| Patentansprüche 1. Bausatz zur motorisierten Unterstützung bzw. leichten Motorisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines leichten Fahrzeugs, wie ein Fahrrad, Einrad, Dreirad, Vierrad, rollender Stuhl, mit einem Antrieb (25.1 , 25.2), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei oder mehrere Antriebe (25.1 , 25.2) mit Motor (4.1 , 4.2) pro angetriebenem Rad vorgesehen sind. 2. Bausatz zur motorisierten Unterstützung bzw. leichten Motorisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines leichten Fahrzeugs, wie ein Fahrrad, Einrad, Dreirad, Vierrad, rollender Stuhl, mit zumindest einem Antrieb (25.1 , 25.2), dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Antrieb mit Motor (4.1 , 4.2) zumindest ein Antriebselement (2.1 , 2.2) aufweist, welches einen Bereich zwischen einschliesslich Reifen (5) und Nabe seitlich angreift. 3. Bausatz zur motorisierten Unterstützung bzw. leichten Motorisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines leichten Fahrzeugs, wie ein Fahrrad, Einrad, Dreirad, Vierrad, rollender Stuhl, mit zumindest einem Antrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (25.1 , 25.2) einen Motor (4.1 , 4.2) mit einer Drehgeschwindigkeit, wenn das Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h fährt, höher als 2800 Umdrehungen pro Minute, bevorzug höher als 4000 UPM, bevorzug höher als 5000 UPM liegt. 4. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits einer Felge (1) jeweils ein Antrieb (25. 1 , 25.2) vorgesehen ist. 5. Bausatz nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einen Motor (4.1 , 4.2) aufweist, auf dessen Achse (11.1 , 11.2) ein Antriebselement (2.1 , 2.2), insbesondere eine scheibenförmige Antriebsrolle aufsitzt. 6. Bausatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Motor (4.1 , 4.2) und Antriebselement (2.1 , 2.2) ein Untersetzungsgetriebe (3.1 , 3.2) angeordnet ist. 7. Bausatz nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anpressdruck des Antriebselements (2.1 , 2.2) auf die Felge (1) od.dgl. manuell von z.B. einem Handhebel über einen Zug (6) auf das/die Antriebselement/e (2.1 , 2.2) aufgebracht wird. 8. Bausatz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anpressdruck der Antriebselemente (2.1 , 2.2) durch eine seitliche Kabelziehung (6), wie bei einer V- Brake, oder durch eine zentrale Kabelziehung (6.1 , 6.2), wie bei einer Cantilever- Bremse, oder durch ein hydraulisches oder pneumatisches System erzielbar ist. 9. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der/die Antrieb/e (25.1 , 25.2) sich in oder an einem Stützgerüst mit Stützrahmen (24.1 , 24.2) bzw. an Hebelarmen (18.1 bis 18.10) befindet/n, deren Weite veränderbar ist. 10. Bausatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst bzw. die Hebelarme (18.1 bis 18.10) an dem Fahrzeug gegebenenfalls entfernbar angeordnet ist/sind. 11. Bausatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützgerüst (24.1 , 24.2) auf Standard-Rahmenbefestigungsnocken einer V-Brake/Cantilever Bremse montierbar ist. 12. Bausatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (18.1 bis 18.10) in oder an einem Standard-Rahmenbefestigungsloch (17), auf einer Standart-Rahmenbefestigungsschraube oder auf Flügeln von vorhandenen Bremsbacken eines handelsüblichen Fahrzeugs montierbar sind. 13. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität der treibenden Kraft von einem Lenker aus mittels eines gestellten verkehrten Gasgriffs regelbar ist, sodass ein Gaskabel eine elektronische Steuerung betätigt, die die Geschwindigkeitsregelelektronik der Antriebe (25.1 , 25.2) ansteuert. 14. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die treibende Kraft des Antriebs mittels einer zweiten Kette auf ein Ritzel der Nabe übertragen wird, wobei eine Tretkraft auf ein weiteres Ritzel über eine Hauptkette wirkt. 15. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die treibende Kraft auf die Gegenseite der Hauptkette übertragen wird, insbesondere mittels eines Zahnriemens oder einer zweiten Kette, insbesondere unter Nutzung einer bekannten Flip-flop Nabe, wobei zwei gegenseitige Freiläufe die Montage der üblichen Nabe und einer zusätzlichen Riemenscheibe oder des Ritzels ermöglichen. 16. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein grosses Kettenblatt einer Tretkurbelgarnitur von dem Antrieb mittels einer zweiten Kette angetrieben wird. 17. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein grosses Kettenblatt der Kurbelgarnitur durch ein Zahnrad mit grossem Durchmesser ersetzt wird, wobei dieses Zahnrad von dem Antrieb angetrieben wird. 18. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein grosses Kettenblatt der Kurbelgarnitur durch eine Riemenscheibe von grossem Durchmesser ersetzt wird, wobei diese Riemenscheibe von dem Antrieb angetrieben wird. 19. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die treibende Kraft mittels einem auf jedem Antrieb (25.1, 25.2) befestigten Flugzeugpropellers lieferbar ist. 20. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Motors (4.1 , 4.2) unter 300 g, bevorzugt unter 200 g, bevorzugt unter 180 g liegt. 21. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Motors (4.1 , 4.2) unter 2 Dezilitern, bevorzugt unter einem Deziliter, bevorzugt niedriger als 0.6 Deziliter liegt. 22. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines Hauptgehäuses des Motors (4.1 , 4.2) bei weniger als 80 mm, bevorzugt weniger als 60 mm, bevorzugt weniger als 45 mm liegt. 23. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Charakterisierungswert Motorabkühlungsfläche mal Motorleistung pro Motorvolumina bei höher als 5.000 dm2W/dm3, bevorzugt höher als 10.000 dm2W/dm3, bevorzugt höher als 15.000 dm2W/dm3 liegt. 24. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass dem Motor (4.1 , 4.2) zumindest ein Kühlelement, insbesondere eine Kühlrippe zugeordnet ist. 25. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (4.1 , 4.2) handelsüblich für den Modellbau vorgesehen ist. 26. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass mit für den elektronischen Motor (4.1 , 4.2) eine Regelsteuerung und ein unabhängiger Akkumulator vorgesehen ist. 27. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Motoren (4.1 , 4.2) gemeinsam für zwei Regelsteuerungen ein Servotester vorgesehen ist. 28. Bausatz nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung an dem Motor niedriger als 24 Volt ist. 29. Fahrzeug mit zumindest einem Rad, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rad zumindest ein Bausatz oder eine Anordnung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 28 zugeordnet ist. |
Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft einen Bausatz zur motorisierten Unterstützung bzw. leichten Motorisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines leichten Fahrzeugs, wie ein Fahrrad, Einrad, Dreirad, Vierrad, rollender Stuhl, mit einem Antrieb.
Stand der Technik
Die bekanntesten Marktmodelle von elektrischen Bikes, e-bikes, sind Flyer, BionX, Dolphin und Speedped. Flyer. Dolphin und Speedped sind in einem Konzept integriert (komplettes Fahrrad, integrierte Unterstützung in den Rahmen), während BionX auf einem bestehenden Fahrrad als anpassungsfähiges Zubehörteil montiert werden kann. Drei Modelle haben ein ähnliches Gewicht von ungefähr 5 kg für die Motor-Untersetzungsgetriebe-Fixierung-Gesamtheit, wovon Speedped sich mit einem Rekordminimalgewicht von 3 kg unterscheidet. Die Batterie/Lagerung von Energie hat ein zusätzliches Gewicht. Alle e-bikes auf dem Markt haben eine Spannung, die gleich oder höher als 24 Volt ist.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Es existieren, mit einem Motor in der Nabe des Rads ausgerüstet, gleichartige Produkte im Konzept BionX. Es handelt sich um das Stromer von Thoemus und vom Grace One, die als integrierte e-bikes vorgeschlagen werden. Der Rahmen wird also speziell für die Integration der Batterie konzipiert. Diese beiden Modelle werden in den nachfolgend beschriebenen Testreihe nicht dargestellt. Sie sind aber fähige Konzepte zum Unterstützen beim Bergfahren und sind deswegen Konkurrenten zu den hier studierten Modellen.
