DE102015004547A1

DE102015004547A1 - Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl.

Info

Publication number: DE102015004547A1
Application number: DE102015004547.4A
Authority: DE
Inventors: Lutz Stollberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-12
Filing date: 2015-04-08
Publication date: 2015-10-15
Anticipated expiration: 2035-04-09
Also published as: DE102015004547B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., durch Wipp-Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers, der an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau befestigt ist und die so erzeugte Bewegung mittels eines Systems aus Seilzügen und Ketten zur Kraftübertragung in eine Drehbewegung auf ein Freilaufritzel an der Vorderradnabe umsetzt, Wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung des Kraftübertragungssystems ist, dass am Lenker, symmetrisch zum Vorbau, mit dem Lenker schwenkbar, fest verbundene, lose Rollen beidseitig angebracht sind, über die ein Seilzug geführt wird. Das eine Ende des Seilzuges ist fest an der Gabel oder einem daran befestigten Teil angelenkt, während das andere Ende des Seilzuges, über eine Umlenkrolle geführt, fest mit einem Antriebsstrang verbunden ist, der die beidseitig an der Vorderradnabe angebrachten, gleichgerichteten Freilaufritzel umschließend erfasst. Das andere Ende des Antriebsstranges ist erfindungsgemäß fest mit einem Führungsstrang verbunden. Über ein Umlenkelement lässt sich die Bewegung auf das spiegelbildlich baugleiche Kraftübertragungssystem führen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., durch Wipp-Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers, der an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau befestigt ist und die so erzeugte Bewegung mittels eines Systems aus Seilzügen und Ketten zur Kraftübertragung in eine Drehbewegung auf ein Freilaufritzel an der Vorderradnabe umsetzt,
Es sind eine Vielzahl von Vorschlägen bekannt, die es ermöglichen sollen, neben dem üblichen Antrieb des Hinterrades eines Fahrrades o. dgl. auch das Vorderrad zur Vorwärtsbewegung zu nutzen. Damit soll erreicht werden das Fahrradfahren effizienter zu gestalten, da nur ein geringer Teil der Kraft vom Oberkörper eines Fahrradfahrers o. dgl. zu dem Antriebssystem des Fahrrades übertragen wird. Üblicherweise zieht bergauf jeder Radfahrer instinktiv auf der herabzutretenden Pedalseite das gleichseitige Lenkerende nach oben. Im Zusammenwirken mit der Rumpfmuskulatur wird so ein Spannungsbogen gebildet, um mehr Druck auf das Pedal auszuüben. Bei schwereren Steigungen kommt oft der Wiegetritt zum Einsatz. Hierbei kippt der in den Pedalen stehende Radfahrer mit den Armen das ganze Rad zwischen seinen Beinen hin und her. Auch dabei leistet die Oberkörpermuskulatur vorwiegend statische Haltearbeit. Von einer nennenswerten Nutzung und einem Training z. B. der kräftigen Armbeugemuskeln kann im Normalfall keine Rede sein. Dies wäre wünschenswert und die ergonomisch begründete Kippbewegung des Lenkers bietet sich zur Nutzung an. Außerdem findet die Lenkbewegung in einer anderen Richtung statt und wird dadurch nicht direkt beeinträchtigt.
In der US 5,542,689 wird ein Vorderradantrieb für Fahrräder beschrieben, der dieses Problem lösen soll. Die bekannte Lösung nutzt einen Lenker, der um die Vorbauachse schwenkbar ist, indem der Vorbau aus einem inneren Dorn und einer äußeren Hülse besteht, wobei der innere Dorn mit dem Lenkerschaft verbunden ist und die äußere Hülse die Klemmeinrichtung für den Lenker aufweist. Am Lenker ist eine Anlenkvorrichtung befestigt, die Anlenkpunkte für eine Kraftübertragung hat, wobei der Abstand der Anlenkpunkte zueinander veränderbar ist, indem die Anlenkpunkte auf einer parallel zum Lenker verlaufenden Schiene verschiebbar angeordnet sind. Die Kraftübertragung erfolgt jeweils aus einer Kette und einer Zugfeder, die in Reihe angeordnet sind und mit einem Anlenkpunkt verbunden sind, wobei die Kette ein Ritzel umläuft, das über einen Freilauf mit der Vorderradnabe verbunden ist. Beim Verschwenken des Lenkers nach oben wird auf dieser Seite die Feder gedehnt und der Lenkerhub mittels der Kette auf das Ritzel des Vorderrades übertragen. Damit kommt es zur Vorwärtsbewegung. Durch die Verschiebbarkeit der Anlenkpunkte ist eine Änderung der Übersetzung gegeben. Um einen dadurch erzeugten erhöhten Kraftaufwand und einen erhöhten Verschleiß an der Kette und den Ritzel zu vermeiden ist zwischen den Ritzeln und den der Gabel jeweils eine Kettenführung in Form einer Scheibe vorhanden.
Aus der DE 11 2004 002 825 B4 ist eine Vorrichtung zum Handantrieb eines Vorderrades bekannt, bei der mittels eines Querträgers, auf dem bewegbare Handgriffe angeordnet sind und der mit der Lenkachse des Fahrrades verbunden ist sowie einer Führungsschiene parallel zum Querträger, die dort erzeugte Bewegung der Handgriffe in eine Rotationsbewegung am gelenkten Rad umsetzt.
Alle diese Vorschläge haben den gemeinsamen Nachteil, dass sie mehr oder weniger feste verschleißanfällige Zusatzanbauten am Vorderrad der Fahrräder und dgl. benötigen, um die Antriebskräfte vom Lenker auf die Vorderradnabe zu übertragen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zusatzvorrichtung zum Vorderradantrieb zu schaffen, die es ermöglicht auf technisch einfache Art und Weise, ohne aufwendige Umbauten bzw. Zusatzeinrichtungen eine kostengünstige und kompakte Antriebsvorrichtung zu schaffen, die an ein herkömmliches Fahrrad mit Hinterradantrieb angebracht, dessen Fortbewegung wahlweise separat als Vorderrad- oder Hinterradantrieb oder beides gemeinsam gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem Hauptanspruch der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., vorgeschlagen, bei der durch Wipp-Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers, der an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau befestigt ist, die so erzeugte Bewegung durch ein Systems aus Seilzügen und Ketten zur Kraftübertragung in eine Drehbewegung auf ein Freilaufritzel an der Vorderradnabe umgesetzt wird.
Diese Kraftübertragung erfolgt mittels eines spiegelbildlich beidseitig, baugleich angeordneten Kraftübertragungssystems.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung des Kraftübertragungssystems ist, dass am Lenker, symmetrisch zum Vorbau, mit dem Lenker schwenkbar, fest verbundene, lose Rollen beidseitig angebracht sind, über die ein Seilzug geführt wird.
Das eine Ende des Seilzuges ist fest an der Gabel oder einem daran befestigten Teil angelenkt, während das andere Ende des Seilzuges, über eine Umlenkrolle geführt, fest mit einem Antriebsstrang verbunden ist, der die beidseitig an der Vorderradnabe angebrachten, gleichgerichteten Freilaufritzel umschließend erfasst.
Das andere Ende des Antriebsstranges ist erfindungsgemäß fest mit einem Führungsstrang verbunden.
Über ein Umlenkelement lässt sich die Bewegung auf das spiegelbildlich baugleiche Kraftübertragungssystem führen.
Diese Lösung stellt im Grundkonzept eine Kombination einfacher Systemelemente, wie Seilzüge, Ketten, Ritzel und Rollen dar, die in ihrem Zusammenwirken zu dem erfindungsgemäßen Erfolg führen. Wesentlich für die Erfindung ist dabei das Zusammenwirken an sich bekannter Elemente aus dem Fahrradbau in ihrer Kombination zueinander.
Von Bedeutung ist hierbei der Einsatz der losen Rolle im Kraftübertragungssystem. So bewirkt die Verdopplung des Zugweges am Antriebsstrang eine größere Entfaltung am Vorderrad. Die höhere aufzubringende Armkraft dagegen kommt der Laufruhe und Beherrschbarkeit des Fahrrades zugute und ermöglicht den Wiegetritt.
Es hat sich gezeigt, dass die Umsetzung von Armkraft in Vortrieb nach diesem Verhältnis im Hinblick auf die erfindungsgemäße Lösung völlig ausreichend ist und der Aufgabe der Erfindung im Hinblick auf eine technisch einfache Lösung hinreichend gerecht wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung lassen sich aus den Unteransprüchen entnehmen.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe ist danach der Einsatz von speziell ausgebildeten Seilbremsen.
