfahrten den Motor als Generator und damit als Bremse zu benutzen bzw. zu betreiben, wodurch ein Ladestrom in die angschlossenen Batterien eingespeist werden kann. Das Fahrrad mit Planetengetriebe hat den zusätzlichen Vorteil, daß auch rückwärts getreten und damit eine Rücktrittbremse betätigt werden kann.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung mehrere Ausführungsbeispiele sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung erläutert. In der Zeichnung zeigen in vereinfachter und teilweise schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein Fahrrad nach der Erfindung, perspektivisch im Ausschnitt mit kombiniertem Tret- und Motorantrieb sowie mit Überholkupplung,

Fig. 2 das Tretkurbellager vergrößert in einem Axialschnitt mit zwei Überholkupplungen für jedes der beiden Ketten zahnräder,

Fig. 3 ein Fahrrad nach der Erfindung mit Anhänger perspektivisch in Gesamtansicht,

Fig. 4 ein zweites grundsätzliches Ausführungsbeispiel, wobei nur der Ausschnitt eines Tretkurbeltriebes mit Planetengetriebe in schematischer Seitenansicht gezeigt ist, und

Fig. 5 das Planetengetriebe nach Fig. 4 in Draufsicht.

An den Enden der beiden Hinterrad-Gabeln 1 und 2 des Fahrrades 3 nach Fig. 1 ist das Hinterrad 4 mittels seiner Nabe 5 drehbar gelagert. Die Hinterachse 6 trägt ein Hinterachskettenrad 7, das mit einer Nabenschaltung, z. B. Dreigang- oder Fünfgang-Nabenschaltung, gekuppelt ist. Das große Kettenzahnrad 8 treibt über eine Kette 9 das Hinterachs-Kettenrad 7 oder Ritzel an. An den beiden vom Tretlagergehäuse 10 V-förmig nach oben abgehenden Rahmenstangen 11, 12 des Fahrradrahmens 13 sind zwei parallel zueinander verlaufende Tragstreben 14, 15 zur Halterung des Elektromotors 16 (im folgenden abgekürzt "Motor" genannt) und des mit ihm eine Baueinheit bildenden Untersetzungsgetriebes 17 befestigt. Die Tragstreben 14, 15 sind mit ihren Enden an Spannschellen 18 festgeschweißt, welche ihrerseits an den Rahmenstangen 11, 12 mittels nicht ersichtlicher Schellengegenstücke und Spannschrauben 19 festgespannt sind. Das Getriebe 17 ist mittels Schrauben 20 an den Tragstreben 14, 15 festgeschraubt, womit auch der Motor gehaltert ist.

Das als Ganzes mit 21 bezeichnete Tret- oder Tretkurbellager ist mit einem Getriebe 22 (vergl. Fig. 2) ausgerüstet, welches eine Überholkupplung 23 aufweist. Die Tretkurbelwelle 24 ist mittels dieser Überholkupplung 23 mit dem großen Kettenzahnrad 25 kraftschlüssig kuppelbar. Gleichachsig mit dem großen Kettenzahnrad 25 und mit diesem zumindest in der Antriebs drehrichtung f1 kraftschlüssig kuppelbar ist ein Zusatz-Kettenzahnrad 26 vorgesehen. Dieses Zusatz-Kettenzahnrad ist im Beispiel nach Fig. 1 mit dem großen Kettenzahnrad 25 gleichachsig und fest verbunden. Im Beispiel nach Fig. 2 ist das Zusatz- Kettenzahnrad 26 auf der Tretkurbelwelle (im folgenden: Welle) 24 drehbar gelagert und mit der Welle 24 über eine weitere Überholkupplung 29 drehmomentübertragend kuppelbar. Der Motor 16 mit seinem Getriebe 17 ist über ein Motorkettenrad 30 (vergl. Fig. 1) und eine Motorkette 31 mit dem Zusatz-Kettenzahnrad 26 drehmomentübertragend gekuppelt.

Bei starrer Verbindung der beiden Ketten-Zahnräder 25, 26 empfiehlt es sich, Kupplungsmittel vorzusehen, mit welchen der Kraftschluß zwischen Motorwelle und dem großen Kettenzahnrad 25 bei abgeschaltetem oder im Leerlauf drehendem Motor 16 aufhebbar ist, weil man dann beim Treten die Motorwelle nicht mitzudrehen braucht. Diese Kupplungsmittel können eine Elektromagnetkupplung (nicht dargestellt) umfassen, die zwischen Motorwelle 32 und Getriebe 16 eingefügt ist. Wenn diese Kupplungsmittel durch eine weitere Überholkupplung gebildet werden, dann kann diese zwischen Motorkettenrad 30 und Getriebe 17 eingefügt sein (in Fig. 1 ebenfalls nicht dargestellt).