Aufgabe
Die aktuellen e-bikes Hersteller haben die Tendenz, selbst den Rahmen spezifisch für das eigene Motorsystem zu herstellen. So ein integriertes e-bike kostet zwischen 4700 und 6300 CHF für ein gutes, fähiges Modell, was beim Bergfahren unterstützen kann. Dabei ist die Konzeption eines Rahmens ein Bereich, die Entwicklung der Batterie ein zweiter. Die Konzeption des Motors und der Regler der Motorgeschwindigkeit sind weitere eigene Fachgebiete. Erst die Addition der Fachgebiete ermöglicht deshalb, einen hohen Gesamtswirkungsgrad zu erreichen.
Der gesamte Bausatz soll leicht sein und aus leistungsfähigen Komponenten zusammengesetzt sein, die auf dem Markt erhältlich sind. Privatpersonen sollen ihr bestehendes Fahrrad nachrüsten und es mit einer effizienten Unterstützung ausrüsten können. Die Person soll auch vom Markt einen Rahmen kaufen und sein Fahrrad nach seinem Geschmack zusammensetzen können.
Die sanfte Mobilität ist eine Gleichgewichts- und Wohlergehensquelle. Die Strecke vom Hause zum Arbeitsplatz wird eine körperliche Aktivität, die für den menschlichen Körper lebenswichtig ist. In Anbetracht der Tatsache, dass die Zeit, einen täglichen Sport zu treiben, allen fehlt, sind die Fahrradstrecken die ideale Lösung für eine Rückkehr des Gleichgewichts. Diese Entwicklung zeigt schon in den flachen Gebieten wie Genf, Biel und Basel einen Erfolg. Das Fahrrad bleibt in den Berggebieten ein Problem. Der Anstieg wirft vor allem ein Problem der körperlichen Überlastung auf. Die motorisierte Unterstützung oder die Motorisierung des Fahrrads ist also für einen Fahrradgebrauch im Tagesablauf unumgänglich. Das ist das erste Ziel der vorliegenden Erfindung, spezifisch das Problem des Anstiegs für die Fahrradfahrer zu lösen. Wie sollte eine am Anstieg motorisierte Unterstützung aussehen, ohne Nachteile von Mehrgewicht, beschwerlichem Treten ohne Unterstützung, komplizierter Demontage, wilder Verwaltung der Treibkraft? Wie kann man sein eigenes Fahrrad nachrüsten ?
Das nächste Jahrzehnt wird Energieeinsparungen erleben. Es muss also ein von einem guten Wirkungsgrad charakterisiertes Konzept entwickelt werden, was das Gewicht der Energieladung auf dem Velo drastisch erniedrigt. Das ist also das zweite Ziel dieser Erfindung.
Der Geschwindigkeitsbegriff muss auch verstanden werden, um die Unterstützung besser auszulegen. Die Fahrgeschwindigkeit ist allgemein 15 km/h ohne Unterstützung. Mit Unterstützung können 25 km/h oder 40 km/h erreicht werden. In der Stadt zum Beispiel sind 15 km/h reichlich und helfen, die Unfallrisiken zu beschränken. Es kommt noch dazu, dass die Fahrradwege z.B. in der Schweiz nicht ausreichend vorhanden sind. Die Autos verkehren zu oft mit den Fahrräder auf den Strassen. In Folge von einer Steigerung der Fahrgeschwindigkeit um 8 km/h muss mit einer wesentlichen Erhöhung des Bremswegs gerechnet werden, also mit einer Erhöhung des Unfallrisikos in der Stadt.
Die hier beschriebene Erfindung zielt darauf, zu überzeugen, dass die Unterstützung vor allem beim Bergfahren nützlich ist. In flachen städtischen Gebieten ist es empfehlenswert, die Unterstützung zu neutralisieren. Die Risiken von Unfällen werden so besser verwaltet. Dies erklärt den Grund einer mechanischen Auslegung des Systems, mit der Möglichkeit, in die Pedale mit dem besten Wirkungsgrad auch ohne Unterstützung zu treten. Das ist auch ein Ziel dieser Erfindung.
Lösung der Aufgabe
Zur Lösung der Aufgabe führt, dass zumindest zwei oder mehrere Antriebe mit Motor pro angetriebenem Rad vorgesehen sind. Unabhängig davon, jedoch insbesondere kombiniert, führt zur Lösung der Aufgabe auch, dass der zumindest eine Antrieb mit Motor zumindest ein Antriebselement aufweist, welches einen Bereich zwischen einschliesslich Reifen und Nabe seitlich angreift.
Ebenfalls unabhängig, jedoch im Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen bevorzugt, weist der Antrieb einen Motor mit einer Drehgeschwindigkeit, wenn das Fahrzeug mit einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h fährt, höher als 2800 Umdrehungen pro Minute, bevorzugt höher als 4000 Umdrehungen pro Minuten, bevorzugt höher als 5000 Umdrehungen pro Minute auf. Derartige Motoren sind insbesondere aus dem Modellbau bekannt. Es handelt sich dabei in der Regel um Elektromotoren, jedoch auch um Verbrennungsmotoren. Im Rahmen der Erfindung liegen alle derartigen äussersten leichten Motoren. Das Gewicht eines solchen Motors liegt unter 300 gr, bevorzugt unter 200 gr, bevorzugt unter 180 gr. Das Volumen des Motors liegt unter 2 dcl, bevorzugt unter 1 dcl, bevorzugt niedriger als 0,6 dcl. Der Durchmesser eines Hauptgehäuses des Motors liegt bei weniger als 80 mm, bevorzugt weniger als 60 mm, bevorzugt weniger als 45 mm. Ein Charakterisierungswert Motorabkühlungsfläche x Motorleistung pro Motorvolumina liegt bei höher als 5.000 dm 2 W7dm 3 bevorzugt höher als 10.000 dm 2 W/dm 3 , bevorzugt höher als 15.000 dm 2 W/dm 3 .
Zur Umsetzung einer derartigen hohen Drehzahl ist dem Motor jeweils ein entsprechendes Untersetzungsgetriebe zugeordnet, so dass Antriebselemente ohne Schwierigkeiten beispielsweise ein entsprechendes Rad eines Fahrzeugs in Bewegung versetzen können bzw. mitdrehen können. Wie das entsprechende Untersetzungsgetriebe ausgestaltet ist, bleibt dem Einzelfall überlassen, es bietet sich natürlich eine entsprechende Wahl der Zahnräder an. Die Untersetzung treibt die Felge oder die Felgen an, sodass der Fahrer eine Fahrunterstützung oder eine Motorisierung mittels eines oder mehreren Motor(en) bekommt, wobei die Motordrehzahl sich in einem idealen Bereich befindet. Dies erlaubt eine Reduktion des Motordrehmoments. Der Hauptvorteil von diesem System ist eine fundamentale Wirkungsgraderhöhung und eine drastische Gewichtsreduzierung. Der Wirkungsgrad ist fundamental, damit das Gewicht der geladenen Energie so klein wie möglich bleibt. Die Kinder werden besonders die Leichtigkeit des Systems schätzen. Der zweite Vorteil ist eine deutliche Verbesserung des Wärmeübertragungskoeffizienten, was eine Überhitzung des Motors beim Bergfahren verhindert.
