AT522428A1 - Fahrradeinrichtung - Umbausatz mit einer Gleichgewichtsregelung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung(1) für ein Fahrrad (19) mit zumindest zwei auf einer gemeinsamen Querachse (2) drehbar angeordneten Rädern und mit einem Verbindungselement (11) zur Verbindung mit einem Fahrradrahmen (22) des Fahrrads (19), wobei das Verbindungselement (11) gegenüber der Querachse (2) um einen Kippwinkel (36) verkippbar ist, wobei die Einrichtung (1) eine Gleichgewichtsregelung mit einem Aktuator (16) zum Einstellen des Kippwinkels (36) zwischen dem Verbindungselement (11) und der Querachse (2) aufweist, wobei die Gleichgewichtsregelung dazu eingerichtet ist, den Kippwinkel (36) mittels des Aktuators (16) derart einzustellen, dass das Verbindungselement (11) unabhängig von einer Winkelstellung der Querachse (2) in einer ausgerichteten Lage gehalten wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrrad (19) mit einer solchen Einrichtung (1) sowie ein Verfahren zum Betreiben der Einrichtung (1). (Fig. 1)

Description

verkippbar ist.

Die vorliegende Erfindung beschreibt auch ein Fahrrad mit dieser

Einrichtung.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der Einrichtung und eines Fahrrads mit der beschriebenen

Einrichtung.

Für Personen mit einem beeinträchtigten Gleichgewichtssinn und Unsichere stellt Fahrradfahren mit herkömmlichen zweirädrigen Fahrrädern ein schwieriges und mitunter auch gefährliches Unterfangen dar. Sogar bei Geradeausfahrten auf ebenem

Untergrund sind schwere Stürze nicht ausgeschlossen.

Aus diesem Grund verwenden unsichere Personen, besonders aber solche mit beeinträchtigtem Gleichgewichtssinn, meist drei- oder mehrrädrige Fahrräder, die zumindest zwei auf einer gemeinsamen

Querachse angeordnete Räder aufweisen.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit solchen Fahrrädern trotz der drei oder mehreren Räder besonders bei unebenem Untergrund schwere Stürze auftreten können. Das passiert, wenn das gesamte Fahrrad in eine Schräglage gebracht wird, die von Personen mit beeinträchtigtem Gleichgewichtssinn nicht oder nur schwer erfasst und ausgeglichen werden kann. Bei hohen Geschwindigkeiten oder bei schrägem Untergrund wird dieser Effekt nochmals deutlich verstärkt und es kann trotz der an und für sich höheren Stabilität von drei- oder mehrrädrigen Fahrrädern zu katapultartigen Hebeleffekten und schweren Stürzen kommen. Es wäre daher wünschenswert, die Sturzgefahr bei dreioder mehrrädrigen Fahrrädern zu reduzieren, sodass Fahrradfahren für unsichere Personen und solche mit beeinträchtigtem

Gleichgewichtssinn sicherer wird.

und motorisierte Fahrzeuge seit Langem bekannt.

Beispielsweise offenbart die DE 10 2014 217 387 Al ein Neigefahrwerk für schienenungebundene Fahrzeuge mit drei oder mehr Rädern, welches das Kurvenverhalten der Fahrzeuge verbessern soll. Das Fahrzeug wird durch das Neigefahrwerk in Kurven dabei stets so ausgerichtet, dass eine y-Richtung auftretende Querbeschleunigung in einem fahrzeugorientierten

Koordinatensystem kompensiert wird.

Ein weiteres Neigefahrwerk ist aus der DE 10 2017 001 556 Al bekannt.

Daneben offenbart die DE 195 24 802 Al ein Transportfahrrad, das eine Neigung des Rahmens in Kurven ermöglicht und dadurch das

Einlenken verbessern soll.

Aus dem Stand der Technik sind zudem Aufsätze bekannt, die an Stelle des Vorderrades eines herkömmlichen Fahrrads verwendet werden können und ein herkömmliches Fahrrad zu einem

Lastenfahrrad umfunktionieren.

Auf einem weiter abliegenden Gebiet offenbart die DE 197 17 418 Cl ein mehrspuriges Kurvenneigerfahrzeug, bei dem abhängig von der Querbeschleunigung drei Aufbaustellungen möglich sind: Maximale Neigung nach links, aufrechte Stellung und maximale

Neigung nach rechts.

Die aus dem Stand der Technik bekannten, großteils gattungsfremden Fahrzeuge und Fahrwerke sind allesamt dazu ausgelegt, das Kurvenverhalten eines Fahrzeuges zu verbessern oder den Komfort für Fahrer und Beifahrer zu erhöhen. Die eingangs geschilderte Problematik, die Sicherheit von drei- oder mehrrädrigen Fahrrädern beim Überfahren von Unebenheiten oder schrägen Untergründen zu erhöhen, vermögen sie allerdings nicht oder nur ungenügend zu lösen. Sie verfügen über keine Regelung, die das Fahrzeug in Balance hält oder den Fahrer dabei

unterstützt, das Gleichgewicht zu halten.

bereitzustellen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Einrichtung nach Anspruch 1, ein Fahrrad nach Anspruch 15 und ein Verfahren nach Anspruch 16.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine Gleichgewichtsregelung mit einem Aktuator zum Einstellen des Kippwinkels zwischen dem Verbindungselement und der Querachse aufweist, wobei die Gleichgewichtsregelung dazu eingerichtet ist, den Kippwinkel mittels des Aktuators derart einzustellen, dass das Verbindungselement unabhängig von einer Winkelstellung der Querachse in einer ausgerichteten Lage -

quasi in Balance - gehalten wird.

