DE29912796U1

DE29912796U1 - Articulated steering for a front-wheel drive recumbent bike

Info

Publication number: DE29912796U1
Application number: DE29912796U
Authority: DE
Original assignee: KRANCZOCH JAN DR
Current assignee: KRANCZOCH JAN DR
Priority date: 1999-07-22
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2009-07-23

Description

Beschreibung Description

Knicklenkung für ein frontgetriebenes LiegeradArticulated steering for a front-wheel drive recumbent bike

Bei einem konventionellen Liegerad mit angetriebenem Hinterrad besteht das Problem, dass die Kette möglichst gradlinig zwischen dem Ritzel und dem Kettenblatt der vorne angeordneten Pedalkurbel verlaufen soll, zugleich aber eine günstige Sitzposition genau auf dieser Linie liegt. Bei einigen Liegerad-Typen, die eine ausgeprägt tiefe Sitzposition und damit potentiell eine gute Aerodynamik aufweisen, wird deshalb die Kette unter der Sitzfläche umgelenkt (&ldquor;Windcheetah", Fa. The Seat of the Pants, GB - Cheshire) oder gar an dem gelenkten Vorderrad vorbeigeführt (&ldquor;Ultratief-Renner", Fa. Harig, Bergisch-Gladbach). Bei allen Liegerädern mit Hinterradantrieb ist die Kette zudem sehr lang, was zu Transmissionsverlusten führt.The problem with a conventional recumbent bike with a driven rear wheel is that the chain should run as straight as possible between the pinion and the chainring of the pedal crank at the front, but at the same time a good sitting position should be exactly on this line. On some recumbent bike types, which have a very low sitting position and thus potentially good aerodynamics, the chain is therefore redirected under the seat (“Windcheetah”, The Seat of the Pants, GB - Cheshire) or even past the steered front wheel (“Ultratief-Renner”, Harig, Bergisch-Gladbach). On all recumbent bikes with rear-wheel drive, the chain is also very long, which leads to transmission losses.

Um diese Schwierigkeiten zu überwinden, sollte ein Liegerad mit Frontantrieb entwickelt werden. Es gibt bereits einige Liegeräder, die über einen Vorderradantrieb verfügen (Beispiele zeigt das Buch &ldquor;Das Liegerad" von G. Fehlau, Moby Dick Verlag, Kiel, 1993 [s. 85, 172]). Modelle des niederländischen Herstellers FLEVO, NL-8251 HT Dronten weisen als solche eine Mittellenkung mit einer stark angewinkelten Achse auf, um die herum zur Fahrtrichtungsänderung der Hinterbau mitsamt dem Sitz gegenüber der Antriebseinheit - bestehend aus dem Vorderrad, der Pedalkurbel und einem Subrahmen, welcher beide verbindet - abgewinkelt werden kann. Das Anwinkeln der Pedalachse gegenüber der Fußsohle wird hierbei durch die Fußgelenke, evtl. unterstützt duch die Anwendung von Systempedalen, ausgeglichen. Da jedoch beim Treten der Pedalkurbeln die Kräfte nicht ganau entlang der Längsachse des Fahrzeugs verlaufen, neigt der Subrahmen zu spurverändernden Pendelbewegungen gegenüber dem Hinterbau, denen der Fahrer / die Fahrerin aktiv entgegenwirken muß. Zudem weichen die Fahreigenschaften der Mittellenkung von denen der gewonhten Zweiradlenkung ab, weshalb die Benutzung dieser Fahrzeuge Übung erfordert.To overcome these difficulties, a recumbent bicycle with front-wheel drive should be developed. There are already some recumbent bikes that have a front-wheel drive (examples are shown in the book "The recumbent bike" by G. Fehlau, Moby Dick Verlag, Kiel, 1993 [p. 85, 172]). Models from the Dutch manufacturer FLEVO, NL-8251 HT Dronten, have a central steering system with a strongly angled axle around which the rear frame, including the seat, can be angled relative to the drive unit - consisting of the front wheel, the pedal crank and a sub-frame that connects the two - in order to change the direction of travel. The angle of the pedal axis relative to the sole of the foot is compensated by the ankles, possibly supported by the use of system pedals. However, since the forces do not run exactly along the longitudinal axis of the vehicle when the pedal cranks are pressed, the sub-frame tends to make track-changing pendulum movements relative to the rear frame, which the driver must actively counteract. In addition, the driving characteristics of the central steering system differ from those of the familiar two-wheel steering, which is why using these vehicles requires practice.

