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电动自行车电动自行车的部件

申请号 CN202310674100.1 申请日 2023-06-08 公开(公告)号 CN117885845A 公开(公告)日 2024-04-16
申请人 希普摩骑出行有限公司; 发明人 西蒙·奥普;
摘要 本 发明 涉及电动 自行车 和 电动自行车 的部件。一种用于电动自行车的自行车车架由整体结构形成并通过增强热塑性材料的注射模塑制造,其中该整体结构包括: 头管 ; 座管 ,其优选地具有座柱接受器,座柱接受器被构造成接收座柱;连接头管和座管的中间部分;以及被构造成接合后 车轮 的后部部分。此外,底部 支架 形成在中间部分中。长形腔体形成在中间部分或后部部分中,并被构造成容纳用于机动动 力 和/或电气设备的至少一个 能量 储存器。此外,本发明涉及电动自行车,以及诸如自行车车架、座柱和叉部的主要部件的制造方法和结构。此外,还解决了诸如座柱和座管的相互关联的部件如何牢固地互相接合的问题。
权利要求

1.一种用于电动自行车的自行车车架(100),所述自行车车架由整体结构形成并通过增强热塑性材料的注射模塑制造;
其中所述整体结构包括:
头管(110);
座管(130),所述座管(130)优选地具有座柱接受器,所述座柱接受器被构造成接收座柱(160);
中间部分(120),所述中间部分(120)连接所述头管(110)和所述座管(130);以及后部部分(140),所述后部部分(140)被构造成接合后车轮
其中在所述中间部分(120)中形成有底部支架(121);并且;
其中长形腔体(125)形成在所述中间部分(120)或所述后部部分(140)中的一者中,并且所述长形腔体(125)被构造成容纳用于机动动和/或电气设备的至少一个能量储存器。
2.根据权利要求1所述的自行车车架,其中,所述长形腔体(125)在所述底部支架(121)和所述头管(110)之间布置在所述中间部分(120)中,并且所述能量储存器(150)包括至少一个电池
其中所述长形腔体(125)被构造成使得所述电池的围绕所述电池的纵向中心轴线的最外周边被所述中间部分(120)完全包围。
3.根据权利要求1或2所述的自行车车架,其中,至少在所述中间部分(120)和所述后部部分(140)中的一者上设置多个增强肋(142),所述后部部分(140)还被构造成支撑行李架。
4.根据权利要求1‑3中任一项所述的自行车车架,其中,所述增强热塑性材料包括选自由纤维、玻璃纤维、天然纤维、碳纳米管组成的组中的至少一种增强组分,或所述组中的增强组分的组合,
其中,可选地,所述自行车车架包括具有较高的纤维与热塑性材料重量比的区域,以便支撑较高的机械载荷
5.根据权利要求4所述的自行车车架,其中,所述增强热塑性材料具有按重量计20%至
65%的玻璃纤维含量;优选地按重量计50%的玻璃纤维含量,并且
其中所述热塑性材料选自PA6、PA6.6或其混合物,并且至少在较高机械载荷的区域中。
6.根据权利要求1‑5中任一项所述的自行车车架,其中,至少一个金属嵌件(111、112)和/或由比所述自行车车架的所述增强热塑性材料更硬的塑料制成的至少一个塑料嵌件(170)通过注射模塑连接到所述自行车车架的所述增强热塑性材料,
其中所述金属嵌件或所述塑料嵌件(170)优选地布置在以下一个或更多个部件中或以下一个或更多个部件附近:
所述头管(110)、所述座管(130)、所述底部支架(121)、后车轮支承部、制动卡钳和行李架(114)。
7.根据权利要求6所述的自行车车架,其中,用于所述后车轮(180)的支撑元件的所述塑料嵌件包括用于注射模塑和形状配合连接的孔,并且可选地被构造成接收制动元件。
8.根据权利要求1‑7中任一项所述的自行车车架,其中,所述自行车车架(100)还包括位于所述座管(130)处的销组件(168),所述销组件具有至少一个可移动销,所述可移动销被构造成接合在所述座柱(160)的相应凹部中,用于将所述座柱(160)定在预定高度。
9.根据权利要求8所述的自行车车架,其中,所述后部部分(140)包括后车轮轮毂支撑件,以及行李架(114)和/或用于容纳所述销组件(168)的至少一部分的凹部(163)中的至少一者,以及操作杆(147),所述操作杆(147)被构造成使所述销组件(168)中的至少一个销(148)移动穿过所述座管(130)的相应开口。
10.根据权利要求9所述的自行车车架,其中,所述销组件是与凸轮板(146)一起形成快速释放锁定组件的可枢转销组件,并且由增强热塑性材料制成;
其中所述操作杆(147)能够从释放位置移动到锁定位置,并且被构造成经由所述凸轮板(146)联接到包括所述至少一个销(148)的所述可枢转销组件,所述凸轮板(146)限定长形的引导轨道或孔,其中所述可枢转销组件的选择器(149)可移动地联接到所述凸轮板(146)以在所述引导轨道或所述孔内将所述可枢转销组件从释放位置移动到锁定位置并被所述引导轨道或所述孔约束,其中所述可枢转销组件优选地被弹簧元件(169)朝向所述锁定位置弹性偏置。
11.根据权利要求1‑10中任一项所述的自行车车架,其中,所述座管(130)至少部分地具有非圆形内横截面,使得相应的座柱(160)围绕座柱轴线的旋转受到限制或被阻止。
12.根据权利要求1‑11中任一项所述的自行车车架,其中,滑动嵌件(164)被构造成引导能够在所述滑动嵌件(164)中轴向移位的所述座柱(160),所述滑动嵌件(164)位于所述座管的上部部分处,在所述座管的内径和所述座柱(160)的外径之间。
13.根据权利要求1‑12中任一项所述的自行车车架,其中,所述头管还包括至少一个支承衬套,并且所述头管被构造成接收由金属和/或热塑性材料制成的前车轮叉部的相应转向管(191)。
14.根据权利要求1‑13中任一项所述的自行车车架,其中,所述电动自行车的电气设备包括以下中的至少一项:
线缆,所述线缆至少部分地在所述自行车车架内引导;
电驱动单元,所述电驱动单元包括电动达(151),可选地为无链驱动系统;
能量储存器管理系统;
断路控制系统;
中央控制单元(115);
至少一个处理器;
至少一个存储器,所述至少一个存储器可选地包含一个或更多个小应用程序
至少一个用户界面
用于诊断工具和/或互联网的通信接口
多个灯;
自动锁;以及
多个指示器。
15.一种座柱,所述座柱通过增强热塑性材料的注射模塑制造,所述座柱被构造成被自行车车架(100)的座管(130)接收,所述自行车车架由整体结构形成并通过增强热塑性材料的注射模塑制造;
所述座柱包括中空轮廓,所述中空轮廓具有多个突出肋(162),以便与布置在所述座管(130)处的锁定组件(145)的至少一个销(148)互相接合。
16.根据权利要求15所述的座柱,其中,所述中空轮廓具有U形横截面,所述中空轮廓包括将所述中空轮廓分成多个节段的横向肋;并且
其中所述突出肋(162)被构造成与所述锁定组件(145)的至少一个销或多个销互相接合,并且所述突出肋(162)横向地布置在所述中空轮廓的自由端的朝外侧上。
17.根据权利要求16所述的座柱,其中,所述座柱还能够经由至少一个互相接合元件(165)在固定在所述座管的上部部分处的滑动嵌件(164)内被引导,并且所述座柱(160)还包括位于所述座柱的自由端处的凸缘(166),以防止所述座柱完全拔出,所述凸缘(166)被构造成能够与所述滑动嵌件(164)的底部边缘邻接。
18.一种制造具有整体结构的自行车车架(100)的方法,所述方法包括以下步骤:
使用单个注射工具进行增强热塑性材料的注射模塑,以一体地形成整体结构,所述整体结构包括:
头管(110)、座管(130)、中间部分(120)和后部部分(140);
其中在所述中间部分(120)中形成有底部支架(121);以及;
在所述头管(110)、所述座管(130)、所述中间部分(120)和所述后部部分(140)中的所述注射工具中提供多个滑(110s、120s、130s、150s)和抽出所述多个滑块(110s、120s、
130s、150s),以形成所述头管(110)、所述座管(130)和长形腔体,所述长形腔体被构造成容纳能量储存器(150),所述能量储存器(150)优选地包括至少一个电池。
19.根据权利要求18所述的方法,还包括:
通过注射模塑和可选地通过孔背模模塑一个或更多个嵌件的至少一部分,将一个或更多个金属嵌件或塑料嵌件连接到较高机械载荷的区域中,用于以力配合和/或形状配合的方式连接。
20.一种电动自行车(1100),具有根据权利要求1至14中任一项所述的自行车车架(100),所述电动自行车还包括后车轮(180)和连接到前车轮的叉部(190)以及转向部(195),其中所述叉部(190)是由增强热塑性材料制成的单件,或者所述叉部(190)包括金属和热塑性材料,其中所述叉部(190)的转向管(191)由金属制成。

说明书全文

电动自行车电动自行车的部件

技术领域

[0001] 本公开涉及电动自行车领域,并且更具体地,涉及如自行车车架的电动自行车部件,该自行车车架由通过注射模塑增强热塑性材料制造的整体结构制成。此外,还提供了一种车座柱、电动自行车和生产如自行车车架的电动自行车部件的方法。车架包括头管(head tube)、座管(seat tube)、中间部分和后部部分,其中座管被构造成接收车座柱。
[0002] 背景
[0003] 鉴于城市人口增长,有必要优化城区内的流动性和物流系统。从环境度来看,还需要减少二的产生,并开发可持续发展的交通解决方案。这一目的可以通过电动交通工具来解决,电动交通工具不产生任何废气,并且可以是内燃机汽车的替代品。鉴于城市和连通道路对空间的需求日益增长,优选的是开发紧凑型电动交通工具,例如自行车,其基于使用踏板的推进系统。因此,本发明的一个目的是提供用于交通的电动自行车,该电动自行车具有环保、安静和可靠的优点。
[0004] 电动自行车可以在有或没有助的情况下通过使用肌肉力量踩踏来驱动。在以下公开的上下文中,电动自行车包括所谓的Pedelec(踏板电动自行车)、E‑Bike、S‑Pedelec、S‑Bike或Electrovelo,并且后者中的每一个都可以被构造成用作货运自行车。也就是说,在整个以下描述中使用的术语“电动自行车”涵盖提供踩踏助力,其中电动达可以手动或自动打开,优选地当踏板被操作时。