Diese Seilbremsen sind auf beiden Seiten des Fahrradlenkers angeordnet und ermöglichen es, dass die an den Enden des Fahrradlenkers befindlichen losen Rollen durch Einwirkung der Seilbremsen auf die über die losen Rollen beidseitig geführten Seilzüge, diese jeweils gleichzeitig oder unabhängig voneinander blockieren können.
Auf diese Weise lässt sich der Fahrbetrieb des Fahrrades nochmals entscheidend beeinflussen.
Die Seilbremse besteht aus einem oder mehreren Formstücken, die der äußeren Rundung und der Rinne der losen Rolle angepasst sind. Bei Betätigung wird durch Hebelwirkung auf den Seilzug Druck und Haftreibung ausgeübt und der Seilzug dadurch in die Rinne gepresst. Dadurch lässt sich der Seilzug sowie die lose Rolle in ihrer Bewegung in beiden Richtungen reversibel blockieren.
Eine besonders effektiv wirksam ausgestaltete Seilbremse besteht aus einer Gabel der losen Rolle, die mit einer Grundplatte fest verbunden ist und einem Hebel, der mit der Grundplatte gelenkig verbunden ist. Am kurzem Schenkel des Hebels ist ein Formstück angebracht ist, das wiederum der Seilrinne angepasst, einen Teil der gabelseitigen Hälfte des Umfanges der losen Rolle abdeckt.
Bei einer Bewegung des Hebels, durch Zug des Bowdenzuges in Richtung der Grundplatte, wird das Formstück so an den Seilzug gepresst, dass dieser in die Seilrinne der losen Rolle gedrückt wird. Beim Erreichen eines ausreichend hohen Druckes des Formstückes auf den Seilzug wird die lose Rolle blockiert. Zwischen Grundplatte und Hebel ist eine Druckfeder angeordnet, die bei diesem Vorgang zusammengepresst wird. Beim Lockern des Bowdenzuges wird der Hebel und die Grundplatte durch die Druckfeder wieder auseinander gedrückt und dadurch kann das vom Seilzug gehobene Formstück den Seilzug wieder freigeben und die Drehung der losen Rolle wieder ermöglichen.
Wesentlich für den Einsatz der Seilbremse ist, dass die Seilbremse dieser Art in beide Zug- bzw. Drehrichtungen gleichermaßen wirkt. Das Lösen der Seilbremsen für die Bergabfahrt kann in jeder Lenkerstellung und auch gleichzeitig erfolgen.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung ist der Einsatz eines Anschlagelementes.
Das Anschlagelement verhindert einen unkontrolliertem Zug nach oben, indem das Verbindungselement nicht über die Seilrolle gezogen werden kann und so den Antriebsstrang gefährlich in Richtung Speichen kippen lässt.
Vermieden wird dies, indem die Gummischeibe, die dem Verbindungselement aufliegt, satt an dem Anschlagelement anschlägt. Außerdem begrenzt dieses Anschlagen den Lenkerausschlag deutlich, was beim Bewegungsablauf erheblich verbessert. Der Fahrer muss allerdings den Moment des Anschlages nicht abwarten. Er kann bei konstantem Bergauf- bzw. Bergabmodus den Zeitpunkt des Wechsels zwischen Lenkeraufwärts- in Lenkerabwärtsbewegung intuitiv selbst bestimmen, abhängig von der Trittfrequenz.
Besonders vorteilhaft ist, wenn das Anschlagelement beidseitig am Sockel oder der Gabel, jeweils unmittelbar unterhalb der Umlenkrolle angeordnet ist.
Das Anschlagelement möglichst unmittelbar unterhalb der Umlenkrolle anzubringen, ist wesentlich für die erfindungsgemäße Lösung.
Beim erfindungsgemäßen Einsatz der Seilbremsen kommt die umsetzende Wirkung der freien Rollen nicht mehr zum Tragen. Wenn die Umlenkrollen mit Anschlagplatten möglichst weit oben an der Gabel positioniert sind, wie dies erfindungsgemäß vorgesehen ist, kann der Antriebsstrang auch bei blockierten Seilrollen noch ausreichend Weg zurücklegen ohne durch übermäßiges Verkleinern des Winkels zwischen Lenker und Seilzug den Kraftvektor zu schräg verlaufen zu lassen.
Diese Anordnung ermöglicht Steigungen bei Bergfahrten gut beherrschbar realisieren zu können.
Es hat sich auch gezeigt, dass das Anschlagelement vorteilhafterweise als Anschlagplatte oder als U-Profil ausgebildet ist, wobei diese jeweils mit einer Öffnung versehen wird, um den Seilzug aufzunehmen.
Eine besonders effektive Lösung wird erreicht, wenn die Umlenkelemente auf einer Halteplatte drehbar fest angeordnet werden, wobei die Umlenkrollen an der Gabel an einem Sockel ebenso drehbar fest angebracht sind.
Für die Erfindung kann es besonders sinnvoll sein, die Umlenkrollen und die Umlenkelemente so anzuordnen, dass deren Ausrichtung zum Freilaufritzel annähernd senkrecht geführt ist. Damit kann ein besonders guter Lauf des Antriebsstranges vom Umlenkelement auf das Freilaufritzel gewährleistet werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung lässt sich erreichen, wenn die Befestigung des Seilendes und eine weitere Umlenkrolle, über die der Seilzug geführt wird, in der Nähe der Radnabe des Vorderrades angeordnet wird. Außerdem ermöglicht diese Variante, die Umlenkrollen sehr hoch anzubringen. Somit wird bei weiterhin senkrechter Ausrichtung dieser zu den Ritzeln ein maximaler Hub des Antriebsstranges ermöglicht bei optimiertem Kraftvektorverlauf vorgegeben durch die Seilzüge.
Mit der vorgeschlagenen Halteplatte lassen sich auf dieser zudem sowohl die Umlenkrollen an der Gabel, als auch die Umlenkelemente, parallel in einer Ebene zueinander anordnen. Diese Anordnung ist besonders sinnvoll für das erfindungsgemäß vorgeschlagene spiegelbildlich, baugleiche Kraftübertragungssystem.
Als Umlenkrollen, Umlenkelemente und lose Rollen lassen sich wahlweise und vorteilhafterweise Ritzel oder Rollen einsetzen.
Die Halteplatte lässt sich sinnvollerweise fest mit der Gabel des Vorderrades verbinden.
Als Halteplatte lässt sich auch ein Brake Booster erfolgreich einsetzen, so dass handelsübliche Bauteile Verwendung finden können, was dem Umbau vom herkömmlich genutzten Fahrrad oder dgl. zum Fahrrad mit Vorderradantrieb zusätzlich einfacher und kostengünstiger gestaltet.
Auf einfache Art und Weise lässt sich zudem die Felgenbremse des Vorderrades hinter der Gabel anordnen, so dass damit für die Anordnung des Kraftübertragungssystems auf der Halteplatte volle Bewegungsfreiheit besteht.
Weitere besondere Ausgestaltungen hinsichtlich des Antriebsstranges bestehen darin, diesen als Kette oder Zahnriemen, den Führungsstrang als Kette, Riemen, Zahnriemen oder als Seilzug und den Seilzug auch als Kette, Riemen oder Zahnriemen auszubilden.
Ebenso kann es vorteilhaft sein, wenn das eine Ende des Seilzuges an der Achse der Umlenkrolle fest angelenkt wird.
Eine weitere besondere Ausgestaltung der Erfindung lässt sich erreichen, wenn der Antriebsstrang mittels einer zugelastischen Verbindung fest mit dem Führungsstrang verbunden ist.
Als zugelastische Verbindungen lassen sich wahlweise Zugfedern sowie elastische Kunststoffelemente wie Elastomere einsetzen. Der Einsatz derartiger zugelastischer Verbindungen ist auch vorteilhaft, um die notwendige Vorspannung von Antriebs-, Führungsstrang und Seilzug zu gewährleisten.
Die Verbindung des Seilzuges an der Achse mittels eines Seilspanners und einer Kugelgelenk-Anlenkung bringt hinsichtlich der Führung und der Vorspannung des Seilzuges wesentliche Vorteile.
Es hat sich zudem gezeigt, dass, wenn die lose Rolle mittels eines Kugelgelenkes am Fahrradlenker befestigt wird, eine deutlich verbesserte Führung des Seilzuges zur Umlenkrolle gewährleistet ist.
