DE102022132226A1

DE102022132226A1 - Electric bike mid-motor mounting arrangement

Info

Publication number: DE102022132226A1
Application number: DE102022132226.2A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Greven
Original assignee: SRAM LLC
Current assignee: SRAM LLC
Priority date: 2022-12-05
Filing date: 2022-12-05
Publication date: 2024-06-06

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung (10) mit einem Fahrradrahmen (12) mit einer rahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahme (120) und einer in der Aufnahme (120) montierten Elektrofahrrad- Mittelmotor- Antriebseinheit (30),
wobei die Antriebseinheit (30) aufweist:
ein Antriebsgehäuse (30'),
eine das Antriebsgehäuse (30') in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle (39), und
einen außenzylindrischen Klemmvorsprung (32), der an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit (30) vorgesehen und koaxial zu der Tretlagerwellen-Axialen (A) angeordnet ist, wobei der Klemmvorsprung (32) eine zirkuläre Außenfläche (32') aufweist, und
wobei die Mittelmotor-Aufnahme (120) aufweist:
eine an einer Lateralseite der Mittelmotor-Aufnahme (120) befestigte Spannringanordnung (100) mit einem einen Krümmungsabschnitt (42) aufweisenden Zugelement (40), durch das der Klemmvorsprung (32) mit einer rahmenfesten Klemmvorsprung-Aufnahme (26) radial verspannt ist, wobei der Krümmungsabschnitt-Innenradius (R42) des Krümmungsabschnitts (42) mindestens 0,5 mm größer und höchstens 25 % größer ist als der Außenradius (R32) des Klemmvorsprungs (32), so dass umfangsmäßig nur eine lokale Spannring-Berührungszone (200) vorliegt, in der sich der Krümmungsabschnitt (42) und der Klemmvorsprung (32) unmittelbar berühren.

The invention relates to an electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) with a bicycle frame (12) with a frame-side mid-engine mount (120) and an electric bicycle mid-engine drive unit (30) mounted in the mount (120),
wherein the drive unit (30) comprises:
a drive housing (30'),
a bottom bracket shaft (39) penetrating the drive housing (30') in the transverse direction, and
an externally cylindrical clamping projection (32) which is provided on at least one lateral side of the drive unit (30) and is arranged coaxially to the bottom bracket shaft axial (A), wherein the clamping projection (32) has a circular outer surface (32'), and
wherein the mid-engine mount (120) comprises:
a clamping ring arrangement (100) fastened to a lateral side of the mid-engine mount (120) with a tension element (40) having a curved section (42), by means of which the clamping projection (32) is radially clamped to a frame-fixed clamping projection mount (26), wherein the curved section inner radius (R42) of the curved section (42) is at least 0.5 mm larger and at most 25% larger than the outer radius (R32) of the clamping projection (32), so that there is only one local clamping ring contact zone (200) circumferentially, in which the curved section (42) and the clamping projection (32) directly touch.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer Mittelmotor-Aufnahmeanordnung und einer in der Aufnahmeanordnung montierten Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit.The invention relates to an electric bicycle mid-motor mounting arrangement with a mid-motor receiving arrangement and an electric bicycle mid-motor drive unit mounted in the receiving arrangement.

Unter einem Elektrofahrrad ist vorliegend jeder Fahrradtyp zu verstehen, der eine unterstützende elektrische Antriebseinheit aufweist, die die von einer Fahrerperson in eine Tretlagerwelle eingeleitete humane Antriebsleistung durch eine entsprechende elektromotorische Antriebsleistung ergänzt, soweit dies gewünscht ist. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Befestigung einer sogenannten Mittelmotor-Antriebseinheit, die sowohl die Tretkurbelwelle rotatorisch lagert als auch eine Abtriebswelle aufweist. Die Abtriebswelle treibt über ein Abtriebselement, beispielsweise ein Kettenblatt, ein Hinterrad des Elektrofahrrads an. Bei einer Mittelmotor-Antriebseinheit können über die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle kurzzeitig sehr hohe mechanische Kräfte auf die Antriebseinheit einwirken, die von der Antriebseinheit auf den Fahrradrahmen übertragen werden müssen, und zwar sowohl hohe translatorische als auch hohe rotatorische Kräfte.In the present case, an electric bicycle is understood to mean any type of bicycle that has a supporting electric drive unit that supplements the human drive power introduced into a bottom bracket shaft by a corresponding electromotive drive power, if this is desired. The present invention relates to the attachment of a so-called mid-engine drive unit, which both rotatably supports the pedal crank shaft and has an output shaft. The output shaft drives a rear wheel of the electric bicycle via an output element, for example a chainring. In a mid-engine drive unit, very high mechanical forces can act on the drive unit for a short time via the bottom bracket shaft and the output shaft, which must be transferred from the drive unit to the bicycle frame, namely both high translational and high rotational forces.

Aus WO 2015/015014 A1 , DE 10 2016 115 681 A1 , CN 104 773 254 A und CN 104 787 224 B sind jeweils Mittelmotor-Befestigungsanordnungen bekannt, bei denen an mindestens einer Stelle des Kraftflusses zwischen dem Antriebsgehäuse der Antriebseinheit und einer rahmenseitigen Mittelmotor- Aufnahmeanordnung insbesondere die translatorischen Vertikalkräfte und/oder die rotatorischen Kräfte über Scherkräfte in Befestigungselementen zwischen dem Antriebsgehäuse und der Aufnahmeanordnung übertragen werden.Out of WO 2015/015014 A1 , EN 10 2016 115 681 A1 , CN 104 773 254 A and CN 104 787 224 B Mid-engine fastening arrangements are known in which, at at least one point of the force flow between the drive housing of the drive unit and a frame-side mid-engine mounting arrangement, in particular the translational vertical forces and/or the rotational forces are transmitted via shear forces in fastening elements between the drive housing and the mounting arrangement.

