DE10319832A1

DE10319832A1 - Fahrrad mit verstellbarem Rahmen

Info

Publication number: DE10319832A1
Application number: DE2003119832
Authority: DE
Inventors: Karl Georg Gutbrod
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-25

Abstract

Ein Fahrrad, insbesondere Liegerad, mit variabler Fahrgeometrie zwischen einer erhöhten City-Stellung und einer extrem niedrigen Race-Stellung, umfaßt eine zentrale Baugruppe 1; eine Hinterradführung 2, die mittels eines Hinterradführungslagers 4 an der zentralen Baugruppe angelenkt ist; eine Einstellvorrichtung 5, mit der die Hinterradführung in verschiedenen Winkeln alpha bezüglich der zentralen Baugruppe einstellbar ist; eine Vorderradführung 6; eine Antriebsvorrichtung mit einem Pedalantrieb 9 und einer Übertragungsvorrichtung zur Übertragung einer auf den Pedalantrieb einwirkenden Antriebskraft zum Hinterrad; wobei das Tretlager 10 des Pedalantriebs an der zentralen Baugruppe angeordnet ist, und die Übertragungsvorrichtung einen ersten Abschnitt 11 und einen zweiten Abschnitt 12 und eine Umlenkvorrichtung aufweist, und der erste Abschnitt sich zwischen dem Pedalantrieb und der Umlenkvorrichtung, der zweite Abschnitt sich zwischen der Umlenkvorrichtung und dem Hinterrad erstreckt, und der Umlenkwinkel zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt von dem Winkel alpha zwischen der Hinterradführung 2 und der zentralen Baugruppe 1 abhängt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad, insbesondere ein Liegerad, mit einem verstellbaren Rahmen, zur Veränderung der Fahreigenschaften. Hierunter ist einerseits eine Variation des Radstandes und andererseits eine Variation der Sitzposition zu verstehen, wobei ein langer Radstand in Kombination mit einer tiefliegenden Sitzposition insbesondere für eine sportliche Fahrweise zur schnellen Bewältigung großer Strecken geeignet ist, und ein kurzer Radstand in Kombination mit einer erhöhten bzw. aufrechten Sitzposition Vorteile für den Stadtverkehr aufweist, wo größerer Wendigkeit und häufiges Auf- und Absteigen erforderlich ist.

Ein entsprechendes Fahrrad ist beispielsweise von Leutz in der deutschen Patentanmeldung DE 197 39 945 A1 offenbart. Hierbei wird zur Veränderung der Rahmengeometrie die Hinterradgabel um eine horizontale Achse geschwenkt, die senkrecht zur Fahrtrichtung unter dem Fahrersitz verläuft. Das Fahrrad nach Leutz weist jedoch einige erhebliche Nachteile auf. Für eine einfache Verschwenkbarkeit der Hinterradgabel wird ein Vorderradantrieb gewählt, bei dem das Tretlager an dem um die Lenkachse verschwenkbaren vorderen Rahmenteil angebracht ist. Dadurch kann zwar auf eine variable Umlenkung der Antriebskette verzichtet werden jedoch erfordert dies eine aufwendige Vorderradstabilisierung. Hierbei wird für die Liegeposition ein großer Nachlauf mit einem Sturz der Lenkachse von etwa 49° gegenüber der Vertikalen gewählt. Die große Variationsbreite des Sturzes über 35° zwischen etwa 14° und 49° begrenzt jedoch die Möglichkeit, bei großen Sturzwinkeln die Lenkung durch eine hinreichende Kröpfung zu stabilisieren, wenn nicht beim kleinsten Sturzwinkel von 14° ein „Vorlauf" anstelle eines Nachlaufs auftreten soll. Dadurch wird die Rückstellung der Lenkung in der Liegeposition erschwert. Leutz sieht daher Federn zur Rückstellung der Lenkung vor, deren Vorpannung dabei über eine aufwendige und anfällige Konstruktion für die verschiedenen Rahmengeometrien eingestellt wird.

Willems offenbart in dem deutschen Gebrauchsmuster 92 12214 ebenfalls ein Fahrrad mit variabler Rahmengeometrie. Bei dem Fahrrad nach Willems wird zur Variation der Rahmengeometrie ebenfalls die Hinterradgabel bzw. ein hinterer Rahmenteil, der die Hinterradgabel umfaßt, um eine horizontale Achse verschwenkt, die sich senkrecht zur Fahrtrichtung erstreckt, jedoch ist der hintere Rahmenteil sehr lang, und die horizontale Achse ist extrem weit vorne in der Nähe des Lenkkopfes der Vorderradgabel. Das Fahrrad nach Willems hat einen Kettenantrieb, dessen vorderes Kettenblatt und dessen Pedalachse in etwa mit der horizontalen Achse an dem vorderen Ende des hinteren Rahmenteils noch vor dem Lenkkopf der Vorderradgabel angeordnet sind. Da das vordere Kettenblatt am gleichen Bauteil wie das Hinterrad angeordnet ist, bleibt der Abstand zwischen dem vorderen Kettenblatt und dem Kettenblatt des Hinterrads konstant, so daß die Kettenspannung unabhängig von der gewählten Rahmengeometrie ist. Das Fahrrad nach Willems ist insofern nachteilig, als die Variationen des Radstandes im wesentlichen durch Veränderungen des Neigungswinkels der Vorderradgabel und damit des Sturzes der Lenkachse herbeigeführt werden. Dem sind aufgrund des Einflusses auf die Lenkstabilität enge Grenzen gesetzt. Um mit der gewählten Variationsbreite des Sturzes die Sitzhöhe über einen großen Bereich variieren zu können, ist der Sitz auf dem hinteren Ende eines langen Auslegers angebracht, der an seinem vorderen Ende mit dem Lenkkopf fest verbunden ist. Zwischen der Hinterradgabel und dem hinteren Ende des Auslegers ist eine Stütze variabler Länge angeordnet. Aufgrund der großen Länge des Auslegers sind Verwindungen zu erwarten.

