Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb, der eine zumindest als Elektromotor betreibbare elektrische Maschine aufweist, die zur Stromversorgung mit einem ersten Akkupack elektrisch leitend verbindbar ist.

Aus dem Stand der Technik sind derartige Fahrräder bekannt, bei denen z. B. ein Radnabenmotor zur Stromversorgung mit einem zugeordneten Akkupack elektrisch leitend verbindbar ist, um beispielsweise beim Bergauffahren oder beim Fahren mit Gegenwind als elektrische Antriebsstützung Anwendung zu finden. Der in der Regel über eine Leistung von 250 bis 500 W verfügende Radnabenmotor kann sowohl im Vorder- als auch im Hinterrad eines entsprechenden Fahrrads angeordnet sein und bei tretunterstützenden Ausführungen bedarfsweise zu- oder abgeschaltet werden. Hierbei kann ein jeweiliger Kraftaufwand einer entsprechenden Tretbewegung auch sensorisch gemessen werden, um ein automatisiertes Zuschalten des Radnabenmotors zu ermöglichen.

Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die verfügbaren Akkupacks eine begrenzte Energiedichte aufweisen und somit eine Stromversorgung des Radnabenmotors nur über eine eingeschränkte Laufzeit bzw. eine eingeschränkte Reichweite gewährleisten können.

Offenbarung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb bereit zu stellen, bei dem eine Laufzeitverlängerung für den Hilfsantrieb erreicht werden kann.

Dieses Problem wird gelöst durch ein Fahrrad mit einem elektrischen Hilfsantrieb, der eine zumindest als Elektromotor betreibbare elektrische Maschine aufweist, die zur Stromversorgung mit einem ersten Akkupack elektrisch leitend verbindbar ist. Eine Adaptereinheit ist vorgesehen, über die der erste Akkupack mit mindestens einem zweiten Akkupack elektrisch leitend verbindbar ist.

Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Fahrrads mit einem elektrischen Hilfsantrieb, bei dem durch eine Verwendung des zweiten Akkupacks eine Laufzeitverlängerung für den Hilfsantrieb erreicht werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Adaptereinheit mindestens eine erste Aufnahmebucht auf, über die der mindestens eine zweite Akkupack mechanisch und elektrisch leitend mit der Adaptereinheit verbindbar ist.

Somit kann der zweite Akkupack als ein kostengünstiger, austauschbarer Wechselakkupack ausgebildet werden.

Der erste Akkupack und die Adaptereinheit sind bevorzugt über eine Verbindungsleitung miteinander verbunden.

Somit können der erste Akkupack und die Adaptereinheit auf einfache Art und Weise miteinander verbunden werden.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Adaptereinheit mindestens eine zweite Aufnahmebucht auf, über die der mindestens eine erste Akkupack mechanisch und elektrisch leitend mit der Adaptereinheit verbindbar ist.

Die Erfindung ermöglicht somit einen Betrieb des Hilfsantriebs unter Verwendung kostengünstiger Wechselakkupacks, die auf einfache Art und Weise jeweils nach einer Entleerung ausgetauscht und wieder aufgeladen werden können. Die als Elektromotor betreibbare elektrische Maschine ist bevorzugt mit der A- daptereinheit elektrisch leitend verbindbar.

Somit kann die Adaptereinheit auf einfache Art und Weise unmittelbar an die e- lektrische Maschine angeschlossen werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest der zweite Akkupack ein zur Verwendung in einem handgehaltenen Elektrogerät ausgebildeter Akkupack.

Die Erfindung ermöglicht somit die Verwendung von Akkupacks, die zur Verwendung in Elektrogeräten in großen Stückzahlen und somit kostengünstig hergestellt werden.

Bevorzugt weist zumindest der zweite Akkupack mindestens eine Lithium-Ionen- Akkumulatorzelle auf.

Somit kann der zweite Akkupack auf einfache Art und Weise mit einer vergleichsweise großen Energiedichte ausgebildet werden.

Vorzugsweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, wahlweise eine Verwendung des ersten und/oder eines und/oder mehrerer des mindestens einen zweiten Akkupacks zu ermöglichen.

Somit wird auf einfache Art und Weise eine bedarfsweise Verwendung der Akkupacks ermöglicht.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Adaptereinheit zur elektrischen Parallelschaltung des ersten und/oder eines und/oder mehrerer des mindestens einen zweiten Akkupacks ausgebildet.

Die Erfindung ermöglicht somit eine Vergrößerung einer zum Antrieb des Elektromotors verfügbaren Energiedichte.

Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Adaptereinheit für ein Fahrrad, das einen elektrischen Hilfsantrieb mit einer zumindest als Elektromotor betreibbaren elektrischen Maschine aufweist, die zur Stromversorgung mit einem ersten Akkupack elektrisch leitend verbindbar ist. Eine Aufnahmebucht ist zur mechanisch und elektrisch leitenden Verbindung mit mindestens einem zweiten Akkupack vorgesehen, der über die Adaptereinheit elektrisch leitend mit dem ersten Akkupack verbindbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrrads mit einem elektrischen Hilfsantrieb gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Fahrrads von Fig. 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht des Fahrrads von Fig. 1 gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften, bei dem Fahrrad von Fig. 1 bis 3 verwendbaren Akkupacks, und

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften, bei dem Fahrrad von Fig. 1 bis 3 verwendbaren Energiespeichereinheit.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein beispielhaftes Fahrrad 100 mit einem Fahrradrahmen 130, der ein Unterrohr 139, ein Steuerrohr 138, ein Sitzrohr 136 sowie eine Querstrebe 134 aufweist. Das Unterrohr 139 und die Querstrebe 134 sind mit einer Radnabe 150 eines Hinterrads 120 verbunden, dem beispielhaft eine erste Felgenbremse 122 zugeordnet ist. Das Hinterrad 120 ist im Tretbetrieb über eine Kette 146 antreibbar. Diese ist mit Pedalen 142, 144 betätigbar, die im Unterrohr 139 gelagert sind. Die Radnabe 150 ist darüber hinaus mit einem Gepäckträger 190 verbunden, der sich an der Querstrebe 134 abstützt. An dem Steuerrohr 138 ist ein Lenker 1 16 mit einem Handhebel 1 14 gelagert. Der Lenker 1 16 ist mit einem Vorderrad 1 10 verbunden, dem beispielhaft eine zweite Felgenbremse 1 12 zugeordnet ist. Am Sitzrohr 136 ist beispielhaft ein Sattel 132 befestigt.

Es wird darauf hingewiesen, dass der hier beschriebene Aufbau des Fahrrads 100 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht zur Einschränkung der Erfindung dient. Vielmehr kann das Fahrrad 100 wie ein beliebiges, dem Fachmann bekanntes Fahrrad aufgebaut sein.

Das Fahrrad 100 weist einen elektrischen Hilfsantrieb auf, der illustrativ von einer elektrischen Maschine 160, einer mit dieser über eine elektrische Leitung 172 verbundenen Energiespeichereinheit 170, sowie einer dieser zugeordneten Steuereinheit 180 ausgebildet wird. Die elektrische Maschine 160 kann zumindest als Elektromotor betrieben werden und ist beispielhaft als Radnabenmotor ausgebildet. Darüber hinaus kann die elektrische Maschine 160 derart ausgebildet sein, dass diese ebenfalls als Generator betreibbar ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass der Radnabenmotor 160 lediglich beispielhaft am Hinterrad 120 angeordnet ist und nicht als Einschränkung der Erfindung. Vielmehr kann der Motor 160 auch am Vorderrad 1 10 oder an einem anderen geeigneten Ort am Rahmen 130 angeordnet sein.

Die Energiespeichereinheit 170 dient zur Speicherung von elektrischer Energie, die zur Stromversorgung des Radnabenmotors 160 über die elektrische Leitung 172 im Betrieb verwendbar ist. Die Energiespeichereinheit 170 bzw. der Radnabenmotor 160 wird von der Steuereinheit 180 anwendungsspezifisch gesteuert bzw. geregelt. Hierbei kann die Steuereinheit 180 z. B. über den Handhebel 1 14 aktivierbar sein, wobei die Steuereinheit 180 beispielsweise bei einer ersten Betätigung des Handhebels 1 14 zum Zuschalten des Radnabenmotors 160 und bei einer zweiten Betätigung des Handhebels 1 14 zum Abschalten des Radnabenmotors 160 aktiviert werden kann.

Gemäß einer ersten Ausführungsform sind die Energiespeichereinheit 170 und die Steuereinheit 180 zumindest abschnittsweise im Bereich zwischen dem Gepäckträger 190 und dem Hinterrad 120 angeordnet, insbesondere an einer Unterseite des Gepäckträgers 190 befestigt. Alternativ hierzu können die Energiespeichereinheit 170 und die Steuereinheit 180 auch zumindest abschnittsweise seitlich vom Gepäckträger 190 angeordnet sein. Die elektrische Leitung 172 ist hierbei beispielhaft vom Gepäckträger 190 zur Querstrebe 134 und durch diese durch oder an dieser entlang bis zum Radnabenmotor 160 geführt.