[0005] 如果电动自行车被用作pedelec(在德国被归类为自行车),电动马达的使用可能受到限制,使得马达仅在交通工具没有超过25km/h的速度时助力。对于所述pedelec,欧盟指南将马达的平均功率限制在250W。E‑Bike或具有速度限制的pedelec允许在不必付出很大努力的情况下移动。此外,已知S‑bike或S‑pedelec具有更高的马达功率和高达45km/h的助力。
[0006] 本发明涉及电动自行车,并且特别涉及其主要零部件,如车架和车座柱及其制造。特别地,车架,在构造高质量和耐用性的自行车中起着至关重要的作用。作为自行车的支柱并支撑自行车的整个结构,重要的是用于车架的材料能够承受施加到自行车上的大的力。
同时,车架应该尽可能轻。电动自行车与普通自行车的不同之处在于具有附加载荷,例如附加电动马达和电池蓄电池。通常,附加载荷或者从外部附接到自行车车架,或者可以插入具有两个半部的金属车架中。此外,如果电动自行车被构造为运输载荷,则需要更大的刚性和稳定性
[0007] 车架是自行车最重要的部分。典型地,自行车车架的结构由形成菱形框架的两个三角形组成,菱形框架由主三角形和配对的后三角形组成。这种菱形结构典型地由大量单独的管状区部制成,涉及复杂的连结技术,例如焊接或其他连结方法。在自行车车架中,常规材料是,例如或轻合金,如具有高强度的合金。然而,由诸如铝合金的金属制成的车架通常涉及焊接,并且存在焊接部分的疲劳和应力腐蚀开裂的问题,尤其是在诸如货运自行车的恶劣使用条件下。
[0008] 作为车架的优选特性,以下内容可能被提及:
[0009] ‑高抗冲击性和高疲劳强度;
[0010] ‑车架是整个电动自行车的平台,例如通过为后车轮、车座柱、叉部等和电子部件提供接收部分;
[0011] ‑极好的均匀性,尽管需要复杂的形状(例如,接收部分或孔洞以及壁厚的变化;不均匀或有缺陷的部分不能使用,因为车架是自行车最重要的部件之一);
[0012] ‑提供稳定的座管,用于接收和互连车座柱,以保持操作者安全地定位在电动自行车上;以及
[0013] ‑大规模生产的可能性。
[0014] 因此,需要为电动自行车的主要部件,特别是车架和/或车座柱提供一种负担得起的技术解决方案,尽管各个部件很复杂,但其可以成本有效地制造,并且具有例如200件以上的高数量。同时,每个部件都应该满足针对电动自行车使用的足够刚性和稳定性的技术目标。优选地,用于电动自行车的车架为用户提供了关于车架使用的灵活性,例如作为货运自行车的构造。因此,车架应设计得足够坚固,并可提供永久性或非永久性零部件以允许运载货物。
[0015] 本发明的目的是解决现有技术中的上述客观技术问题,并提供电动自行车,特别是机械性能优异的车架,同时提供轻质产品。本发明的另一个目的是提供可以插入车架中的车座柱。
[0016] 另一个目的是解决高载荷(其中力被引入车架的材料中)的问题,并在车架和诸如电池或蓄电池的另一个部件之间提供牢固和稳定的连接。因此,目的是特别适合于接收车轮的车架,其中马达可以定位在车轮的轮毂中。
[0017] 最后,除了通过减少车架所需的部件数量来改进电动自行车之外,车架所需的部件还应该尽可能减轻重量。虽然需要提供复杂的增强结构,但应确保车轮大规模生产的可能性。这些特性有利于降低成本以及生产电动自行车编队(fleet)。电动自行车的车架和其他部件还应该寿命长且易于维护。
[0018] 另一个目的是尽可能封闭所有的电气操作零部件,使它们免受天气和潜在伤害的影响,并提供一个现代化的连接平台。
[0019] 另一个目的是提供一种车座柱,其基本上不是由金属而是由另一种材料制成的,并且当被基本上由热塑性材料制成的车架的座管接收时可以安全地互。此外,所述车架还应该被构造成接收叉部。
[0020] 发明概述
[0021] 上述目的通过根据本公开的自行车车架、车座柱、电动自行车及其制造方法来解决。
[0022] 根据本发明的第一方面,用于电动自行车的自行车车架由整体结构形成,也就是说,车架以单件形式提供。所述车架通过增强热塑性材料的注射模塑被制造,其中整体结构包括头管、座管、中间部分和后部部分,其中中间部分连接头管和座管,并且后部部分被构造成接合后车轮。另外,在中间部分中形成底部支架
[0023] 此外,该车架的特征在于,长形腔体形成在中间部分或后部部分之一中,并被构造成容纳用于机动动力和/或电气设备的至少一个能量储存器。优选的能量储存器包括至少一个电池。
[0024] 根据优选实施例,座管具有座柱接受器,座柱接受器被构造成接收座柱。
[0025] 整体或集成制造的结构避免了可能在连结处引起不必要的应力集中的连结技术。通过使用单件轻质热塑性物,可以克服由例如在由几根钢管或其他金属管制成的常规自行车车架的管上焊接、钎焊或铆接接头配件引起的劣化、变形或疲劳问题。通过使用增强塑料材料,部件的数量可以减少到单件,并且可以避免许多组装步骤。
[0026] 通过提供大型模塑工具,能够通过注射模塑来生产车架,该大型模塑工具可以在单个操作步骤中制造包括头管和座管以及中间部分和后部部分的整个车架。注意到,一方面,这种大型模塑工具的生产比小型模塑工具的开发更复杂和耗时。另一方面,一旦开发出大型模塑工具,就能够生产大量的车架,从而降低总生产成本。因此,存在创造自动化、大批量生产的好处。
[0027] 考虑到车架坚固、坚硬和轻质的要求,热塑性物的优点是由于长聚合物链的柔性本性而具有高抗冲击性,同时重量轻。与未增强热塑性物相比,这种材料的增强修改特别适用于暴露于高静态载荷(例如当车架用作货运自行车时发生的高静态载荷)的车架。该材料的另一个优点是,与热固性材料(duroplast)相比,热塑性材料的结构允许熔化固化过程逆转,这允许如果需要的话车架将被回收,从而提供可持续的自行车部件。
[0028] 根据自行车车架的优选实施例,腔体布置在中间部分中在底部支架和头管之间,并且能量储存器包括至少一个电池,其中腔体被构造成使得电池的围绕电池的纵向中心轴线的最外周边被中间部分完全包围。
[0029] 因此,提供了一种包括用于一个或更多个能量储存器的管或半开放腔体的多腔体车架,并且利用相应的复杂注射模塑工具和使用滑(slider)的相关技术制造该多腔体车架。容纳能量储存器的腔体优选地可从中间部分的上部获得,并且至少一个电导体和/或至少一条控制线路被布置在腔体的底部。以这种方式,电池的插入可以通过其重力来辅助,并且底部处的至少一个电连接器可以容易地电连接到电池。以这种方式,电动自行车的能量储存器也可以快速备用于使用,并且还可以容易地更换以进行充电。
[0030] 根据自行车车架的优选实施例,多个增强肋至少设置在中间部分和后部部分中的一个上,所述后部部分还被构造成支撑行李架。
[0031] 与没有细分部的单块车架相比,使用多个增强肋是在不牺牲刚度的情况下减轻重量的极好方法。减轻重量大大有利于电动交通工具的性能,并可能提供通向减少交通工具碳足迹的途径。肋优选地具有均匀的壁厚,这在机械和美学上都是期望的。
[0032] 例如,中间部分的肋至少在中间部分的区域中优选地平行于和/或基本上垂直于头管和底部支架部分之间的中间部分的纵向轴线延伸。例如,用于能量储存器的腔体的部分或全部外表面可以没有肋。以这种方式,加固肋形成基本上方形的孔。
[0033] 在较高机械载荷的区域中,例如在底部支架上方的区域,可替代地,肋之间的距离可以减小以获得更好的强度和/或可以提供大致三角形形状的孔。在后部部分中,肋也可以从后车轮轮毂的中心径向向外延伸和/或围绕后车轮轮毂的中心周向地间隔开。应当理解,肋可以形成为其他合适的图案,只要这些图案提高机械载荷能力并同时提供尺寸稳定性和重量减少。
[0034] 根据优选实施例,用于自行车车架的材料是热塑性材料,其包括选自碳纤维、玻璃纤维、天然纤维、碳纳米管的组中至少一种增强组分;或该组中的组分的组合,其中可选地,车架包括具有较高的纤维与热塑性材料重量比的区域,以便支撑较高的机械载荷。
[0035] 使用热塑性材料和增强组分的组合提供了高刚度、高韧性和低重量的良好平衡。因此,这种材料适用于需要承受高的力和载荷的自行车车架。具有一个或更多个增强组分的热塑性物的高抗冲击性使得自行车非常耐用,尤其是当用于货运自行车时。
[0036] 根据自行车车架的优选实施例,增强热塑性物的玻璃纤维含量按重量计为20‑65%;优选地按重量计为50%,更优选地按重量计为30%,并且其中所述热塑性物选自聚酰胺6(PA6)、聚酰胺6.6(PA6.6)或其混合物,并且至少在较高机械载荷的区域中。
[0037] 也就是说,用作载体树脂的优选聚合物材料是聚酰胺,该聚酰胺通常以按重量计约35%‑约80%的量存在。也就是说,聚合物材料中聚酰胺与玻璃纤维的重量比在约80:20至约35:65的范围内。更典型地,基于包括聚酰胺和增强组分两者的聚合物基质的总重量,聚酰胺的量为按重量计约45%‑约70%,优选地按重量计50%,甚至更典型地为按重量计约70%。
[0038] 根据EN 15194标准规范(欧洲标准“自行车‑电动助力自行车‑EPAC自行车(European Standard“Cycles–electrically powered assisted cycles‑EPAC Bicycles)”,2018年11月发布)和DIN 79010(标题:“自行车‑运输自行车和货运自行车‑用于单轨和多轨自行车的要求和测试方法(Cycles‑Transportation bikes and cargo bikes‑Requirements and test methods for single‑and multi‑track cycles)”;2020年2月发布)中规定的德国和欧洲公认标准,由热塑性材料制成的自行车框架和作为增强组分的玻璃纤维按重量计相对于聚合物基质的总重量占至少30%则满足稳定性和安全性要求。此外,根据本发明的自行车车架满足国际标准化组织(ISO)的标准,例如ISO 4210,其根据德国DIN EN 4210或瑞士SN EN 4210的相应国家标准。例如,本发明的自行车车架满足根据DIN 79010:2020‑02‑5.9的动态测试或根据DIN EN 15194:2018‑11‑4.3.7.2的测试。
[0039] 在又一个实施例中,热塑性材料不仅可以包括增强组分,还可以包括着色剂组分。着色剂组分可以是染料、颜料的组合、染料的组合、至少一种颜料和一种或更多种染料的组合。着色剂的选择取决于设计者对热塑性车架所期望的最终颜色,设计者可以使用颜色来提高可见度,从而提高交通安全性。应当理解,可以使用本领域已知的其他合适的抗冲改性剂,例如UV稳定剂。
