DE102013215783A1 - bicycle drive - Google Patents

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Dietmar Rudy
Bettina Rudy
Ralf Moseberg
Dominic Abels
Henning Dombek
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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.Bicycle drive for a bicycle, with an electrically operated auxiliary motor (3), and with a multi-stage gear hub, which has a switching device (9) for switching a multi-speed hub (2), an electronic control or regulation both the auxiliary motor (3) and the Controls switching device (9), with an actuation of the switching device (9) an energization of the auxiliary motor (3) is reduced or switched off by means of the electronic control or regulation.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrradantrieb mit einer mehrstufigen Nabenschaltung. The present invention relates to a bicycle drive with a multi-stage hub gear.

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. Bicycles usually have hub gears or derailleurs. The driver selects the appropriate gear step by means of a manual switch. As a rule, these are rotary switches or swivel or toggle switches on the handlebars.

Aus DE 10 2009 014 246 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.Out DE 10 2009 014 246 A1 has become known a drive system for a motor-assisted bicycle. A control is provided 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.

Aufgabe der Erfindung war es, einen alternativen Fahrradantrieb anzugeben. Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Fahrradantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.The object of the invention was to provide an alternative bicycle drive. According to the invention this object has been achieved by the bicycle drive according to claim 1.

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.The bicycle drive for a bicycle according to the invention 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 power motor is reduced or switched off by means of the electronic control or regulation.

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.In this way, an undesirably high load on the multi-speed hub is excluded by the power motor at the moment of gear change. The reduction or, if necessary, the elimination of the current supply prevented on the side of the drive by the power motor, a mechanical load on gear parts that are involved in the switching process.

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.The electrically operated switching device may have an electrical switch connected to the electronic control unit and a linear actuator mechanically connected to the multi-speed hub. 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 energization of the power-assisted motor since, according to the invention, the energization is reduced or prevented by actuating the switching device via the connected electronic control or regulation.

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.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 a voltage applied to the crankshaft torque, 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. In the electronic control, shift points can be defined at certain pedaling frequencies and torques that trigger a shift. For example, if the driver steps with a high cadence, 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. During the gear change is ensured by the control according to the invention that the energization of the auxiliary motor is reduced or turned off.

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.The linear actuator may have an electrically driven actuator motor and a gear connected to the actuator motor, wherein the transmission converts input-side rotational movements in output-side linear movements of an actuator which is connected via a Bowden cable to the multi-speed hub.

Vorzugsweise ist das Getriebe als Planetenwälzgewindetrieb 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.Preferably, the transmission is designed as Planetenwälzgewindetrieb 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 with both the spindle nut and 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.

Derartige Planetenwälzgewindetrieb 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 Planetenwälzgewindetrieb den Linearaktor bilden.Such Planetenwälzgewindetrieb allow a very large reduction of an input-side rotation of a motor shaft in a linear movement of the actuator. For this reason, the use of very small-sized electric motors is possible, which can be operated at high speeds. The electric motors can form the linear actuator together with the planetary roller screw drive.

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.The actuator provided on the output side 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. Preferably, the axes of the traction cable and the adjusting axis of the actuating part coincide.

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.In a preferred embodiment of the invention, 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 has a Bowden cable for switching the multi-speed hub. The actuating part may be formed by the spindle nut or by a machine part fastened to the spindle nut. In this case, the threaded spindle is connected to the motor shaft and rotated while the spindle nut rotatably but longitudinally displaceable. The adjusting member may be formed by the threaded spindle or by a fixed to the threaded spindle machine part. In this case, the spindle nut is connected to the motor shaft and rotated, while the threaded spindle is rotatably but longitudinally displaceable.

Mit diesem Fahrradantrieb kann sowohl ein manuelles Schalten als auch ein automatisiertes Schalten der Mehrgangnabe erfolgen, wie weiter unten ausführlich beschrieben wird.With this bicycle drive, both manual shifting and automated shifting of the multi-speed hub can occur, as described in detail below.

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.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 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.An accumulator unit can be connected to the linear actuator, wherein the accumulator unit can be provided with an electronic control unit for controlling a switching operation of the linear actuator. For example, 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:
It can be provided an automatic position in which depends on the cadence of the driver and the torque load of the pedal crankshaft, the controller controls the linear actuator and triggers switching operations;
There may be provided a detent step portion with detent steps for the gears to manually operate the switching unit for a desired gear change.

