WO2011113642A1

WO2011113642A1 - Fahrrad

Info

Publication number: WO2011113642A1
Application number: PCT/EP2011/051678
Authority: WO
Inventors: Sigmund Braun
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2011-09-22
Also published as: TW201144132A; DE102010003050A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrrad, umfassend einen Kurbeltrieb (6), einen Elektromotor (2), und eine Antriebswelle (3), die mit dem Kurbeltrieb (6) und dem Elektromotor (2) verbunden ist, wobei die Antriebswelle (3) an einem ersten Lager (8) und einem zweiten Lager (9) gelagert ist, und eine Einrichtung (5) zur Lagerkraftmessung, welche am ersten Lager (8) angeordnet ist.

Description

Beschreibung

Titel

Fahrrad

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einem Elektromotor und einem Kurbeltrieb, die über eine Antriebswelle miteinander verbunden sind.

Fahrräder mit Elektromotor sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Die Fahrräder mit Elektromotor weisen hierbei zur Steuerung des Elektromotors einen relativ teuren und komplexen Aufbau auf.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Fahrrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 stellt ein Fahrrad mit Elektromotor bereit, das die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Hierbei ist eine Antriebswelle vorgesehen, die von einem Kurbeltrieb und/oder dem Elektromotor über eine Über- bzw. Untersetzungsstufe angetrieben wird. Die dadurch schneller als der Kurbeltrieb laufende

Antriebswelle begünstigt eine leichtgängige Getriebeschaltung, wobei die Einzelkomponenten wegen der geringeren Momente kleiner gebaut werden können. Ferner ist eine Einrichtung zur Ermittlung einer Lagerkraft in Form eines Kraftsensors am Lager vorgesehen, die ein vom Fahrer am Kurbeltrieb aufgebrachtes Drehmoment ermittelt. Die Einrichtung zur Ermittlung einer Lagerkraft weist hierbei einen besonders kostengünstigen, robusten und kompakten Aufbau auf. Die gemessene Lagerkraft kann als Wert für ein vom Fahrer aufgebrachtes Drehmoment herangezogen werden.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die

Antriebswelle ein erstes Eingangszahnrad, welches an der Antriebswelle derart angeordnet ist, dass ein erster Abstand zwischen dem ersten Eingangszahnrad und dem ersten Lager kleiner ist als ein zweiter Abstand zwischen dem ersten Eingangszahnrad und dem zweiten Lager. Durch diese Anordnung wird die vom

Fahrer am Kurbeltrieb aufgebrachte Pedalkraft im Wesentlichen am ersten Lager abgestützt. Dadurch gibt der am ersten Lager aufgenommene Kraftwert einen sehr genauen Wert für das über den Kurbeltrieb eingebrachte Drehmoment.

Ferner bevorzugt umfasst die Antriebswelle ein zweites Eingangszahnrad, welches mit dem Elektromotor verbunden ist, wobei das zweite Eingangszahnrad einen größeren Abstand zum ersten Lager als das erste Eingangszahnrad aufweist. Weiterhin bevorzugt ist das zweite Lager zwischen dem ersten

Eingangszahnrad und dem zweiten Eingangszahnrad angeordnet.

Hierdurch wird auf einfache Weise erreicht, dass das erste Lager nicht von den am zweiten Lager abgestützten Wellenkräften beeinflusst wird, die im

Wesentlichen von einem Antriebsmoment des Elektromotors erzeugt werden. Folglich kann die Lagerkraft am ersten Lager zur präzisen Ermittlung eines vom Fahrer am Kurbeltrieb aufgebrachten Drehmoments herangezogen werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Lagerkraftmessung ein Piezoelement, welches zwischen einer ersten

Lagerschale und einer zweiten Lagerschale des ersten Lagers angeordnet ist. Mittels des Piezoelements ist eine einfache und betriebssichere Ermittlung der Lagerkraft mit minimalem Kostenaufwand möglich. Darüber hinaus weist die Einrichtung zur Lagerkraftmessung hierdurch eine besonders kompakte Bauform mit geringem Gewicht, minimalem Bauvolumen und minimaler Bauteileanzahl auf. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist an der Antriebswelle ein Abtriebszahnrad angeordnet, welches über eine Kette oder einen

Zahnriemen mit einem Hinterrad verbunden ist. Hierdurch wird auf einfache Weise eine direkte und betriebssichere Kraft- bzw. Drehmomentübertragung des Kurbeltriebs und/oder des Elektromotors von der Antriebswelle auf das Hinterrad erreicht. Weiterhin bevorzugt ist am ersten Eingangszahnrad und/oder am zweiten Eingangszahnrad ein Freilauf vorgesehen. Aufgrund des bzw. der Freiläufe ist eine optimale Motorunterstützung zwischen 0 und 100 %, möglich. Mittels eines vorzugsweise rückwärts sperrend ausgelegten Freilaufs am ersten

Eingangszahnrad (d. h. am Kurbeltrieb) kann zudem eine herkömmliche

Fahrradrückbremse realisiert werden.

