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Die Erfindung betrifft ein Fahrrad, insbesondere Liegerad mit einem ungelenkten angetnebe- nen Vorderrad und einem in einer Hinterradgabel gelagerten, gelenkten Hinterrad, wobei die Hinterradgabel mit ihrem Gabelschaftrohr um eine annähernd vertikale Achse gegenüber dem Rahmen drehbar gelagert und mit einer schwenkbaren Lenkstange verbunden ist.
Bei Liegerädern sind im Wesentlichen die folgenden vier Bauformen möglich, welche sich durch unterschiedliche Kombinationen von Lenkung und Antrieb unterscheiden. Es kann entweder das Vorder- oder das Hinterrad gelenkt bzw. angetrieben sein, wobei zumeist Antrieb und Lenkung nicht auf das selbe Rad wirken. Diese vier Möglichkeiten mit ihren Vor- und Nachteilen werden im Folgenden kurz beschrieben: 1 ) Lenkung des Vorderrades und Antrieb des Hinterrades : die Position des Fahrers auf dem Liegerad entfernen sich die Beine vom anzutreibenden Hinterrad. Die nach vorne ge- richteten Beine treiben eine Kurbel an, welche wiederum über eine Kette im Normalfall das
Hinterrad antreibt. Dies hat eine längere Kette zufolge, wodurch sich das Fahrzeuggewicht erhöht. Durch die längere Kette entstehen Schwingungen.
Eine Umlenkung der Kette oder die Führung in Rohren reduziert den Wirkungsgrad des Antriebs. Die Nähe der Tretkurbel zur Lenkachse führt zu einer allgemeinen Unruhe im Fahrverhalten. Die dynamische Un- wucht erzeugt, in Abhängigkeit von der Trittfrequenz ein ständiges Lenkflattern. Dies führt dazu, dass freihändiges Fahren nur dann möglich ist, wenn nicht getreten wird. Die Kurbel mit den bewegten Beinen beansprucht Raum, das gelenkte Rad beansprucht Raum. Bei kompakter Bauweise kann es zu Kollisionen kommen. Gängige Konstruktionen haben des- halb ein sehr kleines Vorderrad gewählt. Dies erhöht den Rollwiderstand und reduziert die
Trägheit des Rades, was wiederum zu einer grösseren Lenkempfindlichkeit führt.
Bei soge- nannten "Kurzliegern", bei welchen die Kurbel vor der Lenkachse liegt, kreuzen sich das An- triebssystem und das Lenksystem, was zu aufwändigen Lösungen des Antriebsstranges führt.
2) Lenkung des Vorderrades und Antrieb des Vorderrades:
Die Nähe der Tretkurbel zur Lenkachse besteht auch bei dieser Konstruktion. Der Weg von der Tretkurbel zum Rad wird durch den Vorderradantrieb zwar verkürzt, jedoch muss der
Antrieb so flexibel ausgeführt sein, dass ein ausreichender Lenkeinschlag möglich wird. Der
Lenkeinschlag wird sowohl durch den Antrieb als auch durch die Beine des Fahrers einge- schränkt. Die herkömmliche Kettenschaltung kann nur eingeschränkt eingesetzt werden.
3) Lenkung und Antrieb des Hinterrades:
Diese Konstruktion bietet keinerlei Vorteile.
4) Lenkung des Hinterrades und Antrieb des Vorderrades:
Diese Bauform ist beispielsweise aus der DE 41 27 174 A1 bekannt, in der ein Liegerad mit einem ungelenkten, kettenlos angetriebenen Vorderrad beschrieben wird. Die Lenkachse und die Gabelkrümmung ist nach hinten geneigt, so dass der Radaufstandspunkt vor dem
Schnittpunkt der Lenkachse mit der Fahrbahn zu liegen kommt. Dadurch stellt sich ein so- genannter #Vorlauf" ein, welcher ein instabiles Lenkverhalten bewirkt. In der FR 2 590 538 A wird ein gattungsgemässes Liegerad mit einem ungelenkten angetriebenen Vorderrad be- schrieben, bei welchem zwischen dem eigentlichen Lenker (Lenkstange) und der gelenkten
Hinterradgabel ein Seilzugmechanismus vorgesehen ist. Die Lenkgeometrie, soweit sie der
Zeichnung entnommen werden kann, lässt auf ein neutrales Lenkverhalten schliessen.
