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Patent Searching and Data


Title:
DRIVE DEVICE FOR AN ELECTRIC-MOTOR-OPERATED BICYCLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/174454
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a drive device (1) for an electric-motor-operated bicycle (10) having a main frame (2), which comprises a swingarm bearing (3), and having a rear structure (4) arranged on the swingarm bearing (3). The drive device (1) comprises, among other things, a pedal crank (5) as a first drive for providing a first driving force, wherein the first drive (5) has a first input shaft (8), a center electric motor (7) as a second drive for providing a second driving force, and an output (8) having an output shaft (9), wherein the output (8) is designed to receive the first and/or the second driving force and to output same to the wheel (11) of the bicycle (10) that should be driven. According to the invention, the center axis (13) of the output shaft (9) is radially spaced apart (R1) from the center axis (14) of the first input shaft (6), and the output shaft (9) is arranged relative to the swingarm bearing (3) in such a way that a radial distance (R2) between the center axis (18) of the swingarm bearing (3) and the center axis (13) of the output shaft (9) is less than a radial distance (R3) between the center axis (16) of the swingarm bearing (3) and the center axis (14) of the first input shaft (6).

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Inventors:
LAUER SWEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2017/057681
Publication Date:
October 12, 2017
Filing Date:
March 31, 2017
Export Citation:
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Assignee:
QCS QUALITY CONSULT SERVICE GMBH (CH)
International Classes:
B62K19/34; B62K25/28; B62K25/30; B62M6/55; B62M9/02
Domestic Patent References:
WO2006034213A22006-03-30
Foreign References:
EP2706002A12014-03-12
Attorney, Agent or Firm:
ZIMMERMANN, Tankred et al. (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 » Antriebsvorrichtung (1 ) für ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad (10) mit einem ein Schwingenlager (3) aufweisenden Hauptrahmen (2) und einem an dem Schwingenlager (3) angeordneten Hinterbau (4), wobei die Antriebsvorrichtung (1 ) aufweist: eine Tretkurbel (5) als ein erster Antrieb zum Bereitstellen einer ersten Antriebskraft, wobei der erste Antrieb (5) eine erste Antriebswelle (6) aufweist, einen Elektro-Mittelmotor (7) als ein zweiter Antrieb zum Bereitstellen einer zweiten Antriebskraft, und einen Abtrieb (8) mit einer Abtriebswelle (9), wobei der Abtrieb (8) ausgebildet ist, um die erste und/oder die zweite Antriebskraft aufzunehmen und an das anzutreibende Rad (1 1 ) des Fahrrads (10) abzugeben, wobei die Mittelachse (13) der Abtriebswelle (9) von der Mittelachse (14) der ersten Antriebswelle (6) radial beabstandet (R- ist und die Abtriebswelle (9) relativ zu dem Schwingenlager (3) derart angeordnet ist, dass ein radialer Abstand (R2) zwischen der Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) und der Mittelachse (13) der Abtriebswelle (9) kleiner ist als ein radialer Abstand (R3) zwischen der Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) und der Mittelachse (14) der ersten Antriebswelle (6).

2. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , wobei das Schwingenlager (3) derart an dem Hauptrahmen (2) positioniert ist, dass das Fahrrad (10) einen Schrägfederwinkel (a) von 5° bis 30°, vorzugsweise von 10° bis 20° und weiter bevorzugt von etwa 15° aufweist, wenn das Fahrrad (10) einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist.

3. Antriebsvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hinterbau (4) als ein Mehrgelenker mit einem Momentanpol (M als momentaner Drehpunkt ausgebildet ist, und der Hinterbau (4) derart an dem Hauptrahmen (2) positioniert ist, dass das Fahrrad (10) einen Schrägfederwinkel (a) von 5° bis 30°, vorzugsweise von 10° bis 20° und weiter bevorzugt von etwa 15° aufweist, wenn das Fahrrad (10) einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist.

4. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die radiale

Beabstandung (Ri) zwischen der Mittelachse (14) der ersten Antriebswelle (6) und der Mittelachse (13) der Abtriebswelle (9) 200 mm bis 300 mm, und vorzugsweise 100 mm bis 200 mm beträgt.

5. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die radiale Beabstandung (R2) zwischen der Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) und der Mittelachse (13) der Abtriebswelle (9) weniger als 200 mm, vorzugsweise weniger als 100 mm, und weiter bevorzugt weniger als 50 mm beträgt.

6. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) bezüglich einer zur Fahrbahnoberfläche (122) parallelen Ebene (60) oberhalb der Mittelachse (13) des Abtriebs (8) angeordnet ist.

7. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) bezüglich einer zur Fahrbahnebene (122) parallelen Ebene (60) unterhalb der Mittelachse (13) des Abtriebs (8) angeordnet ist.

8. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der radiale Abstand (R2) zwischen der Mittelachse (13) der Abtriebswelle (9) und der Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) gleich Null ist, sodass die Mittelachse (13) der Abtriebswelle (9) und die Mittelachse (16) des Schwingenlagers (3) konzentrisch angeordnet sind.

9 Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abtrieb (8) und der Elektro-Mittelmotor (7) derart zueinander angeordnet sind, dass die Mittelachse (13) des Abtriebs (8) und die Mittelachse (49) einer Abtriebswelle (44) des Elektro-Mittelmotors (7) konzentrisch angeordnet sind.

10. Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abtrieb (8) mittels eines Kraftübertragungsmittels (90, 99), insbesondere mittels einer Kette (90) oder eines Zahnriemens (99) oder eines Keilriemens, die Antriebskraft (Fc) an das anzutreibende Rad (96) des Fahrrads (10) überträgt, und das Kraftübertragungsmittel (90, 99) derart zwischen dem Abtrieb (8) und dem Rad (96) angeordnet ist, dass mittels Zugkraftausübung auf ein Lasttrum (92) des Kraftübertragungsmittels (90, 99) eine Kraft (FA) auf die Hinterachse (1 15) ausgeübt wird, deren Kraftwirkungslinie (95) unterhalb der Mittelachse (16) des Schwingenlagers (2) oder unterhalb des Momentanpols verläuft, wenn das Fahrrad (10) einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist.

1 1 . Antriebsvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebsvorrichtung (1 ) unbeweglich an dem Hauptrahmen (2) angeordnet ist.

12. Verwendung einer Antriebsvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 in einem elektromotorisch betriebenen Fahrrad (10). 13. Elektromotorisch betriebenes Fahrrad (10) mit einer Antriebsvorrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1.

14. Fahrradrahmen mit einem ein Schwingenlager (3) aufweisenden Hauptrahmen (2), einem an dem Schwingenlager (3) angeordneten Hinterbau (4), und einer Antriebsvorrichtung (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.

Description:
Linie 1081 und der Fahrbahnoberfläche 1082 wird als Schrägfederwinkel bezeichnet. Im SAG stellt sich bei dem in Figur 14 gezeigten konventionellen Mountainbike 1000 also ein Schrägfederwinke! von 0° ein.

Beim Anfahren oder Beschleunigen erzeugt der Fahrer über die Tretkurbel 1041 ein Dreh- moment, das mittels der Kette 1030, der Kassette 1060 und der Radnabe auf das Hinterrad 1051 übertragen wird. Insbesondere in Fahrsituationen wie beim Anfahren, Beschleunigen oder Berg auffahren erzeugt der Fahrer ein verhältnismäßig hohes Drehmoment.

Darüber hinaus erzeugt ein auf dem Fahrrad 1000 sitzender bzw. stehender Fahrer einen hohen Schwerpunkt, der noch dazu horizontal in Richtung des Hinterrads 1051 verschoben ist. Beim Anfahren, Beschleunigen oder Bergauffahren bewirkt die Massenträgheit des Gesamtsystems aus Fahrer und Fahrrad 1000, eine dynamische Radlastverteilung, d.h. der Massenschwerpunkt wandert noch weiter nach hinten, d.h. in Richtung Hinterrad 1051. Bei einem nicht abgestimmten Fahrrad bewirkt diese dynamische Radlastverteilung dass der Hinterbau 1020 einfedert. Dieses Verhalten kann auch mit Anfahrmoment-Nicken oder Squat bezeichnet werden.