Als Antriebselemente kommen vor allem solche Elemente in Frage, die bevorzugt eine reibschlüssige Verbindung mit entsprechend dem Rad zugeordneten Flächen oder auch kraftschlüssige Verbindungen mit einer Kette, einem Riemen od.dgl. eingehen können. Sofern die Antriebselemente die entsprechenden Radflächen seitlich angreifen, hat es sich als ratsam erwiesen, die Antriebselemente als scheibenförmige Antriebsrollen auszubilden. Der Rollenumfang kann dann entsprechend ausgestaltet sein. Beispielsweise ist denkbar, dass er mit einem entsprechenden Kunststoff belegt wird, es sind allerdings viele Möglichkeiten denkbar, bis hin zu einer rauen keramischen Beschichtung, ähnlich einem Schmirgelpapier, wodurch der Reibschluss mit der Radfläche sichergestellt ist. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daran gedacht, die Antriebseinheit aus Motor, Untersetzungsgetriebe und Antriebselement über eine Kette, einen Riemen od.dgl. mit einem Zahnrad, einer Riemenscheibe od.dgl. auf der Nabe zu verbinden. Diese Anordnung kann sich andererseits der Zahnradgarnitur für die Tretkette befinden, es ist aber auch denkbar, sie auf der gleichen Seite anzuordnen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung unterstützt der erfindungsgemässe Antrieb auch den eigentlichen Tretkurbelantrieb, wobei hier ein separates Zahnrad bzw. eine separate Riemenscheibe vorgesehen sein kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jedoch zumindest ein, bevorzugt sind zwei Antriebe an einem Stützgerüst vorgesehen. Dabei ist das Stützgerüst bzw. sind die beiden Antriebe so ausgelegt, dass ein Abstand der beiden Antriebselemente zueinander veränderbar ist. Das bedeutet, dass der/die Antrieb/e vom Fahrer selbst, sofern gewünscht, zur Unterstützung der eigentlichen Fahrleistung des Fahrzeugs eingekoppelt werden können. Wird dies nicht gewünscht, wird ein Reibschluss zwischen Antriebselement und Radfläche aufgehoben. Auch hier sind wieder mehrere Ausführungsbeispiele denkbar. In einem einfachen Fall werden an einem Fahrzeug bereits vorhandene Bauelemente benutzt, um den Bausatz anzukoppeln. Dies können beispielsweise bereits vorhandene Bremsnocken, Radrahmenlöcher oder Bremsbefestigungen sein. Gerade in letzterem Fall können die entsprechenden Antriebe an jeweils einem Hebelarm angeordnet werden, die der eigentlichen Bremse ähnlich sind.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll der Bausatz so ausgestaltet sein, dass er mit einem entsprechenden Adapter für entsprechende Fahrzeuge versehen ist. Die Betätigung der Stützrahmen oder Hebelarme kann manuell, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Im einfachen Ausführungsbeispiel sollen die entsprechenden verstellbaren Stützrahmen bzw. Hebelarme über bekannte Bowdenzüge mit einem Handgriff am Lenker oder an einer anderen Stelle des Fahrzeugs verbunden sein. Auch hier sind viele Möglichkeiten denkbar, die von der vorliegenden Erfindung umfasst sein sollen.
Die Radflächen, die von den Antriebselementen angegriffen werden können, sind vor allem die seitlichen Bereiche des Reifens, die Felge oder aber auch zwischen Felge und Nabe angeordnete Radringe, welche mit den Speichen verbunden sind. Von der Krafteffizienz her bietet sich natürlich der seitliche Bereich des Reifens bzw. die Felge an. Auch die Steuerung des Antriebs erfolgt bevorzugt vom Lenker des Fahrzeugs aus. Hierzu ist ein entsprechender Gasdrehgriff mit der Elektronik des bzw. der Motoren verbunden. In vielen Fällen hat es sich als ratsam erwiesen, zwei Motoren pro Bausatz vorzusehen. Denkbar ist aber auch die Anordnung von nur einem Motor, der dann über entsprechende Übertragungsgetriebe mit zwei Antriebselementen verbunden ist, wobei sich je ein Antriebselement auf einer Seite des Rades befindet.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft die Energieversorgung der Antriebe. Bei den gewählten Motoren bietet es sich natürlich an, das Fahrzeug mit entsprechenden Solarzellen auszustatten. Beispielsweise gibt es bei einem Fahrrad genügend Flächen, die mit Solarzellen belegt werden können. Dies gilt einmal für den vom Radrahmen umfangenen Bereich, zum anderen aber auch für den Bereich innerhalb der Felgen bzw. innerhalb der Speichen. Dort könnten ohne weiteres Solarzellen angeordnet werden, so dass der Betrieb des Fahrzeugs völlig autonom ist. Sollte die Kapazität der Zellen nicht ausreichen, wäre auch noch eine Überdeckung des Fahrzeugs, ähnlich wie bei bestimmten BMW-Motorrädern bekannt, denkbar. Die benötigte Fläche beträgt bei den gewählten Motoren etwa 0,4 m 2 . Die Erfindung soll insbesondere auf einem bestehenden Fahrrad installiert werden können. Sie gibt aber auch die Möglichkeit, dieses Konzept in einem neuwertigen Design zu integrieren.
Die Neuheit also besteht darin, einen konventionellen Rahmen mit einer möglichst leichten und effizienten Unterstützung auszurüsten. Dafür muss die Energie in kleinen Motoren verdichten werden, die mit hoher Drehzahl arbeiten. Die Untersetzung muss darauf achten, dass die lokalen Kräfte an jeder Stufe so klein wie möglich bleiben. Dies erlaubt ein leichtes Bauen. Die Wärmetechnik wird durch die Wahl der Motoren mit hohem Wirkungsgrad realisiert. Die Verteilung der Leistung auf zwei oder mehreren Motoren ermöglicht, die Wärmeübertragungsfläche zu vergrössern, wohl wissend, dass ein kleiner Motor eine grössere spezifische Wärmeübertragungsfläche hat.
Die Vorteile der Erfindung sind also:
1. Ein leichter Bau, der dank lokalen Kräften an jeder Stufe so klein wie möglich gehalten wird. Die Kraft vom Motor bis auf den Boden muss nicht zuviel durch die verschiedenen Untersetzungsstufen variieren. So kann eine leichte Struktur gebaut werden.
2. Die Energie wird in kleinen und leichten Motoren verdichtet, die mit hoher Drehzahl arbeiten. Verwendet werden Motoren, die einen optimalen Wirkungsgrad haben. Das Beispiel BionX zeigt genau das Gegenteil, mit dem Effekt, dass der Wirkungsgrad schlecht wird. Im Vergleich zum BionXmotor ist so ein kleiner schnell drehender Motor mit den folgenden Eigenschaften charakterisiert: Eigenschaften BionXmotor Modellbau Pro-Tronik Motor
Gewicht, g 4646 178
Leistung, W 300 300
Drehzahl, rpm 128 6140
Wellendrehmoment, Nm 22 0.47
Wirkungsgrad, - 0.31 0.88
Beide Motoren liefern die gleiche Leistung. Der kleine ist fast dreimal effizienter und 26 mal leichter. Ziel ist, die Natur zu imitieren, die kleine Tiere mit einem kleinen und schnellen Herzen ausgestattet hat.
3. Eine optimale Wärmeübertragungsfläche und ein hoher Wärmeübertragungskoeffizient ist gegeben. Die unkontrollierte Wärmebildung, wie im Modell BionX, darf nicht wiederholt werden. Die Motoren aus dem Modellbau sind dafür geeignet. Die Marke Pro-Tronik bietet so ein Konzept, dass das Motorgehäuse mitdreht. Dies hat den Vorteil, dass der Wärmeübertragungskoeffizient grösser wird, umso grösser bei einer Drehzahl von 6.000 UPM. Bei dieser Geschwindigkeit liegt so ein Koeffizient um die 80 W/m2/K, während der des Dolphin Modells mit statischem Gehäuse um die 10 W/m2/K liegt. Der Drehzahlbereich der Motoren aus dem Modellbau liegt zwischen 4.000 und 80.000 UPM. Hohe Koeffizienten sind also zu erwarten. Die Erfindung besteht darin diese drei Ziele oder eine Kombination zwischen diesen drei Zielen zu realisieren. Die veränderlichen Kombinationen führen unten zu vorgestellten möglichen Alternativen.
Beschreibung der Figuren
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäße Bausatzes zur Montage auf einem Mountainbike, der mit Cantilever-Nocken für die Befestigung der Bremsen ausgerüstet ist; Figuren 2 bis 7 schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von Bausätzen zur Montage auf insbesondere einem handelsüblichen Strassenfahrrad, das mit einer Rahmenbefestigungsschraube oder einem Rahmenbefestigungsloch ausgerüstet ist; Figur 8 eine perspektivische und schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäße Bausatzes zur Motorisierung eines Fahrrades.