Im Ergebnis lassen die bekannten Fahrräder mit variabler Rahmengeometrie viel zu wünschen übrig. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Fahrrad bereitzustellen, welches die obigen Nachteile überwindet.

Die Aufgabe wird gelöst durch das Fahrrad gemäß des unabhängigen Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Fahrrad mit einer variablen Fahrgeometrie umfaßt: eine zentrale Baugruppe;
eine Hinterradführung mit einer Halterung für eine Hinterradachse, wobei die Hinterradführung mittels eines Hinterradführungslagers dessen Achse im wesentlichen parallel zur Hinterradachse verläuft, an der zentralen Baugruppe angelenkt ist;
eine Einstellvorrichtung, mit denen die Hinterradführung in verschiedenen Winkeln α bezüglich der zentralen Baugruppe einstellbar ist;
eine Vorderradführung mit einer Halterung für eine Vorderradachse, welche mittels einer Lenkachse an der zentralen Baugruppe angelenkt ist;
eine Antriebsvorrichtung mit
einem Pedalantrieb welcher ein Tretlager und mindestens ein Einkopplungsglied aufweist, und
einer Übertragungsvorrichtung zur Übertragung einer auf den Pedalantrieb einwirkenden Antriebskraft von dem Einkopplungsglied zu einem mit dem Hinterrad verbundenen Auskopplungsglied, dadurch gekennzeichnet,
daß das Tretlager des Pedalantriebs an der zentralen Baugruppe angeordnet ist, und daß die Übertragungsvorrichtung einen ersten Abschnitt, mindestens einen zweiten Abschnitt und mindestens eine Umlenkvorrichtung aufweist, wobei sich der erste Abschnitt zwischen dem Einkopplungsglied und der Umlenkvorrichtung und der zweite Abschnitt zwischen der Umlenkvorrichtung und dem Auskopplungsglied erstreckt, wobei der Umlenkwinkel γ zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt von dem Winkel α zwischen der Hinterradführung und der zentralen Baugruppe abhängt.

Die zentrale Baugruppe, die auch Mittelrahmen bezeichnet wird, kann in jeder im Fahrradbau üblichen Weise realisiert werden, z.B. als Rückgratrohrrahmen mit einem Rohr beliebigen Querschnitts, als Gitterrohrrahmen oder als Baugruppe mit flächigen Formteilen, die beispielsweise hinsichtlich der Aerodynamik optimiert sein können.

Die Antriebsvorrichtung kann jede der bekannten Antriebsformen umfassen, d.h. sie kann beispielsweise einen Kettenantrieb, einen Zahn- oder Keilriemenantrieb oder einen Wellenantrieb aufweisen. Die Einkopplungs- und Auskopplungsglieder können entsprechend der gewählten Antriebsform Kettenblätter, Riemenscheiben oder geeignete Getriebeelemente, für einen Wellenantrieb sein, die mit der Pedalantrieb bzw. mit dem Hinterrad gekoppelt sind. Das Einkopplungsglied ist bevorzugt auf der Tretlagerachse angeordnet. Entsprechend ist das Auskopplungsglied bevorzugt auf der Hinterradachse angeordnet und mit der Hinterradnabe gekoppelt.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden elektrische oder mit Brennstoff betriebene Antriebe eingesetzt, die an der zentralen Baugruppe oder anderweitig angeordnet sein können, wobei Sitzhöhe und Radstand gleichermaßen verstellbar sind. Solche Antriebe können beispielsweise ergänzend zum Pedalantrieb vorgesehen werden, um den Benutzer bei Spitzenlasten, wie sie u.a. bei Steigungen auftreten, zu unterstützen. Hierzu sind insbesondere elektrische Antriebe geeignet.

Im Tretlager und/oder in der Hinterradnabe kann ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, angeordnet sein, um variable Übersetzungen zwischen dem Pedalantrieb und dem Hinterradantrieb zu erzielen. Gleichermaßen kann bei einem Kettenantrieb das Auskopplungsglied und/oder das Einkopplungsglied in bekannter Weise mehrere Kettenblätter aufweisen, wobei die Führung die Antriebskette über jeweils eines der Kettenblätter mittels eines Umwerfers steuerbar ist.

