Titel

Rahmenelement zur Aufnahme eines Energiespeicher zur Verwendung bei einem Zweirad

Die Erfindung betrifft ein Rahmenelement zur Aufnahme einer

Energiespeichereinheit für einen Fahrradrahmen, einen entsprechenden Fahrradrahmen, eine Energiespeichereinheit, die in dem Rahmenelement untergebracht werden kann sowie ein Fahrrad bei dem ein derartiges

Rahmenelement verwendet wird.

Stand der Technik

Bei der Nutzung von elektrisch betriebenen Fahrrädern besteht die

Notwendigkeit, den zugehörigen Energiespeicher, z.B. einen Akkumulator am Fahrrad 100 (siehe Figur 1 ) unterzubringen, möglichst ohne die Beweglichkeit des Fahrers einzuschränken. Üblicherweise wird der Energiespeicher am Fahrradrahmen, bestehend aus Unterrohr 1 10 und Sattelrohr 120 ggf. auch Oberrohr 130 befestigt. Dabei besteht gerade beim Sattelrohr 120 die

Möglichkeit, den Energiespeicher im Rahmendreieck 1 10, 120 und 130 oder zwischen Sattelrohr 120 und Hinterrad, z.B. im hinteren Rahmendreieck bzw. hinter dem Sattelrohr anzubringen. In letzterem Fall vergrößert sich u. U. dabei der Abstand zwischen Tretkurbel und Hinterradachse, um genügend Platz für den meist voluminösen Energiespeicher zu schaffen. Eine weitere Möglichkeit der Unterbringung des Energiespeichers besteht darin, diesen am Gepäckträger 140 zu befestigen.

Aus der Schrift EP 2 134 592 B1 ist die Befestigung einer Batterie am Unterrohr bekannt. Hierbei ist das Unterrohr aus Stabilitätsgründen als

belastungstragendes, mehrräumiges Rohr mit einer Ausschneidung zum

Empfang der Batterie ausgestaltet. Dabei ist vorgesehen, dass sich die seitlich offene Ausschneidung in wenigstens einem Raum im mehrräumigen Rohr erstreckt und wenigstens ein weiterer Raum im Wesentlichen intakt ist.

Weiterhin ist aus der EP 1 982 909 B1 eine Kombination aus Batterie und Fahrradrahmen bekannt, bei dem in einem der Rohre des Fahrradrahmens eine bzgl. der Seitenwand tiefgeschnittene Oberkante zur Erzeugung einer zum Teil seitlich offenen Aussparung vorgesehen ist, in die ein Rastrahmen eingesetzt werden kann. Dieser Rastrahmen wird vollständig in die Aussparung eingeführt, so dass er die nachträglich eingeführte Batterie vollständig umschließen kann.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Rahmenelement für einen

Fahrradrahmen, welches zur Aufnahme einer Energieversorgungseinheit geeignet ist, den dazu gehörigen Fahrradrahmen sowie die verwendbare

Energieversorgungseinheit und schließlich ein Fahrrad, welches das

erfindungsgemäßes Rahmenelement mit der erfindungsgemäßen

Energieversorgungseinheit kombiniert. Das Rahmenelement ist dabei wahlweise als Sattelrohr, Unterrohr oder Oberrohr vorgesehen, welches zumindest streckenweise als Hohlprofil ausgestaltet ist. Weiterhin ist das Rahmenelement mit einer planen Fläche versehen, in die ein länglicher Einschnitt eingebracht ist. Dieser längliche Einschnitt dient dazu, die Energieversorgungseinheit

aufzunehmen, beispielsweise einen Akkumulator oder eine Batterie. Der Kern der Erfindung besteht nun darin, dass der längliche Einschnitt vollständig in der oberen planen Fläche des Rahmenelements verläuft, wobei der Einschnitt komplett durch die plane Fläche eingefasst wird.

