WO2014198265A1 - Fahrradantrieb - Google Patents

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WO2014198265A1
WO2014198265A1 PCT/DE2014/200098 DE2014200098W WO2014198265A1 WO 2014198265 A1 WO2014198265 A1 WO 2014198265A1 DE 2014200098 W DE2014200098 W DE 2014200098W WO 2014198265 A1 WO2014198265 A1 WO 2014198265A1
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WO
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actuator
electronic control
hub
linear actuator
bicycle drive
Prior art date
Application number
PCT/DE2014/200098
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Rudy
Bettina Rudy
Ralf Moseberg
Dominic ABELS
Henning Dombek
Original Assignee
Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg filed Critical Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
Publication of WO2014198265A1 publication Critical patent/WO2014198265A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M25/00—Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles
    • B62M25/08—Actuators for gearing speed-change mechanisms specially adapted for cycles with electrical or fluid transmitting systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M11/00—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels
    • B62M11/04—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio
    • B62M11/14—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears
    • B62M11/16—Transmissions characterised by the use of interengaging toothed wheels or frictionally-engaging wheels of changeable ratio with planetary gears built in, or adjacent to, the ground-wheel hub
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00—Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40—Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/45—Control or actuating devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2247—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
    • F16H25/2252—Planetary rollers between nut and screw

Definitions

  • the present invention relates to a bicycle drive with a multi-stage
  • Bicycles usually have hub gears or derailleurs.
  • the driver selects the appropriate gear step by means of a manual switch.
  • these are rotary switches or swivel or toggle switches on the handlebars.
  • a control which controls the auxiliary power motor in dependence on a torque measured at the pedal crank and a pedaling frequency measured at the pedal crank.
  • the object of the invention was to provide an alternative bicycle drive.
  • the bicycle drive for a bicycle is provided with an electrically driven auxiliary motor, and with a multi-stage hub circuit having a switching device for switching a multi-speed hub, wherein an electronic control or control drives both the auxiliary motor and the switching device, wherein under an operation of the switching device an energization of the auxiliary motor by means of the electronic control or
  • Control is reduced or switched off.
  • the electrically operated switching device can be connected to the electronic
  • Control or regulation connected electrical switch and a mechanically connected to the multi-speed hub linear actuator For example, the driver can operate the switch mounted on the bicycle handlebar to initiate a desired gear change. It is not necessary for the driver to actively remove or reduce the supply of current to the power-assisted motor since, according to the invention, the control device is actuated by the switching device
  • the bicycle drive according to the invention may comprise in a known manner a chain which wraps around a crankshaft arranged on a crankshaft sprocket and a pinion gear of the multi-speed hub, wherein a torque sensor detects an applied torque to the crankshaft, and wherein a cadence sensor detects a speed of the pedal crankshaft, and wherein the torque sensor and the cadence sensor is both connected to the electronic controller.
  • shift points can be defined at certain pedaling frequencies and torques that trigger a shift.
  • another gear can be automatically switched so that the speed of the bicycle can be maintained at a reduced cadence. If the detected torque exceeds set limits, a gear change can also be made automatically, so that at the same speed a lower
  • Control according to the invention ensures that the energization of the
  • Auxiliary engine is reduced or turned off.
  • the linear actuator can be an electrically driven actuator motor and a to the
  • Actuator connected gear wherein the transmission input side Rotary movements in output-side linear movements of an actuator converts, which is connected via a Bowden cable to the multi-speed hub.
  • the transmission is designed as Planetenwalzgewindetrieb having a spindle disposed on a threaded spindle nut, wherein distributed in a formed by the threaded spindle and the spindle nut around the circumference arranged planets in rolling engagement both with the spindle nut and with the threaded spindle, wherein the planet are provided with a planetary side groove profile and the spindle nut with a nut side groove profile, wherein the threaded spindle is provided with a helical thread wound around the spindle axis.
  • Electric motors possible, which can be operated at high speeds.
  • the output side provided actuator of the linear actuator can be connected to a
  • Bowden cable connected, which acts on the multi-speed hub to perform a gear change.
  • the traction cable of the Bowden cable is fastened to the setting part in the usual way, whereby adjusting movements of the traction cable and the setting part take place in parallel, without any further deflection of the traction cable.
  • the axes of the traction cable and the adjusting axis of the actuating part coincide.
  • the switching device comprises a manually operated manual switching unit and an electromechanical switching unit formed by the linear actuator, wherein the manual switching unit has a Bowden cable for actuating the multi-speed hub, and wherein the electromechanical switching unit is a Bowden cable for switching the
  • the actuating part may be formed by the spindle nut or by a machine part fastened to the spindle nut.
  • the Threaded spindle connected to the motor shaft and rotated, while the spindle nut rotatably but longitudinally displaceable.
  • the actuator can by the threaded spindle or by a threaded spindle attached to the
  • the spindle nut is connected to the motor shaft and rotated, while the threaded spindle rotatably but
  • the linear actuator of this variant can have an actuator housing, wherein the actuating part for actuating the multi-speed hub relative to the actuator housing is displaceable, and wherein the Bowden cable of the manual switching unit is connected to the actuator housing.
