DE69703762T2

DE69703762T2 - Fahrrad mit elektrischem Antriebsmechanismus

Info

Publication number: DE69703762T2
Application number: DE69703762T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Kamada; Toshiharu Miyawaki; Takemi Ueda; Masami Wada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-10
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2017-04-11
Also published as: DE69703762D1; JPH09277978A; EP0800988B1; EP0800988A1; ATE198302T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft Fahrräder, die einen konventionellen Pedalantrieb und einen elektrischen Antrieb enthalten, bei denen eine auf die Pedale angewandte Last abhängig von der Geschwindigkeit des Fahrrades teilweise von dem elektrischen Antrieb übernommen und reduziert wird, wie dies in EP-A-0636 537 beschrieben ist, die die Merkmale des Oberbegriffes des Anspruches 1 offenbart.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Es ist ein elektrisches Fahrrad vorgeschlagen worden, das sowohl einen elektrischen Antrieb als auch konventionelle Pedalantriebsmittel enthält, um die auf die Pedale zu bringende Last bis zu einem bestimmten Grad und abhängig von der Last zu verringern. Beispielsweise ist das Fahrrad so aufgebaut, dass für Fahrgeschwindigkeiten von 0 bis 15 km pro Stunde 50 Prozent der Last von einem Elektromotor übernommen werden und für Fahrgeschwindigkeiten von 15 bis 24 km pro Stunde das Verhältnis, mit dem der Elektromotor die Last übernimmt, abhängig von der Fahrgeschwindigkeit von 50 auf Null Prozent verringert wird.
Zu diesem Zweck enthält der elektrische Antrieb im allgemeinen einen ersten Detektor zum Feststellen der auf die Pedale wirkenden Last, einen zweiten Detektor zum Feststellen der Drehzahl der Pedale, einen Elektromotor, ein Untersetzunggetriebe, eine elektrische Steuerung und eine wiederaufladbare Batterie als elektrische Stromquelle. Bei dieser Anordnung wird der Elektromotor von der elektrischen Steuerung entsprechend der Information von Drehmoment- und Drehzahl gesteuert, so dass die auf die Pedale zu bringende Last teilweise von elektrischen Antrieb übernommen wird, wie oben beschrieben wurde (s. EP-A-0636 537).
Ein Nachteil dieses Aufbaus liegt darin, dass die Einheiten, d. h. Motor, Untersetzungsgetriebe, Batterie usw. einzeln um Sattel und entlang der Rahmenrohre angeordnet sind, also nicht als Einheit vorhanden sind und darum einzeln wasserfest umschlossen sein müssen. Außerdem sind diese Einheiten und Kabelbäume, die die einzelnen Einheiten verbinden, mit einer Abdeckung beispielsweise aus einem Kunststoffmaterial ummantelt, um zu verhindern, dass diese beschädigt werden.
Als Folge dieses Aufbaus weist das elektrische Fahrrad ein erhöhtes Gewicht von etwa 28 bis 30 kg auf, was gegenüber einem konventionellen, nichtelektrischen Fahrrad eine Gewichtserhöhung von etwa 10 bis 15 kg bedeutet und damit sowohl die Handhabung als auch die Montage erschwert.
Da die Einheiten, also Motor, Untersetzungsgetriebe und Steuerung nicht als Einheit integriert sind, sondern einzeln zu montieren sind, ergibt sich eine komplizierte Montage.
