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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung eines elektrisch betreibbaren Fahrrads sowie ein Fahrrad mit einer derartigen Antriebsanordnung, insbesondere ein Pedelec oder ein S-Pedelec.
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Mit Muskelkraft und/oder elektrischem Hilfsantrieb betreibbare Fahrräder werden in Form von Pedelecs und S-Pedelecs in jüngster Zeit immer beliebter. Hier hat sich insbesondere das sogenannte Mittelmotorkonzept durchgesetzt, bei dem der elektrische Antrieb im Bereich der Kurbelwelle des Fahrrads angeordnet ist. Eine Befestigung des elektrischen Antriebs am Rahmen erfolgt hierbei über eine festgelegte Rahmenschnittstelle, welche in den Rahmen integriert ist. Die Fixierung des elektrischen Antriebs erfolgt üblicherweise über Schrauben direkt am Rahmenbauteil. Dieses Prinzip hat sich aufgrund seiner Einfachheit grundsätzlich bewährt. Es wäre jedoch wünschenswert, hier weitere Verbesserungen zu haben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Antriebsanordnung eines elektrisch betreibbaren Fahrrads mit den Merkmalen des Anspruchs 1 weist dem gegenüber den Vorteil auf, dass auf einfache Weise eine Anbindung an unterschiedlichste Rahmengeometrien möglich ist. Hierbei kann erfindungsgemäß ein standardisierter elektrischer Antrieb mit einem Gehäuse verwendet werden und eine Anpassung erfolgt über wenigstens ein erstes und ein zweites Befestigungsteil. Die Befestigungsteile sind am Gehäuse des elektrischen Antriebs befestigt und dazu eingerichtet, an einem Rahmen des Fahrrads befestigt zu werden. Dadurch ist es möglich, für unterschiedlichste Rahmen individuelle Befestigungsteile zu wählen und entsprechend eine Anbindung eines standardisierten elektrischen Antriebs an den Rahmen vorzusehen. Dabei ist das erste Befestigungsteil an einer ersten Seite des elektrischen Antriebs angeordnet und das zweite Befestigungsteil ist an einer zweiten Seite des elektrischen Antriebs, gegenüber der ersten Seite, angeordnet. Somit kann der elektrische Antrieb von zwei Seiten, vorzugsweise dessen Längsseiten, am Rahmen fixiert werden und es ist nicht notwendig, für unterschiedliche Rahmen jeweils ein angepasstes Gehäuse des elektrischen Antriebs vorzusehen. Fahrradhersteller können somit eine Schnittstelle zum elektrischen Antrieb frei wählen und eine geometrische Anpassung erfolgt über die Befestigungsteile, um den elektrischen Antrieb am Rahmen zu fixieren.
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Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Das erste Befestigungsteil und das zweite Befestigungsteil weisen erste Durchgangsöffnungen und zweite Durchgangsöffnungen auf, wobei die ersten Durchgangsöffnungen eingerichtet sind, Verbindungsteile aufzunehmen, wobei die Verbindungsteile das erste und zweite Befestigungsteil am Rahmenbauteil befestigen und wobei die zweiten Durchgangsöffnungen eingerichtet sind, Verbindungsteile aufzunehmen, wobei die Verbindungsteile eingerichtet sind, das erste und zweite Befestigungselement am Gehäuse zu befestigen.
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Vorzugsweise weisen das erste und zweite Befestigungselement jeweils wenigstens einen ersten und zweiten ebenen Bereich auf, welche über einen Übergangsbereich miteinander verbunden sind. Dabei liegt der erste Ebenebereich in einer ersten Ebene und der zweite Ebenebereich in einer zweiten Ebene, wobei die beiden Ebenen parallel zueinander sind. Dabei sind das erste und zweite Befestigungsteil ein Flachbauteil, insbesondere ein blechartiges Flachbauteil. Durch die Ausgestaltung des Flachbauteils mit zwei zueinander versetzten parallelen Ebenen kann eine gute Dämpfungswirkung des Befestigungsteils erhalten werden, sodass eine Entkopplung des elektrischen Antriebs vom Rahmen über das erste und zweite Befestigungsteil möglich ist. Schwingungen oder Vibrationen oder dergleichen können dabei insbesondere mittels des Übergangsbereichs zwischen den beiden ebenen Bereichen aufgenommen und gedämpft werden.