  • An accumulator unit can be connected to the linear actuator, the accumulator unit having an electronic control unit for controlling a battery
  • the switching device may have an electrical switch that can be switched by the driver for a desired gear change.
  • This switch can be provided with several switching positions - depending on the design of the switching device:
  • the controller controls the linear actuator and triggers switching operations
  • detent step portion with detent steps for the gears to manually operate the switching unit for a desired gear change.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the linear actuator is housed in a frame tube of the bicycle frame. That way is the Linear actuator protected against the weather and also very space-saving used.
  • the linear actuator may be housed in a saddle tube carrying the caliper or in a head tube receiving the front fork.
  • the linear actuator can be solved by means of a fastening device releasably attached to the
  • the linear actuator is arranged in the direction of the actuator either lockable or longitudinally displaceable.
  • the actuator housing of the linear actuator can be arranged longitudinally displaceable in the frame tube. This may be useful if the linear actuator is arranged between two Bowden cables, so that the tensile forces of a Bowden cable are transmitted via the linear actuator in the other Bowden cable.
  • Bowden cable can be connected in this case, on the one hand to an actuator housing and on the other hand to the manual switching unit.
  • the other Bowden cable can be connected on the one hand to the actuator of the linear actuator and on the other hand, for example, to a switching pin of the multi-speed hub.
  • This arrangement optionally allows automatic operation and manual operation. When the manual shift unit is in the automatic position, the linear actuator is operated via the electronic control.
  • the electromechanical switching unit is switched off and the entire linear actuator is moved with the Bowden cables connected on both sides for manual switching of the multi-speed hub.
  • FIG. 1 shows a bicycle with a first bicycle drive according to the invention
  • 2 shows a bicycle with a second bicycle drive according to the invention
  • FIG. 3 shows a linear actuator of the first and the second bicycle drive according to the invention.
  • FIG. 1 shows a detail of a bicycle with diamond frame, which is provided with a first bicycle drive according to the invention.
  • This bicycle drive has a multi-stage hub gear with a conventional multi-speed hub 1.
  • the multi-speed hub is installed in a rear wheel 2 of the bicycle.
  • Diamond frame is a power engine 3 is grown, which drives the rear wheel 2.
  • a chain 4 wraps around a arranged on a pedal crankshaft 5 chainring 6 and a pinion gear 7 of the multi-speed hub. 1
  • the pedal crankshaft 5 is provided in a known manner with pedal cranks 8.
  • An unillustrated torque sensor detects a torque applied to the pedal crankshaft 5.
  • An unrecorded cadence sensor detects a rotational speed of the pedal crankshaft 5, wherein the
  • Control unit 19 are connected.
  • the multi-stage hub circuit has a switching device 9, which has a non-illustrated, manually operated manual switching unit, which is designed in a conventional manner as a rotary handle switch on the bicycle handlebars.
  • This manual switching unit has a first Bowden cable 10, which is connected on the one hand to the rotary switch or rotary handle, not shown, and on the other hand to a linear actuator 1 1.
  • the Bowden cable 10 is through a top tube 12 of the
  • the linear actuator 1 1 is part of an electromechanical switching unit 13, which has a second Bowden cable 14 for switching the multi-speed hub 1.
  • the second Bowden cable 14 is connected on the one hand to an actuator 15 of the linear actuator 1 1 and on the other hand to a not further illustrated switching pin of the multi-speed hub 1.
  • the second Bowden cable 14 is guided via deflection rollers 14a from the seat tube 17 to a chain stay of the bicycle frame.
  • a battery unit 18 On a saddle 16-bearing seat tube 17 of the diamond frame, a battery unit 18 is supported, which energizes both the auxiliary motor 3 and the linear actuator 1 1.
  • the accumulator unit 18 further includes an electronic control unit 19, not shown, which controls both the auxiliary motor 3 and the linear actuator 1 1.
  • the linear actuator 1 1 and a partial length of the second Bowden cable 14 are housed in the seat tube 17.
  • the first Bowden cable 10 is attached to an actuator housing 20 of the linear actuator 1 1; the actuator 15 is arranged linearly displaceable relative to the actuator housing 20.
  • the linear actuator 1 1 as a whole is longitudinally displaceable in the seat tube 17.
  • FIG. 3 shows the linear actuator 11 in a longitudinal section.
  • the linear actuator 1 1 consists essentially of an electric motor 21, which may also be referred to as actuator motor 21 a, a Planetenskylzgewindetrieb 22, the actuator 15 and the actuator housing 20 in which the electric motor 21 and the Planetenskylzgewinderios 22 are housed.
  • the Planetenskylzgewindetrieb 22 has a on a threaded spindle 23rd
  • spindle nut 24 In one of the threaded spindle 23 and the spindle nut 24 formed annular space 25 distributed over the circumference arranged planet 26 in rolling engagement both with the spindle nut 26 and with the
  • Threaded spindle 23 The planets 26 are provided with a planet-side groove profile 27 and the spindle nut 24 with a nut-side groove profile 28.
  • the threaded spindle 23 is provided with a helically wound around the spindle axis thread 29.
