DE10007628A1 - Gefederter Fahrradrahmen - Google Patents

Abstract

Bekannte Fahrradfederungssysteme, oftmals schwer oder nicht steif genug, beanspruchen den zum Schultern und für Trinkflaschen notwendigen Platz innerhalb des Rahmens durch Federungssystemkomponenten. Unterbrochene tragende Teile des Rahmens reduzieren seine Tragfähigkeit. Der neue Fahrradrahmen soll bequem zu Schultern sein, für die Trinkflaschenunterbringung ausreichend Platz bereithalten und dennoch möglichst leicht und steif sein. DOLLAR A Der Rahmen besteht aus einem direkt mit einem Hauptrahmen über ein Gelenk oberhalb des Tretlagers verbundenen starren Hinterbau. Ein zweite Verbindung zwischen den Rahmenteilen wird über zwei gelenkig verbundene Hebel hergestellt, von denen einer schwenkbar am Hinterbau lagert und der andere mit einem Gelenk unterhalb des Tretlagers verbunden ist. Die Verlängerung des am Hinterbau gelagerten Hebels über den Verbindungspunkt beider Hebel hinaus betätigt ein mit dem anderen Ende unter dem Unterrohr des Hauptrahmens befestigtes Federbein. DOLLAR A Diese Merkmale ermöglichen den Bau eines schulterbaren, steifen Fahrrades, wie es z. B. für Langstrecken-Geländefahrten eingesetzt werden kann.

Description

Gefederte Fahrradrahmen werden zumeist in Form von Variationen von ein- oder mehrgelenkig am Hauptrahmen abgestützten Hinterbauten hergestellt. Häufig benutzte Bauformen sind dabei Eingelenker, bei denen ein einzelnes Gelenk den einteiligen Hinterbau mit dem Hautrahmen verbindet, oder Mehrgelenker, deren Hinterbauten aus untereinander durch Gelenke getrennte Sitz- und Kettenstreben bestehen, von denen erstere zumeist über eine Wippe die auf das Hinterrad wirkenden Kräfte auf den Hauptrahmen übertragen.

Das allen Konstruktionen gemeinsame Hauptproblem ist der Ausschluss der Kettenwirkung auf das Federungssystem des Rades, das jeder Variante je nach gewünschtem Antriebsverhalten nur einen bestimmten Spielraum bei der Wahl der Lagerpunkte lässt. Diese Problematik bringt es mit sich, dass auch die entsprechenden Federbeine der Rahmen nur an bestimmten Punkten angebracht werden können.

Die Mehrzahl der existierenden gefederten Fahrradrahmen weichen daher von der klassischen Diamantrahmenform ab, oder ihre Dämpfer sind, wenn der Hauptrahmen die klassische Form aufweist, innerhalb des Hauptrahmendreiecks gelagert. Die bisher üblichen Positionen der Federelemente in den Rahmen befinden sich entweder, bei den Y-förmigen Rahmen oder solchen mit Sitzauslegern, mitten im Rahmen oder, meist die Modelle mit klassischem Hauptrahmen, vor dem Sitzrohr in etwa in Richtung dessen Längsachse oder etwa parallel unter dem Oberrohr. Es ergeben sich folgende technische Nachteile:

