DE4215326A1

DE4215326A1 - Elektrischer Fahrradantrieb

Info

Publication number: DE4215326A1
Application number: DE19924215326
Authority: DE
Inventors: Thomas Jahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-05-09
Filing date: 1992-05-09
Publication date: 1993-11-11

Description

Die Idee, das Fahrrad in seiner Konstruktion zu verbessern oder zu ergänzen ist nicht neu, und war in vielen Fällen auch in der Praxis erfolgreich. Im Gegensatz dazu konnten sich völlig neue Konzepte, nach über hundertjähriger Erfahrung im Fahrradbau, bis jetzt immer noch nicht durchsetzen. Ersteres erscheint demnach auch aus heutiger Sicht sinnvoller, auch in Anbetracht der großen Stückzahlen vorhandener Fahrräder. Ein we sentlicher Faktor dabei ist es, das bei diesem Fahrzeug hervorragende Nutzlast-Lei stungsverhältnis nicht oder nur wenig zu beeinträchtigen. Dies ist beim heutigen Stand der Technik in Bezug auf Hilfsmotoren jedoch noch nicht gelungen. Ein gutes Beispiel hierfür sind die handelsüblichen Fahrräder mit Hilfsmotor. Sie konnten sich nicht aus reichend auf dem Markt durchsetzen. Wenn man das Gewicht des Fahrrades erheblich erhöht, kommt man automatisch in die nächst größere Klasse von Zweirädern. Die dann gestellten Anforderungen dürften wohl von einem Mofa wesentlich besser erfüllt werden, noch dazu mit besserem Fahrkomfort. Es ergibt dann auch keinen Sinn mehr die menschliche Antriebsleistung von 50 bis 100 W mit einzubeziehen.

Das Problem, das Fahrrad in seiner Bedienbarkeit nicht einzuschränken, auch wenn der angebaute Motor nicht benutzt werden soll [denn wer Fahrrad fährt möchte schließlich auch manchmal treten] wurde gelöst durch die Verwendung modernster Bauteile und sehr genaues Kalkulieren sämtlicher Parameter wie Leistung, Gewicht, Größe und, nicht zu vergessen, die Kosten. Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde auf sämtliche Bauteile, die nicht zwingend notwendig sind, zu verzichten und jede Möglichkeit zur Senkung des Gesamtgewichtes zu nutzen. Dieses Konzept hat sich bei praktischen Versuchen bestens bewährt. Es hat sich herausgestellt, daß z. B. ein Drehzahlregler überhaupt nicht erforderlich ist. Nach dem Einschalten des Motors stellt sich bei richtiger Dimensionierung aller Teile ein elektrisch - mechanisches Gleichgewicht ein. Sobald sich die Fahrgeschwindigkeit verringert, wird das Drehmoment größer, der Strom steigt an und die Klemmspannung des Akkus sinkt ab, wodurch wiederum die Drehzahl des Motors kleiner wird und dies ein zu starkes Ansteigen des Stromes solange verhindert, bis der thermische Überlastschutz anspricht. Der Fahrer kann am tiefer werdenden Motorgeräusch deutlich erkennen wann er wieder etwas mittreten muß, damit der Motorschutz nicht sofort anspricht. Da der Motor für eine Kurzbelastung von bis zum dreifachen seiner Nennleistung ausgelegt ist, kann der Fahrer an Steigun gen für kurze Zeit mit dreifacher Leistung und für etwa eine Minute mit doppelter Leistung fahren, welches durch das träge Verhalten der thermischen Auslösung beab sichtigt ist. Dies gibt dem Antrieb hervorragende Fahreigenschaften, die im praktischen Betrieb sehr überzeugend wirken. Der Antrieb wird bei ca. 18 km/h wirksam und konti nuierlich mit abnehmender Geschwindigkeit stärker.

Das hat zur Folge, daß der Fahrer durch sein Fahrverhalten vollkommen frei bestimmen kann ob er ständig unter Vollast oder nur zeitweilig mit Unterstützung fahren will, welches wiederum die Länge der Fahrstrecke mit einer Akku-Ladung und die Größe des notwendigen Akkus stark beeinflußt [Akkugewicht zwischen 1 und 3.5 kg für strecken von 3 bis 15 km].