Wie eingangs erwähnt, ist es heutzutage Stand der Technik, dieses Anfahrmoment-Nicken mittels des Kettenzugs abzustützen. Dabei sorgt der Kettenzug für ein Ausfedem des Hinterbaus 1020. Dabei wird konstruktionstechnisch versucht, das mittels des Kettenzugs bedingte Ausfedern in demselben Maße zu realisieren, in dem auch der Hinterbau aufgrund der Mas- senträgheit ansonsten einfedern würde. Man versucht also das durch die dynamische Radlastverteilung bedingte Einfedern des Hinterbaus durch ein betragsgleiches, mittels des Kettenzugs bedingtes, Ausfedern zu kompensieren. Dies soll an dem in Figur 14 gezeigten konventioneilen Mountainbike 1000 verdeutlicht werden.

Wie eingangs erwähnt, hängt die Richtung der auf die Achse 1050 wirkenden Kraft F A unter anderem von der Kettenzugrichtung entlang der Kraftwirkungslinie 1070 (Figur 13) der Kraft F c ab. In einem nicht belasteten Zustand befindet sich die Hinterachse 1050 zunächst in einer in Figur 14 gezeigten unteren Position, in der die Kraft F A i entlang der Kraftwirkungslinie 1071 auf die Achse 1050 wirkt. In einem eingefederten Zustand, und insbesondere im SAG, befindet sich dich Hinterachse 1050 in einer ausgelenkten oberen Position 1055, wobei die Kraft F A2 auf die Hinterachse 1050 wirkt.

Die Kraft F A 2 verläuft entlang der Kraftwirkungslinie 1072. Wie in Figur 14 zu erkennen ist, verläuft die Kraftwirkungslinie 1072 unterhalb des Schwingenlagers 1023.

Wenn der Fahrer nun, ausgehend von der SAG-Position, in die Pedale tritt und ein Antriebsdrehmoment erzeugt, wirkt die entlang der Kettenzugrichtung verlaufende Kraft F A2 auf die P2017/057681

Hinterachse 1050 im Konstruktionspunkt 1055. Da die Kraftwirkungslinie 1072, wie zuvor erwähnt, unterhalb des Schwingenlagers 1023 verläuft, bewirkt die Kraft F A2 ein Ausfedern des Hinterbaus 1020. Die Kraft F A2 versucht also die Hinterachse 1050 unterhalb des Schwingenlagers 1023 hindurch zu ziehen, sodass sich das Hinterrad 1051 entlang der Ra- derhebungskurve 1052 nach unten bewegt. Diese der Einfederbewegung (Anfahrmoment- Nicken) entgegengerichtete Ausfederbewegung wird auch als Anfahrmoment- Nickabstützung oder Anti-Squat bezeichnet.

Vorzugsweise wird hierbei konstruktiv versucht, das Schwingenlager 1023 relativ zu der Kraftwirkungslinie 1072 der auf die Achse 1050 wirkenden Kraft F A2 derart anzuordnen, dass der Betrag und die Richtung der Kettenzugkraft ein Ausfedern bewirken, dass dem beim Anfahren und dergleichen auftretenden Einfedern entgegenwirkt und vorzugsweise vollständig unterdrückt. Wenn das durch den Kettenzug bewirkte Ausfedern das Anfahrmoment-Nicken (Einfedern) vollständig kompensiert, spricht man auch von einem neutralen Fahrwerk oder auch von 00% Anti-Squat. Die Wirkungsweise des Kettenzugs welche eine wichtige Komponente bei konventionellen vollgefederten Mountainbikes für das Antisquat-Verhalten darstellt, lässt sich einfach veranschaulichen wenn man die winkelmäßige Abweichung der Kettenzugrichtung in Verbindung mit der Höhe der Kettenzugkraft zur Raderhebungsbahn-Normalen beschreibt.

Die Raderhebungsbahn-Normale ist eine Gerade, die im 90° Winkel zur Einfederungsrich- tung steht, d.h. bei einem Eingelenker geht somit die Normale immer durch den Schwingendrehpunkt 1023.

Die Raderhebungsbahn-Normale (senkrechte Linie zur Einfederungsrichtung) beschreibt gleichzeitig den Schrägfederwinkel (Winkel zwischen Raderhebungsbahn-Normaie und Fahrbahnoberfläche) Weicht die Kettenzugrichtung von der Bahnnormalen ab, wird eine einfedernd oder ausfedernd wirkende Kraft in die Hinterradfederung eingeleitet. Je stärker die Kettenzugkraft und je größer die Winkelabweichung zur Bahn-Normalen desto stärker die Reaktion auf den Hinterbau. Daher ist das Antisquat-Verhalten bei einem konventionellen Fahrrad je nach eingelegtem Gang stark unterschiedlich, da sich die Kettenzugkraft in Richtung und Betrag in je- dem Gang unterscheidet.

Als Beispiel soll hier eine Rechnung mit einer von einem Fahrer aufgebrachten Antriebsleistung von 200 Watt dienen. Dies entspricht einer Kurbelkraft von 140N bei 60 U/min:

Fall 1 : Gangkombination 22 Zähne vorne und 34 Zähne hinten (typ. Berggang) hier stellt sich eine Kettenzugkraft von 722N und eine Antriebskraft von 149N ein, was wiederum zu einer Antisquatwirkung von 120% führt (zu viel Antis- quat bzw. Überkompensierung)

Fall 2: Gangkombination 36 Zähne vorne und 1 1 Zähne hinten (typ. Schnellfahrgang) · hier stellt sich eine Kettenzugkraft von 543N und eine Antriebskraft von 34 N ein, was wiederum zu einer Antisquatwirkung von 57% führt (zu wenig Antis- quat bzw. Unterkompensation)

Als Fazit kann gesagt werden, dass die Kettenzugkraft je nach eingelegtem Gang stark schwankt. Gleichzeitig schwankt die in den Boden eingeleitete Haftreibungskraft (Antriebs- kraft) durch die unterschiedlichen Übersetzungen ebenfalls stark.

In der Summe beider Effekte schwankt bei einem konventionellen Mountainbike die Antis- quat-Wirkung je nach eingelegtem Gang relativ stark. Die Bandbreite der Antisquat-Wirkung liegt bei einem konventionellen MTB zwischen 0-200%

So herrscht üblicherweise im Berggang (Ritzelkombination z.B vorne 22 Zähne und hinten 34 Zähne) ein starker Kettenzug, dessen Winkel in Relation zur Raderhebungsbahn- Normalen nach unten gerichtet ist. Dies führt zu einer ausfedernd reagierenden Hinterradfederung, d.h. mehr als 100% Antisquat. In Schnellfahrgängen (Ritzelkombination z.B. vorne 36 und hinten 1 1 ) herrscht ein geringerer Kettenzug wobei die Wirkrichtung der Kettenzugkraft relativ zur Raderhebungsbahn-Normalen nach oben gerichtet ist. Dies erzeugt ein un- erwünschtes Einfedern des Hinterbaus beim Pedalieren.

Aufgrund dieser Zusammenhänge ist bei einem konventionellen vollgefederten Fahrrad ein erwünschtes möglichst genaues 100% Antisquat nur bei einer einzigen bestimmten Gangkombination vorhanden.

Wie eingangs mit Bezug auf die Figuren 13 und 14 erwähnt, ist man bestrebt, das Mountain- bike 1000 so zu konstruieren, dass die Kraftwirkungslinie 1072 und das Schwingenlager 1023 relativ zueinander so ausgerichtet sind, dass der Kettenzug zu einer Ausfeder- Bewegung führt, dessen Betrag dem Betrag des Anfahrmoment-Nickens (Einfedern) entspricht.

Um dies zu realisieren, werden konventionelle Mountainbikes 1000 so konstruiert, dass sie im SAG einen Schrägfederwinkel von 0° aufweisen, d.h. die gedachte Verbindungslinie 1081 zwischen dem Schwingenlager 1023 und der Hinterachse 1050 ist parallel zur Fahrbahnoberfläche 1082. Dies bietet einen guten Ausgangspunkt, um die Richtung der Kraftwirkungslinie 1072 relativ zu dem Schwingenlager 1023 so auszulegen, dass eine hohe An- fahrmoment-Nickabstützung erreicht wird. lendes 1024 im Bereich der Kettenstrebe 1022, vorgesehen ist. Dadurch erreicht man eine andere Raderhebungskurve 1052 im Vergleich zum vorher beschriebenen Eingelenker. Die Raderhebungskurve 1052 folgt hier nicht mehr einer einfachen Kreisbahn um das Schwingenlager 1023 mit einem Radius, der sich aus dem Abstand des Schwingenlagers 1023 zum Kettenstrebenlager 1050 ergibt. Stattdessen wird die Raderhebungskurve 1052 mittels des Momentanpols ermittelt, wobei versucht wird, eine möglichst senkrecht nach oben gerichtete Raderhebungskurve ohne nennenswerte Krümmung zu schaffen.

