DE4132794A1 - Vorderradantrieb fuer fahrrad - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad mit Vor­ derradantrieb mit einer im Fahrradrahmen drehbar gelagerten Lenksäule, an deren unterem Ende die Ga­ bel, in der das Vorderrad lagert, und an deren obe­ ren Ende die Lenkstange zumindest ungefähr in der Mitte der beiden Griffe und ungefähr symmetrisch zu der vom Vorderrad aufgespannten Ebene liegend befe­ stigt ist.

Der Antrieb bisher bekannter Fahrräder, wie sie beispielsweise in Sport und Freizeit, sowie als Transportfahrzeug für kurze und mittlere Distanzen, Verwendung finden, erfolgt über eine Pedalkurbel, die im Rahmen des Fahrrads gelagert ist und deren Achse vertikal zu einer vom Rahmen des Fahrrads aufgespannten Ebene vertikal verläuft. Die An­ triebskraft wird von den Beinen der fahrenden Per­ son auf die Pedale ausgeübt und über eine Kette auf einen Zahnkranz, der mit der Nabe verbunden ist, auf das Hinterrad des Fahrrades übertragen. Gang­ schaltungen, die als Kettenschaltung mit Zahnkrän­ zen unterschiedlichen Durchmessers oder als Naben­ schaltungen mit mehreren Planetenradsätzen arbei­ ten, erlauben eine ergonomisch optimierbare Abstu­ fung der Übersetzungsverhältnisse.

Liegt die auf die Pedale ausgeübte Kraft im Bereich der Gewichtskraft der fahrenden Person oder über­ schreitet sie diese sogar, dann ist zusätzlich eine Gegenkraft aufzuwenden, die der auf die Pedale aufgewandten Kraft entgegenwirkt. Diese Gegenkraft tritt aus Gleichgewichtsgründen jeweils auf der gleichen Seite des Fahrradrahmens auf, auf der auch jeweils die Kraft auf das Pedal einwirkt. Maximale Gegenkräfte treten sowohl bei starker Beschleuni­ gung als auch bei der Bergauffahrt steiler Gefäll­ strecken auf, da die erforderliche große Pedalkraft eine entsprechend hohe Gegenkraft an der Lenkstange erforderlich macht.

Ausgehend von der Beobachtung, daß bei der Ausübung einer starken Pedalkraft eine Gegenkraft auf die Lenkstange übertragen wird, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, diese zum Antrieb nutzbar zu machen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß sich zwischen Lenkstange und Lenksäule ein Len­ kervorbau befindet, der eine Verschwenkung der Lenkstange relativ zur Lenksäule gestattet und eine die Schwenkbewegung der Lenkstange übertragende An­ triebsvorrichtung zwischen der Lenkstange und der Nabe des Vorderrades angeordnet ist, wobei die An­ triebsvorrichtung oder die Nabe des Vorderrades einen Freilauf aufweist.

Die im allgemeinen um eine vertikal zu der vom Vorderrad aufgespannten Ebene verlaufenden Achse mittels eines Lenkervorbaus drehbar gelagerten Lenkstange führt bei Einwirken von vertikal zu die­ ser Achse verlaufenden Kräften eine Schwenkbewegung aus. Diese wird mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung auf die Nabe des Vorderrades übertragen. Um eine andauernde Schwenkbewegung der Lenkstange auch ohne Krafteinwirkung bei Drehen des Vorderrades zu un­ terbinden, ist in der Antriebsvorrichtung oder in der Nabe selbst ein Freilauf vorzusehen. Eine der­ art gelagerte Lenkstange erlaubt es, die beim Tre­ ten der Pedale auftretende Gegenkraft ohne zusätz­ liche Anstrengung für den Antrieb des Fahrrades verfügbar zu machen.

Das vorgeschlagene Antriebssystem verbessert die Energieausnutzung der das Fahrrad antreibenden Per­ son. Darüber hinaus ist es möglich, die Arme unab­ hängig von der Betätigung der Pedale durch die Füße zu einem zusätzlichen oder alleinigen Antrieb des Rades zu nutzen. Die Schwenkbewegung, bei der es sich im wesentlichen um ein Hochziehen der Lenk­ stange in Richtung der Lenksäulenachse handelt, stimmt mit den bisher bekannten Bewegungsabläufen überein und macht das Einüben zusätzlicher Bewe­ gungsformen nicht erforderlich. Als zusätzliche An­ triebsmöglichkeit kommt dem vorgeschlagenen Vorder­ radantrieb in der Praxis vor allem bei der Berg­ fahrt große Bedeutung zu. Als alleinige Antriebs­ möglichkeit erweist er sich bei Ermüdung der Beine oder durch Verletzung der Beine bedingter verrin­ gerter Kraftsausübung auf die Pedale von Vorteil.

