LU101703B1

LU101703B1 - Universalfahrrad

Info

Publication number: LU101703B1
Application number: LU101703A
Authority: LU
Inventors: Ulrich Klose
Original assignee: Ulrich Klose
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2020-03-25
Publication date: 2021-09-27

Abstract

Das Universalfahrrad kombiniert Bauteile und Eigenschaften von Einrädern und Lastenrädern. Vom Einrad wird die Kombination von Kurbelwelle und Radnabe übernommen und zu einem neuen Nabenantrieb für das Hinterrad erweitert. Dieser erhält zusätzlich ein integriertes Übersetzungsgetriebe und eine integrierte Drehstrommaschine. Dadurch entfallen getrennte Kurbelwellen mit Kettenübertragung. Vom herkömmlichen Lastenfahrrad wird das Vorderrad, Ladefläche und Steuerungsgestänge übernommen. Durch diese Konstruktionsmaßnahmen verkürzt sich die Länge des Fahrrads beachtlich und machen es zu einem universalen Transportmittel.

Description

Universalfahrrad . LU101703 TITEL: Universalfahrrad

BESCHREIBUNG Abbildungen siehe Anlage. Das Universalfahrrad kombiniert Bauteile und Eigenschaften von Einradern und Lastenradern. Vom Einrad wird die Kombination von Kurbelwelle und Radnabe übernommen und zu einem neuen Nabenantrieb für das Hinterrad erweitert. Dieser erhält zusätzlich ein integriertes Übersetzungsgetriebe und eine integrierte Drehstrommaschine. Dadurch entfallen getrennte Kurbelwellen mit Kettenübertragung. Vom Lastenfahrrad wird der vordere Teil mit Vorderrad, Ladefläche und Steuerungsgestänge übernommen. Der Akku wird vorn angebracht, um den Schwerpunkt des Universalfahrrades in die Mitte zu verlagem (Abbildung 1). Durch diese Konstruktionsmaßnahmen verkürzt sich Länge des Fahrrads beachtlich und machen es zu einem universalen Transportmittel (Abbildung 2). Zum Vergleich wird das Lastenfahrrad Bu/litf von der dänischen Firma Harry and Larry benutzt. Das Universalfahrrad ist kürzer und einfacher aufgebaut. Der Nabenantrieb steht im Zentrum der Erfindung (Abbildung 3). Er besteht aus:

1. Einer inneren Achse mit Kurbeln und Pedalen, im weiteren als Kurbelwelle bezeichnet (1).

2. Einem Planetengetriebe, an dem der Träger (2) der Planetenräder (3) mit der Kurbelwelle fest verbunden ist. Einem Hohlrad (4) das fest mit dem Nabengehäuse (7) und so über die Speichen mit der Felge und den Reifen verbunden ist. Einem Sonnenrad (5), das mittels auf dem Ständer gleitender Schaltvorrichtung (6) wahlweise mit der Kurbelwelle (1) gekoppelt ist, freiläuft oder mit dem Ständer (8) gekoppelt ist. Als Ständer werden alle unbeweglichen Teile des Nabenantriebs bezeichnet. Im ersteren Fall drehen Nabe und Kurbelwelle (1) synchron. Im letzteren Fall drehen sich die Planetenräder (3) schneller, abhängig vom Übersetzungsverhältnis zwischen Hohlrad (4) und Sonnenrad (5). Als Beispiele, wenn das Verhältnis der Radien 2:1 ist, dreht sich das Hohlrad (4) und damit das Nabengehäuse (7) 1,5-mal schneller, bei 3:2 1,67-mal schneller und bei 3:4 1,75-mal schneller als die Kurbelwelle (1). Die Schaltvorrichtung (6) ist nur schematisch dargestellt. Wenn mehr als 2 Schaltstufen erwünscht sind, kann das Getriebe erweitert werden. Dabei kommen auch 1

Universalfahrrad stufenlose Getriebe in Betracht. Wenn das Sonnenrad (5) in der Mittelstellung entkoppelt ist, LU101703 kann das Sonnenrad (5) und damit das Nabengehäuse (7) freilaufen.