Der Momentanpol i ist der Schnittpunkt der beiden Geraden bzw. der beiden sogenannten Lenker 1083, 1084. Der erste Lenker 1083 ist die Gerade, die durch das zusätzliche Lager 1056 und durch das Schwingenlager 1023 verläuft. Der zweite Lenker 1084 ist die Gerade, die durch das Gelenk 1025 zwischen Hinterbau (Sitzstrebe 1021 ) und Wippe 1024 sowie durch die Anlenkung 1026 der Wippe 1024 am Hauptrahmen 1010 verläuft.

Zur Konstruktion der Geraden 1081 wird eine Verbindung zwischen Hinterachslager 1050 und dem Momentanpol Mi gezogen. Auch bei dem in Figur 5 gezeigten Mehrgelenker wird der Rahmen so konstruiert, dass die Linie 1081 parallel zur Fahrbahnebene 1082 ist, wenn sich das Fahrrad im SAG befindet. In anderen Worten wird auch der Mehrgelenker so konstruiert, dass sich ein Schrägfederwinkel von 0° ergibt, d.h. Anti-Squat wird über den Kettenzug geregelt.

Bei konventionellen Fahrrädern, wie bei den soeben beschriebenen Mountainbikes 1000, ist das Vorsehen einer Anfahrmoment-Nickabstützung mittels Kettenzug sehr gut realisierbar, da die vom Fahrer aufgebrachte Tretkraft, und somit das an das Hinterrad eingeleitete Antriebsdrehmoment, für die Konstrukteure sehr gut abschätzbar ist.

Auch elektromotorisch unterstützte bzw. betriebene E-Bikes werden heutzutage so konstruiert, dass die Anfahrmoment-Nickabstützung mittels des Kettenzugs realisiert wird. Allerdings sorgt gerade in Fahrsituationen, in denen ein großes Antriebsdrehmoment wirkt, wie z.B. beim Anfahren, Beschleunigen oder Bergauffahren, das zusätzliche Drehmoment des Elektromotors dafür, dass die Hinterbauten konventioneller Fahrräder übermäßig stark ausfedern. Dies führt einerseits zu einem ungewohnten und teils unsicheren Fahrverhalten des Fahrrads und zum anderen zu einem starken Pedalrückschlag. Wenn also das konventionelle Fahrrad so konstruiert wird, dass die Anfahrmoment- Nickabstützung für den Antrieb mittels Muskelkraft sehr gut funktioniert, federt der Hinterbau beim Zuschalten des Elektromotors in diesem Fall zu stark aus. Wird der Hinterbau eines konventionellen Fahrrads hingegen auf eine Anfahrmoment-Nickabstützung für das Drehmoment des Elektromotors hin optimiert, würde der Hinterbau beim Treten zu stark einfe- dem. Deshalb müssen hier heutzutage Kompromisse eingegangen werden, um beide Situationen zumindest ansatzweise zufriedenstellend abzudecken.

Es ist daher erstrebenswert, ein Antriebskonzept für ein E-Bike zu konzipieren, dass die erwähnten Nachteile des Stands der Technik adressiert und die bestehenden Konzepte ver- bessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung ist zur Verwendung in E-Bikes, und insbesondere in vollgefederten E-Bikes, vorgesehen. Das erfindungsgemäße Konzept sieht vor, eine für derartige E-Bikes geeignete Anfahrmoment-Nickabstützung teilweise mittels Kettenzug und teilweise mittels einer speziellen Hinterbaukinematik bereitzustellen. Dabei sorgt die vorliegende Erfindung dafür, dass ein möglichst neutrales Hinterbauverhaiten realisiert werden kann, und zwar sowohl beim Treten als auch beim Zuschalten des Elektromotors. Erfindungsgemäß ist der Getriebeabgang bzw. der Abtrieb zu einem Antrieb, d.h. zur Tretkurbel, versetzt angeordnet. Zusätzlich ist das Schwingenlager in der Nähe des Abtriebs angeordnet. In der Nähe des Abtriebs bedeutet, dass das Schwingenlager näher an dem Abtrieb als an dem Antrieb angeordnet ist. In anderen Worten ausgedrückt ist ein radialer Abstand zwischen einer Mittelachse des Schwingenlagers und einer Mittelachse der Abtriebsweile kleiner als ein radialer Abstand zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers und einer Mittel- achse der ersten Antriebswelle. Durch diese Kombination aus einem zum Antrieb versetzten Abtrieb und der Anordnung des Schwingenlagers in unmittelbarer Nähe des Abtriebs ergibt sich die Möglichkeit, eine Anfahrmoment-Nickabstützung mittels Kettenzug und mittels der Hinterbaukinematik, d.h. mittels der Anlenkung des Hinterbaus relativ zu dem Hauptrahmen, zu realisieren. Dies gilt sowohl für Eingelenker als auch für Mehrgelenker. Durch den radial versetzten Abtrieb ergibt sich ein verhältnismäßig steiler Winkel der Kettenstrebe, was wiederum zu einem stärkeren Ausfedern des Hinterbaus führt. Durch diese kinematische Maßnahme kann das durch das zusätzliche Drehmoment des Elektromotors bedingte Nicken abgestützt werden. Gleichzeitig sorgt die Anordnung des Abtriebs in der Nähe des Schwingenlagers dafür, dass die beim Treten benötigte Anfahrmoment-Nickabstützung weiterhin auch mittels Kettenzug beeinflussbar ist bzw. bleibt.

Gemäß einer Ausführungsform kann das Schwingenlager derart an dem Hauptrahmen positioniert sein, dass das Fahrrad einen Schrägfederwinkel von 5° bis 30°, vorzugsweise von 10° bis 20° und weiter bevorzugt von etwa 15° aufweist, wenn das Fahrrad einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden stati- sehen Belastung ausgesetzt ist. In anderen Worten weist das Fahrrad einen Schrägfeder- winke! in den angegebenen Bereichen auf, wenn es sich im SAG befindet. Das Vorsehen eines Schrägfederwinkels in den angegebenen Bereichen führt zu einer Farhwerks- kinematisch bedingten Anfahrmoment-Nickabstützung bei erhöhtem Drehmoment und ist insbesondere bei Eingelenkern vorteilhaft. Eine weitere Ausführungsform ist insbesondere für Mehrgelenker vorteilhaft, bei denen ein Momentanpol als ein momentaner Drehpunkt konstruiert wird. Gemäß einer solchen Ausführungsform, bei der der Hinterbau als ein Mehrgelenker mit einem Momentanpol als momentaner Drehpunkt ausgebildet ist, kann der Hinterbau derart an dem Hauptrahmen positioniert sein, dass das Fahrrad einen Schrägfederwinkel von 5° bis 30°, vorzugsweise von 10° bis 20° und weiter bevorzugt von etwa 15° aufweist, wenn das Fahrrad einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist. In anderen Worten weist das Fahrrad einen Schrägfederwinkel in den angegebenen Bereichen auf, wenn es sich im SAG befindet. Das Vorsehen eines Schrägfederwinkels in den angegebenen Bereichen führt zu einer Farhwerks-kinematisch bedingten Anfahrmoment-Nickabstützung bei erhöhtem Drehmoment und ist insbesondere bei Mehrge- lenkern vorteilhaft.