Das Problem wurde weiterhin gelöst:

1. nach Patentanspruch 1 die Form eines Bausatzes zu wählen, wobei die freie Seite der hinteren Radnabe ausgenutzt wird für die Montage des Kettenrades und ein durch seine Einfachheit fast verlustfrei arbeitendes Getriebe mit einem ebenfalls ver lustarmen Hülsenfreilauf und der Lagerung aller Wellen in Kugellagern. Die hohe Drehzahl des Motors, nach Patentanspruch 2, hat weiterhin einen entscheidenden Einfluß auf Gewicht, Größe und Wirkungsgrad des Motors selbst und des Getrie bes. Das Getriebe und auch die Antriebskette, konnten wegen der zuverlässig ar beitenden Begrenzung der elektrischen Leistung, nach Patentanspruch 3, sehr knapp bemessen werden.
2. nach Patentanspruch 4, eine sichere Montage des Antriebes zu gewährleisten, unter optimaler Raumausnutzung, so daß der Antrieb in keiner Weise stört.
3. nach Patentanspruch 6, leichte wartungsfreie Akkus [Gewicht unter 4 Kg] zu ver wenden, welche je nach Einsatzzweck einfach gegen kleinere ausgetauscht oder ganz entfernt werden können.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß dieser An trieb sofort in Serie gefertigt werden kann zu einem Preis, der etwa die Hälfte der herkömmlichen Hilfsmotoren beträgt bei einem Gesamtgewicht von [je nach Akkutyp] nur 2 bis 4,5 Kg und damit für alle Fahrradfahrer interessant wird. Die bei der praktischen Erprobung festgestellten Gebrauchseigenschaften, lassen auf eine mas senhafte Anwendung dieser Erfindung hoffen. Dieser Fahrradantrieb ist in seiner ge samten Konzeption für Fahrstrecken bis 15 km Länge [bei einer Akkuladung] ausgelegt, also für die in der Praxis am häufigsten vorkommenden Wegstrecken, die mit dem Fahrrad bewältigt werden, kleinere Radtouren eingeschlossen. Es sollte hiermit auch ein Anreiz gegeben werden, umwelt- und gesundheitsbewußtes Denken in die Tat umzuset zen und nicht jede noch so kurze Strecke mit dem Auto zu fahren. Das Fahrradfahren ist ohnehin schon für viele attraktiver geworden, vor allem im Stadtverkehr. Selbst bei europäischen Klimaverhältnissen ergäbe sich eine enorme Einsparung von Kraftstoffen, wenn die reichlich vorhandenen Fahrräder häufiger benutzt würden. Unter besseren Klimaverhältnissen bzw. verbesserter Solartechnik kann sogar eine Nachladung der Akkus mit Hilfe von Solarzellen in Erwägung gezogen werden bzw. Pufferbetrieb der Akkus am Fahrzeug.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 das Getriebe,

Fig. 2 das Getriebegehäuse ohne Stirnseitenteile und Gehäusedeckel,

Fig. 3 den Schaltplan,

Fig. 4 eine schematische Übersicht des Anbausatzes,

Fig. 5 ein Beispiel für die Kettenradbefestigung.

Das Getriebe besteht aus einem U-förmig gebogenen Stück Edelstahl von 2 mm Dicke, das an den Stirnseiten geschlossen ist und oben einen Deckel besitzt, so das es mit Fett gefüllt und staubdicht verschlossen werden kann. Auf der mittleren Welle befindet sich der Hülsenfreilauf 19, Fig. 1. Dieser läuft mit seinen Nadeln auf der gehärteten Welle 13 und ist fest mit dem Stirnrad 18 verbunden [in das Stirnrad eingepreßt]. Auf den Wellen befinden sich noch Distanzstücke und Anlaufscheiben, die nicht auf der Zeichnung dargestellt sind. Die Flanschkugellager sind ebenfalls in die Gehäusebohrungen eingepreßt. Das Übersetzungsverhältnis des gesamten Getriebes ist für alle Fahrradty pen gleich, während es mit Hilfe der beiden Kettenräder der Radgröße angepaßt werden kann. Für ein 28er Rad muß es 1 : 3 betragen. Im Ausführungsbeispiel hat das antrei bende Kettenrad 20 Zähne und das angetriebene Kettenrad 60 Zähne.