Vorteilhafterweise kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung die Gefahr des unerwünschten Kippens (was einer Rollbewegung entspricht) eines mit der Einrichtung ausgerüsteten Fahrrads erheblich reduziert werden, da das Verbindungselement und damit der Fahrradrahmen des Fahrrads stets in der ausgerichteten Lage gehalten wird, während die Querachse und die Räder dem Untergrund folgen können. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Einrichtung ergibt sich, wenn die ausgerichtete Lage jener Lage entspricht, in welcher der Fahrradrahmen in einem mit dem Verbindungselement verbundenen Zustand in einer im Wesentlichen zur Erdbeschleunigung g parallelen Stellung gehalten wird. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass in der ausgerichteten Lage im mit dem Verbindungselement verbundenen Zustand des Fahrrads der Vektor

der Erdbeschleunigung g in einem in den Fahrradrahmen gelegten

Lenkstange, „oben“ der Sattel und „unten“ die Pedale befinden.

Als Gleichgewichtsregelung, die das Fahrrad im verbundenen Zustand mit der Einrichtung bei unebenem Untergrund in Balance hält, kann beispielsweise eine elektronische, eine elektromechanische, eine hydraulische, eine pneumatische oder eine rein mechanische Regelungseinrichtung vorgesehen sein. Unabhängig von ihrer genauen Ausgestaltung kann die Gleichgewichtsregelung eine Abweichung des Verbindungselements und/oder des Fahrradrahmens von der ausgerichteten Lage erfassen und dieses/n mit Hilfe des Aktuators (wieder) in die ausgerichtete Lage bringen und halten bzw. den Fahrer beim Halten des Gleichgewichts unterstützen. Die Gleichgewichtsregelung kann eine Erfassungseinheit aufweisen, welche eine Abweichung des Verbindungselements und/oder des Fahrradrahmens von der ausgerichteten Lage erfasst. Das kann zum Beispiel ein Sensor oder eine pendel- bzw. flüssigkeitsgestützte Regelungseinrichtung sein. Ermittelt und ausgegeben werden soll die Abweichung des Verbindungselements oder des Fahrradrahmens von der ausgerichteten Lage. Bevorzugt wird die Erfassungseinheit durch einen Sensor, der physikalische Größen, wie beispielsweise Querneigung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Kraft, Lagebeziehungen u.a. erfasst, gebildet. Bevorzugt wird zur Erfassung einer Abweichung zwischen der ausgerichteten Lage und dem Verbindungselement der Kippwinkel gemessen und für die Regelung, die das Verbindungselement in der ausgerichteten Lage hält, herangezogen. Unter anderem kann beispielsweise ein elektronisch implementierter Regler vorgesehen sein. Die

Erfassungseinheit, der Aktuator und das Verbindungselement

stattfinden. Die Lenkung der Einrichtung erfolgt vorzugsweise

eine Auflagefläche für Lasten aufweisen.

Um das Kurvenverhalten zu verbessern, kann vorgesehen sein, dass die Gleichgewichtsregelung dazu eingerichtet ist, den Kippwinkel bei Kurvenfahrten mittels des Aktuators derart einzustellen, dass das Verbindungselement unabhängig von der Winkelstellung der Querachse in einer ausgerichteten Kurvenlage gehalten wird. Besonders vorteilhaft ist hier, wenn die ausgerichtete Kurvenlage einer Lage entspricht, in welcher der Fahrradrahmen im mit dem Verbindungselement verbundenen Zustand im Wesentlichen parallel zur vektoriellen Summe aus der Erdbeschleunigung und einer Zentrifugalbeschleunigung ausgerichtet ist. Durch diese Maßnahme wird das Verbindungselement und damit der Fahrradrahmen bei Kurvenfahrten in das Kurveninnere geneigt, und zwar in einem solchen Maße, dass die vektorielle Summe aus der Zentrifugalkraft und der Erdanziehungskraft parallel zum Fahrradrahmen wirkt. Der Fahrer wird dadurch, ähnlich wie bei Schienenfahrzeugen bei Kurvenfahrten auf geneigten Gleiskörpern, senkrecht (d.h. im Wesentlichen entgegen der Richtung der z-Achse des oben definierten Koordinatensystems) in den Sattel gepresst, seitliche Kräfte werden unterdrückt oder gar gänzlich vermieden. In der ausgerichteten Kurvenlage tritt natürlich in dem oben eingeführten Koordinatensystem eine durch die Fliehkraft bedingte y-Komponente zusätzlich zur Erdbeschleunigung auf. Allerdings weist die vektorielle Summe aus der Erdbeschleunigung

und der Zentrifugalbeschleunigung keine y-Komponente in dem oben

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Um die Stabilität der Einrichtung zu erhöhen und die Kurvenlaufeigenschaften weiter zu verbessern, kann die Querachse über einen verschwenkbaren Rahmen verfügen, welcher zumindest zwei Querstreben und zwei die Querstreben gelenkig verbindende Endverbindungen aufweist, an denen jeweils zumindest ein Rad drehbar und vorzugsweise kippbar gelagert ist. Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Räder bei Kurvenfahrten zu neigen. Die Querstreben bleiben dabei aber stets parallel zueinander ausgerichtet. Auch die Endverbindungen bleiben parallel zueinander ausgerichtet. Der Rahmen entspricht bei Kurvenfahrten somit in seiner Form einem Parallelogramm mit verschwenkten Seiten, bei Geradeausfahrten auf ebenem Untergrund einem Rechteck. Da die Räder an den Endverbindungen drehbar und gegebenenfalls kippbar gelagert sind, wodurch eine Radaufhängung gebildet wird, werden die Räder in den Kurven vorteilhafterweise

geneigt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Verbindungselement mit zumindest einem der zwei Querstreben gelenkig verbunden ist. Dadurch werden die Endverbindungen und die Räder in einem gleichen Winkel wie das Verbindungselement