Die in den Sichutzansprüchen 1-3 vorgestellte Knicklenkung hat zum Ziel, die Konstruktion eines frontgetriebenen Liegerads ohne den genannten Pendeleffekt, aber mit der Funktion und der Handhabbarkeit einer bewährten Gabellenkung um einen Steuerkopf zu ermöglichen.The articulated steering presented in claims 1-3 aims to enable the construction of a front-wheel drive recumbent bicycle without the aforementioned pendulum effect, but with the function and manageability of a proven fork steering around a steering head.

Jan Kranczoch · Knicklenkung für ein frontgetriebenes Liegerad 2/7Jan Kranczoch · Articulated steering for a front-wheel drive recumbent bike 2/7

Dieses Ziel wird durch die Anwendung der Knicklenkung gemäß den in den Schutzansprüchen 1-3 genannten Merkmalen erreicht.This objective is achieved by the application of articulated steering according to the features mentioned in claims 1 to 3.

Die vorgestellte Knicklenkung ihrer Geometrie entsprechend als Trapezoid-Kasten-Lenkung beschrieben werden; sie besteht aus drei Baugruppen (siehe Fig. 1):The presented articulated steering can be described according to its geometry as a trapezoidal box steering; it consists of three components (see Fig. 1):

- dem Schenkelträger (S)- the thigh support (S)

- den Lenkschenkeln (Ls)- the steering legs (Ls)

- dem Vorderradträger (V)- the front wheel carrier (V)

Der Schenkelträger verbindet über eine oder mehrere leicht gebogene oder abgewinkelte Traverse die Gelenkköpfe der Basisachsen (B). An der Traverse bzw. den Traversen oder den dazwischenliegenden Holmen ist der Hinterbau zur Aufnahme des hinteren Laufrads und des Sitzes angebracht. Der Abstand dieser Traversen, d. h. die Höhe des Trapezoidkastens ist so bemessen, dass genug Raum zur Auslegung einer Hinterbauoder Sitzfederung unterhalb der Sitzmulde vorhanden ist und Biege- bzw. Scherkräfte zwischen bzw. an den Gelenkköpfen der Basisachsen, die durch das Gewicht des Fahrers und dessen Kraftentfaltung bei der Tretbewegung entstehen, sicher aufgenommen werden. Ausserdem halten die unteren Gelenkköpfe eine hinreichende Bodenfreiheit ein. Die Basisachsen mit dem Achsabstand b sind derart angeordnet, daß sie zueinander genau parallel und im gleichen Abstand zur Längsebene des Fahrzeugs liegen. Gegenüber der Fahrbahnebene sind die Basisachsen oberseits nach hinten geneigt (Anstellwinkel &agr; &xgr; 75°, siehe Fig. 3).The leg support connects the joint heads of the base axles (B) via one or more slightly curved or angled cross members. The rear frame for accommodating the rear wheel and the seat is attached to the cross member(s) or the bars in between. The distance between these cross members, i.e. the height of the trapezoid box, is dimensioned so that there is enough space to install a rear frame or seat suspension below the seat recess and bending or shearing forces between or on the joint heads of the base axles, which arise from the weight of the rider and the power he exerts when pedaling, are safely absorbed. In addition, the lower joint heads maintain sufficient ground clearance. The base axles with the axle distance b are arranged in such a way that they are exactly parallel to one another and at the same distance from the longitudinal plane of the vehicle. Compared to the road surface, the base axles are inclined backwards on the upper side (angle of attack α ξ 75°, see Fig. 3).

Die beiden Lenkschenkel der Länge I verbinden die Basis- und Driftachsen (D) jeweils einer Fahrzeugseite. Alle Basis- und Driftachsen stehen exakt räumlich parallel zueinander. Die Lenkschenkel sind aus mehreren Streben oder einem hochkant orientierten Körper derart gefertigt, dass sie die Kräfte zwischen dem Schenkel- und dem Vorderradträger sicher übertragen.The two steering arms of length I connect the base and drift axles (D) on each side of the vehicle. All base and drift axles are exactly parallel to each other. The steering arms are made from several struts or a vertically oriented body in such a way that they safely transfer the forces between the arm and the front wheel carrier.