Die Ausgestaltung der Umlenkvorrichtung hängt von der gewählten Antriebsform ab. Vorzugsweise ist die Umlenkvorrichtung jedoch im Bereich bzw. in der Nähe der Achse des Hinterradführungslagers angeordnet. Sofern die Umlenkvorrichtung eine eindeutig definierbare Umlenkachse aufweist, ist es derzeit bevorzugt, daß die Umlenkachse mit der Achse des Hinterradführungslagers fluchtend bzw. in deren unmittelbarer Nähe angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht daß sich der Abstand zwischen der Hinterradachse und der Umlenkvorrichtung bzw. der Abstand zwischen der Tretlagerachse und der Umlenkvorrichtung bei einer Veränderung des Winkels α zwischen der Hinterradführung und der zentralen Baugruppe nicht bzw. wenig ändert. Beispielsweise ist die Position der Umlenkachse so gewählt, daß sich keiner der genannten Abstände über den gesamten einstellbaren Winkelbereich für den Winkel α im Fahrbetrieb um mehr als 5%, weiter bevorzugt um nicht mehr als 2,5% ändert. Die Achse der Umlenkvorrichtung kann auch in der Nähe der Achse des Hinterradführungslagers parallel zu dieser geführt werden. Dies kann beispielsweise bei Übertragungsvorrichtungen mit Kettenantrieb vorteilhaft zur Vermeidung von Kettenschwingungen sein. In einer Ausgestaltung der Erfindung schneidet beispielsweise der Umfang eines Zahnrades bzw. eines Kettenblatts einer Umlenkvorrichtung die Achse des Hinterradführungslagers. Bei diesem Beispiel schneidet der Umfang vorzugsweise in seiner oberen Hälfte bzw. in seinem oberen Drittel die Achse des Hinterradführungslagers, soweit der Antriebskraft über den oberen Kettenstrang der Kette übertragen wird. Der Begriff „in der Nähe" der Achse des Hinterradführungslagers kann insoweit beispielsweise bedeuten, daß die Achse der Umlenkvorrichtung nicht mehr als zwei Radien eines Zahnrads der Umlenkvorrichtung, vorzugsweise nicht mehr als 1,5 Radien und weiter bevorzugt nicht mehr als 1,2 Radien von der Achse des Hinterradführungslagers verläuft.

Bei einer Übertragungsvorrichtung mit Kettenantrieb umfaßt die Umlenkvorrichtung ein erstes und ein zweites Zahnrad, die auf der Umlenkachse angeordnet und miteinander gekoppelt sind. Die Kopplung kann beispielsweise über eine Welle erfolgen, mit der das erste und das zweite Zahnrad starr verbunden sind, oder über ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe. Im beschriebenen Fall umfaßt der erste Abschnitt der Übertragungsvorrichtung eine erste Kette, die sich zwischen dem Einkopplungsglied und dem ersten Zahnrad der Umlenkvorrichtung erstreckt, und eine zweite Kette, die sich zwischen dem zweiten Zahnrad der Umlenkvorrichtung und dem Auskopplungsglied erstreckt. Die erforderlichen Umgestaltungen Für eine Übertragungsvorrichtung mit Riemenantrieb ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres.

Für eine Übertragungsvorrichtung mit Wellenantrieb umfaßt der erste Abschnitt eine erste Welle und der zweite Abschnitt eine zweite Welle. Beispielsweise können die erste Welle und die zweite Welle an ihren der Umlenkvorrichtung zugewandten Enden jeweils ein Zahnrad, insbesondere ein Kegelrad, aufweisen, welches mit einem komplementären Zahnrad bzw. einem komplementären Zahnradkäfig der Umlenkvorrichtung in Eingriff gelangt. Unter Zahnradkäfig ist in diesem Zusammenhang eine Anordnung von mehreren Zahnrädern, vorzugsweise zwei Zahnrädern zu verstehen, deren Rotationsachsen fluchten und bevorzugt mit der Umlenkachse zusammenfallen. Anstelle der beschriebenen Kopplung mit Zahnrädern zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle kann auch eine Kopplung mit einem bzw. zwei Universalgelenken, bzw. Kardangelenken erfolgen. In diesem Falle umfaßt die Umlenkvorrichtung das eine bzw. die zwei Kardangelenke.

Sofern ein Universalgelenk bzw. Kardangelenk verwendet wird, sollten die Wellen so gelagert sein, daß das Universalgelenk in etwa mit der Achse des Hinterradführungslagers fluchtet.

Zwei Kardangelenke sind dann vorzuziehen, wenn der Umlenkwinkel γ zwischen der Achse der ersten Welle und der Achse der zweiten Welle bei mindestens einem Winkel α so groß ist, daß die Kopplung zwischen der ersten Welle und der zweiten Welle nicht mehr ohne weiteres möglich ist. In diesem Falle können die zwei Universalgelenke an den beiden Enden einer Zwischenwelle angeordnet sein, deren Rotationsachse in der Ebene angeordnet ist, die durch die Achsen der ersten Welle und der zweiten Welle definiert ist. Die Zwischenwelle ist bevorzugt um eine Zwischenwellenquerachse senkrecht zu ihrer Längsachse verschwenkbar, wobei die Zwischenwellenquerachse etwa auf der halben Länge der Zwischenwelle angeordnet ist. Die Zwischenwellenquerachse kann als Umlenkachse aufgefaßt werden und sollte vorzugsweise in etwa mit der Achse des Hinterradführungslagers fluchten. Die bei dieser Ausführungsform auftretenden Abstandsänderungen zwischen dem Einkopplungsglied bzw. dem Auskopplungsglied und jeweils über eine Welle damit gekoppelten Universalgelenk können durch Wellen mit variabler axialer Länge ausgeglichen werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Antriebsvorrichtung und/oder die Übertragungsvorrichtung und/oder die Umlenkvorrichtung zumindest teilweise in Hohlräumen im Inneren der zentralen Baugruppe bzw. im Inneren der Hinterradführung angeordnet, bzw. vollständig in diesen Hohlräumen gekapselt.

Die Hinterradführung kann eine Hinterradgabel oder einen einarmigen Hinterradausleger umfassen. Die Hinterradführung kann ein hinreichend groß bemessenes Hohlprofil aufweisen, so daß der zweite Abschnitt der Übertragungsvorrichtung im Inneren des Hohlprofils angeordnet ist.