Nach Fig. 4 ist das Getriebe 10 an den Stirnseiten mit Hilfe von zwei Winkeln 30 und 40 über die Schraube 31 an der Grundplatte 32 befestigt. Die Schraube 31 dient gleichzeitig der Befestigung der auf der Rückseite der Grundplatte befindlichen Rohr schelle 33. Der Winkel 40 ist mit der Rohrschelle 41 verschraubt. Das Getriebe 10 ist außerdem noch über die Schraube 34 mit der Grundplatte verbunden, die gleichzeitig der Befestigung der Rohrschelle 35 dient. Das Getriebe kann also mit 3 Rohrschellen und 6 Schrauben sehr einfach und schnell montiert werden. Die Befestigung des Bat teriekastens und des Motorschutzschalters erfolgt ebenfalls mit Rohrschellen 42, 43 und 44. Das Kettenblatt 45 in Fig. 5 hat vier Bohrungen mit den vier Bolzen 46, die über dem Rand der Radnabe 47 durch die Speichen 48 gesteckt und mit den Siche rungsblechen 49 verschraubt werden. Die Kettenspannung wird durch Verschieben des Getriebes eingestellt. Zum Schluß soll noch erwähnt werden, daß der Motorschutz schalter nur während der Fahrt betätigt werden sollte. Den Antrieb kann man also nicht zum Anfahren aus dem Stand benutzen, welches keine Wertminderung darstellt aber sehr zur Verlängerung der Lebensdauer des Getriebes und der Akkus beiträgt. Zum Schutz der Leitungen und für den Fall eines Defektes des Motorschutzschalters, ist noch eine KFZ-Sicherung vorgesehen. Im Störfall könnten sonst leicht Ströme von über 100 Ampere fließen und dadurch sehr schnell Brände oder schwere Verletzungen verursachen.

Claims

1. Elektrischer Fahrradantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektromotor über ein Getriebe mit Freilauf und über eine Kette das Hinterrad antreibt, wobei das angetriebene Kettenrad auf der dem Muskelantrieb gegenüber liegenden Seite [üblicherweise linke Seite] unmittelbar auf der Radnabe befestigt ist. Weiterhin gekennzeichnet durch eine Konstruktion als Bausatz, der aus den vier fertig verkabelten Teilen, wie 1. Motorschutzschalter, 2. Batteriekasten mit Zünd schloß, 3. Motor mit Getriebe und 4. Kettenrad für Radnabe besteht und in einfa cher Weise, wie z. B. eine Gangschaltung, montiert werden kann.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, einen leichten Elektromotor mit hoher Nenndrehzahl [5000 bis 15 000 U pro min], einem Nennstrom von 10 bis 50 A, einer Nennspannung von 6 bis 24 V und einer Lebensdauer von 600 bis 3000 Betriebsstunden zu verwenden.

3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, als Motorschutzschalter einen Schalter mit thermischer und magnetischer Auslösung zu verwenden, wie z. B. einen Leitungsschutzautomaten nach DIN [10 A, 16 A, 20 A usw. je nach Motortyp], und diesen am Lenker so zu befestigen, daß mit demselben der Motor während der Fahrt aus- und eingeschaltet werden kann.

4. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, den Motor quer zur Fahrtrichtung unter dem Sattel im Dreieck zwischen Hinterradgabel und Sitzrohr so anzuordnen, daß das rechtwinklig angesetzte Getriebe parallel zum linken Rohr der Hinterradga bel an diesem und an zwei weiteren Punkten auf einer Grundplatte befestigen ist welche mit Hilfe von zwei Rohrschellen am Sitzrohr und am oberen Ende des linken Rohres der Hinterradgabel angebracht wird und somit vollkommen gegen verdrehen und verwinden gesichert ist.

5. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das antreibende Kettenrad am Getriebe auf der Motorseite anzubringen und das angetriebene Kettenrad direkt auf der Radnabe entweder a] nur kraftschlüssig mit Hilfe eines Rohrstückes mit Klemmkonus, b] kraft- und formschlüssig mit Hilfe von Stehbolzen und Sich rungsblechen über dem Speichenansatz der Radnabe zu befestigen oder c] eine Radnabe herzustellen die auch auf der linken Seite mit Gewindeansatz versehen ist.

6. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, hochstrom- und schnelladefähige, gasdichte Blei- oder Nickel-Kadmium Akkumulatoren zu verwenden mit einer Nenn kapazität von 2 bis 20 Ah und diese in einem verschließbaren Batteriekasten im Viereck des Rahmens steckbar zu befestigen, so daß die Akkubatterie für lange oder kurze Fahrstrecken leicht zugänglich und austauschbar ist. Das Schloß dient zugleich als Hauptschalter gegen unbefugtes Einschalten des Motors.