• - Das Fahrrad lässt sich im Geländeeinsatz nicht mehr schultern, weil entweder der im Rahmendreieck verbliebene Freiraum zu klein ist oder Teile des Federbeins oder dessen Anlenkung hervorstehen und in die Schulter drücken.
• - Durch ein unterbrochenes Sattelrohr, unter dem vielfach der Dämpfer angebracht ist, lässt sich die Sattelhöhe für technisch anspruchsvolle Geländepassagen oft nicht weit genug verringern, da sonst die Sattelstütze an das Federelement stieße.
• - im Hauptrahmen ist nicht genug Platz für Trinkflaschenhalter, da der Raum vom Dämpfer oder, im Falle eines Y-förmigen Hauptrahmens, von Rahmenrohren, Streben oder Blechen beansprucht wird.
  Besonders Langstreckenfahrer benötigen jedoch zumindest zwei Flaschenhalter.
• - Oftmals wird, um Raum für das Federelement zu schaffen, das Sitzrohr unterbrochen. Das obere Stück zur Halterung der Sattelstütze wird dann entweder zum Unterrohr hin durch eine gegabelte Strebe abgestützt oder von einem Ausleger gehalten, der etwa in der Hauptrahmenmitte mit dem Unteren Rahmenteil, der das Tretlager hält, zusammenläuft. Diese Unterbrechung ruft so unter Einwirkung der Gewichtskraft des Fahrers auf den Sattel ein erhebliches Biegemoment im Rahmen hervor und vermindert so die Stabilität des Rahmens in vertikaler Richtung oder erhöht das Gewicht des Rahmens.
• - Eingelenkige Rahmen müssen über den einzigen Drehpunkt alle aus fahr- und antriebstechnischen Gründen auftretenden Torsionsbelastungen übertragen; die Rahmenteile, in die diese Momente in einem sehr kleinen Bereich eingeleitet werden, müssen entsprechend groß und somit schwer ausgeführt werden, wenn sie gegenüber ungefederten Rahmen die gleiche Steifigkeit und Stabilität erhalten sollen.
  Viergelenkige Rahmen dagegen büßen Steifigkeit ein durch die vielfach großen Längen zwischen den Lagerstellen ihrer Gelenkarme und Wippen.
• - Einige der existierenden Rahmenkonstruktionen erlauben es nicht, für kleine Fahrer die entsprechenden kleinen Rahmenhöhen zu gestalten, da die im Rahmen gelagerten Federbeine und die Umlenkhebelagen, oft am Sitz- oder Oberrohr angebracht, eine gewisse Mindestrahmenhöhe erfordern.

Die Aufgabe der beanspruchten Konstruktion besteht darin, oben geschilderte Probleme zu lösen und einen gefederten Fahrradrahmen so zu formen, dass ein leichtes und trotzdem ausreichend steifes Fahrrad zusammengestellt werden kann, das einen weiten Verstellbereich der Sattelstütze bietet und zudem bequem zu schultern ist. Darüber hinaus soll es möglich sein, auch kleine Rahmengrößen zu realisieren.

Gemäß dem Anspruch 1 wird die Aufgabe erfüllt durch den Einsatz eines aus einem Teil bestehenden starren Hinterbaues, der über ein Gelenk im unteren Sattelrohrbereich direkt und unter dem Tretlager durch zwei kurze Hebelarme mit dem Hauptrahmen verbunden ist. Einer der Hebelarme (5) ist am Hinterbau gelagert und verbindet ihn mit dem zweiten Hebel (10), der an seinem anderen Ende unter dem Tretlager eine gelenkige Verbindung zum Hauptrahmen herstellt. Der am Hinterbau gelagerte Hebel (5) wird über den Anlenkpunkt am zweiten Hebel (10) hinaus weitergeführt bis zu einem weiteren Drehpunkt, so dass er eine Wippe mit einem um den Schwenkwinkel des Hebels (10) veränderlichen Drehpunkt darstellt. Dieses weitergeführte Ende des Hebels bildet die Aufnahme für ein Federbein, das mit seinem anderen Ende am Unterrohr des Hauptrahmens gelagert ist.

Im Ausführungsbeispiel besteht der Hinterbau (1) gemäß Anspruch 7 aus zwei Strebenpaaren (12) und (13), die durch zwei Rohrabschnitte (14) und (15) und den Aufnahmen für die Lager (2) und (4) zu einem starren Teil verbunden werden. Einen weiteren Versteifungspunkt bildet die in die Ausfallenden (16) einzuspannende Achse des Hinterrades.

Ebenfalls den Anspruch 7 erfüllend wird der Hauptrahmen (3) von einem durchgehenden Sitzrohr, einem Ober-, einem Unter- und einem Steuerrohr gebildet. Hinter dem Sitzrohr, am selbigen durch einen Sockel gehalten, befindet sich in Höhe eines handelsüblichen mittleren Kettenblattes die durch zwei Lager gebildete Lagerstelle (2).

Diese verbindet den Hauptrahmen (3) mit dem Hinterbau (1) und muss nach Anspruch 3 in der Lage sein, auch seitlich auftretende Kräfte aufzunehmen, enthält also ein entsprechend axial tragfähiges Lager. Weiterhin besteht die Lagerstelle aus zwei auf einer Achse montierten Einzellagern, so dass sie in der Lage ist, Torsionsbelastungen zu übertragen. Da eine solche Bauform eine gewisse Baubreite mit sich bringt, muss die in dieser Position angebrachte Lagerung bei Verwendung mehrerer Kettenblätter nach Anspruch 2 von der Kettenblattseite des Rahmens weg versetzt werden, um den Raum für die Benutzung eines gebräuchlichen Umwerfers zu schaffen.