5 Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des Fahrrads 100 von Fig. 1 , bei der die Energiespeichereinheit 170 und die Steuereinheit 180 zumindest abschnittsweise im Bereich zwischen dem Sattel 132 und dem Gepäckträger 190 angeordnet sind. Hierbei ist der Gepäckträger 190 beispielhaft über einen Verbindungsabschnitt 210 mit der Querstrebe 134 verbunden, wobei die Energiespeicherein- L 0 heit 170 und die Steuereinheit 180 zumindest abschnittsweise auf einer Oberseite des Verbindungsabschnitts 210 befestigt sind. Bei dieser Ausführungsform wird die elektrische Leitung 172 beispielhaft von der Energiespeichereinheit 170 bzw. der Steuereinheit 180 zur Querstrebe 134 und durch diese durch oder an dieser entlang bis zum Radnabenmotor 160 geführt.

L 5

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Fahrrads 100 von Fig. 1 , bei der zwecks Vereinfachung der Zeichnung auf eine Darstellung des Gepäckträgers 190 verzichtet wurde. Gemäß dieser dritten Ausführungsform sind die Energiespeichereinheit 170 und die Steuereinheit 180 zumindest abschnittsweise im Be- 2 0 reich zwischen dem Sitzrohr 136 und dem Hinterrad 120 angeordnet und bevorzugt am Sitzrohr 136 befestigt. Hierbei wird die elektrische Leitung 172 beispielhaft von der Energiespeichereinheit 170 bzw. der Steuereinheit 180 durch das Sitzrohr 136 und das Unterrohr 139 bzw. an diesen entlang bis zum Radnabenmotor 160 geführt.

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Fig. 4 zeigt einen beispielhaft mit der Energiespeichereinheit 170 der Fig. 1 bis 3 verwendbaren Akkupack 400. Dieser ist beispielhaft nach Art eines Wechselakkupacks ausgebildet und weist illustrativ drei miteinander verschaltete Akkumulatorzellen 442, 444, 446 auf, bevorzugt Li-Ionen-Akkumulatorzellen, die in einem 30 Gehäuse 450 angeordnet sind. Es sind jedoch auch andere Zelltypen verwendbar, z. B. NiMH- oder NiCd-Zellen, wobei auch die Anzahl der verwendeten Akkumulatorzellen anwendungsspezifisch variieren kann.

An einer Außenseite des Gehäuses 450 sind beispielhaft eine Verbindungs- 35 schnittsteile 420 sowie elektrische Anschlüsse 412, 414, 416 vorgesehen. Die