Eine besonders vorteilhafte Lösung lässt sich erfindungsgemäß erreichen, wenn die losen Rollen mittels eines Stützhebels zusätzlich drehbar fest über ein Gelenk mit der Lenkerschelle verbunden werden. Damit sind Kippbewegungen der losen Rolle ebenso ausgeschlossen, wie Fehlstellungen die durch Biegekräfte vom Bowdenzug hervorgerufen werden. Dies trägt zu einer erheblichen Stabilisierung des Fahrradlenkers im waagerecht beidseits blockierten Funktionszustand bei.
Wie bereits oben ausgeführt stellt der Einsatz der Seilbremsen für die erfinderische Lösung eine deutliche Verbesserung deren Nutzungsmöglichkeiten dar. Grundsätzlich wird dazu auch das erfindungsgemäße das spiegelbildlich baugleiche Kraftübertragungssystem eingesetzt. Verbesserte Ausführungsformen dieses Systems lassen sich speziell beim der Verwendung der Seilbremsen aus den Unteransprüchen entnehmen.
Bei beidseitig gleichzeitig blockierten losen Rollen in waagerechter Lenkerhaltung ist der Verbindungsstrang, der aus dem über eine Umlenkrolle geführten Teil des Seilzuges, einem Verbindungselement, einem Antriebsstrang, einer zugelastischen Verbindung und einem Führungsstrang besteht, auf beiden Seiten des spiegelbildlich baugleichen Kraftübertragungssystems in seiner Beweglichkeit aufgehoben. Dadurch ist allein die Verbindung zwischen der blockierten losen Rollen und den Seilspannern, die mittels Kugelgelenk Anlenkung an den Sockeln befestigt sind, für den Betriebszustand maßgebend,
Das führt dazu, dass der Fahrradlenker in diesem Betriebszustand in dieser Stellung gehalten wird und einen deutlich stabilen Fahrbetrieb gewährleistet.
Das erfindungsgemäße System ermöglicht einen weiteren wichtigen Betriebszustand für die Nutzung des Handantriebes des Fahrrades.
Bei jeweils unabhängig voneinander blockierten losen Rollen, nach Hochziehen des Fahrradlenkers auf der einen Seite in vertikaler Richtung, wird der Verbindungsstrang, bestehend aus dem über die Umlenkrolle geführten Teil des Seilzuges und dem Verbindungselement mit aufliegender Gummischeibe, durch das Anschlagelement in seiner Bewegung begrenzt.
Durch das Anziehen der gleichseitigen Seilbremse, mit Erreichen dieses oberen Totpunktes, wird der Verbindungsstrang fixiert.
Der Vorgang wiederholt sich auf der anderen Seite des Fahrradlenkers.
Nach Hochziehen des Fahrradlenkers auf dieser Seite wird der auf dieser Seite geführte baugleiche Verbindungsstrang ebenfalls im oberen Totpunkt durch die Seilbremse auf dieser Lenkerseite in gleicher Weise fixiert. Somit sind auf beiden Seiten des Systems gleichlange wirksame Abschnitte der Seilzüge sichergestellt.
In den so fixierten Positionen werden die Bewegungen der Lenkerenden des Fahrradlenkers nunmehr direkt über die Kugelgelenke und blockierten losen Rollen übertragen und sind selbst Fixpunkte der beidseitig baugleichen Verbindungsstränge. Die Verbindungsstränge aus dem Teil der Seilzüge, die in Richtung Vorderradnabe über die Umlenkrollen zu den Verbindungselementen und den Antriebssträngen verlaufen, werden dadurch die für den Antriebsvorgang unmittelbar wirksamen Systeme. Die seilspannerseitigen Enden des Seilzuges sind hingegen für den Antriebsvorgang nicht mehr wirksam.
Um das erfindungsgemäße System effektiv und schnell wirksam werden zu lassen, wird die Seilbremse über einen Bowdenzug und einen Daumenschalter betätigt. Der Daumenschalter kann dazu vorteilhafterweise auch als Drehgriff ausgebildet sein.
Erfindungsgemäß besteht der Führungsstrang des Kraftübertragungssystems aus einem stabilen, zugelastischen Material, wobei als Umlenkelemente Seilrollen Verwendung finden.
Werden bei Berganfahrt die losen Rollen bei jeweils hochgezogenem Lenkerende des Fahrradlenkers in Endstellung blockiert, erst die eine, dann die andere Seite, verlieren die losen Rollen ihre Wirkung und das Lenkerende des Fahrradlenkers wird zum Fixpunkt für den Seilzug. Folge davon ist, einerseits ist weniger Kraft beim Ziehen notwendig (geringere „Übersetzung”), andererseits dehnt sich der Führungsstrang stark bei der Bergauf-Übersetzung.
Als besonders bevorzugte Lösung wird daher der Führungsstrang des Kraftübertragungssystems aus einem Gummiseil ausgebildet.
Neben dieser erfindungsgemäßen Lösung kann der Führungsstrang des Kraftübertragungssystems aber auch aus Ketten, Riemen oder Zahnriemen, die mittels zugelastischer Verbindungen mit dem Antriebssträngen verbunden sind, bestehen, wobei dann als Umlenkelemente Kettenritzel, Riemenscheiben oder Zahnriemenscheiben verwendet werden
Als weiterer wesentlicher Gesichtspunkt der erfindungsgemäßen Lösung wird die Vorderradnabe so ausgestaltet, dass diese zwei integrierte gleichgerichtete Freiläufe mit Ritzeln oder Aufnahmen für gleichgerichtete Freilaufritzel enthält, die jeweils maximal 16 Zähne aufweisen. Deutlich kleinere Freilaufritzel einzusetzen, ist wichtig, damit das System auch auf der Geraden nutzbar ist.
Grundsätzlich sprechen für einen zusätzlichen Armantrieb vor allem Trainingsziele am Oberkörper, kombiniert beispielsweise mit dem Verzicht auf eine Gangschaltung auch im Hügel- oder Bergland. Aber auch gesundheitliche Einschränkungen im Bereich der unteren Extremitäten macht eine Nutzung der Armkraft beim Radfahren wünschenswert. Positive Trainingseffekte auf Rücken- und Oberkörpermuskulatur sind zudem bei vielen orthopädischen Krankheitsbildern ein ersehntes Behandlungsziel.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen Nachrüstsatz dar. Bis auf Vorbau, Vorderradbremse, Vorderradnabe und eventuell Gabel bzw. Lenker kann das übrige Fahrrad unverändert bleiben. Aufwändige Rahmenlösungen entfallen.
Daher ist diese Lösung besonders geeignet für Nutzer, die den Vorderradantrieb nicht ständig verwenden wollen.
Es ist eine einfache und relativ billige Lösung unter Nutzung vorhandener Bauteile, wie z. B. einen Cantilever-Sockel an der Gabel.
Es gibt zudem Gewichtsvorteile gegenüber anderen Arm- und Bein-Antrieben.
Durch die Kraftübertragung auf das Vorderrad wird eine komplizierte und damit teure, störanfällige Übertragung auf Hinterrad bzw. Tretlager/Pedale vermieden.
Die Lösung mit zwei freien Rollen stellt insbesondere eine einfache und leichte (im Vergleich zu z. B. Getriebe-Naben) Übersetzung 2:1 dar, um die Kippbewegung des Lenkers im Vergleich zu beschriebenen Lösungen in größere Wegstrecke umzusetzen.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet insbesondere beim Einsatz von Seilbremsen den Vorteil für Bergfahrten den Vorderradantrieb per Hand mit 2 Übersetzungsstufen realisieren zu können.
Gleichzeitig lässt sich eine fixierte Lenkerstellung erreichen, indem die losen Rollen in horizontaler Lenkerstellung beidseitig blockiert sind und sich dadurch der Fahrradlenker nicht mehr um den Vorbau drehen kann. Eine sicherere Fahrt ist dadurch möglich.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt in der Vorderansicht das Vorderrad (11) eines Fahrrades mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Handantrieb.
2 stellt eine Seitenansicht des Vorderrades (11) mit der erfindungsgemäßen Handantriebsvorrichtung dar.
