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Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad, insbesondere auf ein Mountainbike mit unterstützendem Elektromotor. Ein solches Fahrrad umfasst in der Regel einen vorzugsweise in sich steifen Hauptrahmen, einen in sich beweglichen Teilrahmen, der am Hauptrahmen angelenkt ist und mittels einer Feder-Dämpfer-Einrichtung (nachfolgend kurz Dämpfer genannt) in einer neutralen Stellung gehalten wird, von der aus der Teilrahmen und damit das Hinterrad und die Hinterradachse ausschwingen können. Alternativ kann der Teilrahmen bei den auch als Hardtail bezeichneten Mountainbikes fest, dies bedeutet ohne Gelenkverbindung, mit dem Hauptrahmen verbunden sein.
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Hinsichtlich der gelenkigen Verbindung zwischen Hauptrahmen und Teilrahmen gibt es mehrere Bauarten. Beim sogenannten „Viergelenker“, wie er z. B. durch
DE 10 2010 025 694 A1 bekannt geworden ist, weist der Rahmen (ohne zusätzliche Gelenke zum Anschluss des Dämpfers) vier Gelenke auf. Beim „abgestützten Eingelenker“ sind die Kettenstreben entweder gelenkig am Hauptrahmen angelenkt oder als Blattfedern ausgebildet und die Sitzstreben weisen ein Gelenk mit einem Schwinghebel auf, an dem der Dämpfer angeschlossen ist. Es gibt auch dreieckförmige Teilrahmen, die über Lenker oder Parallelogrammgestänge an den Dämpfer und/oder an den Hauptrahmen angeschlossen sind.
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Mit
DE 20 2009 004 778 U1 ist ein Antriebshilfssystem für ein Elektrofahrrad bekannt geworden, bei der eine Drehvorrichtung in der Nabe des Vorderrades integriert ist. Dies ist für das Lenkungsverhalten des Fahrrads ungünstig.
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Es ist auch schon bekannt, das Antriebshilfssystem mit einem Drehlager- oder Tretlagermotor zu gestalten (
DE 10 2011 079 094 A1 ). Der dort offenbarte Fahrradrahmen eignet sich aber weniger für ein Mountainbike, da das hülsenförmige Tretlagergehäuse entweder sehr schwer ausfällt oder nicht die erwünschte Steifigkeit bereitstellt, insbesondere weil das hülsenförmige Tretlagergehäuse sowohl den E-Motor als auch alternativ ein Tretlager ohne Motor aufnehmen soll. Auch eine steifigkeitserhöhende Aufnahme des E-Motors wird in diesem Tretlagergehäuse nicht offenbart.
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In
WO 2013/007828 A2 wird ein ebenfalls hülsenförmiges Tretlagergehäuse für ein Tretlager offenbart, bei welchem jedoch ein im Unterrohr des Fahrrads angeordneter E-Motor mit einer Stirnverzahnung in die Zähne eines an der Tretlagerwelle angebrachten Tellerrads eingreift. Diese Bauform weist jedoch mehrere Nachteile auf. Da dieses Unterrohr baulich nicht wesentlich größer ausfallen soll als ein Unterrohr ohne Motor, sind der Leistungsfähigkeit eines solchen Antriebs aufgrund von dessen Größe erhebliche Grenzen gesetzt. Auch die Kraftübertragung von E-Motor zur Tretlagerwelle ist, da mit hoher Reibung behaftet, sehr ineffizient.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrrad mit einem elektrischen Antriebs, insbesondere Antriebshilfssystem zu schaffen, das als Fahrrad, insbesondere Mountainbike gestaltet ist. Das Fahrrad soll in einer kompakten Bauweise auftreten und gutes Fahrverhalten aufweisen.
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Die gestellte Aufgabe wird durch die Lehre des unabhängigen Anspruchs gelöst und durch die weiteren abhängigen Ansprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.
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Im Einzelnen ist ein vorzugsweise in sich steifer Hauptrahmen vorgesehen, der neben einem vorzugsweise vorgesehenen Obenrohr, Unterrohr, Sattelrohr und Steuerrohr noch einen Träger für ein Antriebsgehäuse aufweist. An dem Hauptrahmen ist in einer ersten Ausführungsform ein in sich gelenkiger Teilrahmen angelenkt, der ein Sitzstreben-Paar, ein Kettenstreben-Paar und ein Schwinghebel-Paar aufweist und der die Hinterradachse des Fahrrads führt.
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Eine Feder- und Dämpfungseinrichtung, kurz Dämpfer genannt, befindet sich in dem von dem Hauptrahmen aufgespannten Raum und weist ein oberes Ende auf, das an dem Schwinghebel-Paar über ein erstes Gelenklager angelenkt ist, und ein unteres Ende, das an dem Träger über ein zweites Gelenklager angelenkt ist. Schließlich gibt es eine Antriebseinheit mit Tretkurbel und Elektromotor zum Antrieb eines Kettentriebes oder eines Riemens zur Hinterradachse, die sich zur Folge der mit dem Träger gelenkig verbundenen Kettenstrebe entlang einer Bahn mit Drehzentrum bewegen kann.