[0040] 值得注意的是,在抗UV方面,由增强热塑性材料制成的没有添加UV稳定剂的自行车车架已经满足了根据标准DIN 75220D‑OUT‑T的测试的要求,该测试模拟了240小时的长2
时间太阳辐射暴露和1000+/‑W/m的辐射。
[0041] 根据优选实施例,至少一个金属嵌件和/或至少一个塑料嵌件(由比自行车车架的热塑性材料更硬的塑料制成)通过注射模塑连接到自行车车架的热塑性材料,其中金属嵌件或塑料嵌件优选地布置在一个或更多个以下部件中或其附近:头管、座管、底部支架、后车轮支承部、制动卡钳和行李架。
[0042] 优选地,例如行李架可以根据需要使用车架的后部部分中的金属嵌件和/或塑料嵌件来安装和拆卸。以这种方式,可以提供用于安装行李架或诸如挡泥板或其他保护板的其他部件、车手或乘客靠背的支撑件,同时保持车架和整体外观的完整性。
[0043] 根据另一优选实施例,用于后车轮的支撑元件的塑料嵌件包括用于注射模塑和形状配合连接的孔。后者的形状配合连接特别适合于接收例如制动元件。因此,注射模塑和形状配合连接的一个优选实施例被构造成接收制动元件或在操作时承受非常强载荷的其他部件。使用这种形状配合连接增加了相应连接的稳定性和安全性。
[0044] 在被构造用于24英寸车轮的自行车车架的优选实施例中,没有嵌件的自行车车架的重量低于10kg,优选地低于8.5kg,甚至更优选地在约5kg至6kg的范围内。该车架还可以被构造用于16英寸至29英寸范围内的其他尺寸的车轮。应当注意,如果车轮尺寸减小,自行车车架的尺寸(如车架高度H2)需要减小,车架高度H2可以被限定为底部支架的中心和座柱的最高中心点之间的高度。对于被构造为用于等于和小于24英寸的车轮的车架,例如20英寸或18英寸的车轮,可以提供的车架的最小重量为2kg。
[0045] 根据优选实施例,自行车车架还包括在座管处的销组件,该销组件具有至少一个可移动销,该可移动销被构造成接合在座柱的相应凹部中。该销组件被构造成用于将座柱相对于座管锁定在预定高度。以这种方式,可以选择车座的预定高度。
[0046] 这种锁定销组件优选地是快速释放锁定组件,并且提供用于将座柱定位在相对于座管的期望高度并且然后牢固地互锁的装置。至少一个可移动销允许座柱与座管容易且可靠地对准互相接合。以这种方式,车座高度可以很容易地适应不同用户的需要。
[0047] 根据优选实施例,自行车车架的后部部分包括后车轮轮毂支撑件和至少一个行李架。
[0048] 根据另一优选实施例,自行车车架的后部部分包括用于容纳可枢转锁定操作杆的凹部,该可枢转锁定操作杆被构造成将销组件的至少一个销移动通过座管的相应开口。
[0049] 根据优选实施例,销组件是快速释放锁定组件,并且包括凸轮板和销组件,并且由增强热塑性物制成;其中操作杆可从释放位置移动到锁定位置,并且被构造成经由凸轮板联接到包括至少一个销的可枢转销组件,凸轮板限定长形的引导轨道或孔,其中销组件的选择器可移动地联接到凸轮板,以在引导轨道或孔内从释放位置移动到锁定位置并被引导轨道或孔约束。所述销组件优选地由弹簧元件朝向锁定位置弹性偏置,以将快速释放锁定组件牢固地紧固在锁定位置。
[0050] 根据优选实施例,座管至少部分地具有非圆形内横截面,使得相应的座柱围绕座柱轴线的旋转受到限制或被阻止。
[0051] 根据优选实施例,可轴向移位的座柱在位于座管的上部部分处的在座管的内径和座柱的外径之间的滑动嵌件中被引导。所有相邻部件如座管、滑动嵌件和座柱都由热塑性材料制成。
[0052] 使用滑动嵌件,由于可以减少相邻部件之间的间隙,因此改进了座柱在座管中的对准和滑动移动。此外,当操作者想要将座柱定位在预定高度时,滑动嵌件确保了更好的精度。此外,滑动嵌件导致座柱的更好的稳定性。快速释放锁定组件使得可以快速且具体地将座柱和车座调节到自行车所针对的骑车人的优选座位高度。
[0053] 根据优选实施例,头管还包括至少一个支承衬套,并被构造成接收由金属和/或热塑性材料制成的前车轮叉部的相应转向管。
[0054] 至少一个支承衬套被设定尺寸为使得前叉部组件以最小间隙容易地轴颈连接(journaled)在头管中。
[0055] 根据优选实施例,电动自行车的电气设备包括以下中的至少一项:至少部分地在自行车车架内引导的线缆;包括电动马达的电驱动单元,可选地为无链驱动系统;能量储存器管理系统;断路控制系统;中央控制单元;至少一个处理器;至少一个存储器,可选地包含一个或更多个小应用程序;至少一个用户界面、用于诊断工具和/或互联网的通信接口;以及多个灯;自动锁;多个指示器。
[0056] 借助于电气设备,应用程序或小应用程序(例如物联网应用程序)可以被部署。后者的物联网应用程序是高度可定制的,并且可以例如预测维护。这种应用程序可以借助于诸如人机界面(HMI)的用户界面来操作。可选地与存储器和/或小应用程序组合使用至少一个控制单元、一个或更多个处理器和传感器的优点是控制和监测电动自行车的部件,例如电动马达、驱动系统或诸如能量储存器、灯、自动锁和指示器等的其他电子部件。用户界面或通信接口可以显示例如诊断工具的结果。
[0057] 根据本发明的另一方面,提供了一种座柱,其通过增强热塑性材料的注射模塑来制造,被构造成被自行车车架的座管接收,自行车车架由整体结构形成,并且通过增强热塑性材料的注射模塑来制造。所述座柱包括具有多个突出肋的中空轮廓,以便与布置在座管处的锁定组件的至少一个销互相接合。
[0058] 座柱被设计成轻质,并且被设计成重量低于0.5kg,并且优选地低于或等于470g。座柱的一般长度至多最大400毫米,座柱的重量在0.25至0.5kg的范围内。根据本发明的座柱符合根据标准规范DIN EN 15194和DIN 79010的关于安全性和稳定性的测试。例如,根据DIN 79010:2020‑02‑5.17进行的测试或根据DIN EN 15194:2018‑11‑4.3.15.3进行的测试。
[0059] 在本发明的上下文中,座柱和自行车车架的至少一个子系统形成相互关联的实体,因为自行车车架的座管和座柱直接相互补充或经由滑动嵌件间接地相互补充,并且可以借助于锁定组件互锁,锁定组件优选是使用弹簧元件将锁定组件朝向锁定位置偏置的快速释放锁定组件。
[0060] 根据优选实施例,座柱包括具有U形横截面的中空轮廓,中空轮廓包括将所述中空轮廓分成多个节段的横向肋;并且其中突出肋被构造成与锁定组件的至少一个销或多个销互相接合,并且所述肋被横向于座柱的纵向轴线布置,并且可以被布置在中空轮廓的自由端的朝外侧上。
[0061] 根据优选实施例,座柱还可经由互相接合元件在固定在座管的上部部分处的滑动嵌件内引导,并且座柱还包括位于座柱的自由端处的凸缘,以防止座柱完全拔出,该凸缘被构造成能够与滑动嵌件的底部边缘邻接。
[0062] 根据本发明的另一方面,提供了一种制造具有整体结构的自行车车架的方法;该方法包括以下步骤:注射模塑增强热塑性材料以一体地形成整体结构,该整体结构包括:头管、座管、中间部分和后部部分;其中使用单个注射工具在中间部分中形成底部支架;以及在头管、座管、中间部分和后部部分的注射工具中提供多个滑块和抽出多个滑块,以形成头管、座管和被构造成容纳电池的长形腔体。
[0063] 通过使用滑块,优选地使用具有塌缩芯(collapsing core)的滑块,可以产生具有优异精度的脱模(off‑tool)自行车车架的大规模生产。以这种方式,提供了一种制造方法,其中可以提供脱模自行车车架。也就是说,该产品可以在没有诸如磨削或喷涂的附加精加工步骤情况下生产。制造过程是完全自动化和节省成本的。通过在注射模塑过程之前将相应的组分如着色剂和/或增强组分添加到热塑性材料中,可以生产自行车车架的有色的、特别是抗UV的、尤其加固的区域或以其他方式改进的区域。
[0064] 根据优选实施例,该方法还包括通过注射模塑和可选地通过孔背模模塑(backmoulding)一个或更多个嵌件的至少一部分,将一个或更多个金属或塑料嵌件连接到较高机械载荷的区域中,用于以力配合和/或形状配合的方式连接。
[0065] 因此,在用于自行车车架的单个模具中提供附加部件,并且与滑块和优选地自动塌缩芯的使用一起,可以生产具有优异精度的脱模自行车车架的大规模生产。通过集成嵌件,可以集成另外的功能,例如,可以在引入力的区域中提高机械稳定性。
[0066] 此外,电动自行车的其他部件如座柱、滑动嵌件以及叉部都通过注射模塑制成。此外,车轮还被制造为一体注射模塑部件。
[0067] 根据另一方面,提供了一种电动自行车,其具有根据本发明第一方面的自行车车架,还包括后车轮和连接到前车轮和转向部分的叉部,其中叉部是由增强热塑性材料制成的单件,或者叉部包括金属和热塑性材料,其中叉部的转向管由金属制成。
[0068] 一种电动自行车包括电动助力自行车,其利用电动马达助力交通工具的推进。应当注意,根据本发明的电动自行车满足根据标准规范EN 15194和DIN 79010的安全性和稳定性要求。例如,在连接电动马达和其他电子部件后,EMV(电磁兼容性,也称为EMC)检查表明,电动自行车满足根据EN 15194 4.2.15.1.和4.2.15的要求。还完成了与拖车的潜在连接的进一步测试,其中测试遵循了根据DIN 15918:2017:05的指南,使得该电动自行车特别适合作为货运自行车。此外,参考了ISO 4210标准,根据本发明的电动自行车的自行车车架和座柱也满足该标准。
[0069] 本公开涉及但不限于以下方面。
[0070] 1.一种用于电动自行车的自行车车架,所述自行车车架由整体结构形成并通过增强热塑性材料的注射模塑制造;
[0071] 其中所述整体结构包括:
[0072] 头管;
[0073] 座管,所述座管优选地具有座柱接受器,所述座柱接受器被构造成接收座柱;
[0074] 中间部分,所述中间部分连接所述头管和所述座管;以及
[0075] 后部部分,所述后部部分被构造成接合后车轮;
[0076] 其中在所述中间部分中形成有底部支架;并且;
[0077] 其中长形腔体形成在所述中间部分或所述后部部分中的一者中,并且所述长形腔体被构造成容纳用于机动动力和/或电气设备的至少一个能量储存器。
[0078] 2.根据方面1所述的自行车车架,其中,所述长形腔体在所述底部支架和所述头管之间布置在所述中间部分中,并且所述能量储存器包括至少一个电池,
[0079] 其中所述长形腔体被构造成使得所述电池的围绕所述电池的纵向中心轴线的最外周边被所述中间部分完全包围。
[0080] 3.根据方面1或2所述的自行车车架,其中,至少在所述中间部分和所述后部部分中的一者上设置多个增强肋,所述后部部分还被构造成支撑行李架。
