DE10125645A1 - Trethebel-Fahrrad - Google Patents

Abstract

Das Trethebelfahrrad "Der Landauer" kombiniert (1.) die alte Idee des Trethebels mit dem heute üblichen direkten Zahnrad/Ritzel-Antriebssystem, des weiteren kombiniert es (2.) diese beiden Elemente mit einer neuartigen Anordnung von Hinterrad und Zahnrad, und schließlich kombiniert es (3.) diese mit einem radial reduzierten Rahmen-Design. Die Erfindung ermöglicht durch diese Kombinatorik einen besseren Wirkungsgrad und eine größere Benutzungsfreundlichkeit des Fahrrads.

Description

Die Erfindung betrifft ein höchst effizientes, aber einfaches Trethebelfahrrad, das sich gleichzeitig bestens dazu eignet, im Auto oder im ÖVN mitgeführt zu werden.

Es gibt inzwischen viele verschiedene Patente für Trethebelfahrräder, - was zeigt, daß der Tretkurbelantrieb als verbesserungsbedürftig empfunden wird, - die jedoch alle sehr komplizierte, neuartige Antriebsweisen verwenden. So etwa FR 234,785 von 1902, wo mit einem zusätzlichen Zahnrad gearbeitet wird, das zwischen erstem Zahnrad und dem das Hinterrad antreibendem Ritzel liegt. Meine Erfindung besteht dagegen in der einfachen Kombination des Trethebels mit dem heute üblichen direkten Zahnrad/Kette/Ritzel- Antriebssystem. Bei dem also das Ritzel direkt vom Zahnrad angetrieben wird. Damit dies funktioniert, muß allerdings pro Hebel mit je einem Zahnrad gearbeitet werden, die jeweils ein Ritzel antreiben, oder das Tretlager mit einem Freilauf versehen werden.

Weiterhin unterscheidet sich meine Erfindung, von den anderen Trethebel-Fahrrädern, insofern als daß ich diese erste Kombination von direktem Antriebssystem und Trethebel in einer zweiten Kombination mit einem deutlich verkleinertem Hinterrad verbinde, wodurch der Raum für das Zahnrad und der Raum für die langen Hebel gewonnen wird; und in einer dritten Kombination das Ganze mit einem radikal reduzierten Design des Rahmens verbinde.

Keines der vorliegenden Patente für Trethebelfahrräder weist eine grundsätzliche Auseinandersetzung mit dem Hebelgesetz und den physikalischen Gesetzen des Fahrradantriebs auf, wodurch der Eindruck entsteht, die Bedeutung des Hebels für den Fahrradantrieb sei bislang gar nicht verstanden worden, und die Wahl des Hebels sei rein zufällig.

Physikalisch stellt sich das Antriebs-Problem beim Fahrrad wie folgt dar:
Von zentraler Bedeutung für die Leistungsfähigkeit des Fahrrad-Antriebs ist eine bestimmte physikalische Größe: nämlich das Drehmoment "M".
Das Drehmoment wird berechnet: M = F mal L.
Dabei ist F die Kraft in "Newton" (N),
L die wirksame Hebellänge in Metern,
M das Drehmoment in "Newtonmetern" (Nm).

Das Drehmoment ist also das Produkt aus einer Kraft und einer Länge.

Geht man von einem Menschen mit einem Körpergewicht von 75 kg (= 750 N) aus, mit dem er sich (im besten rechten Winkel) direkt auf die Pedale stellen kann, und addiert hierzu noch ein Kraft von 150 N, die ein normaler ungeübter Mensch per Beinmuskelkraft über längere Zeit ausüben kann, so hat man eine Kraft "F", die in unserem Beispiel 900 N wäre.

Diese 900 N Pedaldruck wirken sich an einem Hebelarm aus, der in der günstigsten Stellung der Länge der Tretkurbel (0,170 m) entspricht. Demnach entsteht an der Tretkurbelwelle ein Drehmoment (M) von 153 Nm.

