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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Fahrräder und insbesondere eine Vorrichtung
zur Stabilisierung eines einer elektrischen Fahrradkomponente zugeführten Stroms.
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In
den letzten Jahren wurden Fahrräder
mit einer Reihe elektrischer Komponenten ausgestattet. Derartige
elektrische Komponenten umfassen Fahrradcomputer zur Anzeige des
Fahrzustands (z.B. der Geschwindigkeit) des Fahrrads und Steuerungen zum
automatischen Umschalten der Gänge
eines Gangschaltungsmechanismus. Herkömmlicherweise wurde Strom an
diese Arten elektrischer Komponenten von einer Batterie geliefert,
wobei von der Batterie zur elektrischen Komponente eine Stromleitung angeschlossen
ist. Darüber
hinaus kann zwischen der elektrischen Komponente und einem angeschlossenen
Sensor oder einer angeschlossenen Steuerung eine Steuersignalleitung
zum Austausch von Signalen angeschlossen sein. Das Dokument WO 8101274
offenbart einen elektrischen Fahrrad-Steuerschaltkreis gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Mit steigender Anzahl elektrischer Komponenten
steigt die Anzahl der Strom- und Steuersignalleitungen entsprechend.
Im Fall eines Fahrrads ist, da für
Brems- und Gangschaltvorgänge
bereits andere Drähte
als diese Strom- und Steuersignalleitungen am Rahmen und der Lenkstang
angebracht sind, ein weiteres Ansteigen der Anzahl der Drähte nicht
wünschenswert.
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Es
ist eine Technologie zum Übertragen
von Strom- und Steuersignalen unter Verwendung von integrierten
Signalen oder Summensignalen entwickelt worden, um die Anzahl der
benötigten
Drähte
zwischen den verschiedenen elektrischen Komponenten zu verringern.
Derartige Signale nehmen manchmal die Form gepulster Signale an,
bei denen das Signal wiederholt an- und ausgeschaltet wird. Einige
elektrische Komponenten funktionieren unter Verwendung sowohl der
Strom- als auch der Steuerkomponenten der Signale, wohingegen andere
elektrische Komponenten unter Verwendung lediglich der Stromkomponente
der Signale funktionieren können.
Leider besteht die Gefahr, dass, wenn Strom- und Steuersignale unter
Verwendung derartiger gepulster Signale übertragen werden, eine elektrische
Komponente, die nicht die Steuerkomponente der Signale verwendet,
nicht richtig funktioniert. Zum Beispiel kann eine Beleuchtungsvorrichtung
als Folge der AN/AUS-Eigenschaft
des gepulsten Signals flackern.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft verschiedene Merkmale eine Vorrichtung
zum Liefern von Strom- und Steuersignalen an eine Mehrzahl von Fahrradkomponenten.
In einer Ausführungsform
gibt es einen elektrischen Fahrrad-Steuerschaltkreis und eine Baugruppe,
die Strom- und Steuersignale an eine Mehrzahl von Fahrradkompenten
liefert, gemäß den Merkmalen
der Ansprüche
1 und 9 der Erfindung. Zusätzliche
erfinderische Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich,
und derartige Merkmale allein oder in Kombination mit den obigen
Merkmalen können
die Grundlage weiterer Erfindungen, wie sie in den Ansprüchen genannt sind,
und ihrer Äquivalente
bilden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrads, das einen Schaltkreis aufweist,
der an eine Mehrzahl von Fahrradkomponenten Strom- und Steuersignale liefert;
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2 ist
eine vergrößerte Schrägansicht
der Fahrradlenkstangenbaugruppe;
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3 ist
eine Blockdiagramm einer besonderen Ausführungsform eines Schaltkreises,
der an eine Mehrzahl von Fahrradkomponenten Strom- und Steuersignale
liefert;
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4 ist
ein Querschnitt einer Fahrradcomputeranzeige und einer angeschlossenen
Hinterleuchtung;
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5 ist
ein schematisches Schaltbild einer besonderen Ausführungsform
eines stromstabilisierenden Schaltkreises.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 ist
eine Seitenansicht eines Fahrrads, das einen Schaltkreis aufweist,
der an eine Mehrzahl von Fahrradkomponenten Strom- und Steuersignale liefert.