3 zeigt eine Detailansicht der Handantriebsvorrichtung im Bereich des Lenkers (12)
4: zeigt in Vorderansicht das Vorderrad eines Fahrrades (1) bei linksseitig heruntergedrückten Fahrradlenker (12) und ungebremsten losen Rollen (4)
5: zeigt in Seitenansicht das Vorderrad eines Fahrrades (1) bei linksseitig heruntergedrückten Fahrradlenker (12) und ungebremsten losen Rollen (4)
6: zeigt in Vorderansicht das Vorderrad eines Fahrrades (1) in der Bewegungssituation stabilisierte Fahrt bei waagerechten Fahrradlenker (12) und beidseitig gebremsten losen Rollen (4)
7: zeigt in Vorderansicht das Vorderrad eines Fahrrades (1) in der Bewegungssituation Bergfahrt bei linksseitig heruntergedrückten Fahrradlenker (12) und bereits beidseitig blockierter loser Rolle (4)
8: zeigt in Vorderansicht das Vorderrad eines Fahrrades (1) in der Bewegungssituation Bergfahrt bei rechtsseitig heruntergedrückten Fahrradlenker (12) und bereits beidseitig blockierter loser Rolle (4)
9a: zeigt in Seitenansicht den Aufbau der Seilbremse (29) im gebremsten Zustand der losen Rolle (4)
9b: zeigt in Seitenansicht den Aufbau der Seilbremse (29) im ungebremsten Zu stand der losen Rolle (4)
10: zeigt die optimierte Aufhängung der losen Rolle (4) mit zusätzlichem Stützhebel (36) und Gelenk (37) an der Lenkerschelle (38)
11: zeigt ein Anwendungsbeispiel mit optimiertem Verlauf der Seilzüge (14) durch eine zusätzliche Umlenkrolle (39) in der Nähe der Vorderradnabe (13) bei gleichzeitig weiter oben angebrachten Umlenkrollen (2) und Anschlagelementen (30)
Bezugszeichenliste

1: Freilaufritzel
2: Umlenkrolle
3: Umlenkelement
4: lose Rolle
5: Vorbau
6: Halteplatte
7: Felgenbremse des Vorderades (11)
8: Antriebsstrang
9: zugelastische Verbindung
10: Führungsstrang
11: Vorderrad
12: Fahrradlenker
13: Vorderradnabe
14: Seilzug
15: Achse der Umlenkrolle (2)
16: Gabel
17: Kugelgelenk am Lenker
18: Steuerrohr
19: Oberrohr
20: Unterrohr
21: Seilspanner
22: Sockel
23: Kugelgelenk Anlenkung
24: Bolzen
25: Verbindungselement (Terminal)
26: Gummischeibe
27: Daumenschalter
28: Bowdenzug
29: Seilbremse
30: Anschlagelement
31: Grundplatte
32: Hebel
33: Druckfeder
34: Formstück
35: Gabel der losen Rolle (4)
36: Stützhebel
37: Gelenk
38: Lenkerschelle
39: Umlenkrolle (an Radnabe)

Die erfindungsgemäße Lösung gemäß 1 und 2 zeigt die Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades (11) eines Fahrrades, wobei der Vortrieb durch Wipp-Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers (12) bewirkt wird. Dazu ist der so bewegliche Fahrradlenker (12) an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau (5) befestigt. Eine bei dieser Wipp-Bewegung erzeugte Kraft lässt sich mittels eines Systems aus Seilzügen und Ketten zur Kraftübertragung in eine Drehbewegung auf das Freilaufritzel (1) an der Vorderradnabe (13) umsetzen.
Die Kraftübertragung erfolgt mittels eines spiegelbildlich beidseitig, baugleich angeordneten Kraftübertragungssystems.
Das Kraftübertragungssystems jeder Seite besteht erfindungsgemäß aus einer am Lenker (12), symmetrisch zum Vorbau (5), mit dem Lenker (12) schwenkbar, fest verbundenen, losen Rolle (4), über die ein Seilzug (14) geführt wird. Das eine Ende des Seilzuges (14) ist fest verbunden an der Gabel (16) oder einem daran befestigten Teil angelenkt, während das andere Ende des Seilzuges (14), über die Umlenkrolle (2) geführt, fest mit einem Antriebsstrang (8), verbunden ist.
Der Antriebsstrang (8) erfasst umschließend die beidseitig an der Vorderradnabe (13) angebrachten, gleichgerichteten Freilaufritzel (1).
Das andere Ende des Antriebsstranges (8) ist mittels einer zugelastischen Verbindung (9) fest mit einem Führungsstrang (10) verbunden, wobei über ein Umlenkelement (3), die Bewegung auf das spiegelbildlich baugleiche Kraftübertragungssystem geführt wird.
Als zugelastische Verbindung (9) können Zugfedern sowie elastische Kunststoffelemente wie Elastomere verwendet werden.
Vorteilhafterweise sind die Umlenkelemente (3) auf einer Halteplatte (6) drehbar fest, angeordnet. Die Umlenkrollen (2) sind an der Gabel (16) an einem Sockel (21) fest angebracht.
Es hat sich auch gezeigt, dass als Halteplatte (6) effektiverweise auch ein Brake Booster zum Einsatz kommen kann.
Die Umlenkrollen (2) und die Umlenkelemente (3) werden im gezeigten Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass deren Ausrichtung zum Freilaufritzel (1) annähernd senkrecht geführt ist. Sowohl die Umlenkrollen (2) an der Gabel (16), als auch die Umlenkelemente (3) auf der Halteplatte (6), sind parallel in einer Ebene zueinander befestigt. Die Halteplatte (6) wiederum ist fest mit der Gabel (16) des Vorderrades (11) verbunden.
Damit für die Anordnung des Kraftübertragungssystems auf der Halteplatte (6) volle Bewegungsfreiheit gewährleistet wird, ist die Felgenbremse (7) des Vorderrades (11) hinter der Gabel (16) angebracht.
Es ist durchaus sinnvoll den Führungsstrang (10), den Antriebsstrang (8) und den Seilzug (14) aus verschiedenen Antriebselementen auszustatten.
So kann der Führungsstrang (10) wahlweise als Kette, als Zahnriemen oder als Seilzug, der Antriebsstrang (8) als Kette oder Zahnriemen und der Seilzug (14) auch als Kette, Riemen oder Zahnriemen ausgebildet werden.
Als Umlenkrollen (2), Umlenkelemente (3) und lose Rollen (4) können wahlweise Ritzel oder Rollen eingesetzt werden.
Kommen Umlenkrollen (2) im Zusammenhang mit dem Einsatz von Riemen oder Zahnriemen zum Einsatz, so sind diese als Riemen- bzw. Zahnriemenscheiben auszubilden.
Sinnvoll ist das eine Ende des Seilzuges (14) direkt an der Achse (15) einer Umlenkrolle (2) fest anzulenken. Die Verbindung des Seilzuges (14) an der Achse (15) erfolgt dazu erfindungsgemäß mittels eines Seilspanners (21) und einer Kugelgelenk Anlenkung (23).
Für die Erfindung ist der Einsatz der losen Rolle (4) wichtig. Um den mit der losen Rolle (4) für die Gesamtkombination zu erreichenden Effekt zu verstärken, ist die lose Rolle (4) mittels eines Kugelgelenkes (17) am Fahrradlenker (12) befestigt. Deren Anlenkung lässt sich insbesondere aus der 3 entnehmen.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen 1, 2 und 3 dargestellt werden.
1 zeigt die Vorderansicht eines konventionellen Fahrrades, das mit einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau (5) ausgestattet ist und dessen Klemmung einen breiten handelsüblichen Fahrradlenker (12) hält.
Die verwendete Vorderradgabel (16) besitzt zwischen den Gabelarmen (16) und den mit deren Innenseiten abschließenden Ausfallenden ausreichend Raum für Seilzüge (14), Antriebsketten (8), Vorderrad (11) mit besonderer Nabe (13) und zwei Ritzel (1). Außerdem besitzt die Gabel (16) 2 Cantilever-Bremssockel (22).
Die mit normalem Schnellspanner befestigte Nabe (13) hat einen symmetrischen Aufbau. Das Nabengehäuse hat in Fahrtrichtung rechts neben dem die Speichen haltenden Flansch ein Rechtsgewinde, dass das Ritzel (1) mit integriertem Freilauf aufnimmt. Als Besonderheit trägt das Nabengehäuse außerhalb des linken Flansches ein Linksgewinde. Dort ist das Ritzel (1) mit integriertem Freilauf aufgeschraubt, wie es im BMX-Sport für Linksmontage (Left-Hand-Drive) verwendet wird. Dieses Ritzel (1) trägt die gleiche Anzahl von Zähnen wie das rechte und sein integrierter Freilauf hat die gleiche Drehrichtung.
Auf beiden Cantilever-Sockeln der Gabel (16) sind statt der Felgenbremsen (7) passende Kugellager aufgesteckt, deren Außenflächen als Umlenkrollen (2) dienen und von Unterleg- bzw. Anlaufscheiben in Position gehalten werden. Dadurch wird ein besonders geringer Durchmesser der Umlenkrollen (2) erreicht. Außerdem befinden sich noch als Anschlagelemente (30) kurze Abschnitte einer Aluminium-U-Profilschiene auf den Cantilever-Sockeln. Diese sind in allen 3 Flächen passend durchbohrt: Die gegenüberliegenden Flächen, um den Cantilever-Sockel aufzunehmen, und die Grundflächen, um den Seilzug (14) nabenwärts durchzulassen.