Gemäß einer Ausführungsform kann die radiale Beabstandung zwischen der Mittelachse der ersten Antriebswelle und der Mittelachse der Abtriebswelle 200 mm bis 300 mm, und vorzugsweise 100 mm bis 200 mm betragen. Anders ausgedrückt beträgt der Abstand zwischen der Tretkurbelwelle und dem Abtrieb 200 mm bis 300 mm, und vorzugsweise 100 mm bis 200 mm. Ein solcher Versatz zwischen Antrieb und Abtrieb hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, um eine geeignete Anfahrmoment-Nickabstützung bereitzustellen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die radiale Beabstandung zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers und der Mittelachse der Abtriebswelle weniger als 200 mm, vor- zugsweise weniger als 100 mm, und weiter bevorzugt weniger als 50 mm betragen. In anderen Worten beträgt der Versatz bzw. der Abstand zwischen dem Schwingenlager und dem Abtrieb weniger als 200 mm, vorzugsweise weniger als 100 mm, und weiter bevorzugt weniger als 50 mm. Das Schwingenlager ist somit also in der Nähe des Abtriebs angeordnet. Diese Ausführungsform gilt natürlich unter Einhaltung des Erfindungskonzepts gemäß dem der Abstand zwischen der radiale Abstand zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers und der Mittelachse der Abtriebswelle kleiner ist als der radiale Abstand zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers und der Mittelachse der ersten Antriebswelle. Gemäß dieser Ausführungsform kann also das Schwingenlager mit einem Radius von weniger als 200 mm, vorzugsweise weniger als 100 mm, und weiter bevorzugt weniger als 50 mm um den Abtrieb herum angeordnet werden. Dies ermöglicht ein gewisses Feintuning bzw. eine Feinjustage des Ausmaßes des Einfederns bzw. Ausfederns des Hinterbaus, d.h. der Anfahrmoment- Nickabstützung.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels kann die Mittelachse des Schwingenlagers bezüglich einer zur Fahrbahnoberfläche parallelen Ebene oberhalb der Mittelachse des Ab- triebs angeordnet sein. Das Schwingenlager kann also in einem Halbkreis oberhalb des Abtriebs angeordnet werden. In dem oberen Halbkreis kann, unter Beachtung der Kettenzu- grichtung, das Maß des Ausfederns des Hinterbaus feinjustiert werden.

Gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiefs kann die Mittelachse des Schwingeniagers bezüglich einer zur Fahrbahnebene parallelen Ebene unterhalb der Mittelachse des Abtriebs angeordnet sein. Das Schwingenlager kann also in einem Halbkreis unterhalb des Abtriebs angeordnet werden. In dem unteren Halbkreis kann, unter Beachtung der Kettenzugrichtung, das Maß des Einfederns des Hinterbaus feinjustiert werden.

Gemäß einer Ausführungsform kann der radiale Abstand zwischen der Mittelachse der Abtriebswelle und der Mittelachse des Schwingenlagers gleich Null sein, sodass die Mittelachse der Abtriebswelle und die Mittelachse des Schwingenlagers konzentrisch angeordnet sind. In anderen Worten besteht zwar ein Versatz bzw. ein radialer Abstand zwischen dem ersten Antrieb (Tretkurbel) und dem Abtrieb, sowie zwischen dem Schwingenlager und dem Abtrieb. Der Versatz bzw. der radiale Abstand zwischen dem Abtrieb und dem Schwingenlager ist gemäß dieser Ausführungsform jedoch gleich Null, d.h. das Schwingenlager und der Ab- trieb sind konzentrisch bzw. koaxial angeordnet. Die Bedingung aus Anspruch 1 ist trotzdem weiterhin erfüllt, da der Versatz bzw. der radiale Abstand zwischen dem Abtrieb und dem Schwingenlager kleiner ist als der Versatz bzw. der radiale Abstand zwischen dem ersten Antrieb (Tretkurbel) und dem Schwingenlager. Das heißt, das Schwingeniager ist näher an dem Abtrieb (koaxial) als an dem Antrieb angeordnet. Durch diese koaxiale Anordnung des Abtriebs und des Schwingenlagers können Antriebseinflüsse möglichst gering gehalten werden, da es weder beim Einfedern noch beim Ausfedern zu einer Kettenlängung kommt, die einen unerwünschten Pedalrückschlag verursachen würde.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform können der Abtrieb und der Elektro-Mittelmotor derart zueinander angeordnet sein, dass die Mittelachse des Abtriebs und die Mittelachse einer Abtriebswelle des Elektro-Mittelmotors konzentrisch angeordnet sind. In anderen Worten weisen der Elektro-Mittelmotor und der Abtrieb eine gemeinsame Achse bzw. Ausgangswelle auf. Der Abtrieb ist also direkt an dem Elektro-Mittelmotor angeordnet. So können der Abtrieb und der Elektromotor platzsparend innerhalb der Antriebsvorrichtung, und insbesondere innerhalb eines Gehäuses der Antriebsvorrichtung, angeordnet werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Abtrieb mittels eines Kraftübertragungsmittels, insbesondere mittels einer Kette oder eines Zahnriemens oder eines Keilriemens, die Antriebskraft an das anzutreibende Rad des Fahrrads übertragen, und das Kraftübertragungsmittel kann derart zwischen dem Abtrieb und dem Rad angeordnet sein, dass mittels Zugkraftausübung auf ein Lasttrum des Kraftübertragungsmittels eine Kraft auf die Hinterachse ausgeübt wird, deren Kraftwirkungslinie unterhalb der Mittelachse des Schwingenlagers oder unterhalb des Momentanpols verläuft, wenn das Fahrrad einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist. Wenn sich also das Fahrrad im SAG befindet, verläuft das Kraftüber- tragungsmittel derart zwischen Hinterrad und Kurbel, dass die Zugrichtung des Kraftübertragungsmittels eine Kraft auf die Hinterradachse bewirkt, deren Kraftwirkungslinie unterhalb des Schwingenlagers entlang läuft. Diese Kraft führt somit zu einem Ausfedern des Hinterbaus. So ist beispielsweise bei einem Kettenantrieb ein Ritzelpaket mit in der Regel neun bis elf unterschiedlich großen Ritzeln an der Hinterradnabe angeordnet. An der Kurbel sind ein bis drei Kettenblätter angeordnet. Der Hinterbau federt am stärksten aus, d.h. das größte Anti-Squat-Verhalten wird dann erreicht, wenn die Kettenzugrichtung einen großen Winkel gegenüber dem Schwingenlager aufweist, z.B. wenn die Kette auf dem kleinsten Kettenblatt und dem größten Ritzel läuft. Die erwähnte Ausführungsform bezieht sich auf eine Kettenzugrichtung, bei der die Kette auf dem kleinsten Kettenblatt vorne und auf einem der fünf größ- ten Ritzel hinten läuft.

Gemäß einer Ausführungsform kann die Antriebsvorrichtung unbeweglich an dem Hauptrahmen angeordnet sein. Bei dem vorgeschlagenen Elektro-Mittelmotor kann die Antriebsvorrichtung fest, d.h. unbeweglich zwischen dem Unterrohr, dem Tretiagergehäuse und gegebenenfalls dem Sattelrohr angeordnet sein. Die Antriebsvorrichtung stützt sich also an dem Hauptrahmen ab. Hiervon zu unterscheiden sind Antriebskonzepte mit in den Radnaben angeordneten elektromotorischen Antriebsvorrichtungen, sowie von Antriebskonzepten mit Triebsatzschwinge. Bei Letzterem ist die elektromotorische Antriebsvorrichtung nicht in bzw. an dem Hauptrahmen selbst, sondern in der Schwinge angeordnet. Die elektromotorische Antriebseinheit stützt sich hier an der beweglich an dem Rahmen angeordneten Schwinge ab. Somit ist dort die elektromotorische Antriebseinheit, über die Schwinge, beweglich an dem Hauptrahmen angeordnet. Wenn man also bei einem erfindungsgemäßen Hauptrahmen einen Hinterbau bzw. eine Hinterbauschwinge entfernt, so ist die elektromotorische Antriebseinheit dann immer noch an dem Hauptrahmen angeordnet. Wenn man hingegen bei einer Triebsatzschwinge den Hinterbau bzw. die Hinterbauschwinge vom Hauptrahmen entfernt, dann weist der Hauptrahmen keine elektromotorische Antriebseinheit mehr auf, da diese ja in der Schwinge integriert ist. Gemäß einer vierten Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei die radiale Beabstandung zwischen der Mittelachse der ersten Antriebswelle und der Mittelachse der Abtriebswelle 200 mm bis 300 mm, und vorzugsweise 100 mm bis 200 mm beträgt.

Gemäß einer fünften Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei die radiale Beabstandung zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers und der Mittelachse der Abtriebswelle weniger als 200 mm, vorzugsweise weniger als 100 mm, und weiter bevorzugt weniger als 50 mm beträgt.

Gemäß einer sechsten Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei die Mittelachse des Schwingenlagers bezüglich einer zur Fahrbahnoberfiäche parallelen Ebene oberhalb der Mittelachse des Abtriebs angeordnet ist. Gemäß einer siebten Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der ersten bis fünften Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei die Mittelachse des Schwingenlagers bezüglich einer zur Fahrbahnebene parallelen Ebene unterhalb der Mittelachse des Abtriebs angeordnet ist.

Gemäß einer achten Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der ersten bis fünften Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei der radiale Abstand zwischen der Mittelachse der Abtriebswelle und der Mittelachse des Schwingenlagers gleich Null ist, sodass die Mittelachse der Abtriebswelle und die Mittelachse des Schwingenlagers konzentrisch angeordnet sind.

