WO2022258145A1 - Elektrofahrrad-mittelmotor-befestigungsanordnung - Google Patents

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WO2022258145A1
WO2022258145A1 PCT/EP2021/065269 EP2021065269W WO2022258145A1 WO 2022258145 A1 WO2022258145 A1 WO 2022258145A1 EP 2021065269 W EP2021065269 W EP 2021065269W WO 2022258145 A1 WO2022258145 A1 WO 2022258145A1
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clamping surface
side wall
electric bicycle
drive unit
frame
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PCT/EP2021/065269
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Otto Vargovics
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Amprio GmbH
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Amprio GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M6/00Rider propulsion of wheeled vehicles with additional source of power, e.g. combustion engine or electric motor
    • B62M6/40Rider propelled cycles with auxiliary electric motor
    • B62M6/55Rider propelled cycles with auxiliary electric motor power-driven at crank shafts parts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62KCYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDECARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00Cycle frames
    • B62K19/30Frame parts shaped to receive other cycle parts or accessories

Definitions

  • the invention relates to a
  • An electric bicycle is to be understood here as any type of bicycle that has a supporting electric drive unit that supplements the human drive power introduced by a rider into a bottom bracket shaft with a corresponding electromotive drive power, if this is desired.
  • the present invention relates to the attachment of a so-called
  • Mid-engine drive unit which supports both the crankshaft in rotation and has an output shaft.
  • the output shaft drives via an output element, for example a chain ring, a finter wheel of the electric bicycle.
  • output element for example a chain ring, a finter wheel of the electric bicycle.
  • very high mechanical forces can act on the drive unit via the bottom bracket shaft and the output shaft for a short period of time.
  • Fastening arrangements are known in which, at least at one point of the power flow between the drive housing of the drive unit and a frame-side central motor receiving arrangement, in particular the translational vertical forces and/or the rotational forces are transmitted Shear forces are transmitted in fasteners between the drive housing and the receiving assembly.
  • the object of the invention is to create an electric bicycle central motor attachment arrangement with improved power transmission between the drive unit and the attachment arrangement on the frame.
  • the directional information refers to a forward-moving electric bicycle that is standing on a horizontal plane.
  • a lateral side is therefore the right or the left side of the electric bicycle.
  • Mounting assembly consists of a bicycle frame with a frame-side mid-motor mount assembly and a modular electric bicycle mid-motor drive unit mounted in the mid-motor mount assembly.
  • the drive unit has a supporting drive housing, an electric drive motor, a bottom bracket shaft penetrating the drive housing in the transverse direction, and an output shaft parallel thereto.
  • the bottom bracket shaft and the output shaft can be formed by a single shaft.
  • the bottom bracket shaft and the output shaft are particularly preferably separate shafts.
  • the bottom bracket shaft and the output shaft are particularly preferably mounted coaxially with one another in the drive housing. While the bottom bracket shaft penetrates the drive housing on both lateral sides, based on the direction of travel of the electric bicycle, the output shaft penetrates the Drive housing only laterally on one side, usually on the left lateral side.
  • a substantially annular radial clamping ring is assigned to the drive housing on at least one lateral side of the drive unit and coaxially to the axis of the bottom bracket bearing, the radial clamping ring having a circular outer clamping surface.
  • the outer clamping surface is designed to enter into an indirect or direct radial tensioning or clamping connection with a corresponding frame-side inner clamping surface.
  • the receiving arrangement assigned to the bicycle frame has, on at least one lateral side, a clamping ring arrangement fastened to the bicycle frame with a frame-side side wall that is essentially in a vertical plane and forms an inner clamping surface in which the corresponding outer clamping surface of the drive-side radial clamping ring sits in a clamping or non-positive manner. Furthermore, the receiving arrangement has a tangential tension element, through which the inner clamping surface is contracted in the circumferential direction or slightly reduced radially, so that the inner clamping surface of the side wall is firmly clamped by the outer clamping surface of the drive unit.
  • a tangential tension element is to be understood as meaning a machine element that pulls together the entire circular inner clamping surface, which can be formed both by the relevant side wall and by another machine element, in the circumferential direction or radially.
  • the tangentiality of the tension element thus relates to the effect of the tension element that narrows the inner clamping surfaces.
  • the tangential tension element preferably lies in the plane that is spanned by the two clamping surfaces. Large translational forces as well as large torques can be transmitted via the two circular clamping surfaces connected to one another in a combined positive and non-positive connection.
  • tangential tension element Since the tangential tension element is also arranged approximately in the vertical plane, essentially tension forces are transmitted via the tangential tension element, whereas shear forces represent at most a small force component. Furthermore, a clamping ring attachment places only low demands on the manufacturing tolerances of the receiving arrangement. In practice, this is of great importance because the drive units usually come from a different manufacturer than the bicycle frame in which the drive units are installed.
  • the outer clamping surface of the radial clamping ring on the drive side is in direct contact with the corresponding inner clamping surface of the receiving arrangement.
  • a separating ring is arranged between the outer clamping surface of the drive unit and the inner clamping surface of the side wall, which separates the two clamping surfaces slightly from one another and consists of a different material than the side wall.
  • the separating ring is preferably softer than the components forming the inner clamping surface and the outer clamping surface, and the separating ring is particularly preferably made of plastic.
  • the separating ring has a tolerance-compensating effect due to its plastic and/or elastic compressibility.