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. A preferred embodiment of the invention provides that the linear actuator is housed in a frame tube of the bicycle frame. In this way, the linear actuator is protected against the effects of the weather and also very space-saving. The linear actuator may be housed in a saddle tube carrying the caliper or in a head tube receiving the front fork.

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.The linear actuator can be releasably attached to the frame tube by means of a fastening device. In this way, the linear actuator is arranged in the direction of the actuator either lockable or longitudinally displaceable.

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. 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. The one 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.

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 this automatic position of the linear actuator is held stationary via the one connected to the manual switching unit Bowden cable, wherein only the actuation of the linear actuator, the actuator for the automated circuit of the multi-speed hub is displaced.

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.In the detent step section, 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.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt drei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to two exemplary embodiments depicted in a total of three figures. Show it:

1 ein Fahrrad mit einem ersten erfindungsgemäßen Fahrradantrieb, 1 a bicycle with a first bicycle drive according to the invention,

2 ein Fahrrad mit einem zweiten erfindungsgemäßen Fahrradantrieb, und 2 a bicycle with a second bicycle drive according to the invention, and

3 einen Linearaktor des ersten und des zweiten erfindungsgemäßen Fahrradantriebes. 3 a linear actuator of the first and second bicycle drive according to the invention.

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. 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 on. The multi-speed hub is in a rear wheel 2 of the bicycle installed. At the diamond frame is a power engine 3 grown on the rear wheel 2 drives.

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.A chain 4 wraps around on a pedal crankshaft 5 arranged chainring 6 and a pinion gear 7 the multi-speed hub 1 , The crankshaft 5 is in a known manner with cranks 8th Mistake. An unillustrated torque sensor detects an on the crankshaft 5 applied torque. An unrecognized cadence sensor detects a speed of the pedal crankshaft 5 wherein the torque sensor and the cadence sensor are both connected to an electronic control unit 19 are connected.

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 11 angeschlossen ist. Der Bowdenzug 10 ist durch ein Oberrohr 12 des Diamantrahmens durchgeführt und im Bereich des nicht abgebildeten Steuerrohrs wieder herausgeführt.The multi-stage hub circuit has a switching device 9 on, having 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 shift unit has a first Bowden cable 10 on, on the one hand to the unillustrated rotary switch or rotary handle and on the other hand to a linear actuator 11 connected. The Bowden cable 10 is through a top tube 12 of the diamond frame and led out again in the area of the unillustrated head tube.

Der Linearaktor 11 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 11 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.The linear actuator 11 is part of an electromechanical switching unit 13 holding a second Bowden cable 14 for switching the multi-speed hub 1 having. The second Bowden cable 14 is on the one hand to an actuator 15 of the linear actuator 11 and on the other hand to a not further illustrated switching pin of the multi-speed hub 1 connected. The second Bowden cable 14 is over pulleys 14a from the seat tube 17 led to a chain stay of the bicycle frame.

An einem einen Sattel 16 tragenden Sitzrohr 17 des Diamantrahmens ist eine Akkumulatoreinheit 18 gehaltert, die sowohl den Hilfskraftmotor 3 als auch den Linearaktor 11 bestromt. Die Akkumulatoreinheit 18 umfasst ferner eine nicht abgebildete elektronische Steuereinheit 19, die sowohl den Hilfskraftmotor 3 als auch den Linearaktor 11 ansteuert.At one a saddle 16 carrying seat tube 17 The diamond frame is an accumulator unit 18 held, which both the auxiliary motor 3 as well as the linear actuator 11 energized. The accumulator unit 18 further includes an electronic control unit, not shown 19 that both the auxiliary engine 3 as well as the linear actuator 11 controls.