Aus EP 3 766 772 A1 ist eine Mittelmotor-Befestigungsanordnung bekannt, bei der die Antriebseinheit an beiden Lateralseiten jeweils einen außenzylindrischen Klemmvorsprung aufweist, der jeweils in einer rahmenseitigen Spannringanordnung eingespannt ist. Für eine umfangshomogene Krafteinleitung müssen die Radien des Klemmvorsprungs einerseits und des Spannrings andererseits exakt aufeinander abgestimmt sein, was in der Praxis schon deshalb schwierig ist, weil der Fahrradrahmen einschließlich der Motoraufnahme in der Regel von einem anderen Hersteller stammt als der Mittelmotor.Out of EP 3 766 772 A1 A mid-engine mounting arrangement is known in which the drive unit has an external cylindrical clamping projection on both lateral sides, each of which is clamped in a clamping ring arrangement on the frame side. In order to ensure a circumferentially homogeneous introduction of force, the radii of the clamping projection on the one hand and the clamping ring on the other hand must be precisely matched to one another, which is difficult in practice because the bicycle frame including the motor mount usually comes from a different manufacturer than the mid-engine.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, eine einfache und maßtolerante Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit definierter Krafteinleitung zu schaffen.The object of the invention is to create a simple and dimensionally tolerant electric bicycle mid-engine mounting arrangement with defined force introduction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Befestigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention with a fastening arrangement having the features of claim 1.

Die Richtungsangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, auf ein vorwärtsfahrendes Elektrofahrrad, das auf einer Horizontalebene steht. Eine Lateralseite ist demnach die rechte oder die linke Seite des Elektrofahrrads.Unless otherwise stated, the direction information refers to an electric bicycle moving forward on a horizontal plane. A lateral side is therefore the right or left side of the electric bicycle.

Die erfindungsgemäße Elektrofahrrad- Mittelmotor-Befestigungsanordnung besteht aus einem Fahrradrahmen mit einer rahmenseitigen Mittelmotor- Aufnahme und einer an oder in der Mittelmotor- Aufnahme montierten modularen Elektrofahrrad-Mittelmotor-Antriebseinheit. Die Antriebseinheit weist ein tragendes Antriebsgehäuse, einen elektrischen Antriebsmotor, eine das Antriebsgehäuse in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle und eine hierzu parallele Abtriebswelle auf. Grundsätzlich können die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle von einer einzigen Welle gebildet sein. Besonders bevorzugt sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle jedoch separate Wellen. Besonders bevorzugt sind die Tretlagerwelle und die Abtriebswelle koaxial zueinander in dem Antriebsgehäuse gelagert. Während die Tretlagerwelle das Antriebsgehäuse an den beiden Lateralseiten, bezogen auf die Fahrtrichtung des Elektrofahrrads, durchdringt, durchdringt die Abtriebswelle das Antriebsgehäuse nur einseitig lateral, in der Regel auf der linken Lateralseite.The electric bicycle mid-engine mounting arrangement according to the invention consists of a bicycle frame with a mid-engine mount on the frame side and a modular electric bicycle mid-engine drive unit mounted on or in the mid-engine mount. The drive unit has a supporting drive housing, an electric drive motor, a bottom bracket shaft penetrating the drive housing in the transverse direction and an output shaft parallel to it. In principle, the bottom bracket shaft and the output shaft can be formed by a single shaft. However, the bottom bracket shaft and the output shaft are particularly preferably separate shafts. The bottom bracket shaft and the output shaft are particularly preferably mounted coaxially to one another in the drive housing. While the bottom bracket shaft penetrates the drive housing on the two lateral sides, relative to the direction of travel of the electric bicycle, the output shaft only penetrates the drive housing laterally on one side, usually on the left lateral side.

Dem Antriebsgehäuse ist an mindestens einer Lateralseite der Antriebseinheit und koaxial zu der Tretlager-Axialen ein außenzylindrischer Klemmvorsprung zugeordnet, der eine zirkuläre Außen-Klemmfläche aufweist, die im Wesentlichen außenzylindrisch ausgebildet ist. Der Klemmvorsprung ist vorzugsweise einstückig mit dem Antriebsgehäuse ausgebildet, besteht also aus demselben Material, vorzugsweise Metall, wie das Antriebsgehäuse bzw. die betreffende Antriebsgehäuse-Hälfte. Der Außendurchmesser der Klemmfläche beträgt vorzugsweise mindestens das Doppelte des Durchmessers der Tretlagerwelle.An externally cylindrical clamping projection is assigned to the drive housing on at least one lateral side of the drive unit and coaxially to the bottom bracket axial, which has a circular external clamping surface that is essentially externally cylindrical. The clamping projection is preferably formed in one piece with the drive housing, i.e. is made of the same material, preferably metal, as the drive housing or the relevant drive housing half. The external diameter of the clamping surface is preferably at least twice the diameter of the bottom bracket shaft.

