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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Einrad als Fahrgefährt mit einem muskelgetriebenen Antrieb.
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Die auf dem Markt erhältlichen Einräder haben einen fest mit dem Rad verbundenen Pedaltrieb und einen Sitz, auf dem der Fahrer in Fahrtrichtung sitzt. Der Sitz im Zusammenhang mit dem Pedaltrieb lässt sich gegen den Radauflagepunkt ausbalancieren, so dass das Gleichgewicht gehalten werden kann. Lenken ist möglich über eine Körperdrehung, Bremsen nur über eine Verlangsamung des Tretens, siehe auch Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2007 011 749 U1 . An diesem Prinzip ändert auch eine mit Stoßdämpfer versehene Ausführung nichts.
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Eine andere Anordnung mit einem tiefer gelegten Antrieb, bei dem der Fahrer in Fahrtrichtung steht, findet man in der Gebrauchsmusterschrift
DE 21 2004 000 076 U1 . Bei einem Einrad-Trainingssystem, siehe
DE 000029614596 U1 , steht man ebenfalls in Fahrtrichtung. Nichts gemeinsam mit einem Einrad in der vorgeschlagenen Ausführung haben die Patentschriften
AT000000120021B ,
CH000000171750A und
CH000000009704A und etliche andere Patente und Gebrauchsmuster.
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Ausgehend von bekannten Sport- und Funartikeln wie einerseits dem Einrad und andererseits wie Skateboards und sogenannten Waveboards, aber auch Snowboards und Surfbretterr ergab sich die Idee, ein Einrad zu schaffen mit einer zur Fahrtrichtung seitlichen Position des Fahrers.
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Ein Einrad dieser Art wäre dem Marktsegment des Streetsurfings zuzuordnen. Von der Art und Weise des Fahrens wäre die Bezeichnung „Surfrad” zutreffend, obwohl die Bezeichnung bereits für andere Dinge verwendet wurde, s. Gebrauchsmusterschrift
DE 000008606073 U1 . Es ist ein Surfrad ohne Segel.
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Die zum Streetsurfing gehörenden Skateboards und Waveboards sowie auch Snowboards und Surfbretter haben gemeinsam die seitliche Position zur Fahrtrichtung. Surfbretter und Snowboards kommen ohne Rollen oder Räder aus und benutzen zur Fortbewegung (zum Gleiten) andere Medien.
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Diese angeführten Sportgeräte sind hinlänglich bekannt und Stand der Technik, so dass sie nicht mehr näher beschrieben werden müssen. Sie stellen hohe Ansprüche an das Gleichgewichtsgefühl, sind aber mit ausreichend Training beherrschbar. Ebenso bieten alle die Möglichkeit, sich mit ihnen in Bewegung zu versetzen, wenn auch auf unterschiedliche Art und Weise.
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Stand der Technik ist auch der vorgesehene Antrieb des Einrads, der den Drehwinkel einer Schwenk-, Wipp- oder Pendelbewegung über einen Freilauf in eine Rotationsbewegung des Rades umwandelt.
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Antriebe dieser Art sind aus der Technik hinreichend bekannt. Eingeleitet wird diese Bewegung über Trittplatten, die über eine Wippe oder Schwenkhebel auf den Freilauf wirken. Bei gleichem Drehpunkt von Freilauf und Wippe oder Schwenkhebeln können diese konstruktiv einfach direkt miteinander verbunden werden. Ebenso möglich wären Verbindungen über Zug-Druckstangen oder auch Ketten, Zahnstangen, Seilzüge, Führungen oder andere Konstruktionen.
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Die Idee, den Antrieb eines Einrades so zu gestalten, dass der der Fahrer seitlich zur Fahrtrichtung steht, ergibt im Zusammenhang mit einer Lenk- und Bremsmöglichkeit ein völlig neues, konstruktiv einfaches Sportgerät mit einem hohen Spaßfaktor, dass derzeit auf dem Markt nicht erhältlich ist und eine besondere Anforderung an das Gleichgewichtsgefühl stellt.
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Im Gegensatz zu anderen Anmeldungen, bei denen es vielfach ein Ziel ist, Stabilität zu erzeugen, ergeben sich wie für alle anderen Streetsurfingartikel die sportliche Herausforderung, Freude und Spaß aus der Überwindung der gewollten instabilen Gleichgewichtsverhältnisse. Ziel ist es, das Fahren und die Gewichtsverlagerungen soweit zu beherrschen, dass man in den Genuss eines Surfgefühls kommt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, dieses Einrad mit seitlicher Position des Fahrers entsprechend der Idee zu gestalten.