Figur 1 stellt einen Bausatz insbesondere für ein Moutainbike oder Citybike oder Cyclocross dar, das mit Cantilever-Befestigungsnocken ausgerüstet ist. Der Bausatz wird also auf den Nocken mittels verstellbarer Supportstücke 9.1 , 9.2 angeordnet. Die Supportstücke 9.1 , 9.2 des Unterstützungsbausatzes sind am Nocken drehbar und von Federn 10 einer Zwangkraft gegen einen verkabelten Seitenzug 6 unterworfen. Was die Bremsen betrifft, können sie auf verschiedene Weisen montiert sein:
- Die Nocken verlängern und die Bremsen so auf der anderen Seite des Rahmens montieren;
- ein mit Scheibenbremsen ausgerüstetes Rad, Trommelbremsen montieren;
- auf die Achse der Antriebsrollen Scheibenbremsen montieren. Im übrigen sind die Supportstücke 9.1 , 9.2 jeweils einem Stützrahmen 24.1 und 24.2 zugeordnet, wobei am Stützrahmen 24.1 ein Antrieb 25.1 und am Stützrahmen 24.2 ein weiterer Antrieb 25.2 angeordnet ist. Durch diese Art der Lagerung ist es möglich, die beiden Stützrahmen 24.1 und 24.2 in ihrem Abstand zueinander zu verändern, was durch den Seitenzug 6 geschieht. Natürlich ist aber auch eine eigenständige Lagerung der beiden Stützrahmen beispielsweise an einem Gepäckträger 8 oder an einem Rahmenrohr möglich.
Eine Felge 1 wird von zwei Antriebsrollen 2.1 , 2.2 des Antriebs 25.1 , 25.2 seitlich beaufschlagt. Die Antriebsrollen 2.1 , 2.2 sind jeweils auf einer Achsel 1.1 , 11.2 montiert, auf der jeweils ein Motor 4.1 , 4.2 und ein Zahnradgetriebe 3.1 , 3.2 sitzt. Dieses besteht aus jeweils einem Zahnrad 12 mit 90 Zähnen, einem Zahnrad 13 mit 52 Zähnen und einem Zahnrad 14 mit 32. Damit kann eine maximale Fahrgeschwindigkeit eingestellt werden, beziehungsweise 40, 25 und 14 km/h. Jeder Motor 4 besitzt ein kleines Zahnrad 16 mit 15 Zähnen.
Die Achsen 11.1 , 11.2 der Antriebsrollen 2.1 , 2.2 werden so beabstandet, um die Zone aus Reifen 5, Schutzblech 7 und Gepäckträger 8 frei zu lassen. Der verkabelte Seitenzug 6 erlaubt es, die Antriebsrollen 2.1 , 2.2 auf der Felge 1 anzupressen, wenn die Unterstützung gewünscht ist. Es ist bei Abfahrt oder gewünschter freier Fahrt aber möglich, den Zug auf den Seitenzug 6 zu lockern oder aufzuheben, so dass die Antriebsrollen bevorzugt federunterstützt von der Felge 1 abheben. So ist die Felge komplett befreit.
Auf beiden Seiten liegt eine Feder 10 (wobei nur eine gezeigt ist), die die Position der Antriebsrollen weg von der Felge 1 beibehält. Die Konzeption der Feder ist identisch mit der von Shimano V-brakes. Das Fahrrad ist so von jedem, mit dem Unterstützungsbausatz und verbundenem mechanischem Einfluss, befreit. Dies ist im Vergleich zu dem Bausatz BionX, der eine Masse am ungünstigen Ort mit Trägheit drehen lässt, ein nicht zu leugnender Vorteil. Der andere Vorteil der Erfindung ist die Tatsache, dass das Hinterrad auseinandergenommen werden kann, auf die gleiche Art, wie wenn kein Bausatz auf dem Fahrrad montiert wäre. Nabenschnellspanner sind anwendbar, was beim Bausatzes BionX nicht der Fall ist. Der BionX erfordert Schraubenmuttern und ein Anziehen von 40 Nm. Ohne das reisst der Motor seine Verkabelung durch Rotation der Achse aus.
Die von der gegenwärtigen Erfindung ermöglichte Reduzierung von Gewicht ergibt sich aus zwei Möglichkeiten:
- Reduzierung des Gewichts/Raumbedarfs des Motors
- Reduzierung des Gewichts/Raumbedarfs des Untersetzungsgetriebes
Das Antreiben der Felge, die schon existiert, erlaubt es, ein ohne Beifügung von zusätzlicher Masse hohes Untersetzungsverhältnis zu gewährleisten.
Die Figur 2 stellt eine Skizze dar, die ein auf einem Strassenfahrrad montiertes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Die Räder (28 oder 29 Zoll) werden von einem noch höheren Untersetzungsfaktor zwischen den Antriebsrollen 2.1 , 2.2 und der Felge 1 charakterisiert. Die Bausatzbefestigung ist so im Vergleich zum Bergfahrrad anders. Ein zentrales Bremsenbefestigungsloch 17 eines Rahmens wird benutzt, um den neuen Unterstützungsbausatz festzulegen.
Die Figur 2 stellt ein System dar, das die Antriebsrollen 2.1 , 2.2 an die Felge 1 mittels symmetrischer Hebelarme 18.1 , 18.2 andrückt. Die Länge der Hebelarme wird so gewählt, dass die normale Druckkraft der Antriebsrollen 2.1 , 2.2 wird so im Vergleich zu der betätigenden Handkraft vergrössert wird.
Die Figur 3 stellt eine Alternative für das Anpressen dar, wie die Antriebsrollen 2.1 , 2.2 auf der Felge mittels unsymmetrischen Hebelarmen 18.3, 18.4 angedrückt werden. Dieses System ähnelt den Klauen von klassischen Bremsen, die eine 18.3, die sich um das Befestigungsloch 17 dreht, und die andere 18.4, der sich um eine versetzte Schraube 19 dreht, in der Absicht, die Länge von diesem Hebelarm zu verlängern. Eine Verbindung zwischen den zwei Hebelarmen wird von einer Schraube 20 hergestellt, um die Bewegung von jeder Antriebsrolle 2.1 , 2.2 gegen die Felge 1 zu synchronisieren. Ein einziger Hebelarm wird von einer nicht gezeigten Feder gespannt und der andere wird von der Synchronisationsschraube 20 mitgenommen. Die Schraube 20 ermöglicht, die Position der Antriebsrollen 2.1 , 2.2 zur Felge 1 einzustellen.
Die Figur 4 stellt eine weitere Alternative für das Anpressen dar, wie die Antriebsrollen 2.1 , 2.2 an die Felge 1 mittels unsymmetrischer Hebelarme 18.5, 18.6 angedrückt werden. Dieses System ist eine Weiterentwicklung von Figur 3, indem es den ersten Arm nicht um das Befestigungsloch 17 drehen lässt, aber um eine von der anderen Seite versetzten Schraube 21. Das Ergebnis ist so eine Gesamtheit, von zwei versetzten Rotationspunkten 21.1 , 21.2. Die Absicht besteht darin, die Länge von den zwei Hebelarmen zu verlängern.
Die Figur 5 zeigt eine Alternative zur Figur 2, mit zwei versetzten Rotationspunkten 21.1 , 21.2, um die zwei Hebelarme zu verlängern.
Die Figur 6 zeigt eine Alternative basierend auf dem Cantilever-Prinzip, wo die Zugkraft zentriert ist. Hierbei weisen die beiden Hebelarm 18.7 und 18.8 jeweils einen Drehpunkt 22.1 und 22.2 am Rahmen auf und sind mit ihrem anderen Ende jeweils mit einem Teil 6.1 , 6.2 eines Zugstranges 6 verbunden.
Die Figur 7 geht vom gleichen Prinzip aus, indem die Motoren 4.1 , 4.2 nach unten versetzt sind. Auch hier drehen zwei Hebelarme 18.9 und 18.10 um entsprechende Drehpunkte 22.3 und 22.4 am Rahmen.