Unter dem Tretlager am Hauptrahmen befindet sich der Sockel der Lagerstelle (11), die ähnlich wie die Stellen (9) und (4) beschaffen ist. Diese Lager sollen, um eine effektive Versteifung des Rahmens herbeizuführen, ebenfalls nach Anspruch 3 mit axial tragfähigen Elementen ausgestattet sein. Da es für die Lagerbelastung durch Torsion und die allgemeine Steifigkeit des Rahmens günstig ist, die Lager auf einer Achse so weit wie möglich auseinander zu platzieren, ist es sinnvoll, auch die Lagerungen (4), (9) und (11) von den Kettenblättern weg zu versetzen, da auf der anderen Seite wesentlich mehr Platz zur Verfügung steht.

Der an Stelle (11) gelagerte Hebel (10) hält den Wippendrehpunkt (9), die Wippe (5) selbst stellt mit dem Lagerpunkt (4) die zweite Verbindung zum Hinterbau dar.

Die Wippe (5) übersetzt die Bewegungen des Hinterbaues (1) auf das zwischen dem Endpunkt der Wippe (6) und der am Unterrohr des Hauptrahmens (3) befestigten Lagerstelle gelenkig aufgehängte Federelement.

Zur kompakteren Gestaltung der beiden Hebel (5) und (10) ist nach einem der Ansprüche (5) oder (6) einer der Hebel (5) oder (10), vorzugsweise jedoch der Hebel (10), mit einer Ausnehmung oder einer U-förmigen Profilierung versehen, so dass einer der Hebel innerhalb des anderen geführt werden kann und während der Bewegung eine teilweise Überschneidung der Hebel möglich ist. Bevorzugt wird der Hebel (10), weil auf diese Weise die Weiterführung und Verjüngung des Hebels (5) auf den Aufnahmepunkt des Federbeins hin vereinfacht wird. Zudem sind die Hebellängen und der Winkel des Wippenhebels des Beispiels gemäß den Vorgaben des Anspruchs 8 ausgeführt, was zur weiteren Verringerung der Baugröße beiträgt und ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis vom Hinterrad auf das Federelement gewährleistet.

Bei Belastung eines zwischen den Ausfallenden (16) eingespannten Hinterrades dreht sich der Hinterbau (1) mitsamt dem Anlenkpunkt (4) um den Drehpunkt (2). Der Punkt (4) dreht somit an der Wippe (5) und übersetzt die Bewegungen des Punktes (4) auf das Federbein. Die Aufgabe des Hebels (10) besteht darin, eine kleine Ausgleichsbewegung des Wippendrehpunktes (9) auszuführen und somit die Schwenkbewegung des Hinterbaues erst zu ermöglichen.

Durch die Positionierung des Federelementes und dessen Anlenkhebel unter das Unterrohr und die Tretlagerregion wird es möglich, einen von Federungsmechanismen völlig befreiten Hauptrahmen zu konstruieren, so dass er leicht auf die Schulter zu nehmen und auch die Sattelstütze im durchgängigen Sitzrohr leicht komplett einzuschieben ist.

Das durchgehende Sitzrohr besitzt, da es in etwa in Richtung der Krafteinleitung verläuft, hervorragende Eigenschaften zur Aufnahme der Fahrergewichtskraft.

Die Aufnahme von Torsionsmomenten und seitlichen Kräften wird gegenüber einer normalen eingelenkigen Lösung begünstigt durch die Verbindung des Hauptrahmens mit dem Hinterbau über zwei Punkte; die so erfolgende Krafteinleitung an mehreren Stellen des Hinterbaues bzw. Hauptrahmens trägt zur Erhöhung der Steifigkeit und damit der Fahrsicherheit bei.

Ein weiterer Beitrag zur Steifigkeit wird durch die beiden Hebel (5) und (10) geleistet, da sie sehr kurz und somit sehr verdreh- und biegesteif sind.

Bei ausreichender Steifigkeit kann der Rahmen entsprechend leicht ausgeführt werden.