An mindestens eine Lateralseite der Mittelmotor-Aufnahme ist eine Spannringanordnung mit einem einen Krümmungsabschnitt aufweisenden Zugelement vorgesehen, wobei der Klemmvorsprung durch das Zugelement mit einer rahmenfesten Klemmvorsprung-Aufnahme radial verspannt ist. Der Klemmvorsprung der Antriebseinheit ist also radial zwischen der rahmenfesten Klemmvorsprung-Aufnahme und dem Zugelement verklemmt.A clamping ring arrangement with a tension element having a curved section is provided on at least one lateral side of the mid-engine mount, wherein the clamping projection is radially clamped by the tension element to a clamping projection mount fixed to the frame. The clamping projection of the drive unit is therefore radially clamped between the clamping projection mount fixed to the frame and the tension element.

Der Innenradius des Krümmungsabschnitts ist mindestens 0,5 mm größer und höchstens 25 % größer als der Außenradius des Klemmvorsprungs, so dass umfangsmäßig nur eine lokale Spannring-Berührungszone vorliegt, in der sich der Krümmungsabschnitt einerseits und der Klemmvorsprung andererseits unmittelbar berühren. Es findet also zwischen dem Klemmvorsprung und dem Zugelement-Krümmungsabschnitt eine sich in Umfangsrichtung über weniger als 20° erstreckende Berührung und radiale Krafteinleitung statt. Da der Innenradius des Krümmungsabschnitts unter Einbeziehung aller zulässigen Herstellungstoleranzen immer mindestens geringfügig größer ist als der Außenradius des Klemmvorsprungs, wird für alle zulässigen Toleranzkonstellationen eine lokale Berührungszone definiert, von der alle übrigen Dimensionierungen der Mittelmotor-Aufnahme ausgehen können. Der Außenradius des Klemmvorsprungs kann nie größer sein als der Innenradius des Krümmungsabschnitts, so dass eine Verformung des Krümmungsabschnitts bei der Montage der Mittelmotor-Antriebseinheit in die Mittelmotor-Aufnahme ausgeschlossen ist. Die Berührungszone kann in Querrichtung des Elektrofahrrads betrachtet punktförmig oder linienförmig ausfallen.The inner radius of the curved section is at least 0.5 mm larger and at most 25 % larger than the outer radius of the clamping projection, so that only a local clamping ring There is a contact zone in which the curved section on the one hand and the clamping projection on the other hand are in direct contact. There is therefore contact and radial force introduction between the clamping projection and the tension element curved section that extends over less than 20° in the circumferential direction. Since the inner radius of the curved section, taking into account all permissible manufacturing tolerances, is always at least slightly larger than the outer radius of the clamping projection, a local contact zone is defined for all permissible tolerance constellations, from which all other dimensions of the mid-motor mount can start. The outer radius of the clamping projection can never be larger than the inner radius of the curved section, so that deformation of the curved section when the mid-motor drive unit is mounted in the mid-motor mount is excluded. The contact zone can be point-shaped or linear when viewed in the transverse direction of the electric bicycle.

Insbesondere für die Herstellung der fahrradrahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahme können relativ großzügige Fertigungstoleranzen zugelassen werden, ohne dass hierdurch bei der Montage der Mittelmotor-Antriebseinheit Komplikationen auftreten können.In particular, relatively generous manufacturing tolerances can be permitted for the manufacture of the mid-engine mount on the bicycle frame side, without this causing complications when assembling the mid-engine drive unit.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die lokale Spannring- Berührungszone sich umfangsmäßig über weniger als 10° erstreckt, und sich besonders bevorzugt über weniger als 4° erstreckt. Je härter die Werkstoffe sind, aus denen der Klemmvorsprung einerseits und das Zugelement andererseits bestehen, desto kleiner ist die lokale Berührungszone in Umfangsrichtung.Preferably, the local clamping ring contact zone extends circumferentially over less than 10°, and particularly preferably extends over less than 4°. The harder the materials from which the clamping projection on the one hand and the tension element on the other hand are made, the smaller the local contact zone in the circumferential direction.

Grundsätzlich können zwischen dem Zugelement und dem Klemmvorsprung zwei separate Spannring- Berührungszonen vorgesehen sein. Vorzugsweise ist jedoch nur eine einzige Spannring-Berührungszone vorgesehen, die, bezogen auf die Erd-Vertikale, am höchsten oder tiefsten Punkt des Klemmvorsprungs und des Krümmungsabschnitts angeordnet ist, wenn das Elektrofahrrad aufrecht auf einer Horizontalebene steht.In principle, two separate clamping ring contact zones can be provided between the tension element and the clamping projection. Preferably, however, only a single clamping ring contact zone is provided, which is arranged at the highest or lowest point of the clamping projection and the curved section in relation to the earth's vertical when the electric bicycle is upright on a horizontal plane.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die rahmenfeste Klemmvorsprung-Aufnahme einen konkaven rahmenfesten Krümmungsabschnitts aufweist, dessen Innenradius immer mindestens 0,5 mm größer und höchstens 25 % größer ist als der Außenradius des Klemmvorsprungs, so dass umfangsmäßig nur eine lokale Aufnahme- Berührungszone vorliegt, in der sich der rahmenfeste Krümmungsabschnitt und der Klemmvorsprung unmittelbar berühren. Grundsätzlich können zwei separate Aufnahme-Berührungszonen vorgesehen sein, besonders bevorzugt ist jedoch nur eine einzige Aufnahme- Berührungszone vorgesehen.Preferably, the frame-fixed clamping projection receptacle has a concave frame-fixed curved section whose inner radius is always at least 0.5 mm larger and at most 25% larger than the outer radius of the clamping projection, so that there is only one local receiving contact zone on the circumference in which the frame-fixed curved section and the clamping projection directly touch. In principle, two separate receiving contact zones can be provided, but particularly preferably only a single receiving contact zone is provided.