Gemäß einer neunten Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei der Abtrieb und der Elektro-Mittelmotor derart zueinander angeordnet sind, dass die Mittelachse des Abtriebs und die Mittelachse einer Abtriebswelle des Elektro-Mittelmotors konzentrisch angeordnet sind.

Gemäß einer zehnten Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer Antriebsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei der Abtrieb mittels eines Kraftübertragungsmittels, insbesondere mittels einer Kette oder eines Zahnriemens oder eines Keilriemens, die Antriebskraft an das anzutreibende Rad des Fahrrads überträgt, und das Kraftübertragungsmittel derart zwischen dem Abtrieb und dem Rad angeordnet ist, dass mittels Zugkraftausübung auf ein Lasttrum des 1

Kraftübertragungsmittels eine Kraft auf die Hinterachse ausgeübt wird, deren Kraftwirkungslinie unterhalb der Mittelachse des Schwingenlagers oder unterhalb des Momentanpols verläuft, wenn das Fahrrad einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des

Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist.

Gemäß einer elften Ausführungsform wird ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer

Antriebsvorrichtung nach einer der vorhergehenden Ausführungsformen vorgeschlagen, wobei die Antriebsvorrichtung unbeweglich an dem Hauptrahmen angeordnet ist.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Fahrradrahmen mit einem ein Schwingenlager aufweisenden Hauptrahmen, einem an dem Schwingenlager angeordneten Hinterbau, und einer Antriebsvorrichtung gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines vollgefederten Fahrrads mit einem als Mehrgelenker ausgeführten Hinterbau,

Fig. 2 eine Seitenansicht eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 3 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 4 eine Seitenansicht eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads mit einem als

Eingelenker ausgeführten Hinterbau und einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 5 eine Seitenansicht eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads mit einem als

Mehrgelenker ausgeführten Hinterbau und einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Seitenansicht,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 8 eine Perspektivansicht von vorne auf ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung ohne Darstellung des Vorderrads und der Federgabel, Fig. 9 eine Seitenansicht eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Kettenantrieb,

Fig. 10 eine Seitenansicht eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit einem Zahnriemenantrieb,

Fig. 1 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung,

Fig. 12 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung in einer Seitenansicht,

Fig. 13 eine Seitenansicht eines konventionellen vollgefederten Fahrrads aus dem Stand der Technik,

Fig. 14 eine weitere Seitenansicht eines konventionellen vollgefederten Fahrrads aus dem

Stand der Technik, und

Fig. 15 eine Prinzipskizze eines vollgefederten Fahrrads zur Erläuterung der Bestimmung des Momentanpols.

Unter elektromotorisch betriebenen Fahrrädern werden im Allgemeinen sogenannte E-Bikes verstanden. Zu diesen Arten von E-Bikes, die zur Auslegung der vorliegenden Offenbarung unter den Begriff eines elektromotorisch betriebenen Fahrrads fallen, gehören sowohl elektromotorisch angetriebene Fahrräder, die ausschließlich mit der Antriebskraft eines Elektromotors antreibbar sind, als auch elektromotorisch unterstützte Fahrräder, die unterstützend zur Tretkraft eine Antriebskraft eines Elektromotors zuschalten können.

Die Weile des ersten Antriebs, die Welle des Abtriebs und eine Ausgangs- bzw. Abtriebswelle des Elektromotors weisen eine Erstreckungsrichtung entlang ihrer Längsachse auf. Ein radialer Abstand bzw. eine radiale Beabstandung im Sinne der vorliegenden Offenbarung bezieht sich stets auf diese in Erstreckungsrichtung der jeweiligen Welle verlaufende Längs- achse, d.h. radial bedeutet eine radiale Richtung ausgehend von der Längsachse. Die Erstreckungsrichtung der Längsachse ist in der Regel etwa orthogonal zu einer sich zwischen Hinterrad und Vorderrad erstreckenden vertikalen Mittelebene des Fahrrads.

Die Erfindung basiert unter anderem auf der Erkenntnis, dass mittels einer Variation der Kinematik des Hinterbaus eine Anfahrmoment-Nickabstützung realisierbar ist. Der technische Hintergrund soll mit Bezug auf Figur 1 kurz erläutert werden. Fahrrad 100 ist im SAG gezeigt, d.h. das Fahrrad ist also einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt.

Die Theorie hinter der fahrwerkskinematisch realisierbaren Anfahrmoment-Nickabstützung ist, dass von der Vorderradachse 1 18 ausgehend senkrecht ein Lot 1 19 auf die Horizontale 120 des Schwerpunktes 121 (Fahrrad 100 einschl. Fahrer 101 bilden Schwerpunkt 121 über Fahrbahn 122) erzeugt wird . Der Schnittpunkt zwischen diesen beiden Linien erzeugt einen Konstruktionspunkt Si .

Zwischen diesem Schnittpunkt Si und dem hinteren Radaufstandspunkt 123 kann man eine schräg ansteigende Gerade 124 zeichnen. Diese Gerade 124 ist die sogenannte "Squat- Linie".

Verlaufen der Schrägfederwinkel α und die Squat-Linie 124 parallel zueinander, so spricht man von einem 100% Antisquat Fahrwerk. Das Fahrwerk reagiert in diesem Fall nicht auf Beschleunigungen, d.h. es federt weder ein noch aus. Verläuft der Schrägfederwinkel α un- terhalb der Squat-Linie 124 federt der Hinterbau beim Beschleunigen, Anfahren, etc. ein. Verläuft der Schrägfederwinkel α oberhalb der Squat-Linie 124 federt der Hinterbau beim Beschleunigen, Anfahren, etc. aus.

Verlängert man beispielsweise den Radstand oder reduziert die Schwerpunkthöhe 121 über der Fahrbahn 122, ist demnach ein geringerer Schrägfederwinkel α notwendig, um die An- fahrmoment-Nickabstützung in gleichem Maße beizubehalten.

Wie eingangs mit Bezug auf Figur 13 bereits erläutert wurde, hängt die Richtung der auf die Hinterradachse ausgeübten Kraft F A unter anderem von der Kettenzugrichtung F c ab. Wenn man sich unter diesem Aspekt also das Fahrrad 100 in Figur 1 noch einmal näher ansieht, stellt man fest, dass die auf die Hinterradachse 1 15 ausgeübte Kraft F A auf einer Kraftwir- kungslinie 125 verläuft, die relativ weit unterhalb des Schwingenlagers 106 verläuft. Daraus resultiert ein übermäßig starkes Ausfedern des Hinterbaus beim Beschleunigen, Anfahren bzw. Bergauffahren etc.

E-Bikes stellen, im Vergleich zu mit Muskelkraft angetriebenen Fahrrädern, noch mehr Drehmoment zur Verfügung, d.h. die Kettenzugkraft F c und somit auch die auf die Hinterrad- achse 1 15 ausgeübte Kraft F A ist wesentlich größer. Das sorgt bei E-Bikes zu einem noch stärkeren Ausfedern des Hinterbaus. Aus dem oben gesagten folgt letztlich, dass ein Schrägfederwinkel von a>0° bei E-Bikes aufgrund ihres erhöhten Drehmoments zu einem ungewollten und viel zu starken Ausfedern des Hinterbaus führt. Deshalb weisen konventionelle Fahrräder, auch E-Bikes, heutzutage einen Schrägfederwinkel im SAG von a=0° auf und die Anfahrmoment-Nickabstützung wird über den Kettenzug geregelt. Die vorliegende Erfindung hingegen realisiert eine Anfahrmoment-Nickabstützung sowohl mittels Kettenzug, als auch über die Fahrwerkskinematik. Figur 2 zeigt ein elektromotorisch betriebenes Fahrrad 10 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 . Das elektromotorisch betriebene Fahrrad 10 kann auch als E-Bike bezeichnet werden. Dabei kann es sich um ein klassisches E-Bike handeln, bei dem die Motorleistung mittels Drehgriff oder dergleichen regelbar ist, und das E-Bike einzig durch den Elektromotor antreibbar ist. Es kann sich aber auch um ein sogenanntes Pedelec handeln, bei dem der Fahrer beim Treten durch Last-geregeltes Hinzuschalten des Elektromotors unterstützt wird.