  • the threaded spindle 23 is connected in a rotationally fixed manner to a motor shaft 30 of the electric motor 21 held in the actuator housing 20.
  • Spindle nut 24 is rotatably and axially displaceable in the actuator housing 20 is arranged.
  • the tubular actuator 15 is attached to the spindle nut 24.
  • the threaded spindle 23 is connected via a deep groove ball bearing 31 in the
  • Actuator housing 20 rotatably mounted. Under rotation of the threaded spindle 23, the planet 27 roll on the threaded spindle 23 and on the spindle nut 24. The planets 27 rotate about their planetary axis and rotate around the spindle axis. With such a Planetenskylzgewindetrieb 22 very large reductions can be realized, the proper operation of the Bowden cable for performing a
  • a linear scale 33 is included, which can be designed as a Leitpotenziometer.
  • a contact piece 34 which contacts the trained as potentiometer 35 linear scale 33.
  • magnetoresistive, magnetostrictive, capacitive or inductive conceivable.
  • the contact piece 34 moves along the potentiometer strip 35, on the position of the actuator 15 in the actuator housing 20 is determined properly.
  • the actuator moves until a predetermined via the electronic control unit 19 position of the contact piece 34 is reached on the Potentiometerstsammlung.
  • Manual actuation of the multi-speed hub 1 may be desirable if, for example, the accumulator unit is no longer sufficiently charged.
  • the unillustrated rotary switch on the steering wheel can be turned into a range in which switching by hand is perfectly possible.
  • the linear actuator In manual operation, the linear actuator is moved as a whole in the seat tube and serves as a rigid connecting piece of the two Bowden cables 10 and 14th
  • the handset In automatic mode, the handset can be set to a specific position, which can correspond to either the highest or lowest gear.
  • the cable length is increased or decreased by the actuator and thereby set the appropriate switching stage.
  • the cylindrical actuator housing 20 of the linear actuator remains locked in the seat tube 17.
  • the lock can be made possible by the Bowden cable 10 which is not operated in automatic mode.
  • the linear actuator can also be fastened in the seat tube 17 by means of a fastening screw. This fastening screw can be performed through the wall of the seat tube 17 and clamp the linear actuator.
  • Control unit 19 switching points are defined, which is a switching operation of the
  • Trigger linear actuator 1 For example, if the driver with a high
  • Cadence occurs, another gear can be automatically switched so that the speed of the bicycle can be maintained at a reduced cadence. If the detected torque exceeds set limits, a gear change can also be made automatically, so that at the same speed is applied a lower torque load.
  • the electronic control unit first actuates the auxiliary power motor 3 in such a way that the current supply is reduced or even de-energized. If the driver still acts with pedaling the cranks, a brake or a freewheel can be provided, which prevent transmission of pedaling power to the hub pinion. In this way, the multi-speed hub 1 can be relieved during the actual switching operation.
  • the linear actuator 1 1 is controlled and energized via the electronic control unit 19. Upon actuation of the actuator motor 21, the actuator is displaced linearly in the direction of the Bowden cable 14, so that the Bowden cable 14 actuates the multi-speed hub 1 and causes a gear change.
  • Rotary movement can be deflected and closes an electrical contact.
  • the electronic control unit 19 now actuates the auxiliary power motor 3 in such a way that the current is reduced or even de-energized. If the driver still treads the pedal cranks with pedaling, a brake or a freewheel can are provided, which prevent transmission of pedaling to the pinion gear.
  • the linear actuator 1 1 is controlled and energized via the electronic control unit 19.
  • the actuator motor 21 Upon actuation of the actuator motor 21, the actuator is displaced linearly in the direction of the Bowden cable 14, so that the Bowden cable 14 actuates the multi-speed hub 1 and causes a gear change.
  • FIG. 3 shows a further variant of the invention, which differs from the one above
  • described embodiment essentially differs in that the first Bowden cable 10 is omitted, so that a manual operation of the
  • Multi-speed hub 1 is omitted in a conventional manner.
  • the linear actuator 1 1 is fixed in the seat tube 17.
  • a screw may be screwed through the wall of the seat tube 17, which clamps the linear actuator in the seat tube 17.

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Abstract

Fahrradantrieb für ein Fahrrad, mit einem elektrisch betriebenen Hilfskraftmotor (3), und mit einer mehrstufigen Nabenschaltung, die eine Schalteinrichtung (9) zum Schalten einer Mehrgangnabe (2) aufweist, wobei eine elektronische Steuerung oder Regelung sowohl den Hilfskraftmotor (3) als auch die Schalteinrichtung (9) ansteuert, wobei unter einer Betätigung der Schalteinrichtung (9) eine Bestromung des Hilfskraftmotors (3) mittels der elektronischen Steuerung oder Regelung verringert oder abgeschaltet wird.

Description

Fahrradantrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradantrieb mit einer mehrstufigen
Nabenschaltung.
Fahrräder verfügen gewöhnlich über Nabenschaltungen oder Kettenschaltungen. Der Fahrer wählt die entsprechende Gangstufung mittels eines Handschalters. In der Regel sind dies Drehschalter oder Schwenk- oder Kippschalter am Lenker.