In dieser Ausführungsform
ist das Fahrrad ein Mountainbike, das einen Rahmen 1 mit
einem Rahmenkörper 2;
eine am vorderen Teil des Rahmenkörpers 2 zur Drehung
um eine geneigte Achse angebrachte Vordergabel 3; ein drehbar
an der Vordergabel 3 angebrachtes Vorderrad 6;
eine am oberen Abschnitt der Vordergabel angebrachte Lenkstangenbaugruppe 4;
ein drehbar am hinteren Abschnitt des Rahmenkörpers 2 angebrachtes
Hinterrad 7; einen einen vorderen und einen hinteren Gangschaltungsmechanismus 8 und 9 aufweisenden
Antriebsabschnitt 5; und eine Steuerung 11 (3)
zum Steuern des vorderen und des hinteren Gangschaltungsmechanismus 8 und 9 aufweist.
Eine Vorderradfederung 14 ist an der Vordergabel 3 angebracht,
eine Hinterradfederung 13 ist an der Rückseite am hinteren Teil des
Rahmenkörpers 2 angebracht,
und ein Sattel 18 ist an der Mitte des Rahmenkörpers 2 angebracht.
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Wie
in 2 gezeigt, umfasst die Lenkstangenbaugruppe einen
Lenkerschaft 12 und eine Lenkstange 15, wobei
der Lenkerschaft 12 am oberen Abschnitt der Vordergabel 3 befestigt
ist und die Lenkstange 15 am Lenkerschaft 12 befestigt
ist. Bremshebel 16 und Griffe 17 sind an entgegengesetzten
Enden der Lenkstange 15 angebracht. Gangschaltungsschalter 20a und 20b sind
vorgesehen, um manuelle Gangschaltungsbetätigungen des vorderen und des
hinteren Gangschaltmechanismus 8 und 9 auszuführen. Ein
Betätigungsschalter 21a ist
zum Schalten zwischen einem automatischen und einem manuellen Betätigungsmodus
vorgesehen und ein Betätigungsschalter 21b ist
zum manuellen Einstellen der Steifigkeit der vorderen und der hinteren
Federung 13 und 14 vorgesehen.
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Der
vordere Gangschaltungsmechanismus 8 umfasst eine drehbar
auf einem unteren Halterungsabschnitt des Rahmenkörpers 2 angebrachten
Zahnradkurbel 25. Eine Mehrzahl vorderer Kettenräder (z.B.
drei Kettenräder)
ist an der Zahnradkurbel 25 angebracht und ein vorderer
Kettenwerfer 26 ist am Rahmenkörper 2 zum Umschalten
einer Kette 29 zwischen der Mehrzahl vorderer Kettenräder in enger Nähe zur Zahnradkurbel 25 angebracht.
Der hintere Gangschaltungsmechanismus 9 umfasst eine Mehrzahl
hinterer Kettenrädern 27 (z.B.
neun Kettenräder),
und ein hinterer Kettenwerfer 28 ist zum Umschalten der
Kette 29 innerhalb der Mehrzahl hinterer Kettenräder 27 am
hinteren Teil des Rahmenkörpers 2 angebracht.
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Eine
Dynamonabe 10 ist am Hinterrad 7 angebracht. Die
Dynamonabe 10 ist zum Tragen einer Bremsscheibe (nicht
dargestellt) aufgebaut und sie umfasst eine Freilaufbaugruppe, an
der eine Mehrzahl hinterer Kettenräder 27 angebracht
ist. Ein Wechselstromgenerator 19 (3) zur Erzeugung von
Strom in Reaktion auf die Drehung des Hinterrads 7 ist
im Inneren der Nabe 10 angebracht.
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Die
Steuerung 11 steuert manuell den vorderen und den hinteren
Gangschaltungsmechanismus 8 und 9 und die Vorderrad-
und die Hinterradfederung 13 und 14 in Reaktion
auf die Betätigung
der Gangschaltungsschalter 20a und 20b und der
Betätigungsschalter 21a und 21b.