Der Linearaktor 11 und eine Teillänge des zweiten Bowdenzugs 14 sind in dem Sitzrohr 17 untergebracht. Der erste Bowdenzug 10 ist an einem Aktorgehäuse 20 des Linearaktors 11 befestigt; das Stellglied 15 ist gegenüber dem Aktorgehäuse 20 linear verschieblich angeordnet. Der Linearaktor 11 als Ganzes ist in dem Sitzrohr 17 längsverschieblich angeordnet.The linear actuator 11 and a partial length of the second Bowden cable 14 are in the seat tube 17 accommodated. The first Bowden cable 10 is on an actuator housing 20 of the linear actuator 11 attached; the actuator 15 is opposite the actuator housing 20 arranged linearly displaceable. The linear actuator 11 as a whole is in the seat tube 17 arranged longitudinally displaceable.

3 zeigt den Linearaktor 11 in einem Längsschnitt. Der Linearaktor 11 besteht im Wesentlichen aus einem Elektromotor 21, der auch als Aktormotor 21a bezeichnet werden kann, einem Planetenwälzgewindetrieb 22, dem Stellglied 15 und dem Aktorgehäuse 20, in dem der Elektromotor 21 und der Planetenwälzgewindetrieb 22 untergebracht sind. 3 shows the linear actuator 11 in a longitudinal section. The linear actuator 11 consists essentially of an electric motor 21 who also acts as an actuator motor 21a can be designated, a Planetenwälzgewindetrieb 22 , the actuator 15 and the actuator housing 20 in which the electric motor 21 and the planetary roller screw drive 22 are housed.

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.The planetary roller screw drive 22 has one on a threaded spindle 23 arranged spindle nut 24 on. In one of the threaded spindle 23 and the spindle nut 24 formed annulus 25 are planets distributed around the circumference 26 in rolling engagement with both the spindle nut 26 as well as with the threaded spindle 23 , The planets 26 are with a planetary groove profile 27 and the spindle nut 24 with a nut-side groove profile 28 Mistake. The threaded spindle 23 is with a helically wound around the spindle axis thread 29 Mistake. The threaded spindle 23 is non-rotatable with a motor shaft 30 in the actuator housing 20 salient electric motor 21 connected. The spindle nut 24 is rotationally fixed and axially displaceable in the actuator housing 20 arranged. The tubular actuator 15 is at the spindle nut 24 attached. The threaded spindle 23 is about a deep groove ball bearing 31 in the actuator housing 20 rotatably mounted.

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.Under rotation of the threaded spindle 23 roll the planets 27 on the threaded spindle 23 and at the spindle nut 24 from. The planets 27 rotate around its axis and rotate around the spindle axis. With such a planetary roller screw drive 22 Very large reductions can be realized, which allow proper operation of the Bowden cable to perform a gear change.

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.In the actuator housing 20 is a linear scale 33 contained, which can be designed as Leitpotenziometer. In the spindle nut 24 there is a contact piece 34 That as the pot strip 35 trained linear scale 33 contacted. As a linear sensor but any other physical measuring principle such as magnetoresistive, magnetostrictive, capacitive or inductive is conceivable.

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. Under actuating movements of the actuator 15 moves the contact piece 34 along the potentiometer strip 35 , about the perfect position of the actuator 15 in the actuator housing 20 is determined. To perform a gear change, the actuator moves until one on the electronic control unit 19 predetermined position of the contact piece 34 is reached on the potentiometer strip.

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.Manual operation 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. In manual operation, the linear actuator is moved as a whole in the seat tube and serves as a rigid connection piece of the two Bowden cables 10 and 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 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.

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.In this situation, the cylindrical actuator housing remains 20 of the linear actuator in the seat tube 17 locked. The locking can be done by the Bowden cable 10 be enabled, which is not operated in automatic mode. Alternatively, the linear actuator also by means of a fastening screw in the seat tube 17 be attached. This fastening screw can through the wall of the seat tube 17 be done and clamp the linear actuator.

Über die Trittfrequenz und das Drehmoment können in der elektronischen Steuereinheit 19 Schaltpunkte definiert werden, die einen Schaltvorgang des Linearaktors 11 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.About the cadence and torque can be in the electronic control unit 19 Switching points are defined, which means a switching operation of the linear actuator 11 trigger. For example, if the driver steps with a high cadence, 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.

