EP4096996A1 - Vorrichtung zur energierückgewinnung bei fahrrädern mit mittelmotorantriebseinheit sowie verfahren zum betreiben derselben - Google Patents

Vorrichtung zur energierückgewinnung bei fahrrädern mit mittelmotorantriebseinheit sowie verfahren zum betreiben derselben

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EP4096996A1
EP4096996A1 EP21707614.0A EP21707614A EP4096996A1 EP 4096996 A1 EP4096996 A1 EP 4096996A1 EP 21707614 A EP21707614 A EP 21707614A EP 4096996 A1 EP4096996 A1 EP 4096996A1
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EP
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rear wheel
energy
recuperation
drive unit
bicycle
Prior art date
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Application number
EP21707614.0A
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Gerd Scheying
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/12—Bikes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/10—Road Vehicles
    • B60Y2200/13—Bicycles; Tricycles

Definitions

  • the invention relates to a device for energy recovery in bicycles with a mid-motor drive unit.
  • the invention further relates to a method for operating a device for energy recovery in bicycles with a mid-motor drive unit.
  • the invention also relates to a bicycle.
  • Bicycles now often have a drive to support the human driver, for example when driving uphill.
  • the drive unit on the pedal unit for the human driver is arranged essentially at the level of the pedals between the front and rear wheels.
  • the foot pedals for the human driver are connected to the rear wheel hub via known free-running mechanisms via a chain drive usually consisting of toothed wheels and a chain.
  • the freewheel mechanism is designed in a known manner so that the pedals of the pedal unit can stand still in sliding mode or the shaft in the pedal unit of the pedal unit does not rotate when the bicycle is in push mode.
  • the well-known bicycle freewheel mechanisms of bicycle rear hubs lead to the fact that the bicycle chain does not have to move in push mode. When driving downhill, the chain, bottom bracket shaft and pedals therefore come to a standstill.
  • Another object of the present invention is to provide an inexpensive and easy to manufacture device for energy recovery in bicycles with a mid-motor drive unit.
  • the present invention achieves the above-mentioned objects by a device for energy recovery in bicycles with a mid-motor drive unit and at least one rear wheel, comprising a first component which is connected to an element of a rear wheel hub or of the rear wheel such that a rotation of the rear wheel is transmitted to the first component regardless of the direction of rotation, an energy transfer device cooperating with the first component, a recuperation element which cooperates with the energy transfer device, and a generator which cooperates with the recuperation element to recuperate the rotational energy of the rotational movement of the rear wheel.
  • the present invention achieves the above-mentioned objects by a method for operating a device according to one of claims 1-15, with energy recovery by means of the device taking place as a function of the ferry operation of the bicycle.
  • the present invention achieves the above-mentioned objects by means of a bicycle with a device according to one of claims 1-15.
  • One of the advantages achieved in this way is that it can be used to provide recuperation for bicycles, in particular two- or three-wheelers, with a mid-engine drive unit.
  • Another advantage is that a cost-effective and easy-to-manufacture device for energy recovery in bicycles with a central motor drive unit and a cost-effective and easy-to-operate method are provided.
  • Another advantage is that, in particular with a mechanically fixed, non-detachable connection in the sense of a power transmission between at least one wheel, in particular the rear wheel of the bicycle and a drive unit with generator, a permanent and constant transmission of the direction of rotation and speed of the wheel is provided, which can be used to determine the speed of the bike very precisely, in order to make manipulation of the intended use of the drive impossible.
  • This makes it possible to comply with any type approval that may have been carried out for the two-wheeler with a mid-motor drive unit; in other words, manipulation of a speed measurement is made more difficult.
  • rear wheel hub is to be understood as a hub on the rear wheel of a bicycle that rotates around an axle that is firmly clamped in the dropouts on the bicycle's wheel.
  • the essential components can in particular be axle, bearings and hub housings and, if necessary, additional elements such as brakes or freewheels.
  • the spokes of the respective wheel are then attached to the hub shell.
  • the energy transmission device has at least one mechanical transmission element and / or at least one hydraulic transmission element.
  • the advantage of a mechanical transmission element is that it is easy to manufacture and less susceptible to repair whereas a hydraulic element enables a flexible arrangement on the bicycle.
  • the energy transmission device comprises a traction drive, in particular a toothed belt, a chain drive and / or a cardan shaft.
  • a traction drive in particular a toothed belt, a chain drive and / or a cardan shaft.
  • a toothed belt has the advantage that it is particularly easy to assemble and can be replaced at low cost, whereas a cardan shaft, for example, provides particularly reliable energy transmission.
  • the recuperation element comprises a shaft.
  • a rotational movement of the rear wheel hub can be converted back into a rotational movement in a particularly simple manner, which enables simple recuperation by means of the generator.
  • the recuperation element is arranged in the area between the bottom bracket and the rear wheel hub or in the vertical direction above the bottom bracket.
  • the recuperation element is arranged at least partially outside a housing of the mid-motor drive unit or completely inside the housing. If this is at least partially arranged outside the housing, a particularly simple connection to the energy transmission element is possible. With a complete arrangement within the housing, it is protected from environmental influences such as moisture or the like.
  • an adaptation device for the energy transmission device is arranged, which is designed to reduce deterioration in the energy transmission by the energy transmission device. to compensate at least partially.