(M = 900 N mal 0,170 m = 153 Nm)

Allerdings gilt diese Rechnung nur für den Fall, daß im Stehen gefahren wird. Sitzt der Fahrer dagegen im Sattel, ist die Kraft wesentlich geringer. Dazu kommt, daß die Kraft am unteren und oberen Totpunkt der Kreisbewegung gleich Null ist und nur in einem etwa 45 Grad großen Winkel seine größte Wirkung erzielt, die im rechten Winkel zur Druckrichtung steht. Das volle Drehmoment ist durch die Kreisbewegung also nur in einer bestimmten Kurbelstellung und nur kurzfristig zu erzielen.

Das Sitzen beeinträchtigt die Leistung ebenso wie die Kreisbewegung der Kurbel. Die größte Beeinträchtigung der optimalen Kraftausübung liegt aber in dem kurzen Hebel von nur 17 cm begründet.

Verlängern wir den Hebel beispielsweise auf 90 cm, so ergibt sich eine ganz andere Rechnung: nämlich M = 900 N mal 0,90 m = 810 Nm. Wir erhalten also bei einem 90 cm langen Hebel ein Drehmoment von 810 Nm. Gegenüber 153 Nm bei einem herkömmlichen Hebel.

Verzichten wir dann noch auf die vollständige Kreisbewegung und nutzen nur den optimalsten Winkel dieser Bewegung, dann erhöhen wir die Leistung nochmal um etwa 35%. Geben wir dem Fahrer dann noch die Möglichkeit, bequem im Stehen zu fahren, ist mit einer Leistungssteigerung von etwa 50% zu rechnen. Durch die größere Effektivität ist es dann möglich, wesentlich weniger Tretbewegungen auszuführen, und/oder sich insbesondere bei langen Abfahrten und in Kurven auf dem "Notsitz" auszuruhen.

Tatsächlich ist eine solche langsam tretende Fahrweise, mit vielen kleinen Pausen, bei der das Eigengewicht eine größere Rolle spielt, für ungeübte Normalfahrer wesentlich sinnvoller als die pausenlosen, schnellen Drehbewegungen der Kurbel, die nur für Profis effektiv ist. Kein Amateur kann aus dem Stand 20 Minuten gleichmäßig und pausenlos treten, ohne dem Herzinfarkt Vorschub zu leisten.

Eine kleine Leistungssteigerung ist noch dadurch zu erzielen, daß die Hebel nicht synchronisiert werden. Während bei den synchronisierten Hebeln der Tretkurbel, der runterdrückende Hebel gleichzeitig den anderen Hebel hochdrückt und also dieselbe Muskulatur beansprucht wird, wird bei nichtsynchronisierten Hebeln diese Leistung durch andere Muskeln vollbracht. Weshalb Rennradfahrer ja auch ihre Füße fest an die Pedalen schnallen. Die Hebel können entweder durch eine Rückstellfeder oder mit den Füßen durch eine Rennrad-Schlaufe wieder in die Ausgangsposition gebracht werden.

Das Durchsinken der Hebel kann durch mechanische Stoppunkte verhindert werden.

Carbon ist viermal so hart wie Stahl und dabei viermal so leicht, d. h. insgesamt ungefähr achtmal so effektiv. Wir können deshalb bei Verwendung dieses Materials auf die Trapez- Bauweise des Stahlrohr-Fahrradrahmens verzichten und die Vorderrad/Gabel/Lenker- Einheit direkt mit einem einfachen, oder doppelten Carbon-Rohr mit der Hinterrad/Antriebs-Einheit verbinden.

Diese Hinterrad/Antriebseinheit zeichnet sich dadurch aus, daß das Hinterrad deutlich verkleinert ist. Das Antriebs-Zahnrad kann deshalb jetzt (etwas seitlich versetzt) über dem Hinterrad angebracht werden.