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Vorzugsweise weist jedes Befestigungsteil jeweils erste Durchgangsöffnungen und zweite Durchgangsöffnungen auf. Die ersten Durchgangsöffnungen sind dabei eingerichtet, Verbindungsteile, insbesondere Schrauben oder dergleichen, aufzunehmen, welche das Befestigungsteil am Gehäuse des elektrischen Antriebs befestigen. Die zweiten Durchgangsöffnungen sind eingerichtet, Verbindungsteile aufzunehmen, um das erste und zweite Befestigungsteil am Rahmen des Fahrrads zu befestigen.
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Besonders bevorzugt sind alle ersten Durchgangsöffnungen in ersten ebenen Bereichen in der ersten Ebene angeordnet und alle zweiten Durchgangsöffnungen sind in zweiten ebenen Bereichen der zweiten Ebene angeordnet. Dadurch kann eine besonders gute Dämpfungswirkung durch die ersten und zweiten Befestigungsteile erreicht werden.
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Besonders bevorzugt umfasst die Antriebsanordnung eine gerade Anzahl von Befestigungsteilen, insbesondere genau zwei Befestigungsteile oder genau vier Befestigungsteile oder genau sechs Befestigungsteile. Bevorzugt sind dabei jeweils eine gleiche Anzahl von Befestigungsteilen an einer Seite, insbesondere Längsseite, der Antriebsanordnung angeordnet. Die Befestigungsteile sind vorzugsweise jeweils einstückig ausgebildet. Bevorzugt sind die Befestigungsteile Blechteile, besonders bevorzugt Aluminiumblechteile.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung stehen das erste und zweite Befestigungsteil jeweils teilweise über das Gehäuse vor und definieren zwischen sich einen Aufnahmeraum, durch welchen eine elektrische Verbindung des elektrischen Antriebs mit einem am Rahmen oder einem anderen Bauteil des Fahrrads angeordneten Stromspeicher verläuft.
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Vorzugsweise ist zwischen dem ersten und/oder zweiten Befestigungsteil und dem elektrischen Antrieb bei Draufsicht parallel zu einer Mittelachse einer Kurbelwelle eine Überdeckung von größer als 50 %, vorzugsweise größer als 60 %, besonders bevorzugt 75 %, gegeben.
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Das Gehäuse des elektrischen Antriebs umfasst vorzugsweise Magnesium und/oder eine Magnesiumverbindung und/oder Aluminium und ist besonders bevorzugt vollständig aus Magnesium oder einer Magnesiumverbindung oder Aluminium hergestellt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist am Befestigungsbauteil eine Mutter, insbesondere eine Einpressmutter, fixiert oder wenigstens eine Durchgangsöffnung des Befestigungsteils weist ein Gewinde auf. Hierdurch ist eine einfache Schraubverbindung zwischen den Bauteilen möglich.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Antriebsanordnung ferner ein Dämpfungselement, welches zwischen dem Befestigungsteil und dem Gehäuse und/oder zwischen dem Befestigungsteil und dem Rahmen des Fahrrads angeordnet ist.
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Das Dämpfungselement ist vorzugsweise eine Entkopplungsmutter, welche einen unelastischen Grundkörper und einen elastischen Pufferkörper umfasst. Der elastische Pufferkörper ist am unelastischen Grundkörper angeordnet und weist einen zylindrischen Innenbereich auf. Der Innenbereich der Entkopplungsmutter ist eingerichtet, um ein Verbindungsteil, insbesondere eine Fixierschraube oder dergleichen, aufzunehmen und zu fixieren. Der unelastische Grundkörper ist vorzugsweise aus dem gleichen Material wie das Befestigungsteil, insbesondere Aluminium. Der elastische Pufferkörper ist vorzugsweise ein Elastomer. Besonders bevorzugt ist dabei am ersten und/oder zweiten Befestigungsteil eine Krone an wenigstens einer Durchgangsöffnung angeordnet, um die Entkopplungsmutter aufzunehmen. Hierdurch kann die Entkopplungsmutter auf einfache Weise am Befestigungsteil angeordnet werden.