Die freien Enden der Sockel (22) werden von einem handelsüblichen Brake Booster (6) verbunden, der die Bauteile stabilisiert. Dieser ist im Bereich des Bogens durch einen Bolzen (24) mit der Gabel (16) verbunden, die üblicherweise an dieser Stelle eine Bohrung aufweist. An der Hinterseite der Gabel (16) dient dieser durchgehende Bolzen (24) zur Befestigung der Felgenbremse (7), wobei hier eine Hinterradbremse Verwendung findet.
Außerdem trägt der Brake Booster im oberen Teil auf Abstandshülsen als Umlenkelemente (3) zwei Kettenrädchen, wie sie in Kettenschaltungen Verwendung finden. Diese sind parallel in einer Ebene zueinander angeordnet. Sowohl die Innenseiten der Umlenkrollen (2) als auch die Außenseiten der Kettenrädchen sind so gewählt und ausgerichtet, dass Seilzüge (14) bzw. Fahrradketten als Führungsstrang (10), die die Elemente umlaufen, annähernd parallel zu den Freilaufritzeln (1) liegen.
Zur Befestigung des Brake Boosters sind Gewindebolzen (24) in die Cantilever-Sockel eingeschraubt, die am äußeren Ende die Köpfe von Kugelgelenken (23) tragen. Die Pfannen dieser Gelenke (23) sind jeweils mit handelsüblichen Terminals (25) aus dem Yachtbedarf verschraubt, hier mit integrierter Seilspanner-Funktion (21).
Im in Fahrtrichtung linken Terminal (25) wird durch drei Madenschrauben der Seilzug (14) durch Klemmung befestigt. Hier kommt ein dünnes hochfestes Kunststoffseil zur Verwendung mit Dyneema^®-Kern und abriebfester Polyester-Ummantelung. Dieses ist besonders verschleiß- und dehnungsfest bei geringem Gewicht.
Als weiteres Material für die Seilzüge (14) können auch hochflexible Edelstahlseile mit Erfolg eingesetzt werden.
Der Seilzug (14) wird nach oben in Richtung linkes Lenkerende (12) geführt, wo er eine kugelgelagerte lose Rolle (4) durchläuft, deren Halterung mit einem Kugelgelenk (17) und einer massive Schelle am Lenker (12) befestigt wird.
Diese stammt aus einer Lenker-Querstrebe, wie sie zur Stabilisierung von Downhill-Lenkern im Mountainbike-Sport eingesetzt wird. Durch das Kugelgelenk (17) wird die lose Rolle (4) in jeder Lenkerposition optimal ausgerichtet.
Details der Verbindung von Kugelgelenk (17) und loser Rolle (4) und dem Lenker (12) sowie dem dabei geführten Seilzug (14) sind in 3 dargestellt.
Von der losen Rolle (4) aus verläuft der Seilzug (14) wieder nach unten auf die linke Umlenkrolle (2) zu, die er mittig umläuft, und passiert das Anschlagelement (30). Auf etwa halbem Abstand zwischen Umlenkrolle (2) und linken Freilaufritzel (1) wird das Ende des Seilzuges (14) durch ein weiteres Terminal (25) aufgenommen und dort gehalten durch drei Madenschrauben.
Der obere, den Seilzug (14) aufnehmende Teil des Terminals (25) trägt eine kleine Gummischeibe (26) mit Loch, durch das der Seilzug (14) verläuft. Diese ist als Dämpfung günstig, da das Terminal (25) gleichzeitig als Anschlag am Anschlagelement (30) dient und den Zugweg begrenzt. Der untere Teil des Terminals (25) ist mit dem Ende einer Fahrradkette verschraubt. Diese stellt im vorgestellten Ausführungsbeispiel den Antriebsstrang (8) dar und führt um das linke Freilaufritzel (1) herum wieder nach oben, wobei die Zähne des Ritzels (1) in die Kette greifen.
In 2 ist die gleiche Ausführung in Seitenansicht dargestellt, in der sich ergebenden Lage, bei hochgezogener – in Fahrtrichtung – linker Lenkerseite (12). Der rechte Teil des Antriebssystems ist dabei der besseren Übersicht halber weggelassen.
Etwa in gleicher Höhe wie das untere Terminal (25) endet die Antriebskette vor der Gabel (16) und eine Verbindung mit dem Führungsstrang (10) wird notwendig.
Diese zugelastische Verbindung (9) stellt, wenn zugelastisch ausgeführt, die zur Sicherheit und Leichtlauf notwendige Kettenspannung sicher.
Wird als Führungsstrang (10) ein weiteres Stück Fahrradkette eingesetzt, wie im vorliegenden Beispiel, müssen die Kettenenden außerdem um 90° zueinander verdreht verbunden werden. Eine einfache Lösung stellt hier ein stabiler Gummiring dar, der mit den Kettenenden verschraubt ist und dessen dazwischenliegender Teil vorher durch einen engen kurzen Kunststoffschlauch gezogen wurde. Dabei wird die Lage der Ringschlaufen verdreht zueinander fixiert.
Höhere Stabilitätsanforderungen werden an diese Verbindung nicht gestellt, da hier keine größeren Kräfte wirken und lediglich das Antriebssystem der Gegenseite durch den Führungsstrang (10) in die Ausgangsstellung zurückgezogen wird. Hierzu eine Kette einzusetzen ist günstig, da diese sehr sicher auf den Kettenrädchen (3) läuft und beim Verformen der Gabel (16), z. B. beim Durchfahren von Schlaglöchern, ein Abspringen der durch die zugelastische Verbindung (9) vorgespannten Antriebs- oder Führungskette kaum zu befürchten ist.
Die Bauteile auf der in Fahrtrichtung rechten Seite sind spiegelbildlich angeordnet und durch die Führungskette über dem Vorderrad (11) verbunden.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel soll nachfolgend an Hand eines Bewegungsablaufes bei der Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nochmals weiter verdeutlicht werden.
Der Lenker (12) wird wie üblich mit beiden Händen erfasst und auf einer Seite hochgezogen, wobei der Radfahrer mit der anderen Hand durch Druck auf die Gegenseite die Bewegung unterstützt.
Dabei wird die lose Rolle (4) durch das Kugelgelenk (17) mit dem Lenkerende (12) nach oben bewegt und zieht den Seilzug (14) in ihrer Funktion mit.
Da das eine Ende des Seilzuges (14) fixiert ist, bewegt nur das andere Ende, nach Umlenkung an der Umlenkrolle (2), den daran befestigten Antriebsstrang (8) nach oben. Dabei wird auf das Freilaufritzel (1) Kraft ausgeübt und über die Vorderradnabe (13) auf das Vorderrad (11) übertragen. Das Vorderrad (11) dreht sich in Fahrtrichtung. Das freie Ende des Antriebsstranges (8) zieht über die zugelastische Verbindung (9) gleichzeitig den Führungsstrang (10) in Richtung Freilaufritzel (1) herunter. Über die Umlenkelemente (3) verlaufend, folgt über die zugelastische Verbindung (9) der Gegenseite ein Rücklauf des gegenüberliegenden Antriebsstranges (8). Der Freilauf des kontralateralen Ritzels (1) ist dabei wirksam und der unbelastete Seilzug (14) dieser Seite bleibt trotz Absenken der nicht gezogenen Lenkerseite (12) gespannt.
Spätestens mit Anschlag der Befestigung Seilzug-Antriebsstrang am Anschlagelement (30) endet die beschriebene Bewegung.
Alle beweglichen Bauteile werden nun beim Zug an der Gegenseite des Lenkers (12) zurückbewegt, wobei auf der nun entlasteten Lenkerseite (12) alle eben noch Zugkraft übertragenden Elemente passiv gezogen werden und sich die Bewegungsrichtung aller drehbaren Teile umkehrt.
4 und 5 zeigen in einem Ausführungsbeispiel die erfindungsgemäße Anordnung der Seilbremsen (29) im Zusammenhang mit den für den Vorderradantrieb maßgeblichen weiteren Bauteilen sowohl in einer Vorderansicht 4 als auch in einer Seitenansicht 5.