Die Einstellvorrichtung zur Einstellung des Winkels α der Hinterradführung bezüglich der zentralen Baugruppe kann je nach Ausführungsform den Winkel α entweder starr einstellen oder als Gleichgewichtslage für eine elastisch federnde Hinterradführung vorgeben. Grundsätzlich sind alle Einstellvorrichtungen geeignet, welche den beschriebenen Zweck erfüllen, wobei u.a. die folgenden Ausgestaltungen zu erwägen sind.

In einer einfachen Variante ist auf der Achse der Hinterradführung eine Klemmvorrichtung, beispielsweise Klemmschraube oder ein Schnellspanner, angeordnet, mittels derer die Hinterradführung bei einem gewählten Winkel α feststellbar ist. Zur Fixierung des Winkels sind in diesem Fall beispielsweise an einer hinterradführungsseitigen Anschlagfläche, die von der Klemmvorrichtung gegen eine komplementäre Anschlagfläche an der zentralen Baugruppe gepreßt wird, Rastmittel vorgesehen, die für verschiedene abgestufte Winkel α mit komplementären Rastmitteln auf der komplementären Anschlagfläche in Eingriff gelangen.

In anderen Ausführungsformen umfaßt die Einstellvorrichtung ein feststellbares Teleskopbein welches sich zwischen einem ersten Teleskopbeinlager an der zentralen Baugruppe und einem zweiten Teleskopbeinlager an der Hinterradführung erstreckt. Das Teleskopbein dient als variable Seite eines Dreiecks, dessen Eckpunkte durch das erste und das zweite Teleskopbeinlager und durch die Achse des Hinterradführungslagers gebildet werden. Um den Winkel α effektiv zu kontrollieren zu können, sollte der Winkel des oben definierten Dreiecks bei der Achse des Hinterradführungslagers für alle Fahrgeometrien deutlich kleiner als 180° sein. Um dies konstruktiv zu gewährleisten, können an der Hinterradführung und/oder an der zentralen Baugruppe Ausleger angeordnet sein, welche sich im wesentlichen in einer Ebene senkrecht zur Achse des Hinterradführungslagers erstrecken. In diesem Fall ist das zweite bzw. das erste Teleskopbeinlager an diesen Auslegern angeordnet. Zur Kontrolle größerer Winkelbereiche mit einem Teleskopbein, kann die Einstellvorrichtung neben dem Teleskopbein ein viergliedriges Gelenkgetriebe aufweisen, welches die Hinterradführung mit der zentralen Baugruppe koppelt. Das Teleskopbein kontrolliert in diesem Fall die Ausrichtung eines Gliedes des viergliedrigen Gelenkgetriebes.

Das Teleskopbein kann entweder eine variabel einstellbare starre Länge aufweisen, oder es kann eine variabel einstellbare Gleichgewichtslänge definieren, um welche die Länge elastisch variieren kann. Eine elastische Federung der Hinterradführung um den Gleichgewichtswinkel kann auch dadurch erreicht werden, daß ein Glied der Gelenkkette eine elastisch variable Länge aufweist.

Optional kann das Teleskopbein einen elastischen Energiespeicher, insbesondere eine Gasdruckfeder, aufweisen, wobei der Energiespeicher die bei der Einstellung der Gleichgewichtslage eingeleitete elastische Energie speichert. Vorzugsweise wird die Energie beim Absenken des Fahrrads, das heißt beim Vergrößern des Winkels α zwischen der Hinterradführung und der zentralen Baugruppe gespeichert. Damit steht die Energie zum Anheben des Fahrrades wieder bereit.

Die Vorderradführung umfaßt vorzugsweise eine Vorderradgabel, die in einer Lenkachse angelenkt ist. Die Lenkachse weist gegenüber der Senkrechten einen Sturz um einen Winkel θ auf, der von dem Winkel α abhängt. Ein großer Sturz in Verbindung mit einer hinreichenden Kröpfung stabilisiert den Geradeauslauf, wobei das mögliche Ausmaß der Kröpfung durch die Variation des Sturzes θ begrenzt ist. Dies spricht dafür, den Sturz θ nur über einen kleinen Winkelbereich variieren zu lassen, der vorzugsweise 25°, weiter bevorzugt 18°, besonders bevorzugt 14° und ganz besonders bevorzugt 10° nicht überschreitet. Hierzu gibt es unterschiedliche Ansätze. Der Abstand zwischen der Vorderradachse und der Achse des Hinterradführungslagers kann beispielsweise um einen Faktor F größer sein, als der Abstand zwischen der Hinterradachse und der Achse des Hinterradführungslagers. Dieser Faktor F beträgt bevorzugt mindestens 1,5, weiter bevorzugt mindestens 1,8 und besonders bevorzugt mindestens 2,2. Der Faktor hängt im einzelnen von der Variabilität des Winkels α ab, wobei diese zur angestrebten Veränderbarkeit von Sitzhöhe und Radstand einen Winkelbereich von bevorzugt mindestens 30°, weiter bevorzugt von mindestens 45° und besonders bevorzugt von mindestens 60° umfaßt.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Neigungswinkel der Lenkachse bezüglich der zentralen Baugruppe veränderlich um eine Veränderung des Neigungswinkels der zentralen Baugruppe nicht vollständig auf den Sturz der Lenkachse zu übertragen. Hierzu kann die Lenkachse beispielsweise um eine Querachse schwenkbar sein, wobei der Winkel zwischen der Lenkachse und der zentralen Baugruppe vorzugsweise über eine geeignete Kopplung von dem Winkel α abhängt. Die Kopplung ist hierbei vorzugsweise so gewählt, daß bei einer Variation des Winkels α über den gesamten Winkelbereich der Sturz bezüglich der Vertikalen um nicht mehr als die zuvor genannten Werte verändert wird.