Insgesamt sind in der Summe maximal vier voneinander getrennte Aufnahme- und Spannring- Berührungszonen vorgesehen, vorzugsweise aber sind in der Summe maximal drei Aufnahme- und Spannring-Berührungszonen vorgesehen.In total, a maximum of four separate receiving and clamping ring contact zones are provided, but preferably a maximum of three receiving and clamping ring contact zones are provided.

Besonders bevorzugt sind nur eine einzige Aufnahme- Berührungszone und eine einzige Spannring- Berührungszone vorgesehen, wobei die Aufnahme- Berührungszone und die Spannring- Berührungszone in einer Erd-Vertikalen übereinander stehen, wenn das Elektrofahrrad auf einer Horizontalebene steht.Particularly preferably, only a single receiving contact zone and a single clamping ring contact zone are provided, wherein the receiving contact zone and the clamping ring contact zone are located one above the other in a ground vertical when the electric bicycle is on a horizontal plane.

Vorzugsweise ist das Zugelement als U-förmiger Zugbügel ausgebildet, dessen beide Bügelschenkel-Enden rahmenseitig in der Mittelmotor-Aufnahme fest verankert sind, bzw. bei der Montage fest verankert werden.Preferably, the tension element is designed as a U-shaped tension bar, the two ends of the bar legs of which are firmly anchored in the mid-engine mount on the frame side, or are firmly anchored during assembly.

Besonders bevorzugt bildet der Zugbügel exakt eine halbkreisförmige Schleife, so dass die beiden Bügelschenkel exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Der Zugbügel kann auf diese Weise mit seinen Bügelschenkeln bzw. mit seinen Bügelschenkel-Enden in korrespondierende tangentiale Bohrungen der rahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahme eingesteckt und dort fixiert werden. Die Fixierung bzw. Verankerung der Bügelenden in der rahmenseitigen Mittelmotor-Aufnahme kann beispielsweise mit Gewindemuttern erfolgen, die auf die beiden jeweils mit einem Außengewinde versehenen Bügelschenkel-Enden aufgeschraubt sind.It is particularly preferred that the tension bar forms a semicircular loop so that the two bar legs are aligned exactly parallel to each other. In this way, the tension bar can be inserted with its bar legs or with its bar leg ends into corresponding tangential holes in the frame-side mid-engine mount and fixed there. The bar ends can be fixed or anchored in the frame-side mid-engine mount using threaded nuts, for example, which are screwed onto the two bar leg ends, each of which has an external thread.

Vorzugsweise ist der Zugbügel aus einem einzigen Rundstahl-Körper gebildet, so dass der Querschnitt des Zugbügel-Körpers überall im Wesentlichen gleich ist, also sowohl in dem Bereich der halbkreisförmigen Schleife einschließlich des Krümmungsabschnitts als auch in den beiden sich daran anschließenden linearen Schenkeln. Ein derartiger Zugbügel ist sehr preiswert herstellbar. Der Rundstahl-Körper hat typischerweise einen Nenn-Durchmesser von 5-20 mm.Preferably, the tension yoke is formed from a single round steel body, so that the cross-section of the tension yoke body is essentially the same everywhere, i.e. both in the area of the semicircular loop including the curved section and in the two adjoining linear legs. Such a tension yoke can be manufactured very inexpensively. The round steel body typically has a nominal diameter of 5-20 mm.

Auf der Außenfläche des Klemmvorsprungs kann ein im wesentlichen hohlzylindrischer und geschlossener Versteifungsring sitzen. Der Körper des Versteifungsrings besteht aus einem mechanisch festeren Metall als der Klemmvorsprung. Der einstückig mit dem Antriebsgehäuse bzw. einer Antriebsgehäuse-Hälfte ausgebildete Klemmvorsprung kann daher aus einem gewichtsoptimierten Material gefertigt sein, beispielsweise aus Aluminium, das jedoch nicht die ausreichenden mechanischen Festigkeits-Eigenschaften aufweist, um auch punktuelle Übertragungen der kurzzeitig hohen dynamischen Kraftpeaks ohne Deformationen oder Beschädigung an dem Klemmvorsprung leisten zu können. Der Versteifungsring besteht aus einem wesentlich festeren und steiferen Metall als der Klemmvorsprung. Der Versteifungsring sorgt also dafür, dass die radial außen auf ihn einwirkenden Kräfte niemals punktuell sondern stets großflächig bzw. vollflächig auf den Klemmvorsprung übertragen werden, ohne dass der Versteifungsring hierbei dauerhaft verformt oder gar beschädigt wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass zur Bereitstellung der ausreichenden mechanischen Festigkeit auf der Seite der Antriebseinheit das gesamte Antriebsgehäuse aus einem für die Kraftübertragung ausreichend festen Material gefertigt ist, das dann ein relativ hohes Gewicht hätte.A substantially hollow-cylindrical and closed stiffening ring can be seated on the outer surface of the clamping projection. The body of the stiffening ring is made of a mechanically stronger metal than the clamping projection. The clamping projection, which is formed in one piece with the drive housing or one half of the drive housing, can therefore be made of a weight-optimized material, for example aluminum, which, however, does not have sufficient mechanical strength properties to withstand point-based transmissions of the short-term high dynamic force peaks without deformation or damage to the clamping projection. The stiffening ring is made of a much stronger and stiffer metal than the clamping projection. The stiffening ring therefore ensures that the forces acting on it radially from the outside are never transferred to the clamping projection at a specific point but always over a large area or the entire surface without the stiffening ring being permanently deformed or even damaged. In this way, it is avoided that in order to provide sufficient mechanical strength on the drive unit side, the entire drive housing is made of a material that is sufficiently strong for the power transmission, which would then be relatively heavy.