  • the separating ring consists of an electrically non-conductive material, it ensures galvanic isolation, so that bimetal corrosion is prevented when using different metals for the drive housing on the one hand and the side wall on the frame side on the other hand.
  • the outer clamping surface and the corresponding inner clamping surface viewed in the cross section of the clamping surface, can each have a conical, convex-concave or concave-convex or other cross-sectional shape.
  • the outer clamping surface and the corresponding inner clamping surface are essentially cylindrical.
  • the clamping surfaces can be roughened or structured differently in order to increase the friction between the clamping surfaces and the separating ring.
  • the inner clamping surface formed by the side wall extends over a clamping surface angle of at least 120° to a maximum of 180°, based on the bottom bracket axis.
  • the clamping surface angle is the angle of the inner clamping surface formed by the side wall.
  • the complementary opening angle is therefore in any case equal to or greater than 180°, so that the outer clamping surface of the drive-side radial clamping ring can be inserted in the radial direction into the inner clamping surface of the side wall.
  • the tangential tension element is preferably designed as a U-shaped tension bracket, the two bracket ends of which are anchored in the side wall.
  • the tension bracket particularly preferably forms exactly a semicircular loop, so that the two bracket ends are exactly parallel to one another are aligned.
  • the clamping bracket can be inserted with its bracket ends into corresponding tangential bores in the side wall and fixed there.
  • the bracket ends can be fixed or anchored in the side edge, for example, with threaded nuts, which are screwed onto the two bracket ends, each of which is provided with an external thread.
  • the side wall is preferably formed in one piece with the bicycle frame.
  • the side wall can be a monolithic part of the other parts of the bicycle frame, or it can be connected in one piece to the other parts via a welded joint. In this way, the forces are transferred over a large area from the side wall to the rest of the bicycle frame.
  • the inner clamping surface formed by the side wall extends over a clamping surface angle of at least 181° and at most 359° in relation to the bottom bracket axis. The opening angle that is complementary to this is therefore less than 180°.
  • the radial clamping ring on the drive side must therefore be inserted axially into the opening in the relevant side wall on the frame side that defines the inner clamping surface.
  • the side wall inner clamping surface is simply interrupted by a separating slot.
  • the sections of the side wall in question that are separated from one another by the separating slot are pulled together by the tangential tension element designed as a linear tension bolt, so that in this way the inner clamping surface in question is pulled together in the circumferential direction and consequently radially, so that the radial clamping ring on the drive side is clamped.
  • the frame-side side wall can be dimensioned and designed so that they can also absorb and transmit very high translational and rotational forces without any problems.
  • the side wall having the inner clamping surface is preferably formed separately from the bicycle frame and is fastened or mounted on the bicycle frame by fastening elements.
  • a separate side wall is particularly preferably provided on each of the two lateral sides.
  • Each side wall is first loosely mounted on the relevant left and right radial clamping ring, and only then are the two side walls fastened or mounted on the bicycle frame. Then the tangential tension elements are finally tightened.
  • the design and position of the fastening elements for fastening the side walls to the bicycle frame can be designed and selected relatively freely, and can be specifically targeted where the forces are introduced directly into the seat tube, the down tube and/or the rear wheel stays.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a first embodiment of an electric bicycle central motor fastening arrangement with a frame-side receiving arrangement, which is designed as a clamping plate, and a drive unit mounted therein,
  • FIG. 2 shows a vertical longitudinal section II-II of a frame-side left side wall of the receiving arrangement or the fastening arrangement of FIG. 1
  • Figure 3 shows a cross section III - III of the fastening arrangement of Figures 1 and 2
  • Figure 4 shows a cross section IV - IV of the fastening arrangement of Figures 1-3
  • Figure 5 shows a perspective view of a second embodiment of an electric bicycle central motor mounting arrangement with a frame-side mounting arrangement including a tension bracket and a drive unit mounted in the mounting arrangement,
  • Figure 6 shows a cross section VI - VI of the fastening arrangement of Figures 5 and 7, and Figure 7 shows a vertical longitudinal section VII - VII of the left receiving arrangement or fastening arrangement of Figures 5 and 6.
  • the drive unit 40 is designed as a central motor, so it carries and supports both a bottom bracket shaft 50 and an output shaft 52.
  • the drive unit 40 works in a purely supportive manner during regular ferry operation, and supports the humane drive power of a driver during ferry operation, which he uses two pedal cranks (not shown) in the bottom bracket shaft 50 initiates.
  • the entire output power ie the sum of the human drive power and the electromotive drive power, is transmitted via an intermediate output element 48 which is non-rotatably connected to the output shaft 52 and an output element attached thereto (Not shown), for example a chain ring, transmitted to the rear wheel of the electric bicycle via a chain or a belt.
  • An electric bicycle bicycle frame 12 is shown incomplete in each of the figures, with a base body 112; 212 of a center motor mounting arrangement 20; 220 rigidly connecting two rear wheel stays 12'", a seat tube 12" and a down tube 12'.
  • the receiving base body 112; 212 and the other parts of the bicycle frame 12 are made of metal, for example aluminum, but can also be made of steel or a fiber-reinforced plastic.
  • the central motor drive unit 40 has a drive housing 46 composed of two housing shells 461, 462, in which the bottom bracket shaft 50, which penetrates the drive housing 46 in the transverse direction, and the output shaft 52, which is arranged coaxially and parallel thereto, are rotatably mounted with respect to one another and rotatably with respect to the drive housing 46.