  • the advantage of this is that overall a longer service life of the energy transmission device is made possible, in particular of mechanically flexible elements in which a deteriorating mechanical tension is compensated for by the adjustment device. Examples of this are a tensioning device for a toothed belt or a chain.
  • the recuperation element is designed as part of the generator, in particular in the form of a generator shaft for a surrounding stator of the generator. This enables a space-efficient arrangement of the recuperation element and generator.
  • the recuperation element is designed as a transmission drive shaft with at least one clutch.
  • the motor of the mid-motor drive unit can be used as a generator: In overrun mode, rotational energy can be transferred to the drive, more precisely to an electric machine of the drive, so that it can be used as a generator.
  • the transmission can take place directly or via a transmission.
  • the clutch which is electronically controlled in particular via a control device or a control device, can first establish the connection for power transmission with the motor, in particular the electric machine.
  • the control is designed in such a way that a quick switchover between overrun mode with recuperation and drive is made possible despite downhill driving.
  • the energy transmission device is arranged above a drive transmission device of the central motor drive unit for driving the rear wheel.
  • the advantage of this is easier access for maintenance.
  • the energy transmission device is at least partially arranged in a protective housing. This improves the reliability in the operation of the energy transmission device.
  • sensor data for recognizing the ferry operation are evaluated by means of a control device, and energy is recovered on the basis of the recognized ferry operation. This automatically and reliably controls the recuperation or energy recovery.
  • the energy recovery takes place steplessly and / or in steps depending on the Fährbe operation of the two-wheeler. This enables a dosed and coordinated energy recovery depending on the detected driving condition or operation.
  • the energy recovery can be switched on manually.
  • the advantage of this is that the flexibility is increased, since the driver of the two-wheeler can decide for himself whether and, if so, how the energy recovery should be switched on.
  • one or more manual modes for automatic switching can thus be provided in a control unit.
  • the energy transmission device and / or the recuperation element and / or the first component on the one hand and a transmission device of the mid-motor drive unit for driving the flicker wheel on the other hand are arranged essentially in spatially separate areas on the bicycle, in particular on different sides of the bicycle 2 .
  • the first component is firmly connected to the rear wheel hub or in releasable engagement with the rear wheel and / or the rear wheel hub.
  • the first component has at least one pin, in particular several pins, for engaging the spokes.
  • FIG. 1 shows a device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 shows a device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 1 shows a device according to an embodiment of the present invention in a plan view.
  • a device 1 for energy recovery for a two wheel is shown in Figure 1.
  • the two-wheeler has a mid-motor drive unit 3, which has a pedal bearing 5 with a pedal bearing shaft 8 with a chainring 9.
  • the chainring 9 is connected via a chain 6 to a toothed ring 16, which is firmly connected to the flinter wheel hub 4 of the two-wheeler. By rotating the chainring 9, the drive to the rear wheel of the two-wheeler can then take place.
  • recuperation shaft 12 partially protruding from the housing 7 with the Mittelmo gate drive unit 3, on the other hand with a toothed washer 10, which in turn is firmly connected to the rear hub 4 of the two-wheeler.
  • the recuperation shaft 12 is arranged here “behind” the bottom bracket shaft 8 (that is to say to the right of this in FIG. 1), but can also be arranged above it and is mechanically independent of it.
  • the recuperation shaft 12 is mounted in such a way that it provides the lowest possible rotational resistance for rotational movements of the rear wheel.
  • a generator 13 for recuperation and a tensioning device 14 for the toothed belt 11 are arranged in the mid-motor drive unit 3.
  • the clamping device 14, for example in the form of a tension roller, is used to extend the service life of the toothed belt 11.
  • a control unit 15 is arranged for controlling the recuperation. However, this can also be arranged at another point on or in the two-wheeler.
  • the components of the two-wheeler in particular the components toothed pulley 10, toothed belt 11 and recuperation shaft 12 should have the lowest possible energy consumption, that is, provide the lowest possible overall power loss.
  • the contribution of the device 1 to the total drive power is less than 1% in ferry operation.
  • FIG. 1 shows a device 1 comprising a small wheel that is mechanically fixedly connected to the Flinter wheel hub 4, in particular in the form of a toothed disk 10, which, in particular by means of a toothed belt 11, controls the rotational movement of the rear wheel, in particular in overrun mode, i.e. without freewheeling, transfers the rotary movement and thus the energy of the rear wheel contained in this movement to the recuperation shaft 12 of the mid-engine drive unit 3, where the available energy can be used for recuperation by the generator 13.
  • the recuperation shaft 12 can also be designed as a generator shaft with a surrounding stator, which is either permanently magnetic and / or has electromagnets, for recuperation, or the recuperation shaft 12 can also be a transmission drive shaft with a clutch - for transmitting the rotational energy in overrun mode the Wegmotoran drive unit 3 or its motor / e-machine - be designed, which is then used as a generator for recuperation.
  • the separate generator 13 can then be dispensed with.
  • FIG. 2 shows a device according to an embodiment of the present invention in a side view.
  • FIG. 1 A device 1 according to FIG. 1 is shown in detail in FIG.