Die Spannringanordnung überträgt die ausgehenden Kräfte unmittelbar zunächst auf den mechanisch stabilen und steifen Versteifungsring, so dass die Spannringanordnung mit hohen Spannkräften gespannt werden kann, wodurch wiederum auch langfristig eine großflächige Kraftverteilung zwischen den betroffenen Grenzflächen sichergestellt ist. Dennoch kann das Antriebsgehäuse einschließlich des Klemmvorsprungs aus einem relativ leichten Werkstoff bestehen.The clamping ring arrangement transfers the outgoing forces directly to the mechanically stable and rigid stiffening ring, so that the clamping ring arrangement can be clamped with high clamping forces, which in turn ensures a large-area force distribution between the affected interfaces in the long term. Nevertheless, the drive housing including the clamping projection can be made of a relatively light material.

Auf diese Weise wird eine mechanisch auch langfristig stabile Anbindung und Befestigung der Antriebseinheit in der Mittelmotor-Aufnahme zur Verfügung gestellt. Eine konstruktive Anpassung der Mittelmotor-Antriebseinheit an andere Randbedingungen oder an eine andere Mittelmotor-Aufnahme, beispielsweise mit anderen Durchmessern, kann durch eine einfache Anpassung des Versteifungsrings erfolgen, wohingegen das Antriebsgehäuse stets unverändert bleiben kann.In this way, a mechanically stable connection and fastening of the drive unit in the mid-engine mount is provided, even in the long term. A structural adaptation of the mid-engine drive unit to other boundary conditions or to another mid-engine mount, for example with different diameters, can be achieved by simply adjusting the stiffening ring, whereas the drive housing can always remain unchanged.

Vorzugsweise ist der Versteifungsring auf den Klemmvorsprung aufgepresst. Auf diese Weise ist auch langfristig eine gewisse radiale und tangentiale Vorspannung des Spannrings sichergestellt, so dass ein vollflächiger Kontakt und eine großflächige Kraftübertragung zwischen dem Klemmvorsprung und dem Versteifungsring sichergestellt ist.Preferably, the stiffening ring is pressed onto the clamping projection. In this way, a certain radial and tangential preload of the clamping ring is ensured even in the long term, so that full-surface contact and a large-area force transmission between the clamping projection and the stiffening ring is ensured.

Vorzugsweise besteht der Körper des Versteifungsrings aus einem hochfesten Stahl. Vorzugsweise besteht das Antriebsgehäuse einschließlich des Klemmvorsprungs aus einem leichten Nichteisenmetall, beispielsweise Aluminium oder Magnesium, oder aus einem Kunststoff, beispielsweise einem faserverstärkten Kunststoff, so dass das Antriebsgehäuse leichtgewichtig realisiert werden kann.Preferably, the body of the stiffening ring is made of high-strength steel. Preferably, the drive housing including the clamping projection is made of a light non-ferrous metal, for example aluminum or magnesium, or of a plastic, for example a fiber-reinforced plastic, so that the drive housing can be made lightweight.

Das Zugelement liegt vorzugsweise in einer Vertikalebene.The tension element is preferably located in a vertical plane.

Die Mittelmotor-Befestigungsanordnung stellt relativ geringe Anforderungen an die Fertigungstoleranzen insbesondere der Mittelmotor-Aufnahme. Dies ist in der Praxis deshalb von großer Bedeutung, weil die Antriebseinheit in aller Regel von einem anderen Hersteller stammt als der Fahrradrahmen, in den die Antriebseinheit verbaut ist.The mid-engine mounting arrangement places relatively low demands on the manufacturing tolerances, especially on the mid-engine mount. This is of great importance in practice because the drive unit usually comes from a different manufacturer than the bicycle frame in which the drive unit is installed.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert es zeigen:

1 eine Seitenansicht einer Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung mit einer Mittelmotor-Aufnahme, in die eine Mittelmotor-Antriebseinheit montiert ist,
2 einen vertikalen Querschnitt II-II der Mittelmotor-Befestigungsanordnung der 1, und
3 einen horizontalen Längsschnitt III-III der Mittelmotor-Befestigungsanordnung der 1.

In the following, an embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings, which show:

1 a side view of an electric bicycle mid-engine mounting arrangement with a mid-engine mount in which a mid-engine drive unit is mounted,
2 a vertical cross-section II-II of the mid-engine mounting arrangement of the 1 , and
3 a horizontal longitudinal section III-III of the mid-engine mounting arrangement of the 1 .