Die Figur 8 zeigt einen Unterstützungsbausatz mit einem einzigen Motor 4.3. Dieser Motor treibt ein grosses Zahnrad 23.1 an, das seinen gegenübergestellten Bruder 23.2 antreibt, um die Treibkraft auf die zwei Seiten der Felge zu verteilen. Weil die Antriebsrollen eine gegensinnige Drehrichtung haben, können die zwei grossen Zahnräder also gekoppelt werden. Funktionsweise der vorliegenden Erfindung:
Ein Mountainbike ist mit dem neuen Unterstützungsbausatz auf der Basis der vorliegenden Erfindung ausgerüstet. Seine Räder haben 26 Zoll, der aus 1989 stammende Rahmen Scott Racing ist aus Stahl. Dieser Prototyp ist mit 2 Motoren der Marke Pro-Tronik ausgerüstet, Modell DM 2825-650. Die erste Untersetzungsstufe wird von einem Zahnradgetriebe mit einem Untersetzungsfaktor von 52 / 15 = 3.466 übernommen. Die zweite Untersetzungsstufe wird von den Antriebsrollen an der Felge mit einem Untersetzungsfaktor von 559 / 53 = 10.55 übernommen. Die zwei Lithium Polymer (LiPo) Batterien sind von der Marke Jack Power. Jede Batterie hat die folgenden Eigenschaften: 500 Gramm, 14.8 Volt und 4200 mAh wirksame Kapazität. Die zwei Geschwindigkeitsregler sind von der Marke robbe, Modell Roxxy BL-Control 960-6 60A, jeder 60 g wiegend. Das totale Gewicht des auf dem Fahrrad aufgebrachten Bausatzes liegt bei 2.9 kg und das mit dem Bausatz ausgerüstete komplette Fahrrad wiegt 15.3 kg.
Die Geschwindigkeit der Motoren wird rechts mit einem gestellten verkehrten Drehgriff auf dem Lenker geregelt. Der Drehgriff wird umgekehrt, weil die Kabelziehung an seiner rechten Seite erfolgt. Der Grund dieser neuen Konfiguration ist, ohne Hemmungen ein Betätigen des Schalthebels zu erlauben. Der Zugang zum Schalthebel ist also ohne Steigerung des Durchmessers frei. Die normale Kraft, welche die Antriebsrollen 2.1 , 2.2 auf die Felge 1 drückt, wird links mit einem gestellten Hebel auf dem Lenker geschaffen.
Eine energetische Bilanz wird festgelegt, um die Effizienz der verschiedenen Modelle zu ermitteln. Die energetische Bilanz soll auf zwei Arten ermittelt werden. Die eine besteht darin, die Höhenunterschiede bis zu Erschöpfung des eingespeisten Vorrats an Energie zu durchfahren. Mit der zweiten wird die Menge aufgeladener Energie durch Messung festgestellt. Die Marke des Ladegeräts für die LiPo Batterien ist XPeak 230 Bai. Er zeigt die Menge aufgeladener Energie. Datenblatt des Prototypen, Design 25 km/h für die Bergfahrt:
Entsprechende Figur 1
Anzahl von Motoren 2
Marke der Motoren Pro-Tronik
Motorentyp DM 2825-650, 2-5 LiPo
Gewicht pro Motor, g 175
Propellerschubkraft pro Motor, kg 4.5
Untersetzungsfaktor des Zahnradsgetriebes, - 52 / 15 = 3.466
Untersetzungsfaktor der Antriebsrolle an Felge, - 559 / 53 = 10.55
Gesamter Untersetzungsfaktor, - 36.566
Antriebsrollen Aluminium mit NBr O-Ring
Antriebs-O-Ringe NBr 70 Shore A, 40.65x5.33
Anzahl von Batterien 2
Marke der Batterien JackPower XQ Top Series 35C
Batterietyp Cont. 35 C/Burst 60 C
LiPo 4 S1P
Spannung der Batterien, V 14.8 (4 x 3.7 V)
Angeschriebene Kapazität jeder Batterie, mAh 4400
Effektive Kapazität jeder Batterie, mAh 4200
Nutzbare Energie von jeder Batterie, Wh 62
gesamte energetische Kapazität, Wh 124
Gewicht jeder Batterie, g 500
Anzahl von Reglern 2
Marke des Reglers robbe Roxxy
Reglertyp BL-Control 960-6/2..6 LiPo 60A
(6 LiPo = 22.2 V max)
Gewicht jedes Reglers, g 61
Gemeinsame Steuerung „Servo Tester" von robbe Modifikation der Steuerung verkabelte Drehscheibe
Einstellung der Unterstützungsstärke manuell mit Drehgriff und Kabel Betätigung der Antriebsrollen an die Felge manuell mit Hebel und Kabel Fahrrad Rahmen Scott Racing 1989, Stahl Ausrüstung des Fahrrads XTR 1989
Schutzbleche, Gepäckträger
Gewicht des kompletten Bausatzes mit Griff/Hebel 2.9 kg
Gewicht des Fahrrads mit Unterstützungsbausatz 15.3 kg
Es ist möglich die Grösse der Zahnräder zu ändern, andere Motoren zu wählen und andere Akkumulatoren anzuordnen, um jeden Wunsch zu befriedigen. Die Anpresskraft der Antriebsrollen auf der Felge ist von dem Reibungskoeffizienten abhängig. Es handelt sich darum, ein Materialpaar mit einem akzeptablen Reibungskoeffizienten auszuwählen, um eine Treibkraft mit einer vernünftigen Anpresskraft zu erhalten. Das Materialpaar Aluminium/Aluminium gibt einen Reibungskoeffizienten von ungefähr 1. Um eine Treibkraft von 10 kg zu erhalten, braucht es also eine Anpresskraft von 10 kg. Der erste Versuch wird mit Antriebsrollen aus Aluminium auf einer Aluminiumfelge durchgeführt. Der Wirkungsgrad ist sehr gut, aber der erzeugte Lärm ist sehr unangenehm. Die Felge wirkt wie ein Resonanzboden. Die Konfiguration wird dann verbessert, um den Lärm in der Übertragung der Treibkraft zu beseitigen. Die Antriebsrollen werden gedreht, um auf dem Umkreis eine O-Ring Nut zu erhalten. Das O-Ring Material ist ein Elastomer, wie EPDM, NBR, SBR, BR, NR (Naturkautschuk), PVC, PUR. Die in die Herstellung der Reifen von Autos oder von Fahrrädern eintretenden Formulierungen können als Basis dienen, um die Übertragung der Kraft in Rollmodus zu optimieren. Die aus PVC oder PUR extrudierten Rollen sind auch anwendbar.
Das Material der Antriebsrollen wird von seinem Wirkungsgrad bestimmt, indem es nach dem Felgentyp Aluminiummaterial, Keramikmaterial oder Fasermaterial aus Kohlenstoff von dem Reibungskoeffizienten beeinflusst wird. Die Behandlungen von Flächen und die Konsistenz der Antriebsrollen haben zum Ziel, das Gleiten durch kaltes, feuchtes oder Schneewetter zu erniedrigen. Der zweite Versuch wird mit Antriebsrollen aus Gummi auf einer Aluminiumfelge durchgeführt. Überraschender Weise ist der Wirkungsgrad gleich gut wie im ersten Versuch, mit dem Vorteil, dass der Lärm komplett weg ist. Die Versuche sind auf einer 7.9% Steigungstrecke durchgeführt worden. Die abgemessenen energetischen Bilanzen liefern einen Wirkungsgrad von 0.95 in beiden Versuchen für die Übertragung der Treibkraft von den Antriebsrollen auf die Felge.
Vergleichstest
Auf einer Teststrecke von bekannter Steigung wird eine energetische Bilanz gemessen, um den gesamten Wirkungsgrad der verschiedenen Modelle zu bestimmen. Die Teststrecke besteht aus drei Steigungen und drei Abfahrten. Die Anstiege haben je einen Höhenunterschied von ungefähr 170 Metern.