Die
Lenkgeometrien, wie sie in der DE 86 22 822 U1 und der DE 33 35 285 A1geoffenbart sind, weisen einen Nachlauf des gelenkten Hinterrades auf. Ein Nachlauf wirkt zwar an sich auf ein Rad stabilisierend, jedoch erfolgt bei einer Kurvenfahrt zusätzlich eine Verlagerung des
Schwerpunktes nach Kurvenaussen, so dass Fliehkraft und Gewichtskraft gemeinsam das
Fahrzeug nach Kurvenaussen drücken. Dies bewirkt eine Vergrösserung des Lenkausschla- ges, was zur Folge hat, dass der Schwerpunkt noch weiter nach Kurvenaussen wandert und auch die Fliehkraft durchden verringerten Kurvenradius weiter anwächst. Beide Kräfte ver- stärken sich in die gleiche Richtung, so dass das Fahrrad ohne ständiges Gegenlenken zu
Fall kommt. Eine selbststablisierende Wirkung kann sich somit nicht einstellen, da beide
Kräfte sich in ihrer Wirkung selbsttätig verstärken.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, die genannten Mängel zu vermeiden und das Lenkverhalten eines Fahrrades mit gelenktem Hinterrad derart zu verbessern, dass ein selbststabi-
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lisierendes Fahrverhalten erzielt wird. Weitere Aufgaben des erfindungsgemässen Liegerades sind die Selbstrückstellung bei Ausschlägen hervorgerufen durch Strassenunebenheiten, das automatische Einlenken beim Umkippen des Fahrzeugs, die Selbstrückstellung bei Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf das gesamte Fahrrad und die Steuerung von Richtungsänderungen. Ziel der Erfindung ist eine einfache Lösung mit rein mechanisch wirkenden Komponenten, die eine leichte und effektive Konstruktion bilden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Gabelschaftrohr in einem Gelenkstück, welches am Rahmen um eine quer zur Fahrtrichtung angeordnete horizontale Achse schwenkbar gelagert ist, lenkbar geführt ist, an der Hinterradgabel eine nach vorn gerichtete Lenkgabel vorzugsweise um eine horizontale Achse schwenkbar angeordnet ist, die mittels eines Gelenkes, insbesondere eines Kugelgelenkes, mit einem Ende eines Längslenkers verbunden ist, dessen anderes Ende am Rahmen um eine in der Längsmittenebene liegende Achse drehbar gelagert ist und die Lenkstange entweder mittels eines Gabelschaftrohres oder unmittelbar mit dem Längslenker verbunden ist.
Bei der erfindungsgemässen gelenkten Hinterradlagerung weist die Richtung der Lenkachse nach hinten, so dass der Schnittpunkt der Verlängerung der Lenkachse mit der Fahrbahn hinter dem Radaufstandspunkt zu liegen kommt. Dadurch stellt sich für das Hinterrad scheinbar ein Vorlauf ein. Durch die Lagerung der Hinterradgabel in einem um eine horizontale Achse schwenkbaren Gelenkstück und die Verbindung der Hinterradgabel mit der Lenkstange wird bei einem Lenkeinschlag der Radaufstandspunkt in Fahrtrichtung nach vorne und kurvenaussen bewegt. Dies bewirkt eine Verschiebung des Radaufstandspunktes um einen virtuellen Drehpunkt. Dadurch entsteht der Effekt des Nachlaufes mit seiner selbststabilisierenden Wirkung. Jede Störung der Geradeausstellung des Hinterrades bewirkt eine selbsttätige Rückführung in diese.
Durch Legen der horizontalen Achse, mit der das Gelenkstück am Rahmen befestigt ist, vor dem Radaufstandspunkt des Hinterrades wird eine Stabilisierung in Relation zum Fahrergewicht erzielt.
Die Verlängerung der Achse der Hinterradgabel schneidet sich mit der Fahrbahn jedoch hinter dem Aufstandspunkt des Hinterrades. Durch die Einwirkung von seitlichen Kräften auf den Aufstandspunkt des Rades kommt es dadurch zu Lenkmomenten. Durch eine Neigung des Hinterrades beispielsweise nach rechts kommt es zu einem Lenkausschlag nach links, welcher bei einer Hinterradlenkung zu einer Richtungsänderung nach rechts führt. Durch die Einwirkung einer Zentrifugalkraft auf den Schwerpunkt ergibt sich im Radaufstandspunkt eine Reaktionskraft, welche ein Lenkmoment bewirkt, welches die Lenkung in eine Geradesausstellung führt. Diese mehrgelenkige Aufhängung des Hinterrades mit virtuellem Drehpunkt löst die Aufgabe der Selbststabilisierung.
Durch einen federnden Anschlag wird der maximale Lenkeinschlag begrenzt, bis die Lage des Radaufstandspunkt des Hinterrades unterhalb der horizontalen Achse des Gelenkstückes erreicht ist.
Das gelenkte Hinterrad führt beim Lenkausschlag zu keinerlei Kollisionen mit den Beinen bzw. dem Antriebsstrang. Die Betätigung der Lenkung unterhalb des Sitzes und der Schwenkbereich des Hinterrades führt zu keinerlei Kollisionen mit dem Antrieb bzw. den antreibenden Beinen. Die Lenkungsbetätigung erfolgt direkt auf den an der Hinterradgabel gelagerten Längslenker. Wahlweise kann die Lenkungsbetätigung auch über einen Lenkerschaft in Verlängerung der Drehachse des vorderen Längslenkers erfolgen. Durch die grösstenteils auf Zug beanspruchten Teile der Lenkung können diese sehr leicht ausgeführt werden. Die Verminderung von Unwuchten, hervorgerufen durch die Tretbewegung der Beine, im Bereich der Lenkachsen, wird durch die Verlagerung der Lenkachse zum Hinterrad erzielt. Dadurch werden Schwingungen der Kurbel durch das ungelenkte Vorderrad gedämpft.