In den Figuren ist eine Elektrofahrrad-Mittelmotor-Befestigungsanordnung 10 einschließlich einer elektrischen Antriebseinheit 30 eines Elektrofahrrads dargestellt, das ein sogenanntes Pedelec ist. Die Antriebseinheit 30 ist als sogenannter Mittelmotor ausgebildet, trägt und lagert also sowohl eine Tretlagerwelle 39 als auch eine Abtriebswelle, die vorliegend nicht dargestellt ist. Die Antriebseinheit 30 arbeitet im regulären Fahrbetrieb rein unterstützend, und unterstützt im Fahrbetrieb die humane Antriebsleistung einer Fahrerperson, die diese über zwei nicht dargestellte Tretkurbeln in die Tretlagerwelle 39 einleitet. Die gesamte Abtriebsleistung, also die Summe aus der humanen Antriebsleistung und der elektromotorischen Antriebsleistung, wird über ein mit der Abtriebswelle drehfest verbundenes Abtriebselement, beispielsweise ein Kettenblatt, über eine Kette oder einen Riemen auf das Hinterrad des Elektrofahrrads übertragen.The figures show an electric bicycle mid-engine mounting arrangement 10 including an electric drive unit 30 of an electric bicycle, which is a so-called pedelec. The drive unit 30 is designed as a so-called mid-engine, i.e. it carries and supports both a bottom bracket shaft 39 and an output shaft, which is not shown here. The drive unit 30 works in a purely supportive manner during regular driving operation and supports the human drive power of a driver during driving operation, which is introduced into the bottom bracket shaft 39 via two pedal cranks (not shown). The entire output power, i.e. the sum of the human drive power and the electromotive drive power, is transmitted to the rear wheel of the electric bicycle via an output element that is connected in a rotationally fixed manner to the output shaft, for example a chainring, via a chain or a belt.

In den Figuren ist jeweils ein Elektrofahrrad-Fahrradrahmen 12 unvollständig dargestellt, wobei ein Aufnahme-Grundkörper 20 einer Mittelmotor-Aufnahme 120 zwei Hinterradstreben 121, ein Sattelrohr 122 sowie ein Unterrohr 123 steif miteinander verbindet. Der Aufnahme-Grundkörper 20 sowie alle übrigen Teile des Fahrradrahmens 12 bestehen aus Metall, beispielsweise aus einem geeigneten Aluminium oder Stahl, wobei der Fahrradrahmen alternativ teilweise aus einem faserverstärkten Kunststoff bestehen kann.In each of the figures, an electric bicycle frame 12 is shown incompletely, with a base body 20 of a mid-engine mount 120 rigidly connecting two rear wheel struts 121, a seat tube 122 and a down tube 123. The base body 20 and all other parts of the bicycle frame 12 are made of metal, for example of a suitable aluminum or steel, whereby the bicycle frame can alternatively be partially made of a fiber-reinforced plastic.

Die Mittelmotor-Antriebseinheit 30 weist ein aus zwei Gehäuseschalen zusammengesetztes Antriebsgehäuse 30' auf, in dem die das Antriebsgehäuse 30' in Querrichtung durchdringende Tretlagerwelle 39 und eine hierzu koaxial und parallel angeordnete Abtriebswelle (nicht dargestellt) zueinander drehbar und zum Antriebsgehäuse 30' drehbar gelagert sind. Die Tretlagerwelle 39 und die hierzu koaxial angeordnete Abtriebswelle (nicht dargestellt) rotieren um die Tretlagerwellen-Axiale A. The mid-engine drive unit 30 has a drive housing 30' composed of two housing shells, in which the bottom bracket shaft 39 penetrating the drive housing 30' in the transverse direction and an output shaft (not shown) arranged coaxially and parallel to it are rotatable and rotatably mounted to the drive housing 30'. The bottom bracket shaft 39 and the output shaft (not shown) arranged coaxially thereto rotate about the bottom bracket shaft axial A.

An den beiden Längsenden der Tretlagerwelle 39 ist jeweils eine Formschlussstruktur 39' vorgesehen, auf die drehfest jeweils eine Pedalkurbel fixiert werden kann.A form-locking structure 39' is provided at each of the two longitudinal ends of the bottom bracket shaft 39, onto which a pedal crank can be fixed in a rotationally fixed manner.

In dem aus Aluminium bestehenden Antriebsgehäuse 30' sind ein elektrischer Antriebsmotor sowie ein Getriebe untergebracht. Die Tretlagerwelle 39 tritt an den beiden Lateralseiten des Antriebsgehäuses 30' durch jeweils eine Gehäuseöffnung des Antriebsgehäuses 30' aus dem Antriebsgehäuse 30' heraus. Die Antriebseinheit 30 weist an ihren beiden Lateralseiten jeweils einen außenzylindrischen Klemmvorsprung 32 auf, der einstückig mit dem Antriebsgehäuse 30' ausgebildet ist. Die beiden zylindrischen Klemmvorsprünge 32 sind exakt koaxial mit der Tretlagerwellen-Axialen A ausgerichtet und weisen jeweils eine zirkuläre zylindrische Außenfläche 32' mit demselben Durchmesser auf. Die zylindrische Außenfläche 32' bzw. der Klemmvorsprung 32 weist jeweils einen Nenn-Außenradius R32 von beispielsweise 30,0 mm auf.An electric drive motor and a gear are housed in the drive housing 30' made of aluminum. The bottom bracket shaft 39 emerges from the drive housing 30' on the two lateral sides of the drive housing 30' through a housing opening in the drive housing 30'. The drive unit 30 has an external cylindrical clamping projection 32 on each of its two lateral sides, which is formed in one piece with the drive housing 30'. The two cylindrical clamping projections 32 are aligned exactly coaxially with the bottom bracket shaft axial A and each have a circular cylindrical outer surface 32' with the same diameter. The cylindrical outer surface 32' or the clamping projection 32 each has a nominal outer radius R32 of, for example, 30.0 mm.

Auf der zylindrischen Außenfläche 32' des Klemmvorsprungs 32 kann außenseitig jeweils ein separater hohlzylindrischer und umfangsmäßig geschlossener Stahl-Versteifungsring 34 aufgepresst sein, wie in 2 dargestellt ist. In den 1 und 3 ist der Einfachheit halber der Versteifungsring weggelassen.On the cylindrical outer surface 32' of the clamping projection 32, a separate hollow cylindrical and circumferentially closed steel stiffening ring 34 can be pressed onto the outside, as in 2 is shown. In the 1 and 3 For the sake of simplicity, the stiffening ring is omitted.