Verbindungsschnittstelle 420 weist Führungs- bzw. Rastelemente 422, 424 zum Führen bzw. Verrasten des Akkupacks 400 auf, wie unten bei Fig. 5 beschrieben. Das Führungs- und Rastelement 422 hat beispielhaft eine Haltenut 432 und das Führungs- und Rastelement 424 eine entsprechende, in Fig. 4 nicht sichtbare Haltenut. Die Anschlüsse 412, 414 dienen beispielhaft zur elektrischen Kontaktie- rung des Akkupacks 400, wie ebenfalls unten bei Fig. 5 beschrieben, und der Anschluss 416 kann z. B. zur Übertragung von Daten dienen, beispielsweise hinsichtlich einer Temperatur und/oder eines Ladezustands einer oder mehrerer der Akkumulatorzellen 442, 444, 446. Darüber hinaus können über den Anschluss 416 z. B. Daten zur Identifikation eines Akkumulatortyps, geeigneter Ladeparameter, einer zugeordneten Anzahl bereits durchgeführter Ladezyklen etc. des Akkupacks 400 übertragen werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist der Akkupack 400 ein Akkupack, der zur Verwendung mit einem gebräuchlichen, vorzugsweise handgehaltenen Elektrogerät, insbesondere einer Elektrowerkzeugmaschine, ausgebildet ist. Illustrativ ist der Akkupack 400 zur Verwendung mit einem Akku-Bohrschrauber 480 ausgebildet, der in Fig. 4 lediglich stark verkleinert angedeutet ist. Bevorzugt ist der Akkupack 400 in eine hierzu vorgesehene Akkuschnittstelle 485 des Akku-Bohrschraubers 480 einschiebbar, wie mit einem Pfeil 490 angedeutet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akkupacks für Akku- Bohrschrauber beschränkt ist, sondern das der Akkupack 400 vielmehr ein Akkupack sein kann, der bei unterschiedlichen, insbesondere Akku-betriebenen E- lektrowerkzeugen Anwendung finden kann, z. B. bei einem Akku-Schrauber, einer Akku-Schlagbohrmaschine, einer Akku-Schleifmaschine, einem elektrischen Rasenmäher etc.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Energiespeichereinheit 170 von Fig. 1 bis 3 mit einer illustrativ als Adapterplatte ausgebildeten Adaptereinheit 510. Diese hat beispielhaft eine erste als Aufnahmebucht ausgebildete Akkupackschnittstelle 520, eine zweite als Aufnahmebucht ausgebildete Akkupackschnittstelle 530, eine Steuerelektronik 580 und einen elektrischen Ausgang 515. Die Adapterplatte 510 ist illustrativ über eine Verbindungsleitung 560 elektrisch leitend mit einem Akkupack 570 bzw. mit diesem zugeordneten Kontaktierungen verbunden, der illustrativ über eine elektrische Leitung 565 mit der Steuereinheit 180 von Fig. 1 bis 3 elektrisch leitend verbunden ist. Der Akkupack 570 ist z. B. ein zur Verwendung mit dem Fahrrad 100 von Fig. 1 bis 3 vorgesehener Akkupack eines beliebigen Typs, beispielsweise ein Akkupack, der bei einem gebräuchlichen Fahrrad mit elektrischem Hilfsantrieb Anwendung findet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass derartige Akkupacks in der Regel speziell zur Verwendung mit dem Fahrrad 100 von Fig. 1 bis 3 angefertigte Akkupacks sind, die im Allgemeinen nicht für einen verbreiterten Anwendungsbereich vorgesehen sind und somit vergleichsweise teuer in ihrer Herstellung sind.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Adapterplatte 510 nach Art eines mechanischen Adapters zur mechanischen und elektrisch leitenden Verbindung mit einem oder mehreren Akkupacks eines einzelnen oder unterschiedlicher Akkupacktypen ausgebildet. Z. B. ist die Aufnahmebucht 520 der Adapterplatte 510 zur mechanisch und elektrisch leitenden Verbindung mit dem Akkupack 400 von Fig. 4 ausgebildet.

Die Aufnahmebucht 520 weist illustrativ Führungsnuten 552, 554 und Führungsschultern 542, 544 zur Führung der Führungs- bzw. Rastelemente 422, 424 des Akkupacks 400 auf. Bei einem Einschieben des Akkupacks 400 in die Aufnahmebucht 520, wie beispielhaft mit einem Pfeil 590 angedeutet, wird das Führungs- und Rastelement 422 in der Führungsnut 552 geführt, und die Haltenut 432 (Fig. 4) wird an der Führungsschulter 542 geführt. Das Führungs- und Rastelement 424 wird in der Führungsnut 554 geführt, wobei die zugeordnete Haltenut an der Führungsschulter 544 geführt wird.

Zur Verrastung bzw. Verriegelung des Akkupacks 400 in der Aufnahmebucht 520 ist an dieser ein Verriegelungs- und Halteelement 523 vorgesehen. Dieses ist beispielhaft über einen Betätigungsknopf 521 betätigbar, um ein Entriegeln und Entnehmen des Akkupacks 400 aus der Bucht 520 zu ermöglichen. Zur elektrischen Kontaktierung des Akkupacks 400 in der Aufnahmebucht 520 weist diese Kontaktanschlüsse 522, 524, 526 auf. Diese dienen zur elektrisch leitenden Verbindung mit den elektrischen Anschlüssen 412, 414 bzw. 416 des Akkupacks 400. In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist der Akkupack 400 nach Einschieben und Verriegelung in der Aufnahmebucht 520 über die Adapterplatte 510 elektrisch leitend mit dem Akkupack 570 verbunden. Die Aufnahmebucht 530 ist ähnlich aufgebaut wie die Aufnahmebucht 520 und hat dementsprechend Führungsnuten 535, 539 und Führungsschultern 537, 538, ein über einen Betätigungsknopf 531 betätigbares Verriegelungs- und Halteelement 533, sowie elektrische Kontakte 532, 534, 536. Die Aufnahmebucht 530 ist 5 illustrativ mit vergleichsweise größeren Abmessungen ausgebildet als die Aufnahmebucht 520, und dient somit beispielhaft zur Aufnahme eines im Vergleich zum Akkupack 400 unterschiedlich dimensionierten Akkupacks. Z. B. kann die Aufnahmebucht 530 zur mechanischen und elektrisch leitenden Verbindung mit dem Akkupack 570 ausgebildet sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass L 0 die Aufnahmebuchten 520, 530 auch wie oben beschrieben zur Aufnahme von identisch dimensionierten Akkupacks ausgebildet sein können.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerelektronik 580 dazu ausgebildet, zur Stromversorgung des Radnabenmotors 160 von Fig. 1 bis 3 selektiv den Akku-