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 11 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.The electronic control unit first actuates the auxiliary power motor 3 in such a way that the current 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 be relieved during the actual switching operation. Now it's about the electronic control unit 19 the linear actuator 11 controlled and energized. By actuating the actuator motor 21 the actuator is linear in the direction of the Bowden cable 14 shifted so that the Bowden cable 14 the multi-speed hub 1 operated and causes a gear change.

Es ist auch denkbar den Linearaktor 11 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 11 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.It is also conceivable the linear actuator 11 not automatically via the electronic control unit 19 If the driver wants a gear change, he can operate an electric switch mounted on the rotary switch, which can be deflected, for example, from a central position under opposite rotational movement and an electrical contact closes. The electronic control unit 19 Now press the auxiliary motor 3 in such a way that the current 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. Now it's about the electronic control unit 19 the linear actuator 11 controlled and energized. By actuating the actuator motor 21 the actuator is linear in the direction of the Bowden cable 14 shifted so that the Bowden cable 14 the multi-speed hub 1 operated and causes a gear change.

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 11 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. 3 shows a further variant of the invention, which differs from the embodiment described above essentially in that the first Bowden cable 10 is omitted, leaving a manual operation of the multi-speed hub 1 is omitted in a conventional manner. The linear actuator 11 is in the seat tube 17 attached. For fixing a screw through the wall of the seat tube 17 be screwed through, the linear actuator in the seat tube 17 clamps.

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Claims (7)

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.Bicycle drive for a bicycle, with an electrically operated auxiliary motor ( 3 ), and with a multi-stage hub circuit, a switching device ( 9 ) for switching a multi-speed hub ( 2 ), wherein an electronic control or regulation both the auxiliary motor ( 3 ) as well as the switching device ( 9 ), wherein under an actuation of the switching device ( 9 ) an energization of the auxiliary motor ( 3 ) is reduced or switched off by means of the electronic control or regulation. 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 (11) aufweist.Bicycle drive according to Claim 1, in which the electrically operated switching device ( 9 ) an electrical switch connected to the electronic control unit and a linear actuator mechanically connected to the multi-speed hub ( 11 ) having. 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 (11) zum Schalten der Mehrgangnabe betätigt.Bicycle drive according to claim 2, whose control or regulation by actuation of the electrical switch both an energization of the auxiliary motor ( 3 ) as well as the linear actuator ( 11 ) for switching the multi-speed hub. 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.Bicycle drive according to one of claims 1 to 3, whose chain ( 4 ) on a crankshaft ( 5 ) arranged chainring ( 6 ) and a hub pinion ( 7 ) of the multi-speed hub ( 1 ), wherein a torque sensor on the crankshaft ( 5 ) detected torque, and wherein a cadence sensor, a speed of the crankshaft ( 5 ), and wherein the torque sensor and the cadence sensor are both connected to the electronic controller. 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. Bicycle drive according to claim 4, wherein the switching device ( 9 ) and the auxiliary motor ( 3 ) are controlled in dependence of a measured torque and / or in dependence of a measured speed by means of the electronic control. Fahrradantrieb nach Anspruch 2, bei dem der Linearaktor (11) 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.Bicycle drive according to Claim 2, in which the linear actuator ( 11 ) an electrically operated actuator motor ( 21 ) and one to the actuator motor ( 21 ) has connected gear, wherein the transmission input-side rotational movements in output-side linear movements of an actuator ( 15 ), which via a Bowden cable ( 14 ) to the multi-speed hub ( 1 ) connected. Fahrradantrieb nach Anspruch 6, dessen Getriebe als Planetenwälzgewindetrieb (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.Bicycle drive according to claim 6, the transmission as Planetenwälzgewindetrieb ( 22 ) is formed, the one on a threaded spindle ( 23 ) arranged spindle nut ( 24 ), wherein in one of the threaded spindle ( 23 ) and the spindle nut ( 24 ) formed annular space ( 25 ) planets distributed over the circumference ( 26 ) in rolling engagement both with the spindle nut ( 24 ) as well as with the threaded spindle ( 23 ), where the planets ( 26 ) with a planetary groove profile ( 27 ) and the spindle nut ( 24 ) with a nut-side groove profile ( 28 ), wherein the threaded spindle ( 23 ) with a helically wound around the spindle axis thread ( 29 ) is provided.
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