Ist der elektrische Antrieb einmal eingeschaltet, dann erwärmen sich die Einheiten wie Motor und Steuerung. Andererseits werden sie möglicherweise durch Regen oder Spritzwasser abgekühlt, was zu einer nachteiligen Kontraktion und Expansion der Luft in dem Gehäuse der jeweiligen Einheit führt. Es ist darum wünschenswert, dass die Gehäuse der Einheiten entlüftet werden oder eine Öffnung enthalten, um den Druck im Gehäuse konstant zu halten. Das Luftaustauschmittel kann jedoch Wasser in das Gehäuse ziehen, wenn es sich zusammenzieht; darum sollte die Positionierung der zu bildenden Öffnung in dem Gehäuse sorgfältig ausgewählt werden.
Wie oben beschrieben, sind in der bekannten Anordnung die Einheiten getrennt angeordnet, müssten also individuelle Luftaustauschmittefaufweisen, was wiederum viel Raum zum Anbringen der Luftaustauschmittel erfordert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist darum eine Aufgabe der Erfindung, die Probleme zu lösen und damit ein gebrauchstüchtiges elektrisches Fahrrad zu schaffen.
Ein Fahrrad nach der Erfindung umfasst die Merkmale des Anspruches 1.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, die sich auf bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung und auf die beigefügten Zeichnungen bezieht. In den Zeichnungen sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Fahrrades nach der Erfindung;
Fig. 2 eine Seitenansicht einer elektrischen Antriebseinheit des Fahrrades im Schnitt;
Fig. 3 eine Schnittzeichnung der elektrischen Antriebseinheit entlang einer gedachten Linie, die mehrere Punkte A bis F in Fig. 2 verbindet;
Fig. 4 eine Seitenansicht der elektrischen Antriebseinheit des Fahrrades im Schnitt;
Fig. 5 eine geschnittene Seitenansicht eines Entlüftungsrohres und
Fig. 6 eine Seitenansicht der elektrischen Antriebseinheit im Schnitt, bei der das Entlüftungsrohr in dem hinteren Rahmenrohr des Fahrrades angeordnet ist.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Fahrrad nach der Erfindung dargestellt und mit 10 bezeichnet. Das Fahrrad 10 enthält mehrere Rahmenrohre wie hinteres und vorderes Rahmenrohr, 12 und 14, hintere Rahmenversteifung 16 und Kettenversteifung 18, Gabel 20, Lenker 22, Vorder- und Hinterrad 24 bzw. 26 und einen Sattel 28.
Das Fahrrad 10 weist einen Pedalantrieb 30 und einen elektrischen Antrieb 32 auf. Der Pedalantrieb 30 umfasst ein vorderes Kettenrad 34 (s. Fig. 3) und ein hinteres Kettenrad 36. Das vordere Kettenrad 34 ist auf einer drehbaren Kurbelwelle 38 drehbar gelagert und waagerecht an der Schnittstelle von hinterem und vorderem Rahmenrohr 12 und 14 gehaltert. Die Kurbelwelle 38 weist an ihren einander entgegengesetzten Enden Pedale 40 auf. Das hintere Kettenrad 36 ist koaxial mit dem Hinterrad 26 gelagert. Um das vordere Kettenrad 34 und das hintere Kettenrad 36 ist eine Endlosantriebskette 42 so angeordnet, dass die auf die Pedale 40 einwirkende Rotationskraft auf die Kurbelwelle 38, das vordere Kettenrad 34, Antriebskette 42, hinteres Kettenrad 36 und das Hinterrad 26 übertragen wird, so dass das Fahrrad 10 sich vorwärts bewegt.
Der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellte elektrische Antrieb 32 umfasst eine Antriebseinheit, die als Ganzes mit 50 bezeichnet ist. Diese Antriebseinheit 50 weist ein luftdichtes Gehäuse 52 mit einer darin ausgebildeten Kammer 54 auf. In der Kammer 54 sind verschiedene elektrische und mechanische Elemente untergebracht, das heißt ein Motor 58 zum Drehen der Kurbelwelle 38, ein Untersetzungsgetriebe 60 zum Reduzieren der Drehzahl des Motors 56 und Übertragen der dann reduzierten Drehzahl auf die Kurbelwelle 38, ein Sensor 62 zum Erfassen sowohl der auf die Pedale 40 einwirkenden Last als auch der Drehzahl der Kurbelwelle 38, und eine Steuerschaltung 64 mit einem Mikrocomputer zum Steuern des Motors 58.