L 5 pack 570, den Akkupack 400 und/oder ein und/oder mehrere andere, an der A- dapterplatte 510 kontaktierte Akkupacks anzusteuern bzw. elektrisch leitend mit dem Radnabenmotor 160 zu verbinden. Hierbei ist die Adapterplatte 510 vorzugsweise zur elektrischen Parallelschaltung des Akkupacks 570 mit dem Akkupack 400 und/oder ein und/oder mehreren anderen, an der Adapterplatte 510

2 0 kontaktierten Akkupacks ausgebildet. Insbesondere umfasst die Steuerelektronik

580 beispielhaft alle zum Betrieb der an der Adapterplatte 510 kontaktierten Akkupacks, z. B. des Akkupacks 400, zum Batteriemanagement und/oder zum Schutz dieser Akkupacks erforderlichen Komponenten. Darüber hinaus kann die Steuerelektronik 580 zur Bereitstellung eines Ladezustandssignals eines

25 und/oder mehrerer dieser Akkupacks und/oder das Akkupacks 570 ausgebildet sein.

Es wird darauf hingewiesen, dass in Fig. 5 die Steuerelektronik 580 und die Steuereinheit 180 als separate Elemente mit unterschiedlichen Funktionen dar-

30 gestellt sind. Diese können in dem Fahrrad 100 von Fig. 1 bis 3 an unterschiedlichen Positionen angeordnet sein. Dies ist in den Fig. 1 bis 3 bereits angedeutet, in denen die Energiespeichereinheit 170 und somit die dieser gem. Fig. 5 zugeordnete Steuerelektronik 580 sowie die Steuereinheit 180 als separate Komponenten dargestellt sind. Hierbei ist es ebenso möglich, die Steuereinheit 180 an

35 einer anderen geeigneten Position des Fahrrads 100 anzuordnen, z. B. in dessen

Unterrohr 139 oder am Radnabenmotor 160. Darüber hinaus ist es ebenso mög- lieh, die Steuerelektronik 580 und die Steuereinheit 180 als ein einzelnes, integriertes Bauteil bzw. eine einzelne integrierte Schaltung auszubilden, das bzw. die z. B. in oder an der Adapterplatte 510 oder an einem anderen geeigneten Ort am Fahrrad 100 von Fig. 1 bis 3 angeordnet sein kann.

Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass die Verbindung der Adapterplatte 510 mit dem Akkupack 570 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung dient. Vielmehr kann die Adapterplatte 510 unmittelbar über eine - gestrichelt dargestellte - elektrische Leitung 585 mit der Steuereinheit 180 verbunden werden. Falls hierbei die Steuerelektronik 580 und die Steuereinheit 180 als ein einzelnes, integriertes Bauteil ausgebildet sind, das in der Adapterplatte 510 ausgebildet ist, kann die Adapterplatte 510 über die elektrische Leitung 172 unmittelbar mit dem Radnabenmotor 160 von Fig. 1 bis 3 verbunden werden. Dies ermöglicht, das Fahrrad 100 von Fig. 1 bis 3 ausschließlich mit Akkupacks zu betreiben, die an die Adapterplatte 510 anschließbar sind, z. B. mit mehreren Akkupacks 400, sodass auf eine Verwendung des Akkupacks 570 verzichtet werden kann.

Abschließend wird noch darauf hingewiesen, dass eine Verwendung der Energiespeichereinheit 170 von Fig. 5 lediglich beispielhaft im Kontext des Fahrrads 100 von Fig. 1 bis 3 beschrieben ist und nicht als Einschränkung der Erfindung. Vielmehr kann die erfindungsgemäße Adapterplatte 510 von Fig. 5 bei unterschiedlichen Elektrogeräten, insbesondere handgeführten Akku-Elektrogeräten, Anwendung finden, bei denen eine Laufzeitverlängerung oder Vergrößerung einer verfügbaren Energiedichte wünschenswert ist. Z. B. kann die Adapterplatte 510 bei Akku-Rasenmähern und/oder Akku-Staubsaugern Anwendung finden.