[0081] 4.根据方面1‑3中任一项所述的自行车车架,其中,所述增强热塑性材料包括选自由碳纤维、玻璃纤维、天然纤维、碳纳米管组成的组中的至少一种增强组分,或所述组中的增强组分的组合,
[0082] 其中,可选地,所述自行车车架包括具有较高的纤维与热塑性材料重量比的区域,以便支撑较高的机械载荷。
[0083] 5.根据方面4所述的自行车车架,其中,所述增强热塑性材料具有按重量计20%至65%的玻璃纤维含量;优选地按重量计50%的玻璃纤维含量,并且
[0084] 其中所述热塑性材料选自PA6、PA6.6或其混合物,并且至少在较高机械载荷的区域中。
[0085] 6.根据方面1‑5中任一项所述的自行车车架,其中,至少一个金属嵌件和/或由比所述自行车车架的所述增强热塑性材料更硬的塑料制成的至少一个塑料嵌件通过注射模塑连接到所述自行车车架的所述增强热塑性材料,
[0086] 其中所述金属嵌件或所述塑料嵌件优选地布置在以下一个或更多个部件中或以下一个或更多个部件附近:
[0087] 所述头管、所述座管、所述底部支架、后车轮支承部、制动卡钳和行李架。
[0088] 7.根据方面6所述的自行车车架,其中,用于所述后车轮的支撑元件的所述塑料嵌件包括用于注射模塑和形状配合连接的孔,并且可选地被构造成接收制动元件。
[0089] 8.根据方面1‑7中任一项所述的自行车车架,其中,所述自行车车架还包括位于所述座管处的销组件,所述销组件具有至少一个可移动销,所述可移动销被构造成接合在所述座柱的相应凹部中,用于将所述座柱锁定在预定高度。
[0090] 9.根据方面8所述的自行车车架,其中,所述后部部分包括后车轮轮毂支撑件,以及行李架和/或用于容纳所述销组件的至少一部分的凹部中的至少一者,以及操作杆,所述操作杆被构造成使所述销组件中的至少一个销移动穿过所述座管的相应开口。
[0091] 10.根据方面9所述的自行车车架,其中,所述销组件是与凸轮板一起形成快速释放锁定组件的可枢转销组件,并且由增强热塑性材料制成;
[0092] 其中所述操作杆能够从释放位置移动到锁定位置,并且被构造成经由所述凸轮板联接到包括所述至少一个销的所述可枢转销组件,所述凸轮板限定长形的引导轨道或孔,其中所述可枢转销组件的选择器可移动地联接到所述凸轮板以在所述引导轨道或所述孔内将所述可枢转销组件从释放位置移动到锁定位置并被所述引导轨道或所述孔约束,其中所述可枢转销组件优选地被弹簧元件朝向所述锁定位置弹性偏置。
[0093] 11.根据方面1‑10中任一项所述的自行车车架,其中,所述座管至少部分地具有非圆形内横截面,使得相应的座柱围绕座柱轴线的旋转受到限制或被阻止。
[0094] 12.根据方面1‑11中任一项所述的自行车车架,其中,滑动嵌件被构造成引导能够在所述滑动嵌件中轴向移位的所述座柱,所述滑动嵌件位于所述座管的上部部分处,在所述座管的内径和所述座柱的外径之间。
[0095] 13.根据方面1‑12中任一项所述的自行车车架,其中,所述头管还包括至少一个支承衬套,并且所述头管被构造成接收由金属和/或热塑性材料制成的前车轮叉部的相应转向管。
[0096] 14.根据方面1‑13中任一项所述的自行车车架,其中,所述电动自行车的电气设备包括以下中的至少一项:
[0097] 线缆,所述线缆至少部分地在所述自行车车架内引导;
[0098] 电驱动单元,所述电驱动单元包括电动马达,可选地为无链驱动系统;
[0099] 能量储存器管理系统;
[0100] 断路控制系统;
[0101] 中央控制单元;
[0102] 至少一个处理器;
[0103] 至少一个存储器,所述至少一个存储器可选地包含一个或更多个小应用程序;
[0104] 至少一个用户界面;
[0105] 用于诊断工具和/或互联网的通信接口;
[0106] 多个灯;
[0107] 自动锁;以及
[0108] 多个指示器。
[0109] 15.一种座柱,所述座柱通过增强热塑性材料的注射模塑制造,所述座柱被构造成被自行车车架的座管接收,所述自行车车架由整体结构形成并通过增强热塑性材料的注射模塑制造;
[0110] 所述座柱包括中空轮廓,所述中空轮廓具有多个突出肋,以便与布置在所述座管处的锁定组件的至少一个销互相接合。
[0111] 16.根据方面15所述的座柱,其中,所述中空轮廓具有U形横截面,所述中空轮廓包括将所述中空轮廓分成多个节段的横向肋;并且
[0112] 其中所述突出肋被构造成与所述锁定组件的至少一个销或多个销互相接合,并且所述突出肋横向地布置在所述中空轮廓的自由端的朝外侧上。
[0113] 17.根据方面16所述的座柱,其中,所述座柱还能够经由至少一个互相接合元件在固定在所述座管的上部部分处的滑动嵌件内被引导,并且所述座柱还包括位于所述座柱的自由端处的凸缘,以防止所述座柱完全拔出,所述凸缘被构造成能够与所述滑动嵌件的底部边缘邻接。
[0114] 18.一种制造具有整体结构的自行车车架的方法,所述方法包括以下步骤:
[0115] 使用单个注射工具进行增强热塑性材料的注射模塑,以一体地形成整体结构,所述整体结构包括:
[0116] 头管、座管、中间部分和后部部分;
[0117] 其中在所述中间部分中形成有底部支架;以及;
[0118] 在所述头管、所述座管、所述中间部分和所述后部部分中的所述注射工具中提供多个滑块和抽出所述多个滑块,以形成所述头管、所述座管和长形腔体,所述长形腔体被构造成容纳能量储存器,所述能量储存器优选地包括至少一个电池。
[0119] 19.根据方面18所述的方法,还包括:
[0120] 通过注射模塑和可选地通过孔背模模塑一个或更多个嵌件的至少一部分,将一个或更多个金属嵌件或塑料嵌件连接到较高机械载荷的区域中,用于以力配合和/或形状配合的方式连接。
[0121] 20.一种电动自行车,具有根据方面1至14中任一项所述的自行车车架,所述电动自行车还包括后车轮和连接到前车轮的叉部以及转向部,其中所述叉部是由增强热塑性材料制成的单件,或者所述叉部包括金属和热塑性材料,其中所述叉部的转向管由金属制成。
[0122] 附图简述
[0123] 附图示出了本公开的示例性实施例,并且用于通过示例的方式解释本公开的原理,并且不旨在按比例绘制。附图被包括在内是为了提供对各个方面和实施例的说明和进一步理解,但不旨在将本公开限制于附图中所示的实施例,并且不一定是按比例的。如果附图或详细描述中的技术特征后面有参考符号,则包括参考符号的唯一目的是增加附图和描述的可理解性。为了清楚的目的,不是每个部件都能够在每个附图中被标出。
[0124] 本公开中使用的术语“至少”指的是期望选择中的“一个或更多个”。
[0125] 图1示出了根据示例性实施例的自行车车架的透视图;
[0126] 图2A示出了自行车车架的另一个实施例的分解视图;
[0127] 图2B示出了自行车车架的侧视图的详细视图,以图示如图2A所示的实施例的几何设计;
[0128] 图3A示出了自行车车架的详细透视图,包括后部部分的一部分、座管和中间部分的包括用于能量储存器的腔体的一部分;
[0129] 图3B示出了自行车车架的另一个实施例的透视图,该自行车车架具有头管中的线缆和后部部分的一部分的覆盖物;
[0130] 图4A示出了从下方看的自行车车架的透视图,其中挡泥板、具有凸轮板的操作杆和行李架被集成在自行车车架的后部部分中,并且座柱插入到自行车车架的座管中;
[0131] 图4B示出了自行车车架的另一个实施例的透视图,该自行车车架具有被构造成插入头管的叉部;
[0132] 图5A示出了被构造成插入中间部分中的腔体中的邻近头管定位的能量储存器的分解视图;
[0133] 图5B示出了叉部的叉片和转向管的透视图;
[0134] 图5C示出了图5B中所示叉部的分解视图;
[0135] 图6A示出了具有座柱和其中凹口的车座;
[0136] 图6B示出了被插入自行车车架的座管中的图6A的座柱的侧视图;
[0137] 图7A示出了从后方看的座柱的透视图;
[0138] 图7B示出了座管的透视且倾斜俯视图;
[0139] 图7C示出了图7A中所示的横截面A‑A;
[0140] 图8示出了可枢转销组件的透视图;
[0141] 图9A示出了处于打开状态或释放位置的销组件以及座管的一部分和滑动嵌件的一部分的透视图;
[0142] 图9B示出了枢转的图9A的销组件的透视图;
[0143] 图9C示出了销组件与座管接合的互锁状态或锁定位置的透视图;
[0144] 图10A示出了在自行车车架的后部部分的凹部中的弹性偏置销组件的放大透视侧视图;
[0145] 图10B示出了销组件与凸轮板组合地互相接合在座管的相应凹部中的透视图;
[0146] 图10C示出了销组件的放大透视倾斜俯视图,销组件的上部和滑动嵌件以及座管的一部分的透视图;
[0147] 图11示出了具有行李架和篮筐的电动自行车的侧视图;
[0148] 图12示出的示意图示意性地示出了自行车车架的电子部件;
[0149] 图13示出了自行车部件之间的示意性连接图;
[0150] 图14示出了电动自行车的中间部分和后部部分的放大透视图;
[0151] 图15示出了自行车车架和叉部的载荷状况;以及
[0152] 图16示意性地示出了使用滑块的自行车车架的生产。
[0153] 附图的详细描述
[0154] 图1示出了由整体结构形成的用于电动自行车的自行车车架100的透视图。由增强热塑性材料制造的整体结构包括头管110、座管130、中间部分120和后部部分140。在后部部分中设置多个增强肋,例如肋142,用于增强。后部部分包括用于锁定组件(未在图1中示出,参见图10A)的至少一部分的具有侧壁144的凹部163或接受器,其被构造成锁定座柱(未在图1中示出)的高度。在中间部分120中,集成了用于底部支架121的腔体以及用于诸如电池的能量储存器150的腔体125。为了连接到后车轮(未在图1中示出),后部部分包括相对的后车轮支承部141。
[0155] 图2A所示的分解视图示出了如图1所示的自行车车架100,此外还示出了包括塑料嵌件170和金属嵌件171的部件,这些部件可以通过注射模塑连接到自行车车架100的热塑性材料。
[0156] 多个增强肋102、105、106与自行车车架一体地形成,以在不牺牲刚性的情况下减轻重量。肋具有基本上均匀的壁厚,这在机械和美学两方面都是期望的。