Der Vorteil einer derartigen Anordnung besteht in der Einfachheit der

Ausgestaltung, indem in die plane Fläche lediglich ein Ausschnitt eingebracht werden muss, ohne zusätzliche seitliche Winkel vorzusehen. Darüber hinaus ermöglicht die Ausgestaltung des Einschnitts in der gleichen Ebene wie die plane Fläche beim Einsatz der Energieversorgungseinheit eine einfachere Abdichtung, da lediglich zwei Dimensionen berücksichtigt werden müssen. Insgesamt ergibt sich somit die Möglichkeit, den notwendigen Energiespeicher für den elektrischen Antrieb des Fahrrads am Fahrrad unterzubringen, ohne dass zusätzliche

Anbauten während der Fahrt im Weg sind. Durch die Versenkung des

Energiespeichers in den Fahrradrahmen ist auch von außen kaum zu erkennen, dass bei dem Fahrrad eine Energieversorgungseinrichtung montiert ist, beispielsweise bei einem Elektrofahrrad.

Die Einfachheit der Ausnehmung für die Energieversorgungseinheit bzw. der Einschnitt in der planen Fläche des Rahmenelements lässt sich auch dadurch zeigen, dass für die längliche Ausdehnung des Einschnitts lediglich zwei parallele bzw. im Wesentlichen parallel Schnitte in die plane Fläche des Rahmenelements, z.B. eines Rohrs eingebracht werden müssen. Optional kann die längliche Ausdehnung jedoch auch Zacken aufweisen bzw. zackenförmig oder auch trapezförmig ausgestaltet sein. Darüber hinaus ist an einem der beiden Enden des Einschnitts ein weiterer einfacher Schnitt vorgesehen. Am

gegenüberliegenden Ende des Einschnitts kann ein besonderer Ausschnitt vorgesehen sein, um die Halterung der Energieversorgungseinheit

unterzubringen. Dabei kann ebenfalls ein einfacher, ggf. parallel zum anderen Ende ausgestalteter Schnitt vorgesehen sein oder auch eine teilweise Verengung mit einer anschließender verengten Verlängerung.

Das Rahmenelement, welches z.B. vollständig oder abschnittsweise als Rohr ausgestaltet sein kann, weist in einer besonderen Ausgestaltung neben der planen Fläche im unteren Bereich einen weitestgehenden U-förmigen Abschnitt im Querschnitt auf. Dabei kann vorgesehen sein, dass dieser U-förmige

Querschnitt mit Knicken versehen ist, ähnlich wie beim Schiffsbau in Form von Knickspanten oder Multi-Knickspanten, so dass der unteren Bereich leicht eckig aussieht. Alternativ kann das Rahmenelement zumindest teilweise einen im Wesentlichen quaderförmigen oder trapezförmigen Querschnitt aufweisen. Dabei ist weitestgehend parallel zur planen Fläche ein Boden vorgesehen, welche mit zwei Seitenwänden, z.B. parallelen Wänden verbunden ist. Für die Optik sowie aus Stabilisierungsgründen können die entsprechenden Verbindungskanten abgerundet sein.

Zur Fixierung bzw. zur Kontaktierung der Energieversorgungseinheit kann in Einschnitt ein Halteelement vorgesehen sein. Dieses Halteelement kann an einem Ende des Einschnitts eingebracht und mit dem Rahmenelement fest verbunden werden. Zur Sicherung der Energieversorgung gegen ungewollte Bewegungen innerhalb des Rahmenelements kann das Halteelement

Aussparungen aufweisen, in die Verlängerungen des Griffs der

Energieversorgungseinheit eingreifen können. Dabei ist insbesondere

vorgesehen, dass diese Verlängerungen ausgehend von einer (Dreh-) Lagerung des Griffs auf dessen gegenüberliegenden Seite angebracht sind und bei der Entnahme durch eine Drehbewegung aus den Aussparungen ausgefahren werden können. Hierbei eignen sich besonders Haken, die sich in der

Aussparung verkanten können.