Aus DE102009014246 A1 ist ein Antriebssystem für ein motorisch unterstütztes Fahrrad bekannt geworden. Eine Regelung / Steuerung ist vorgesehen, die den Hilfskraftmotor ansteuert in Abhängigkeit eines an der Tretkurbel gemessenen Drehmomentes und einer an der Tretkurbel gemessenen Tretfrequenz.
Aufgabe der Erfindung war es, einen alternativen Fahrradantrieb anzugeben.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Fahrradantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Fahrradantrieb für ein Fahrrad ist versehen mit einem elektrisch betriebenen Hilfskraftmotor, und mit einer mehrstufigen Nabenschaltung, die eine Schalteinrichtung zum Schalten einer Mehrgangnabe aufweist, wobei eine elektronische Steuerung oder Regelung sowohl den Hilfskraftmotor als auch die Schalteinrichtung ansteuert, wobei unter einer Betätigung der Schalteinrichtung eine Bestromung des Hilfskraftmotors mittels der elektronischen Steuerung oder
Regelung verringert oder abgeschaltet wird.
Auf diese Weise ist im Augenblick des Gangwechsels eine unerwünscht hohe
Belastung der Mehrgangnabe durch den Hilfskraftmotor ausgeschlossen. Die
Reduzierung oder ggfs der Wegfall der Bestromung verhindert auf der Seite des Antriebs durch den Hilfskraftmotor eine mechanische Belastung von Getriebteilen, die an dem Schaltvorgang beteiligt sind.
Die elektrisch betriebene Schalteinrichtung kann einen an die elektronische
Steuerung oder Regelung angeschlossenen elektrischen Schalter und einen an die Mehrgangnabe mechanisch angeschlossenen Linearaktor aufweisen. Der Fahrer kann bspw den am Fahrradlenker angebrachten Schalter betätigen, um einen gewünschten Gangwechsel auszulösen. Es ist nicht erforderlich, dass der Fahrer aktiv eine Bestromung des Hilfskraftmotors wegnimmt oder reduziert, da gemäß der Erfindung unter Betätigung der Schalteinrichtung über die angeschlossene
elektronische Steuerung oder Regelung die Bestromung reduziert wird oder unterbunden wird.
Der erfindungsgemäße Fahrradantrieb kann in bekannter Weise eine Kette aufweisen, die ein auf einer Tretkurbelwelle angeordnetes Kettenblatt und ein Nabenritzel der Mehrgangnabe umschlingt, wobei ein Drehmomentsensor ein an der Tretkurbelwelle anliegendes Drehmoment erfasst, und wobei ein Trittfrequenzsensor eine Drehzahl der Tretkurbelwelle erfasst, und wobei der Drehmomentsensor und der Trittfrequenzsensor beide an die elektronische Steuerung angeschlossen sind. In der elektronischen Steuerung können Schaltpunkte bei bestimmten Trittfrequenzen und Drehmomenten definiert werden, die einen Schaltvorgang auslösen. Wenn
beispielsweise der Fahrer mit einer hohen Trittfrequenz tritt, kann automatisch ein anderer Gang geschaltet werden, so dass die Geschwindigkeit des Fahrrades bei reduzierter Trittfrequenz beibehalten werden kann. Wenn das erfasste Drehmoment eingestellte Grenzwerte überschreitet, kann ebenfalls ein Gangwechsel automatisch vorgenommen werden, so dass bei gleicher Geschwindigkeit eine niedrigere
Drehmomentbelastung anliegt. Während des Gangwechsels ist durch die
erfindungsgemäße Steuerung sichergestellt, dass die Bestromung des
Hilfskraftmotors reduziert oder abgeschaltet ist.
Der Linearaktor kann einen elektrisch betriebenen Aktormotor und ein an den
Aktormotor angeschlossenes Getriebe aufweist, wobei das Getriebe eingangsseitige Drehbewegungen in ausgangsseitige lineare Bewegungen eines Stellgliedes umwandelt, das über einen Bowdenzug an die Mehrgangnabe angeschlossen ist.
Vorzugsweise ist das Getriebe als Planetenwalzgewindetrieb ausgebildet, der eine auf einer Gewindespindel angeordnete Spindelmutter aufweist, wobei in einem von der Gewindespindel und der Spindelmutter gebildeten Ringraum über den Umfang verteilt angeordnete Planeten in Wälzeingriff sowohl mit der Spindelmutter als auch mit der Gewindespindel stehen, wobei die Planeten mit einem planetenseitigen Rillenprofil und die Spindelmutter mit einem mutterseitigen Rillenprofil versehen sind, wobei die Gewindespindel mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenenen Gewinde versehen ist.
Derartige Planetenwalzgewindetrieb ermöglichen eine sehr große Untersetzung einer eingangsseitigen Rotation einer Motorwelle in eine lineare Bewegung des
Stellgliedes. Aus diesem Grund ist der Einsatz von sehr klein bauenden
Elektromotoren möglich, die mit hohen Drehzahlen betrieben werden können. Die Elektromotore können zusammen mit dem Planetenwalzgewindetrieb den
Linearaktor bilden.