Der Lenkwinkel ϕ der Vorderradführung kann beispielsweise über eine beliebige Lenkerstange kontrolliert werden. Hierzu kann beispielsweise eine Lenkerstange direkt an der Vorderradführung montiert sein, oder die Lenkerstange kann über geeignete Kopplungsmittel mit der Vorderradführung verbunden sein und beabstandet zur Lenkerachse um eine Lenkerhilfsachse drehbar an der zentralen Baugruppe angeordnet sein.

Das erfindungsgemäße Fahrrad kann auch als Dreirad oder als Vierrad mit zwei Hinterrädern und/oder zwei Vorderrädern gestaltet werden. In diesem Fall sind geeignete verbindende Lenkmittel, insbesondere verbindende Lenkstangen, zwischen den Vorderrädern vorzusehen. Die notwendige Kurvenstabilität wird durch ein geeignetes Verhältnis zwischen der maximalen Sitzhöhe und der Spurbereite bzw. der Achslänge des Fahrrads vorgegeben.

Das Tretlager des Pedalantriebs kann an beliebigen Positionen an der zentralen Baugruppe angeordnet sein. Insbesondere kann es sowohl hinter als auch vor der Vorderradführung angeordnet sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigt:

1a: ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrrads in einer erhöhten Einstellung für den Stadtverkehr (City-Stellung);
1b: das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrrads aus 1a in einer mittleren Einstellung für Überlandfahrten (Tour-Stellung);
1c: das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrrads aus 1a und 1b in einer niedrigen Einstellung für sportliches Fahren (Race-Stellung);
2: eine Detailansicht eines Vierergelenkgetriebes zur Kontrolle des Winkels zwischen der Hinterradführung und der zentralen Baugruppe;
3: eine Detailansicht zur Kopplung des Neigungswinkels des Lenkkopfes bezüglich der zentralen Baugruppe mit dem Winkel zwischen der Hinterradführung und der zentralen Baugruppe; und
4: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fahrrades mit variablem Lenkkopfwinkel.
Die 1a bis 1c zeigen verschiedene Einstellungen für die Fahrgeometrie eines erfindungsgemäßen Fahrrads, nämlich eine Einstellung mit kurzem Radstand, erhöhter Sitzposition und geringem Sturz (City-Stellung, 1a); eine Einstellung mit mittlerem Radstand, mittlerer Sitzposition und mittlerem Sturz (Tour-Stellung, 1b); sowie eine Einstellung mit langem Radstand, niedriger Sitzposition und großem Sturz (Race-Stellung, 1c). Das gezeigte Fahrrad weist als zentrale Baugruppe 1 einen Rückgratrohrrahmen auf, bei dem das Rückgratrohr beispielsweise polygonale, insbesondere trapezförmige oder rechteckige Querschnitte aufweist. Am hinteren Ende des Rückgratrohrrahmens ist ein Hinterradführungslager 4 für die Hinterradführung 2 angeordnet. Die Hinterradführung 2 umfaßt in diesem Ausführungsbeispiel eine Hinterradgabel, welche an dem Hinterradführungslager angelenkt ist. Der Winkel α zwischen der Hinterradgabel und dem Rückgratrohr ist mit einer Einstellvorrichtung variabel einstellbar, wobei die Einstellvorrichtung hier eine teleskopierbares Federbein 5, beispielsweise eine Gasdruckfeder, umfaßt, so daß die Hinterradführung im Betrieb um den jeweils eingestellten Winkel α elastisch schwingen kann, um beispielsweise Stöße von Fahrbahnunebenheiten abzufangen. Die Hinterradgabel umfaßt zumindest auf einer Seite einen rohrartigen Arm zur Aufnahme des hinteren Abschnitts einer Übertragungsvorrichtung.
Die Antriebsvorrichtung umfaßt einen Pedalantrieb 9 dessen Achse mittels eines Tretlagers 10 an dem Rückgratrohr angeordnet ist. Als Einkopplungsglied ist hier ein Kettenblatt oder optional ein Kettenblattsatz zur Variation des Übersetzungsverhältnis vorgesehen, wobei das Kettenblatt bzw. der Kettenblattsatz auf der Achse des Pedalantriebs angeordnet ist. Falls ein Kettenblattsatz vorgesehen ist, sind die dem Fachmann geläufigen Schaltmittel und Umwerfer zur Auswahl der jeweils geeigneten Kettenblätter bereitzustellen. In einer alternativen Ausgestaltung ist auf der Achse des Pedalantriebs ein schaltbares Planetengetriebe zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen den Pedalen und dem Kettenblatt angeordnet.
An der Hinterradgabel ist ein Hinterrad 13 mit einer Hinterradachse 3 gehaltert, wobei auf der Hinterradachse 3 als Auskopplungsmittel ein Kettenblatt oder ein Kettenblattsatz angeordnet ist, welches bzw. welcher mit dem Hinterrad gekoppelt ist. Analog zum Pedalantrieb kann in einer alternativen Ausgestaltung auf der Hinterradachse 3 ein schaltbares Planetengetriebe zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen einem Kettenblatt auf der Hinterradachse und dem Hinterrad 13 vorgesehen sein.