  • the recuperation shaft 12 is arranged behind the bottom bracket shaft 8, that is to say between the bottom bracket shaft 8 and the rear wheel hub 4.
  • runs The toothed belt 11 is parallel to the chain 6 and is arranged in FIG. 2 behind the chain 6 in the viewing direction perpendicular to the plane of the drawing.
  • FIG. 3 shows a device according to an embodiment of the present invention in a side view.
  • FIG. 3 essentially shows a device 1 according to FIG. 1.
  • the recuperation shaft 12 in the device 1 according to FIG. 3 As shown in FIG. 3, the toothed belt 11 runs at an angle to the chain 6 and is arranged above the chain 6 in FIG.
  • FIG. 4 shows a device according to an embodiment of the present invention in a side view.
  • FIG. 4 essentially shows a device 1 according to FIG. 3.
  • the recuperation shaft 12 and the toothed belt 11 are protected by a protective housing 17 at least in the direction out of the plane of the drawing in FIG.
  • the recuperation shaft 12 can be guided to the outside on both sides of the mid-motor drive unit 3 (that is, perpendicular to the plane of the drawing).
  • the recuperation shaft 12 can, as shown in FIG. 1, be guided to the outside in a recess or as in FIG. 3 in the housing 7 of the mid-motor drive unit 3 in order to avoid a collision with the chainring 9 of the crank.
  • the toothed belt 11 runs around the chain stay of the frame or over it. If the toothed belt 11 should run over the chain stay, as shown in Figure 3, a cover, for example in the form of a protective plate 17, can be arranged around it to protect both the toothed belt 11 from dirt and the user from himself Continuously rotating toothed belt 11.
  • the engine control unit 15 can automatically start the recuperation if, based on various sensor data (speed of the pedal crank, angle of inclination, ...), a favorable ferry operation (for example, downhill travel) is recognized.
  • a favorable ferry operation for example, downhill travel
  • the recuperation is switched on automatically when the brakes of the two-wheeler 2 are actuated. As a result, the braking energy is used for recuperation and the brakes themselves are relieved.
  • a possibly arranged on-board computer can also be used to enable the user to switch on recuperation manually if the user intends to charge the energy storage device, for example a battery, while driving, for example when driving slightly downhill, which is not yet considered to be a favorable ferry operation for recuperation can. Gradual activation can increase the usability and convenience of the function.
  • FIG. 5 shows a device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 essentially shows a device 1 according to FIG. 3.
  • the recuperation and the drive essentially take place in spatially separate areas on the bicycle 2, in particular on different sides of the bicycle 2.
  • a drive gear or a toothed washer 10 is particularly mounted on the rear hub 4 and engages in one embodiment for example, via one or more elements, for example pins, into elements of the rear wheel, for example spokes, so that the toothed disk 10 is also moved in accordance with a rotation of the rear wheel 18. In this way, the toothed washer 10 is easily removable from the Schuradna be 4 when the rear wheel 18 is removed.
  • At least one of the embodiments of the invention has at least one of the following advantages: Simple assembly or implementation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern mit Mittelmotorantriebseinheit und zumindest einem Hinterrad, umfassend ein erstes Bauteil, welches mit einem Element einer Hinterradnabe oder des Hinterrads verbunden ist, derart, dass eine Rotation des Hinterrads unabhängig von der Rotationsrichtung auf das erste Bauteil übertragen wird, eine mit dem ersten Bauteil zusammenwirkende Energieübertragungseinrichtung, ein Rekuperationselement, welches mit der Energieübertragungseinrichtung zusammenwirkt, und einen Generator, der zur Rekuperation der Rotationsenergie der Drehbewegung des Hinterrads mit dem Rekuperationselement zusammenwirkt.

Description

VORRICHTUNG ZUR ENERGIERÜCKGEWINNUNG BEI FAHRRÄDERN MIT MITTELMOTORANTRIEBSEINHEIT SOWIE VERFAHREN ZUM BETREIBEN DERSELBEN
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern mit Mittelmotorantriebseinheit.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern mit Mittelmotorantriebseinheit.
Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrrad.
Obwohl auf beliebige Fahrräder anwendbar, wird die vorliegende Erfindung in Be zug auf Fahrräder in Form eines Zweirads erläutert.
Fahrräder weisen mittlerweile häufig einen Antrieb zur Unterstützung des mensch lichen Fahrers, beispielsweise bei der Bergauf-Fahrt auf. Hierbei gibt es neben dem Flinterrad-Antrieb direkt an der Hinterachse auch den sogenannten Mittelmo torantrieb, bei dem die Antriebseinheit an der Pedaleinheit für den menschlichen Fahrer im Wesentlichen auf Höhe der Pedale zwischen Vorder- und Hinterrad an geordnet ist. Bei bekannten Mittelmotorantrieben für Fahrräder beziehungsweise Pedelecs sind die Fußpedale für den menschlichen Fahrer über bekannte Frei laufmechanismen mit der Hinterradnabe über einen üblicherweise aus Zahnrädern und Kette bestehenden Kettentrieb verbunden. Der Freilaufmechanismus ist dabei in bekannter Weise so ausgebildet, dass die Pedale der Pedaleinheit im Schiebe betrieb Stillstehen können beziehungsweise die Welle im Tretlager der Pedalein heit sich im Schiebebetrieb des Fahrrads nicht dreht. Die bekannten fahrrad üblichen Freilaufmechanismen von Fahrrad-Hinterradnaben führen dazu, dass sich die Fahrradkette im Schiebebetrieb nicht bewegen muss. Bei Bergab-Fahrt stehen deshalb Kette, Tretlagerwelle und die Pedale still.