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Die Idee selber wird in den Merkmalen des Anspruchs 1 erläutert, die nachfolgenden Ansprüche enthalten weitere Ausgestaltungsmerkmale.
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Demnach werden erfindungsgemäß die Schwenkhebelpaare des mit Muskelkraft zu betreibenden Antriebs so auf der Radachse gelagert, dass die Trittplatten dieser Schwenkhebelpaare, auf denen der Fahrer steht, sich in Fahrtrichtung hintereinander, vorzugsweise vor und hinter dem Rad befinden. Dadurch steht der Fahrer seitlich zur Fahrtrichtung auf dem Antrieb.
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Weitere Ausführungsformen sehen statt der Schwenkhebelpaare eine Wippe vor sowie auch separat an der Radgabel gelagerte Schwenkhebelpaare. Auf der Radgabel, in der das Rad gelagert wird, befindet sich eine Lenksäule mit Lenkstange, die 90° aus der Fahrtrichtung gedreht ist. Eine Verbindung zum Freilauf von einem Hebel der Wippe oder einer Schwenkeinheit setzt den beim Betreiben entstehenden Drehwinkel, der durch konstruktive Maßnahmen begrenzt wird, in eine Rotationsbewegung des Rades um.
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Es können Räder unterschiedlicher Ausführung zum Einsatz kommen. Einerseits kann ein handelsübliches Fahrradhinterrad mit Freilauf und einer Radachse verwendet werden. Die Radachse ist ein stehendes Teil. Sie ist mit der Radgabel verschraubt und auf ihr ist das Rad gelagert. Wird davon gesprochen, dass ein Schwenkhebelpaar oder eine Wippe auf der Radachse gelagert sind, so ist diese an ihren Enden entsprechend ausgebildet oder mit einem solchen Teil versehen, dass eine Lagerung möglich ist.
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Andererseits kann das Rad einen ein- oder mehrteiligen Radkörper mit Radnaben haben. Für diese drehenden Radnaben braucht dann auch die Radgabel Lagerungen, ein Schwenkhebelpaar oder eine Wippe können ebenso darauf gelagert und auch der Freilauf kann befestigt werden.
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Ein vorteilhafter Aufbau besteht aus einem handelsüblichen Fahrradhinterrad kleineren Durchmessers mit einem Freilauf ohne Rücktrittfunktion, bei dem die Radachse an der Radgabel, die auch als Träger für Bremsen und Lenksäule mit Lenkstange dient, mit solchen Muttern befestigt wird, dass die Hebel der Schwenkhebelpaare beidseitig auf ihnen gelagert werden können. Ein Schwenkhebelpaar besteht aus zwei Hebeln und einer Verbindung zwischen ihnen, auf der die Trittplatten gelagert sind.
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Für eine gemeinsame synchrone auf und ab Bewegung der Schwenkhebelpaare um die Radachse werden an den Hebeln einer Radseite Zugstangen angebracht, die wiederum an ihrem oberen Punkt auf dem Zapfen eines Führungsteils gelagert sind. Die Führung dieses Teils erfolgt über eine Bohrung, durch die ein Führungsstab läuft, auf dem auch die Druckfeder sitzt, welche die Hebel und Trittplatten in der oberen Stellung hält, solange sie nicht belastet werden.
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Werden die Trittplatten nach unten bewegt, so erfolgt die Krafteinleitung von einem Hebel auf den Freilauf vorzugsweise über eine feste Schraub- oder Klemmverbindung, die in diesem Fall möglich ist, weil Hebel und Freilauf um den gleichen Radmittelpunkt drehen. Über den eingeleiteten Drehwinkel auf den Freilauf wird das Rad in Rotation versetzt. Dabei wird auch die Feder gespannt, die bei Entlastung der Trittplatten diese wieder über Zugstangen und Hebel nach oben drückt, ermöglicht durch das freie Rückdrehen des Freilaufs. Die Rotation des Rades kann mit unterschiedlich großen Schwenkwinkeln erzeugt werden. Der maximale Schwenkwinkel ergibt sich oben aus dem Anschlag der Führungsstangenhalterung und unten aus der Blocklänge der Feder oder auch durch separate Anschläge.
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Aus der kinematischen Anordnung von Hebeln, Zugstangen und Führung ergibt sich ein synchroner Bewegungsablauf der Trittplatten, es werden somit über eine gleichmäßige Einleitung der Antriebskraft die für das Gleichgewicht wesentlichen Verhältnisse geschaffen.