Diese Verlängerungen bzw. Haken können in einer Ausgestaltung über das Ende der Energieversorgungseinheit hinaus ragen und in das Halteelement eingreifen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Verlängerungen bzw. Haken nicht über das Ende der Energieversorgungseinheit hinaus reichen, so dass die Gefahr des

Abbrechens bei einem Sturz vermindert wird. Hierbei ist jedoch notwendig, dass das Halteelement eine entsprechende Aufnahme für die Verlängerungen bzw. Haken aufweist, die über das Ende der Energieversorgungseinheit hinaus ragt. Neben Kontaktelementen in dem Halteelement zur Kontaktierung der

Energieversorgungseinheit kann das Halteelement auch ein Schloss zur

Arretierung aufweisen. Alternativ kann die Schlossfunktion jedoch auch elektronisch gelöst sein oder eine (automatische) Abfrage eines RFID beinhalten. Optional ist auch möglich, eine Ladeschnittstelle in das Halteelement aufnehmen. Zusammen mit der Kontaktierung kann somit eine Beladung der

Energieversorgungseinheit ermöglicht werden, ohne dass diese aus dem

Rahmenelement herausgenommen werden muss.

In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in den Einschnitt eine Wanne zur Aufnahme der Energieversorgungseinheit eingebracht werden kann. Diese Wanne kann sowohl einteilig zusammen mit dem

Haltelement ausgestaltet sein oder auch zweigeteilt, so dass das Halteelement mit seinen Funktionen (Fixierung/Kontaktierung) separat hergestellt werden kann, jedoch über eine entsprechende mechanische Verbindung stabil miteinander verbunden werden kann. Der Vorteil der Verwendung einer derartigen Wanne liegt darin, dass die Aufnahme der Energieversorgungseinheit gegenüber dem Innenraum des Rahmenelements einfacher abgedichtet werden kann, so dass kein Schmutz oder keine Feuchtigkeit an den Energiespeicher gelangen kann. Weiterhin ist somit der Bereich, in dem der Energiespeicher eingebracht werden kann, leichter sauber zu halten. Schlussendlich kann durch eine derartige Wanne der Energiespeicher auch besser in dem Einschnitt gegenüber ungewollter Bewegungen fixiert werden.

Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Rahmenelements zur

Aufbewahrung des Energiespeichers eines Elektrofahrrads kann erreicht werden, dass der Energiespeicher bündig mit der Oberseite der planen Fläche abschließt. Mittels einer geeigneten Dichtung, entweder umlaufend am Einschnitt oder im oberen Bereich der Energieversorgungseinheit, kann somit der Spalt zwischen Rahmenelement und Energieversorgungseinheit geschlossen und gegenüber Schmutz und Feuchtigkeit abgedichtet werden. Weiterhin kann die Dichtung im oberen Bereich der Energieversorgung oder auch eine entsprechende flexible Einfassung im unteren Bereich dazu genutzt werden, die

Energieversorgungseinrichtung zu fixieren und somit gegenüber Vibrationen zu sichern. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer der

Energieversorgungseinrichtung.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von

Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch ein Fahrrad mit möglichen Befestigungsorten von

Energiespeichern. In der Figur 2 ist der erfindungsgemäße Energiespeicher sowie die Unterbringung in einem Rohr des Fahrradrahmens dargestellt. Die

Figuren 3a bis d zeigen den Einsatz des Energiespeichers in der Unterbringung des Rahmenrohrs. Mit den Figuren 4a bis c wird das Herausnehmen des

Energiespeichers aus dem Rahmenrohr dargestellt. Figur 5 stellt eine Aufsicht auf den im Rahmenrohr eingesetzten Energiespeicher. Die Figuren 6a bis c

zeigen unterschiedliche Aspekte der Halterung des Energiespeichers in der

Unterbringung sowie des Energiespeichers. Anhand der Figuren 7a und 7b wird die Herausnahme des Energiespeichers aus dem Rahmenrohr bei einem

Diamantrahmen und bei einem Tiefeinsteiger gezeigt. In den Figuren 8a und 8b werden verschiedene Designvariationen des Energiespeichers gezeigt.