Die Seilbremsen (29) sind in diesem Beispiel nicht angezogen, so dass die losen Rollen (4) frei beweglich sind und ihre Wirkung im Gesamtsystem entfalten können. Diese Bewegungssituation stellt eine Bergabfahrt bzw. Fahrt in der Ebene unter Nutzung des Handantriebes des Vorderrades dar, wobei entsprechend der Übertragung des Seilzuges (14), geführt über die losen Rollen (4), ein bestimmter Übersetzungszustand realisiert ist. Die Kraftübertragung erfolgt mittels eines spiegelbildlich beidseitig, baugleich angeordneten Kraftübertragungssystems.
Das Kraftübertragungssystem jeder Seite besteht aus einer am Lenker (12), symmetrisch zum Vorbau (5), mit dem Lenker (12) schwenkbar, fest verbundenen, losen Rolle (4), über die ein Seilzug (14) geführt wird. Das eine Ende des Seilzuges (14) ist fest verbunden an der Gabel (16) oder einem daran befestigten Teil angelenkt, während das andere Ende des Seilzuges (14), über die Umlenkrolle (2) geführt, fest mit einem Antriebsstrang (8), verbunden ist.
Der Antriebsstrang (8) erfasst umschließend die beidseitig an der Vorderradnabe (13) angebrachten, gleichgerichteten Freilaufritzel (1).
Das andere Ende des Antriebsstranges (8) ist mittels einer zugelastischen Verbindung (9) fest mit einem Führungsstrang (10) verbunden, wobei über ein Umlenkelement (3), die Bewegung auf das spiegelbildlich baugleiche Kraftübertragungssystem geführt wird.
6 zeigt einen Funktionszustand der an beiden Seiten des Fahrradlenkers (12) angeordneten Seilbremsen (29), die die an den Enden des Fahrradlenkers (12) befindlichen losen Rollen (4), durch Einwirkung der Seilbremsen (29) auf die über die losen Rollen (4) beidseitig geführten Seilzüge (14), jeweils gleichzeitig oder unabhängig voneinander blockieren können.
Bei beidseitig gleichzeitig blockierten losen Rollen (4) in waagerechter Lenkerstellung, wie in 6 dargestellt, ist der Verbindungsstrang, aus dem über die Umlenkrolle (2) geführten Teil des Seilzuges (14), dem Verbindungselement (25), dem Antriebsstrang (8), der zugelastischen Verbindung (9) und dem Führungsstrang (10, auf beiden Seiten des spiegelbildlich baugleichen Kraftübertragungssystems in seiner Beweglichkeit aufgehoben.
In dieser Situation wird der Fahrradlenker (12) beidseits durch den zwischen der blockierten losen Rolle (4) und den Seilspannern (21), die mittels Kugelgelenk Anlenkung (23) an den Sockeln (22) befestigt sind, in dieser Stellung gehalten.
Damit ist eine weitestgehend störungsfreie Geradeausfahrt möglich.
Das nachfolgende Ausführungsbeispiel soll die zur Einleitung einer Bergauffahrt ablaufende Bewegungssituation demonstrieren, wenn die Armkraft bergauf nicht mehr ausreichend die Beinbewegung unterstützen kann.
Dazu wird zunächst, wie in 4 dargestellt, die rechte Seite des Lenkers hochgezogen, unterstützt durch den Druck des anderen Armes auf die Gegenseite des Lenkers (12), bis das Anschlagelement (30) die Aufwärtsbewegung des Seilzuges (14), mit dem Verbindungselement (25) und mit aufliegender Gummischeibe (26) begrenzt. Die Zeichnung zeigt das Verbindungselement (25) und die Gummischeibe (26) auf der rechten Seite (der Abbildung) hochgezogen bis zum Anschlagelement (30).
In diesem Augenblick (oberer Totpunkt des Bewegungsablaufes) wird die rechte Seilbremse (29) durch Betätigung des rechten Daumenschalters (27) und Kraftübertragung durch den zugehörigen Bowdenzug (28) angezogen, so dass diese auf den rechten umlaufenden Seilzug (14) und gleichzeitig auf die rechte lose Rolle (4) einwirkt. Eine Drehbewegung der losen Rolle (4) und eine Bewegung des Seilzuges (14) ist rechts nicht mehr möglich.
Auf diese Weise wird das Lenkerende, über Kugelgelenk (17) und blockierter loser Rolle (4), auf der rechten Seite zum neuen Fixpunkt des Teiles des Seilzuges (14) der nabenwärts über die Umlenkrolle (2) zum Verbindungselement (25) und Antriebsstrang (8) verläuft.
Wird die linke Lenkerseite, nachdem der Vorgang auf der rechten Seite abgeschlossen ist, in gleicher Weise hochgezogen, wird der Seilzug (14) auf dieser Seite mit dem Verbindungselement (25) und mit aufliegender Gummischeibe (26) soweit mit nach oben gezogen, bis diese Bewegung durch das Anschlagelement (30) begrenzt wird.
Nach Erreichen des oberen Totpunktes, gekennzeichnet durch den Anschlag an dem Anschlagelement (30), wird, wie bereits oben beschrieben, die linke Seilbremse (29) betätigt.
Auf diese Weise wird auch auf der linken Seite das Lenkerende, über Kugelgelenk (17) und blockierter loser Rolle (4), zum neuen Fixpunkt des Teiles des Seilzuges (14) der nabenwärts über die Umlenkrolle (2) zum Verbindungselement (25) und Antriebsstrang (8) verläuft.
Dieser Vorgang kann auch in umgekehrter Reihenfolge eingeleitet werden.
In diesem Betriebszustand, wie in 7 und 8 dargestellt, wird die Bergauffahrt ermöglicht, auf beiden Seiten des Fahrradlenkers (12) sind nur noch die Seilenden zwischen losen Rollen (4) und Verbindungselement (25) bzw. Antriebselement (8) wirksam, die seilspannerseitigen Enden des Seilzuges (14) sind lose.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung zeigt sich im nachfolgenden Ausführungsbeispiel der Bewegungssituation – Bergfahrt.
Wie In den im oberen Ausführungsbeispiel 7 und 8 dargestellt, wird, da ein Längenausgleich durch das ausgeschaltete und lose durchhängende Seilende von (14) in Richtung Seilspanner (21) nicht mehr möglich ist – der Führungsstrang (10) erheblich gedehnt.
Unter diesem Aspekt ist bevorzugt ein dehnbarer Führungsstrang (10) vorgesehen. Die kurzen zugelastischen Verbindungen (9) werden durch den in seiner Gesamtheit dehnbaren Führungsstrang (10) ersetzt, um eine dauerhafte Elastizität auch unter Sicherheitsaspekten zu gewährleisten.
Da nach Ausschaltung der losen Rollen deutlich weniger Armkraft für jede Bewegungsabfolge notwendig ist, wird der Totpunkt oft früher erreicht als eine Pedalumdrehung vollendet ist. Einer Asyncronität wird durch eine lange Gabel oder möglichst hohes Anbringen der Umlenkrolle (2) bzw. Anschlagelement (30) entgegengewirkt, allerdings nur so hoch, dass der Kraftvektor Lenkerende-Umlenkrolle (2) nicht zu flach wird. Das Lösen der Seilbremsen für die Bergabfahrt kann in jeder Lenkerstellung und auch gleichzeitig erfolgen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigt in 9a und 9b den Aufbau und die Funktion der erfindungsgemäßen Seilbremse (29).
Die Seilbremse besteht grundsätzlich aus einem oder mehreren Formstücken (34), die der äußeren Rundung und einer Rinne, die der losen Rolle (4) angepasst sind. Bei Betätigung durch Hebelwirkung auf den Seilzug (14) wird Druck und Haftreibung ausgeübt und dadurch der Seilzug (14) in die Rinne gepresst. In diesem Zustand sind somit Seilzug (14) sowie lose Rolle (4) in ihrer Bewegung reversibel blockiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Seilbremse (29) ist, wie im vorliegenden Fall in 9a und 9b dargestellt, der Schaft der Gabel (35) der losen Rolle (4) mit einer Grundplatte (31) fest verbunden. Mit dieser ist wiederum ein Hebel (32) gelenkig verbunden. An dessen kurzem Schenkel ist ein Formstück (34) angebracht, das der Seilrinne angepasst ist und einen Teil der gabelseitigen Hälfte des Umfanges der losen Rolle (4) abdeckt. Wird nun der Hebel (32) durch Zug des Bowdenzuges (28) in Richtung der Halteplatte (31) bewegt, drückt das Formstück (34) den Seilzug (14) in die Seilrinne der losen Rolle (4) und blockiert beide bei Erreichen eines ausreichend hohen Druckes. (9a) Eine Druckfeder (33) zwischen Halteplatte (31) und Hebel (32) gewährleistet, dass beim Lockern des Bowdenzuges (28) diese beiden Bauteile wieder auseinander gedrückt werden und das sich dadurch vom Seilzug (14) hebende Formstück (34) diesen wieder freigibt und die Drehung der losen Rolle (4) ermöglicht. (9b) Eine Seilbremse dieser Art wirkt in beide Zug- bzw. Drehrichtungen gleichermaßen.