verschwenkt.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Gleichgewichtsregelung und der Aktuator durch ein Flüssigkeitsreservoir mit einer Flüssigkeit, insbesondere Salzwasser, Öl oder ähnliches, gebildet ist, in welcher zumindest ein Schwimmkörper gelagert ist, wobei der Schwimmkörper mit dem Verbindungselement verbunden ist und durch die von der Flüssigkeit erzeugte Auftriebskraft einem Oberflächenspiegel der Flüssigkeit folgt und dadurch den Kippwinkel einstellt. Der Flüssigkeit können Stoffe zur Erhöhung der Viskosität und des spezifischen Gewichts beigemengt sein. Es können auch zwei oder mehrere Schwimmkörper vorgesehen sein, die Jeweils mit dem Verbindungselement verbunden sind. Bei dieser Ausführungsform kann auf eine elektronische bzw. elektromechanische Gleichgewichtsregelung verzichtet werden. Die

Gleichgewichtsregelung wird hier durch das Flüssigkeitsreservoir

gebildet. Die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsreservoir ist bestrebt, sich stets nach der Erdanziehung auszurichten. Der Oberflächenspiegel ist daher, abgesehen von kurzzeitigen Schwankungen, stets im Wesentlichen normal zur Erdbeschleunigung ausgerichtet. Der Schwimmkörper, der in der Flüssigkeit gelagert ist, schwimmt auf Grund der Auftriebskraft an der Oberfläche der Flüssigkeit oder ist in diese zumindest teilweise eingetaucht und folgt dem Oberflächenspiegel. Bei Neigungen des Verbindungselements oder des mit dem Verbindungselement verbundenen Fahrradrahmens, die eine Abweichung von der ausgerichteten Lage darstellen, wirkt das Flüssigkeitsreservoir

und der in der darin befindlichen Flüssigkeit entgegen.

In einer weiteren Ausführungsform erfolgt die Regelung beispielsweise durch zumindest einen Luftpolster, der auch die Form eines Schlauches haben kann und je zur Hälfte auf der rechten und linken Seite des Rahmens angebracht ist. Über Verdränger, die senkrecht zur beweglichen Querachse montiert sind, kann der Rahmen bei auftretenden Kippkräften auf der Seite mit der höheren Belastung (untenliegende oder in Kurven außenliegende Seite) derart gestützt werden, dass dadurch eine

Ausrichtung des Verbindungselements erfolgt.

Diese Ausführungsform kann durch ein Pendel ergänzt werden, das an einer Steuerungssäule, die bevorzugt rechtwinkelig zur neigbaren Querachse angebracht ist, drehbar gelagert ist. Das Pendel wird durch die Schwerkraft und die Fliehkräfte ausgerichtet. Die Stellung des Pendels gibt die Sollneigung (d.h. die ausgerichtete Lage oder die ausgerichtete Kurvenlage) des Verbindungselements vor, wodurch eine Abweichung des Verbindungselements von der ausgerichteten Lage oder der ausgerichteten Kurvenlage erfasst werden kann. Bei Geradeausfahrten zeigt das Pendel in Richtung der Erdbeschleunigung. Bei Kurvenfahrten wird das Pendel auf Grund der Fliehkraft vom Kurveninneren weg nach außen gedrückt. Entspricht die Neigung des Verbindungselements bzw. des Fahrradrahmens der durch das Pendel angegebenen Sollneigung, d.h. ist das Verbindungselement oder der Fahrradrahmen parallel zum Pendel angeordnet, liegt keine Abweichung vor und die

Verdränger bleiben inaktiv. Weicht die Neigung des

An Stelle eines Luftpolsters mit Verdrängern kann durch das Pendel auch eine Bremsvorrichtung angesteuert werden, welche die unerwünschte Veränderung des Kippwinkels - ein unerwünschtes

Kippen - verhindert bzw. einbremst.

Bevorzugt werden bei der erfindungsgemäßen Einrichtung jedoch elektronische bzw. elektromechanische Regelungen eingesetzt. Zu diesem Zweck kann die Gleichgewichtsregelung eine Verarbeitungseinheit mit einem darin implementierten Regler und zumindest einen Sensor aufweisen, wobei der Sensor insbesondere die Querneigung (Rollbewegung), die Beschleunigung, die Geschwindigkeit und/oder die Position bzw. den Winkel des Verbindungselements erfasst. Als Verarbeitungseinheit ist bevorzugt ein Mikrocontroller oder ein Mikroprozessor vorgesehen. In der Verarbeitungseinheit ist ein Regler, vorzugsweise ein linearer Regler, beispielsweise ein PID-Regler, implementiert. Der geschlossene Regelkreis wird daher zumindest durch den Regler, den Sensor, den Aktuator und das Verbindungselement gebildet. Zur Ansteuerung des Aktuators kann die Gleichgewichtsregelung noch eine Verstärkungseinheit aufweisen, welche dann ebenfalls Teil des Regelkreises wäre. Wenn mit Hilfe des Sensors festgestellt wird, dass zwischen dem Verbindungselement oder, im verbundenen Zustand, dem Fahrradrahmen des Fahrrads und der ausgerichteten Lage oder der ausgerichteten Kurvenlage eine Abweichung vorliegt, wird diese mit Hilfe des in der Verarbeitungseinheit implementierten

Reglers und dem Aktuator minimiert oder gar zu Null gestellt.

ES kann vorgesehen sein, dass der Aktuator mindestens einen Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder und/oder einen Spindelantrieb aufweist, der mit dem Verbindungselement verbunden ist. Bevorzugt sind zwei Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder vorgesehen. Die zwei Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder können gegengleich angesteuert werden, sodass

einer der beiden Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder

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expandiert, während der andere komprimiert wird. Zur Anpassung des Druckes im Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder kann zumindest eine Pumpen/Motor-Einheit vorgesehen sein. Der zumindest eine Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder kann eine Kraft von zumindest 50 Newton, vorzugsweise zumindest 100

Newton, insbesondere zumindest 200 Newton, bereitstellen.