Nachteilig dabei ist, dass im Schiebebetrieb des Fahrrads somit keine Energie übertragung zwischen dem sich drehenden Hinterrad und der Antriebseinheit an der Tretlagerwelle gibt. Somit können beispielsweise Pedelecs mit Mittelmotoran trieb die bei Bergab-Fahrt durch die Drehung des Hinterrads entstehende Energie nicht im Mittelmotorantrieb zur Energierückgewinnung beziehungsweise Rekupe- ration nutzen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Rekuperation bei Fahrrädern mit Mittelmotorantriebseinheit bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige und einfach herzustellende Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern mit Mittelmotorantriebseinheit bereitzustellen.
In einer Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern mit Mittelmotorantriebseinheit und zumindest einem Hinterrad, umfassend ein erstes Bauteil, welches mit einem Element einer Hinterradnabe oder des Hin terrads verbunden ist, derart, dass eine Rotation des Hinterrads unabhängig von der Rotationsrichtung auf das erste Bauteil übertragen wird, eine mit dem ersten Bauteil zusammenwirkende Energieübertragungseinrichtung, ein Rekuperationselement, welches mit der Energieübertragungseinrichtung zu sammenwirkt, und einen Generator, der zur Rekuperation der Rotationsenergie der Drehbewegung des Hinterrads mit dem Rekuperationselement zusammenwirkt.
In einer weiteren Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, wobei eine Energierückgewinnung mittels der Vorrich tung in Abhängigkeit des Fährbetriebes des Fahrrads erfolgt.
In einer weiteren Ausführungsform löst die vorliegende Erfindung die vorstehend genannten Aufgaben durch ein Fahrrad mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit eine Rekuperation bei Fahrrä dern, insbesondere Zwei- oder Dreirädern, mit Mittelmotorantriebseinheit bereitge stellt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine kostengünstige und einfach herzustellende Vorrichtung zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern mit Mittel motorantriebseinheit und ein kostengünstiges und einfach zu betreibendes Verfah ren bereitgestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass insbesondere bei einer me chanisch festen, unlösbaren Verbindung im Sinne einer Kraftübertragung zwi schen mindestens einem Laufrad, insbesondere dem Hinterrad des Fahrrads und einer Antriebseinheit mit Generator, eine dauerhafte und konstante Übertragung der Drehrichtung und Drehgeschwindigkeit des Laufrades bereitgestellt wird, was zur sehr genauen Geschwindigkeitsermittlung des Fahrrads herangezogen wer den kann, um Manipulationen an der bestimmungsgemäßen Verwendung des An triebs unmöglich zu machen. Damit wird eine Einhaltung einer gegebenenfalls vorgenommenen Typzulassung des Zweirads mit Mittelmotorantriebseinheit er möglicht, mit anderen Worten wird eine Manipulation einer Geschwindigkeitsmes sung erschwert.
Unter dem Begriff „Hinterradnabe“ ist eine Nabe am Hinterrad eines Fahrrads zu verstehen, die sich beim Laufrad des Fahrrads um eine fest in Ausfallenden ein gespannte Achse dreht. Die wesentlichen Bestandteile können insbesondere Ach se, Lager und Nabengehäuse sowie gegebenenfalls zusätzliche Elemente wie Bremse oder Freilauf sein. Am Nabengehäuse werden hierbei dann die Speichen des jeweilige Rads befestigt.
Der Begriff „Fahrrad“ ist im weitesten Sinne zu verstehen und umfasst zweirädrige oder dreirädrige Fahrzeuge.