10 zeigt die optimierte Aufhängung der losen Rolle (4) und der beschriebenen Seilbremse (29). Dabei wird das System Rolle-Seilbremse durch einen Stützhebel (36), der mittels eines separaten Gelenkes (37) zusätzlich zum Kugelgelenk (17) an der Lenkerschelle (38) fest drehbar verbunden ist, vor Verkippen gesichert. Nur die Drehbewegung in der Frontalebene bleibt möglich.
11 zeigt eine Variante mit steilerem in Zugrichtung optimiertem Verlauf der Seilzüge (14). Hierbei ist die Anlenkung (23) sowie eine weitere Umlenkrolle (39) in der Nähe der Vorderradnabe (13) fest drehbar mit der Gabel (16) verbunden. Um die Hubstrecke des Antriebsstranges (8) zu maximieren, können so die Umlenkrollen (2) mit ihren Achsen (15) und den Anschlagelementen (30) weit nach oben verlegt werden, ohne den Kraftvektor der Seilzüge (14) zu flach und damit ineffektiv werden zu lassen. In allen genannten Varianten kann die Lage der Umlenkrollen (2) durch Wahl der Schweiß-, Löt- bzw. Laschenverbindungen für die Achsen (15) optimiert werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel soll eine besonders bevorzugte Variante der erfindungsgemäßen Lösung dargestellt werden.
Ein konventionelles Fahrrad ist mit einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau (5) ausgestattet ist und dessen Klemmung hält einen breiten handelsüblichen Fahrradlenker (12).
Die verwendete Vorderradgabel (16) besitzt zwischen den Gabelarmen (16) und den mit deren Innenseiten abschließenden Ausfallenden ausreichend Raum für Seilzüge (14), Antriebsketten (8), Vorderrad (11) mit besonderer Nabe (13) und zwei Ritzel (1) Außerdem sind an der Gabel (16) im oberen Drittel der Gabelarme 2 Cantilever-Bremssockel (22) angebracht.
Die Nabe (13) hat einen symmetrischen Aufbau. Das Nabengehäuse trägt beidseits integrierte gleichgerichtete Freiläufe und Ritzel (1) mit – je nach der Armkraft des Fahrers 11–16 Zähnen. Die Zahnzahl ist bei beiden Ritzeln gleich.
Auf beiden Cantilever-Sockeln der Gabel (16) sind statt der Felgenbremsen (7) passende Kugellager aufgesteckt, deren Außenflächen als Umlenkrollen (2) dienen und von Unterleg- bzw. Anlaufscheiben in Position gehalten werden. Dadurch wird ein besonders geringer Durchmesser der Umlenkrollen (2) erreicht. Außerdem befinden sich noch als Anschlagelemente (30) kurze Abschnitte von durchbohrten Aluminium-U-Profilschienen auf den Cantilever-Sockeln.
Die freien Enden der Sockel (22) werden durch eine Halteplatte (6) verbunden, die die Bauteile stabilisiert. An der Hinterseite der Gabel (16) findet eine Hinterrad-Felgenbremse Verwendung.
Außerdem trägt die Halteplatte im oberen Teil auf Abstandshülsen als Umlenkelemente (3) zwei Seilrollen. Diese sind parallel in einer Ebene zueinander angeordnet. Sowohl die Innenseiten der Umlenkrollen (2) als auch die Außenseiten der Seilrollen sind so gewählt und ausgerichtet, dass Seilzüge (14) bzw. der Führungsstrang (10), die die Elemente umlaufen, annähernd parallel zu den Ritzeln (1) liegen.
Zur Befestigung der Halteplatte (6) sind Gewindebolzen (24) in die Cantilever-Sockel eingeschraubt, die am äußeren Ende die Köpfe von Kugelgelenken (23) tragen. Die Pfannen dieser Gelenke (23) sind jeweils mit handelsüblichen Terminals (25) aus dem Yachtbedarf verschraubt, hier mit integrierter Seilspanner-Funktion (21).
Im in Fahrtrichtung linken Terminal (25) wird durch drei Madenschrauben der Seilzug (14) durch Klemmung befestigt. Hier kommt ein dünnes hochfestes Kunststoffseil zur Verwendung mit Dyneema^®-Kern und abriebfester Polyester-Ummantelung. Dieses ist besonders verschleiß- und dehnungsfest bei geringem Gewicht.
Der Seilzug (14) wird nach oben in Richtung linkes Lenkerende (12) geführt, wo er eine kugelgelagerte lose Rolle (4) durchläuft, deren Halterung mit einem Kugelgelenk (17) und einer massive Lenkerschelle (38) am Lenker (12) befestigt wird. Diese stammt aus einer Lenker-Querstrebe, wie sie zur Stabilisierung von Downhill-Lenkern im Mountainbike-Sport eingesetzt wird. Der Schaft der Gabel (35) der losen Rolle (4) ist mit einer Grundplatte (31) fest verbunden. Außerdem ist die Grundplatte (31) noch über einen Stützhebel (36) und ein weiteres Gelenk (37) an der Lenkerschelle (38) drehbar fest angebracht. Mit der Grundplatte (31) ist wiederum ein Hebel (32) gelenkig verbunden. An dessen kurzem Schenkel ist ein Formstück (34) angebracht, das der Seilrinne angepasst ist und einen Teil der gabelseitigen Hälfte des Umfanges der losen Rolle (4) abdeckt. Grundplatte (31) und Hebel (32) sind weiterhin durch einen Bowdenzug (28) verbunden und durch eine Druckfeder (33) getrennt. Der Bowdenzug (28) ist mit einem rastenden Daumenschalter (27) verbunden, wie er bei Kettenschaltungen Verwendung findet. Von der losen Rolle (4) aus verläuft der Seilzug (14) wieder nach unten auf die linke Umlenkrolle (2) zu, die er mittig umläuft, und passiert das Anschlagelement (30). Auf etwa halbem Abstand zwischen Umlenkrolle (2) und linken Freilaufritzel (1) wird das Ende des Seilzuges (14) durch ein weiteres Terminal (25) aufgenommen und dort gehalten durch drei Madenschrauben.
Der obere, den Seilzug (14) aufnehmende Teil des Terminals (25) trägt eine kleine Gummischeibe (26) mit Loch, durch das der Seilzug (14) verläuft. Diese ist als Dämpfung günstig, da das Terminal (25) gleichzeitig als Anschlag am Anschlagelement (30) dient und den Zugweg begrenzt. Der untere Teil des Terminals (25) ist mit dem Ende einer Fahrradkette verschraubt. Diese stellt im vorgestellten Ausführungsbeispiel den Antriebsstrang (8) dar und führt um das linke Freilaufritzel (1) herum wieder nach oben, wobei die Zähne des Ritzels (1) in die Kette greifen.
Etwa in gleicher Höhe wie das untere Terminal (25) endet die Antriebskette vor der Gabel (16) und wird über ein weiteres Terminal mit dem Führungsstrang (10) verbunden.
Dieser besteht aus einem 3 mm Gummiseil und stellt die zur Sicherheit und Leichtlauf notwendige Kettenspannung sicher. Außerdem ist er ausreichend dehnbar, um die bei Betätigung der Seilbremse auftretende Längenänderung aufzufangen.
Höhere Stabilitätsanforderungen werden an den Führungsstrang (10) nicht gestellt, da hier keine größeren Kräfte wirken und lediglich das Antriebssystem der Gegenseite in die Ausgangsstellung zurückgezogen wird. Es ist günstig, durch einen kleinen Bügel ein vollständiges Abspringen des Führungsstranges (10) von seinen Umlenkelementen (3) und damit das gefährliche Verwickeln mit dem Vorderrad zu verhindern.