[0157] 中间部分的肋包括纵向肋102l,该纵向肋至少在头管110和底部支架121之间的空间区域中优选地平行于中间部分120的纵向轴线延伸。此外,存在基本上垂直于中间部分的纵向轴线的横向肋102t。所述横向肋102t与基本上纵向的肋102l组合形成网格。以这种方式,由相交的肋102t和102l形成基本上方形的结构,基本上方形的结构在底部被中间部分120的相应表面封闭,以加固中间部分120的相应区域。用于能量储存器的腔体125的外表面的一部分或替代地全部(未示出)没有肋。
[0158] 继续参考图2A,中间部分120在底部支架121上方的外周区域具有基本上形成三角形形状结构的肋102,为了更好的稳定性,这些肋102将内部区部划分为比方形的结构区域更小尺寸的区域。因此,自行车的操作者可以例如将其足部摆放在该稳定区的顶部,如图2B所示,该稳定区在自行车车架100的侧视图中基本上平定向。
[0159] 如图2A所示,底部支架121下方的底部部分包括平行的下边缘101,这些下边缘101与其间的内部格栅成一体。所述格栅包括X形条103x和平行于自行车车架100的下边缘101的纵向条103。
[0160] 每个下边缘101存在支撑件,该支撑件附接有用于相应撑脚架(参见例如图11中的参考符号174)的支承部107。
[0161] 在较高机械载荷的区域中,例如在底部支架121上方的区域,肋之间的距离可以减小以获得更好的强度。后部部分140包括具有圆角的多边形窗口159。后部部分140的周围部分的稳定性还由加固肋105、106提供。所述加固肋106一方面围绕后车轮轮毂的中心周向地间隔开,并且另一方面加固肋105基本上横向于这些周向肋106。后车轮支承部141附近的周向肋106可以形成为从后车轮支承部141的中心径向延伸的径向肋105。应该注意的是,肋可以以不同于图示的其他合适的图案和方向形成,只要所述肋的至少一部分布置成在窗口159的内边缘以及在后部部分140的外边缘突出,以提高边缘处的机械载荷能力和稳定性。
加固肋105、106、102l、102t等的使用提供尺寸稳定性,同时不增加自行车车架100的重量。
[0162] 图2A示出了金属部件,如由例如铝或比自行车车架的热塑性物更硬的塑料(170)制成的金属嵌件(111、112、122),其被构造成在注射模塑过程之前直接插入模具中。在注射模塑过程中,增强热塑性材料被部分地或全部地围绕嵌件模塑。头管110的金属嵌件优选地布置在头管的上部(见金属嵌件111)和头管的下部(见金属嵌件112)。
[0163] 通常,在一个或更多个以下部件的附近还可以有一个或更多个金属和/或塑料嵌件,以便机械地强化相应的区域:座管130、底部支架121、后车轮支承部141、制动卡钳和行李架114(参见例如图4A)。
[0164] 在用于后车轮的每个支承部141的附近,提供一个或更多个金属嵌件171与塑料嵌件170的组合,以提高机械稳定性。塑料嵌件170是预制件,其包括增强组分(例如,按重量计玻璃纤维含量为30%)并具有多个孔,其中一个孔被构造成用于安装后车轮的轮毂,并且至少一个孔被构造成用于制动部件。例如,盘式制动系统可以被附接,其典型地包括卡钳壳体。
[0165] 多个嵌件的另一个目的是将附加部件牢固且稳定地固定到自行车。例如,嵌件122,优选地四至六个金属嵌件,围绕底部支架121的圆形开口以相等距离布置,以便固定曲轴
[0166] 此外,图2A示出了在行李架114下方在后部部分140中的支撑元件113,支撑元件113不是环绕模塑,而是被构造成拧入注射模具中的相应螺纹孔洞143中,用于附接后部行李架(未示出)。
[0167] 图2B示出了自行车车架的详细侧视图,图示了图2A的实施例的几何设计。自行车车架大小可以由各种特征尺寸来表征,如轴线之间的长度或角度。更具体地,车架可以由车架高度H2来表征。高度H2是底部支架121的中心和座管130的中心之间的竖直距离,并且可以测量为35厘米和55厘米之间,优选地为44厘米‑48厘米。此外,座管130可以由座管130沿着其纵向轴线c的长度来限定。在竖直轴线y和座管的纵向轴线c之间的座管角度β约为18°,这对应于轴线c和水平轴线x之间的角度72°。范围优选地在16°和24°之间的其他优选座管角度β可以被提供。此外,18°的座管角度β对应于在中心测量的底部支架的中心(x轴和y轴交叉的地方)和座管的顶部之间约19厘米的宽度W2。高度H2可以优选地测量为44.5厘米。然而,如果选择其他角度,将得到大约17厘米和22厘米之间的其他宽度W2和其他高度H2。
[0168] 自行车车架100的另一个特征角度是头管110的纵向轴线a和穿过后车轮孔的中心的竖直轴线d之间的角度α。在所示的示例性实施例中,α为22°。
[0169] 此外,图2B示出了高度H1,其被定义为头管的最低中心(头管的中心纵向轴线a与由头管的圆形下边缘形成的平面的交点)和水平轴线x1之间的竖直距离,水平轴线x1穿过平行于后车轮轴线的轴线r延伸。该高度H1优选地测量为约35厘米。
[0170] 自行车车架100的另一个特征尺寸是头管110的下中心和竖直轴线d之间的水平距离W1,该竖直轴线d穿过位于后车轮孔的中心中的后车轮轴线r延伸,该水平距离W1优选地测量为约1米。
[0171] 应当注意,自行车车架100优选地被设定尺寸成用于以下优选的标称车轮直径为24英寸的情况。如果自行车车架的尺寸成比例地调整,则在16至29英寸范围内的其他尺寸的车轮可以被部署。
[0172] 图2B进一步示出了穿过用于能量储存器150(参见例如图1)的腔体125的中心纵向轴线b。轴线b与中间部分120的轴线m形成锐角δ。根据所用电池的尺寸,可以提供腔体125的其他尺寸。几乎平行于竖直重力的基本上竖直延伸有利于能量储存器的插入。
[0173] 图3A示出了自行车车架的细节,包括座管130的一部分、中间部分120的一部分和后部部分140,后部部分140包括由增强热塑性物制成的锁定组件145的凸轮板146。凸轮板146用于与销组件168(未在图3A中示出,见图8)的选择器149(未在图3A中示出,见图8)联接并引导该选择器149。凸轮板146在其下侧包括引导轨道或孔,以将选择器149从释放位置移动到锁定位置。有关销组件的详细信息,请参考图8、图9A至图10B。
[0174] 图3B示出了自行车车架的延伸视图,其中后部部分140包括行李架114的至少一部分和后车轮轮毂支撑件。凹部163和所述凹部的侧壁144容纳可枢转的锁定组件145,可枢转的锁定组件145被构造成通过座管130的相应开口移动锁定组件145的至少一个销148。
[0175] 除了前面的自行车车架100的图示之外,图3B示出了线缆109,线缆109被引导穿过头管110。优选实施例可以分别为右制动器和左制动器(参见图12中的参考符号187和188)提供线缆109。参考符号108进一步指示线缆的位置及线缆在中间部分120中的内部车架布线。这些线缆109可以电连接自行车的部件(参见图12或图13关于线缆使用的示例性实施例)。为了保护线缆免受灰尘或水的影响,后部部分的部分覆盖物116被使用。线缆在头管110和底部支架121之间被引导的其余未覆盖部分也可以借助覆盖物(未示出)被覆盖以进行保护。
[0176] 图4A示出了从下方看的自行车车架的透视图,并且示出了例如集成到自行车车架100中的由增强热塑性物制成的锁定组件145的操作杆147和凸轮板146。操作杆147可从释放位置移动到锁定位置,并经由凸轮板146联接。另外图4A示出了附接到后部部分140的行李架114。
[0177] 图4B示出了自行车车架和具有叉片192和转向管191的叉部190。叉部190可以被插入头管110中,并在图5B和图5C中更详细地示出。
[0178] 图5A示出了能量储存器150的分解视图,能量储存器150是电池(BAT),其被构造成插入自行车车架的中间部分120中的腔体125中并邻近头管110的至少一部分。因此,长形腔体125形成在中间部分120中,并被构造成容纳诸如电池BAT的能量储存器150。为了保护电池,提供了用于能量储存器腔体125的覆盖物155。电池BAT被构造为储存用于机动动力和电气设备的能量,并且可以是湿电解锂离子电池或固态锂电池。能量储存器不限于锂溶液,也可以使用阳极阴极电解质的不同组合和材料,只要满足储存能量的目的并且满足以下有利特性中的一个或更多个:
[0179] 高体积电能密度、用于快速充放电速率的高功率密度、长循环寿命、用于电极之间离子传输的离子导电性以及电化学稳定性和可扩展性。
[0180] 一旦能量储存器150被插入电池(BAT)的至少一部分,即底部并且侧壁的至少一部分被中间部分120包围以实现合适的配合。电池(BAT)的纵向轴线相对于中间部分的纵向轴线m形成锐角(见图2B中的角度δ)。以这种方式,诸如电池(BAT)的能量储存器150可以容易地插入和更换。电池(BAT,150)的上部部分包括插座充电连接部157。为了容易接近,充电连接部157可以与中间部分120中的相应凹部或开口组合,使得电池(BAT,150)在充电过程中不必从腔体125中移除。
[0181] 图5B示出了具有叉片192和转向管191的叉部190的示例性实施例的透视图。两个部件都可以由热塑性材料制成。可替代地,转向管191可以由金属制成。
[0182] 整个叉部可以通过注射模塑来制造,其中在力被引入的区域中具有嵌件,诸如铝的金属嵌件。作为注射模塑的替代,叉部190可以通过热成型来制造。如果转向管191由热塑性材料制成,用于限制转向角的两个肋196可以设置在转向管191的相对侧上。转向管191将由头管110接收,头管110包括至少一个金属嵌件(参见图2A中的参考标记111、112),该至少一个金属嵌件被构造成布置在头管中。这样的金属嵌件111被构造成接收相应的支承部。
[0183] 此外,在前车轮(未示出)的轴线附近设置圆形嵌件101,其优选地由金属制成。围绕圆形孔的最低嵌件101被构造成用于安装前车轮194(在图5B中未示出,参见图11)的轴或轮毂。其他嵌件101被构造成附接包括卡钳的制动部件。为了更好的稳定性,这些嵌件101可以是塑料嵌件193的一部分,塑料嵌件193优选地形成为预制件,并且由比叉部190的热塑性材料更硬的塑料制成。在片192彼此面对的侧面上,塑料嵌件193的预制件被环绕模塑并包括增强组分(例如,按重量计玻璃纤维含量优选地在30%至60%之间)。叉片192的上部中的孔可以用于借助于定位机构附接挡泥板(未示出),挡泥板优选地由热塑性材料制成。图5B和图5C示出了在叉片192的外侧上的用于增强的肋。至少部分地,在叉部的片192的内侧也可以有增强肋。
[0184] 图5C示出了图5B的分解视图,其中转向管191是分离的。也就是说,叉片192可以以有限的转向角与金属转向管191或与由热塑性物制成的转向管191组合。