Offenbarung der Erfindung

Wie eingangs bereits ausgeführt, werden bei den derzeit gebräuchlichen

Elektrofahrrädern die für den Antrieb benötigten Energiespeicher typischerweise als

Anbauprodukte an den vorgefertigten Fahrradrahmen vorgesehen. Um jedoch diese zusätzlichen Anbauten zu verhindern, die zudem auch teilweise den Fahrkomfort schmälern, z.B. indem zu wenig Anbaumöglichkeiten für Pumpe oder Trinkflaschen übrig bleiben, wird in der vorliegenden Erfindung vorgesehen, den Energiespeicher als entfernbares Element in den Fahrradrahmen zu integrieren.

In der Figur 2 wird beispielhaft ein erfindungsgemäßes Rahmenelement 210 als Sattelrohr gezeigt, in dem die Energieversorgungseinheit 200, im folgenden vereinfacht Energiespeicher, weitestgehend bündig versenkt werden kann. Dieses

Rahmenelement 210 kann jedoch ebenfalls als Unter- oder Oberrohr ausgestaltet sein, je nach Design des Fahrradrahmens. Das Rahmenelement besteht aus einer planen Fläche 260 und einem darunter befindlichen Restrohr 270, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als U-förmiges Restrohr 280 ausgestaltet ist. Selbstverständlich kann das Restrohr 270 auch andere Formen aufweisen, wie beispielsweise einem ein- oder mehrfach geknickten Unterteil, z.B. in Trapez- oder Quaderform. Das Rahmenelement 210 kann dabei in unterschiedlichen Ausrichtungen montiert sein, so dass eine Aufnahme bzw. Entnahme der Energieversorgungseinheit 200 nach oben, seitlich oder auch nach unten erfolgen kann.

Zur Aufnahme des Energiespeichers 200 in dem Rahmenelement 210 kann entweder ein Halteelement 240 an einem Ende des länglichen Einschnitts 220 oder eine weitestgehend komplette Wanne 250 vorgesehen sein. Dabei kann die Wanne einteilig, d.h. inklusive einer Halte- und/oder Kontaktierungsoption sein oder auch zweigeteilt. Bei einer Zweiteilung kann das Haltelement von der übrigen Wanne baulich getrennt, aber ineinander fügbar gestaltet sein.

Der Energiespeicher 200 wird in einen Einschnitt 220 der planen Fläche 260 des Rahmenelements 210 eingelegt. Hierzu ist ein Griff 230 vorgesehen, der drehbar gelagert ist, so dass er beim Einsatz des Energiespeichers 200 in dem

Rahmenelement 210 in einer entsprechenden Mulde im oberen Bereich des

Energiespeichers 200 anliegt. Hierdurch kann ein störendes Herausragen des Griffs 230 über die plane Fläche 260 des Rahmenelements 210 vermieden werden.

In den Figuren 3a bis d ist ein Querschnitt des erfindungsgemäßen Rahmenelements 210 sowie das Einsetzen des Energiespeichers 200 abgebildet. In diesem

Ausführungsbeispiel ist das Rahmenelement 210 als Oberrohr 130 dargestellt, wobei das Einsetzen und das Entnehmen des Energiespeichers 200 nach oben erfolgt.