Die Bauteile auf der in Fahrtrichtung rechten Seite sind spiegelbildlich angeordnet und durch das Gummiseil als Führungsstrang (10) über dem Vorderrad (11) verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 5542689 [0003]
DE 112004002825 B4 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., durch Wipp-Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers, der an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau befestigt ist und die so erzeugte Bewegung mittels eines Systems aus Seilzügen und Ketten zur Kraftübertragung in eine Drehbewegung auf ein Freilaufritzel an der Vorderradnabe umsetzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung mittels eines spiegelbildlich beidseitig, baugleich angeordneten Kraftübertragungssystems erfolgt, das Kraftübertragungssystems aus einer am Lenker (12), symmetrisch zum Vorbau (5), mit dem Lenker (12) schwenkbar, fest verbundenen, losen Rolle (4), über die ein Seilzug (14) geführt wird, besteht, das eine Ende des Seilzuges (14) fest verbunden an der Gabel (16) oder einem daran befestigten Teil angelenkt ist, das andere Ende des Seilzuges (14), über die Umlenkrolle (2) geführt, fest mit einem Antriebsstrang (8), verbunden ist, der die beidseitig an der Vorderradnabe (13) angebrachten, gleichgerichteten Freilaufritzel (1) umschließend erfasst und das andere Ende des Antriebsstranges (8) fest mit einem Führungsstrang (10) verbunden, über ein Umlenkelement (3), auf das spiegelbildlich baugleiche Kraftübertragungssystem geführt wird.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten des Fahrradlenkers (12) Seilbremsen (29) angeordnet sind, die die an den Enden des Fahrradlenkers (12) befindlichen losen Rollen (4), durch Einwirkung der Seilbremsen (29) auf die über die losen Rollen (4) beidseitig geführten Seilzüge (14), jeweils gleichzeitig oder unabhängig voneinander blockieren.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilbremse (29), bestehend aus einem oder mehreren Formstücken (34), die der äußeren Rundung und der Rinne der losen Rolle (4) angepasst sind, bei Betätigung durch Hebelwirkung auf den Seilzug (14) Druck und Haftreibung ausüben und dadurch in die Rinne pressen und somit Seilzug (14) sowie lose Rolle (4) in ihrer Bewegung in beiden Richtungen reversibel blockieren.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilbremse (29), bestehend aus einer Gabel (35) der losen Rolle (4), die mit einer Grundplatte (31) fest verbunden ist, einem Hebel (32), der mit der Grundplatte (31) gelenkig verbunden ist, am kurzem Schenkel des Hebels (32) ein Formstück (34) angebracht ist, das wiederum der Seilrinne angepasst, einen Teil der gabelseitigen Hälfte des Umfanges der losen Rolle (4) abdeckt, einer Druckfeder (33) zwischen Grundplatte (31) und Hebel (32), die bei einer Bewegung des Hebels (32), durch Zug des Bowdenzuges (28) in Richtung der Grundplatte (31), das Formstück (34) so an den Seilzug (14) presst, dass dieser in die Seilrinne der losen Rolle (4) gedrückt wird, wobei das Formstück (34) beim Erreichen eines ausreichend hohen Druckes Seilzug (14) und lose Rolle (4) blockiert, beim Lockern des Bowdenzuges (28) den Hebel (32) und die Grundplatte (31) durch die Druckfeder (33) wieder auseinander drückt und dadurch das vom Seilzug (14) gehobene Formstück (34) den Seilzug (14) wieder freigibt und die Drehung der losen Rolle (4) ermöglicht.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anschlagelement (30) beidseitig an einem Sockel (22) oder der Gabel (16), jeweils unmittelbar unterhalb der Umlenkrolle (2), angeordnet ist, das Anschlagelement (30) vorzugsweise als Anschlagplatte oder als U-Profil ausgebildet ist, jeweils mit Öffnung, um den Seilzug (14) aufzunehmen.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (3) auf einer Halteplatte (6) drehbar fest, oder direkt an der Gabel (16) des Vorderrades (11) angeordnet sind, die Umlenkrollen (2) an der Gabel (16) an einem Sockel (21) drehbar fest angebracht sind, die Halteplatte (6) selbst vorzugsweise fest mit der Gabel (16) des Vorderrades (11) verbunden ist, wobei die Halteplatte (6) insbesondere ein Brake Booster ist.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (2) und die Umlenkelemente (3) so angeordnet sind, dass deren Ausrichtung zum Freilaufritzel (1) annähernd senkrecht geführt ist.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung des Seilendes und eine weitere Umlenkrolle (39), über die der Seilzug (14) geführt wird, in der Nähe der Radnabe des Vorderrades (11) erfolgt.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Umlenkrollen (2) an der Gabel (16) als auch die Umlenkelemente (3) auf der Halteplatte (6), parallel in einer Ebene zueinander angeordnet, befestigt sind.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Felgenbremse (7) des Vorderrades (11) hinter der Gabel (16) angeordnet ist, so dass damit für die Anordnung des Kraftübertragungssystems auf der Halteplatte (6) volle Bewegungsfreiheit besteht.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstrang (10) als Kette, Zahnriemen oder als Seilzug, der Antriebsstrang (8) als Kette oder Zahnriemen sowie der Seilzug (14) auch als Kette, Riemen oder Zahnriemen ausgebildet sein kann.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Ende des Seilzuges (14) an der Achse (15) der Umlenkrolle (2) fest angelenkt ist.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsstrang (8) mittels einer zugelastischen Verbindung (9) fest mit dem Führungsstrang (10) verbunden ist, als zugelastische Verbindung (9) Zugfedern sowie elastische Kunststoffelemente wie Elastomere verwendet werden.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Umlenkrollen (2), Umlenkelemente (3) und lose Rollen (4) Ritzel oder Rollen eingesetzt werden.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung des Seilzuges (14) an der Achse (15) mittels eines Seilspanners (21) und einer Kugelgelenk-Anlenkung (23) hergestellt wird.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lose Rolle (4) mittels eines Kugelgelenkes (17) am Fahrradlenker (12) befestigt ist.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lose Rolle (4) mittels eines Stützhebels (36) zusätzlich drehbar fest über ein Gelenk (37) mit der Lenkerschelle (38) verbunden ist.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei beidseitig gleichzeitig blockierten losen Rollen (4) der Verbindungsstrang, aus dem über die Umlenkrolle (2) geführten Teil des Seilzuges (14), dem Verbindungselement (25), dem Antriebsstrang (8), der zugelastischen Verbindung (9) und dem Führungsstrang (10), auf beiden Seiten des spiegelbildlich baugleichen Kraftübertragungssystems in seiner Beweglichkeit aufgehoben ist, indem der Fahrradlenker (12) beidseits durch den zwischen der blockierten losen Rolle (4) und den Seilspannern (21), die mittels Kugelgelenk Anlenkung (23) an den Sockeln (22) befestigt sind, in dieser Stellung gehalten wird, bei jeweils unabhängig voneinander blockierten losen Rollen (4), nach Hochziehen des Fahrradlenkers (12) auf der einen Seite in vertikaler Richtung, der Verbindungsstrang, bestehend aus dem über die Umlenkrolle (2) geführten Teil des Seilzuges (14) und dem Verbindungselement (25) mit aufliegender Gummischeibe (26), durch ein Anschlagelement (30) in seiner Bewegung begrenzt, durch die gleichseitige Seilbremse (29) mit Erreichen dieses oberen Totpunktes fixiert wird, nach Hochziehen des Fahrradlenkers (12) auf der anderen Seite der auf dieser Seite geführte baugleiche Verbindungsstrang durch die Seilbremse (29) dieser Lenkerseite in gleicher Weise fixiert wird und in den so fixierten Positionen die Lenkerenden des Fahrradlenkers (12), über Kugelgelenke (17) und blockierten losen Rollen (4) geführt, selbst Fixpunkte der beidseitig baugleichen Verbindungsstränge, bestehend aus dem Teil der Seilzüge (14,) die in Richtung Vorderradnabe (13) über die Umlenkrollen (2) zu den Verbindungselementen (25) und den Antriebssträngen (8) verlaufen, sind.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seilbremse (29) über einen Bowdenzug (28) und einen Daumenschalter (27), der auch als Drehgriff ausgebildet sein kann, betätigt wird.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungsstrang (10) des Kraftübertragungssystems aus einem stabilen, zugelastischen Material, vorzugsweise aus einem Gummiseil, besteht, wobei als Umlenkelemente (3) Seilrollen verwendet werden, oder der Führungsstrang (10) des Kraftübertragungssystems aus Kette, Riemen oder Zahnriemen, die mittels zugelastischer Verbindungen (9) mit dem Antriebssträngen (8) verbunden sind, besteht, wobei als Umlenkelemente (3) Kettenritzel, Riemenscheiben oder Zahnriemenscheiben verwendet werden.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderradnabe (13) zwei integrierte gleichgerichtete Freiläufe mit Ritzeln oder Aufnahmen für gleichgerichtete Freilaufritzel (1) enthält, die jeweils maximal 16 Zähne aufweisen.
Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl., nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragung von den Ritzeln zur Nabe beidseits durch die Verwendung von Nabenschaltungen oder verschieden großen Ritzeln und Kettenschaltungen variiert werden kann.