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Weiter bevorzugt umfasst die Antriebsanordnung ferner ein Federelement, insbesondere Federblech, welches zwischen dem ersten und/oder zweiten Befestigungsteil und dem Gehäuse des elektrischen Antriebs und/oder zwischen dem ersten und/oder zweiten Befestigungsteil und dem Rahmen des Fahrrads angeordnet ist. Das Federblech weist vorzugsweise eine Dicke auf, welche geringer ist als eine Dicke des ersten und/oder zweiten Befestigungsteils. Das Federelement hat dabei die zusätzliche Aufgabe der Entkopplung von Schwingungen, Vibrationen und dergleichen und verhindert deren Übertragung auf den Rahmen des Fahrrads. Besonders bevorzugt weist das Zwischenblech die gleiche Außenkontur auf wie das erste und/oder zweite Befestigungsbauteil.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrrad, insbesondere ein Pedelec oder ein S-Pedelec. Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff Fahrrad nicht nur ein zweirädriges Fahrrad verstanden, sondern auch beispielsweise ein dreirädriges Fahrrad oder ein Lastenrad mit zwei oder drei Rädern oder ein Fahrrad mit vier Rädern, z.B. für gehbehinderte Menschen. Dabei ist der elektrische Antrieb vorzugsweise als Mittelmotor am Fahrrad angeordnet und umfasst besonders bevorzugt eine Kurbelwelle des Fahrrads.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:
- 1 eine schematische Explosionsdarstellung einer Antriebsanordnung und eines Teils eines Rahmens des Fahrrads,
- 2 eine perspektivische Darstellung der Antriebsanordnung von 1,
- 3 eine perspektivische Darstellung des Rahmenbauteils zur Anbindung der Antriebsanordnung von 1,
- 4-6 schematische Darstellungen einer alternativen Anbindungsmöglichkeit des elektrischen Antriebs an das Rahmenbauteil,
- 7 eine schematische, perspektivische Teilansicht einer Antriebsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 8 eine schematische Schnittdarstellung eines Befestigungsteils der Antriebsanordnung von 7.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 eine Antriebsanordnung 1 eines elektrisch betreibbaren Fahrrads im Detail beschrieben.
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1 zeigt schematisch eine Explosionsdarstellung eines elektrischen Antriebs 2 und eines Rahmenbauteils 4 des Fahrrads, an welches der elektrische Antrieb 2 fixiert wird. Schematisch sind in 1 und 3 am Rahmenbauteil 4 ein Unterrohr 8, ein Sattelrohr 8' und zwei Hinterradstreben 8" angedeutet. Im Rahmenbauteil 4 ist ferner noch eine Öffnung 80 zum Durchführen von elektrischen Kabeln oder dergleichen für eine elektrische Anbindung des elektrischen Antriebs 2 mit einem Stromspeicher am Fahrrad.
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Der elektrische Antrieb 2 umfasst ein Gehäuse 3, welches in diesem Ausführungsbeispiel gewichtsoptimiert ist und vorzugsweise aus Magnesium und/oder Magnesiumverbindungen und/oder Aluminium hergestellt ist. Am elektrischen Antrieb 2 ist ferner noch eine Kurbelwelle 5 angedeutet, welche ebenfalls vom Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2 umschlossen ist.
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Am Rahmenbauteil 4 sind insgesamt sechs Befestigungsöffnungen 41, 42, 43, 44, 45, 46 vorgesehen. Das Rahmenbauteil 4 weist ein erstes Seitenteil 4a und ein zweites Seitenteil 4b auf, welche über ein Verbindungsteil 4c miteinander verbunden sind. Die Seitenteile 4a und 4b sind dabei parallel zueinander. In jedem Seitenteil 4a, 4b sind jeweils drei Befestigungsöffnungen vorgesehen.
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Zur Verbindung zwischen dem Rahmenbauteil 4 und dem elektrischen Antrieb 2 sind in diesem Ausführungsbeispiel ein erstes Befestigungsteil 11, ein zweites Befestigungsteil 12, ein drittes Befestigungsteil 13 und ein viertes Befestigungsteil 14 vorgesehen. Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, sind dabei das erste Befestigungsteil 11 und das zweite Befestigungsteil 12 am Gehäuse 3 an einer ersten Längsseite 15 und einer zweiten Längsseite 16 einander gegenüberliegend angeordnet. Ebenso sind das dritte Befestigungsteil 13 und das vierte Befestigungsteil 14 am Gehäuse 3 einander gegenüberliegend angeordnet.
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In jedem der Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 sind eine Vielzahl von Durchgangsöffnungen vorgesehen. Hierbei umfasst jedes der Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 eine erste Durchgangsöffnung 11a, 11b, 12a, 12b, welche eingerichtet ist, um eine Befestigung am elektrischen Antrieb zu ermöglichen und eine zweite Durchgangsöffnung 11c, 11d, 12c, 12d, welche eingerichtet ist, um eine Befestigung am Rahmenbauteil 4 zu ermöglichen.
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Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, weist das erste Befestigungsteil 11 genau zwei erste Durchgangsöffnungen 11a, 11bauf, wobei die ersten Befestigungsöffnungen 11a und 11b zur Fixierung am Rahmenbauteil eingerichtet sind und die Befestigungsöffnungen 11c und 11d zur Fixierung am Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2 eingerichtet sind.