3. Einer in die Nabe eingebauten Drehstrommaschine (Abbildung 4), die mit getrennter Hilfswicklung als Sensor über eine Steuereinheit das Drehmoment der Nabe verstärkt. Die Drehstrommaschine besteht aus einem mehrpoligen Stander (8) und einem im Nabengehäuse (7) fest eingelassenen Außenläufer (9) mit Permanentmagneten. Eine Hilfswicklung (10) mit eigenem Eisenkern, die am Stander (8) angebracht ist, erfasst die Drehgeschwindigkeit des Nabengehäuses (7). Die Steuereinheit benutzt diese Meßwerte zur Erzeugung des elektromagnetischen Drehfeldes im Stander (8). Bei konstanter Belastung drehen die Hilfsphase und die Arbeitsphasen synchron mit dem Nabengehause (7). Abhangig vom Tretmoment an der Kurbelwelle (1) und daraus entstehenden Phasenverschiebung zum Drehfeld wird die Unterstützungskraft erhöht oder reduziert. Die elektromagnetische Drehmomentunterstützung resultiert in Vortrieb oder Bremsung, gesteuert durch die Phasenlage des Drehmoments an der Kurbelwelle (1). Die Drehstrommaschine unterstützt dabei sowohl Beschleunigung als auch Bremsen in einstellbaren Stufen. Bremsenergie wird dem Akku voll zurückgeführt.

4. Abbildung 4 zeigt schematisch den Ständer (8) der Drehstrommaschine bestehend aus Elektroblechpaketen mit 3 Wicklungssträngen. Der Ständer (8) ist fest mit dem unbeweglichen inneren Teil der Nabe verbunden. Der Radialschnitt illustriert die Bauteile der Drehstrommaschine. Hierbei handelt es sich um eine Maschine mit 6 Polpaaren. Um eine Umdrehung pro Sekunde der Nabe zu erreichen, muss Drehstrom mit einer Frequenz von 6 Hertz anliegen. Die Steuereinheit für die Drehstrommaschine kann innerhalb oder außerhalb der Nabe platziert werden.

Das Universalfahrrad zusammen mit dem Nabenantrieb lässt sich auf vielfältige Art und Weise variieren. Die einfachste Alternative ist den Antrieb von einem Einrad einzubauen. Man kann zwischen „Fixie-“ und Freilaufvarianten wahlen. Die Nabe dreht sich mit der Kurbelwelle und damit auch das Rad. Die niedrige 1:1 Übersetzung begrenzt allerdings die Flexibilität des Universalfahrrads. Eine weitere Ausführung ist die Nabe mit der Schaltung wie oben beschrieben mit 2 Gängen und Freilauf, aber ohne elektromagnetische Drehmomentunterstützung. Die Elektromaschine kann mit 2- oder 3-Phasen oder mit einer Phase betrieben werden. Hier wird nur die 3-Phasen Variante beschrieben.

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Universalfahrrad ; N 2. ; ; ; LU101703 Die Stärke der Drenmomentunterstützung kann alternativ auch per Hand in Stufen durch die Steuereinheit gewählt werden. Dadurch wird der Einsatz weiterer Getriebestufen kompensiert.

BEDEUTUNG DER ERFINDUNG Der Nabenantrieb mit Kurbelwelle, Schaltgetriebe und elektromagnetischer Unterstützung am Hinterrad ist der Kern der Erfindung. Diese Einheit erlaubt die beträchtliche Verkürzung der Länge des Fahrrads, verglichen mit dem herkômmiichem Lastenrad. Somit entsteht dabei ein Fahrzeug mit einer neuen ansprechenden Form, guter Ergonomie und vielseitigen Nutzungsmôglichkeiten wie e Bei einem normalen Fahrrad e Zur Kinder- und Personenbeférderung e Zur Warenbefôrderung mit speziell zugeschnittenen aufsteckbaren Wannen oder Palletten Besonders einfach bequem ist das Auf- und Absteigen, da man die Beine nicht gratschen muss.

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Claims

Universalfahrrad . LU101703 TITEL: Universalfahrrad PATENTANSPRUCHE:

1. Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass das Universalfahrrad Bauteile und Eigenschaften von Einrädern und Lastenfahrrädern kombiniert. Diese Konstruktionsmaf8nahmen verkürzen die Lange des Fahrzeugs beachtlich und machen es zu einem universalen neuen Transportmittel.

2. Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass das Universalfahrrad mit einem neuartigen Nabenantrieb am Hinterrad ausgestattet wird. Dieser besteht aus Kurbelwelle, Schaltgetriebe und elektromagnetischer Unterstützung.

3. Die Erfindung wird dadurch gekennzeichnet, dass eine in die Nabe eingebaute Drehstrommaschine mit getrennter Hilfswicklung als Sensor über eine digitale Steuereinheit das Drehmoment der Nabe verstärkt. Dabei kann der Effekt der Drehmomentunterstiitzung auch per Hand gewählt werden.

Die Steuereinheit ist nicht Teil der Patentansprüche. 1