  • the bottom bracket shaft 50 and the output shaft 52 arranged coaxially thereto rotate about the bottom bracket axle 50'.
  • a form-fitting structure 501, 502 is provided on each of the two longitudinal ends of the bottom bracket shaft 50, on which a pedal crank can be fixed in a torque-proof manner.
  • the drive housing 46 Also housed in the drive housing 46 is an electric drive motor 110 and a gear, not shown in the figures.
  • the bottom bracket shaft 50 and the output shaft 52 emerge from the drive housing 46 on the lateral sides of the drive housing 46 through a respective housing opening.
  • the drive housing 46 viewed in the longitudinal direction of the drive housing, is functionally divided into a bottom bracket part 42 and a motor part 44 divided up.
  • the bottom bracket part 42 of the drive housing 46 has the bottom bracket shaft 50 and the output shaft 52 , whereas the electric drive motor 110 is accommodated in the motor part 44 .
  • the drive motor 110 is partially housed by a hollow-cylindrical motor pot 74 of the drive housing 46, the lateral of the right
  • the drive unit 40 has an annular radial clamping ring 621, 622 on both lateral sides, which is arranged coaxially to the bottom bracket axle 50', and which has a circular cylindrical outer clamping surface 64 in each case, which is formed by a correspondingly shaped opening flange of the drive housing 46.
  • Both lateral sides of the fastening arrangement 60; 260 are essentially mirror-symmetrical to the vertical longitudinal plane, as can be seen in FIGS.
  • the drive unit 40 is identical in both exemplary embodiments described.
  • the receiving arrangement 20 has two frame-side side walls 514, 516, each standing essentially in a vertical plane, which are separate from the bicycle frame 12 or from the receiving
  • Base body 112 are formed, and by bolt-like
  • Fastening elements 550,552 are fastened to the bicycle frame or the receiving base body 112.
  • the two side walls 514,516 are each formed as clamping plates, each one
  • Inner clamping surface 32 is interrupted in the circumferential direction by a separating slot 530 which is bridged by a tangential tension element 540 .
  • the tangential tension element 540 is formed by a linear threaded tension bolt 542 which, with its external thread 544 in a corresponding side wall internal thread 546 is screwed in above the separating slot 530 and which is inserted with its adjoining section in a side wall cylinder bore 548 of the side wall 514 , 516 below the separating slot 530 .
  • a threaded nut 549 is screwed onto the distal end of the tie bolt and tightened with a high torque, so that the inner clamping surface 32 is contracted tangentially or in the circumferential direction and is narrowed radially at the same time.
  • a closed and hollow-cylindrical plastic separating ring 300 is arranged between the outer clamping surface 64 of the drive unit 40 and the corresponding inner clamping surface 32 of the side wall 514, 516 Metal sidewall 514.516 is excluded.
  • the mid-motor mounting arrangement 220 is essentially composed of a mounting base body 212, which connects the down tube 12', the seat tube 12" and the two rear wheel struts 12"' to one another in one piece, and two side walls 214,216 formed, which are on both lateral sides of the receiving arrangement 220 substantially in a vertical longitudinal plane.
  • Each side wall 214, 216 forms an approximately half-shell inner clamping surface 232, which in the present case extends over a clamping surface angle K of approximately 160°.
  • both of the side wall 214.216 formed respective inner clamping surface 231 and the corresponding outer clamping surface 64 of the drive unit 40 each cylindrical.
  • the receiving base body 212 and the two side walls 214, 216 together form a monolithic one-piece metal receiving body 210.
  • the tangential tension element 240 is formed by a U-shaped tension bracket 242, the two linear bracket ends 244,245 of which are anchored in the side wall 214,216 Inner clamping surface 230.
  • the two linear bracket sections 235 of the tension bracket 242 are designed to be fully cylindrical and are inserted in corresponding cylinder bores 237 in the respective side wall 214, 216, with the two continuous cylinder bores 237 being arranged parallel to one another.
  • the two bracket ends 244,245 are each provided with an external thread 247 onto which a threaded nut 249 is screwed, by which the respective bracket end 244,245 is supported or anchored on a corresponding annular flange 270.
  • the part of the respective side wall 214, 216 forming the inner clamping surface 32 and the respective tangential tension element 240 together form a clamping ring arrangement 200.
  • the two clamping ring arrangements 200 together form a central motor mounting arrangement 220.
  • the central motor mounting arrangement 220 together with the drive unit 40 forms a Electric bike mid-motor mounting assembly 260.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (60) mit einem Fahrradrahmen (12) mit einer rahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahmeanordnung (20) und einer in der Aufnahmeanordnung montierten Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit (40) wobei die Antriebseinheit (40) aufweist: ein Antriebsgehäuse (46), eine das Antriebsgehäuse (46) in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle (50) und eine hierzu parallele Abtriebswelle (52), ein im Wesentlichen kreisringförmiger Radialklemmring (621,622), der dem Antriebsgehäuse (46) an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit (40) und koaxial zu der Tretlager-Axialen (50') zugeordnet ist, wobei der Radialklemmring (621,622) eine zirkuläre Außen-Klemmfläche (64) aufweist, und wobei die Aufnahmeanordnung (20) aufweist: eine an mindestens einer Lateralseite am Fahrradrahmen (12) befestigten Spannringanordnung (500) mit einer im Wesentlichen in einer Vertikalebene stehenden rahmenseitigen Seitenwand (512,514) mit einer Innen-Klemmfläche (32) in der die korrespondierende Außen-Klemmfläche (64) des antriebsseitigen Radialklemmrings (621,622) klemmend sitzt, und mindestens ein Tangential-Zugelement (540), durch das die Außen-Klemmfläche (64) der Antriebseinheit (40) radial in die Innen-Klemmfläche (32) der Seitenwand (514,516) gedrückt wird.