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Im Rahmen der Erfindung soll bei der nachfolgenden Beschreibung an den Stellen, an welchen ein Kettentrieb oder ein Antrieb mittels einer Kette auch ein Antrieb mittels eines Riemens mit umfasst sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Träger von länglich-gebogener Gestalt und weist bei der ersten Ausführungsform ein hinteres Ende mit einem Lager für das Kettenstrebe-Paar, ein vorderes Ende mit einer festen Verbindung zu dem Unterrohr und einen mittleren Abschnitt mit fester Verbindung zu dem Sattelrohr auf. Bei dieser Ausbildung des Fahrrades ist die relativ schwere Antriebseinheit am unteren Ende des Hauptrahmens angeordnet, was durch tiefere Schwerpunktlage für fahrgünstiges Verhalten sorgt. Der Antrieb unterstützt den Träger im Steifigkeitsverhalten des Hauptrahmens.
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Um den Akkumulator oder die Batterie des elektrischen Antriebshilfssystems aufzunehmen, ist das Unterrohr des Hauptrahmens zur Bildung zweier Flansche geformt, zwischen denen sich eine Vertiefung erstreckt, die den Akkumulator oder die Batterie aufnimmt. Das untere Ende des Unterrohres ist mit dem vorderen Ende des Trägers fest verbunden und der Akkumulator oder die Batterie ragt in den von dem Hauptrahmen aufgespannten Raum hinein. In dem verbleibenden unteren Bereich dieses aufgespannten Raumes erstreckt sich der Dämpfer, der mit einem zweiten Gelenklager mit dem Träger gelenkig verbunden ist.
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Zur bequemen Aufnahme des Elektromotors kann der Träger vorzugsweise aus zwei schalenartigen Hälften aufgebaut sein.
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Wenn der Träger einen Hohlraum aufweist, kann dieser besonders gewichtssparend und dennoch mit hoher Steifigkeit hergestellt werden.
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Dabei kann der Träger vorteilhaft aus zwei schalenartigen Hälften aufgebaut sein, die im Falle von metallischen Legierungen durch Schweißen oder Hartlöten miteinander verbunden sein können. Bei Verwendung von Faser-Verbundmaterialien können diese Schalen durch überlappende Fasermatten und Verklebung miteinander verbunden sein.
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Hierbei kann der Träger aus mehreren Schalen bestehen oder auch in einer Monocoquebauform ausgeführt sein.
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Vorteilhaft kann der Träger auch aus einer kaltverformbaren, vorzugsweise fließfähigen Legierung, insbesondere Aluminium-Legierung hergestellt und durch Hydroforming oder Schmieden oder Extrusion, insbesondere auch durch Querextrudieren und gegebenenfalls nachfolgendes Ausfräsen von Teilen des Trägers geformt sein.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Träger und sind vorzugsweise auch weitere Teile des Haupt- und oder Teilrahmens aus einer warmverformbaren Legierung hergestellt und durch ein dem Fachmann als Superplastic Forming bekanntes Warmverformungsverfahren gefertigt, bei welchem auf die jeweilige metallische Legierung abgestimmte Warmverformungstemperaturen eingesetzt werden.
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Alternativ kann diese Bauform des Trägers auch mit einem Verbundmaterial, insbesondere Carbonfaser-Verbundmaterial hergestellt sein.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der hintere Teilrahmen fest mit dem Hauptrahmen, diese bedeutet ohne gelenkige Verbindung, welches auch als Hardtail bezeichnet wird, am Hauptrahmen angebracht. Bei dieser Ausführungsform sind die Kettenstreben direkt am länglich-gebogen gestalteten Träger befestigt.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, jeweilige Bestandteile des Haupt- und des Teilrahmens auch aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen Herstellungsverfahren, insbesondere mit einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren zu fertigen.
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Ein erstes und ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
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1 ein Fahrrad, einer ersten Ausführungsform von der Seite gesehen,
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2 eine Seitenansicht des Fahrradrahmens der ersten Ausführungsform,
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3 eine perspektivische Darstellung des Fahrradrahmens der ersten Ausführungsform,
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4 eine perspektivische Darstellung eines Trägers der ersten Ausführungsform,
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5 eine vergrößerte Einzelheit aus 3 und
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6 eine weitere vergrößerte Einzelheit aus 3,
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7 eine Seitenansicht des Fahrradrahmens der zweiten Ausführungsform.