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Das Halten des Gleichgewichts wird unterstützt durch eine Lenksäule mit Lenkstange, an der sich auch ein Bremsgriff befindet, der eine handelsübliche Felgenbremse betätigt. Statt einer Felgenbremse lässt sich auch eine Scheibenbremse einsetzen, noch vorteilhafter wäre eine Trommelbremse im Rad.
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An der Radgabel sind die Hebel einer weiteren Bremse gelagert, zwischen denen eine Rolle gelagert ist. Zum Bremsen wird das Gefährt nach hinten geneigt, wodurch diese Rolle mit der Fahrbahn in Berührung kommt und dabei an den Reifen gepresst wird.
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Die nach hinten geneigte Position mit der Rolle auf der Fahrbahn und der dadurch betätigten Bremse wird auch im Stand zum Aufsteigen genutzt, wobei die Breite der Rolle eine gewisse Standsicherheit erzeugt, die versierten Fahrer nach dem Bremsen zudem ermöglicht, dass sie nicht absteigen müssen.
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Gelenkt wird vorzugsweise über Gewichtsverlagerung, Lenkstange und Lenksäule dienen in erster Linie zum Halten des Gleichgewichts und zur Unterstützung der Antriebsbewegungen.
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Verzichtet man aus Gründen einer einfacheren Ausführung auf das synchrone Betätigen der Schwenkhebelpaare, so entfallen Zugstangen, die gesamte Führung und die Feder. Diese Feder, die für das Rückstellen der Trittplatten in die obere Position nötig ist, kann durch eine Drehfeder zwischen den Schwenkhebelpaaren ersetzt werden. Ein quasi synchroner Ablauf kann sich durch gleichmäßiges Betätigen und durch die Federwirkung einstellen, ebenso ist unregelmäßiges Betätigen möglich.
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Für eine einfache Ausführung mit dem gleichen Rad werden solche Radmuttern verwendet, dass die Hebel einer Wippe auf ihnen gelagert werden können. Die Wippe besteht aus zwei Hebeln und zwei Verbindungsteilen für die Trittplatten. Die Krafteinleitung von einem Wippenhebel auf den Freilauf erfolgt aufgrund des gleichen Drehpunkts von Wippe und Freilauf wieder mit einer festen Verbindung. Die Rotation des Rades wird aufgrund der Wippe nur von einer Trittplatte erzeugt, die Rückstellbewegung ist im Wesentlichen eine Leerbewegung zum Rücksetzen des Freilaufs. Diese einseitige Krafteinleitung ist nachteilig für das Gleichgewichtsverhalten.
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Bei einer technisch anspruchsvollen Ausführung wird statt eines Rades mit Radachse ein einteiliger Radkörper verwendet. Dieser wird auf seinen Radnaben in der Radgabel gelagert, ebenso sind auf diesen Radnaben die Schwenkhebelpaare gelagert. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass der Freilauf außen vor den Schwenkhebelpaaren befestigt sein kann. Für den Synchronlauf der Schwenkhebelpaare bietet sich die zuvor beschriebene Zugstangenlösung an. Am Führungsteil, auf der diese beiden Zugstangen an ihrem oberen Ende gelagert sind, wird eine weitere wie ein Pleuel wirkende Zug-(Druck-)stange befestigt, die an ihrem unteren Ende mit dem Freilauf verbunden ist. Werden die Trittplatten nach unten bewegt, so wird über das Kräftedreieck der Zugstangen mit den Hebeln durch die geführte Vertikalbewegung auch das Pleuel nach unten bewegt und damit über die Wirkrichtung des Freilaufs das Rad in Rotation versetzt.
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Die Rotation des Rades kann mit unterschiedlich großen Schwenkwinkeln erzeugt werden, erlaubt beim kompletten Durchtreten aber auch einen vollständigen Umlauf des Freilaufs durch das außen liegende, fliegend, d. h. einseitig, gelagerte Pleuel.
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Eine konstruktive Lösung, die eine synchrone auf und ab Bewegung der Schwenkhebelpaare über Zahnräder herbeiführt, erfordert separate Lagerpunkte der mit den Hebeln verbundenen Zahnräder. Das Rückstellen der Schwenkhebelpaare erfolgt durch eine Feder, die Begrenzung der Schwenkbewegungen über Anschläge. Diese Lösung lässt eine feste Verbindung zum Freilauf nicht mehr zu, da der Drehpunkt der Zahnräder und damit auch der Hebel außerhalb des Radmittelpunktes liegt.