Die schalenartig ausgebildete Mittelmotor-Aufnahme 120 weist zwei jeweils in einer Vertikalebene XY stehende rahmenseitige Seitenwände 28 auf, die vorliegend einstückig mit dem Fahrradrahmen 12 ausgebildet sind.The shell-like mid-engine mount 120 has two frame-side side walls 28, each of which is located in a vertical plane XY and which in this case are formed integrally with the bicycle frame 12.

Jede Seitenwand 28 bildet eine Klemmvorsprung-Aufnahme 26, die sich in Umfangsrichtung über einen Winkel von ca. 170° erstreckt. Die rahmenseitige Aufnahme 26 weist an ihrer Innenumfangsfläche 26' einen rahmenfesten Krümmungsabschnitt 226 auf, der im Wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildet ist und der, bezogen auf seinen geometrischen Mittelpunkt A'', einen nominalen Krümmungsabschnitt-Innenradius R26 von 31,0 mm hat, so dass der Krümmungsabschnitt-Innenradius R26 ca. 1,0 mm größer ist als der Außenradius R32 des Klemmvorsprungs 32. Auf diese Weise ist zwischen dem rahmenfesten Krümmungsabschnitt 226 und dem Klemmvorsprung 32 eine lokale Aufnahme-Berührungszone 201 gebildet, in der sich der rahmenfeste Krümmungsabschnitt 226 und der Klemmvorsprung 32 unmittelbar berühren und die sich in Umfangsrichtung über ca. 3° erstreckt.Each side wall 28 forms a clamping projection receptacle 26 which extends in the circumferential direction over an angle of approximately 170°. The frame-side receptacle 26 has on its inner circumferential surface 26' a frame-fixed curved section 226 which is essentially hollow-cylindrical and which, based on its geometric center A'', has a nominal curved section inner radius R26 of 31.0 mm, so that the curved section inner radius R26 is approximately 1.0 mm larger than the outer radius R32 of the clamping projection 32. In this way, a local receiving contact zone 201 is formed between the frame-fixed curved section 226 and the clamping projection 32, in which the frame-fixed curved section 226 and the clamping projection 32 directly touch and which extends in the circumferential direction over approximately 3°.

An jeder Lateralseite weist die Mittelmotor-Aufnahme 120 jeweils ein tangentiales Zugelement 40 auf, das in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als U-förmiger Zugbügel 400 ausgebildet ist. Der einstückige Zugbügel 400 wird von einem gebogenen Rundstahl-Körper 420 gebildet, der einen im wesentlichen kreisrunden Querschnitt mit einem Durchmesser von typischerweise 7-15 mm aufweist, wie in den 2 und 3 dargestellt ist. Der Zugbügel 400 weist einen zentralen halbbogenförmigen Krümmungsabschnitt 42 von exakt 180° und zwei lineare und zueinander parallele Bügelschenkel 43,43' auf, die durch den Krümmungsabschnitt 42 miteinander verbunden sind und deren Enden 44,44' in rahmenseitige Steckbohrungen 49 eingesteckt und in der Aufnahme 120 verankert sind. Hierzu ist an den Bügelschenkel- Enden 44,44' jeweils ein Außengewinde 47 vorgesehen, auf das jeweils eine Haltemutter 46 aufgeschraubt ist. Das Bügelschenkel-Ende 44,44' und die Haltemutter 46 sind jeweils in einer Ankertasche 22,22' der Mittelmotor-Aufnahme 120 so versenkt, dass das Bügelschenkel-Ende 44,44' nicht aus der Kontur der Mittelmotor-Aufnahme 120 herausragt.On each lateral side, the mid-engine mount 120 has a tangential tension element 40, which in the present embodiment is designed as a U-shaped tension bracket 400. The one-piece tension bracket 400 is formed by a bent round steel body 420, which has a substantially circular cross-section with a diameter of typically 7-15 mm, as shown in the 2 and 3 is shown. The tension bar 400 has a central semi-circular curved section 42 of exactly 180° and two linear and mutually parallel bar legs 43, 43', which are connected to one another by the curved section 42 and whose ends 44, 44' are inserted into frame-side plug holes 49 and anchored in the holder 120. For this purpose, an external thread 47 is provided on each of the bar leg ends 44, 44', onto which a retaining nut 46 is screwed. The bar leg end 44, 44' and the retaining nut 46 are each countersunk in an anchor pocket 22, 22' of the mid-engine holder 120 such that the bar leg end 44, 44' does not protrude from the contour of the mid-engine holder 120.