Auch kann die Steuerung 11 den vorderen und den hinteren
Gangschaltungsmechanismus 8 und 9 und die Vorderrad-
und die Hinterradfederung 13 und 14 entsprechend
der Geschwindigkeit des Fahrrads automatisch steuern. Wie in 3 gezeigt,
weist die Steuerung 11 eine erste Steuereinheit 30,
eine zweite Steuereinheit 31 und eine dritte Steuereinheit 32 auf.
Die erste Steuereinheit 30 kann integral mit dem vorderen
Kettenwerfer 26 zusammengebaut sein. Die erste Steuereinheit 30 ist
mit dem Wechselstromgenerator 19 verbunden und von ihm
angetrieben, und sie treibt den vorderen und den hinteren Kettenwerfer 26 und 28 und
die Hinterradfederung 13 an und steuert sie. Da die erste Steuereinheit 30 nahe
am Wechselstromgenerator 19 vorgesehen ist, kann ein kürzeres Stromkabel
verwendet werden, wodurch der Wirkungsgrad des Steuersignalaustausches
und und der Stromzuführung
erhöht
wird.
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Die
erste Steuereinheit 30 umfasst einen ersten Steuerabschnitt 35 in
Form eines Mikrocomputers (ein Beispiel eines Strom-/Steuerschaltkreises), einen
Wellenform-bildenden Schaltkreis 36 (ein Beispiel eines
Steuerschaltkreises) zur Erzeugung eines aus der Ausgabe der Wechselstromgenerators 19 stammenden
Geschwindigkeitssignals, einen Lade-Steuerschaltkreis 37,
eine Stromspeichervorrichtung 38 (ein Beispiel eines Stromschaltkreises),
eine Motorantriebsvorrichtung 39 des vorderen Kettenwerfers
(FMD), eine Motorantriebsvorrichtung 40 des hinteren Kettenwerfers
(RMD), einen Sensor der Betriebsstellung(-position) des vorderen Kettenwerfers 26 (FLS) 41,
einen Sensor der Betriebsstellung(-position) des hinteren Kettenwerfers 28 (RLS) 42 und eine
Motorantriebsvorrichtung 43 der hinteren Federung (RSD).
Der Lade-Steuerkreis 37 richtet die Stromausgabe aus dem
Wechselstromgenerator 19 gleich und erzeugt Gleichstrom.
Die Stromspeichervorrichtung 38 kann einen Hochkapazitätskondensator
zum Beispiel zum Speichern des durch Laden des Steuerschaltkreises 37 erzeugten
Gleichstroms umfassen. Falls gewünscht,
kann die Stromspeichervorrichtung 38 eine sekundäre Speicherbatterie,
wie etwa eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Lithiumionenbatterie,
eine Nickelhydridbatterie etc. anstelle eines Kondensators aufweisen.
Der in der Stromspeichervorrichtung 38 gespeicherte Strom
wird an den ersten Steuerabschnitt 35 und an die Motorantriebsvorrichtungen 39, 40 und 43 geleitet.
Die Motorantriebsvorrichtungen 39, 40 und 43 geben
Antriebssignale zum Antreiben der Motoren 44f und 44r,
die zum Steuern der Kettenwerfer 26 und 28 verwendet
werden, und eines Motors (in der Figur nicht gezeigt), der zum Steuern
der Hinterradfederung 13 entsprechend Steuersignalen vom
ersten Steuerabschnitt 35 verwendet wird, aus.
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Die
erste Steuereinheit 30 liefert desweiteren Strom- und Steuersignale
an die zweite Steuereinheit 31 und die dritte Steuereinheit 32.
Insbesondere liefert die erste Steuereinheit 30 Strom-/Steuer-Summensignale,
die AN und AUS gepulst sind (und somit als Strom-/Steuerschaltkreis
wirken). Die Steuersignale können
die Geschwindigkeitssignale vom Wellenform-bildenden Schaltkreis 36 beinhalten.
Die zweite Steuereinheit 31 und die dritte Steuereinheit 32 erhalten
Strom von den Stromkomponenten der Summensignale und werden entsprechend
den Steuersignalkomponenten der Summensignale gesteuert.
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Die
zweite Steuereinheit 31 ist über einer Halterung 50 (2)
an der Lenkstange 15 der Lenkstangenbaugruppe 4 angebracht.