Die Antriebsvorrichtung in Form eines Stabes auszu­ führen, der an einem Ende an der Lenkstange und am anderen Ende an der Nabe des Vorderrades beweglich befestigt ist, hat den Vorteil, daß sie technisch einfach zu verwirklichen ist. Im Rahmen der Erfin­ dung steht es dabei frei, die Nabe als Exzenter oder als Pleuel auszuführen, die jeweils starr mit der Nabe des Vorderrades verbunden sind oder je­ weils einen Teil der Nabe darstellen. Die vorge­ schlagene Ausführungsform hat den Vorteil, tech­ nisch leicht ausführbar zu sein und ein geringes Gewicht aufzuweisen. Zudem kann der in der Regel lösbar befestigte Stab ohne großen Aufwand ausge­ baut werden, falls kein Bedarf eines zusätzlichen Antriebes besteht.

Der Vorschlag, statt eines Stabes ein Seil - in der Regel ein Drahtseil - zur Kraftübertragung zu ver­ wenden, hat den Vorteil, daß dieses nahe am Rahmen und/oder an der Lenksäule und der Gabel befestigt und geführt werden kann, so daß ein Schutz vor Durchreißen gewährleistet ist, oder die Gefahr des Hängenbleibens vermindert wird.

Grundsätzlich ist es auch möglich, die Kraft an der Lenkstange mittels einer Vorrichtung mit hydrauli­ schem Wirkungsprinzip auf die Nabe des Vorderrades zu übertragen. Dieses Übertragungssystem hat den Vorteil, bei der Wahl des Übertragungsweges völlig unabhängig von der Form des Fahrrades zu sein. Der Verlauf der Flüssigkeit führenden Leitungen kann den Erfordernissen einer leichten Handhabung und dem Schutz vor Beschädigung gemäß gestaltet werden. So wäre ein Verlegen der Leitungen in der Lenk­ säule und der Gabel denkbar.

Um eine gleichmäßige Kraftübertragung von der Lenk­ stange auf die Nabe des Vorderrades zu gewährlei­ sten, wird vorgeschlagen, beiderseits der Befesti­ gung der Lenkstange am Lenkervorbau je eine An­ triebsvorrichtung zur Nabe des Vorderrades zu füh­ ren. Außerdem wird bei dieser Gestaltung das Lager, das Lenkervorbau und Lenksäule miteinander verbin­ det, bei weitem nicht so stark belastet wie dies bei einseitiger Kraftabnahme an der Lenkstange der Fall ist.

Um eine optimale Ausnutzung der an der Lenkstange zur Verfügung stehenden Kraft sicherzustellen, ist es notwendig, eine Übersetzungsvorrichtung mit va­ riablen Übersetzungsverhältnissen vorzusehen. Dabei steht es im Rahmen der Erfindung frei, die Überset­ zungsvorrichtung zwischen Lenkstange und Nabe anzu­ bringen, beispielsweise an der Achse des Vorderra­ des zu befestigen und die transformierte Kraft mit­ tels einer Kette auf ein an die Nabe des Vorderra­ des fixiertes Zahnrad zu übertragen oder in der Achse des Vorderrades eine Nabenschaltung mit meh­ reren Planetenradsätzen zum Einsatz zu bringen. Der bei den meisten Fahrrädern eingeübten Gewohnheit entsprechend, die Übersetzungsverhältnisse der Gangschaltung für das Hinterrad mittels einer Schaltvorrichtung an der Lenkstange zu verändern, wird vorgeschlagen, die zugehörige Schaltvorrich­ tung ebenfalls an der Lenkstange anzubringen. Um wechselweise Zug und Zugkräfte für den Vorderradan­ trieb nutzbar machen zu können, muß die Antriebs­ vorrichtung mit einem umschaltbaren Wendegetriebe ausgestattet sein. Das Wendegetriebe ist sinnvol­ lerweise nur in Antriebsvorrichtungen auf hydrauli­ scher Basis oder auf Basis von Stäben einsetzbar.