Weitere Merkmale, Vorteile und weitere Ausführungsformen der Erfindung sind im Folgenden beschrieben oder werden dadurch offenbar.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Energieübertragungseinrich tung zumindest ein mechanisches Übertragungselement und/oder zumindest ein hydraulisches Übertragungselement auf. Vorteil eines mechanischen Übertra gungselements ist eine einfache Herstellbarkeit und geringe Reparaturanfälligkeit wohingegen bei einem hydraulischen Element eine flexible Anordnung am Fahrrad ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Energieübertra gungseinrichtung einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Zahnriemen, einen Kettenantrieb und/oder eine Kardanwelle. Dies stellt in flexibler Weise einfache und kostengünstige Energieübertragungseinrichtungen beziehungsweise Energie übertragungselemente bereit. So hat ein Zahnriemen beispielsweise den Vorteil, dass dieser besonders einfach zu montieren und kostengünstig austauschbar ist, wohingegen beispielsweise eine Kardanwelle eine besonders zuverlässige Ener- gieübertagung bereitstellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst das Rekuperationsele- ment eine Welle. Damit kann auf besonders einfache Weise eine Rotationsbewe gung der Hinterradnabe wieder in eine Rotationsbewegung überführt werden, was eine einfache Rekuperation mittels des Generators ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Rekuperationselement im Bereich zwischen Tretlager und Hinterradnabe oder in vertikaler Richtung oberhalb des Tretlagers angeordnet. Vorteil hiervon ist, dass eine einfache Anord nung des Rekuperationselemens auf Höhe oder hinter dem Fahrer bezogen auf die Fahrtrichtung ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Rekuperationselement zumindest teilweise außerhalb eines Gehäuses der Mittelmotorantriebseinheit oder vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet. Ist dieses zumindest teil weise außerhalb des Gehäuses angeordnet, ist eine besonders einfache Anbin dung an das Energieübertragungselement möglich. Bei einer vollständigen Anord nung innerhalb des Gehäuses ist dieses gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuch tigkeit oder dergleichen geschützt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist eine Anpassungsvorrichtung für die Energieübertragungsvorrichtung angeordnet, die ausgebildet ist, Ver schlechterungen der Energieübertragung durch die Energieübertragungseinrich- tung zumindest teilweise zu kompensieren. Vorteil hiervon ist, dass insgesamt ei ne längere Lebensdauer der Energieübertragungsvorrichtung ermöglicht wird, ins besondere von mechanisch flexiblen Elementen, bei denen durch die Anpas sungsvorrichtung eine sich verschlechternde mechanische Spannung kompensiert wird. Beispiele hierfür sind eine Spanneinrichtung für einen Zahnriemen oder eine Kette.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Rekuperationselement als Teil des Generators ausgebildet, insbesondere in Form einer Generatorwelle für einen umliegenden Stator des Generators. Damit wird eine bauraumeffiziente Anordnung von Rekuperationselement und Generator ermöglicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Rekuperationselement als Transmissions-Antriebswelle mit zumindest einer Kupplung ausgebildet. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass damit der Motor der Mittelmotorantriebseinheit als Generator genutzt werden kann: Im Schiebebetrieb kann damit Rotationsener gie auf den Antrieb, genauer einer E-Maschine des Antriebs übertragen werden, sodass dieser als Generator genutzt werden kann. Hierbei kann die Übertragung direkt oder über ein Getriebe erfolgen. Insbesondere kann die Kupplung, welche insbesondere über eine Steuereinrichtung oder ein Steuergerät elektronisch ge steuert wird, erst die Verbindung zur Kraftübertragung mit dem Motor, insbesonde re der E-Maschine hersteilen. Die Steuerung ist dabei so ausgebildet, dass eine schnelle Umschaltung zwischen Schiebebetrieb mit Rekuperation und Antrieb trotz Bergabfahrt ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Energieübertragungsein richtung oberhalb einer Antriebsübertragungseinrichtung der Mittelmotorantriebs einheit zum Antrieb des Hinterrads angeordnet. Vorteil hiervon ist eine einfachere Zugänglichkeit im Falle der Wartung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Energieübertragungsein richtung zumindest teilweise in einem Schutzgehäuse angeordnet. Damit wird die Zuverlässigkeit beim Betrieb der Energieübertragungseinrichtung verbessert. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden mittels eines Steuergeräts Sensordaten zur Erkennung des Fährbetriebs ausgewertet und es erfolgt anhand des erkannten Fährbetriebs eine Energierückgewinnung. Damit wird automatisch und auf zuverlässige Weise eine Steuerung der Rekuperation beziehungsweise der Energierückgewinnung bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens erfolgt die Energierückgewinnung stufenlos und/oder in Stufen in Abhängigkeit des Fährbe triebes des Zweirads. Damit ist eine dosierte und abgestimmte Energierückgewin nung in Abhängigkeit des erkannten Fahrzustands beziehungsweise -betriebs möglich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann die Ener gierückgewinnung manuell zugeschaltet werden. Vorteil hiervon ist, dass die Fle xibilität erhöht wird, da der Fahrer des Zweirads selbst entscheiden kann, ob und gegebenenfalls wie die Energierückgewinnung zugeschaltet werden soll. Bei spielsweise können damit ein oder mehrere manuelle Modi zur automatischen Zu schaltung in einer Steuereinheit vorgesehen werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung sind die Energieübertragungs einrichtung und/oder das Rekuperationselement und/oder das erste Bauteil einer seits und eine Übertragungseinrichtung der Mittelmotorantriebseinheit zum Antrieb des Flinterrads anderseits im Wesentlichen in räumlich voneinander getrennten Bereichen am Fahrrad, insbesondere auf unterschiedlichen Seiten am Fahrrad 2 angeordnet. Einer der damit erzielten Vorteile ist eine einfachere Implementierung.
Gemäß einerweiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das erste Bauteil fest mit der Hinterradnabe verbunden oder mit dem Hinterrad und/oder der Hinterradnabe in lösbarem Eingriff. Einer der damit erzielten Vorteile ist, dass einerseits eine zuver lässige Übertragung der Rotation des Hinterrads erfolgt, andererseits auch die Wartung des Hinterrads auf einfache Weise möglich ist. Der Begriff „Eingriff“ ist hierbei im weitesten Sinne zu verstehen und bezieht sich auch auf Schraubverbin dungen oder dergleichen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung greift das erste Bauteil zur Ro tation in Speichen des Hinterrads ein. Damit wird eine einfache und schnelle Lös barkeit des ersten Bauteils von dem Hinterrad sichergestellt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist das erste Bauteil zumin dest einen Zapfen, insbesondere mehrere Zapfen zum Eingriff in die Speichen auf. Einer der damit erzielten Vorteile ist eine kostengünstige und einfache Implemen tierung.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der dazugehörigen Figurenbe schreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungen und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschrei bung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile oder Elemente beziehen.