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In gleicher Weise weist das zweite Befestigungsteil 12 erste und zweite Durchgangsöffnungen 12a, 12b, 12c und 12d auf. Die beiden ersten Durchgangsöffnungen 12a und 12b sind zur Befestigung am Rahmenbauteil 4 eingerichtet und die zweiten Durchgangsöffnungen 12c und 12d sind zur Befestigung am Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2 eingerichtet.
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Die 1 und 2 zeigen dabei den Zustand der Befestigungsteile 11, 12, 13, 14, bei welchem diese am Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2 mittels Verbindungsteilen 7 in Form von Fixierschrauben befestigt sind. Die ersten Durchgangsöffnungen 11a, 11b und 12a, 12b zur Fixierung am Rahmenbauteil 4 sind noch ohne Verbindungsteil dargestellt.
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Wie in 2 gezeigt, sind an den ersten Durchgangsöffnungen 11a, 11b und 12a, 12b zur Fixierung am Rahmenbauteil 4 Muttern 6 mit Innengewinde angeordnet (nur an den Durchgangsöffnungen 11a, 12a eingezeichnet), mittels welcher eine Schraube, die durch die Befestigungsöffnungen 41, 42 und 44, 45 des Rahmenbauteils hindurchgeführt werden, befestigbar ist. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Durchgangsöffnungen 11a, 11b und 12a, 12b jeweils ein Innengewinde aufweisen.
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Wie weiter aus 2 ersichtlich ist, weist das erste und zweite Befestigungsteil 11, 12 eine wellenförmige Gestalt derart auf, dass jeweils erste ebene Bereiche 21 und zweite ebene Bereiche 22 ausgebildet sind. Die ersten und zweiten ebenen Bereiche sind parallel zueinander und sind über Verbindungsbereiche 23 miteinander verbunden. Wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, sind hierbei die ersten Durchgangsöffnungen 11a, 11b und 12a, 12b zur Befestigung am Rahmenbauteil 4 jeweils an den ersten ebenen Bereichen 21 angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 11c, 11d und 12c, 12d zur Befestigung am Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs sind an den zweiten ebenen Bereichen 22 angeordnet.
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Die ersten ebenen Bereiche 21 und die zweiten ebenen Bereiche 22 sind dabei abwechselnd angeordnet. Durch diese geometrische Form der Befestigungsteile 11, 12 kann eine Entkopplung zwischen dem Rahmenbauteil 4 und dem Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2 sichergestellt werden. Insbesondere können Schwingungen und Vibrationen, welche beim Betrieb des elektrischen Antriebs 2 auftreten könnten, nicht auf den Rahmen übertragen. Somit werden der Rahmen des Fahrrads und der elektrische Antrieb 2 voneinander entkoppelt, sodass ein Nutzer einen Betrieb des elektrischen Antriebs nicht wahrnimmt.
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Wie weiter in den 1 und 2 gezeigt, sind am dritten und vierten Befestigungsteil 13 und 14 ebenfalls jeweils drei Durchgangsöffnungen 13a, 13b, 13c und 14a, 14b und 14c vorgesehen. Hierbei sind erste Durchgangsöffnungen 13a und 14a eingerichtet zur Verbindung mit dem Rahmenbauteil 4 und zweite Durchgangsöffnungen 13b, 13c und 14b, 14c zur Verbindung mit dem Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2.
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Somit sind das erste Befestigungsteil 11 und das dritte Befestigungsteil 13 jeweils an einer ersten Längsseite 15 des elektrischen Antriebs angeordnet und das zweite Befestigungsteil 12 und das vierte Befestigungsteil 14 sind an einer zweiten Längsseite 16 des elektrischen Antriebs jeweils einander gegenüberliegend angeordnet.
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Es sei angemerkt, dass das dritte und vierte Befestigungsteil 13, 14 ebenfalls vorzugsweise wellenförmig mit zwei ebenen Bereichen, die in zueinander parallelen Ebenen liegen, ausgebildet ist.
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Die Durchgangsöffnungen in den Befestigungsteilen 11, 12, 13, 14 sind hierbei parallel zu einer Mittelachse 50 der Kurbelwelle 5.
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Durch die Verwendung der Befestigungsteile zwischen elektrischem Antrieb 2 und Rahmenbauteil 4 kann ferner ein Toleranzausgleich auch von größeren Toleranzen ermöglicht werden. Ggf. werden hierbei die Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 geringförmig bei einer Montage verformt. Die Befestigungsteile 11,12, 13, 14 sind vorzugsweise aus Aluminium und das Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs umfasst bevorzugt Magnesium und/oder Magnesiumverbindungen. Dadurch können die Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 auch eine Materialentkopplung zwischen dem Rahmenbauteil 4 und dem elektrischen Antrieb 2 bereitstellen, sodass die Gefahr einer Korrosion eliminiert wird.