Wie am besten aus Fig. 1 zu sehen ist, ist die Antriebseinheit 50 vorzugsweise nahe und/oder unter einem Verbindungselement 66 angeordnet, das das hintere und vordere Rahmenrohr, 12 und 14, verbindet, und zwar mit einer Mehrzahl von Sicherungsmitteln, beispielsweise mit Schrauben 68. Die Antriebseinheit 50 weist mehrere Vorteile auf; so kann zum Beispiel der elektrische Antrieb 32 ohne weiteres am Fahrrad 10 angebracht werden. Außerdem hat das Fahrrad 10 seinen Schwerpunkt an seinem unteren und mittleren Abschnitt, was dem Fahrrad 10 eine sichere Manövrierfähigkeit verleiht.
Der elektrische Antrieb 32 nach Fig. 1 enthält weiterhin eine Batterie 20, vorzugsweise eine wiederaufladbare Batterie, als Stromquelle für den Elektromotor 58, eine Anzeige 72 zum Anzeigen des Betriebszustandes des elektrischen Antriebs und einen Schalter 22 zum Ein- und Abschalten des Motors 58. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind Batterie 70, Anzeige 72 und Schalter 74 angrenzend an das hintere Rahmenrohr 12, den Lenker 22 bzw. das Hinterrad 74 angeordnet, sie können aber auch an anderen Positionen vorgesehen sein.
Ist der elektrische Antrieb 32 eingeschaltet, dann erfasst der Sensor 62 sowohl die auf die Pedale 40 einwirkende Last als auch die Drehzahl der Kurbelwelle 38, sobald die Kurbelwelle 38 durch Anwenden einer Rotationskraft auf die Pedale 40 gedreht wird; der Mikrocomputer in der Steuerschaltung 64 bestimmt daraufhin die Ausgangsleistung des Motors 58. Die Ausgangsleistung des Motors 58 wird über das Untersetzungsgetriebe 60 auf die Kurbelwelle 38 übertragen und übernimmt damit einen Teil der auf die Pedale 40 einwirkenden Last.
In Fig. 4 weist das Gehäuse 52 der Antriebseinheit 50 eine durchgehende Öffnung 80 in seiner oberen Wandung 82 auf, durch die verschiedene Kabelbäume 84, 86 und 88 sich aus dem Gehäuse 52 erstrecken, um Batterie 70, Anzeige 22 und Schalter 74 mit zugeordneten Elementen in dem Gehäuse 52 elektrisch zu verbinden. Außerdem erstreckt sich durch die Öffnung 80 ein Entlüftungsrohr oder -schlauch 90, um eine Fluidverbindung der Kammer 54 in dem Gehäuse 50 mit der Umgebungsluft zu schaffen und damit den Druck in der Kammer 54 konstant zu halten. Die Öffnung 80 enthält eine wasserfeste Dichtung 92, vorzugsweise aus Gummi, um die Kabelbäume 84, 86 und 88 und das Entlüftungsrohr 90 rundherum abzudichten.
Aus den Fig. 4, 5 und 6 geht hervor, dass das Entlüftungsrohr 90 ein äußeres und ein inneres Ende hat. Das innere Ende ist an der Öffnung 80 gesichert, während das äußere Ende mit einem Luftführungsrohr 94 verbunden ist, das vorzugsweise aus einem elastischen Material hergestellt ist.
Wie am besten aus Fig. 5 hervorgeht, weist zumindest ein Einlassabschnitt 96 des Luftführungsrohres 94 einen Innendurchmesser von acht Millimetern oder mehr auf, so dass sich an diesem Einlassabschnitt 96 kein Wasserfilm bildet, wohingegen der Rest des Rohres einen geringeren Durchmesser aufweist, um den zum Anbringen des Entlüftungsrohre 90 am Gehäuse 50 und zum Anbringen der Einheit 50 am Fahrrad 10 erforderlichen Raum zu reduzieren.