Die unten gezeigte Vergleichstabelle ist eine Zusammenfassung der fundamentalen Werten von den getesteten e-bikes Modellen des Markts, also der Stand der Technik, sowie von dem gebauten Prototypen. Die Vergleichstabelle stellt also eine energetische Bilanz für jedes Modell dar. Die körperliche Tretleistung ist ein Wert, der auf das Niveau des Atems mit Fahrradfahrergefühlen geschätzt wird. Diese Werte bleiben in einem Leistungsbereich zwischen einem Mann im Gehen und einem nicht sportlichen Fahrradfahrer. Der Atem wird kalibriert, indem auf einer 6.3% Steigung ein Fahrrad mit 6 km/h geschoben wird, was einer Leistung von 140 W entspricht: ( (78.5 + 24) 0.063 + 2 + 0.1) * 9.81 * 6 / 3.6 = 140 W.
Konzept Einheiten BionX Dolphin Speedped Flyer Erfindung getestet getestet getestet getestet getestet getestet gegebene Parameter :
Gewicht des gesamten Fahrrads kg 24 31.2 25.6 24 15.3
Gewicht des Fahrers kg 78.5 78.5 78.5 78.5 78.5
Gewicht des Gepäcks kg 0 0 5.4 0 0 mittlere Steigung der Fahrstrecke 0.073 0.073 0.073 0.0786 0.0786
Reibungskoeffizient vom Rollen - 0.006 0.006 0.006 0.006 0.006
Fahrgeschwindigkeit, V km/h 16 23 19.5 14.7 21
Tretleistung des Fahrers W 140 140 80 133 100 gefahrene Höhendifferenz m 510 1130 873 1386 408
Kapazität der Batterien Ah 9.6 18 9 15 8.4
Spannung der Batterien V 36 36 50 26 14.8
Gewicht der Batterien kg 3.8 8.5 4.8 3.3 1
Gewicht Motor-Untersetzung-Fixierung kg 4.6 5.2 3 5.1 1.9
Strömungswiderstandskoeffizient, Cd 1.15 1 0.86 1 0.86 kalkulierte Werten :
installierte Unterstützungsenergie Wh 346 648 450 390 124
Länge der Fahrstrecke m 6986 15479 1 1959 17634 5191
Dauer der Fahrstrecke h 0.44 0.67 0.61 1.20 0.25
Steigungswiderstandskraft N 73.4 78.6 78.4 79.0 72.3
Rollenwiderstandskraft N 6.0 6.5 6.4 6.0 5.5
Strömungswiderstandskraft N 7.7 13.8 8.5 5.6 9.9 gesamte Widerstandskraft, F N 87.1 98.8 93.4 90.7 87.7 nutzbare Leistung = F * V W 387 631 506 370 512 nutzbare Unterstützungsleistung W 247 491 426 237 412 nutzbare Unterstützungsenergie Wh 108 330 261 285 102
Unterstützungswirkungsgrad - 0.31 0.51 0.58 0.73 0.82
Unterstützungsstärke % 176 351 532 178 412
Die Vergleichstabelle zeigt den Unterstützungswirkungsgrad steigend, von 0.31 bis 0.82, dank der Erfindung. Eine solche Verbesserung des Wirkungsgrads ermöglicht, auf dem Fahrrad eine viel leichtere Batterie einzubauen. Daraus resultiert auch eine bessere Wärmekontrolle.
Das Modell BionX, dessen Wirkungsgrad nicht 0.31 übersteigt, wird stark von seiner Erwärmung negativ beeinflusst. Es ist nicht möglich gewesen, die 510 Meter Höhendifferenz ohne Pause zu fahren. Das Modell BionX verbraucht 346 Wh auf der ganzen Strecke mit einer Fahrgeschwindigkeit beim Hochfahren von 16 km/h. Das BionX erfordert eine lange Pause zwischen zwei Anstiegen, um den Motor abkühlen zu lassen. Auf der gleichen Fahrstrecke werden die drei Anstiege mit der Erfindung ohne Abkühlungspause gefahren, ausser der Abfahrzeit, die einige Minuten dauert. Das erfundene Modell erlaubt sogar das Hochfahren der drei Anstiege mit einer Fahrgeschwindigkeit von 21 km/h.
Es ist allen anderen Modellen gelungen, die Teststrecke ohne Überhitzungsproblem zu fahren.
Das totale Gewicht vom Unterstützungssystem von 2.9 kg ist für die Erfindung, die ermöglicht, einen Höhenunterschied von 408 Metern hochzufahren, ein Rekord. Ein Gewicht von 3.9 kg würde einen Höhenunterschied von 820 Metern gegen die 7.8 kg des Speedpeds für einen gleichen Höhenunterschied, bei einer fast gleichen Aufstiegsgeschwindigkeit, erfordern. Dies bedeutet also eine Gewichtsersparnis von 50%. Es ist klar, dass dieser Prototyp noch dank einer weiteren Designstudie im Gewicht optimiert werden kann.
Der Gesamtwirkungsgrad des Prototypen ist bei 0.82 ermittelt worden. Pro-Tronik kommuniziert den Wirkungsgrad von 0.88 für seinen Motor. Das Übertragungssystem enthält 4 Kugellager, ein einfaches Zahnradgetriebe und eine Antriebsrolle auf jeder Seite der Felge, was einen Übertragungswirkungsgrad von (0.9985) Λ 4 * 0.985 * 0.95 = 0.93 ergibt. Der Gesamtwirkungsgrad ist also von 0.88 * 0.93 = 0.82. Der in dieser Berechnung korrelierte Wert ist die Übertragung der Treibkraft auf der Felge, sei 0.95. Die Modelle Dolphin und Speedped werden vom schwachen Wirkungsgrad des Nabengetriebes negativ beeinflusst.
Das System Flyer erhält den besten Gesamtwirkungsgrad des Standes der Technik. Sein Motor kann bei 2115 rpm einen Wirkungsgrad von 0.78 erreichen. Das Zahnradgetriebe kann einen Wirkungsgrad von 0.985 und das Kettenritzel mit 12 Zähnen einen Wirkungsgrad von 0.95 ( www.bttecos.com) haben, was 0.73 als Gesamtwirkungsgrad ergibt. Die Regelelektronik aus dem Gebiet Modellbau ist sehr effizient. Es ist möglich, dass die e-bikes des Markts auch wegen der Regelelektronik einen schwachen Motorwirkungsgrad haben. Wenn die Elektronik einen Sollwert erreichen muss, ist zu erwarten, dass so ein System Energie konsumiert. Die Marktmodelle messen entweder die Tretfrequenz oder die Tretkraft. Daraus resultiert eine kalkulierte Treibkraft, die kontinuierlich als Sollwert geregelt wird. Als Resultat spürt man auf dem Fahrrad eine oszillierende Treibkraft. Dieses Phänomen ist sogar heftig auf dem Dolphin Modell.
Der Drehgriff ist gut genug, um die Treibkraft zu verwalten. Der Fahrer kann mit dem Drehgriff seinen eigenen Unterstützungsbedarf einstellen. Heute ist die Geschwindigkeit der Fahrzeuge sowieso manuell eingestellt. Dies wird nicht wieder in Frage gestellt. Es stellt sich also eine andere Frage: wie kann man ein unterstütztes Fahrrad von einem motorisierten Fahrrad unterscheiden? Es würde reichen, einen Sensor zu installieren, der die Aktivität des Fahrers misst. Sobald der Fahrer als aktiv gemessen wird, wird die Unterstützung mit dem Drehgriff zur Verfügung gestellt. Somit wird der geschlossene Regelkreis aufgegeben, um Energie zu sparen.
Schafft die Spannung von 14.8 Vs die Bedingungen für einen oberen Wirkungsgrad? Wie zufällig, Flyer, das effizienteste Marktmodell, ist mit einer Batterie 26 Volt ausgerüstet. Die am wenigsten effizienten Systeme sind mit Batterie 36 Volt ausgerüstet. Der innere Widerstand von diesen Batterien könnte höher sein. Die für den Modellbau konzipierten LiPo Batterien haben einen sehr kleinen inneren Widerstand. Das erlaubt ihnen, eine grosse Menge Spitzstrom zu liefern. Diese Besonderheit wird auf den Batterien des Prototypen mittels des Markenzeichens «Cont.35C/Burst60C» gezeigt. Die Schlussfolgerung ist, dass der innere Widerstand der Batterie den Gesamtwirkungsgrad des Systems beeinflusst.