Der Aktuator kann auch durch eine modifizierte Federgabel mit zwei Hydraulik- und/oder Pneumatikaktuatoren gebildet werden, welche das Verbindungselement bilden, wobei der Druck in den Hydraulik- und/oder Pneumatikaktuatoren durch eine Pumpen/MotorEinheit (mit oder ohne Drossel) individuell einstellbar ist und dadurch die modifizierte Federgabel gegenüber der Querachse verschwenkbar ist. Die modifizierte Federgabel ist mit der Einrichtung verbunden. Der Rahmen des Fahrrads wird mit der

modifizierten Federgabel verbunden.

Alternativ kann der Aktuator mindestens einen Elektroantrieb, vorzugsweise eine Lineareinheit, aufweisen, der mit dem Verbindungselement verbunden ist. Bevorzugt sind zwei Elektroantriebe vorgesehen. Die zwei Elektroantriebe können wiederum gegengleich angesteuert werden. Der zumindest eine Elektroantrieb kann eine Kraft von zumindest 50 Newton, vorzugsweise zumindest 100 Newton, insbesondere zumindest 200

Newton, bereitstellen.

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Aktuator zwei flexible Gaskammern aufweist, die das Verbindungselement stützen, wobei eine vorzugsweise elektrisch angetriebene Pumpe vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, einen Druck in den Gaskammern einzustellen und dadurch den Kippwinkel einzustellen. Durch die Einstellung des Kippwinkels wird das Verbindungselement verschwenkt und dadurch in der ausgerichteten Lage oder der ausgerichteten Kurvenlage gehalten. Die beiden flexiblen Gaskammern können alternativ durch eine gemeinsame, in zwei (unabhängige) Teile geteilte Gaskammer gebildet werden. Als geteilte Gaskammer kann beispielsweise ein Schlauch vorgesehen sein. In den Gaskammern befindet sich vorzugsweise (Umgebungs-) Luft. Die Gaskammern sind

nachgiebig ausgebildet, wobei diese Nachgiebigkeit durch den

Druck innerhalb der Gaskammern bestimmt wird. Das Verbindungselement ist mit beiden Gaskammern verbunden und wird durch diese gestützt. Hierzu kann das Verbindungselement entsprechende Verbindungselemente oder (Auflage-)Abschnitte aufweisen. Wenn in beiden Gaskammern der gleiche Druck herrscht, ist das Verbindungselement senkrecht zur Querachse angeordnet. In allen anderen Stellungen, in denen das Verbindungselement nicht senkrecht zur Querachse angeordnet ist, herrscht in beiden

Gaskammern ein unterschiedlicher Druck.

ES kann vorgesehen sein, dass die Pumpe ein Gas, insbesondere Luft, zwischen den Gaskammern transferiert oder in die Gaskammern ein- und/oder auspumpt und dadurch den Kippwinkel einstellt. Die Pumpe kann demnach dazu eingerichtet sein, Gas von der einen Gaskammer zur anderen und vice versa zu transferieren bzw. zu pumpen. Dabei wird der Druck in einer der Gaskammern erhöht und in der anderen Gaskammer verringert. Die Gaskammern können somit gegengleich angesteuert werden. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Pumpe Jeweils Gas, beispielsweise Umgebungsluft, in die Gaskammern ein- bzw. auspumpt und dadurch den Druck innerhalb der Gaskammern individuell einstellt. Das Auspumpen kann alternativ über ein gesteuertes Ventil erfolgen. Es können auch mehrere Pumpen und

Ventile vorgesehen sein.

Gemäß einer weiteren Alternative kann vorgesehen sein, dass zumindest eine flexible Gaskammer, die das Verbindungselement stützt, und eine Verdrängungseinheit, die mit der flexiblen Gaskammer in Kontakt ist, vorgesehen ist, wobei die Verdrängungseinheit in Abhängigkeit des Kippwinkels die flexible Gaskammer verformt und dadurch den Kippwinkel einstellt. Die zumindest eine Gaskammer kann dabei durch einen Schlauch gebildet werden. Als Verdrängungseinheit kann ein Kolben oder ein durch die schwenkbare Achse in seiner Lage geformtes Blech vorgesehen sein. Durch die Verdrängungseinheit, die vorzugsweise senkrecht zur beweglichen Querachse angebracht ist, kann das Verbindungselement bei auftretenden Kippkräften auf der Seite mit der höheren Belastung (untenliegende oder in Kurven außenliegende Seite) derart gestützt werden, dass dadurch eine

Ausrichtung des Verbindungselements erfolgt. Zur Feststellung

der Abweichung kann ein Sensor eingesetzt werden.