Vorzugsweise ist das Luftführungsrohr 94 in der Form eines "U" oder "J" ausgebildet, wobei der Einlassabschnitt 96 nach unten gerichtet ist, um zu verhindern, das Wasser, beispielsweise Spritzwasser, durch das Entlüftungsrohr 90 in das Gehäuse 52 eindringt.
Am günstigsten ist das Entlüftungsrohr 90 mit Luftführungsrohr 94 im hinteren Rahmenrohr 12 angeordnet, wobei der Einlassabschnitt 96 des Luftführungsrohres 94 nach unten ausgerichtet ist, wie dies in Fig. 6 dargestellt ist. In diesem Fall ist die Antriebseinheit 50 vorzugsweise mit dem Verbindungselement 66 verbunden.
Das Entlüftungsrohr 90 kann außerdem aufgrund seiner Elastizität ohne besondere Befestigungsmittel angebracht werden. Es ist von Vorteil, dass das Entlüftungsrohr 90 bei dieser Verbesserung ebenfalls die Kammer 54 des Gehäuses 52 mit der Umgebungsluft verbindet.
Das Entlüftungsrohr 90 kann auch für ein konventionelles elektrisches Fahrrad verwendet werden, bei dem der Motor, das Untersetzungsgetriebe, der Sensor und die Steuerschaltung getrennt angeordnet sind. In diesem Fall kann eine Mehrzahl von Entlüftungsrohren an jeweils einem Ende mit dem jeweiligen Element verbunden sein, während das jeweils andere Ende in den Rohren des Rahmens angeordnet ist.
Obgleich das Entlüftungsrohr hier im hinteren Rahmenrohr angeordnet ist, kann es auch im vorderen Rahmenrohr angeordnet sein.
Es wird zusammengefasst: Bei dem elektrischen Fahrrad nach der Erfindung sind Motor, Untersetzungsgetriebe, Sensor und Steuerschaltung in ein Gehäuse integriert, das angrenzend an und/oder unter dem zentralen Abschnitt des Fahrrades angeordnet ist, wodurch das Fahrrad nach hinten und vorn gut ausbalanciert ist und ein niedrigeres Schwerezentrum aufweist.
Außerdem schafft die Erfindung ein Fahrrad, das leicht zusammenzubauen und zu handhaben ist.
Die Kabelbäume, die die Antriebseinheit mit Batterie, Schalter und Anzeigevorrichtung verbinden, sind durch wasserdichte Dichtungen nach außen geführt, so dass kein Wasser in der Gehäuse der Antriebseinheit eindringt. Die Kabelbäume können ohne Schwierigkeiten in die Antriebseinheit eingefügt werden.
Das Innere der Antriebseinheit steht mit der Umgebungsluft mittels des Entlüftungsrohres in Fluidverbindung, wobei das Entlüftungsrohr durch den wasserdichten Aufbau an der Öffnung geführt ist, durch den auch die Kabelbäume aus dem Gehäuse herausgeführt sind. Zusätzlich ist das andere Ende des Entlüftungsrohres mit einem Luftführungsrohr verbunden, das durch seine besondere Ausbildung die Bildung eines Wasserfilms verhindern kann. Folglich kann durch das Entlüftungsrohr kein Wasser in das Gehäuse der Antriebseinheit eindringen.
Wird das Entlüftungsrohr in den Rohren des Rahmens angeordnet, beispielsweise im hinteren Rahmenrohr, dann wird das Aussehen des Fahrrades in keiner Weise ungünstig beeinflusst. Das Entlüftungsrohr kann aufgrund seiner Elastizität in einem Rahmenrohr angeordnet sein.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand mehrerer Ausführungsformen beschrieben. Fachleuten ist klar, dass viele Veränderungen an den beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne sich vom Geist der Erfindung zu entfernen. Der Bereich der vorliegenden Erfindung wird also nicht durch die hier beschriebenen Formen begrenzt, sondern lediglich durch die Ansprüche und die Äquivalente der darin beschriebenen Merkmale.