Description

B E S C H R E I B U N G
Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine
Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer
Mittelmotor-Aufnahmeanordnung und einer in der Aufnahmeanordnung montierten Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit. Unter einem Elektrofahrrad ist vorliegend jeder Fahrradtyp zu verstehen, der eine unterstützende elektrische Antriebseinheit aufweist, die die von einer Fahrerperson in eine Tretlagerwelle eingeleitete humane Antriebsleistung durch eine entsprechende elektromotorische Antriebsleistung ergänzt, soweit dies gewünscht ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Befestigung einer sogenannten
Mittelmotor-Antriebseinheit, die sowohl die Tretkurbelwelle rotatorisch lagert als auch eine Abtriebswelle aufweist. Die Abtriebswelle treibt über ein Abtriebselement, beispielsweise ein Kettenblatt, ein Flinterrad des Elektrofahrrads an. Bei einer Mittelmotor-Antriebseinheit können über die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle kurzzeitig sehr hohe mechanische Kräfte auf die Antriebseinheit einwirken, die von der Antriebseinheit auf den Fahrradrahmen übertragen werden müssen, und zwar sowohl hohe translatorische als auch hohe rotatorische Kräfte. Aus WO 2015/015014 Al, DE 10 2016 115 681 Al, CN 104 773 254 A und CN 104 787 224 B sind jeweils Mittelmotor-
Befestigungsanordnungen bekannt, bei denen an mindestens einer Stelle des Kraftflusses zwischen dem Antriebsgehäuse der Antriebseinheit und einer rahmenseitigen Mittelmotor- Aufnahmeanordnung insbesondere die translatorischen Vertikalkräfte und/oder die rotatorischen Kräfte über Scherkräfte in Befestigungselementen zwischen dem Antriebsgehäuse und der Aufnahmeanordnung übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit verbesserter Kraftübertragung zwischen der Antriebseinheit und der rahmenseitigen Befestigungsanordnung zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Die Richtungsangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf ein vorwärtsfahrendes Elektrofahrrad, das auf einer Horizontalebene steht. Eine Lateralseite ist demnach die rechte oder die linke Seite des Elektrofahrrads.
Die erfindungsgemäße Elektrofahrrad- Mittelmotor-
Befestigungsanordnung besteht aus einem Fahrradrahmen mit einer rahmenseitigen Mittelmotor- Aufnahmeanordnung und einer in der Mittelmotor- Aufnahmeanordnung montierten modularen Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit. Die Antriebseinheit weist ein tragendes Antriebsgehäuse, einen elektrischen Antriebsmotor, eine das Antriebsgehäuse in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle und eine hierzu parallele Abtriebswelle auf. Grundsätzlich können die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle von einer einzigen Welle gebildet werden. Besonders bevorzugt sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle jedoch separate Wellen. Besonders bevorzugt sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander in dem Antriebsgehäuse gelagert. Während die Tretlagerwelle das Antriebsgehäuse an beiden Lateralseiten, bezogen auf die Fahrtrichtung des Elektrofahrrads, durchdringt, durchdringt die Abtriebswelle das Antriebsgehäuse nur einseitig lateral, in der Regel auf der linken Lateralseite.
Dem Antriebsgehäuse ist an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit und koaxial zu der Tretlager-Axialen ein im Wesentlichen kreisringförmiger Radialklemmring zugeordnet, wobei der Radialklemmring eine zirkuläre Außen-Klemmfläche aufweist. Die Außen-Klemmfläche ist dazu ausgebildet, eine mittelbare oder unmittelbare radiale Spann- beziehungsweise Klemmverbindung mit einer korrespondierenden rahmenseitigen Innen-Klemmfläche einzugehen.