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Zweckmäßigerweise werden dafür Teile mit einem Schiebesitz verwendet, aber auch andere Lösungen sind möglich.
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Eine weitere kostengünstige Lösung für einen Synchronlauf der Schwenkhebelpaare lässt sich über Seilzüge- oder Ketten realisieren. Zu diesem Zweck werden von je einem Hebel ein Seilzug oder eine Kette über Umlenkrollen auf eine gemeinsame Kette zusammengeführt, die um den Zahnkranz des Freilaufs läuft und in einer Feder aufgehängt ist. Vorteilhaft bei dieser Lösung ist, dass über die Position der Anschlagpunkte an den Hebeln mit verschiedenen Übersetzungen gearbeitet werden kann.
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Die Entlastung der Schwenkhebelpaare erfolgt nicht nur aus der Bewegung heraus, sondern wird auch durch Abstützen auf der Lenkstange unterstützt. Bremsen und Lenkung wurden nur einmal beschrieben, sie sind ähnlich bei allen angeführten Varianten.
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Weiterhin möglich ist, dass der Freilauf über eine Gangschaltung auf das Rad wirkt.
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Als abweichende Variation wäre ein Einrad mit Schwenkhebelpaaren möglich, bei dem der Fahrer in Fahrtrichtung draufsteht, die also 90° quer zum Rad angebracht sind. Ebenso ist auch ein Sitz möglich.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt und beschrieben. Es zeigt:
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1 die Entwurfszeichnung des Einrads mit Fahrradhinterrad und Freilauf, mit synchron geführten Schwenkhebelpaaren in der Vorderansicht und der Seitenansicht im Schnitt.
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2 die Prinzipskizze des Einradantriebs mit Fahrradhinterrad und Freilauf und Wippe in der Vorderansicht und der Draufsicht.
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3 die Prinzipskizze des Einradantriebs mit speziellem Radkörper für einen außen liegenden Freilauf mit synchron geführten Schwenkhebelpaaren in der Vorderansicht und der Draufsicht.
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4 die Prinzipskizze des Einradantriebs mit Fahrradhinterrad und Freilauf und separat gelagerten und über Zahnräder synchron geführten Schwenkhebelpaaren in der Vorderansicht und Draufsicht.
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5 die Prinzipskizze des Einradantriebs mit Fahrradhinterrad und Freilauf mit Seil- und/oder Kettenführung in der Vorderansicht.
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1 zeigt ein handelsübliches kleineres Fahrradhinterrad 1 mit einem Freilauf ohne Rücktrittsfunktion 2, das in einer Radgabel 3 befestigt ist. Für die Befestigung werden spezielle Muttern 4, 5 verwendet, auf denen die Hebel 6, 7, 8, 9 der Schwenkhebelpaare gelagert werden, deren Hebel verbunden sind über jeweils eine Verbindung 10, die auch zur Lagerung der Trittplatten 11, 12 dient. Von einem Hebel 6 besteht eine Verbindung zum Freilauf 2 über einen Bolzen 13, der in einer Klemmverbindung 14 befestigt wird, die als Mitnahme für das Standardkettenrad des Freilaufs fungiert. Für eine vorteilhaftere gemeinsame synchrone auf und ab Bewegung der Schwenkhebelpaare um die Radachse 15 werden Zugstangen 16, 17 an den Hebeln 8, 9 angebracht, die wiederum an ihrem oberen Punkt auf dem Zapfen 18 eines Führungsteils 19 gelagert sind. Die Führung erfolgt über eine Bohrung, durch die ein Führungsstab 20 läuft, auf dem auch die Druckfeder 21 sitzt, welche die Hebel und Trittplatten in der oberen Stellung hält, solange sie nicht belastet werden.
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Werden die Trittplatten nach unten bewegt, so wird über den Hebel 6, den Bolzen 13 und die Klemmverbindung 14 zum Freilauf 2 das Rad in Rotation versetzt. Dabei wird auch die Feder gespannt, die bei Entlastung der Trittplatten diese wieder über Zugstangen und Hebel nach oben drückt, ermöglicht durch das freie Rückdrehen des Freilaufs. Die Rotation des Rades kann mit unterschiedlich großen Schwenkwinkeln erzeugt werden. Der maximale Schwenkwinkel ergibt sich oben aus dem Anschlag der oberen Führungsstangenhalterung 22 und unten aus der Blocklänge der Feder über der unteren Führungsstangenhalterung 23, in der gezeichneten Version sind auch Anschläge 24 vorgesehen.