In einer Weiterbildung wird vorgeschlagen, eine Sperrvorrichtung vorzusehen, mit der man die Schwenkbewegung der Lenkstange unterbinden kann. Dies ermöglicht es insbesondere ungeübten Benutzern des Fahrrades, beispielsweise Kindern, die erstmals radfahren oder die ebenso wie ältere Personen, die nicht so sicher im Umgang mit diesem Fahrzeug sind, die zusätzliche an das Geschick Anforderungen stel­ lende Bewegung der Lenkstange zu unterbinden. Im Rahmen der Erfindung steht es frei, je eine Hälfte der Lenkstange unabhängig voneinander schwenkbar an der Lenksäule oder am Lenkervorbau zu befestigen. Bei Krafteinwirkung führen die beiden Hälften jeweils unabhängig voneinander eine Schwenk­ bewegung in einer Ebene aus, die senkrecht auf der Ebene steht, die vom Vorderrad aufgespannt wird. Bei dieser Ausführungsform sind zwei unabhängig voneinander arbeitende Antriebssysteme, die jeweils mit der Nabe des Vorderrades verbunden sind, vorzu­ sehen. Die jeweilige Lage der Drehachsen der beiden Teile der Lenkstange ist prinzipiell beliebig und hängt von der Gestaltung der Lenkstangenhälften ab. Der Vorteil bei dieser Ausgestaltung der Kraftüber­ tragung liegt darin, daß jeweils eine Lenkstangen­ hälfte in der gewohnten Position verbleibt, die das Lenken des Fahrrades erleichtert.

Um die Handhabung und die Sicherheit bezüglich des Führens des Fahrrades zu verbessern, wird vorge­ schlagen, daß beim Verlassen einer Lenkstangen­ hälfte aus der verriegelbaren Position die jeweils andere Hälfte verriegelt wird, so daß für eine Seite die gewohnte starre Verbindung mit der Lenk­ säule besteht.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Er­ findung unter Hinweis auf Zeichnungen näher erläu­ tert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Fahrrad mit Vorderradantrieb in Seitenansicht

Fig. 2 ein Fahrrad mit Vorderradantrieb in Vorderansicht

In Fig. 1 und 2 ist ein Fahrrad mit Vorderradan­ trieb in Seitenansicht und Vorderansicht darge­ stellt, dessen schwenkbare Lenkstange (1) unter­ schiedliche mögliche Positionen einnimmt. Die etwa in einem Winkel von 40° schwenkbare Lenkstange (1) ist mit einem Lager (2), dessen Achse vertikal zu der Ebene verläuft, die vom Vorderrad (9) aufge­ spannt ist, an einem Ende des Lenkervorbaus (3) be­ festigt. Dieser ist am anderen Ende an der Lenk­ säule (4) starr fixiert. Der in der Zeichnung dar­ gestellte Lenkervorbau (3) in Form eines Stahlroh­ res kann prinzipiell auch in Form von zwei oder mehreren parallel zueinander verlaufenden und starr miteinander verbundenen Stahlrohren bestehen. Diese Gestaltung des Lenkervorbaus hat den Vorteil, daß die aufgrund der Hebelwirkung der Lenkstange auf­ tretenden großen Kräfte, die auf das Lager (2) ein­ wirken, deutlich reduziert sind und bei symmetri­ scher Befestigung des Lenkervorbaues (3) die Bela­ stung des Lagers (2) durch Verkippen verringert wird. Aus ergonomischen und bewegungssymmetrischen Gründen ist die Lenkstange (1) mittig am Lenkervor­ bau (3) befestigt und der Verlauf der Lenkstange (1) im wesentlichen parallel zur Achse des Lagers (2) gewählt. Die Griffe (5) der Lenkstange bewegen sich bei der Einwirkung von Kräften, die vertikal zur Achse des Lagers (2) verlaufen, auf Kreisbögen. Die Lenksäule (4), an die der Lenkervorbau (3) starr fixiert ist, liegt in der vom Fahrradrahmen (6) aufgespannten Ebene. Auf der dem Lenkervorbau (3) gegenüberliegenden Seite der Lenksäule (4) schließt sich die Gabel (7) an. In dieser lagert die Achse (8) des Vorderrades (9).