Die dem Fahrradrahmen zugeordnete Aufnahmeanordnung weist an mindestens einer Lateralseite eine am Fahrradrahmen befestigte Spannringanordnung mit einer im Wesentlichen in einer Vertikalebene stehenden rahmenseitigen Seitenwand auf, die eine Innen-Klemmfläche bildet, in die die korrespondierende Außen-Klemmfläche des antriebsseitigen Radialklemmrings klemmend bzw. kraftschlüssig sitzt. Ferner weist die Aufnahmeanordnung ein Tangential-Zugelement auf, durch das die Innen-Klemmfläche in Umfangsrichtung zusammengezogen bzw. radial geringfügig verkleinert wird, sodass Innen-Klemmfläche der Seitenwand durch die Außen-Klemmfläche der Antriebseinheit fest umklammert wird. Unter einem Tangential-Zugelement ist vorliegend ein Maschinenelement zu verstehen, das die gesamte zirkuläre Innen- Klemmfläche, die sowohl von der betreffenden Seitenwand als auch von einem weiteren Maschinenelement gebildet sein kann, in Umfangsrichtung bzw. radial zusammengezogen wird. Die Tangentialität des Zugelements bezieht sich also auf die Innenklemmflächen verengende Wirkung des Zugelements. Das Tangential-Zugelement liegt vorzugsweise in der Ebene, die durch die beiden Klemmflächen aufgespannt ist. Über die beiden im kombinierten Formschluss und Kraftschluss miteinander verbundenen zirkulären Klemmflächen können große translatorische Kräfte sowie auch große Drehmomente übertragen werden. Da das Tangential-Zugelement ebenfalls ungefähr in der Vertikalebene angeordnet ist, werden über das Tangential-Zugelement im Wesentlichen Zugkräfte übertragen, wohingegen Scherkräfte allenfalls eine kleine Kraftkomponente darstellen. Ferner stellt eine Spannring-Befestigung nur geringe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen der Aufnahmeanordnung. Dies ist in der Praxis deshalb von großer Bedeutung, weil die Antriebseinheiten in aller Regel von einem anderen Fiersteller stammen als die Fahrradrahmen, in denen die Antriebseinheiten verbaut werden.
Grundsätzlich ist es möglich, dass die Außen-Klemmfläche des antriebsseitigen Radialklemmrings mit der korrespondierenden Innen-Klemmfläche der Aufnahmeanordnung unmittelbar in Kontakt steht. Besonders bevorzugt ist jedoch zwischen der Außen-Klemmfläche der Antriebseinheit und der Innen-Klemmfläche der Seitenwand ein Trennring angeordnet, der die beiden Klemmflächen geringfügig voneinander beabstandet, und der aus einem anderen Material besteht als die Seitenwand. Vorzugsweise ist der Trennring weicher als die die Innen-Klemmfläche und die Außen-Klemmfläche bildenden Bauteile, und besonders bevorzugt besteht der Trennring aus Kunststoff. Zum einen wirkt der Trennring aufgrund seiner plastischen und/oder elastischen Kompressibilität toleranzausgleichend. Ferner sorgt der Trennring, wenn er aus einem elektrisch nicht-leitenden Material besteht, als galvanische Trennung, sodass hierdurch bei Verwendung von verschiedenen Metallen für das Antriebsgehäuse einerseits und die rahmenseitige Seitenwand andererseits Bimetallkorrosion verhindert wird. Grundsätzlich können die Außen-Klemmfläche und die korrespondierende Innen-Klemmfläche, im Klemmflächen-Querschnitt betrachtet, eine jeweils konische, eine konvex- konkave bzw. konkav- konvexe oder eine andere Querschnittsform aufweisen. Besonders bevorzugt sind die Außen-Klemmfläche und die korrespondierende Innen-Klemmfläche im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Hierdurch sind die Anforderungen an die Genauigkeit und Toleranztreue der Außen-Klemmfläche und der korrespondierenden Innen-Klemmfläche relativ niedrig. Die Klemmflächen können aufgerauht oder anders strukturiert sein, um die Friktion zwischen den Klemmflächen beziehungsweise zu dem Trennring zu erhöhen.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Befestigungsanordnung erstreckt sich die von der Seitenwand gebildete Innen-Klemmfläche über einen Klemmflächen-Winkel von mindestens 120° bis maximal 180°, bezogen auf die Tretlager-Axiale. Der Klemmflächen-Winkel ist der Winkel der von der Seitenwand gebildeten Innen-Klemmfläche. Der hierzu komplementäre Öffnungswinkel ist also in jedem Fall gleich oder größer als 180°, so dass die Außen-Klemmfläche des antriebsseitigen Radialklemmrings in radialer Richtung in die Innen-Klemmfläche der Seitenwand eingesetzt werden kann. Hierdurch ist eine einfache Montierbarkeit der Antriebseinheit an dem Fahrradrahmen ermöglicht. Das zu einer vollständigen Umschlingung des antriebsseitigen Radialklemmrings erforderliche Bauteil wird erst nach dem Einsetzen der Antriebseinheit in die Innen-Klemmfläche der rahmenseitigen Seitenwand montiert.
Vorzugsweise ist das Tangential-Zugelement als U-förmiger Zugbügel ausgebildet, dessen beide Bügelenden in der Seitenwand verankert sind. Besonders bevorzugt bildet der Zugbügel exakt eine halbkreisförmige Schleife, sodass die beiden Bügelenden exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Zugbügel kann auf diese Weise mit seinen Bügelenden in korrespondierende tangentiale Bohrungen der Seitenwand eingesteckt und dort fixiert werden. Die Fixierung bzw. Verankerung der Bügelenden in der Seitenrand kann beispielsweise mit Gewindemuttern erfolgen, die auf die beiden jeweils mit einem Außengewinde versehenen Bügelenden aufgeschraubt werden.
Vorzugsweise ist die Seitenwand einstückig mit dem Fahrradrahmen ausgebildet. Beispielsweise kann die Seitenwand ein monolithischer Teil der übrigen Teile des Fahrradrahmens sein, oder aber mit den übrigen Teilen über eine Schweißverbindung einstückig verbunden sein. Auf diese Weise wird eine großflächige Übertragung der Kräfte von der Seitenwand auf den übrigen Fahrradrahmen realisiert. Gemäß einer alternativen Ausführungsform erstreckt sich die von der Seitenwand gebildete Innen-Klemmfläche über einen Klemmflächen-Winkel von mindestens 181° und höchstens 359° in Bezug auf die Tretlager-Axiale. Der hierzu komplementäre Öffnungswinkel ist also kleiner als 180°. Der antriebsseitige Radialklemmring muss daher axial in die die Innen-Klemmfläche definierende Öffnung der betreffenden rahmenseitigen Seitenwand eingesetzt werden.