Das elektromotorisch betriebene Fahrrad 10 weist einen Hauptrahmen 3 auf. Der Hauptrahmen 10 besteht in der Regel aus einem Oberrohr 21 , einem Steuerrohr 22, einem Unterrohr 23 und einem Sitzrohr 24. Das elektromotorisch betriebene Fahrrad 10 ist ein vollgefedertes Fahrrad, ein sogenanntes Full-Suspension Bike, oder auch Fully genannt.

Der Hauptrahmen 2 weist außerdem ein Schwingenlager 3, und einen an dem Schwingenlager 3 angeordneten Hinterbau 4 auf. Der Hinterbau 4 ist an dem Schwingenlager 3 angeordnet und somit gelenkig mit dem Hauptrahmen 2 verbunden. Der Hinterbau 4 weist in der Rege! eine Kettenstrebe 26 und eine Sitzstrebe 25 auf. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, kann beispielsweise die Kettenstrebe 26 an dem Schwingenlager 3 angeordnet sein. Der Hinterbau kann als ein Eingelenker oder als ein Mehrgelenker ausgeführt sein.

Die Antriebsvorrichtung 1 weist eine Tretkurbel 5 auf. Die Tretkurbel 5 dient als ein erster Antrieb zum Bereitstellen einer ersten Antriebskraft. Die Tretkurbel 5, bzw. der erste Antrieb, weist eine erste Antriebswelle 6 auf. Die Antriebswelle 6 kann eine mit einem Kurbelarm ver- bundene Achse bzw. Welle der Tretkurbel 5 sein.

Die Antriebsvorrichtung 1 weist ferner einen Elektro-Mittelmotor 7 auf. Der Elektro- Mittelmotor 7 dient als ein zweiter Antrieb zum Bereitstellen einer zweiten Antriebskraft. Wie in Figur 2 zu erkennen ist, ist der Elektro-Mittelmotor 7 etwa in der Mitte, d.h. zwischen dem Vorderrad und dem Hinterrad des Fahrrads 10 angeordnet. Genauer gesagt ist der Mittelmo- tor 7 zwischen dem Unterrohr 23 und dem Sitzrohr 24 angeordnet. Diese Ausführungsform eines Mittelmotors 7 ist von anderen Antriebskonzepten, wie z.B. Radnabenmotoren, zu unterscheiden. Darüber hinaus weist die Antriebsvorrichtung 1 einen Abtrieb 8 mit einer Abtriebsweiie 9 auf. Der Abtrieb 8 ist ausgebildet, um die erste und/oder die zweite Antriebskraft aufzunehmen und an das anzutreibende Rad 1 1 des Fahrrads 10 abzugeben.

Figur 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Antriebsvorrichtung 1 . Zu erkennen ist die ers- te Antriebswelle 6 und der Elektromotor 7. Außerdem ist der Abtrieb 8 zu erkennen. Der Abtrieb 8 ist hier beispielhaft dargestellt als eine Abtriebswelle 9 mit einem daran angeordneten Zahnrad 12. Die Mittelachse 13 der Abtriebswelle 9 ist von der Mittelachse 14 der ersten Antriebsweile 8 radial beabstandet (R-i).

Figur 3 zeigt außerdem ein an dem Hauptrahmen 2 angeordnetes Schwingenlager 3. Das Schwingenlager 3 ist an dem abgebildeten Sitzrohr 24 angeordnet. Eine Schwinge bzw. der Hinterbau 4 ist an dem Schwingenlager 3 angeordnet und somit mit dem Hauptrahmen 2 verbunden. Der Hinterbau 4 ist der Übersichtlichkeit wegen in Figur 3 jedoch nicht dargestellt.

Erfindungsgemäß ist die Abtriebswelle 9 relativ zu dem Schwingenlager 3 derart angeordnet, dass ein radialer Abstand R 2 zwischen der Mittelachse 18 des Schwingenlagers 3 und der Mittelachse 13 der Abtriebswelle 9 kleiner ist als ein radialer Abstand 3 zwischen der Mittelachse 16 des Schwingenlagers 3 und der Mittelachse 14 der ersten Antriebswelle 6.

Gemäß einer Ausführungsform beträgt die radiale Beabstandung Ri zwischen der Mittelachse 14 der ersten Antriebswelle 6 und der Mittelachse 13 der Abtriebswelle 9 etwa 200 mm bis 300 mm, und vorzugsweise etwa 100 mm bis 200 mm.

Gemäß einer Ausführungsform beträgt die radiale Beabstandung R 2 zwischen der Mittelachse 18 des Schwingenlagers 3 und der Mittelachse 13 der Abtriebswelle 9 weniger als 200 mm, vorzugsweise weniger als 100 mm und weiter bevorzugt weniger als 50 mm.

Die Position des Schwingenlagers 3 ist in Figur 3 lediglich beispielhaft dargestellt. Das Schwingenlager 3 kann auch an anderen Stellen angeordnet sein, z. B. auch direkt an der Antriebsvorrichtung 1 . In Figur 3 ist das Schwingenlager 3 oberhalb der Abtriebswelle 9 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass das Schwingenlager 3 unterhalb der Abtriebswelle 9 angeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist das Schwingenlager 3 jedenfalls in der Nähe der Abtriebswelle 9 ange- ordnet. Genauer gesagt ist das Schwingenlager 3 näher an der Abtriebswelle 9 als an der ersten Antriebswelle 6 angeordnet. Das heißt, erfindungsgemäß ist der radiale Abstand R2 zwischen der Abtriebswelle 9 und dem Schwingenlager 3 kleiner als der radiale Abstand R3 zwischen der Abtriebswelle 9 und der ersten Antriebswelle 6. Figur 4 zeigt ein Fahrrad 10 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 , wobei das Schwingenlager 3 derart an dem Hauptrahmen 2 positioniert ist, dass das Fahrrad 10 einen Schrägfederwinkel α von 5° bis 30° aufweist, wenn das Fahrrad 10 einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 15% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Be- lastung ausgesetzt ist.

In anderen Worten befindet sich das Fahrrad 10 in dem in Figur 4 abgebildeten Zustand im SAG, d.h. die Federelemente 1 16, 1 17, und insbesondere der hinten angeordnete Dämpfer 1 17, sind um etwa 15% bis 35% ihres Gesamtfederwegs eingefedert.

Das abgebildete Fahrrad 10, bzw. der Hinterbau 4 des Fahrrads 10 ist als ein Eingelenker konstruiert. Demnach definiert die Gerade 30, die durch die Hinterachse 1 15 und durch das Schwingenlager 3 verläuft, relativ zu der Fahrbahnoberfläche 122 den Schrägfederwinkel a.

In Figur 4 ist zu erkennen, dass durch geeignete Positionierung des Schwingenlagers 3 an dem Hauptrahmen 2 der Schrägfederwinkel α beeinflussbar ist. Erfindungsgemäß ist das Schwingenlager 3 derart an dem Hauptrahmen 2 positioniert, dass das Fahrrad 10 einen Schrägfederwinkel α von 5° bis 30°, vorzugsweise von 10° bis 20°, und weiter bevorzugt von etwa 15° aufweist, wenn das Fahrrad 10 einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Fahrrads 10 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Im Gegensatz zu dem zuvor mit Bezug auf Figur 4 diskutierten Ausführungsbeispiel ist hier der Hinterbau 4 als ein Mehrgelenker ausgebildet, d.h. der Hinterbau 4 weist ein zusätzliches Gelenk 104 auf. Das zusätzliche Gelenk 104 ist hier im Bereich der Kettenstrebe 105 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass das zusätzliche Gelenk 104 im Bereich der Sitzstrebe 110 angeordnet ist.

Das in Figur 5 abgebildete Fahrrad 10 befindet sich im SAG, d.h. es ist einer statischen Be- lastung ausgesetzt, die zu einem Negativfederweg bereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs des Dämpfers 1 17 führt.

Bei dem in Figur 5 gezeigten Mehrgelenker kann für den abgebildeten Zustand ein Momen- tanpol Mi konstruiert werden. Eine erste Gerade 107 schneidet das zusätzliche Gelenk 104 und das Schwingenlager 3. Eine zweite Gerade 108 verläuft durch das Gelenk 109 zwischen Sitzstrebe 110 und Wippe 1 1 1 sowie durch das Gelenk 1 13 zwischen Wippe 1 1 1 und Hauptrahmen 2 bzw. Sitzrohr 24. Der Schnittpunkt der beiden Geraden 107, 108 ergibt den Momentanpol Mi. Eine Gerade 31 verläuft durch diesen Momentanpol Mi und der Hinterachse 1 15. Diese Gerade 31 definiert relativ zu der Fahrbahnoberfläche 122 den Schrägfederwinkel α bei einem Mehrgelenker, wie er beispielhaft in Figur 5 abgebildet ist.