Vorzugsweise umfasst das Fahrrad eine Steuereinheit, welche mit der

Einrichtung zur Lagerkraftmessung verbunden ist und ausgelegt ist, ein durch den Fahrer am Kurbeltrieb aufgebrachtes Drehmoment mittels der am ersten Lager gemessenen Lagerkraft zu ermitteln. Hierdurch wird auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine präzise Drehmomentermittlung basierend auf einer vorgegebenen Pedallänge erreicht.

Weiterhin bevorzugt ist die Steuereinheit ausgelegt, den Elektromotor basierend auf den mittels der Einrichtung zur Lagerkraftmessung ermittelten Drehmoments des Fahrers zu steuern. Hierdurch ist es möglich, den Elektromotor jederzeit an das aktuell am Kurbeltrieb erzeugte Drehmoment des Fahrers bzw. die

Fahrgeschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt an die zur Verfügung stehende optimale Leistung vom Fahrer und/oder Elektromotor anzupassen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer Antriebs- und

Getriebeanordnung eines Fahrrads gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Figur 2 eine Schnittansicht eines ersten Lagers einer Antriebwelle von

Figur 1 , und

Figur 3 eine schematische Darstellung der Kräfte am Kurbeltrieb und einem Eingangszahnrad an der Antriebswelle. Ausführungsform der Erfindung

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Figur 1 bis 3 ein Fahrrad gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebs- und

Getriebeanordnung eines Fahrrads 1 mit einem integrierten, elektrischen

Zusatzantrieb. Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist ein Kurbeltrieb 6 zwei

Tretkurbeln, von denen zur besseren Übersichtlichkeit in Figur 1 nur eine

Tretkurbel 23 dargestellt ist, sowie eine Tretkurbelwelle 24 auf. An der

Tretkurbelwelle 24 ist ein Zahnrad 25 fixiert, das mit einem ersten

Eingangszahnrad 26 im Eingriff steht, das auf einer Antriebswelle 3 befestigt ist. Die Antriebswelle 3 wird über ein erstes Lager 8, welches in einem ersten Abstand A1 bzw. besonders bevorzugt unmittelbar benachbart zum ersten Eingangszahnrad 26 angeordnet ist, sowie ein zweites Lager 9 abgestützt. Das zweite Lager 9 ist in einem dritten Abstand A3 zum ersten Lager angeordnet. Das zweite Lager 9 ist vom ersten Eingangszahnrad 26 in einem zweiten

Abstand A2 angeordnet, der größer als der Abstand A1 bemessen ist. Ein auf der Antriebswelle 3 befestigtes zweites Eingangszahnrad 22 steht mit einem

Antriebszahnrad 21 im Eingriff, das auf einer Ausgangswelle 20 eines

Elektromotors 2 fixiert ist. Der Elektromotor 2 ist mit einer Steuereinheit 1 1 verbunden, an der auch eine Einrichtung 5 zur Lagerkraftmessung

angeschlossen ist, die im ersten Lager 8 angeordnet ist. Zudem ist ein

Abtriebszahnrad 14 auf einem dem ersten Lager 8 gegenüberliegenden Ende 18 der Antriebswelle 3 angeordnet, welches über eine Kette 15 mit einem Hinterrad

7 verbunden ist. Alternativ zur Kette 15 kann auch ein Zahnriemen vorgesehen werden. Ferner weisen das erste Eingangszahnrad 26 und das zweite

Eingangszahnrad 22 jeweils einen Freilauf auf. Dadurch, dass sowohl der Elektromotor 2 als auch der Kurbeltrieb 6 über die beiden ersten und zweiten Eingangszahnräder 22 bzw. 26 auf der gemeinsamen Antriebswelle 3 zusammengefasst werden, können beide Antriebe unabhängig voneinander betrieben werden. Die Übersetzung des Antriebszahnrads 21 und des ersten Eingangszahnrads 22 bzw. des Kettenzahnrads 25 und des zweiten Eingangszahnrads 26 sind so gewählt, dass die Antriebswelle 3 und das daran befestigte Abtriebszahnrad 14 mit hoher Drehzahl gedreht werden, wodurch eine leichtgängige Schaltbarkeit des Fahrrads 1 erreicht wird.