Die Seitenwand-Innen-Klemmfläche ist durch einen Trennschlitz einfach unterbrochen. Die durch den Trennschlitz voneinander getrennten Abschnitte der betreffenden Seitenwand werden durch das als linearer Zugbolzen ausgebildete Tangential-Zugelement zusammengezogen, sodass auf diese Weise die betreffende Innen-Klemmfläche in Umfangsrichtung und folglich radial zusammengezogen wird, sodass der antriebsseitige Radialklemmring eingeklemmt wird. Die rahmenseitige Seitenwand kann so dimensioniert und ausgelegt werden, dass sie problemlos auch sehr hohe translatorische wie rotatorische Kräfte aufnehmen bzw. übertragen kann.
Vorzugsweise ist die die Innen-Klemmfläche aufweisende Seitenwand separat von dem Fahrradrahmen ausgebildet, und ist durch Befestigungselemente an dem Fahrradrahmen befestigt bzw. montiert. Besonders bevorzugt ist an beiden Lateralseiten jeweils eine separate Seitenwand vorgesehen. Jede Seitenwand wird zunächst auf den betreffenden linken und rechten Radialklemmring locker montiert, und erst anschließend werden die beiden Seitenwände an dem Fahrradrahmen befestigt bzw. montiert. Anschließend werden die Tangential-Zugelemente final angezogen. Die Auslegung und Position der Befestigungselemente für die Befestigung der Seitenwände an dem Fahrradrahmen kann relativ frei gestaltet und gewählt werden, und kann insbesondere gezielt dort erfolgen, wo die Kräfte unmittelbar in das Sattelrohr, das Unterrohr und/oder die Hinterradstreben eingeleitet werden.
Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer rahmenseitigen Aufnahmeanordnung, die als Klemmplatte ausgebildet ist, und einer darin montierten Antriebseinheit,
Figur 2 einen vertikalen Längsschnitt II-II einer rahmenseitigen linken Seitenwand der Aufnahmeanordnung bzw. der Befestigungsanordnung der Figur 1, Figur 3 einen Querschnitt III - III der Befestigungsanordnung der Figuren 1 und 2,
Figur 4 einen Querschnitt IV - IV der Befestigungsanordnung der Figuren 1-3,
Figur 5 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer rahmenseitigen Aufnahmeanordnung einschließlich eines Zugbügels, und einer in der Aufnahmeanordnung montierten Antriebseinheit,
Figur 6 einen Querschnitt VI - VI der Befestigungsanordnung der Figuren 5 und 7, und Figur 7 einen vertikalen Längsschnitt VII - VII der linken Aufnahmeanordnung bzw. Befestigungsanordnung der Figuren 5 und 6.
In den Figuren 1 und 5 ist jeweils eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung 60; 260 einschließlich einer elektrischen Antriebseinheit 40 eines Elektrofahrrads dargestellt, das ein sogenanntes Pedelec ist. Die Antriebseinheit 40 ist als Mittelmotor ausgebildet, trägt und lagert also sowohl eine Tretlagerwelle 50 als auch eine Abtriebswelle 52. Die Antriebseinheit 40 arbeitet im regulären Fährbetrieb rein unterstützend, und unterstützt im Fährbetrieb die humane Antriebsleistung einer Fahrerperson, die diese über zwei nicht dargestellte Tretkurbeln in die Tretlagerwelle 50 einleitet. Die gesamte Abtriebsleistung, also die Summe aus der humanen Antriebsleistung und der elektromotorischen Antriebsleistung, wird über ein mit der Abtriebswelle 52 drehfest verbundenes Abtriebszwischenelement 48 und ein daran befestigtes Abtriebselement (nicht dargestellt), beispielsweise ein Kettenblatt, über eine Kette oder einen Riemen auf das Hinterrad des Elektrofahrrads übertragen.
In den Figuren ist jeweils ein Elektrofahrrad-Fahrradrahmen 12 unvollständig dargestellt, wobei ein Aufnahme-Grundkörper 112;212 einer Mittelmotor-Aufnahmeanordnung 20;220 zwei Hinterradstreben 12'", ein Sattelrohr 12" sowie ein Unterrohr 12' steif miteinander verbindet. Der Aufnahme-Grundkörper 112;212 sowie die übrigen Teile des Fahrradrahmens 12 bestehen aus Metall, beispielsweise aus Aluminium, können jedoch auch aus Stahl oder aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen.
Die Mittelmotor-Antriebseinheit 40 weist ein aus zwei Gehäuseschalen 461,462 zusammengesetztes Antriebsgehäuse 46 auf, in dem die das Antriebsgehäuse 46 in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle 50 und die hierzu koaxial und parallel angeordnete Abtriebswelle 52 zueinander drehbar und zum Antriebsgehäuse 46 drehbar gelagert sind. Die Tretlagerwelle 50 und die hierzu koaxial angeordnete Abtriebswelle 52 rotieren um die Tretlager-Axiale 50'. An den beiden Längsenden der Tretlagerwelle 50 ist jeweils eine Formschlussstruktur 501,502 vorgesehen, auf die drehfest jeweils eine Pedalkurbel fixiert werden kann.