Dabei zeigt in schematischer Form
Fig.1 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in einer Draufsicht;
Fig. 2 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in einer Seitenansicht;
Fig. 3 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in einer Seitenansicht; Fig. 4 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in einer Seitenansicht; und
Fig. 5 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
Figur 1 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Draufsicht.
Im Detail ist in Figur 1 eine Vorrichtung 1 zur Energierückgewinnung für ein Zwei rad gezeigt. Das Zweirad weist eine Mittelmotorantriebseinheit 3 auf, die ein Tret lager 5 mit Tretlagerwelle 8 mit Kettenblatt 9 aufweist. Das Kettenblatt 9 ist über eine Kette 6 mit einem Zahnkranz 16 verbunden, der fest mit der Flinterradnabe 4 des Zweirads verbunden ist. Durch Rotation des Kettenblatts 9 kann dann der An trieb des Hinterrads des Zweirads erfolgen.
Daneben ist im in Figur 1 oberen rechten Teil des Gehäuses 7 der Mittelmotoran triebseinheit 3 eine Aussparung vorhanden, deren Breite so ausgebildet ist, dass parallel zur Verbindung zwischen Kettenblatt 9 und Zahnkranz 16 über die Kette 6 ein Zahnriemen 11 aufgenommen werden kann. Dieser ist einerseits mit einer teilweise aus dem Gehäuse 7 ragenden Rekuperationswelle 12 mit der Mittelmo torantriebseinheit 3 verbunden, andererseits mit einer Zahnscheibe 10, die wiede rum fest mit der Hinterradnabe 4 des Zweirads verbunden ist. Die Rekuperations welle 12 ist hier „hinter“ der Tretlagerwelle 8 angeordnet (also in Figur 1 rechts von dieser), kann jedoch auch über ihr angeordnet sein und ist von dieser mechanisch unabhängig. Die Rekuperationswelle 12 ist dabei so gelagert, dass diese einen möglichst geringen Drehwiderstand für Drehbewegungen des Hinterrads bereit stellt.
Zusätzlich sind in der Mittelmotorantriebseinheit 3 ein Generator 13 zur Rekupera- tion und eine Spanneinrichtung 14 für den Zahnriemen 11 angeordnet. Die Spann einrichtung 14, beispielsweise in Form einer Spannrolle, dient dazu, die Standzeit des Zahnriemens 11 zu verlängern. Ebenso ist in der Mittelmotorantriebseinheit 3 eine Steuereinheit 15 zur Steuerung der Rekuperation angeordnet. Diese kann jedoch auch an einer anderen Stelle am oder im Zweirad angeordnet sein.
Insgesamt sollen die Komponenten des Zweirads, insbesondere die Komponenten Zahnscheibe 10, Zahnriemen 11 und Rekuperationswelle 12 einen geringstmögli chen Eigenenergieverbrauch aufweisen, das heißt einen möglichst geringen Ge samtleistungsverlust bereitstellen. Beispielsweise ist der Beitrag der Vorrichtung 1 zur Gesamtantriebsleistung weniger als 1 % im Fährbetrieb.
Mit anderen Worten zeigt die Figur 1 eine Vorrichtung 1 umfassend ein mecha nisch fest mit der Flinterradnabe 4 verbundenes, insbesondere als Zahnscheibe 10 ausgebildetes, kleines Rad, das insbesondere mittels eines Zahnriemens 11 die Drehbewegung des Hinterrads, insbesondere im Schiebebetrieb, das heißt ohne Freilauf, die Drehbewegung und damit die in dieser Bewegung steckende Energie des Hinterrads auf die Rekuperationswelle 12 der Mittelmotorantriebseinheit 3 überträgt, wo die zur Verfügung stehende Energie zur Rekuperation durch den Generator 13 genutzt werden kann.
In weiteren nicht gezeigten Ausführungsformen kann zur Rekuperation auch die Rekuperationswelle 12 als Generatorwelle mit umliegendem Stator, der entweder dauermagnetisch ist und/oder Elektromagnete aufweist, ausgebildet sein oder die Rekuperationswelle 12 kann auch als Transmissions-Antriebswelle mit Kupplung - zur Übertragung der Rotationsenergie im Schiebebetrieb auf die Mittelmotoran triebseinheit 3 beziehungsweise dessen Motor/E-Maschine - ausgebildet sein, welche dann als Generator für die Rekuperation eingesetzt wird. Bei letzterer Aus führungsform kann dann auf den separaten Generator 13 verzichtet werden.
Figur 2 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht.
Im Detail ist in Figur 2 eine Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 gezeigt. Hierbei ist die Rekuperationswelle 12 wie in Figur 1 hinter der Tretlagerwelle 8, also zwischen Tretlagerwelle 8 und Hinterradnabe 4, angeordnet. Wie in Figur 2 gezeigt, verläuft dabei der Zahnriemen 11 parallel zur Kette 6 und ist in Figur 2 in Blickrichtung senkrecht zur Zeichenebene hinter der Kette 6 angeordnet.