Es ist zu erwähnen, dass der konstruierte Momentanpol Mi nur für den abgebildeten Zustand des Fahrrads 10 gültig ist. Sobald das Fahrrad 10 ein- oder ausfedert, verändert sich die Lage der Geraden 107, 108 relativ zueinander und der Momentanpol verschiebt sich an eine andere Position. Der Momentanpol ist sozusagen der zustandsabhängige momentane Drehpunkt des Hinterbaus 4, um den die Hinterachse 15 im betrachteten Zustand ausschwenkt.

Der in Figur 5 gezeigte Hinterbau 4 ist demnach als ein Mehrgelenker mit einem Momentan- pol Mi als momentaner Drehpunkt ausgebildet. Erfindungsgemäß ist der Hinterbau 4 derart an dem Hauptrahmen 2 positioniert, dass das Fahrrad 10 einen Schrägfederwinkel α von 5° bis 30°, vorzugsweise von 10° bis 20°, und weiter bevorzugt von etwa 15° aufweist, wenn das Fahrrad 10 einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist. Figur 6 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt eines Fahrrads 10 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Es ist die Fahrbahnoberfläche 122 sowie eine dazu parallele Ebene 60 zu erkennen. Die zur Fahrbahnoberfläche parallele Ebene 60 verläuft durch die Mittelachse 13 des Abtriebs 8. Das Schwingenlager 3 kann derart an dem Hauptrahmen 2 angeordnet sein, dass die Mittelachse des Schwingenlagers 3 oberhalb dieser Ebene 60 angeordnet ist. In diesem Fall führt eine mittels Kettenzug auf die Hinterradachse 115 ausgeübte Kraft F A zu einem Ausfedern des Hinterbaus 4.

In einer alternativen Ausführungsform kann das Schwingenlager 3 derart an dem Hauptrahmen 2 angeordnet sein, dass die Mittelachse des Schwingenlagers 3 unterhalb der Ebene 60 angeordnet ist. In diesem Fall führt eine mittels Kettenzug auf die Hinterradachse 1 15 wir- kende Kraft F A zu einem Einfedern des Hinterbaus 4.

Figur 7 zeigt erneut die vergrößerte Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 , wie sie bereits in Figur 3 gezeigt wurde. Zu erkennen ist die Mittelachse 13 des Abtriebs 8. Außerdem ist hier die zuvor erwähnte zur Fahrbahnoberfläche 122 parallele Ebene 60 eingezeichnet. Das Schwingenlager 3 kann also reiativ zu der Mittelachse 13 des Abtriebs 8 derart angeordnet werden, dass die Mittelachse des Schwingenlagers 3 entweder oberhalb oder unterhalb der Ebene 60 angeordnet ist, je nachdem welches Verhalten (Einfedern oder Ausfedern) des Hinterbaus gewünscht ist. Beispielhaft wurde ein Kreis mit Radius R 2 um die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 eingezeichnet. Der Radius 2 beschreibt beispielhaft einen Bereich, in dem die Mittelachse des Schwingenlagers 3 anordenbar ist. Das Schwingenlager 3 kann also beispielsweise derart um die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 herum angeordnet werden, dass die Mittelachse des Schwingenlagers 3 radial, z.B. um den Wert R 2 , von der Mittelachse 13 des Abtriebs 8 beabstandet ist.

Rein beispielhaft ist in Figur 7 ein derartiger potentieller Anbringungspunkt 70 eingezeichnet. Erfindungsgemäß kann das Schwingenlager 3 so um den Abtrieb 8 herum angeordnet werden, dass die Mittelachse des Schwingenlagers 3 einen beliebig großen radialen Abstand zu der Mittelachse 13 des Abtriebs 8 aufweist, jedoch unter Einhaltung der erfindungsgemäßen Vorgabe, dass der radiale Abstand R 2 zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers 3 und der Mittelachse 13 der Abtriebswelle 9 kleiner ist als der radiale Abstand R 3 zwischen der Mittelachse des Schwingenlagers 3 und der Mittelachse 14 der ersten Antriebswelle 6.

Das Schwingenlager 3 sollte also in der Nähe des Abtriebs 8 angeordnet sein, und vorzugs- weise näher an dem Abtrieb 8 als an der Antriebswelle 6 angeordnet sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der radiale Abstand R 2 zwischen der Mittelachse 13 der Abtriebswelle 9 und der Mittelachse des Schwingenlagers 3 gleich Null (R 2 =0). Das heißt, die Mittelachse 13 der Abtriebswelie 9 und die Mittelachse des Schwingenlagers 3 sind konzentrisch bzw. koaxial. Dies ist in Figur 8 deutlich erkennbar gezeigt. Figur 8 zeigt eine frontale Perspektivansicht eines Fahrrads 10 mit einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Zur besseren Erkennbarkeit sind die Federgabel und das Vorderrad nicht dargestellt.

Hier ist zu erkennen, dass das Schwingenlager 3 und der Abtrieb 8 koaxial zueinander angeordnet sind. Die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 und die Mittelachse 18 des Schwingenla- gers 3 liegen also auf einer gemeinsamen Achse 81. Die Achse 81 ist also die gemeinsame Mittelachse des Abtriebs 8 und des Schwingenlagers 3.

Außerdem ist die Mittelachse 14 des ersten Antriebs, d.h. der Tretkurbel 5, gezeigt. Die Mittelachse 14 des ersten Antriebs 5 ist parallel zu der gemeinsamen Mittelachse 81 des Schwingenlagers 3 und des Abtriebs 8. Es ist außerdem zu erkennen, dass der Abtrieb 8 und das Schwingenlager 3 von dem ersten Antrieb 5 radial beabstandet angeordnet sind. Genauer gesagt ist der radiale Abstand zwischen der Mittelachse 14 des ersten Antriebs 5 und der Mittelachse 13 des Abtriebs 8 zu sehen. Da der Abtrieb 8 und das Schwingenlager 3 koaxial angeordnet sind, ist der radiale Abstand R 3 zwischen der Mittelachse des ersten Antriebs 5 und der Mittelachse 18 des Schwingenlagers 3 gleich groß wie der radiale Ab- Bei Zugkraftausübung auf das Lasttrum 92 des Zahnriemens 99 stellt sich eine Zugkraft F c ein. Diese wirkt entlang der Kraftwirkungslinie 94. Die resultierende auf die Hinterradachse 1 15 wirkende Kraft F A ist parallel zu der Zugkraft F c gerichtet. Die auf die Hinterradachse

1 15 wirkende Kraft F A wirkt entlang der Kraftwirkungslinie 95. Der Abtrieb 8 überträgt also mittels des Zahnriemens 99 eine Antriebskraft F c an das anzutreibende Hinterrad 96 des Fahrrads 10. Dabei ist der Zahnriemen 99 derart zwischen dem Abtrieb 8 und dem Hinterrad 96 angeordnet, dass mittels Zugkraftausübung auf den Zahnriemen 99 eine Kraft F A auf die Hinterachse 1 15 ausgeübt wird, deren Kraftwirkungslinie 95 unterhalb der Mittelachse 16 des Schwingenlagers 3 verläuft. Dies gilt insbesondere bei als Eingelenker konstruierten Hinterbauten 4. Daraus ergibt sich ein Ausfedern des Hinterbaus 4 beim Beschleunigen, Anfahren, Bergauffahren, etc.

Wenn es sich bei dem Hinterbau 4 um einen Mehrgelenker handelt, dann ist dieser erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass die Kraftwirkungslinie 95 der auf die Hinterradachse 1 15 wirkenden Kraft F A unterhalb des Momentanpols verläuft, wenn das Fahrrad einer zu einem Negativfederwegbereich zwischen 10% und 35% des Gesamtfederwegs führenden statischen Belastung ausgesetzt ist.

Die Erfindung stellt also eine Anfahrmoment-Nickabstützung bereit, die sowohl mittels der Kinematik des Hinterbaus 4 als auch mittels Zugkraftausübung auf das jeweilige Kraftübertragungsmittel 90, 99 realisierbar ist. Figur 1 1 zeigt noch einmal eine vergrößerte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. Die Antriebsvorrichtung 1 weist mehrere Bestandteile auf, unter anderem Antriebe und Abtriebe mit unterschiedlichen Untersetzungen bzw. Übersetzungen.