Selbstverständlich kann die Ausrichtung des Rahmenelements mit seinem Einschnitt 220 auch derart vorgesehen sein, dass der Energiespeicher 200 von der Seite oder von unten eingebracht und/oder entnommen werden kann. An einem Ende des Einschnitts 220 wird das Halteelement 300 bzw. 240 eingesetzt. Wie anhand der Figur 3b zu sehen ist, schließt das Halteelement direkt an das Hohlprofil des übrigen Rahmenelements 210 bzw. 130 an. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist das Haltelement 300 zudem ein Schloss 310 sowie eine Ladeschnittstelle 320 auf, wobei die beiden funktionalen Elemente auch in einer anderen Reihenfolge oder

nebeneinander angeordnet sein können. Als Fixier- bzw. Arretierelement ist beispielhaft ein Dorn 330 am Halteelement 300 vorgesehen, in den der

Energiespeicher 200 eingreifen kann. Dieses Fixier- bzw. Arretierelement kann jedoch auch seitlich, z.B. auch in den Seitenwänden oder am anderen Ende der Wanne, vorgesehen sein, beispielsweise in Form von flexiblen herausragenden Bügeln.

Weiterhin kann dieser Dorn 330 optional auch Kontaktierungsfunktionen übernehmen.

In der Figur 3c ist das Einlegen des Energiespeichers 200 in den Einschnitt 220 bzw. die Wanne 250 gezeigt, bei dem der Energiespeicher 200 in einer Drehbewegung eingeführt wird. Je nach Anbringung des Rahmenelements 210, wie es anhand den Figuren 7a und 7b gezeigt wird, kann die Drehbewegung unterschiedlich ausfallen. So ist bei einem typischen Diamantrahmen 700 nach Figur 7a durch das Oberrohr 130 und der Verwendung des Rahmenelements 210 als Unterrohr 1 10 eine Drehbewegung um das obere Ende, d.h. von unten geeigneter, während bei einem Tiefeinsteiger 710, wie es anhand Figur 7b gezeigt wird, durch das Fehlen des Oberrohrs eine

Drehbewegung um das untere Ende, d.h von oben sinnvoller. Prinzipiell ist jedoch auch eine Einführung des Energiespeicher in einer vertikalen Bewegung möglich, wie es Figur 3d zeigt.

Anhand der Figuren 4a bis 4c wird das Herausnehmen des Energiespeichers 200 aus dem Rahmenelement 210 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt. Wie anhand der Figur 4a zu erkennen ist, liegt der Energiespeicher 200 mit seiner Oberfläche weitestgehend bündig in der planen Fläche 260. Gegenüber von dem Halteelement 300 liegt der Griff 230 des Energiespeichers 200 in einer entsprechenden Mulde auf der Oberfläche des Energiespeichers 200. Indem der Griff 230 um die Drehlagerung gedreht wird, kann der Energiespeicher 200 einfach herausgenommen werden. Dabei dient der Griff 230 ebenso als Haltegriff zum Tragen des Energiespeichers. Der Griff 230 kann in einem besonderen Ausführungsbeispiel z.B. durch eine Federung oder einen Magneten automatisch in seine Ausgangsposition zurück gelenkt werden.

In der Figur 5 ist eine Aufsicht auf den Energiespeicher 200 zu sehen, wie er in dem Rahmenelement 210 bzw. in der planen Fläche 260 des Rahmenelements 210 untergebracht ist. In dieser Aufsicht ist an einem Ende des Einschnitts 220 das eingebrachte Halteelement 300 zu erkennen, welches neben einem Schloss 510 auch eine Ladeschnittstelle 520 aufweist. Mit dem Schloss kann die Entnahme des

Energiespeichers 200 verhindert werden während die Ladeschnittstelle 520 eine Beladung des Energiespeichers 200 ermöglicht. Weiterhin ist auf dem Energiespeicher 200 eine Ladestandsanzeige 500 sowie ein On/Off-Button 530 zu erkennen. Mit diesem Button 530 kann die Energieversorgung des Elektrofahrrads zusätzlich an- oder abgeschalten werden.