Figur 3 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht.
Im Detail ist in Figur 3 im Wesentlichen eine Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 gezeigt. Im Unterschied zur Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 ist bei der Vorrichtung 1 gemäß Figur 3 die Rekuperationswelle 12 vertikal oberhalb der Tretlagerwelle 8, also auf horizontaler „Flöhe“ der Tretlagerwelle 8, angeordnet. Wie in Figur 3 gezeigt, ver läuft dabei der Zahnriemen 11 in einem Winkel zur Kette 6 und ist in Figur 3 ober halb der Kette 6 angeordnet.
Figur 4 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer Seitenansicht.
Im Detail ist in Figur 4 im Wesentlichen eine Vorrichtung 1 gemäß Figur 3 gezeigt. Im Unterschied zur Vorrichtung 1 gemäß Figur 3 ist bei der Vorrichtung 1 gemäß Figur 4 die Rekuperationswelle 12 sowie der Zahnriemen 11 durch ein Schutzge häuse 17 zumindest in Richtung aus der Zeichenebene der Figur 4 heraus ge schützt.
Die Rekuperationswelle 12 kann auf beiden Seiten der Mittelmotorantriebseinheit 3 (also senkrecht zur Zeichenebene) nach außen geführt werden. Die Rekupera tionswelle 12 kann wie in Figur 1 gezeigt, in einer Vertiefung oder wie in Figur 3 im Gehäuse 7 der Mittelmotorantriebseinheit 3 nach außen geführt werden, um eine Kollision mit dem Kettenblatt 9 der Tretkurbel zu vermeiden. Je nach Positionie rung der Rekuperationswelle 12 am Gehäuse 3 verläuft der Zahnriemen 11 um die Kettenstrebe des Rahmens herum oder über dieser vorbei. Sollte der Zahnriemen 11 über der Kettenstrebe verlaufen, wie in Figur 3 gezeigt, so kann um diesen eine Abdeckung, zum Beispiel in Form eines Schutzblechs 17, angeordnet werden, um sowohl den Zahnriemen 11 vor Schmutz zu schützen, als auch den Nutzer vor dem sich dauerhaft mitdrehenden Zahnriemen 11. Ob die an der Rekuperationswelle 12 zur Verfügung stehende Rotationsenergie zur Rekuperation genutzt wird, hängt insbesondere vom Fährbetrieb des Zweirads 2 ab. Das Motorsteuergerät 15 kann die Rekuperation automatisch starten, wenn aufgrund verschiedener Sensordaten (Drehzahl der Tretkurbel, Neigungswinkel, ...) ein günstiger Fährbetrieb (zum Beispiel Bergabfahrt) erkannt wird. Zusätzlich ist es denkbar, dass die Rekuperation auch bei Betätigung von Bremsen des Zweirads 2 automatisch zugeschaltet wird. Dadurch wird die Bremsenergie zur Rekuperation genutzt und die Bremsen selbst entlastet.
Über einen gegebenenfalls angeordneten Bordrechner kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der Nutzer die Rekuperation manuell einschalten kann, wenn dieser den Energiespeicher, beispielsweise einen Akku, während der Fahrt beabsichtigt laden will, beispielsweise bei leichter Bergabfahrt, welcher noch nicht als für die Rekuperation günstiger Fährbetrieb gelten kann. Durch eine stufenweise Zuschal tung können die Nutzbarkeit und der Komfort der Funktion erhöht werden.
Figur 5 zeigt eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Im Detail ist in Figur 5 im Wesentlichen eine Vorrichtung 1 gemäß Figur 3 gezeigt. Im Unterscheid zu der Vorrichtung 1 gemäß Figur 3 ist bei der Vorrichtung 1 ge mäß Figur 5 nun die Zahnscheibe 10, der Zahnriemen 11 sowie die Rekupera tionswelle 12 auf der dem Zahnkranz 16, der Kette 6 und dem Kettenblatt 9 ge genüberliegenden Seite des Flinterrads 18 des Fahrrads 2 angeordnet. Mit ande ren Worten erfolgt die Rekuperation und der Antrieb im Wesentlichen in räumlich voneinander getrennten Bereichen am Fahrrad 2, insbesondere auf unterschiedli chen Seiten am Fahrrad 2. Ein Antriebszahnrad beziehungsweise eine Zahn scheibe 10 ist hierbei insbesondere auf der Hinterradnabe 4 gelagert und greift in einer Ausführungsform beispielsweise über einen oder mehrere Elemente, bei spielsweise Zapfen, in Elemente des Hinterrads, beispielsweise Speichen, ein, sodass die Zahnscheibe 10 entsprechend einer Rotation des Hinterrads 18 mit bewegt wird. Auf diese Weise ist die Zahnscheibe 10 einfach von der Hinterradna be 4 abnehmbar, wenn das Hinterrad 18 ausgebaut wird. Insoweit kann keine konstruktive Änderung der Hinterradnabe 4 erforderlich sein. Ebenso kann ein Entfernen des Zahnriemens 11 bei einem Ausbau des Hinterrads 18 entfallen. Weiterhin kann damit durch eine entsprechende Übersetzung zwischen Zahn scheibe 10 und Rekuperationswelle 12 eine Änderung der Drehzahl, insbesondere eine Erhöhung der Drehzahl der Rekuperationswelle bereitgestellt werden, was die Energierückgewinnung in der Antriebseinheit 3 verbessert und eine derartige Änderung durch Bauelemente in der Antriebseinheit 3 entbehrlich macht.