Die Übertragung der Antriebsenergie zwischen dem Einkopplungsglied, hier also einem pedalseitigen Kettenblatt, und dem Auskopplungsglied, hier also einem hinterradseitigen Kettenblatt, erfolgt durch eine zweiteilige Übertragungsvorrichtung die in diesem Ausführungsbeispiel eine vordere Kette 11 und eine hintere Kette 12 umfaßt. Die vordere Kette 11 wird von dem pedalseitigen Kettenblatt angetrieben und treibt ihrerseits ein Kettenblatt einer Umlenkvorrichtung an, welche im einfachsten Fall eine Welle mit zwei starr darauf angeordneten Kettenblättern umfaßt, wobei das erste Kettenblatt von der vorderen Kette angetrieben wird, und das zweite Kettenblatt die hintere Kette 12 antreibt, welche sich zum hinterradseitigen Kettenblatt erstreckt. Die Achse der Welle ist auf der Achse des Hinterradführungslagers angeordnet. Zur Variation des Übersetzungsverhältnis zwischen der vorderen Kette und der hinteren Kette kann die Umlenkvorrichtung ebenfalls ein schaltbares Planetengetriebe umfassen.
Die Übertragungsvorrichtung, d.h. die vordere Kette 11, die hintere Kette 12 und die Umlenkvorrichtung sind bei der beschriebenen Ausführungsform weitestgehend in den Rahmenkomponenten, d.h. in dem Rückgratrohr der zentralen Baugruppe 1 und in dem als rohrförmigen Arm der Hinterradgabel 2 gekapselt. Die Kapselung hat den Vorteil, daß einerseits der Wartungsaufwand erheblich reduziert ist, und daß andererseits für den Benutzer des Fahrrads keine Verschmutzungsgefahr besteht.
Die Anordnung der Umlenkvorrichtung auf der Achse des Hinterradführungslagers 4 bewirkt, daß durch die Umlenkvorrichtung keinerlei Beschränkung der Verschwenkbarkeit der Hinterradgabel 2 bezüglich der zentralen Baugruppe 1 erfolgt. Die Hinterradgabel kann zum Verstauen des Fahrrads sogar so weit an die zentrale Baugruppe herangeschwenkt werden, daß der Winkel α kleiner als 60°, vorzugsweise kleiner als 45° und weiter bevorzugt kleiner als 30° ist. Hierzu muß bei der in 1a bis 1c dargestellten Ausführungsform die Einstellvorrichtung 5 ausgekoppelt werden.
Von den drei beschriebenen möglichen Positionen für Planetengetriebe ist jede beliebige Kombination von keinem, einem, zwei oder drei Planetengetrieben möglich. Bei der Verwendung mehrerer Planetengetriebe kann eine differenziertere Abstufung der Übersetzungsverhältnisse erzielt werden, ohne daß ein einzelnes Planetengetriebe einen zu komplexen Aufbau erhält.
Die Vorderradführung 6 umfaßt bei der dargestellten Ausführungsform eine Vorderradgabel, welche in einem Lenkkopf angelenkt ist, der starr mit dem Rückgratrohrrahmen der zentralen Baugruppe 1 verbunden ist. Hierdurch ist der Winkel λ zwischen der Lenkachse 8 und der zentralen Baugruppe 1 fest vorgegeben. Eine Veränderung des Winkels α durch Verschwenken der Hinterradführung wirkt sich daher unmittelbar auf den Sturz θ aus. Aufgrund der Tatsache daß der Abstand zwischen der Hinterradachse 3 und dem Hinterradführungslager 4 wesentlich kleiner ist als der Abstand zwischen der Vorderradachse 7 und dem Hinterradführungslager ist die Veränderung des Sturzes θ jedoch erheblich geringer als die Veränderung des Winkels α. Dies ist insofern beachtlich, als die Veränderung des Sturzes einen erheblichen Einfluß auf die Lenkstabilität hat.
Die Vorderradgabel des Ausführungsbeispiels in 1a bis 1c weist keine Kröpfung auf. Selbstverständlich können bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad auch Vorderradführungen mit Kröpfung zum Einsatz kommen. Der Sturz θ und die Kröpfung sind jedoch auf den angestrebten Verschwenkungsbereich des Winkels α abzustimmen, daß auch bei der steilsten Stellung der Lenkachse, also dem kleinsten Wert für θ, vorzugsweise noch ein minimaler Nachlauf, keinesfalls aber ein Vorlauf auftritt. Der Begriff Nachlauf bezeichnet den Abstand zwischen dem Fußpunkt des Vorderrads auf der Fahrbahn bei der Geradeausstellung der Lenkung und dem Schnittpunkt der Lenkachse mit der Fahrbahnebene, wobei der Fußpunkt des Vorderrades hinter dem Schnittpunkt liegen muß. Vorlauf bedeutet, daß der beschriebene Fußpunkt vor dem Schnittpunkt liegt.
Auf dem Rückgratrohr 1 ist ein Sitz 15 mit einer Rückenlehne angeordnet. Der Sitz 15 ist auf dem Rückgratrohr 1 in Längsrichtung verschiebbar um für unterschiedlich große Benutzer eingestellt werden zu können. Vorzugsweise ist die Neigung der Sitzfläche und der Rückenlehne des Sitze variabel zur Anpassung an die Präferenzen des Benutzers einerseits und die jeweils eingestellte Rahmengeometrie andererseits.