Die Übertragung der Schwenkbewegung der Lenkstange (1) auf das Vorderrad (9) erfolgt mittels eines Stabes (10), der sowohl an der Lenkstange (1) als auch an einem Übersetzungsrad (11), das über einen Ausleger (14) an der Gabel (7) angebracht ist, be­ weglich befestigt ist. Bei einer Schwenkbewegung der Lenkstange (1) vollführt das Übersetzungsrad (11) eine oszillatorische Bewegung, die ihrerseits über eine Kette (15) auf ein auf der mit einem Freilauf versehenen Nabe (13) sitzenden Kettenrad (16) übertragen wird. Aufgrund des Freilaufs er­ folgt ein stets gleichsinniger Antrieb des Vorder­ rades (9). Um die Gefahr des Verfangens des Gestän­ ges mit anderen Gegenständen sowohl beim Fahren als auch beim Unterstellen zu verhindern und die Bein­ freiheit beim Treten der Pedale (12) nicht zu be­ einträchtigen, ist der Stab (10) so nahe wie mög­ lich im Bereich der Lenksäule und der Gabel ge­ führt. Dies bedingt gleichzeitig, daß der Stab (10) an einem Ende in der Höhe der Lenkstangenmitte be­ festigt ist. Das Vorderrad (9) ist mit einer Frei­ laufnabe (13) ausgestattet, so daß eine Kraft­ übertragung lediglich von der Lenkstange (1) zum Vorderrad (9) erfolgt und die Lenkstange (1) nicht eine für den Benutzer unerwünschte Schwenkbewegung ausführt, deren Frequenz abhängt von der Rotations­ geschwindigkeit des Vorderrades (9).

Claims (10)

1. Vorderradantrieb für Fahrrad mit einer im Fahr­ radrahmen (6) drehbar gelagerten Lenksäule (4), an deren unteren Ende die Gabel (7), in der das Vor­ derrad (9) lagert, und an deren anderem Ende die Lenkstange (1) zumindest ungefähr symmetrisch zu der vom Vorderrad aufgespannten Ebene liegend, be­ festigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwi­ schen Lenkstange (1) und Lenksäule (4) ein Lenker­ vorbau (3) befindet, der eine Verschwenkung der Lenkstange (1) relativ zur Lenksäule (4) gestattet, und eine die Schwenkbewegung der Lenkstange (1) übertragende Antriebsvorrichtung zwischen der Lenk­ stange (1) und der Nabe des Vorderrades (9) ange­ ordnet ist, wobei die Antriebsvorrichtung oder die Nabe des Vorderrades einen Freilauf (13) aufweist.

2. Vorderradantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Stab (10) an einem Ende an der Lenkstange (1) und am anderen Ende an der Nabe des Vorderrades (9) beweglich befestigt ist.

3. Vorderradantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Seil an einem Ende an der Lenkstange (1) und am anderen Ende an der Nabe des Vorderrades (9) beweglich befestigt ist und das Seil in Rollen oder in einem Rohr geführt wird, die beide jeweils am Rahmen (6) und/oder an der Lenk­ säule (4) und der Gabel (7) befestigt sind.

4. Vorderradantrieb nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lenkstange (1) durch eine hydraulische Antriebsvorrichtung mit der Nabe des Vorderrades (9) verbunden ist.

5. Vorderradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits, etwa im gleichen Abstand von der Befestigung des Lenkervor­ baus (3) entfernt, an der Lenkstange (1) je eine Antriebsvorrichtung fixiert ist, die jeweils zur Nabe des Vorderrades (9) führt.

6. Vorderradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrich­ tung durch eine Übersetzungsvorrichtung mit vari­ ablen Übersetzungsverhältnissen an der Nabe des Vorderrades (9) gekoppelt ist.

7. Vorderradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsvorrich­ tung ein umschaltbares Wendegetriebe aufweist.

8. Vorderradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Lager (7), das Lenkervorbau (3) und Lenksäule (4) verbindet, eine die Schwenkbewegung verriegelnde Sperrvorrich­ tung befindet.

9. Vorderradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß je eine Hälfte der Lenkstange (1) unabhängig voneinander schwenkbar an der Lenksäule (4) oder am Lenkervorbau (3) gelagert ist.

10. Vorderradantrieb nach Anspruch 1, einem der An­ sprüche 2 bis 4, sowie Anspruch 5, 6, 7, 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verlassen der ver­ riegelbaren Position einer Lenkstangenhälfte die jeweils gegenüberliegende Hälfte eine Verriegelung aufweist.