Das ausgangsseitig vorgesehene Stellglied des Linearaktors kann an einen
Bowdenzug angeschlossen sein, der an der Mehrgangnabe angreift, um einen Gangwechsel durchzuführen. Das Zugseil des Bowdenzugs ist an dem Stellteil in üblicher Weise befestigt, wobei Stellbewegungen des Zugseils und des Stellteils parallel erfolgen, ohne jede weitere Umlenkung des Zugseils. Vorzugsweise fallen die Achsen des Zugseils und der Stellachse des Stellteils zusammen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Schalteinrichtung eine manuell zu bedienende manuelle Schalteinheit sowie eine durch den Linearaktor gebildete elektromechanische Schalteinheit auf, wobei die manuelle Schalteinheit einen Bowdenzug zur Betätigung der Mehrgangnabe aufweist, und wobei die elektromechanische Schalteinheit einen Bowdenzug zum Schalten der
Mehrgangnabe aufweist. Das Stellteil kann durch die Spindelmutter oder durch ein an der Spindelmutter befestigtes Maschinenteil gebildet sein. In diesem Fall ist die Gewindespindel an die Motorwelle angeschlossen und rotiert, während die Spindelmutter drehfest aber längsverschieblich angeordnet ist. Das Stellteil kann durch die Gewindespindel oder durch ein an der Gewindespindel befestigtes
Maschinenteil gebildet sein. In diesem Fall ist die Spindelmutter an die Motorwelle angeschlossen und rotiert, während die Gewindespindel drehfest aber
längsverschieblich angeordnet ist.
Mit diesem Fahrradantrieb kann sowohl ein manuelles Schalten als auch ein automatisiertes Schalten der Mehrgangnabe erfolgen, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird.
Der Linearaktor dieser Variante kann ein Aktorgehäuse aufweisen, wobei das Stellteil zur Betätigung der Mehrgangnabe gegenüber dem Aktorgehäuse verschiebbar ist, und wobei der Bowdenzug der manuellen Schalteinheit an das Aktorgehäuse angeschlossen ist.
An den Linearaktor kann eine Akkumulatoreinheit angeschlossen sein, wobei die Akkumulatoreinheit mit einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern eines
Schaltvorgangs des Linearaktors versehen sein kann. Beispielsweise kann die Schalteinrichtung einen elektrischen Schalter aufweisen, der vom Fahrer für einen gewünschten Gangwechsel geschaltet werden kann. Dieser Schalter kann mit mehreren Schaltpositionen - je nach Ausführung der Schalteinrichtung - versehen sein:
Es kann eine Automatik-Stellung vorgesehen sein, in der abhängig von der
Trittfrequenz des Fahrers und der Drehmomentbelastung der Tretkurbelwelle die Steuerung den Linearaktor ansteuert und Schaltvorgänge auslöst;
Es kann ein Raststufen-Abschnitt mit Raststufen für die Gänge vorgesehen sein, um manuell die Schalteinheit für einen gewünschten Gangwechsel zu bedienen.
Eine bevorzugte erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass der Linearaktor in einem Rahmenrohr des Fahrradrahmes untergebracht ist. Auf diese Weise ist der Linearaktor geschützt vor Witterungseinflüssen und außerdem sehr bauraumsparend eingesetzt. Der Linearaktor kann in einem den Sattel tragenden Sattelrohr oder in einem die Vorderradgabel aufnehmenden Steuerrohr untergebracht sein.
Der Linearaktor kann mittels einer Befestigungseinrichtung lösbar an dem
Rahmenrohr befestigt sein. Auf diese Weise ist der Linearaktor in Stellrichtung des Stellgliedes wahlweise arretierbar oder längsverschieblich angeordnet.
Das Aktorgehäuse des Linearaktors kann längsverschieblich in dem Rahmenrohr angeordnet sein. Das kann zweckmäßig sein, wenn der Linearaktor zwischen zwei Bowdenzügen angeordnet ist, so dass die Zugkräfte des einen Bowdenzugs über den Linearaktor in den anderen Bowdenzug übertragen werden. Der eine
Bowdenzug kann in diesem Fall einerseits an einem Aktorgehäuse und andererseits an der manuellen Schalteinheit angeschlossen sein. Der andere Bowdenzug kann einerseits an dem Stellglied des Linearaktors und andererseits bspw an einem Schaltstift der Mehrgangnabe angeschlossen sein. Diese Anordnung ermöglicht wahlweise einen Automatik-Betrieb und einen manuellen Betrieb. Wenn die manuelle Schalteinheit in Automatik-Stellung geschaltet ist, wird der Linearaktor über die elektronische Steuerung betätigt.
In dieser Automatik-Stellung ist der Linearaktor über den einen an der manuellen Schalteinheit angeschlossenen Bowdenzug ortsfest gehalten, wobei lediglich unter Betätigung des Linearaktors das Stellglied für die automatisierte Schaltung der Mehrgangnabe verlagert wird.