[0185] 图6A示出了座柱160的透视图。所述座柱160包括凹口167,凹口167横向于座柱160的纵向轴线延伸。此外,车座161附接到座柱160。
[0186] 图6B示出了座管130的一部分和后部部分140的相邻部分的二维(2D)侧视图,其中图6A所示的座柱160被插入到座管130中。在座管130中,定位有一个或更多个孔洞或孔136,孔洞或孔136用于容纳滑动嵌件的一个或更多个互相接合元件165。滑动嵌件164的示例性实施例在图9A‑图10B中示出。
[0187] 图7A示出了从座柱160的后侧看的透视图,其中座柱160包括位于座柱160的自由端(即,没有车座的端部)处的邻接凸缘166,以防止座柱160从座管130(参见例如图6B)完全拔出。凸缘166被构造成在座柱160尽可能向上移动的情况下与滑动嵌件164的底部边缘邻接。
[0188] 另外,图7A显示了用于图7C所示横截面的相交线A‑A。此外,通过对增强热塑性材料的注射模塑而制造的座柱160包括具有多个突出肋162的中空轮廓,以便与锁定组件145的销组件168接合,锁定组件145优选地是快速释放和锁定组件。
[0189] 图7B示出了从上方看的座管130的透视图。应当注意,座管130至少部分地具有非圆形内横截面,使得相应的座柱160围绕座柱轴线的旋转受到限制或被阻止。
[0190] 图7C示出了沿图7A的线A‑A的横截面图,以便描绘座柱160的非圆形横截面。如果座柱160向上移动,凸缘166将抵邻(在例如图9A中示出的)滑动嵌件的下边缘。
[0191] 图8示出了销组件168的透视图。该优选实施例包括两个可同时枢转且对称布置的锁定构件,其中每个锁定构件具有四个销148。锁定构件围绕枢转轴线P枢转。整个销组件168由增强塑料制成。销148被构造为移动穿过座管130的相应开口,以便可从打开状态或释放位置(图9A)移动到互锁状态或锁定位置(参见图9C)。选择器149的至少末端或上部部分被构造成与凸轮板146联接,使得选择器沿着长形的引导轨道或孔移动。通过这种引导移动,销组件168可以从释放位置(图9A,打开状态)枢转到锁定位置(图9C)。
[0192] 图9A示出了销组件168与座柱160的一部分的透视图,座柱160的一部分被滑动嵌件164的一部分部分地包围。多个销148面向座柱160的后部,用于与座柱160的外侧处的相应肋互锁和相互作用。为了改变座柱的高度,可轴向移位的座柱160在位于座管130的上部部分处的滑动嵌件164中被引导。包括2个U形元件164U和164u(见图10B)的滑动嵌件164的外径对应于座管130的相应内径。此外,滑动嵌件164的内周边适合于座柱160的外横截面,以便在改变车座的高度时实现完美配合和平滑滑行
[0193] 一旦插入到座管130(在该图9A中未示出,但例如在图6B中示出)中,滑动嵌件164可以通过至少一个互相接合元件165固定。该互相接合元件165可以被构造为弹性闩锁或简单的突出元件,该互相接合元件165可以由沿座管130的周向方向延伸的长形构件135支撑,并且该互相接合元件165至少部分地是柔性的或弹性的。诸如至少一个互相接合元件165的长形构件135的弹性装置可以沿朝向座柱160的方向被按压,直到其到达座管130的相应孔136,并且弹性装置的预紧力被构造成使互相接合元件165回到座管的孔136中的锁定位置。
还可以在前部元件164U(未示出,参见例如图9C)中设置两个互相接合元件165,这两个互相接合元件165可以被座管130(参见图6B)中的相应孔136接收或与相应孔136互相接合,以互锁滑动嵌件164相对于座管130的位置。
[0194] 图9B示出了图9A的销组件168在移动到座柱160的方向之后的透视图。也就是说,四个销148正在接近座柱的横向肋162,以最终接合在座柱的横向肋162中,如图9C所示。如图9C所示的互锁状态或锁定位置可以借助弹簧元件(未示出,参见图10A中的参考标记169)进一步固定。
[0195] 图10A示出了销组件168的优选实施例,销组件168布置在自行车车架100的后部部分140中的具有侧壁144的凹部163中。销组件168被弹簧元件169朝向锁定位置弹性偏置(参见图示出的向座柱方向的力的箭头)。这是有利的,因为用于接合到座柱160(例如在图10B中示出)的肋162之间的相应凹部中的向座柱160方向的移动被弹簧元件169牢固地固定。
[0196] 图10A给出了凹部163的形状的细节,凹部163具有弯曲的侧壁144,该侧壁144包括基本上圆形的形状(参见在销组件168后面具有径向辐条的圆形中心)。在底部,有弯曲的突起,其接收销组件168的具有枢转轴线P的枢转部分。近似圆形形状的凹部163被构造成使得具有销148的锁定构件可以充分地枢转远离座管130,以便将座柱160释放至打开状态或释放位置。
[0197] 图10B示出了具有相关联的凸轮板146的销组件处于锁定位置的透视图,并且销组件连接到座柱160。凸轮板146具有用于接收选择器149的引导轨道或孔137。另一凸轮板146可以布置在相对侧上。凸轮板146具有操作杆147,操作杆147与凸轮板146一体地形成或附接到凸轮板146的外表面(该侧部在图10B中不可见,参见图3A),操作杆147被构造用于销组件168的枢转移动。
[0198] 滑动嵌件164包括凸缘176,一旦插入座管130中,凸缘176就与座管130的上边缘邻接。如上所述,滑动嵌件164有两个U形部件,即前部元件164U和后部元件164u,每个部件都具有凸缘,以便连接成使得两个部件形成围绕滑动嵌件164的整个上端的凸缘176。与较小的U形后部元件164u相比,较大的U形前部元件164U围绕座柱160的更大的部分。
[0199] 滑动嵌件164的后部元件164u布置在后部,并且平行于座柱160的后部平面。元件164u的U形腿成直角,平行于座柱160的相应侧壁,并覆盖肋162。后部元件164u具有突出部
164p,突出部164p可以像凸一样与前部元件164U的相应孔接合。这样的孔可以是如图9C所示的狭缝164s的形式,其中可释放的卡合连接被构造成锁定滑动嵌件164的两个元件
164u和164U。在滑动嵌件164插入座管130中之后,至少一个突出部164p与狭缝164s之间的卡合或卡扣连接进一步由座管130的相应内表面保持在适当位置。
[0200] 滑动嵌件164的两个元件164U和164u都具有带肋的部分,以获得更好的稳定性。滑动嵌件164的后部元件164u在销148的水平处具有孔,使得销可以与座柱160的肋162之间的凹部接合。
[0201] 具有凸轮板146的销组件168形成锁定组件145,锁定组件145优选地是使用如图10A所示的弹簧元件169的快速锁定和释放组件。
[0202] 图10C示出了从上方看的座管130的一部分(其具有附接到其上的滑动嵌件164)以及销组件168的一部分的透视倾斜视图。凸缘176完全包围座柱160,并且如果插入座管130中凸缘176可以与座管130的上边缘邻接。以这种方式,凸缘176覆盖座柱160和座管130之间的任何潜在间隙。滑动嵌件164基本上包围座柱160的外周边并且在平行于座柱160的纵向轴线的方向上延伸,并且可以测量为座柱160的全长的大约0.25到0.3之间。这种设计的优点是,各部分之间没有间隙,即座管130的内表面的上部区域位于凸缘176之下,与滑动嵌件164的最外表面紧密配合。此外,座柱160的内表面可以在滑动嵌件164的精确制造的内周边内平滑地滑行。
[0203] 图10C示出了销组件168的详细剖视图,销组件168可以在朝向座柱160的方向上枢转。
[0204] 图11示出了电动自行车1100的优选实施例的完整侧视图,其中车架形成为整体结构并通过增强热塑性材料的注射模塑来制造。该自行车包括带有叉部190和转向部分195的头管110,优选地是带有车把把手的车把,以及在前车轮194上方的自行车篮框104。
[0205] 长形腔体125形成在中间部分120中,以容纳诸如电池的能量储存器150,该能量储存器150被构造为储存用于机动动力和电气设备的能量。座柱160以预定高度插入座管130中。中间部分120包括具有曲柄臂175和自行车踏板123的底部支架121,其中曲柄臂175被构造成通过将踏板123连接到底部支架121来传递踩踏机动动力。后部部分140被构造成接合后车轮180,后车轮180可以在18英寸至28英寸之间,优选地为24英寸,并进一步支撑行李架114。热塑性材料的撑脚架174布置在后部部分140中并且可以枢转,其中图11示出了向上折叠的撑脚架174。在电动自行车1100停放在停放位置的情况下,撑脚架174可以向下折叠(未示出)。
[0206] 图12示出了图示了电动自行车1100的电子部件的示意图,该电动自行车1100包括整体车架100、前车轮194、后车轮180和具有叉片192的叉部190。所述主要部件由增强热塑性材料制成。交通工具控制单元115(VCU)也可以称为中央控制单元。所述VCU被设计成形成中央枢纽,并用线缆连接所有电子部件,如图12中示意性示出的,并进一步如图13中的插接图中示出的。
[0207] 中央控制单元115或交通工具控制单元(VCU)布置在中间部分中在诸如电池BAT的能量储存器150下方。电子部件,例如前灯或照明154、后灯156、左转指示器185、右转指示器186和致动器自行车锁189,可以由控制单元115控制。人机界面(HMI)经由线缆连接到控制单元115。HMI被构造用于移动机器,并且可以集成从包括以下内容的组中选择的一个或更多个元件:包括例如屏幕和可选的按钮或触摸屏的显示器(HMI_D),包括例如按钮单元、开关或按键的控制元件(HMI_C);灯、操作元件、作为按钮的输入元件。以这种方式,HMI可以具有多个界面。例如,HMI可以用于显示关于电动自行车的信息,例如功率、电池状态、RPM、速度、GPS位置数据。
[0208] 人机界面(HMI)可以包括处理器,除了控制单元115(VCU)之外该处理器可以被使用,或者作为控制单元115本身使用。控制单元115(VCU)和/或HMI可以包括至少一个存储器。替代地或除了本地存储器之外,基于的系统117可以用于将数据外部保存在网络中或收集诸如编队基础设施的数据,以便管理编队(参考标记118:编队管理)。