Claims (8)

1. Gefederter Fahrradrahmen, gekennzeichnet durch einen einteiligen Hinterbau (1), der durch einen Gelenkpunkt (2) direkt mit einem Hauptrahmen (3) verbunden ist. Der Gelenkpunkt (2) befindet sich von der Seite gesehen im Bereich (A, Abb. 3), der begrenzt wird durch einen Kreissektor, dessen Mittelpunkt im Mittelpunkt des Tretlagergehäuses liegt, mit einem Radius von 120 mm. Der Sektor beginnt mit einem Winkel von 60° aus der Horizontalen vor dem Tretlagergehäuse gegen den Uhrzeigersinn und endet bei einem Winkel von 165°. In einem weiteren Drehpunkt (4) am Hinterbau (1) zwischen Tretlager und Hinterreifen ist das eine Ende eines Wipphebels (5) gelagert, der an seinem anderen Ende in einem weiteren Gelenk (6) ausläuft. Zwischen dem Gelenkpunkt (6) und einem am Unterrohr befindlichen Drehpunkt (7) wird in der ungefähren Richtung der Unterrohrlängsachse ein Federbein (8) gelagert.
Der Wipphebel (5) weist auf seiner Länge einen weiteren Lagerpunkt (9) auf, der durch einen Hebel (10) mit einem unter dem Tretlager am Hauptrahmen festliegenden Gelenkpunkt (11) verbunden ist. Der Gelenkpunkt (11) befindet sich von der Seite gesehen im Bereich (B, Abb. 3), der einen Kreissektor mit dem Mittelpunkt in der Mitte des Tretlagers und einem Radius von 60 mm bezeichnet. Dieser Sektor beginnt mit einem Winkel von 10° im Uhrzeigersinn aus der Horizontalen vor dem Tretlager gemessen und endet bei einem Winkel von 190°.

2. Gefederter Fahrradrahmen gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass von oben gesehen die Mitte des Abstandes zwischen den Lagern mindestens einer der Lagerstellen (2), (4), (9) und (11) nicht auf der Mittellinie des Rahmens liegt.

3. Gefederter Fahrradrahmen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die Lagerungen (2), (4), (9) und (11), mindestens jedoch die Lagerstelle (2), derart gestaltet werden, dass sie sowohl radiale als auch axiale Kräfte übertragen können.

4. Gefederter Fahrradrahmen gemäß Anspruch 1 und 3, gekennzeichnet dadurch, dass je Lagerstelle, die aus mindestens zwei einzelnen Lagern auf einer gemeinsamen Achse besteht und befähigt ist, seitliche Kräfte aufzunehmen, nur ein axial tragfähiges Lager asymmetrisch an einer Seite der Längsachse der Lagerstelle angebracht ist.

5. Gefederter Fahrradrahmen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Hebel (5) innerhalb des in diesem Falle mit einem U-förmigen Profil versehenen Hebels (10) läuft.

6. Gefederter Fahrradrahmen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Hebel (5) eine Ausnehmung vorweist und der Hebel (10) innerhalb dieser Ausnehmung gelagert ist.

7. Gefederter Fahrradrahmen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Hinterbau aus zwei Strebenpaaren besteht, von denen eines die Ausfallenden zur Hinterradaufnahme mit einer Lagerhalterung des Drehpunktes (4) verbindet. Mindestens ein Rohr oder ein anderes Profil verläuft von dieser Lagerhalterung zur Halterung des Lagers (2). Von hier verbindet mindestens ein Rohr oder ein Profil das Lager (2) mit dem einen Ende des zweiten Strebenpaares. Das andere Ende des zweiten Strebenpaares ist wiederum mit den Ausfallenden verbunden, so dass insgesamt ein starrer Hinterbau entsteht. Der Vorderbau besteht im wesentlichen aus einem durchgehenden Sitz-, einem Ober-, einem Unter- und einem Steuerrohr.

8. Gefederter Fahrradrahmen gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass in der Wippe (5) der Abstand vom Lager (4) zum Lager (9) vom Abstand zwischen den Lagern (9) und (6) um einen Faktor von 1, 5 bis 2 übertroffen wird. Die Verbindungslinien der Lagerpunkte (4) und (9) sowie (9) und (6) schließen dabei einen Winkel zwischen 100° und 130° ein. Die Verbindungslinie der Hinterradachse mit dem Lagerpunkt (2) am Hauptrahmen ist drei- bis fünfmal so lang wie die zwischen den Lagerpunkten (2) und (4) am Hinterbau.