Claims

1. Fahrrad (10) mit einem Pedalantrieb (30) und einem elektrischen Antrieb (32), der die auf die Pedale (40) aufgebrachte Last teilweise übernehmen kann, welcher elektrische Antrieb (32) einen Motor (58), einen Detektor (62) zum Feststellen der Last und der Drehzahl an den Pedalen (40), ein Untersetzungsgetriebe (60) zum Verringern der Drehzahl des Motors (58), eine Steuerschaltung (64), eine Batterie (70) zum Speisen des Motors (58) mit elektrischem Strom und einen Schalter (74) zum Inbetriebsetzen des Motors (58) enthält,

mit einem Gehäuse (52) mit einer Kammer (54) zur integralen Anordnung von Motor (58), Detektor (62), Untersetzungsgetriebe (60) und Steuerschaltung (64) und

mit einer Mehrzahl von Kabelbäumen (84) zum Verbinden von Batterie (70) und Schalter (74) mit den zugeordneten Elementen in dem Gehäuse (52), gekennzeichnet durch eine durchgehende Öffnung (80) in einem oberen Abschnitt des genannten Gehäuses (52) als Fluidverbindung der Kammer (54) mit der Umgebungsluft, wobei die Kabelbäume (84) sich durch die Öffnung (80) erstrecken, eine wasserdichte Dichtung (92) zum Abdichten der Öffnung (80) und ein Entlüftungsrohr (90), bei dem ein erstes Ende eine Fluidverbindung mit der Kammer (54) durch die Öffnung (80) schafft und bei dem ein zweites Ende eine Fluidverbindung mit der Umgebungsluft schafft.

2. Fahrrad nach Anspruch 1, bei dem sich das genannte Entlüftungsrohr (90) nach oben erstreckt und das zweite Ende des Entlüftungsrohres (90) mit einem Luftführungsrohr (94) verbunden ist, dessen äußeres Ende nach unten gerichtet ist.

3. Fahrrad nach Anspruch 2, bei dem das genannte Luftführungsrohr (94) U- förmig ausgebildet ist.

4. Fahrrad nach Anspruch 2, bei dem das genannte Luftführungsrohr (94) aus einem elastischen Material hergestellt ist.

5. Fahrrad nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das äußere Ende des Luftführungsrohres (94) einen Durchmesser von acht Millimetern oder mehr aufweist, um zu verhindern, dass sich an dem genannten äußeren Ende ein Wasserfilm bildet.

6. Fahrrad nach Anspruch 2, bei dem das genannte Entlüftungsrohr (90) in einem Rahmenrohr des Fahrrades angeordnet ist.

7. Fahrrad (10) mit einem Pedalantrieb (30) und einem elektrischen Antrieb (32), der die auf die Pedale (40) aufgebrachte Last teilweise übernehmen kann, wobei der elektrische Antrieb (32) einen Motor (58), einen Detektor (62) zum Feststellen der auf die Pedale (40) wirkenden Last und der Drehzahl der Pedale, ein Untersetzungsgetriebe (60) zum Verringern der Drehzahl des Motors (58), eine Steuerschaltung (64), eine Batterie (70) zum Speisen des Motors (58) mit elektrischem Strom und einen Schalter (74) zum Inbetriebsetzen des Motors (58) enthält, das Fahrrad ein Gehäuse (52) aufweist mit einer Kammer (54) zur integralen Anordnung des genannten Motors (58), Detektors (62), Untersetzungsgetriebes (60) und der Steuerschaltung (64) und eine durchgehende Öffnung (80) in einem oberen Abschnitt des genannten Gehäuses (52) als Fluidverbindung der Kammer (54) mit der Umgebungsluft vorgesehen ist,

eine Mehrzahl von Kabelbäumen (84) aufweist, die sich durch die genannte Öffnung (80) zur Verbindung von Batterie (70) und Schalter (74) mit zugeordneten Elementen in dem Gehäuse (52) erstreckt,

ein Entlüftungsrohr (90) aufweist, dessen erstes Ende eine Fluidverbindung mit der genannten Kammer (54) bildet und dessen zweites Ende eine Fluidverbindung mit der Umgebungsluft bildet,

ein Luftführungsrohr (94) aufweist, das mit dem genannten zweiten Ende des Entlüftungsrohres (90) verbunden ist und von dem ein äußeres Ende nach unten gerichtet ist, und

eine wasserdichte Dichtung (92) aufweist, die um die genannte Mehrzahl von Kabelbäumen (84) und das Entlüftungsrohr (90) an der genannten Öffnung herum als Verschluss der Öffnung (80) angeordnet ist.

8. Fahrrad nach Anspruch 7, bei dem sich das genannte Entlüftungsrohr (90) durch die genannte Öffnung (80) erstreckt.