[0209] 控制单元115连接到IOT设备,IOT设备用作与其他元件和服务的无线联网的网关。该联网可以经由借助于例如智能电话之类的移动设备的移动网络的互联网实现,或者例如经由蓝牙或RFID局域地实现。此外,IOT设备中还可以集成其他特征,如GPS、用于示出至少一个电子部件状态的LED连接、运动或加速器传感器。
[0210] 以这种方式,电动自行车的操作者可以使用与移动智能设备相连接的IOT设备,以便获得数据并提供用于各种目的的工具,例如用于编队管理118。在优选实施例中,编队管理118可以是基于云的软件,其经由IOT设备上的访问来管理编队的交通工具,并且包括多个功能。例如,可以使用如编队的自行车的地理位置的编队信息来监测编队的交通工具的位置。编队管理118的另一个功能是指示每个交通工具的充电状态。最后,信息可以远程地显示在选定交通工具的显示器上。
[0211] 此外,IOT设备和/或控制单元115以及可选的HMI可以为电动自行车1100提供优选地与基于云的系统(参考符号117)相结合的应用程序和小应用程序(参见参考符号118)。也就是说,借助于电动自行车1100的所述电气设备中的至少一个,可以部署一个或更多个应用程序128或小应用程序(诸如物联网(IoT)应用程序)。这种IoT应用程序有利地是高度可定制化,并且可以预测自行车的维护。
[0212] 以这种方式,可以提供智能城市(Smart City)应用程序的集成和优化。此外,通过使用外部数据储存,可以访问大数据,并且可以使用人工智能软件来分析数据。应用程序128可以基于软件和程序,其可以从以下组中选择,该组包括编队管理软件;操作系统软件和程序;物联网(IoT)启用设备的软件应用程序;网络操作系统程序;计算机软件,其通过组合来自各种数据库的信息并在HMI中以易于理解的用户界面软件呈现,提供实时、集成的管理智能;图形用户界面软件;可下载的计算机软件应用;数据库管理软件;预测性维护软件和交互式软件;用于协调能量储存和消耗的软件;以及用于将自行车设备或移动设备连接到云计算平台的可下载云计算软件。IoT还可以用于通过相应的设备收集操作员的重要数据,并集成该信息,例如用于控制能量发生器,以在需要时增加助力。
[0213] 图12还示出了所谓的“诊断工具”119,其被构造成读取或接收用于诊断自行车1100的电气设备的一个或更多个部件的诊断数据。此外,诊断工具119优选地被构造成改变设置和/或更新控制单元115的软件。以这种方式,嵌入式软件的flash编程可以在交通工具内部(“在线”)进行,而无需从电动自行车1100上移除控制单元115。诊断工具119可以是具有相应接口卡或软件的处理器。
[0214] 能量储存器充电系统157可以被用于对电动自行车1100的蓄电池或电池(BAT)进行充电。该充电系统157可以是通常的载荷系统或高性能充电系统(HPC)。如果自行车被设计成用于高电压,电池(BAT)必须相应地设计,并且需要考虑热管理。不管电池类型如何,优选在VCU 115中设置电池管理系统。这样,可以优化电动自行车的电池利用率,并且可以避免对电池的损坏。
[0215] 像电池(BAT)一样的能量储存器150的电压也可以由踏板交流发电机153充电,其中操作者使用双脚来驱动踏板以驱动交流发电机153。交流发电机也可以被称为踏板发电机,用于使用物理输入来产生电力。在优选实施例中,电压调节器可以集成地或单独地提供给交流发电机153,电压调节器被构造成根据电池的期望电压电平控制交流发电机153的输出。能量储存器150被充电到的期望电压电平取决于电池(BAT)的温度,其中在高温时电池需要被充电到比在零下温度更低的电压。为了考虑这种温度依赖性,电压调节器连接到温度感测设备,该温度感测设备被定位成使得可以精确地测量电池的温度。
[0216] 电动自行车1100,优选为pedelec(踏板电动自行车),是动力助力的,并且可以利用由位于后车轮180的轮毂处的电动马达151提供的电动动力补充的踩踏力行驶。可替代地,电动马达151可以位于前车轮194处。典型地,助力踩踏的一种方式是提供力组合机构,用于将借助于踏板引入的踩踏力与电动马达151的电动动力组合。
[0217] 尽管通常链条将踩踏人的力传递给车轮,但可替代地,可以提供无链条解决方案。这具有节省空间和避免复杂结构和链条维护的优点。基于被构造成感测踏板速度的踏板速度传感器,电动马达151的旋转速度可以由控制单元115控制。也就是说,交通工具控制单元
15控制供给到马达151的电流,使得后车轮180的旋转速度(等效于马达151的旋转速度)跟随踏板速度。此外,基于踏板速度可以计算踏板扭矩,踏板扭矩也可以用作输入用于电动马达151的控制。
[0218] 图13示出了自行车部件之间的示意性连接图,自行车部件包括如图12所示的电动自行车1100的电子部件。控制单元115是中央的。为了安全起见,控制单元115不仅电连接到自行车锁189的致动器,而且电连接到电池锁152。能量储存器150包括两个电池BAT 1和BAT 2。所述电池中的每一个可以向如HMI控制器(诸如按钮单元(HMI_C)或显示器(HMI_D))的人机界面部件提供电力。为了给电池充电,可以使用充电连接部157或连接到交流发电机153。
作为优选实施例,该系统结构示出了可选的第二电动马达151’,其可以支撑例如拖车的轮轴线。这样,该系统特别适用于货运自行车。
[0219] 另外的未示出的部件可以连接到控制单元115:温度传感器或可以测量与各种自行车部件的磨损或故障相关的信息的传感器。在优选实施例中,注射模塑的制造方法可以有利地用于提供嵌入热塑性材料中的传感器,特别是在载荷增加的区域中。
[0220] 图14示出了自行车车架的透视局部视图,以便至少部分地示出线缆的引导。参考符号108示出了中间部分120中的线缆和内部车架布线。此外,局部视图还示出了后部部分中的内部引导线缆172,其将电动马达151连接到能量储存器150,能量储存器150也连接到踏板交流发电机153。中间部分120中的线缆108和173部分地平行布线,并且单个电线路被设计成分成多条线路,以便向各种消耗器,例如灯、HMI、IOT等供电。
[0221] 图15示出了自行车车架100的前视图(左)和侧视图,其中所述自行车车架100的载荷状况包括转向管191和带有车座161的座柱160。计算基于自行车的最大总重量,包括160公斤的骑手和货物。根据DIN 79010:2020‑2的标准化测试,自行车的最大总重量假定为最大250kg。
[0222] 在需要高刚性的情况下,纤维增强热塑性材料是理想的。因此,主要设计目标之一是刚性。如果需要,可以根据对自行车车架的部件在载荷标准方面的要求来提高增强。自行车车架100使用另外的结构增强件,如肋或嵌件,以满足如图15所示的载荷状况。
[0223] 已经为不同部件的设计模拟了载荷状况,并且载荷状况是最小载荷,其中可以假设至少1.5的牢固或安全系数。也就是说,如自行车车架100或叉部190的自行车部件实际上比图15所示的载荷所需的更坚固。载荷状况用于自行车车架100的示例性实施例,其适合于使用24英寸车轮。该自行车车架100优选地具有约445毫米的车架高度H2,并且具有类似于例如图2B所示的尺寸。没有嵌件的自行车车架100的特征最大重量约为8040g。用于以下载荷状况和模拟的座柱重量约470g。
[0224] 图15在左侧示出了自行车车架100的前视图。一旦转向管191被插入到自行车车架100的头管110中,典型的竖直载荷状况就是操作者使自行车转向的预期的或模拟的力F1,该力从转向部分195(示意性示出)的两侧竖直向下指向。这个转向部分195可以被设计成车把(参见例如图11)。
[0225] 载荷状况F1可以达到最大1000N,并且可以被分成位于转向部分195的每一端处的2个力。
[0226] 为了测量车架刚度的抗性,还考虑了侧向力,侧向力可能主要是在从车座上骑下来时引入的。在自行车车架的中间部分120的底部支架121处,指示了在自行车车架100的两侧对称地向下攻击的相等载荷状况F2和F3。该载荷状况F2和F3模拟所谓的脱离车座骑行(out of saddle ride)(德语:“Wiegetritt”,即负重骑行),其中在脱离车座的情况下使自行车行驶。该载荷高于更稳定的驾驶员坐着驾驶的情况。F2和F3各自约为1300N,并表明根据本发明的自行车车架的底部支架刚性或脱离车座的刚性是足够的。
[0227] 应当注意,根据本发明的电动自行车的部件满足至少货运自行车所要求的规范,并且通过了例如EN 15194的例如第6部分:“车架和叉部测试方法(Frame and fork test methods)”和DIN 79010的相关测试,这些测试同时需要叉部满足根据DIN 79010:2020 450N的测试。本发明的自行车车架100符合DIN 79010:2020踩踏力动态测试标准,其中载荷可以是大约1200N。
[0228] 热塑性材料的同质性允许可靠的计算和模拟。模拟结果表明,由扭矩引起的在底部支架121处的以下侧向攻击力可以通过本设计来满足:
[0229] ‑M1是量为300Nm的制动扭矩;
[0230] ‑M2是支撑扭矩处的扭矩,并且导向成轴向平行于前车轮的轴线。
[0231] 通过提供侧向稳定性,可以最小化自行车操作期间的振动。
[0232] 关于自行车车架100,转向管191的底部的载荷状况F5被具有y和z方向的两个平移自由度的支撑件178吸收。根据模拟,在正常载荷下,支撑件178处的增强热塑性材料可以吸收大约1200N的力F5。此外,在头管110处可以任选地附接自行车篮框,并且在保持稳定性的同时,可以分配4*150N=600N的载荷状况F4,也就是说对于自行车篮框的四个附接点中的每一个为150N。
[0233] 在底部支架121处的链轮和曲轴的载荷在金属嵌件(参见图2A,图2A示出具有6个金属嵌件的示例性实施例)的位置处被引入到自行车车架100中,以将底部支架121与自行车车架100连接。在中间部分120中的底部支架的这些连接点处,力F6和扭矩M3两者被接收。在模拟载荷状况下,用户相关的底部支架力F6的竖直力为1300N(132kg),假设当操作者的全部重量被施加时,力F6被传递到处于其最低位置的踏板。此外,能量发生器(未示出)的最大200Nm的反扭矩M3可以被底部支架121附近的热塑性材料吸收。底部支架处的力F6和扭矩M3被引导到多个金属嵌件122(优选地4至6个金属嵌件)中的每一个(参见图2A),这些金属嵌件围绕底部支架121的圆形开口布置,以便固定曲轴。