Zur Erhöhung des Fahrkomforts kann in der Hinterradlenkung eine in ihrer Längsrichtung gefederte Gabel eingesetzt werden.
Das ungelenkte Vorderrad bietet einen verkürzten Weg von der Kurbel zum Antriebsrad und ermöglicht dadurch eine kompakte und leichte Bauweise. Das Gewicht der Kette wird auf ein Minimum reduziert und gleichzeitig verbessert sich der Wirkungsgrad.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen die
Fig. 1 ein erfindungsgemässes Liegerad in einer Seitenansicht mit einem angetriebenem unge- lenkten Vorderrad und dem gelenktem Hinterrad mit sogenannter "Unten-Lenkung", die
Fig. 2 die Hinterradlenkung in einer Ansicht von oben (Stellung gerade und Lenkeinschlag) und
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die
Fig. 3 ein Liegerad in einer Seitenansicht mit erfindungsgemäss gelenktem Hinterrad mit soge- nannter "Oben-Lenkung".
Es zeigt die Figur 1 ein Kurzliegerad mit sogenannter "Unten-Lenkung", dessen erfindungsgemässe Anlenkung der Hinterradgabel 14 am Rahmen 1 über ein Gelenkstück 15 erfolgt. Die Hinterradgabel 14 wird auf Höhe der Radnabe 21 von den Lenkern 10 und 12 gezogen. Das Hinterrad 4 des Liegerades ist auf einer Radnabe 21 drehbar gelagert, die in einer Hinterradgabel 14 befestigt ist. Am oberen Ende der Hinterradgabel 14 ist das Gabelschaftrohr 17 in einem vertikalen Lager des Gelenkstückes 15 drehbar geführt. Das Gelenkstück 15 ist über ein Lager mit horizontaler Achse 16 mit dem Rahmen 1 verbunden. Der in Fahrtrichtung angeordnete Längslenker 12 besteht aus zwei Verbindungsstreben, welche beidseitig des Hinterrades 4 drehbar über das Lager 13 an den Gabelenden angebracht sind.
An der Vorderseite sind die Verbindungsstreben miteinander verbunden und über ein Kugelgelenk 11mit dem Längslenker 10 gekoppelt. Die Lenkstange 18 ist mit dem Längslenker 10 verstellbar verbunden, dass eine Anpassung an die gewünschte Sitzposition durch horizontale Längsverschiebung möglich ist.
Die Figur 2 zeigt das Liegerad in einer Ansicht von oben, wobei die Hinterradlenkung in einer ausgelenkten Position dargestellt ist. Durch Betätigen der sogenannten "Oben-Lenkung" 19 nach rechts erfolgt ein auslenken des Längslenkers 10 nach links. Der Längslenker 10 ist über das Kugelgelenk 11 mit dem Längslenker 12 verbunden. Das Hinterrad führt dadurch einen Lenkeinschlag nach links durch, wodurch das Liegerad eine Kurve nach rechts einleitet. Das Hinterrad führt gleichzeitig eine geringfügige Vorwärtsbewegung durch.
Figur 3 zeigt ein Kurzliegerad mit der erfindungsgemässen Hinterradlenkung mit einer Lenkungsbetätigung über eine sogenannte "Oben-Lenkung", wobei die Lenkstange 19 mittels eines Gabelschaftrohres 23 mit dem Längslenker 10 verbunden ist.
PATENTANSPRÜCHE:
1. Fahrrad, insbesondere Liegerad mit einem ungelenkten angetriebenen Vorderrad (3) und einem in einer Hinterradgabel (14) gelagerten, gelenkten Hinterrad (4), wobei die Hinter- radgabel (14) mit ihrem Gabelschaftrohr (17) um eine annähernd vertikale Achse (17a) gegenüber dem Rahmen (1) drehbar gelagert und mit einer schwenkbaren Lenkstange verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gabelschaftrohr (17) in einem Ge- lenkstück (15), welches am Rahmen (1) um eine quer zur Fahrtrichtung angeordnete hori- zontale Achse (16) schwenkbar gelagert ist, lenkbar geführt ist, an der Hinterradgabel (14) eine nach vorn gerichtete Lenkgabel (12) vorzugsweise um eine horizontale Achse (13) schwenkbar angeordnet ist, die mittels eines Gelenkes (11),insbesondere eines Kugelge- lenkes, mit einem Ende eines Längslenkers (10) verbunden ist,
dessen anderes Ende am
Rahmen (1) um eine in der Längsmittenebene liegende Achse (9) drehbar gelagert ist und die Lenkstange (18,19) entweder mittels eines Gabelschaftrohres (23) oder unmittelbar mit dem Längslenker (10) verbunden ist.