An den Gelenkköpfen der Driftachsen ist der Vorderradträger aufgehängt. Dieser besteht aus Streben, die beiderseits des angetriebenen Laufrads zum vorne liegenden Tretlagerrohr verlaufen oder sich kurz vor (aus Sicht des Fahrers) diesem vereinigen, um eine Distanzverstellung zwischen der Sitzmulde und der Pedalkurbelachse (P) zur Anpassung an verschiedene Beinlängen zu ermöglichen. Zwischen den besagten Streben ist das Laufrad derart eingesetzt, dass zur Verstellung der Nachlauf-Eigenschaften eine Justiermöglichkeit des Abstands (a) zwischen der VerbindungslinieThe front wheel carrier is suspended from the joint heads of the drift axles. This consists of struts that run on both sides of the driven wheel to the bottom bracket tube at the front or join shortly before (from the driver's perspective) this in order to allow an adjustment of the distance between the seat recess and the pedal crank axis (P) to adapt to different leg lengths. The wheel is inserted between the said struts in such a way that the distance (a) between the connecting line

Jan Kranczoch - Knicklenkung für ein frontgetriebenes Liegerad 3/7Jan Kranczoch - Articulated steering for a front-wheel drive recumbent bike 3/7

der Driftachsen und der Laufradachse (A) besteht. Die Distanz (p) zwischen der Pedalkurbelachse und der Laufradachse sollte hierbei um 40 cm liegen, um eine übliche Kettenschaltung realisieren zu können. Die Distanz zwischen den Driftachsen (d) am Vorderradträger wird einerseits durch die Baubreite der Laufradachse selbst, andererseits durch eine Querstrebe (Q) bestimmt, die vor (aus Sicht des Fahrers) der Laufradachse die Streben des Vorderradträgers verbindet und zugleich als Aufnahmepunkt für einen Lenkbügelhalter fungiert. Die Lage dieses Aufnahmepunktes kann gegenüber dem Lenkungsträger bzw. den Lenkschenkeln so gewählt werden, dass der Lenkbügel (Lb) bei Betätigung der Lenkung unter, innerhalb oder über dem Trapezoid-Kasten, gegebenenfalls auch über dem Körper des Fahrers schweift. An oder zwischen den Streben des Vorderradträgers sind Sockel für die üblichen Felgen- oder Scheibenbremsen sowie Augen zur Befestigung von Elementen einer üblichen Kettenoder Nabenschaltung vorsehbar.the drift axles and the wheel axle (A). The distance (p) between the pedal crank axle and the wheel axle should be around 40 cm in order to be able to implement a conventional derailleur gear system. The distance between the drift axles (d) on the front wheel carrier is determined on the one hand by the width of the wheel axle itself and on the other hand by a cross brace (Q) which connects the struts of the front wheel carrier in front of the wheel axle (from the driver's perspective) and at the same time acts as a mounting point for a steering bracket holder. The position of this mounting point can be selected in relation to the steering bracket or the steering arms so that the steering bracket (Lb) moves under, inside or over the trapezoid box when the steering is operated, and possibly also over the driver's body. Bases for the usual rim or disc brakes as well as eyes for attaching elements of a conventional derailleur or hub gear system can be provided on or between the struts of the front wheel carrier.

Bei Gradeausfahrt (Fig. 1) bilden die äusseren Verbindungslinien der vier Lenkachsen in der Aufsicht auf das Fahrzeug ein Trapez. Bei Betätigung der Lenkung (Fig. 2) wird das Lenkungstrapez zu einem Trapezoid verformt. Hierbei wird die Symmetrie der Konstruktion gegenüber der Längsachse des Fahrzeugs aufgehoben, so dass der Vorderradträger gegenüber derselben angewinkelt wird. Die funktioneile Äqivalenz zur Gabel-Steuerkopf-Lenkung ergibt sich daraus, dass bei geeigneter topographischer Anordnung der vier Lenkungsachsen des Trapezoids während des Lenkvorgangs eine Zone von virtuellen Lenkachsen (Z) überstrichen wird, die den konventionellen Zweiradlenkungen ähnliche Fahreigenschaften hervorrufen. Für spurtreues Fahrverhalten kann durch geeignete Abstimmung der Längen a, b, d und I für den Lenkvorgang die Bildung eines Nachlaufs oder die Anhebung des Fahrzeugs vorgesehen werden.When driving straight ahead (Fig. 1), the outer connecting lines of the four steering axes form a trapezoid when viewed from above. When the steering is operated (Fig. 2), the steering trapezoid is deformed into a trapezoid. The symmetry of the construction with respect to the longitudinal axis of the vehicle is eliminated, so that the front wheel carrier is angled relative to it. The functional equivalence to the fork-steering head steering results from the fact that with a suitable topographical arrangement of the four steering axes of the trapezoid, a zone of virtual steering axes (Z) is swept over during the steering process, which produce driving characteristics similar to conventional two-wheel steering. To ensure directional stability, the formation of a caster or the raising of the vehicle can be provided by appropriately adjusting the lengths a, b, d and I for the steering process.