Der erste Antrieb 5 weist eine erste Antriebswelle 6 auf. Die Antriebswelle 6 kann bevorzugt die Tretlagerwelle der Tretkurbel sein. An der ersten Antriebswelle 6 ist ein Zahnrad 41 an- geordnet.

Der Abtrieb 8 weist eine Abtriebswelle 9 auf. An der Abtriebswel!e 9 ist ein Zahnrad 12 angeordnet. Das an der Abtriebswelle 9 angeordnete Zahnrad 12 ist mit dem an der Antriebswelle 6 des ersten Antriebs 5 angeordneten Zahnrad 41 mittels eines Zahnriemens 46 gekoppelt. Das an der Abtriebswelle 9 angeordnete Zahnrad 12 weist weniger Zähne bzw. einen kleineren Durchmesser auf als das an der Antriebswelle 6 des ersten Antriebs 5 angeordnete Zahnrad 41. Somit ergibt sich vom ersten Antrieb 5 zum Abtrieb 8 eine Übersetzung ins Schnelle, wobei die Übersetzung ein Verhältnis von 3: 1 oder vorzugsweise von 2:1 aufweist. An der Abtriebswelle 9 ist ein weiteres Zahnrad 42 angeordnet. Das zweite Zahnrad 42 ist mittels eines Zahnriemens 45 mit einem an einer Abtriebswelle 44 des Elektromotors 7 angeordneten Zahnrad 43 gekoppelt.

Das an der Abtriebswelle 9 angeordnete Zahnrad 42 weist mehr Zähne bzw. einen größeren Durchmesser auf als das an der Abtriebswelle 43 des Elektromotors 7 angeordnete Zahnrad 43. Somit ergibt sich vom Antrieb (Elektromotor 7) zum Abtrieb 8 eine Untersetzung ins Langsame, wobei die Untersetzung ein Verhältnis von 1 :2 oder vorzugsweise von 1 :3 aufweist.

Die abgebildeten Zahnriemen 45, 46 können auch durch Antriebsketten ersetzt werden. In diesem Fall wären die Zahnräder 12, 41 , 42, 43 vorzugsweise als Ritzel ausgebildet. Die abgebildeten Zahnriemen 45, 46 können aber auch durch Keilriemen ersetzt werden. In diesem Fall wären die Zahnräder 12, 41 , 42, 43 vorzugsweise als profilierte Rollen ausgebildet. Ebenfalls denkbar wäre eine Direktverzahnung von zumindest einer Zahnradpaarung zwischen Elektromotor 7 und Abtrieb 8 und/oder zwischen erstem Antrieb 5 und Abtrieb 8. Die Antriebsvorrichtung 1 kann ein Gehäuse 47 aufweisen, in dem der erste Antrieb 5, der Elektromotor 7 und der Abtrieb 8 angeordnet sind. Der Elektromotor 7 kann an dem Gehäuse 47 montiert sein, wobei an dem Montageort Kühlrippen in dem Gehäuse 47 vorgesehen sein können, um den Motor 7 zu kühlen. Der Elektromotor 7 kann als ein Außenläufermotor, und vorzugsweise als ein Torquemotor ausgebildet sein. In Figur 1 1 ist außerdem eine Gerade 48 zu erkennen, die durch die Mittelachse 14 des ersten Antriebs 5 verläuft. Diese Gerade 48 verläuft lotrecht zur (hier nicht dargestellten) Fahrbahnoberfläche 122. Die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 sowie die Mittelachse 49 der Abtriebswelle 44 des Elektromotors 7 sind in Vorwärts-Fahrtrichtung vor der Lotrechten 48 und somit vor der Mittelachse 14 des ersten Antriebs 5 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass der Abtrieb 8 derart angeordnet ist, dass dessen Mittelachse 13 in Vorwärts-Fahrtrichtung hinter der Lotrechten 48 und somit hinter der Mittelachse 14 des ersten Antriebs 5 angeordnet ist. So kann die Kettenstrebe des Hinterbaus kurz gehalten werden, für den Fall, dass die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 koaxial zu dem Schwingenlager 3 angeordnet ist. Gemäß einer (hier nicht näher dargestellten) Ausführungsform kann der Elektromotor 7 relativ zu dem Abtrieb 8 derart angeordnet sein, dass die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 koaxial zu der Mittelachse 49 der Abtriebswelle 44 des Elektromotors 7 ist. Somit wäre der Abtrieb 8 direkt mit der Ausgangswelle 44 des Elektromotors 7 gekoppelt. In anderen Worten teilen sich der Elektromotor 7 und der Abtrieb 8 eine gemeinsame Welle. Der in Figur 1 1 abgebii- dete verbindende Zahnriemen 45 sowie das an der Ausgangswelle 44 angeordnete Zahnrad 43 und das abtriebsseitige Zahnrad 42 könnten in diesem Fall also weggelassen werden.

Wie zuvor erwähnt, weist die vorliegend beschriebene Anordnung der einzelnen Komponenten innerhalb der Antriebsvorrichtung 1 eine Untersetzung bzw. eine Obersetzung auf. Um in dem soeben beschriebenen Fall, gemäß dem die Mittelachse 13 des Abtriebs 8 koaxial zu der Mittelachse 49 der Motorausgangswelle 44 angeordnet ist, könnte der Elektromotor 7 ein internes Getriebe aufweisen, um die gewünschte Untersetzung bzw. Übersetzung zu realisieren, d.h. um eine gewünschte Drehzahl bzw. ein gewünschtes Drehmoment direkt an der Ausgangswelle 40 abzugeben. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 wiese in diesem Fall also zwei Wellen auf, nämlich die Welle 6 des ersten Antriebs 5 und die von Elektromotor 7 und Abtrieb 8 gemeinsam genutzte Ausgangswelle 44, deren Mittelachse 49 koaxial zu der Mittelachse 13 des Abtriebs 8 angeordnet ist. In einem solchen Zwei-Wellen-Betrieb wäre es denkbar, dass der erste Antrieb 5 mit einer Untersetzung von 1 :3 oder vorzugsweise von 1 :2 mit der gemein- samen Ausgangswelle 44 gekoppelt ist.

Der Elektromotor 7 weist ein internes Getriebe mit einer Übersetzung von 2: 1 oder vorzugsweise 3: 1 auf. Über die Ausgangswelle 44 gibt der Elektromotor 7 das gewünschte Drehmoment bzw. die gewünschte Drehzahl an ein an der Ausgangswelle 44 angeordnetes Kettenblatt, Ritzel, Zahnrad 55 (Figur 6) oder dergleichen ab. Das Zahnrad 55 ist von dem zum Antrieb genutzten Kraftübertragungsmittel, wie z.B. einer Kette 90 oder einem Zahnriemen oder dergleichen, gekoppelt. Das Ritzel 55 kann außerhalb des Gehäuses 47 der Antriebsvorrichtung 1 angeordnet sein (Figur 6). Das Ritzel 55 kann aber auch innerhalb des Gehäuses 47 angeordnet sein. Entsprechende Aussparungen in dem Gehäuse 47 zum Durchführen des Kraftübertragungsmittels 90 wären hierbei obligatorisch. Neben dem soeben erwähnten Zwei-Wellen-Betrieb ist mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 auch ein Drei-Wellen-Betrieb möglich. Dies ist schematisch in Figur 12 abgebildet.

Figur 12 zeigt die Antriebswelle 6 des ersten Antriebs 5, an der die Tretkurbel angeordnet ist. Die schematisch dargestellte Antriebsvorrichtung 1 weist ferner eine erste zusätzliche Welle 1201 und eine zweite zusätzliche Welle 1202. Die Wellen 6, 1201 , 1202 können untereinander in den folgenden, in den Tabellen 1 bis 3 aufgeführten, drei Konfigurationen miteinander verbunden sein. KONFIGURATION 2 erster Antrieb 5 erste zusätzliche zweite zusätzliche Hinterradachse

(Tretkurbel) Welle 1201 Welle 1202 1 15

Getriebe Motor Nachgelege

Ta elle 2

Tabelle 3 Um eine sichere Funktionsweise der Antriebsvorrichtung 1 zu gewährleisten, sollten mindestens zwei Freiläufe vorgesehen werden. Die Freiläufe können generell an jeder Welle, d.h. sowohl an der ersten Antriebswelle 6, an der Abtriebswelle 9, an der Motorausgangswelle 44 und an der Hinterachswelle 1 5 vorgesehen werden. Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass ein Freilauf an der Hinterachswelle 1 15 und ein Freilauf an der Tretkurbelwelle (erste Antriebswelle) 6 vorgesehen sind.