Die zweite Steuereinheit 31 umfasst Gangschaltungsschalter 20a und 20b,
Betätigungsschalter 21a und 21b,
einen zweiten Steuerabschnitt 45 in Form eines Mikrocomputers und
eine Motorantriebsvorrichtung der vorderen Federung (FSD) 46.
Die zweite Steuereinheit 31 überträgt die Betätigungsdaten der Schalter 20a, 20b, 21a und 21b an
die erste Steuereinheit 30. Im Automatikmodus stellt der
zweite Steuerabschnitt 45 die Steifigkeit der Vorderradfederung 14 entsprechend einem
von der ersten Steuereinheit 30 gesendeten, auf der Fahrradgeschwindigkeit
basierenden Steuersignal ein. Im manuellen Modus stellt der zweite Steuerabschnitt 45 die
Steifigkeit der Vorderradfederung 14 entsprechend der Betätigung des
Betätigungsschalters 21b ein.
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Die
dritte Steuereinheit 32 ist ein sogenannter Fahrradcomputer,
und sie ist lösbar
an der zweiten Steuereinheit 31 angebracht. Die dritte
Steuereinheit 32 weist einen dritten Steuerbereich 55 in Form
eines Mikrocomputers, einen Flüssigkristallanzeigenabschnitt 56 und
eine Hinterleuchtung 58 auf. Die Hinterleuchtung 58 ist
mit dem dritten Steuerabschnitt 55 über einen stromstabilisierenden
Stromkreis 57 verbunden. Der Flüssigkristallanzeigenabschnitt 56 ist
in der Lage, verschiedene Daten, wie etwa Geschwindigkeit, Trittfrequenz,
Fahrtstrecke, Gangschaltposition, Federungsstatus und so weiter anzeigen,
und er wird von der Hinterleuchtung 58 beleuchtet. Wie
in 4 gezeigt, ist die Hinterleuchtung 58 auf
der dem Anzeigebildschirm des Flüssigkristallanzeigenabschnitts 56 gegenüberliegenden
Seite angeordnet. Die Hinterleuchtung 58 umfasst eine Lichtquelle,
wie zum Beispiel etwa eine LED 58a, und einen diffus reflektierenden
Bereich 58b zum Streuen und Reflektieren des Lichts der
LED 58a, wodurch der Flüssigkristallabschnitt 56 beleuchtet
wird.
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Wie
in 5 gezeigt, weist der stromstabilisierende Schaltkreis 57 eine
Diode 57a (deren Anode mit dem dritten Steuerabschnitt 55 verbunden
ist), einen zwischen der Diode 57a und der LED 58a in
Reihe geschalteten Widerstand 57c zum Regulieren der der
LED 58a zugeführten
Stromstärke
und einen mit dem Widerstand 57c parallel geschalteten
Kondensator 57b auf. Ein Anschluss des Kondensators 57b ist
mit der Anode der Diode 57a verbunden, und der andere Anschluss
des Kondensators 57b ist geerdet. Die Diode 57a verhindert
Rückstrom,
wenn der Kondensator 57b geladen wird. Der Kondensator 57b stabilisiert
die der LED 58a zugeführte
Spannung und verringert einen Spannungsabfall, der sich aus der AN/AUS-Eigenschaft
des Steuersignals ergibt, selbst wenn es gleich groß wie das
Signal ist, das verwendet wird, um den Kettenwerfer oder die Motorantriebsvorrichtungen 39, 40, 43 oder 46 anzutreiben und
zu steuern. Dies wiederum minimiert oder verhindert ein Flackern
der LED 58a.
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Während des
Betriebs erzeugt der Wechselstromgenerator 19 der Dynamonabe 10 elektrischen Strom,
wenn das Fahrrad fährt,
und der elektrische Strom wird in der Stromspeichervorrichtung 38 gespeichert.
Da der Generator am Hinterrad 7 vorgesehen ist, kann die
Stromspeichervorrichtung 38 auch dadurch geladen werden,
dass das Fahrrad auf seinen Ständer
gestellt wird und die Pedale gedreht werden, wenn die durch die
normale Fahrt erzeugte Ladung nicht ausreichend ist. Dies ist insbesondere hilfreich,
wenn der Gangschaltungsmechanismus justiert wird und die Funktionen
des Flüssigkeitsanzeigenabschnitts 56 eingestellt
werden.