ES kann dabei ein drehbar an einer Steuerungssäule gelagertes Pendel vorgesehen sein, welches dazu eingerichtet ist, eine Abweichung des Verbindungselements von der ausgerichteten Lage zu erfassen und die Verdrängungseinheit im Falle einer Abweichung anzusteuern, wobei die Steuerungssäule bevorzugt senkrecht zur Querachse angeordnet und mit dieser verbunden ist. Die Steuerungssäule kann als Stange ausgeführt sein. Das Pendel wird auf Grund der Schwerkraft oder der Fliehkräfte im Wesentlichen nach der ausgerichteten Lage oder der ausgerichteten Kurvenlage ausgerichtet und kann dadurch eine Abweichung des Verbindungselements von der ausgerichteten Lage oder der ausgerichteten Kurvenlage erfassen. Über die Stellung des Pendels wird somit eine Sollneigung (ausgerichtete Lage oder ausgerichtete Kurvenlage) vorgegeben. Entspricht die Neigung des Verbindungselements bzw. des Fahrradrahmens der durch das Pendel angegebenen Sollneigung, liegt keine Abweichung vor und die Verdrängungseinheit bleibt inaktiv. Weicht die Neigung des Verbindungselements bzw. des Fahrradahmens aber von der vom Pendel angegebenen Sollneigung ab, wird die Verdrängungseinheit aktiv und stützt das Verbindungselements bzw. das Fahrrad auf der Seite, auf der die Neigung des Verbindungselements bzw. des Rahmens des Fahrrades größer ist als die des Pendels. Die Aktivierung der Verdrängungseinheit durch das Pendel kann unter anderem mechanisch erfolgen. An Stelle der flexiblen Gaskammer mit Verdrängungseinheit kann durch das Pendel auch eine Kippbremse, die die unerwünschte Veränderung des Kippwinkels ein unerwünschtes Kippen - verhindert bzw. einbremst,

angesprochen werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist als Aktuator eine Bremsscheibe und eine mit der Bremsscheibe zusammenwirkende Bremsvorrichtung vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform kann durch Aktivieren der Bremsvorrichtung eine Veränderung des Kippwinkels verhindert werden, indem die Bremsscheibe durch die Bremsvorrichtung festgehalten wird. Durch Zusammenwirkung der Bremsscheibe mit der Bremsvorrichtung kann demnach ein aktueller Kippwinkel, unabhängig vom Untergrund,

beibehalten werden. Bei Geradeausfahren auf ebenem Untergrund

soll beispielsweise gemäß der ausgerichteten Lage das Verbindungselement senkrecht zur Querachse angeordnet sein. Wenn das Verbindungselement von der ausgerichteten Lage abweicht, wird die Bremsvorrichtung aktiviert, um eine (weitere) Veränderung des Kippwinkels zu verhindern. Zweckmäßigerweise ist die Bremsvorrichtung bevorzugt mit dem Verbindungselement und die Bremsscheibe mit der Querachse, insbesondere einem Querstreben des Rahmens, drehfest verbunden. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Bremsscheibe mit dem Verbindungselement und die Bremsvorrichtung mit der Querachse, insbesondere einem Querstreben des Rahmens, drehfest verbunden ist. Wenn die Bremsvorrichtung deaktiviert ist, kann die Bremsscheibe bei einer Verkippung des Verbindungselements im Wesentlichen reibungsfrei durch eine Gleitrille der Bremsvorrichtung gleiten. Eine Verkippung des Verbindungselements gegenüber der Querachse ist somit bei deaktivierter Bremsvorrichtung möglich. Die Bremsscheibe ist bevorzugt derart orientiert, dass ihre Drehachse in Fahrtrichtung weist. Bei dieser Ausführungsform kann die Bremsvorrichtung, ähnlich wie im Zusammenhang mit der Verdrängungseinheit erläutert, mit Hilfe eines Pendels aktiviert

werden.

ES kann ein drehbar an einer Steuerungssäule gelagertes Pendel vorgesehen sein, welches dazu eingerichtet ist, eine Abweichung des Verbindungselements von der ausgerichteten Lage zu erfassen und die Bremsvorrichtung im Falle einer Abweichung anzusteuern, wobei die Steuerungssäule bevorzugt drehbar an der Querachse angebracht ist, wobei sich insbesondere ein unterer Drehmittelpunkt der Steuerungssäule in der Kippachse der schwenkbaren Querachse befindet. Bevorzugt ist das obere Ende der Steuerungssäule mit dem Verbindungselement oder dem Fahrrad verbunden, sodass die Steuerungssäule eine Neigung des Verbindungselements oder des Fahrrades teilt. Die Neigung der Steuerungssäule entspricht dabei der die Istneigung des Verbindungselements bzw. des Fahrrades. Die Steuerungssäule kann durch eine Stange gebildet werden. Das Pendel richtet sich dabei auf Grund der Schwerkraft und gegebenenfalls auf Grund allfälliger Fliehkräfte im Wesentlichen nach der ausgerichteten

Lage bzw. der ausgerichteten Kurvenlage aus, wodurch eine

Abweichung des Verbindungselements erfasst werden kann. Wenn die Längsachse des Verbindungselements von der Längsachse des Pendels abweicht, liegt eine Abweichung des Verbindungselements von der ausgerichteten Lage oder von der ausgerichteten Kurvenlage vor. Bei einer Abweichung wird die Bremsvorrichtung durch das Pendel aktiviert, um eine (weitere) Vergrößerung der Abweichung zu verhindern. Die Aktivierung der Bremsvorrichtung

kann mechanisch erfolgen.

Die obige Aufgabe wird auch durch ein Fahrrad mit einer Einrichtung der oben beschriebenen Art gelöst, wobei die Einrichtung mit dem Rahmen des Fahrrads verbunden ist, indem das Verbindungselement mit einer Fahrradgabel des Fahrrads verbunden ist. Die beschriebenen Vorteile und Merkmale gelten auch für das

Fahrrad mit der Einrichtung.

Die obige Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Regelung einer Einrichtung für ein Fahrrad gelöst, wobei die Einrichtung zumindest zwei auf einer gemeinsamen Querachse drehbar angeordnete Räder und ein Verbindungselement zur Verbindung mit einem Fahrradrahmen des Fahrrads aufweist, wobei das Verbindungselement gegenüber der Querachse um einen Kippwinkel verkippbar ist, und die Einrichtung eine Gleichgewichtsregelung mit einem Aktuator zum Einstellen des Kippwinkels zwischen dem Verbindungselement und der Querachse aufweist, welche den Kippwinkel mittels des Aktuators derart einstellt, dass das Verbindungselement unabhängig von einer Winkelstellung der Querachse in einer ausgerichteten Lage gehalten wird. Das Verfahren ist selbstverständlich auch auf ein Fahrrad mit einer

solchen Einrichtung anwendbar.