Die Innenumfangsfläche 42' des Zugbügel-Krümmungsabschnitts 42 hat, bezogen auf den Mittelpunkt A' des Halbbogens, einen Innenradius R42 von nominal 33,0 mm, wohingegen der Außenradius R32 des Klemmvorsprungs 32 nominal nur 31,0 mm beträgt. Auf diese Weise bildet der Zugbügel-Krümmungsabschnitt 42 mit der Klemmvorsprung-Außenfläche 32' eine zentrale Spannring-Berührungszone 200, in der sich der Spannring-Krümmungsabschnitt 42 und der Klemmvorsprung 32 unmittelbar berühren. Die Spannring-Berührungszone 200 erstreckt sich, abhängig von der Materialpaarung, über 3-5° in Umfangsrichtung. Die Spannring-Berührungszone 200 und die Aufnahme-Berührungszone 201 stehen in einer Erd-Vertikalen y exakt übereinander.The inner circumferential surface 42' of the clamping bracket curved section 42 has, based on the center point A' of the semi-arc, an inner radius R42 of nominally 33.0 mm, whereas the outer radius R32 of the clamping projection 32 is nominally only 31.0 mm. In this way, the clamping bracket curved section 42 forms a central clamping ring contact zone 200 with the clamping projection outer surface 32', in which the clamping ring curved section 42 and the clamping projection 32 are in direct contact. The clamping ring contact zone 200 extends over 3-5° in the circumferential direction, depending on the material pairing. The clamping ring contact zone 200 and the receiving contact zone 201 are exactly one above the other in an earth vertical y.

Im Bereich des Übergangs des Krümmungsabschnitts 42 und des Bügelschenkels 43,43' des Zugbügels 400 ist zwischen dem Zugbügel 400 und dem Klemmvorsprung 32 jeweils ein nominaler Abstandsspalt 70 von ungefähr 2,0 mm gebildet. Auch bei den größten zulässigen Abweichungen in der Herstellung, die gerade noch innerhalb der Herstellungstoleranzen für das Zugelement 40, den Klemmvorsprung 32 und die Klemmvorsprung-Aufnahme 26 liegen, sind insbesondere die Radien R42, R32 und R26 so gewählt, dass der Abstandsspalt 70 auch unter ungünstigsten Bedingungen stets größer als 1,0 mm ist.In the area of the transition between the curved section 42 and the bracket leg 43, 43' of the tension bracket 400, a nominal spacing gap 70 of approximately 2.0 mm is formed between the tension bracket 400 and the clamping projection 32. Even with the largest permissible deviations in production, which are just within the manufacturing tolerances for the tension element 40, the clamping projection 32 and the clamping projection holder 26, the radii R42, R32 and R26 in particular are selected so that the spacing gap 70 is always greater than 1.0 mm even under the most unfavorable conditions.

Beide Lateralseiten der Mittelmotor-Aufnahme 120 sind im wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer mittleren Vertikal-Längsebene xy ausgebildet. Das Zugelement 40 und die Klemmvorsprung- Aufnahme 26 bilden zusammen eine Spannringanordnung 100.Both lateral sides of the central engine mount 120 are essentially mirror-symmetrical to a central vertical longitudinal plane xy. The tension element 40 and the clamping projection mount 26 together form a clamping ring arrangement 100.

Zur rotatorischen Fixierung der Antriebseinheit 30 gegenüber der Mittelmotor-Aufnahme 120 ist eine Drehmomentstütze 130 vorgesehen, die möglichst weit entfernt von der Tretlagerwellen-Axialen A angeordnet ist.For the rotational fixation of the drive unit 30 relative to the mid-engine mount 120, a torque support 130 is provided, which is arranged as far away as possible from the bottom bracket shaft axial A.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2015015014 A1 [0003]
DE 102016115681 A1 [0003]
CN104773254A [0003]
CN 104787224 B [0003]
EP 3766772 A1 [0004]

Claims

Electric bicycle mid-engine fastening arrangement (10) with a bicycle frame (12) with a frame-side mid-engine mount (120) and an electric bicycle mid-engine drive unit (30) mounted in the mid-engine mount (120), wherein the drive unit (30) has: a drive housing (30'), a bottom bracket shaft (39) penetrating the drive housing (30') in the transverse direction, and an externally cylindrical clamping projection (32) which is provided on at least one lateral side of the drive unit (30) and is arranged coaxially to the bottom bracket shaft axial (A), wherein the clamping projection (32) has a circular outer surface (32'), and wherein the mid-engine mount (120) has: a clamping ring arrangement (100) fastened to a lateral side of the mid-engine mount (120) with a tension element (40) having a curved section (42), through which the clamping projection (32) is radially clamped with a frame-fixed clamping projection receptacle (26), wherein the curved section inner radius (R42) of the curved section (42) is at least 0.5 mm larger and at most 25% larger than the outer radius (R32) of the clamping projection (32), so that there is only one local clamping ring contact zone (200) circumferentially, in which the curved section (42) and the clamping projection (32) directly touch.

Electric bicycle mid-engine mounting arrangement (10) according to Claim 1 , wherein the local clamping ring contact zone (200) extends circumferentially over less than 10°, and particularly preferably extends over less than 4°.

Electric bicycle mid-motor mounting arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the clamping ring contact zone (200) is arranged at the lowest or highest point of the clamping projection (32) and the curved section (42) with respect to the earth vertical (y).

Electric bicycle mid-motor mounting arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the frame-fixed clamping projection receptacle (26) has a concave frame-fixed curved section (226) whose inner radius (R26) is at least 0.5 mm larger and at most 25% larger than the outer radius (R42) of the clamping projection (32), so that circumferentially there is only one local receiving contact zone (201) in which the frame-fixed curved section (226) and the clamping projection (32) directly touch.

Electric bicycle mid-motor mounting arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the clamping ring contact zone (200) and the receiving contact zone (201) are located one above the other in an earth vertical (y).

Electric bicycle mid-motor fastening arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the tension element (40) is designed as a U-shaped tension bracket (400), the two bracket leg ends (44, 44') of which are anchored in the receptacle (120).

Electric bicycle mid-motor mounting arrangement (10) according to one of the preceding claims, wherein the tension element (40) is formed from a single round steel body (420).