Zusammenfassend weist zumindest eine der Ausführungsformen der Erfindung zumindest einen der folgenden Vorteile auf: - Einfache Montage beziehungsweise Implementierung.
Kostengünstige Herstellung und Betrieb.
Rekuperation bei Zweirädern mit Mittelmotorantrieb.
Einfache Wartung, insbesondere wenn Rekuperation und Antrieb auf unter schiedlichen Seiten und/oder in unterschiedlichen Bereichen erfolgt.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele be schrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste
Vorrichtung zur Energierückgewinnung Fahrrad
Mittelmotorantriebseinheit
Hinterradnabe
Tretlager
Kette
Gehäuse
Tretlagerwelle
Kettenblatt
Zahnscheibe
Zahnriemen
Rekuperationswelle
Generator
Spannvorrichtung Zahnriemen
Steuergerät
Zahnkranz
Schutzgehäuse
Hinterrad

Claims

A n s p r ü c h e
1. Vorrichtung (1) zur Energierückgewinnung bei Fahrrädern (2) mit Mittelmo torantriebseinheit (3) und zumindest einem Hinterrad (4), umfassend ein erstes Bauteil (10), welches mit einem Element einer Hinterradnabe (4) oder des Hinterrads (18) verbunden ist, derart, dass eine Rotation des Hinterrads (18) unabhängig von der Rotationsrichtung auf das erste Bauteil (10) übertragen wird, eine mit dem ersten Bauteil (10) zusammenwirkende Energieübertragungseinrich tung (11), ein Rekuperationselement (12), welches mit der Energieübertragungseinrichtung (11) zusammenwirkt, und einen Generator (13), der zur Rekuperation der Rotationsenergie der Drehbewe gung des Hinterrads mit dem Rekuperationselement (12) zusammenwirkt.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener gieübertragungseinrichtung (11) zumindest ein mechanisches Übertragungsele ment und/oder zumindest ein hydraulisches Übertragungselement aufweist.
3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener gieübertragungseinrichtung (11) einen Zugmitteltrieb, insbesondere einen Zahn riemen, einen Kettenantrieb und/oder eine Kardanwelle umfasst.
4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekuperationselement (12) eine Welle umfasst.
5. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekuperationselement (12) im Bereich zwischen Tretlager (5) und Hin terradnabe (4) oder in vertikaler Richtung oberhalb des Tretlagers (5) angeordnet ist
6. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekuperationselement (12) zumindest teilweise außerhalb eines Gehäu- ses (7) der Mittelmotorantriebseinheit (3) oder vollständig innerhalb des Gehäuses (7) angeordnet ist.
7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anpassungsvorrichtung (14) für die Energieübertragungsvorrichtung (11) angeordnet ist, die ausgebildet ist, Verschlechterungen der Energieübertra gung durch die Energieübertragungseinrichtung (11) zumindest teilweise zu kom pensieren.
8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekuperationselement (12) als Teil des Generators ausgebildet ist, ins besondere in Form einer Generatorwelle für einen umliegenden Stator des Gene rators.
9. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rekuperationselement (12) als Transmissions-Antriebswelle mit zumin dest einer Kupplung ausgebildet ist.
10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (11) oberhalb einer Antriebsübertra gungseinrichtung (6) der Mittelmotorantriebseinheit (3) zum Antrieb des Hinterrads angeordnet ist.
11. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (11) zumindest teilweise in einem Schutzgehäuse (17) angeordnet ist.
12. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (11) und/oder das Rekuperationsele ment (12) und/oder das erste Bauteil (10) einerseits und eine Übertragungseinrich tung (9) der Mittelmotorantriebseinheit (3) zum Antrieb des Hinterrads anderseits im Wesentlichen in räumlich voneinander getrennten Bereichen am Fahrrad 2, insbesondere auf unterschiedlichen Seiten am Fahrrad 2 angeordnet sind.
13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil fest mit der Hinterradnabe (4) verbunden ist oder lösbar mit dem Hinterrad.
14. Vorrichtung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil zur Rotation in Speichen des Hinterrads eingreift.
15. Vorrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil zumindest einen Zapfen, insbesondere mehrere Zapfen zum Eingriff in die Speichen aufweist.
16. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1-15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Energierückgewinnung mittels der Vor richtung in Abhängigkeit des Betriebes des Fahrrads (2) erfolgt.
17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Steuergeräts (15) Sensordaten zur Erkennung des Fährbetriebs des Fahrrads (2) ausgewertet werden und anhand des erkannten Fährbetriebs eine Energierück gewinnung erfolgt.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16-17, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnung stufenlos und/oder in Stufen in Abhängigkeit des Betriebes des Fahrrads (2) erfolgt.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16-18, dadurch gekennzeichnet, dass die Energierückgewinnung manuell zugeschaltet werden kann.
20. Fahrrad mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 -15.
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