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Die Lenkstange 25 zum besseren Halten des Gleichgewichts befindet sich an einer Lenksäule 26, welche auf der Radgabel 3 montiert ist. Über den Bremsgriff 27 wird eine handelsübliche Felgenbremse 28 betätigt. Gebremst wird ebenfalls ohne Betätigen des Bremsgriffs, wenn das Gefährt nach hinten geneigt wird und die Rolle 29 bei Kontakt mit der Fahrbahn über die an der Radgabel gelagerten Bremshebel 30 gegen das Rad gedrückt wird.
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In den 2 bis 5 wird nur das jeweilige Antriebsprinzip dargestellt, zur Vereinfachung werden Lenkung, Bremsen, einige Halterungen, Federn und Anschläge etc. nicht dargestellt.
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2 zeigt das gleiche Fahrradhinterrad 40 mit Freilauf 41 ohne Rücktrittsfunktion wie 1. Für die Befestigung in der Radgabel 42 werden kürzere Muttern 43, 44 verwendet, auf denen die Hebel 45, 46 einer Wippe gelagert werden, die verbunden sind über die Verbindung 47, die auch zur Lagerung der Trittplatten 48, 49 dient. Von einem Hebel 45 besteht eine Verbindung zum Freilauf 41 über einen Bolzen 50, der in einer Klemmverbindung 51 befestigt wird, die als Mitnahme für das Standardkettenrad des Freilaufs fungiert. Der Schwenkwinkel wird über Bolzen und Klemmverbindung auf den Freilauf und damit auf das Rad übertragen und versetzt es in Rotation. Die Wippbewegung wird begrenzt durch Anschläge 52, die Rückstellung erfolgt über die Freilauffunktion.
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Der Antrieb in 3 zeigt einen einteiligen Radkörper 60, der mit seinen Radnaben 61 in der Radgabel 62 gelagert ist. Die Schwenkhebelpaare 63, 64, 65 und 63, 66, 67 sind ebenfalls auf den Radnaben gelagert. Der Radkörper ermöglicht auch, dass der Freilauf 68 außen auf der Radnabe befestigt werden kann. Zugstangen 69, 70, Führungsstab 71, Führung 72 und Feder 73 sind analog zur 1, wobei an einem Zapfen der Führung eine weitere Zug-(Druck-)stange 74 angebracht ist, die an ihrem anderen Ende mit dem Freilauf verbunden ist und wie ein Pleuel wirkt. Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass die Rotation des Rades nicht nur mit unterschiedlich großen Schwenkwinkeln erzeugt werden kann, sondern beim kompletten Durchtreten ein vollständiger Umlauf des Freilaufs durch das außen liegende, fliegend, d. h. einseitig, gelagerte Pleuel möglich ist.
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4 zeigt eine Ausführung mit separaten Lagerpunkten 80, 81, 82, 83 an der Radgabel 84 für die Schwenkhebelpaare 85, 86, 87 und 85, 88, 89 mit Trittplatten 90, 91. Die Lagerpunkte werden so gewählt, dass die an den Hebelenden 86, 88 befestigten Zahnräder 92, 93 miteinander kämmen können und für eine synchrone Bewegung der Schwenkhebelpaare sorgen. Die Verbindung zwischen Hebel 88 und Freilauf 94 wird mit einer Schiebesitzverbindung 95 hergestellt. Die Rückstellung der Schwenkhebelpaare erfolgt über eine Feder 96, die Begrenzung durch Anschläge (nicht gezeichnet).
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In 5 wird eine einfache Kombination für den Synchronlauf der Schwenkhebelpaare und ihre Rückstellung in die obere Position dargestellt, die ebenfalls noch den Vorteil der Übersetzungsanpassung bietet. Dazu werden von den Hebeln 100, 101 Seilzüge oder Ketten 102, 103 über Umlenkrollen 104, 105 auf eine gemeinsame Kette 106 geführt, die den Zahnkranz des Freilaufs 107 umschlingt und in einer Feder 108 aufgehängt wird. Die Übersetzung ändert sich, wenn die Anschlagpunkte 109, 110 auf den Hebeln verschoben werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202007011749 U1 [0002]
- DE 212004000076 U1 [0003]
- DE 000029614596 U1 [0003]
- AT 000000120021 B [0003]
- CH 000000171750 A [0003]
- CH 000000009704 A [0003]
- DE 000008606073 U1 [0005]
- DE 000029910061 U1 [0010]
- WO 2004/065200 A1 [0010]
- DE 10327970 A1 [0010]
- DE 202009000650 U1 [0010]