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In 1 sind die hauptsächlichsten Teile eines Fahrrads, insbesondere Mountainbikes es dargestellt. Es gibt einen Hauptrahmen 1, einen Teilrahmen 2, eine Antriebseinheit 3, einen Dämpfer 4, eine Sattelstütze 5, einen Akkumulator 6, eine Gabel 7, ein Vorderrad 8, ein Hinterrad 9 und einen Kettentrieb 10 oder Riementrieb. Die 2 und 3 bieten eine vergrößerte Darstellung des Hauptrahmens 1 und des Teilrahmens 2. Der Hauptrahmen 1 umfasst ein Oberrohr 11, ein Unterrohr 12, ein Sattelrohr 156, ein Steuerrohr 14 und einen Träger 15, die fest miteinander verbunden sind, um eine steife Tragkonstruktion zu bilden, die einen aufgespannten Raum 16 umgibt. Der Teilrahmen 2 umfasst ein Sitzstrebe-Paar 21, ein Kettenstrebe-Paar 22 und ein Schwinghebel-Paar 23, die gelenkig untereinander und mit dem Hauptrahmen verbunden sind. An dem Hauptrahmen 1 ist ein erstes Festpunktlager 24 und ein zweites Festpunktlager 25 vorgesehen, die einen Abstand l voneinander aufweisen und deren Verbindungslinie schräg im Raum, im spitzen Winkel zu dem Unterrohr verläuft. Das erste Festpunktlager 24 verbindet das Sattelrohr 156 mit dem Schwinghebel-Paar 23 und das zweite Festpunktlager 25 verbindet das Kettenstreben-Paar 22 mit dem unteren Ende des Trägers 15. Das Schwinghebel-Paar 23 ist mit dem oberen Ende des Sitzstrebe-Paares 21 über ein bewegliches Lager 26 verbunden und das untere Ende des Sitzstrebe-Paares 21 ist mit dem hinteren Ende des Kettenstrebe-Paares 22 verbunden. Der Teilrahmen 2 stellt eine Viergelenkschwinge dar und lagert die Hinterradachse 28, welche sich, ebenso wie die beweglichen Lager 26 und 27 im Raum bewegt, wenn beim Fahren des Fahrrades sich das Hinterrad zusammen mit der Viergelenkschwinge auf und ab bewegt.
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Der Träger 15 hat eine längliche, gebogene Gestalt und trägt an seiner Unterseite ein Antriebsgehäuse 30, welche eine Tretkurbelachse 31 definiert. Die Tretkurbel treibt ein Kettenrad an, das über den Kettentrieb 10 ein Kettenrad am Hinterrad konzentrisch zur Hinterradachse 28 antreibt.
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In der neutralen, unbelasteten Stellung des Fahrrades gibt es einen vorbestimmten Abstand a zwischen Tretkurbelachse 31 und Hinterradachse 28, der die normale Kettenspannung bestimmt. Wenn das Rad beim Fahren eine Wechselbelastung erfährt, bewegt sich das Hinterrad 9 auf und ab und die Viergelenkschwinge wird ausgelenkt. Dabei sollte sich der Kettentrieb 10 nicht lockern. Dies bedeutet, dass der Abstand a zwischen Tretkurbelachse 31 und Hinterradachse 28 beim Ausschwingen der Viergelenkschwinge keinesfalls abnehmen sollte. Dies ist nicht trivial, weil die Kettenstrebe 22 um das Lager 25 schwenkt, der Abstand des Lagers 27 von der Tretkurbelachse 31 abnimmt.
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Um die Viergelenkschwinge in ihre neutrale Stellung zu bringen, ist der Dämpfer 4 an dem Schwinghebel 23 angelenkt. Hierzu ist der Dämpfer 4 über ein Gelenklager 41 mit dem Schwinghebel 23 verbunden. Der Schwinghebel 23 ist in seinem mittleren Bereich am Festpunktlager 24 gelagert und weist einen längeren Hebelarm zum beweglichen Lager 26 hin und einen kürzeren Hebelarm zu dem Gelenklager 41 hin auf. Das andere Ende des Dämpfers 4 ist über ein Gelenklager 42 an der Oberseite des Trägers 15 befestigt. Der Dämpfer besteht aus zwei ineinander teleskopierenden Teilen, die durch Federwirkung in ihre neutrale Stellung zueinander gezogen werden.
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4 zeigt den Träger 15 als aus zwei Schalen 151, 152 bestehend. Es gibt ein vorderes Ende 153, an dem das Unterrohr 12 befestigt wird, und ein hinteres Ende 154, an dem das Kettenstrebe-Paar 22 befestigt wird. Der Körper des Trägers 15 ist insgesamt länglich gebogen und nimmt auf seiner Oberseite zwischen dem mittleren Bereich 155 und dem vorderen Ende 153 das Gelenklager 42 für den Dämpfer 4 auf. Auf der Unterseite des Trägers 15 wird das Antriebsgehäuse 30 befestigt, in dem sich ein Elektromotor 32 (2, 3) befindet.