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In den 4 bis 6 wird eine alternative Befestigungsmöglichkeit zwischen dem elektrischen Antrieb 2 und dem Rahmenbauteil 4 schematisch dargestellt, wobei gleiche Teile bzw. funktional gleiche Teile mit den gleichen Bezugszeichen wie im ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind. Statt des Vorsehens der Mutter 6 am Befestigungsteil, welche im ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise mittels einer Schweißverbindung oder alternativ einer Nietverbindung oder eine Pressverbindung am Befestigungsteil fixiert ist, ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel in den 4 bis 6 eine Entkopplungsmutter 60 vorgesehen. Die Entkopplungsmutter 60 umfasst einen unelastischen Grundkörper 61 und einen elastischen Pufferkörper 62. Ferner ist am Befestigungsteil 13 eine Krone 17 angeschweißt oder alternativ angenietet oder eingepresst. Die Entkopplungsmutter 60 weist dabei Zwischenräume 63 auf, welche die Zacken der Krone 17 aufnehmen. Der montierte Zustand ist in 6 gezeigt. Das Verbindungsteil 7 ist somit vollständig am elastischen Pufferkörper 62 aufgenommen, sodass kein direkter Kontakt zwischen dem Rahmenbauteil 4 und dem Gehäuse 3 des elektrischen Antriebs 2 vorhanden ist. Hierbei stellt die Krone 17 beim Anziehen des Verbindungsteils 7 sicher, dass die Entkopplungsmutter 60 sich nicht mitdreht. Diese Verbindung zwischen Verbindungsteil 7 und elastischem Pufferkörper 62 ist ohne Verlust lösbar und wiederverwendbar.
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In den 7 und 8 ist eine Antriebsanordnung 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel beim zweiten Ausführungsbeispiel an den Befestigungsteilen 11, 12, 13, 14 zusätzlich noch ein flaches Federelement 9 angeordnet ist. Das Federelement 9 ist in direktem Kontakt mit jedem Befestigungsteil und ist vorzugsweise aus Federblech oder Aluminiumblech hergestellt. Weiter bevorzugt ist eine Dicke des Federelements 9 kleiner als eine Dicke des jeweiligen Befestigungsteils. Wie aus 7 ersichtlich ist, ist das Federelement 9 dabei derart an den Befestigungsteilen 11, 12, 13, 14 angeordnet, dass das Federelement 9 jeweils mit dem Rahmenbauteil 4 in montiertem Zustand in Kontakt ist. Ferner sind am Federelement 9 jeweils Falze 9a vorgesehen (vgl. 8), welche die Federeigenschaften der Federelemente 9 verbessern. Die Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 sind vorzugsweise aus Aluminium. Es ist jedoch auch möglich, dass durch die Verwendung der Federelemente 9 die Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 aus Stahl oder aus Kunststoff hergestellt werden, da die Federelemente 9 einen direkten Kontakt zwischen den Befestigungsteilen 11, 12, 13, 14 und dem Rahmenbauteil 4 verhindern. Eine Außenkontur der Federelemente 9 entspricht dabei vorzugsweise einer Außenkontur der Befestigungsteile 11, 12, 13, 14.
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Ansonsten entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel, sodass auf die dort gegebene Beschreibung verwiesen werden kann.
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Somit kann erfindungsgemäß eine verbesserte Entkopplung zwischen elektrischem Antrieb 2 und Rahmen 4 eines Fahrrads mit Elektroantrieb erreicht werden. Zwar ist im Vergleich mit dem Stand der Technik ein zusätzliches Bauteil zwischen dem elektrischen Antrieb 2 und dem Rahmen vorgesehen, allerdings werden dadurch erhebliche Vorteile erreicht, da neben einem möglichen einfachen Toleranzausgleich und einer einfachen Adaption an unterschiedliche Rahmenbauteile 4 auch eine Entkopplung zwischen elektrischem Antrieb 2 und Rahmenbauteil 4 des Fahrrads erreicht werden. Schwingungen, Vibrationen und Körperschall werden somit nicht mehr vom elektrischen Antrieb 2 auf den Rahmen des Fahrrads übertragen, sondern durch die Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 gedämpft. Dabei sind die verbindenden Befestigungsteile 11, 12, 13, 14 sehr einfach gehalten und sehr kostengünstig als Massenbauteile herstellbar.