Im Beispiel nach Fig. 2 ist, bereits angedeutet, anstelle einer starren Verbindung der beiden Ketten-Zahnräder 25, 26 die weitere Überholkupplung 29 vorgesehen. Die beiden Überholkupplungen 23, 29 sind in Fig. 2 schematisch dargestellt. Die gestrichelten Kupplungsflächen symbolisieren ein Richtgesperre, die stark ausgezogenen Linien eine starre Verbindung.

Demnach ist das Kupplungsrad 33 starr auf der Welle 24 befestigt. Starr befestigt sind auch die erste Gegenkupplungshälfte 23a am großen Kettenzahnrad 25 und die zweite Gegenkupplungshälfte 29a am Zusatz-Kettenzahnrad 26. Mit 34 sind in Fig. 2 schematisch Trag- und/oder Drucklager für die Welle 24 bezeichnet, 35, 36 sind die beiden Tretkurbeln 24a und 24b die beiden Wellenzapfen, wobei Wellenzapfen 24b geschlitzt dargestellt ist.

Wie die Welle 24 durch Treten der Pedalen 36 (Fig. 1) in Richtung f1 gedreht, so wird über die Überholkupplung 23 das große Kettenzahnrad 25 in Drehrichtung der Pfeile f2, also in die gleiche Richtung, mitgenommen. Unterstellt man zunächst, die starre Kupplung zwischen den Kettenzahnrädern 25, 26 nach Fig. 1, dann würde bei drehendem Motor 16, wenn dessen Drehzahl am Kettenzahnrad größer ist als die Tretdrehzahl, das Kettenzahnrad 25 die Welle 24 "überholen". Man kann also, muß aber nicht, mittreten und kann so sein Tretmoment dosieren und den Motor mehr oder weniger arbeiten lassen. Durch einen mit dem Drehzahlregler 37 (Fig. 3) in Wirkverbindung stehenden Drehgriff oder Hebel kann der Motorstrom und damit dessen Moment eingestellt werden. - Das Beispiel nach Fig. 2 arbeitet entsprechend, wobei jedoch durch die weitere Überholkupplung 29 erreicht wird, daß man bei abgeschaltetem oder leerlaufendem Motor 16 und reinem Tretbetrieb das Zusatz- Kettenzahnrad 26 nicht mitzudrehen braucht.

Fig. 3 zeigt einen über eine Kugelgelenkkupplung 38, die am Gepäckträger 39 angebracht ist, mit dem Fahrrad 3 verbundenen Anhänger 40, welcher zwei 12 V-Batterien 41 trägt. Außerdem kann der Anhänger mit Solarzellen-Paneelen 42 versehen sein, welche zumindest einen Teil des Ladestroms aufbringen. Die in Reihe geschalteten Batterien 41 ergeben 24 V Betriebsspannung für den Motor 16, der in einem Drehzahlbereich von z. B. 40 bis 200 Upm arbeitet, wobei das Getriebe 17 z. B. 10 : 1 untersetzt. Der Drehzahlregler 37 ist bevorzugt ein elektronischer Puls-Pausen-Regler.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 ist das Tretkurbellager 21′ mit einem Planetengetriebe 42 ausgerüstet. Eine erste Getriebewelle w1 ist von den Tretkurbeln 35, 36 des Tretantriebs antreibbar. Eine zweite Getriebewelle w2 ist über das Motorkettenrad 30, die Kette 31 und das Zusatz- Kettenzahnrad 26 antreibbar, derart, daß das Drehmoment der ersten und zweiten Getriebewelle w1, w2 überlagert auf eine dritte Getriebewelle w3 übertragbar ist, welche als Abtriebswelle mit dem großen Kettenzahnrad 25 kraftschlüssig gekuppelt ist. Bevorzugt ist die Tretkurbelwelle (=erste Getriebewelle w1) gleichachsig mit dem Sonnenrad 43 und mit diesem starr gekuppelt. Weiterhin sitzt das große Kettenzahnrad 25 an einem Ende einer zur Tretkurbelwelle w1 koaxialen Hohlwelle (=dritte Getriebewelle w3), welche von der Tretkurbelwelle w1 durchdrungen ist und welche mit dem die Planetenräder 44 drehbar lagernden Steg 45 an ihrem anderen Ende starr verbunden ist. Weiterhin ist es günstig, wenn ein an einem Innenzahnkranz 46 mit den Planetenrädern 44 kämmendes Hohlrad R2 mit dem Zusatz-Kettenzahnrad 26 gleichachsig und starr verbunden ist, wobei das Zusatz-Kettenzahnrad 26 mittels einer Nabe (=Getriebewelle w2) auf der Hohlwelle w3 drehbar gelagert ist. Dieses Planetengetriebe stellt für den kombinierten Tret- und Motorantrieb ein ideales Überlagerungsgetriebe dar.