In dem Antriebsgehäuse 46 ist ferner ein elektrischer Antriebsmotor 110 sowie ein in den Figuren nicht dargestelltes Getriebe untergebracht. Die Tretlagerwelle 50 und die Abtriebswelle 52 treten an den Lateralseiten des Antriebsgehäuses 46 durch jeweils eine Gehäuseöffnung aus dem Antriebsgehäuse 46 heraus. Das Antriebsgehäuse 46 ist, in Antriebsgehäuse-Längsrichtung betrachtet, funktional in einen Tretlager-Teil 42 und in einen Motor-Teil 44 aufgeteilt. Der Tretlager-Teil 42 des Antriebsgehäuses 46 weist die Tretlagerwelle 50 und die Abtriebswelle 52 auf, wohingegen in dem Motor-Teil 44 der elektrische Antriebsmotor 110 untergebracht ist. Der Antriebsmotor 110 ist teilweise durch einen hohlzylindrischen Motortopf 74 des Antriebsgehäuses 46 eingehaust, der lateral von der rechten
Seitenwand des Antriebsgehäuses 46 abragt. Die Antriebseinheit 40 weist an beiden Lateralseiten jeweils einen kreisringförmigen Radialklemmring 621,622 auf, der koaxial zu der Tretlager-Axialen 50' angeordnet ist, und der jeweils eine zirkuläre zylindrische Außen-Klemmfläche 64 aufweist, die von einem entsprechend ausgeformten Öffnungsflansch des Antriebsgehäuses 46 gebildet wird.
Beide Lateralseiten der Befestigungsanordnung 60;260 sind im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Vertikal-Längsebene aufgebaut, wie in den Figuren 3 und 6 erkennbar ist. Die Antriebseinheit 40 ist in beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen identisch.
In dem in den Figuren 1-4 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel weist die Aufnahmeanordnung 20 zwei im Wesentlichen jeweils in einer Vertikalebene stehende rahmenseitige Seitenwände 514,516 auf, die separat von dem Fahrradrahmen 12 bzw. von dem Aufnahme-
Grundkörper 112 ausgebildet sind, und durch bolzenartige
Befestigungselemente 550,552 an dem Fahrradrahmen bzw. dem Aufnahme-Grundkörper 112 befestigt sind. Die beiden Seitenwände 514,516 sind jeweils als Klemmplatten ausgebildet, die jeweils eine
Innen-Klemmfläche 32 aufweisen, die sich über einen
Klemmflächen-Winkel K' von ungefähr 355° erstreckt. Die
Innen-Klemmfläche 32 ist in Umfangsrichtung durch einen Trennschlitz 530 unterbrochen, der durch ein Tangential-Zugelement 540 überbrückt ist. Das Tangential-Zugelement 540 wird vorliegend von einem linearen Gewinde-Zugbolzen 542 gebildet, der mit seinem Außengewinde 544 in ein korrespondierendes Seitenwand-Innengewinde 546 oberhalb des Trennschlitzes 530 eingeschraubt ist und der mit seinem sich daran anschließenden Abschnitt in einer Seitenwand-Zylinderbohrung 548 der Seitenwand 514,516 unterhalb des Trennschlitzes 530 eingesteckt ist. Auf das distale Zugbolzen-Ende ist eine Gewindemutter 549 aufgeschraubt und mit einem hohen Drehmoment angezogen, sodass die Innen-Klemmfläche 32 tangential bzw. in Umfangsrichtung zusammengezogen und dabei radial verengt ist. Zwischen der Außen-Klemmfläche 64 der Antriebseinheit 40 und der korrespondierenden Innen-Klemmfläche 32 der Seitenwand 514,516 ist jeweils ein geschlossener und hohlzylindrischer Kunststoff-Trennring 300 angeordnet, der toleranzausgleichend wirkt und durch den ein unmittelbarer galvanischer Kontakt zwischen dem Metall-Antriebsgehäuse 46 und der betreffenden Metall-Seitenwand 514,516 ausgeschlossen ist.
Der die Innen-Klemmfläche 32 bildende Teil der Seitenwand 514,516 und das jeweilige Tangential-Zugelement 540 bilden zusammen jeweils eine Spannringanordnung 500.
In dem in den Figuren 5-7 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel wird die Mittelmotor-Aufnahmeanordnung 220 im Wesentlichen von einem Aufnahme-Grundkörper 212, der das Unterrohr 12', das Sattelrohr 12" und die beiden Hinterrad-Streben 12"' einstückig miteinander verbindet, und zwei Seitenwänden 214,216 gebildet, die an beiden Lateralseiten der Aufnahmeanordnung 220 im Wesentlichen in einer vertikalen Längsebene stehen. Jede Seitenwand 214,216 bildet jeweils eine annähernd halbschalige Innen-Klemmfläche 232, die sich vorliegend über einen Klemmflächen-Winkel K von ungefähr 160° erstreckt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist sowohl die von der Seitenwand 214,216 gebildete jeweilige Innen-Klemmfläche 231 als auch die hierzu korrespondierende Außen-Klemmfläche 64 der Antriebseinheit 40 jeweils zylindrisch ausgebildet. Der Aufnahme-Grundkörper 212 und die beiden Seitenwände 214,216 bilden zusammen einen monolithischen einstückigen Metall-Aufnahmekörper 210.