Die Knicklenkung besitzt die in den Schutzansprüchen 2 und 3 angegebenen Merkmale dann, wenn sich die Längen von &rgr; zu b zu I zu d zu a näherungsweise verhalten wie 40 : 30 : 20 : 15 : 10 relative Längeneinheiten. Die absoluten Maße sind hierbei der Körperlänge des Fahrers / der Fahrerin und der projektierten Laufradgröße unterworfen.The articulated steering has the features specified in claims 2 and 3 if the lengths of ρ to b to I to d to a are approximately in the ratio of 40:30:20:15:10 relative length units. The absolute dimensions are subject to the body length of the driver and the projected wheel size.

In Kombination mit einem Pedalkurbelantrieb, dessen Achse an der vorderen Spitze des Vorderradträgers sich befindet, bietet die Trapezoid-Kasten-Lenkung für frontgetriebene Liegeräder also gegenüber der bekannten Mittellenkung um eine Achse eine günstigereIn combination with a pedal crank drive, the axle of which is located at the front tip of the front wheel carrier, the trapezoid box steering for front-wheel drive recumbent bikes offers a more favourable steering angle than the well-known central steering around an axle.

Jan Kranczoch ■ Knicklenkung für ein frontgetriebenes Liegerad 4/7Jan Kranczoch ■ Articulated steering for a front-wheel drive recumbent bike 4/7

Charakteristik: Bei Gradeausfahrt und Fahrsituationen mit geringen Lenkeinschlägen bilden die Basis- und Driftachsen mit den Druckpunkten an den Pedalen nahezu grade Kraftverlaufslinien in Form spitzwinkliger Dreiecke. Dieser Eigenschaft ist es zu verdanken, dass auch bei hoher Krafteinwirkung auf die Pedale ein Pendeln des Vorderradträgers weitgehend unterbunden wird. Trotz der relativ rigiden Anbindung der Antriebseinheit an den Hinterbau ist das Fahrzeug leicht lenkbar. Es weist auch während des Pedalierens hinreichende Spurhaltekräfte auf, um eine nicht-unterstützte Gradeausfahrt (&ldquor;freihändiges" Fahren) zu ermöglichen. Das auffallend kurze und niedrige Design macht das vorgestellte Liegerad zu einem agilen Fahrzeug mit geringem Luftwiderstand. Die einfache Hinterbau-Konstruktion ohne Transmissionsaufgabe erlaubt zudem die Ausbildung eines zerleg- oder klappbaren Liegerads bzw. den Entwurf von weiteren Austausch-Hinterbauten mit besonderen Funktionen (Lasten- und Kinderbeförderung, Rollstuhl-Tandem).Characteristics: When driving straight ahead and in driving situations with small steering angles, the base and drift axes with the pressure points on the pedals form almost straight force lines in the form of acute-angled triangles. Thanks to this property, even when high force is applied to the pedals, the front wheel carrier largely prevents swinging. Despite the relatively rigid connection of the drive unit to the rear frame, the vehicle is easy to steer. It has sufficient lane-keeping forces even when pedaling to enable unassisted straight ahead driving ("hands-free" driving). The strikingly short and low design makes the recumbent bike presented here an agile vehicle with low air resistance. The simple rear frame construction without a transmission function also allows the design of a dismantled or foldable recumbent bike or the design of other replacement rear frames with special functions (carrying loads and children, wheelchair tandem).

Jan Kranczoch - Knicklenkung für ein frontgetriebenes Liegerad 5/7Jan Kranczoch - Articulated steering for a front-wheel drive recumbent bike 5/7

Claims

1. Articulated steering for a front-wheel drive recumbent bicycle, characterized in that the carrier of the driven front wheel and the pedal crank axle is connected to the rear frame structure via four steering axles and a trapezoidal steering rod.

2. Articulated steering according to claim 1, characterized in that its topography is designed such that it simulates the kinematic properties of a conventional two-wheel steering about a fork axis.

3. Articulated steering according to claim 1, characterized in that the force development between the seat surface and the pressure points on the pedals can have only a limited or no influence on the directional stability of the vehicle, especially when driving straight ahead or with moderate steering angle.