2 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Einstellvorrichtung zur Kontrolle des Winkels α. Diese Einstellvorrichtung umfaßt neben einem teleskopierbaren Federbein 5 ein Vierergelenkgetriebe, dessen Einstellung von dem Federbein 5 kontrolliert wird. Das Vierergelenk umfaßt ein Führungsglied 41 mit zwei Armen, welche jeweils von einem Führungsgliedlager 48 links und rechts des Rückgratrohrs angelenkt sind. Das Führungsglied 41 trägt zwischen den Armen eine Welle 47, an der ein erstes Ende des Federbeins 5 gelagert ist. Das zweite Ende des Federbeins 5 ist in einem Lager 20 an dem Rückgratrohr 1 angelenkt. An der Welle 47 ist weiterhin das erste Ende eine Schubstange 42 angelenkt, deren zweites Ende in einem Auslegerlager 46 angelenkt ist, welches an einem Ausleger 43 der Hinterradgabel oberhalb des Hinterradführungslagers positioniert ist. Der Abstand zwischen dem Führungsgliedlager 48 und der Welle 47 ist größer als der Abstand zwischen dem Hinterradführungslager 4 und Auslegerlager 48. Zudem ist der Abstand zwischen der Welle 47 und dem Auslegerlager 46 größer als der Abstand zwischen dem Hinterradführungslager 4 und dem Führungsgliedlager 48. Auf diese Weise kann mit einer vergleichsweise geringen Verdrehung des Führungsglieds eine große Veränderung des Winkels α bewirkt werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als zwischen dem Führungsglied 41 und dem Teleskopfederbein 5 immer ein solcher Winkel vorliegt, daß mit der Kraft des Federbeins ein ausreichendes Drehmoment zur Kontrolle des Winkels α gegeben ist. Bei einer entsprechenden Anpassung der Längenverhältnisse zwischen den Komponenten des Vierergelenks kann eine Verschwenkung der Hinterradführung über einen Winkelbereich von bis zu etwa 180° mit dem Teleskopfederbein kontrolliert werden. Somit sind Einstellungen für den Fahrbetrieb und das Zusammenfalten zum Verstauen des Fahrrads mit dem Teleskopfederbein kontrollierbar.
3 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung, wobei dieses Ausführungsbeispiel einen Lenkkopf mit variablem Winkel λ bezüglich der zentralen Baugruppe 1 aufweist. Wie weiter oben diskutiert, bewirkt ein Verschwenken der Hinterradführung 2 um das Hinterradführungslager 4 eine Veränderung des Sturzes, also des Winkels θ zwischen der Vertikalen und der Lenkachse. Während dies bis zu einem gewissen Grad erwünscht ist, ist es ratsam, den Variationsbereich des Sturzwinkels θ zumindest in dem Maße zu begrenzen, daß einerseits bei der steilsten Stellung der Lenkachse noch ein Nachlauf des Vorderrads gegeben ist und daß andererseits auch bei flachster Stellung noch eine einfache Rückstellung der eingeschlagenen Lenkung zum Geradeauslauf bewirkt werden kann. Dies wird bei der beschriebenen Weiterbildung erreicht, indem der Winkel λ durch eine geeignete Kopplung in Abhängigkeit des Winkels α verändert wird. Hierzu ist der Lenkkopf 32 in einem Lenkkopfkipplager 33 dessen Achse parallel zur Achse des Hinterradführungslagers 4 verläuft, am vorderen Ende der zentralen Baugruppe 1 angelenkt. Zur Kontrolle des Winkels λ weist der Lenkkopf unterhalb des Lenkkopfkipplagers 33 ein Lenkkopfkontrolllager 51 auf, an dem eine Lenkkopfstange 50 mit ihrem ersten Endabschnitt angelenkt ist. Die Lenkkopfstange ist mit ihrem zweiten Endabschnitt mit der Einstellvorrichtung zur Kontrolle des Winkels α gekoppelt. Die Einstellvorrichtung gemäß dieser Ausgestaltung entspricht im wesentlichen der Einstellvorrichtung des Ausführungsbeispiels aus 2 mit einem Vierergelenkgetriebe. Lediglich das Führungsglied 41 ist anders gestaltet. Das Führungsglied 41 weist unterhalb des Führungsgliedlagers 48 einen unteren Abschnitt auf, an dem ein Lenkkopfstangenlager 49 angeordnet ist. Die Lenkkopfstange 50 ist mit ihrem zweiten Endabschnitt an dem Lenkkopfstangenlager 49 angelenkt. Wenn der Hinterradwinkel α verkleinert werden soll, muß das Führungsglied 41 bezüglich der Zeichnungsebene der 3 eine leichte Linksdrehung vollführen. Über die Lenkkopfstange 50 wird auch eine Linksdrehung des Lenkkopfes 32 um das Lenkkopfkipplager erzwungen. D.h., der Winkel λ wird verkleinert. Die Verkleinerung des Sturzwinkels θ die mit der Verkleinerung des Winkels α einhergeht wird dadurch abgemildert. Das Ausmaß der Veränderung des Winkels λ ist veränderbar, da der Abstand des Lenkkopfstangenlagers 49 vom Führungsgliedlager 48 mit einer Stellschraube 52 variabel einstellbar ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Neigung des Sitzes durch Ankopplung an die Einstellvorrichtung für den Winkel α ebenfalls automatisch an die aktuelle Fahrgeometrie angepaßt werden.
4 zeigt schließlich schematisch einen weiteren Rahmen eines erfindungsgemäßen Fahrrads 100. An der zentralen Baugruppe 101 sind einerseits eine Hinterradführung 102 in einem Hinterradführungslager 104 und andererseits ein Vierergelenkgetriebe zur Veränderung des Kippwinkels des Lenkkopfs 108 angelenkt. Das Vierergelenk umfaßt neben einem Abschnitt der zentralen Baugruppe und dem Lenkkopf ein erstes Lenkkopfkippwinkelsteuerglied 106 und ein zweites Kippwinkelsteuerglied 107. Das erste Lenkkopfkippwinkelsteuerglied 106 ist über eine Lenkkopfstange 109 mit der Hinterradführung 102 gekoppelt. Weitere Einzelheiten, wie die Einstellvorrichtung und der Antrieb, sind in der Zeichnung zum Zwecke der Übersichtlichkeit nicht dargestellt und ergeben sich für den Fachmann ohne weiteres.