[0234] 车座的可以被车座柱吸收的载荷状况F9为2000N(对应于最大值约为204kg)。这对应于根据符合DIN 79010的强度测试所需的车座柱稳定性。车座柱锁定也符合DIN ISO 4210‑9要求,例如根据4.4的动态测试标准,其中载荷为1000N,并且载荷循环为200 000次。
[0235] 根据本发明的模拟结果表明,如果假设车轮几何形状为24英寸,则可以满足自行车车架100的安全要求。电动自行车还被设计成货运自行车,并且在后部具有支撑件179,支撑件179具有x、y和z方向的三个平移自由度。
[0236] 如果所附接拖车的最大重量为60kg,则载荷状况F7分别表示考虑加速或减速度时的拉伸载荷。载荷F7安全地吸收大约270N(28kg)的力。后部部分140可以吸收行李总共600N(约61kg)的最大载荷状况F8。也就是说,如果为行李架提供了四个支撑元件113(每侧两个),则F8=4*150N,导致总共600N的附加有效载荷,其中考虑加速度。与拖车潜在连接的测试表明,与DIN 15918:2017:05类似的测试要求已经被满足。因此,该自行车车架特别适合与货运自行车一起使用。
[0237] 货运pedelec的设计符合用于货运自行车的DIN 79010的标准化规范(自行车‑运输自行车和货运自行车‑用于单轨和多轨自行车的要求和测试方法(Cycles‑Transportation bikes and cargo bikes‑Requirements and test methods for single‑and multi‑track cycles))并因此不超过300公斤的最大允许重量。DIN 79010也指电动马达助力自行车(最大额定功率为250W,并且截止速度为25km/h)。
[0238] 在停车位置,如果撑脚架展开,则模拟撑脚架的最大载荷状况F10为1800N。
[0239] 图16示出了制造自行车车架100的方法。为了从一个单件生产复杂的肋结构以及孔或凹部,不仅需要使用单个模具,还需要多个滑块。在注射模塑时使用滑块,即使是自行车车架100的最复杂的3D结构也可以容易地大量实现。使用以下滑块:用于制造头管的滑块110s、用于制造中间部分中的底部腔体的滑块120s、用于制造用于能量储存器的腔体125的滑块125s;用于制造座管的滑块130s和用于制造后部部分中的腔体的滑块140s。箭头指示注射模塑过程后移除滑块的方向。应当注意,滑块可以具有可塌缩芯。
[0240] 根据优选实施例,该方法还包括通过背模模塑一个或更多个嵌件的至少一部分,将一个或更多个金属或塑料嵌件连接到较高机械载荷的区域中,用于以力配合和/或形状配合的方式连接。在用于自行车车架的单个模具中提供诸如金属嵌件的附加增强部件,并且与滑块和优选地自动塌缩芯的使用一起,可以生产具有优异精度的脱模自行车车架的大规模生产。以这种方式,提供了一种制造方法,其中可以提供脱模自行车车架,其中预见到不需要进一步的加工步骤。
[0241] 总之,根据本发明的自行车车架100具有优异的稳定性特性,并且可以用于包括货运自行车在内的广泛应用领域。利用注射模塑技术的电动自行车的部件如自行车车架和叉部能够生产相对高强度的部件,其能够抵抗如上面关于图15提到的载荷状况,并且满足用于货运自行车的DIN 79010、用于E‑Bikes的EN 15194和/或ISO 4210的要求。此外,自行车具有美学上期望的外观,并且可以与覆盖物结合,以进一步保护复杂的结构免受灰尘等的影响。提供腔体和电连接,自行车可以接收能量储存器并被电气操作。此外,交流发电机或能量发生器可以有利地用于对诸如电池的可充电能量储存器充电。由于根据本发明的自行车车架和叉部满足高安全要求,自行车可以用作公路自行车。特别地,自行车车架和叉部适用于编队自行车,因为它们可以通过注射模塑大量快速生产,并且在操作中易于维护。
[0242] 参考标记列表
[0243] 100 自行车车架
[0244] 101 用于安装如制动器或轴的部件的嵌件
[0245] 102 中间部分的肋
[0246] 103 纵向条
[0247] 104 自行车篮框
[0248] 105 横向于周向肋的肋
[0249] 106 周向肋
[0250] 107 用于撑脚架的支承部
[0251] 108 在中间部分内的线缆及其内部车架布线
[0252] 109 线缆
[0253] 110 头管
[0254] 111 头管的上部金属嵌件
[0255] 112 头管的下部金属嵌件
[0256] 113 用于行李架的支撑元件
[0257] 114 行李架
[0258] 115 控制单元
[0259] 116 后部部分的部分覆盖物
[0260] 117 网络‑编队基础设施
[0261] 118 诸如智能手机的智能设备
[0262] 119 诊断工具
[0263] 120 中间部分
[0264] 121 底部支架
[0265] 122 用于固定曲轴的底部支架的嵌件
[0266] 123 自行车踏板
[0267] 125 腔体
[0268] 130 座管
[0269] 134 用于锁定组件的座管的开口
[0270] 135 支撑互相接合元件165的长形构件
[0271] 136 用于接收滑动嵌件的互相接合元件165的孔洞
[0272] 137 用于接收选择器149的引导轨道或孔
[0273] 140 后部部分
[0274] 141 (一个或更多个)后车轮支承部
[0275] 142 后部部分中的肋
[0276] 143 用于行李架的螺纹孔
[0277] 144 凹部或接受器的侧壁
[0278] 145 包括至少一个销148和凸轮板146的锁定组件
[0279] 146 在其下侧具有引导轨道的凸轮板
[0280] 147 连接到凸轮板的操作杆
[0281] 148 销
[0282] 149 销组件的选择器
[0283] 150 能量储存器,例如电池
[0284] 151 电动马达
[0285] 152 电池锁
[0286] 153 交流发电机或能量发生器
[0287] 154 前灯或照明
[0288] 155 用于能量储存器腔体的覆盖物
[0289] 156 后灯或照明
[0290] 157 充电连接部
[0291] 158 充电站
[0292] 159 后部部分140中的多边形窗口
[0293] 160 座柱
[0294] 161 车座
[0295] 162 用于与销互相接合的横向肋
[0296] 163 凹部
[0297] 164 滑动嵌件
[0298] 165 互相接合元件
[0299] 166 邻接凸缘
[0300] 167 凹口
[0301] 168 销组件
[0302] 169 弹簧元件
[0303] 170 由比自行车车架的热塑性材料更硬的塑料制成的塑料嵌件
[0304] 171 金属嵌件
[0305] 172 后部部分中的内部引导线缆
[0306] 173 线缆
[0307] 174 撑脚架
[0308] 175 曲柄臂
[0309] 176 滑动嵌件的上凸缘
[0310] 178 用于两个平移自由度(y方向和z方向)的支撑件
[0311] 179 用于三个平移自由度(x方向、y方向和z方向)的支撑件
[0312] 180 后车轮
[0313] 181 中间部分120中的内部引导线缆
[0314] 182 到包括电动马达的后车轮的内部引导线缆
[0315] 183 用于前车轮的制动器
[0316] 184 用于后车轮的制动器
[0317] 185 左转指示器
[0318] 186 右转指示器
[0319] 187 致动器前制动器
[0320] 188 致动器后制动器
[0321] 189 致动器自行车锁
[0322] 190 叉部
[0323] 191 转向管
[0324] 192 叉片
[0325] 193 塑料嵌件
[0326] 194 前车轮
[0327] 195 形成为车把的转向部分
[0328] 196 用于限制转向角的肋
[0329] 102l 纵向肋
[0330] 102t 相对于中间部分的纵向轴线m的横向肋
[0331] 103x X形条
[0332] 110s 用于制造头管的滑块
[0333] 120s 用于制造中间部分中的底部腔体的滑块
[0334] 125s 用于制造电池腔体125的滑块
[0335] 130s 用于制造座管的滑块
[0336] 140s 用于制造后部部分中的腔体的滑块
[0337] 164u 滑动嵌件164的后部元件
[0338] 164U 滑动嵌件164的前部元件
[0339] 164p 待插入164s中的后部元件164u的突出部
[0340] 164s 用于连接后部元件164u和前部元件164U的狭缝
[0341] a 头管的中心纵向轴线
[0342] b 能量储存器的腔体的中心纵向轴线
[0343] c 座管的纵向轴线
[0344] d 穿过后车轮孔的中心的竖直轴线
[0345] m 中间部分的纵向轴线
[0346] r 平行于后车轮轴线的轴线且穿过后车轮孔的中心的轴线
[0347] x 穿过底部支架的中心的水平轴线
[0348] x1 穿过后车轮孔的中心的水平轴线
[0349] y 穿过底部支架的中心的竖直轴线
[0350] α 头管轴线a与轴线d之间的角度
[0351] β 座管的纵向轴线c与竖直轴线y之间的角度
[0352] δ 腔体的纵向轴线b与纵向轴线m之间的角度
[0353] BRK_F/R 制动器_前/右
[0354] P 枢转轴线
[0355] IOT 物联网
[0356] HMI 人机界面
[0357] Lock 电动自行车的锁定系统
[0358] A‑A 相交线
[0359] H1 底部支架的中心与头管的最低中心之间的高度
[0360] H2 底部支架的中心与座管的最高中心点之间的高度
[0361] W1 后车轮轮毂与头管之间的宽度
[0362] W2 底部支架的中心与座管的中心之间的距离
[0363] F1 从转向部分两侧竖直指向下的力
[0364] F2 第一叉部端处的力
[0365] F3 与第一叉部端相对的第二叉部端处的力
[0366] F4 自行车篮筐的力
[0367] F5 具有2个平移自由度(y/z方向)的叉部的力
[0368] F6 传递到处于最低位置的踏板的底部支架力
[0369] F7 拖车力
[0370] F8 后行李力
[0371] F9 车座力
[0372] F10 撑脚架力
[0373] M1 制动扭矩
[0374] M2 支撑扭矩
[0375] M3 能量发生器的反扭矩。
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