Es ist offensichtlich, dass die oben beschriebenen Unterstützungsalternativen nicht auf eine Kabelziehung beschränkt sind. Die Anpresskraft der Antriebsrollen auf der Felge kann auch mit hydraulischem Druck übermittelt werden. Das aus den Hydraulikbremsen hervorgegangene Wissen kann in diesem Fall angewendet werden. Für Rahmen, bei denen Cantilever-Nocken fehlen, liegt es im Rahmen der Erfindung, ein Zubehörteil für die Befestigung zu konzipieren.
Die Motoren aus dem Modellbau können Rippen oder dünne Scheiben auf dem Gehäuse aufweisen, um die Wärmeübertragungsfläche zu erhöhen. Die obere Platte kann sogar ein Antiregenschutz werden. Ein Wärmetauscher mit Wärmeträgerflüssigkeit ist auch denkbar. Die Position des Motors sollte so sein, dass seine Belüftung optimal ist. Je kleiner der Motor ist, desto leichter ist es, diesen auf einem Fahrradrahmen einzubauen. Andere Unterstützungsalternative können von dem erfundenen Grundprinzip profitieren. Die kleinen Motoren aus dem Gebiet Modellbau können benutzt werden, um am Boden des Fahrrads eine Treibkraft zu übermitteln. Sie wurde zuerst auf die Felge durch die Antriebsrollen übermittelt, was einen Untersetzungsfaktor von 10.55 gebracht hat. Es ist auch möglich, diese Kraft mit einem Riemen oder einer Kette zu übermitteln. Riemenscheiben können auch einen Untersetzungsfaktor von 10 erreichen, indem man die erste Scheibe mit einem Durchmesser von 20 mm und die zweite mit 200 mm auslegt.
Es besteht eine andere Möglichkeit, das erste Kettenritzel der Kassette, die nach den Modellen 30, 32 oder 34 Zähne aufweist, zu benutzen. Die Kettenschaltung kann so geregelt werden, dass das erste Ritzel für die Unterstützung reserviert ist.
Es ist auch möglich, das grosse Kettenblatt der Kurbelgarnitur mit der Unterstützung anzutreiben. Dieses grosse Kettenblatt würde so für die Übertragung der Unterstützungskraft mittels einer zweiten Kette reserviert sein. Eine Alternative wäre die Ersetzung des grossen Kettenblatts durch ein Zahnrad von grossem Durchmesser. Dieses Zahnrad könnte so von einem oder mehreren Motor(en) angetrieben werden. Mit zwei Motoren ist die Kraft von totaler Unterstützung jederzeit auf zwei Zähne des grossen Zahnrads verteilt, was seine Lebensdauer erhöht. So ist es möglich, dieses grosse Zahnrad aus einem leichten Material herzustellen, um sein Gewicht zu optimieren. Diese Antriebslösung würde den Wirkungsgrad des Modells Flyer erhöhen. Der Wirkungsgrad des kleinen Zahnrads Flyer von 0.95 würde nämlich verbessert werden, um denjenigen von zwei Paaren Zahnrädern zu erreichen, nämlich 0.985 Λ 2 = 0.97.
Die Variante mit einem Zahnriemen erfordert auf der Nabe einen Freilauf, um die Unterstützung aufheben zu können. Dafür sind Flipflopnaben verwendbar, um auf der rechten Seite die Tretkraft und auf die linke Seite die Unterstützungskraft zu übermitteln.
Die Variante «erstes Kettenritzel der Kassette» erfordert auf dem entgegengesetzten Ritzel einen Freilauf. Eine andere Bedingung muss in diesem Fall erfüllt werden: Die Tretkette könnte nicht mehr genug auf ihrem oberen Teil und zuviel in ihrem unteren Teil gespannt sein. So könnte der Wechsel ausreissen. Um dieses Problem zu vermeiden, sollte man den Spannungsgrad der Kette an einem Ort mit einer Sonde messen. Die Treibkraft kann so limitiert werden, dass sie den Wechsel nicht ausreisst.
In diesen ganzen Alternativen könnte ein einziger kleiner Motor bis zu 750 W mit hoher Drehzahl benutzt werden. Es wird jedoch empfohlen, zwei Motoren zu benutzen. Die Vorteile sind die Folgenden: Die Wärmeübertragungsfläche wird grösser, indem die Treibleistung auf zwei Motoren verteilt wird. Allerdings wird die erste Untersetzung üblicherweise von einem Zahnradgetriebe übernommen. Mit zwei Motoren werden zwei Zähne des grossen Zahnrads betätigt. Diese Kraftverteilung auf zwei Zähne erhöht die Lebensdauer des Getriebes. Das grosse Zahnrad kann so aus einem leichten Material hergestellt werden. Es ist klar, dass die Anzahl der Untersetzungsstufen unbestimmt ist. Untersetzungsalternativen, wie ein stufenloses Getriebe, können auch eingesetzt werden. Es ist aber wichtig, dem Wirkungsgrad Aufmerksamkeit zu schenken. Für das Antreiben der Felge kann es andere Varianten geben. Es handelt sich dabei um das Antreiben der Felge oder ihrer Peripherie. Auf der Basis dieses Konzepts ist es auch möglich den inneren Teil der Felge zu verzahnen, um sie mit einem Planetengetriebe anzutreiben. Die Planeten könnten sogar die Motoren selbst sein. Spezielle Felgen könnten hergestellt werden. Es ist auch möglich, in ihrem Inneren einen gezahnten Kreis einzufügen, konzentrisch in der Felge in Form eines Bausatzes. Dieser Kreis kann in seiner Seite Nuten eingeformt erhalten, um eine einfache Befestigung an den Speichen zu realisieren In seinem äusseren Umkreis verfügt dieser Kreis über Schrauben zum Zentrieren, während er sich auf die Felge stützt, um den Übelkreis zu regeln. Dieses Konzept erlaubt auch die Ausarbeitung von einer auf der Seite überragenden Felge, um die Anordnung von gegen das Äussere gerichteten Zähnen zu erlauben. Dieser Weg kann durch eine Kette oder durch einen feinen Zahnriemen durchlaufen werden. Ein Element in Form von einem Kreis kann auf der Gesamtheit, Felgen-Speichen, angepasst werden, um diese Funktion des Treibens durch Kette oder Riemen sicherzustellen.
In der Peripherie der Felge ist die Wahl des Antreibens durch Getriebe, Kette oder Riemen nicht entscheidend. Dagegen ist der Durchmesser des motorischen Zahnrads entscheidend. Seine ideale Grösse wäre 11 mm in Durchmesser, die für eine Felge 26 Zoll einen Untersetzungsfaktor von 50 geben würde, und von 55 für eine Felge 28 Zoll (29 Zoll). Falls das Antreiben durch Getriebe es ermöglicht, den Durchmesser des motorischen Zahnrads auf 5 mm zu reduzieren, verdoppelt sich der Untersetzungsfaktor und wird also 100. Es wäre also möglich, den Motor oder die Motoren mit einer Drehzahl von 20000 rpm bei einer Fahrgeschwindigkeit von 25 km/h zu drehen, mit einer einzigen Untersetzungsstufe. In so einem Fall wird die Einstellungsgenauigkeit des Übelkreises wichtig. Die Kette und der Zahnriemen stellen im Falle einer Verschmutzung durch Staub, Sand und Wasser ein richtiges Funktionieren der Übertragung der Kraft selbst sicher. Das Antreiben durch Getriebe erfordert dagegen gegen den Staub eine Schutzmassnahme, um ein gutes Funktionieren sicherzustellen. Dafür ist es möglich, einen festen Schutzdeckel links und rechts der Motorwellen anzubringen. Die Schnittstelle zwischen dem befestigten Deckel und dem dynamischen Teil kann durch Wimpern geschützt werden, während sie einen Kamm bilden. Dieser eine Sperre gegen Staub dar und kanalisiert das Wasser in die niederere Position vom Rad. Ein System mit automatischer Schmierung kann angebracht werden, um den Wirkungsgrad des Getriebes zu erhöhen.