Das Kurvenverhalten wird erheblich verbessert, wenn die Gleichgewichtsregelung den Kippwinkel bei Kurvenfahrten derart einstellt, dass das Verbindungselement unabhängig von der Winkelstellung der Querachse in einer ausgerichteten Kurvenlage

gehalten wird.

Im Folgenden wird die Erfindung an Hand von Figuren näher beschrieben, auf die sie allerdings nicht eingeschränkt sein soll.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung gemäß einer

ersten Ausführungsform in einer Ansicht von hinten.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung gemäß der ersten

Ausführungsform in einer Ansicht von vorne.

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß der Ausführungsform in Verbindung mit einem Fahrrad in einer

Seitenansicht.

Fig. 4. zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einer schematischen Darstellung von vorne auf

einer schiefen Ebene.

Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße Einrichtung gemäß einer

alternativen Ausführungsform mit zwei Gaskammern.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Einrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Einrichtung 1 besitzt eine Querachse 2 mit einem verschwenkbaren Rahmen 3, welcher in der gezeigten Darstellungsform zwei Querstreben 4 und zwei die Querstreben 4 gelenkig verbindende Endverbindungen 5 aufweist. An den Endverbindungen 5 sind jeweils Achsstummeln 6 angeordnet, über welche Räder 39 drehbar mit den Endverbindungen 5 verbunden sind. Durch den verschwenkbaren Rahmen 3 können die Räder 39 bei Kurvenfahrten geneigt werden. An den Endverbindungen 5 sind über Halteelemente 7 Bremsen 8 in Form von Scheibenbremsen 9 angebracht. Die Querstreben 4 sind über Lager 10 mit einem Verbindungselement 11 verbunden. Das Verbindungselement 11 ist zur Verbindung mit dem Fahrradrahmen 22 eines Fahrrads 19 (siehe Fig. 3) eingerichtet. Zu diesem Zweck verfügt das Verbindungselement 11 in der gezeigten Darstellungsform zumindest zwei Klemmen 12, mit denen die Gabel 37 eines Fahrrads 19 verbunden werden kann (siehe Fig. 3). Das Verbindungselement 11 besteht aus zwei seitlichen Rohren 13, an denen die Klemmen 12 montiert sind. An der Oberseite sind die beiden Rohre 13 des Verbindungselements 11 über ein Element 14 des Verbindungselements 11 verbunden. Im Mittelbereich verbindet

eine Basisplatte 15 die Rohre 13. An dem Verbindungselement 11

und an einem der beiden Querstreben 4 sind als Aktuator 16 zwei Hydraulikzylinder 17 befestigt. Die Hydraulikzylinder 17 sind drehbar sowohl ein einem Querstreben 4, als auch am Verbindungselement 11 gelagert. Die Hydraulikzylinder 17 sind in der Lage, durch Aufbringen von Kräften und Momenten das Verbindungselement 11 gegenüber der Querachse 2 um einen Kippwinkel 36 zu verschwenken, und zwar unabhängig von der Lage und Winkelstellung der Querachse 2. Die Winkelstellung bezieht sich auf die Neigung der Querachse 2. Die Verschwenkung des Verbindungselements 11 findet um eine in Fahrtrichtung liegende Achse 18 statt.

Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der

Einrichtung 1 von vorne.

Fig. 3 zeigt die Einrichtung gemäß Fig. 1 an einem ursprünglich zweirädrigen Fahrrad 19, wodurch ein dreirädriges Fahrrad 20 entsteht. Die Einrichtung kann an Stelle eines Vorderrades eingesetzt werden. Mit Hilfe der Lenkstange 21 des Fahrrades 19 kann die Einrichtung 1 gelenkt werden. Die Einrichtung 1 ist mit Hilfe des Verbindungselements 11 über eine Fahrradgabel 37 mit

dem Fahrradrahmen 22 des Fahrrads 19 verbunden.

Mit Hilfe der Einrichtung 1 ist es möglich, das Verbindungselement 11 und damit den Rahmen 22 eines Fahrrades 20 in einer ausgerichteten Lage 23 unabhängig vom Untergrund 24 zu halten. Dies ist näher in Fig. 4 dargestellt. Zu diesem Zweck weist die Einrichtung 1 eine Gleichgewichtsregelung auf. In der ersten Ausführungsform der Einrichtung wird hierzu vorzugsweise ein Mikroprozessor eingesetzt, der über einen Sensor (nicht gezeigt) eine Abweichung des Verbindungselements 11 und damit des Fahrradrahmens 22 von der ausgerichteten Lage erfasst und mit Hilfe des Aktuators 16 ausgleicht. Der Sensor kann zum Beispiel die Querneigung, die Beschleunigung oder eine Position in einem Bezugssystem, insbesondere einem Inertialsystem, feststellen. Bei Abweichung des Verbindungselements von der ausgerichteten Lage, welche somit einer Soll-Lage entspricht, steuert ein auf dem Mikroprozessor implementierter Regler den Aktuator derart an, dass die Abweichung des Verbindungselements

11 von der ausgerichteten Lage 23 minimiert bzw. zu Null gemacht

wird. Der Aktuator 16 kann insbesondere eine Abweichung von der ausgerichteten Lage um eine Achse 18 in Fahrtrichtung ausgleichen. Ein Ausgleich um die Querachse 2 wäre ebenfalls denkbar. Die Gleichgewichtsregelung kann das Verbindungselement 11 mit Hilfe des Aktuators 16 dauerhaft in der ausgerichteten Lage halten. Dadurch wird insbesondere unsicheren Personen und solchen mit beeinträchtigtem Gleichgewichtssinn das

Fahrradfahren ermöglicht bzw. erleichtert.