In dem Raststufen-Abschnitt ist die elektromechanische Schalteinheit ausgeschaltet und der gesamte Linearaktor wird mit den beidseits angeschlossenen Bowdenzügen zum manuellen Schalten der Mehrgangnabe bewegt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Fahrrad mit einem ersten erfindungsgemäßen Fahrradantrieb, Figur 2 ein Fahrrad mit einem zweiten erfindungsgemäßen Fahrradantrieb, und Figur 3 einen Linearaktor des ersten und des zweiten erfindungsgemäßen Fahrradantriebes.
Figur 1 zeigt ausschnittsweise ein Fahrrad mit Diamantrahmen, das mit einem ersten erfindungsgemäßen Fahrradantrieb versehen ist. Dieser Fahrradantrieb weist eine mehrstufige Nabenschaltung mit einer herkömmlichen Mehrgangnabe 1 auf. Die Mehrgangnabe ist in ein Hinterrad 2 des Fahrrads eingebaut. An den
Diamantrahmen ist ein Hilfskraftmotor 3 angebaut, der das Hinterrad 2 antreibt.
Eine Kette 4 umschlingt ein auf einer Tretkurbelwelle 5 angeordnetes Kettenblatt 6 und ein Nabenritzel 7 der Mehrgangnabe 1 . Die Tretkurbelwelle 5 ist in bekannter Weise mit Tretkurbeln 8 versehen. Ein nicht abgebildeter Drehmomentsensor erfasst ein an der Tretkurbelwelle 5 anliegendes Drehmoment .Ein nicht abgebildeter Trittfrequenzsensor erfasst eine Drehzahl der Tretkurbelwelle 5, wobei der
Drehmomentsensor und der Trittfrequenzsensor beide an eine elektronische
Steuereinheit 19 angeschlossen sind.
Die mehrstufige Nabenschaltung weist eine Schalteinrichtung 9 auf, die eine nicht abgebildete, manuell zu bedienende manuelle Schalteinheit aufweist, die in herkömmlicher Weise als Drehgriff-Schalter am Fahrrad-Lenker ausgeführt ist. Diese manuelle Schalteinheit weist einen ersten Bowdenzug 10 auf, der einerseits an den nicht abgebildeten Drehschalter oder Drehgriff und andererseits an einen Linearaktor 1 1 angeschlossen ist. Der Bowdenzug 10 ist durch ein Oberrohr 12 des
Diamantrahmens durchgeführt und im Bereich des nicht abgebildeten Steuerrohrs wieder herausgeführt.
Der Linearaktor 1 1 ist Bestandteil einer elektromechanischen Schalteinheit 13, die einen zweiten Bowdenzug 14 zum Schalten der Mehrgangnabe 1 aufweist. Der zweite Bowdenzug 14 ist einerseits an ein Stellglied 15 des Linearaktors 1 1 und anderseits an einen nicht weiter abgebildeten Schaltstift der Mehrgangnabe 1 angeschlossen. Der zweite Bowdenzug 14 ist über Umlenkrollen 14a vom Sitzrohr 17 zu einer Kettenstrebe des Fahrradrahmens geführt. An einem einen Sattel 16 tragenden Sitzrohr 17 des Diamantrahmens ist eine Akkumulatoreinheit 18 gehaltert, die sowohl den Hilfskraftmotor 3 als auch den Linearaktor 1 1 bestromt. Die Akkumulatoreinheit 18 umfasst ferner eine nicht abgebildete elektronische Steuereinheit 19, die sowohl den Hilfskraftmotor 3 als auch den Linearaktor 1 1 ansteuert.
Der Linearaktor 1 1 und eine Teillänge des zweiten Bowdenzugs 14 sind in dem Sitzrohr 17 untergebracht. Der erste Bowdenzug 10 ist an einem Aktorgehäuse 20 des Linearaktors 1 1 befestigt; das Stellglied 15 ist gegenüber dem Aktorgehäuse 20 linear verschieblich angeordnet. Der Linearaktor 1 1 als Ganzes ist in dem Sitzrohr 17 längsverschieblich angeordnet.
Figur 3 zeigt den Linearaktor 1 1 in einem Längsschnitt. Der Linearaktor 1 1 besteht im Wesentlichen aus einem Elektromotor 21 , der auch als Aktormotor 21 a bezeichnet werden kann, einem Planetenwälzgewindetrieb 22, dem Stellglied 15 und dem Aktorgehäuse 20, in dem der Elektromotor 21 und der Planetenwälzgewindetrieb 22 untergebracht sind.