Claims

1. Fahrrad mit kombiniertem Tret- und Motorantrieb, wobei wenigstens ein großes Kettenzahnrad vorgesehen ist, mit welchem über Kette und Hinterachs-Kettenrad die Hinterachse antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Tretkurbellager (21) mit einem Getriebe (22) ausgerüstet ist, welches eine Überholkupplung (23) aufweist,
- daß die Tretkurbelwelle (24) mittels der Überholkupplung (23) mit dem großen Kettenzahnrad (25) kraftschlüssig kuppelbar ist,
- daß gleichachsig mit dem großen Kettenzahnrad (25) und mit diesem zumindest in der Antriebsdrehrichtung kraftschlüssig kuppelbar verbunden ein Zusatz-Kettenzahnrad (26) vorgesehen ist und
- daß ein Fahrradrahmen (13) befestigter Motor (16) mit Unter setzungsgetriebe (17) über Motorkettenrad (30) und Motorkette (31) mit dem Zusatz-Kettenzahnrad (26) gekuppelt ist.

2. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Kupplungsmittel vorgesehen sind, mit welchen der Kraftschluß zwischen Motorwelle (32) und dem großen Kettenzahnrad (25) bei abgeschaltetem oder im Leerlauf drehendem Motor (16) aufhebbar ist.

3. Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) ein in der Drehzahl regelbarer Elektromotor ist.

4. Fahrrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (16) ein drehzahlgeregelter Niederspannungs-Gleichstrommotor ist.

5. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel eine Elektromagnetkupplung umfassen, die zwischen Motorwelle (32) und Untersetzungsgetriebe (17) eingefügt ist.

6. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmittel eine weitere Überholkupplung (29) umfassen.

7. Fahrrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Überholkupplung (29) zwischen Motorkettenrad (30) und Untersetzungs getriebe (17) eingefügt ist.

8. Fahrrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Überholkupplung (29) zwischen der Tretkurbelwelle (24) und dem Zuatz-Kettenzahnrad (26) eingefügt ist und daß hierzu das Zusatz-Kettenzahnrad (26) ein eigenes Drehlager (27) aufweist.

9. Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatz- Kettenzahnrad (26) mit dem großen Kettenzahnrad (25) fest verbunden ist.

10. Fahrrad mit kombiniertem Tret- und Motorantrieb, wobei wenigstens ein großes Kettenzahnrad vorgesehen ist, mit welchem über Kette und Hinterachs-Kettenrad die Hinterachse antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Tretkurbellager (21′) mit einem Planetengetriebe (42) ausgerüstet ist,
- daß hierzu eine erste Getriebewelle (w1) von den Tretkurbeln (35, 36) des Tretantriebs antreibbar ist,
- daß eine zweite Getriebewelle (w2) über das Motorkettenrad (30) antreibbar ist und
- daß das Drehmoment der ersten und zweiten Getriebewelle (w1, w2) auf eine dritte Getriebewelle (w3) übertragbar ist, welche als Antriebswelle mit dem großen Kettenzahnrad (25) kraftschlüssig gekuppelt ist.

11. Fahrrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,

- daß das Tretkurbellager (21′) mit einem Planetengetriebe (42) ausgerüstet ist,
- daß die Tretkurbelwelle (w1) gleichachsig mit dem Sonnenrad (43) und mit diesem starr gekuppelt ist,
- daß das große Kettenzahnrad (25) an einem Ende einer zur Tretkurbel welle (w1) koaxialen Hohlwelle (w3) sitzt, welche von der Tretkurbelwelle (w1) durchdrungen ist und welche mit dem die Planetenräder (44) drehbar lagernden Steg (45) an ihrem anderen Ende starr verbunden ist,
- und daß ein an einem Innenzahnkranz (46) mit den Planetenrädern (44) kämmenden Hohlrad (R2) mit einem Zusatz-Kettenzahnrad (26) gleichachsig und starr verbunden ist, wobei das Zusatz-Kettenzahnrad (26) mittels einer Nabe (w2) auf der Hohlwelle (w3) drehbar gelagert ist und von einem am Fahrradrahmen (13) befindlichen Motor (16) über dessen Untersetzungsgetriebe (17), Motorkettenrad (30) und Motorkette (31) antreibbar ist.

12. Fahrrad nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Stromquelle für einen Elektromotor (16) zwei in Reihe geschaltete 12-V-Batterien vorgesehen sind.

13. Fahrrad nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromotor (16) in seiner Drehzahl von z. B. 40 bis 200 Upm mittels eines elektronischen Puls-Pausen-Reglers (37) einstellbar ist.

14. Fahrrad nach einem der Ansprüche 3 bis 13, mit einem Fahrrad- Anhänger, dadurch gekennzeichnet, daß Batterien (41) zur Stromversorgung des Elektromotors (16) am Fahrrad-Anhänger (40) befestigt sind und dieser außerdem mit einer Abdeckung in Form von Solar-Paneelen (42) versehen ist.