Mit den Figuren 6a bis 6c werden weitere Aspekte der Halterung des Energiespeichers 200 gezeigt. So ist in Figur 6a die separate Wanne 250 abgebildet, die in den

Einschnitt 220 des Rahmenelements 210 eingebracht wird. In dieser Darstellung ist das Halteelement, welches das Schloss 510 sowie die Ladeschnittstelle 520 (die in der Abbildung mit einem Verschluss verschlossen ist, z.B. um das Eindringen von

Schmutzpartikeln zu verhindern) umfasst, einstückig mit der Wanne 250 verbunden. Demgegenüber zeigt die Figur 6b die beiden Verlängerungen 600 bzw. Haken, die ausgehend vom Griff 230 über die Drehlagerung des Griffs hinausgehen und in eine entsprechende Aussparung 610 des Halteelements eingreifen können. Als Alternative zu der Darstellung der Figur 5 ist bei diesem Ausführungsbeispiel die

Ladestandsanzeige 500 in einem Kreissegment um den On/Off-Button 530

angeordnet. Darüber hinaus kann der Energiespeicher 200 auch einen seitlich angeordneten Anschluss 540 für die Beladung aufweisen. In der Figur 6c ist die Einheit bestehend aus dem Energiespeicher 200 und einer zweigeteilten Wanne 250 und das Haltelement 300 dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind die Verlängerungen 600 des Griffs 230 über das eine Ende des Energiespeichers hinaus derart

angeordnet, dass sie in entsprechende Aussparungen 610 des Halteelements 300 eingreifen können. Durch eine Drehung des Griffs 230 wird dieses Eingreifen gelöst, so dass ein Herausnehmen des Energiespeichers 200 aus der Wanne 250 bzw. aus dem Einschnitt 220 ermöglicht wird. Weiterhin ist zu erkennen, dass das eine Ende der Wanne oberhalb der Verlängerungen 600 Konterelemente 620 aufweist, gegen die der Verlängerungen 600 in den Aussparungen 610 gedrückt werden können. Obwohl in der Figur 6c nicht gezeigt, kann das Halteelement 300 auch in diesem

Ausführungsbeispiel eine Ladeschnittstelle aufweisen.

Alternativ zur Ausgestaltung der Verlängerungen bzw. der Haken 600, welche über das Ende des Energiespeichers 200 hinausragen und somit in entsprechende Aufnahmen des Halteelements zur Arretierung eingreifen können, können diese Verlängerungen bzw. Haken 600 auch kürzer oder zurückgesetzt ausgestaltet sein. In diesem Fall enden die Verlängerungen bzw. Haken ausgehend von der Drehlagerung vor dem Ende des Energiespeichers 200, so dass sie nicht über das Ende hinausragen. Dabei ist das Halteelement derart ausgestaltet, dass es im eingesetzten Zustand des Energiespeichers 200 zumindest teilweise im oberen Bereich über diesen

hinüberreicht. Dies ist notwendig, da dabei die Aufnahmen für die Verlängerungen bzw. Haken 600 oberhalb des Energiespeichers 200 angeordnet sein müssen.

Anhand der Figuren 8a (Energiespeicher im Rahmenelement angeordnet) und den Figuren 8b (Energiespeicher) sind verschiedene Design-Ausgestaltungen der Aufsicht des Energiespeichers 200 dargestellt. So kann die Ladungsanzeige sowohl oberhalb als auch unterhalb des On/Off-Buttons 530 in einer linearen oder in einem Teilkreis angeordnet sein. Weiterhin kann der On/Off-Button 530 sowohl innerhalb des Griffs 230 auf der Oberfläche des Energiespeichers 200 als auch außerhalb vorgesehen sein.

In Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Energieversorgungseinheit abgebildet. Dabei weißt die Verlängerung des Griffs einen S-förmigen Haken auf, mittels dem in eine entsprechende Aufnahme eingegriffen werden kann. Durch die besondere Form des Hakens kann so beim Einrasten in die Aufnahme gleichzeitig auch eine Arretierung erreicht werden.