Der Planetenwälzgewindetrieb 22 weist eine auf einer Gewindespindel 23
angeordnete Spindelmutter 24 auf. In einem von der Gewindespindel 23 und der Spindelmutter 24 gebildeten Ringraum 25 sind über den Umfang verteilt angeordnete Planeten 26 in Wälzeingriff sowohl mit der Spindelmutter 26 als auch mit der
Gewindespindel 23. Die Planeten 26 sind mit einem planetenseitigen Rillenprofil 27 und die Spindelmutter 24 mit einem mutterseitigen Rillenprofil 28 versehen. Die Gewindespindel 23 ist mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Gewinde 29 versehen. Die Gewindespindel 23 ist drehfest mit einer Motorwelle 30 des in dem Aktorgehäuse 20 gehalterten Elektromotors 21 verbunden. Die
Spindelmutter 24 ist drehfest und axialverschieblich in dem Aktorgehäuse 20 angeordnet. Das rohrförmig ausgebildete Stellglied 15 ist an der Spindelmutter 24 befestigt. Die Gewindespindel 23 ist über ein Rillenkugellager 31 in dem
Aktorgehäuse 20 drehbar gelagert. Unter Rotation der Gewindespindel 23 wälzen die Planeten 27 an der Gewindespindel 23 und an der Spindelmutter 24 ab. Die Planeten 27 rotieren um ihre Planetenachse und rotieren um die Spindelachse herum. Mit einem derartigen Planetenwälzgewindetrieb 22 können sehr große Untersetzungen realisiert werden, die ein einwandfreies Betätigen des Bowdenzugs zum Durchführen eines
Gangwechsels ermöglichen.
Im Aktorgehäuse 20 ist ein Linearmaßstab 33 enthalten, der als Leitpotenziometer ausgeführt sein kann. In der Spindelmutter 24 befindet sich ein Kontaktstück 34, das den als Potenziometerstreifen 35 ausgebildeten Linearmaßstab 33 kontaktiert. Als Linearsensor ist aber jedes andere physikalische Meßprinzip wie z.B.
magnetoresistiv, magnetostriktiv, kapazitiv oder induktiv denkbar.
Unter Stellbewegungen des Stellgliedes 15 fährt das Kontaktstück 34 entlang dem Potenziometerstreifen 35, über den einwandfrei die Lage des Stellgliedes 15 im Aktorgehäuse 20 ermittelt wird. Für die Durchführung eines Gangwechsels verfährt das Stellglied solange, bis eine über die elektronische Steuereinheit 19 vorgegebene Position des Kontaktstücks 34 auf dem Potentiometerstreifen erreicht ist.
Eine manuelle Betätigung der Mehrgangnabe 1 kann erwünscht sein, wenn beispielsweise die Akkumulatoreinheit nicht mehr ausreichend geladen ist. Der nicht abgebildete Drehschalter am Lenkrad kann in einen Bereich gedreht werden, in dem as Schalten von Hand einwandfrei möglich ist. Im manuellen Betrieb wird der Linearaktor als Ganzes im Sitzrohr bewegt und dient als starres Verbindungsstück der beiden Bowdenzüge 10 und 14.
Im Automatikbetrieb kann der Handschalter auf eine bestimmte Position gestellt werden, was entweder dem höchsten oder niedrigsten Gang entsprechen kann. Die Seillänge wird durch den Aktor vergrößert oder verkleinert und dadurch die entsprechende Schaltstufe eingestellt.
In dieser Situation bleibt das zylindrische Aktorgehäuse 20 des Linearaktors in dem Sitzrohr 17 arretiert. Die Arretierung kann durch den Bowdenzug 10 ermöglicht werden, der im Automatikbetrieb nicht betätigt wird. Alternativ kann der Linearaktor auch mittels einer Befestigungsschraube im Sitzrohr 17 befestigt werden. Diese Befestigungsschraube kann durch die Wandung des Sitzrohrs 17 durchgeführt sein und den Linearaktor festklemmen.
Über die Trittfrequenz und das Drehmoment können in der elektronischen
Steuereinheit 19 Schaltpunkte definiert werden, die einen Schaltvorgang des
Linearaktors 1 1 auslösen. Wenn beispielsweise der Fahrer mit einer hohen
Trittfrequenz tritt, kann automatisch ein anderer Gang geschaltet werden, so dass die Geschwindigkeit des Fahrrades bei reduzierter Trittfrequenz beibehalten werden kann. Wenn das erfasste Drehmoment eingestellte Grenzwerte überschreitet, kann ebenfalls ein Gangwechsel automatisch vorgenommen werden, so dass bei gleicher Geschwindigkeit eine niedrigere Drehmomentbelastung anliegt.
Die elektronische Steuereinheit betätigt zunächst den Hilfskraftmotor 3 in der Weise, dass die Bestromung reduziert oder sogar stromlos gestellt wird. Falls der Fahrer noch mit Trittleistung die Tretkurbeln beaufschlagt, kann eine Bremse oder ein Freilauf vorgesehen werden, die ein Übertragen der Trittleistung zum Nabenritzel verhindern. Auf diese Weise kann die Mehrgangnabe 1 während des eigentlichen Schaltvorgangs entlastet werden. Nun wird über die elektronische Steuereinheit 19 der Linearaktor 1 1 angesteuert und bestromt. Unter Betätigung des Aktormotors 21 wird das Stellglied linear in Richtung des Bowdenzugs 14 verlagert, so dass der Bowdenzug 14 die Mehrgangnabe 1 betätigt und einen Gangwechsel bewirkt.