Bei der ausgerichteten Lage 23 handelt es sich vorzugsweise um eine Lage, bei der der Fahrradrahmen 22 im Wesentlichen parallel zur Erdbeschleunigung g, die näherungsweise radial zum Erdmittelpunkt wirkt, ausgerichtet ist. Dies kann auch mit einem fahrzeugfesten, rechtshändigen Koordinatensystem 25 im Fahrradrahmen 22 ausgedrückt werden. Die x-Achse des Koordinatensystems 25 ist dabei in Fahrrichtung des Fahrradrahmens 22 gerichtet. Die y-Achse steht normal auf eine Haupterstreckungsebene 26 des Fahrradrahmens 22. Die z-Achse ist rechtwinkelig zur x- und y-Achse des Koordinatensystems 25 und zeigt nach oben. Die ausgerichtete Lage ist nun bevorzugt jene Lage, in der der Vektor der Erdbeschleunigung 27 keine Komponente in die y-Richtung des Koordinatensystems 25 aufweist,

wie dies in Fig. 4 dargestellt ist.

Damit die Gleichgewichtsregelung auch bei Kurvenfahrten aktiv sein kann, kann vorgesehen sein, dass bei Kurvenfahrten das Verbindungselement 11 gemäß einer ausgerichteten Kurvenlage ausgerichtet ist (nicht gezeigt). Gemäß der ausgerichteten Kurvenlage ist das Verbindungselement 11 und damit der Fahrradrahmen 22 bevorzugt in das Kurveninnere geneigt. Besonders bevorzugt entspricht die ausgerichtete Kurvenlage einer Lage, in welcher der Fahrradrahmen 22 im mit dem Verbindungselement 11 verbundenen Zustand im Wesentlichen parallel zur vektoriellen Summe aus der Erdbeschleunigung und einer Zentrifugalbeschleunigung ausgerichtet ist. Hierbei tritt zwar im Koordinatensystem 25 eine y-Komponente der Erdbeschleunigung g auf. Allerdings weist die vektorielle Summe der Erdbeschleunigung und einer Zentrifugalbeschleunigung keine y-Komponente in dem Koordinatensystem 25 auf. Es kann auch

vorgesehen sein, dass anstatt eines elektronischen Sensors ein

Pendel, das auf einer Steuerungssäule, die mit der schwenkbaren Querachse der Einrichtung verbunden ist, angebracht ist, die Querneigung misst. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass der Fahrer bei Kurvenfahrten senkrecht in den Sattel gedrückt wird und auch bei Kurvenfahrten keine Fliehkräfte

wirksam werden.

Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei welcher der Aktuator 16 durch eine Bremsscheibe 28 und zwei Bremsvorrichtungen 29 gebildet wird. In Fig. 5 ist die Einrichtung 1 in drei verschiedenen Stellungen gezeigt. Die Bremsvorrichtungen 29 werden aktiviert, wenn eine Abweichung des Verbindungselements 11 von der ausgerichteten Lage 23 (in Fig. 5 die Mittelstellung der drei eingezeichneten Stellungen) oder der ausgerichteten Kurvenlage vorliegt. Dadurch wird das Verbindungselement 11 fixiert und der Kippwinkel 36 beibehalten. Um eine Abweichung festzustellen, können Sensoren eingesetzt werden. In der gezeigten (bevorzugten) Ausführungsform wird hierzu Jedoch ein Pendel 30 an einer Steuerungssäule 31, welche senkrecht zur Querachse 2 angeordnet und mit dieser verbunden ist, eingesetzt. Wenn die Längsachse des Pendels 30, welches drehbar an der Steuerungssäule 31 gelagert ist, von der Längsachse des Verbindungselements 11 abweicht (also die Längsachsen nicht mehr parallel sind, wie dies in der linken und rechten Stellung angedeutet ist), liegt eine Abweichung von der ausgerichteten Lage 23 bzw. von der ausgerichteten Kurvenlage vor. Bei einer solchen Abweichung des Verbindungselements 11 werden die Bremsvorrichtungen 29 durch das Pendel 30 aktiviert. Eine Bremsvorrichtung 29 kann dabei zusammenwirkende Bremsbacken (nicht gezeigt) aufweisen, welche benachbart zu einer Gleitrille (ebenfalls nicht gezeigt) der Bremsvorrichtung 29 angeordnet sind. Wenn die Bremsvorrichtungen 29 deaktiviert sind, gleitet die Bremsscheibe 28 annähernd reibungsfrei durch die jeweiligen Gleitrillen der Bremsvorrichtungen 29. Bei Aktivierung der Bremsvorrichtung 29 werden die Bremsbacken an die Bremsscheibe 28 geführt und treten mit dieser in Reibkontakt. In Fig. 5 ist die Einrichtung 1 im verbundenen Zustand mit dem Fahrrad 19 in einer Vorderansicht dargestellt. Die Längsachse des Pendels 30 und die Längsachse des Verbindungselements 11 sind dabei

parallel zueinander angeordnet. Das Verbindungselement 11

befindet sich demnach in der ausgerichteten Lage 23. Sollte beispielsweise eine durch einen Fahrer induzierte Verkippung des Verbindungselements 11 stattfinden (wie in der linken und rechten Stellung angedeutet), wird diese durch das Pendel 30 festgestellt und die Bremsvorrichtungen 29 aktiviert, um das

Verbindungselement 11 in der ausgerichteten Lage 23 zu halten.