Claims

Fahrrad mit einstellbaren variablen Fahrgeometrien, umfassend: eine zentrale Baugruppe (1); eine Hinterradführung (2) mit einer Halterung für eine Hinterradachse, wobei die Hinterradführung (2) mittels eines Hinterradführungslagers (4) dessen Achse im wesentlichen parallel zur Hinterradachse verläuft, an der zentralen Baugruppe (1) angelenkt ist; eine Einstellvorrichtung (5) , mit denen die Hinterradführung (2) in verschiedenen Winkeln α bezüglich der zentralen Baugruppe einstellbar ist; eine Vorderradführung (6) mit einer Halterung für eine Vorderradachse, welche mittels einer Lenkachse (8) an der zentralen Baugruppe (1) angelenkt ist; eine Antriebsvorrichtung mit einem Pedalantrieb (9) welcher ein Tretlager (10) und mindestens ein Einkopplungsglied aufweist, und einer Übertragungsvorrichtung zur Übertragung einer auf den Pedalantrieb einwirkenden Antriebskraft von dem Einkopplungsglied zu einem mit dem Hinterrad verbundenen Auskopplungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Tretlager (10) des Pedalantriebs an der zentralen Baugruppe angeordnet ist, und die Übertragungsvorrichtung einen ersten Abschnitt (11), mindestens einen zweiten Abschnitt (12) und mindestens eine Umlenkvorrichtung aufweist, wobei sich der erste Abschnitt (11) zwischen dem Einkopplungsglied und der Umlenkvorrichtung und der zweite Abschnitt (12) zwischen der Umlenkvorrichtung und dem Auskopplungsglied erstreckt, wobei der Umlenkwinkel γ zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt von dem Winkel α zwischen der Hinterradführung (2) und der zentralen Baugruppe (1) abhängt.
Fahrrad nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsvorrichtung einen Kettenantrieb, einen Zahn- oder Keilriemenantrieb, einen Wellenantrieb aufweist oder andere mechanische Übertragungsarten.
Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Umlenkvorrichtung eine Umlenkachse aufweist, die mit der Achse des Hinterradführungslagers fluchtet, oder parallel zur Achse des Hinterradführungslagers angeordnet ist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Umlenkvorrichtung ein Schaltgetriebe zur Veränderung der Übersetzung zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Übertragungsvorrichtung aufweist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Abschnitt der Übertragungsvorrichtung eine erste Welle, der zweite Abschnitt der Übertragungsvorrichtung eine zweite Welle und die Umlenkvorrichtung mindestens ein Universalgelenk zwischen der ersten und der zweiten Welle aufweist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zentrale Baugruppe und/oder die Hinterradführung in ihrem Innern einen Hohlraum aufweist, und die Umlenkvorrichtung im wesentlichen in dem Hohlraum angeordnet ist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zentrale Baugruppe und die Hinterradführung in ihrem Innern einen Hohlraum aufweisen, und die Übertragungsvorrichtung im wesentlichen in dem Hohlraum angeordnet ist.
Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Einstellvorrichtung zur Einstellung des Winkels α der Hinterradführung bezüglich der zentralen Baugruppe ein variabel feststellbares Teleskopbein aufweist.
Fahrrad nach Anspruch 8, wobei das Teleskopbein einen elastischen Energiespeicher aufweist.
Fahrrad nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Einstellvorrichtung ein Gelenkgetriebe, insbesondere ein viergliedriges Gelenkgetriebe, aufweist, welches die Hinterradführung mit der zentralen Baugruppe koppelt, wobei das Teleskopbein die Einstellung des Gelenkgetriebes kontrolliert.
Fahrrad nach Anspruch 8 bis 10, wobei das Teleskopbein variabel auf starre Länge einstellbar ist.
Fahrrad nach Anspruch 8 bis 11 wobei das Teleskopbein auf eine variable Gleichgewichtslänge einstellbar ist, um welche die tatsächlich Länge im Betrieb elastisch ausgelenkt werden kann.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorderradführung eine Vorderradgabel aufweist, die in der Lenkachse angelenkt ist.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lenkachse gegenüber der Senkrechten einen Sturz um einen Winkel θ aufweist, der von dem Winkel α abhängt.
Fahrrad nach Anspruch 14, wobei der Sturz θ über einen Winkelbereich variiert der bei einer Variation von α über den gesamten zulässigen Bereich 25° weiter bevorzugt 18° besonders bevorzugt 14° und ganz besonders bevorzugt 10° nicht überschreitet.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen der Vorderradachse und der Achse des Hinterradführungslagers einen Faktor F größer ist, als der Abstand zwischen der Hinterradachse und der Achse des Hinterradführungslagers, wobei ferner dieser Faktor F mindestens 1,5, weiter bevorzugt mindestens 1,8 und besonders bevorzugt mindestens 2,2 beträgt.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Neigungswinkel der Lenkachse bezüglich der zentralen Baugruppe veränderlich ist.
Fahrrad nach Anspruch 17, wobei die Lenkachse zur Verstellung des Neigungswinkels bezüglich der zentralen Baugruppe um eine Querachse schwenkbar ist.
Fahrrad nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Lenkachse zur Kontrolle des Neigungswinkels mit der Hinterradführung gekoppelt ist.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hinterradführung auf auf spitze Winkel an die zentrale Baugruppe herangeschwenkt werden kann.
Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei das Fahrrad zwei Hinterräder und/oder zwei Vorderräder aufweist.