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Wenn
die Fahrradgeschwindigkeit im Automatikmodus entweder einen vorbestimmten
Grenzwert überschreitet
oder unter einen vorbestimmten Grenzwert fällt, wird eine Gangschaltungsbetätigung durchgeführt. In
dieser Ausführungsform
wird die Gangschaltungsbetätigung
vorrangig mit dem hinteren Kettenwerfer 28 ausgeführt. Desweiteren
kann, wenn die Geschwindigkeit eine vorbestimmte Geschwindigkeit überschreitet,
die Steifigkeit beider Federungen 13 und 14 größer gemacht
werden. Ein gepulstes Strom-/Steuer-Summensignal zur Steuerung des
Flüssigkristallanzeigenabschnitts 56 oder
der Vorderradfederung 14 wird vom ersten Steuerabschnitt 35 erzeugt
und an den zweiten Steuerabschnitt 45 und an den dritten
Steuerabschnitt 55 geleitet. Das an den dritten Steuerabschnitt 55 gesendete
Strom-/Steuer-Summensignal wird über
den stromstabilisierenden Schaltkreis 57 auch an die Hinterleuchtung 58 gesendet.
Das Steuersignal des Summensignals steuert nicht die Hinterleuchtung 58, aber
es besteht die Gefahr, dass die Hinterleuchtung durch die gepulste
AN/AUS-Eigenschaft des Summensignals beeinträchtigt werden kann. Jedoch
wird der Kondensator 57c während des AN-Bereichs des Summensignals
geladen, und dieser geladene Strom wird der LED 58a der
Hinterleuchtung 58 während des
AUS-Bereichs des Summensignals zugeführt. Somit neigt die Hinterleuchtung 58 selbst
dann, wenn ein derartiges gespulstes Signal verwendet wird, nicht
zum Flackern.
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Während das
Obige eine Beschreibung verschiedener Ausführungsformen erfinderischer
Merkmale ist, können
weitere Abwandlungen durchgeführt werden,
ohne von der Grundidee und dem Umfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen. Beispielsweise wurde eine Hinterleuchtung als ein Beispiel
für eine
elektrische Komponente angegeben, die von einem Strom-/Steuersignal
angetrieben, aber nicht gesteuert wird, aber eine derartige elektrische
Komponente kann andere elektrische Komponenten für ein Fahrrad aufweisen, wie
etwa beispielsweise ein Vor derlicht oder ein Rücklicht oder einige andere
beleuchtete oder nicht beleuchtete Komponenten. Obwohl ein Wechselstromgenerator,
der nicht regelmäßig ausgetauscht
werden muss, als ein Beispiel für eine
Stromquelle angegeben wurde, kann zur Gewichtsverringerung auch
eine Gleichstromquelle, wie etwa eine Primärbatterie oder eine Sekundärbatterie als
die Stromquelle verwendet werden. Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform
eine Dynamonabe am Hinterrad angebracht war, kann eine Dynamonabe
am Vorderrad angebracht sein, oder es kann ein Felgendynamo vorgesehen
sein, um Strom durch Herstellen von Kontakt mit der Felge eines
Laufrads zu erzeugen.
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Die
Größe, Form,
Position oder Ausrichtung der verschiedenen Komponenten kann je
nach Wunsch verändert
werden. Komponenten, die untereinander in direkter Verbindung oder
direktem Kontakt dargestellt sind, können zwischen sich Zwischenstrukturen
aufweisen. Die Funktionen eines Elements können von zwei Elementen durchgeführt werden
und umgekehrt. Der Aufbau und die Funktionen einer Ausführungsform
können
bei anderen Ausführungsformen übernommen
werden. Es ist nicht nötig,
dass in einer Ausführungsform
gleichzeitig alle Vorteile vorliegen. Somit soll der Umfang der
Erfindung nicht durch die offenbarten speziellen Strukturen oder
den offensichtlichen ersten Fokus oder Schwerpunkt auf einem speziellen
Aufbau oder Merkmal beschränkt
werden.