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Einrichtung (1) für ein Fahrrad (19) mit zumindest zwei auf einer gemeinsamen Querachse (2) drehbar angeordneten Rädern (39) und mit einem Verbindungselement (11) zur Verbindung mit einem Fahrradrahmen (22) des Fahrrads (19), wobei das Verbindungselement (11) gegenüber der Querachse (2) um einen Kippwinkel (36) verkippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) eine Gleichgewichtsregelung mit einem Aktuator (16) zum Einstellen des Kippwinkels (36) zwischen dem Verbindungselement (11) und der Querachse (2) aufweist, wobei die Gleichgewichtsregelung dazu eingerichtet ist, den Kippwinkel (36) mittels des Aktuators (16) derart einzustellen, dass das Verbindungselement (11) unabhängig von einer Winkelstellung der

Querachse (2) in einer ausgerichteten Lage (23) gehalten wird.

2. Einrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichgewichtsregelung dazu eingerichtet ist, den Kippwinkel (36) bei Kurvenfahrten mittels des Aktuators (16) derart einzustellen, dass das Verbindungselement (11) unabhängig von der Winkelstellung der Querachse (2) in einer ausgerichteten

Kurvenlage gehalten wird.

3. Einrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Querachse (2) über einen verschwenkbaren Rahmen (3) verfügt, welcher zumindest zwei Querstreben (4) und zwei die Querstreben (4) gelenkig verbindende Endverbindungen (5) aufweist, an denen jeweils

zumindest ein Rad (39) drehbar gelagert ist.

4. Einrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (11) mit zumindest einem der zwei

Querstreben (4) gelenkig verbunden ist.

5. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichgewichtsregelung eine Verarbeitungseinheit mit einem darin implementierten Regler, insbesondere einem linearen Regler, und zumindest einen Sensor

aufweist, wobei der Sensor insbesondere eine Querneigung, eine

Beschleunigung, eine Geschwindigkeit und/oder eine Position des

Verbindungselements (11) erfasst.

6. Einrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (16) mindestens einen Hydraulik- und/oder Pneumatikzylinder (17) aufweist, der mit dem Verbindungselement

(11) verbunden ist.

7. Einrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (16) mindestens einen Elektroantrieb, vorzugsweise einen Linearantrieb, aufweist, der

mit dem Verbindungselement (11) verbunden ist.

8. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dass die Gleichgewichtsregelung und der Aktuator (16) durch ein Flüssigkeitsreservoir mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, gebildet ist, in welcher zumindest ein Schwimmkörper gelagert ist, wobei der Schwimmkörper mit dem Verbindungselement (11) verbunden ist und durch die von der Flüssigkeit erzeugte Auftriebskraft einem Oberflächenspiegel der Flüssigkeit folgt und dadurch den Kippwinkel (36) einstellt.

9. Einrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator zwei flexible Gaskammern aufweist, die das Verbindungselement (11) stützen, wobei eine vorzugsweise elektrisch angetriebene Pumpe vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, einen Druck in den Gaskammern

einzustellen und dadurch den Kippwinkel (36) einzustellen.

10. Einrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe ein Gas, insbesondere Luft, zwischen den Gaskammern transferiert oder in die Gaskammern ein- und/oder

auspumpt.

11. Einrichtung (1) einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator (16) zumindest eine flexible Gaskammer, die das Verbindungselement (11) stützt, und eine Verdrängungseinheit, die mit der flexiblen Gaskammer in Kontakt ist, vorgesehen ist, wobei die Verdrängungseinheit in

Abhängigkeit des Kippwinkels (36) die flexible Gaskammer

verformt und dadurch den Kippwinkel (36) einstellt.

12. Einrichtung (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehbar an einer Steuerungssäule gelagertes Pendel vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, eine Abweichung des Verbindungselements (11) von der ausgerichteten Lage (23) zu erfassen und die Verdrängungseinheit im Falle einer Abweichung anzusteuern, wobei die Steuerungssäule bevorzugt senkrecht zur

Querachse (2) angeordnet ist und mit dieser verbunden ist.

13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator (16) eine Bremsscheibe (28) und zumindest eine mit der Bremsscheibe (28) zusammenwirkende

Bremsvorrichtung (29) vorgesehen ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehbar an einer Steuerungssäule (31) gelagertes Pendel (30) vorgesehen ist, welches dazu eingerichtet ist, eine Abweichung des Verbindungselements (11) von der ausgerichteten Lage (23) zu erfassen und die Bremsvorrichtung (29) im Falle einer Abweichung

anzusteuern.

15. Fahrrad (19, 20) mit einer Einrichtung (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist und über das

Verbindungselement (11) mit einem Fahrradrahmen (22) des

Fahrrads (19) verbunden ist.

16. Verfahren zur Regelung einer Einrichtung (1) für ein Fahrrad (19), wobei die Einrichtung (1) zumindest zwei auf einer gemeinsamen Querachse (2) drehbar angeordnete Räder und ein Verbindungselement (11) zur Verbindung mit einem Fahrradrahmen (22) des Fahrrads (19) aufweist, wobei das Verbindungselement (11) gegenüber der Querachse (2) um einen Kippwinkel (36) verkippbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (1) eine Gleichgewichtsregelung mit einem Aktuator (16) zum Einstellen des Kippwinkels (36) zwischen dem Verbindungselement (11) und der Querachse (2) aufweist, welche den Kippwinkel (36) mittels des Aktuators (16) derart einstellt, dass das

Verbindungselement (11) unabhängig von einer Winkelstellung der

Querachse (2) in einer ausgerichteten Lage (23) gehalten wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleichgewichtsregelung den Kippwinkel (36) bei Kurvenfahrten derart einstellt, dass das Verbindungselement (11) unabhängig von der Winkelstellung der Querachse (2) in einer ausgerichteten

Kurvenlage gehalten wird.

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