Die Steuereinheit 1 1 ist ausgelegt, ein durch den Fahrer am Kurbeltrieb 6 aufgebrachtes Drehmoment M (Figur 3) basierend auf einem Signal der

Einrichtung 5 zur Lagerkraftmessung zu bestimmen. Wie aus Figur 3 ersichtlich erzeugt ein Fahrer des Fahrrads 1 das Drehmoment M in Form einer Kraft F1 auf die Tretkurbel 23, die mit einer vorgegebenen Länge L an der Tretkurbelwelle 24 des Kurbeltriebs 6 befestigt ist. Aufgrund des Eingriffs des Zahnrads 25 mit dem ersten Eingangszahnrad 26 wird eine am Umfang der Zahnradpaarung tangential wirkende Kraft F2 erzeugt, die äquivalent zu einer Lagerkraft F3 ist, mit der das erste Lager 8 die Antriebswelle 3 abstützt. Das Drehmoment M aus dem Produkt der Kraft F1 und der Länge L der Tretkurbel 23 ist gleichgroß wie das Produkt aus der Kraft F2 und einem vorgegeben Radius r1 des Zahnrads 25. Folglich kann das vom Fahrer aufgebrachte Drehmoment M aus dem Produkt der von der

Einrichtung 5 zur Lagerkraftmessung gemessenen Lagerkraft F3 und dem Radius r1 des Zahnrads 25 von der Steuereinheit 1 1 auf einfache Weise errechnet werden. Wie aus Figur 2 ersichtlich, weist das erste Lager 8 eine erste Lagerschale 16 und eine zweiten Lagerschale 17 auf. Zwischen den Lagerschalen 16, 17 ist die Einrichtung 5 zur Lagerkrafterfassung angeordnet, welche besonders bevorzugt einen Kraftsensor in Form eines Piezoelements umfasst, welches zwischen den Lagerschalen 16, 17 mittels einer Verbindungsvorrichtung 19 fixiert bzw.

eingeklemmt ist. Vorteilhafterweise greifen die vom Elektromotor 2 auf die

Antriebswelle 3 einwirkenden Kräfte mit großem Abstand an der Antriebswelle 3 an, bzw. werden vom zweiten Lager 9 aufgenommen, und beeinflussen die Lagerkraft F3 am ersten Lager 8 im Wesentlichen nicht. Daher kann die

Lagerkraft F3 am ersten Lager 8 der Antriebswelle 3 mit einer minimalen

Bauteilanzahl einfach und kostengünstig mittels des im zweischaligen

Lagergehäuse angeordneten Piezoelements gemessen und in der Steuereinheit 1 1 zur Bestimmung des vom Fahrer aufgebrachten Drehmoments M am

Kurbeltrieb 6 verwendet werden. Dadurch kann auf einen aufwändigen

Drehmomentsensor verzichtet werden. Ferner wird dadurch ein vereinfachter, kompakter und robuster Antriebsaufbau realisiert, der in kurzer Montagezeit kostenminimiert herstellbar ist.

Claims

Ansprüche

1 . Fahrrad, umfassend:

- einen Kurbeltrieb (6),

- einen Elektromotor (2), und

- eine Antriebswelle (3), die mit dem Kurbeltrieb (6) und dem Elektromotor (2) verbunden ist, wobei die Antriebswelle (3) an einem ersten Lager (8) und einem zweiten Lager (9) gelagert ist, und

- eine Einrichtung (5) zur Lagerkraftmessung, welche am ersten Lager (8) angeordnet ist.

2. Fahrrad nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (3) ein erstes Eingangszahnrad (26) umfasst, welches mit dem Kurbeltrieb (6) verbunden ist, wobei das erste Eingangszahnrad (26) derart an der Antriebswelle (3) angeordnet ist, dass ein erster Abstand (A1 ) zwischen dem ersten Eingangszahnrad (26) und dem ersten Lager (8) kleiner ist als ein zweiter Abstand (A2) zwischen dem ersten Eingangszahnrad (26) und dem zweiten Lager (9).

3. Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die

Antriebswelle (3) ein zweites Eingangszahnrad (22) umfasst, welches mit dem Elektromotor (2) verbunden ist, wobei das zweite Eingangszahnrad (22) einen größeren Abstand (A3) zum ersten Lager (8) als das erste

Eingangszahnrad (26) aufweist.

4. Fahrrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lager (9) zwischen dem ersten Eingangszahnrad (26) und dem zweiten

Eingangszahnrad (22) angeordnet ist.

5. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Einrichtung (5) zur Lagerkraftmessung ein Piezoelement umfasst, welches zwischen einer ersten Lagerschale (16) und einer zweiten Lagerschale (17) des ersten Lagers (8) angeordnet ist.

6. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (3) ein Abtriebszahnrad (14) angeordnet ist, welches über eine Kette (15) oder einen Zahnriemen mit einem Hinterrad (7) verbunden ist.

7. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Freilauf am ersten Eingangszahnrad (26) und/oder am zweiten Eingangszahnrad (22).

8. Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Steuereinheit (1 1 ), welche mit der Einrichtung (5) zur Lagerkraftmessung verbunden ist und ausgelegt ist, ein durch den Fahrer am Kurbeltrieb (6) aufgebrachtes Drehmoment (M) mittels der am ersten Lager (8)

gemessenen Lagerkraft (F3) zu ermitteln.

9. Fahrrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (1 1 ) ausgelegt ist, den Elektromotor (2) basierend auf dem mittels der Einrichtung (5) zur Lagerkraftmessung ermittelten Drehmoments (M) des Fahrers zu steuern.