Um die Antriebskraft des kleineren Rades auszugleichen, wird die Übersetzung verändert. Man kann dazu das Ritzel, das das Hinterrad antreibt, verkleinern oder das Zahnrad vergrößern. Wir bekommen ganz nebenbei durch diese Bauweise die Möglichkeit der Verwendung einer ganz kurzen Kette, außerhalb des Bereichs, in dem der Fahrer Gefahr läuft, mit dieser Kette in Kontakt zu kommen.

Auch das Vorderrad kann verkleinert werden, jedoch sollte eine gewisse Mindestgröße nicht unterschritten werden, da man mit einem größeren Rad leichter über und durch kleine Schlaglöcher kommt. 16 Zoll für das Hinterrad und 24 Zoll für das Vorderrad dürften die besten Größen sein.

Um lange Hebel verwenden zu können, muß also das Zahnrad, an dem diese Hebel ihre Kraft ausüben, möglichst weit nach hinten gesetzt werden, gleichzeitig gibt uns genau dieses weit hinten sitzende Zahnrad die Möglichkeit, den Fahrradrahmen einfacher zu gestalten und zusammenschiebbar zu machen.

Um ein "Flattern" des Rahmens zu verhindern, ist durch die Bauweise darauf zu achten, daß der Fahrer in einer Weise nach vorn gebeugt auf den Hebeln steht, daß das Vorderrad möglichst stark belastet wird.

Ist eine solche stehende Fahrweise überhaupt bequem? In Fitness-Zentren stehen sog. Stepper, mit denen Treppensteigen simuliert wird, und die sehr bequem sind. Die Bewegung auf diesen Geräten dürfte in etwa der Bewegung entsprechen, die wir auf unserem neuen Trethebel-Fahrrad zu erwarten haben. Auch wenn man spazierengeht oder wandert, kann man üblicherweise mindestens 30 Minuten gehen, ohne dabei sitzen zu müssen.

Gleichzeitig erspart die stehende Fahrweise zumindest am Hinterrad jede Federung, weil die Kniegelenke diese Aufgabe übernehmen. Selbstverständlich kann es zusätzlich trotzdem gefedert werden.

Allerdings ist die Erfindung (schon auf Grund des schlechten Luftwiderstandes) weniger dazu gedacht, hohe Geschwindigkeiten zu erzielen, als vielmehr den ungeübten Alltagsradler in die Lage zu versetzen, endlich gemütlich (lautlos und lärmfrei) über längere Zeit auch bei Steigungen und Gegenwind eine Geschwindigkeit von 25 km/h aufrecht erhalten zu können und dabei gleichzeitig ein Fahrzeug zu besitzen, das leicht im Kofferraum verstaut oder auch in der Rush-Hour in den öffentlichen Nahverkehr mitgenommen werden kann.

Zwei schematische Zeichnungen (Figuren) mit beispielhaftem Charakter anbei.

Claims (2)

1. Ein vorwiegend im Stehen zu fahrendes Trethebelfahrzeug, das mit langen Hebeln arbeitet, die ein über dem Hinterrad (etwas versetzt) sitzendes Zahnrad in Rotation versetzen, das über eine Kette das Ritzel auf dem Hinterrad direkt antreibt, ohne daß die Kraft vorher über ein zusätzliches Zahnrad gelenkt wird.
Das unterscheidende Merkmal der Erfindung besteht in der Kombination (1) des Hebelantriebs mit dem direkten Zahnrad-Kette-Ritzel-Antrieb, in einer weiteren Kombination (2) dieser beiden Elemente mit einem verkleinerten Hinterrad, bei dem unmittelbar (etwas versetzt) das Zahnrad angebracht ist; und in einer dritten Kombination (3) mit einem radikal reduzierten Design des Rahmens, der hier nur noch aus einem Rohr besteht.

2. Ein vorwiegend im Stehen zu fahrendes Trethebelfahrzeug, das mit langen Hebeln arbeitet, die über Pleuelstangen, oder ähnliche Antriebsmethoden das Hinterrad antreiben.
Das unterscheidende Merkmal der Erfindung besteht in der Kombination der Trethebel mit einem radikal reduzierten Design des Rahmens, der hier nur noch aus einem Rohr besteht.