Es ist auch denkbar den Linearaktor 1 1 nicht automatisch über die elektronische Steuereinheit 19 anzusteuern, sondern die Schaltvorgänge manuell auszulösen und über den Linearaktor ausführen zu lassen: Wenn der Fahrer einen Gangwechsel wünscht, kann er einen am Drehschalter angebrachten elektrischen Schalter betätigen, der bspw aus einer Mittelstellung heraus unter gegenläufiger
Drehbewegung ausgelenkt werden kann und einen elektrischen Kontakt schließt. Die elektronische Steuereinheit 19 betätigt nun den Hilfskraftmotor 3 in der Weise, dass die Bestromung reduziert oder sogar stromlos gestellt wird. Falls der Fahrer noch mit Trittleistung die Tretkurbeln beaufschlagt, kann eine Bremse oder ein Freilauf vorgesehen werden, die ein Übertragen der Trittleistung zum Nabenritzel verhindern. Nun wird über die elektronische Steuereinheit 19 der Linearaktor 1 1 angesteuert und bestromt. Unter Betätigung des Aktormotors 21 wird das Stellglied linear in Richtung des Bowdenzugs 14 verlagert, so dass der Bowdenzug 14 die Mehrgangnabe 1 betätigt und einen Gangwechsel bewirkt.
Figur 3 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, die sich von dem oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der erste Bowdenzug 10 entfallen ist, so dass eine manuelle Betätigung der
Mehrgangnabe 1 in herkömmlicher Weise entfällt. Der Linearaktor 1 1 ist in dem Sitzrohr 17 befestigt. Zur Befestigung kann eine Schraube durch die Wandung des Sitzrohrs 17 durchgeschraubt sein, die den Linearaktor im Sitzrohr 17 festklemmt.

Claims

Patentansprüche
1 . Fahrradantrieb für ein Fahrrad, mit einem elektrisch betriebenen Hilfskraftmotor (3), und mit einer mehrstufigen Nabenschaltung , die eine Schalteinrichtung (9) zum Schalten einer Mehrgangnabe (2) aufweist, wobei eine elektronische
Steuerung oder Regelung sowohl den Hilfskraftmotor (3) als auch die
Schalteinrichtung (9) ansteuert, wobei unter einer Betätigung der
Schalteinrichtung (9) eine Bestromung des Hilfskraftmotors (3) mittels der elektronischen Steuerung oder Regelung verringert oder abgeschaltet wird.
2. Fahrradantrieb nach Anspruch 1 , bei dem die elektrisch betriebene
Schalteinrichtung (9) einen an die elektronische Steuerung oder Regelung angeschlossenen elektrischen Schalter und einen an die Mehrgangnabe mechanisch angeschlossenen Linearaktor (1 1 ) aufweist.
3. Fahrradantrieb nach Anspruch 2, dessen Steuerung oder Regelung unter
Betätigung des elektrischen Schalters sowohl eine Bestromung des
Hilfskraftmotors (3) reduziert oder abschaltet als auch den Linearaktor (1 1 ) zum Schalten der Mehrgangnabe betätigt.
4. Fahrradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Kette (4) ein auf einer Tretkurbelwelle (5) angeordnetes Kettenblatt (6) und ein Nabenritzel (7) der Mehrgangnabe (1 ) umschlingt, wobei ein Drehmomentsensor ein an der
Tretkurbelwelle (5) anliegendes Drehmoment erfasst, und wobei ein
Trittfrequenzsensor eine Drehzahl der Tretkurbelwelle (5) erfasst, und wobei der Drehmomentsensor und der Trittfrequenzsensor beide an die elektronische Steuerung angeschlossen sind.
5. Fahrradantrieb nach Anspruch 4, wobei die Schalteinrichtung (9) und der
Hilfskraftmotor (3) in Abhängigkeit eines gemessenen Drehmomentes und/oder in Abhängigkeit einer gemessenen Drehzahl mittels der elektronischen Steuerung angesteuert werden.
6. Fahrradantneb nach Anspruch 2, bei dem der Linearaktor (1 1 ) einen elektrisch betriebenen Aktormotor (21 ) und ein an den Aktormotor (21 ) angeschlossenes Getriebe aufweist, wobei das Getriebe eingangsseitige Drehbewegungen in ausgangsseitige lineare Bewegungen eines Stellgliedes (15) umwandelt, das über einen Bowdenzug (14) an die Mehrgangnabe (1 ) angeschlossen ist.
7. Fahrradantrieb nach Anspruch 6, dessen Getriebe als Planetenwalzgewindetrieb (22) ausgebildet ist, der eine auf einer Gewindespindel (23) angeordnete
Spindelmutter (24) aufweist, wobei in einem von der Gewindespindel (23) und der Spindelmutter (24) gebildeten Ringraum (25) über den Umfang verteilt
angeordnete Planeten (26) in Wälzeingriff sowohl mit der Spindelmutter (24) als auch mit der Gewindespindel (23) stehen, wobei die Planeten (26) mit einem planetenseitigen Rillenprofil (27) und die Spindelmutter (24) mit einem
mutterseitigen Rillenprofil (28) versehen sind, wobei die Gewindespindel (23) mit einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenenen Gewinde (29) versehen ist.
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