Zwei Motoren von jeweils 500 W (oder von einer anderen Leistung) können auf dem Fahrrad angeordnet werden, einer die linke Seite und der andere die rechte Seite der Felge antreibend. Die Möglichkeit, die Leistung von einem Fahrrad ä la carte zu erhöhen, ist also gegeben. Zum Beispiel, Pro-Tronik liefert einen Motor von 750 W mit einem Schubkraft von 6.2 kg (Motorsegler), das Modell 3625-650 für ein Gewicht von 257 Gramm. Es ist auch denkbar, im Winter jedes Rad anzutreiben (Philosophie 2x2, 4x4). Dieses System könnte auch auf anderen Mitteln von Fortbewegungen angepasst werden. Er ist stark anzunehmen, dass leichte Fahrzeuge auf dem Markt im Rahmen der Nachhaltigkeit erscheinen werden. Jedes Rad kann also angetrieben werden.
Dank der grossen verfügbaren Auswahl von Motoren auf dem Gebiet des Modellbaus ist es möglich, ä la carte ein e-bike auszulegen. Kinder, Jugendliche, Frauen, Männer, Menschen mit Übergewicht, alle können eine Konfiguration nach Mass finden.
Die Treibkraft kann sogar mittels eines auf jedem Motor befestigten Flugzeugspropellers geliefert werden. Die Schubkraft, die aus dem Modellbau bekannt ist, dient als Basis der Berechnung für die Auslegung. Der Propellertyp wird für solchen Motortyp genau angegeben. Ein Schutz ist, zum Beispiel in der Verlängerung eines Korbs vorherzusehen, um die Maschine zu sichern, während eine Designkurve respektiert wird.
Das Modell BionX erlaubt die Rückgewinnung von Energie bei der Bremsung. Die Stärke der Bremskraft ist aber in der Konsole zu programmieren. Neu wäre es denkbar, eine motorisierte Kraft von Bremsung, die je nach der Position des Hebels veränderlich ist, zu entwickeln. So könnte die Energie elegant rückgewonnen werden. Die Rückgewinnung der Energie kann die Batterie wieder aufladen oder, im Fall eines pneumatischen Treibsystems, das Gas wieder komprimieren.
Die Unterstützung kann auf mehreren unterschiedlichen Arten eingestellt werden:
1. Mit einem Drehgriff kann die Unterstützungsstärke sehr intuitiv eingestellt werden. Der Drehgriff ist mit einer automatischen Rückkehr ausgerüstet, um die Sicherheit zu gewährleisten. Diese Lösung ist beim Bergfahren sehr bequem.
2. Mit einem Hebel kann die Unterstützungsstärke eingestellt werden. Der Hebel ist mit einer automatischen Rückkehr ausgerüstet, um die Sicherheit zu gewährleisten. 3. Mit einer Messsonde im Sattel wird die Tretkraft gemessen, um die Unterstützungskraft zu bestimmen. In Abhängigkeit von der Tretkraft verändert sich der Druck auf dem Sattel, und der Ort des Drucks auf den Sattel unterscheidet sich. Daraus kann man die Unterstützungsstärke einstellen. 4. Mit einer Messsonde wird die Tretkadenz gemessen, um die Unterstützungsstärke einzustellen. Diese Lösung ist Stand der Technik.
5. Mit einer Messsonde wird die Tretkraft gemessen, um die Unterstützungsstärke einzustellen. Diese Lösung ist Stand der Technik, indem man die Tretkraft in der Nabe mit einem Dehnmessstreifen misst. Neu könnte die Tretkraft in der Kurbel oder irgendwo auf dem Rahmen gemessen werden. Die Kettenspannung könnte auch mit einem separaten Ritzel gemessen werden, indem die ausgeübte Kraft auf das Ritzelsupport gemessen wird. Entsprechend kann die Unterstützungsstärke eingestellt werden.
Um die Benutzung der vorliegenden Erfindung angenehm zu machen, müssen die vom Vorderrad geschaffenen Wasserprojektionen beseitigt werden. Der Kontakt des Reifens auf dem nassen Boden verursacht seitliche Wasserprojektionen, die nicht mit dem üblichen Schutzblech eingeschlossen werden können. Wassertropfen gehen seitlich am Schutzblech vorbei. Wegen der Fahrgeschwindigkeit werden diese Tropfen bis zu den Knien die Schuhe und die Hose schmutzig machen. Um dieses Problem zu lösen, wird das Vorderrad, zwischen der Gabel und dem Schutzblech, gespannte seitliche Folien erhalten. Diese Vorrichtung ist Stand der Technik. Die Neuheit besteht aus einer biegsamen Verkleidung, die die seitlichen gespannten Deckfolien bis zum Boden verlängert. Die Idee ist die Einschliessung der Wassertropfen bis nah an dem Boden, um den Fahrradfahrer gegen Schmutz zu schützen. Von der Tatsache, dass diese Verkleidung bis nah an dem Boden hinuntergeht, ist die Überwindung von Hindernissen wie Bürgersteige, tote Zweige oder Unebenheiten des Bodens abhängig. Deswegen muss die Verkleidung eine gewisse Flexibilität bekommen. Bei schönem Wetter ist es möglich, diese Verkleidung zu entfernen, um den Strömungswiderstandskoeffizienten zu erniedrigen und um der Gesamtheit einen leichten Aspekt zu geben. Es ist das Ziel, beim Schutz gegen Spritzer eine ähnliche Effizienz wie bei dem Scooter zu erreichen.
Eine andere Technik ermöglicht, die oben beschriebenen seitlichen Deckfolien und die Verkleidung zu vermeiden. Es handelt sich um die Projektionen des vom Reifen stammenden Wassers, die Geschwindigkeit zu vermindern. Denkbar ist, im inneren Teil des Schutzbleches eine Struktur einzubauen, die die Geschwindigkeit der Projektionen vermindert und kanalisiert, um sie zu evakuieren. Eine solche Struktur kann einer porösen dreidimensionalen Fläche ähneln, oder als übereinander gelegtes Gitter oder Bienennester auftreten. Ein Druckabfall durch die Struktur verlangsamt die Geschwindigkeit des Wassers und erlaubt so seine Evakuierung per Gravität nach unten ohne aus den Seiten zu spritzen. Der Teil in der Nähe des Bodens ist genug biegsam oder einziehbar, um die Hindernissen wie die Überwindung von Bürgersteigen zu erlauben.
Die gegenwärtige Erfindung erwähnt einen leichten elektrischen Unterstützungsbausatz. Dieses Konzept beschränkt sich nicht nur auf die elektrische Energie. Es ist nämlich möglich, einen pneumatischen Motor (Druckgas) oder einen von einer Zelle ernährten Motor vorherzusehen (Wasserstoff/Sauerstoff, Alkohol etc.). Kurz zusammengefasst können alle Motoren, die schnell drehen, von der in diesem Text vorgestellten Technik profitieren, sogar Explosionsmotoren aus dem Modellbau.
Für die mit Druckgas funktionierende Variante ist es möglich, das Gas im Rahmen des Fahrzeugs bildenden Rohrnetz zu lagern. Die runde Form wird perfekt den Druck halten können.
Bezüglich der Verbrennungsbatterie ist es möglich, sie im Rohrnetz des Rahmens zu anzuordnen. So eine Lösung ist auch für die elektrischen Batterien denkbar.
Bezugszeichenliste
Felge 34 67
Antriebselement 35 68
Untersetzungsgetriebe 36 69
Motor 37 70
Reifen 38 71
Seitenzug 39 72
Schutzblech 40 73
Gepäckträger 41 74
Supportstück 42 75
Feder 43 76
Achse 44 77
Zahnrad 52 Zähne 45 78
Zahnrad 32 Zähne 46 79
Zahnrad 52 Zähne 47
Zahnrad 90 Zähne 48
Motorzahnrad 49
Bremsenbefestigungloch 50
Hebelarme 51
Schraube 52
Schraube 53
Schraube 54
Drehpunkt 55
Zahnrad 56
Stützrahmen 57
Antrieb 58
59
60
61
62
63
64
65
66