Das Tangential-Zugelement 240 wird in diesem Ausführungsbeispiel jeweils von einem U-förmigen Zugbügel 242 gebildet, dessen beide lineare Bügelenden 244,245 in der Seitenwand 214,216 verankert sind Der Zugbügel 242 bildet mit der Innenseite seiner halbkreisring-förmigen 180°-Bucht 233 ebenfalls eine flächige zylindrische Innen-Klemmfläche 230. Die beiden Linear-Bügelabschnitte 235 des Zugbügels 242 sind vollzylindrisch ausgebildet und stecken in korrespondierenden Zylinderbohrungen 237 der jeweiligen Seitenwand 214,216, wobei die beiden durchgehenden Zylinderbohrungen 237 parallel zueinander angeordnet sind. Die beiden Bügelenden 244,245 sind jeweils mit einem Außengewinde 247 versehen, auf das jeweils eine Gewindemutter 249 aufgeschraubt ist, durch die das jeweilige Bügelende 244,245 an einem entsprechenden Ringflansch 270 abgestützt bzw. verankert ist.
Der die Innen-Klemmfläche 32 bildende Teil der jeweiligen Seitenwand 214,216 und das jeweilige Tangential-Zugelement 240 bilden zusammen jeweils eine Spannringanordnung 200. Die beiden Spannringanordnungen 200 zusammen bilden eine Mittelmotor-Aufnahmeanordnung 220. Die Mittelmotor-Aufnahmeanordnung 220 bildet zusammen mit der Antriebseinheit 40 eine Elektrofahrrad- Mittelmotor- Befestigungsanordnung 260.

Claims

A N S P R Ü C H E
1. Eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (60;260) mit einem Fahrradrahmen (12) mit einer rahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahmeanordnung (20;220) und einer in der Aufnahmeanordnung montierten
Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit (40), wobei die Antriebseinheit (40) aufweist: ein Antriebsgehäuse (46), eine das Antriebsgehäuse (46) in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle (50) und eine hierzu parallele Abtriebswelle (52), ein im Wesentlichen kreisringförmiger Radialklemmring (621,622), der dem Antriebsgehäuse (46) an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit (40) und koaxial zu der Tretlager-Axialen (50') zugeordnet ist, wobei der Radialklemmring (621,622) eine zirkuläre Außen-Klemmfläche (64) aufweist, und wobei die Aufnahmeanordnung (20;220) aufweist: eine an mindestens einer Lateralseite am Fahrradrahmen (12) befestigten Spannringanordnung (500;200) mit einer im Wesentlichen in einer Vertikalebene stehenden rahmenseitigen Seitenwand (514,516;214,216) mit einer Innen-Klemmfläche (32;232), in der die korrespondierende Außen-Klemmfläche (64) des antriebsseitigen Radialklemmrings (621,622) sitzt, und mindestens ein Tangential-Zugelement (540;240), durch das die Außen-Klemmfläche (64) der Antriebseinheit (40) radial in die Innen-Klemmfläche (32;232) der Seitenwand (514,516;214,216) gespannt wird.
2. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (60;260) nach Anspruch 1, wobei zwischen der Außen-Klemmfläche (64) der Antriebseinheit (40) und der Innen-Klemmfläche (32;232) der Seitenwand (514,516; 214,216) ein Trennring (300) angeordnet ist, der aus einem anderen Material besteht als die Seitenwand (514,516; 214,216), und der vorzugsweise aus Kunststoff besteht.
3. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (60;260) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Außen-Klemmfläche (64) und die korrespondierende Innen-Klemmfläche (32; 232) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet sind.
4. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (260) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die von der Seitenwand (214,216) gebildete Innen-Klemmfläche (232) sich über einen Klemmflächen-Winkel K zwischen mindestens 125° bis maximal 180° bezogen auf die Tretlager-Axiale (50') erstreckt.
5. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (260) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Tangential-Zugelement (240) als U-förmiger Zugbügel (242) ausgebildet ist, dessen beide Bügelenden (244,245) in der
Seitenwand (214,216) verankert sind.
6. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (260) nach
Anspruch 5, wobei die Seitenwand (214,216) einstückig mit dem Fahrradrahmen (12) ausgebildet ist.
7. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (60) nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1-4, wobei die von der Seitenwand (514,516) gebildete Innen-Klemmfläche (32) sich über einen Klemmflächen-Winkel K' von mindestens 181° und höchstens
359° in Bezug auf die Tretlager-Axiale (50') erstreckt, die Seitenwand-Innen-Klemmfläche (32) in Umfangsrichtung durch einen Trennschlitz (530) einfach unterbrochen ist, und das Tangential-Zugelement (540) als linearer Zugbolzen (542) ausgebildet ist, der die Seitenwand-Innen-Klemmfläche (232) tangential spannt.
8. Die Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (60) nach Anspruch 7, wobei die Seitenwand (514,516) separat von dem Fahrradrahmen (12) ausgebildet und durch Befestigungselemente (550,552) an dem Fahrradrahmen (12) montiert ist.
9. Die Befestigungsanordnung (60;260) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Tretlagerwelle (50) und die Abtriebswelle (52) koaxial zueinander gelagert sind.
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