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Der Träger 15 weist zur Aufnahme zumindest eines Teils des Akkumulators 6 an seinem vorderen Ende 135 einen u-förmigen Abschnitt auf, welcher auch zur Befestigung des Unterrohrs 12 und vorzugsweise zur Aufnahme von elektrischen Anschlüssen dient, welche da dem Fachmann bekannt in den Figuren nicht näher dargestellt sind.
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5 zeigt, wie das Kettenstrebe-Paar 22 und der Dämpfer 4 an den Träger 15 angeschlossen sind.
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6 zeigt den Anschluss des Unterrohres 12 an den Träger 15. Wie dargestellt, ist das untere Ende des Unterrohres 12 zur Bildung von Flanschen 121, 122 verformt, um eine Vertiefung 120 zur Aufnahme des Akkumulators 6 zu bilden.
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Bei einer weiteren, in 7 in einer seitlichen Aufsicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist der hintere Teilrahmen fest mit dem Hauptrahmen, diese bedeutet ohne gelenkige Verbindung am Hauptrahmen angebracht. Bei dieser Ausführungsform ist das Kettenstreben-Paar 22 direkt und ohne ein Gelenk, vorzugsweise verwindungssteif am länglich-gebogen gestalteten Träger 15 in dessen hinterem Bereich befestigt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Träger 15 einen Hohlraum auf, der weil dem Fachmann an sich bekannt, in den Figuren nicht näher dargestellt ist.
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Dabei kann der Träger 15 vorteilhaft aus zwei schalenartigen Hälften aufgebaut sein, die im Falle von metallischen Legierungen durch Schweißen oder Hartlöten miteinander verbunden sein können.
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Bei Verwendung von Faser-Verbundmaterialien können diese Schalen durch überlappende Fasermatten und Verklebung miteinander verbunden sein.
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Alternativ befindet sich der Hohlraum des Trägers (15) innerhalb eines Faserverbundmaterials, insbesondere eines Carbonfaserverbundmaterials und der Träger (15) ist in einer Monocoquebauform ausgeführt.
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Neben Faserverbundwerkstoffen, insbesondere Carbonfaser-Verbundwerkstoffen kann der Träger 15 alternativ aus einer kaltverformbaren, vorzugsweise fließfähigen Legierung, insbesondere Aluminium-Legierung hergestellt und durch Hydroforming oder Schmieden oder auch durch Extrusion, insbesondere durch Querextrudieren und gegebenenfalls nachfolgendes Ausfräsen von Teilen des Trägers geformt sein.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Träger 15 und sind vorzugsweise auch weitere Teile des Hauptrahmens 1 und/oder des Teilrahmens 2 aus einer warmverformbaren Legierung hergestellt und durch ein dem Fachmann als Superplastic Forming bekanntes Warmverformungsverfahren gefertigt, bei welchem auf die jeweilige metallische Legierung abgestimmte Warmverformungstemperaturen eingesetzt werden.
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Es liegt ferner im Rahmen der Erfindung, jeweilige Bestandteile des Hauptrahmens 1 und des Teilrahmens 2 auch aus verschiedenen Werkstoffen und mit verschiedenen Herstellungsverfahren, insbesondere mit einem oder mehreren der vorstehend erwähnten Herstellungsverfahren zu fertigen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hauptrahmen
- 2
- Teilrahmen
- 3
- Antriebseinheit
- 4
- Dämpfer
- 5
- Sattelstütze
- 6
- Akkumulator
- 7
- Gabel
- 8
- Vorderrad
- 9
- Hinterrad
- 10
- Kettentrieb
- 11
- Oberrohr
- 12
- Unterrohr
- 14
- Steuerrohr
- 15
- Träger
- 16
- aufgespannter Raum
- 21
- Sitzstrebe-Paar
- 22
- Kettenstrebe-Paar
- 23
- Schwinghebel-Paar
- 24
- Festpunktlager
- 25
- Festpunktlager
- 26
- bewegliches Lager
- 27
- bewegliches Lager
- 28
- Hinterradachse
- 30
- Antriebsgehäuse
- 31
- Tretkurbelachse
- 32
- Elektromotor
- 41
- Gelenklager
- 42
- Gelenklager
- 120
- Vertiefung
- 121
- Flansch
- 122
- Flansch
- 151
- Schale
- 152
- Schale
- 153
- vorderes Ende
- 154
- hinteres Ende
- 155
- mittlerer Bereich
- 156
- Sattelrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010025694 A1 [0002]
- DE 202009004778 U1 [0003]
- DE 102011079094 A1 [0004]
- WO 2013/007828 A2 [0005]
