DE102016214694A1

DE102016214694A1 - Mehrspuriges Fahrrad, insbesondere Lastenrad, mit verstellbarer Neigecharakteristik

Info

Publication number: DE102016214694A1
Application number: DE102016214694.7A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Nicolai
Original assignee: Hnf GmbH
Current assignee: Hnf GmbH
Priority date: 2016-08-08
Filing date: 2016-08-08
Publication date: 2018-02-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mehrspuriges Fahrrad (1), insbesondere ein Lastenrad, mit oder ohne motorischen Antrieb. Das Fahrrad (1) weist einen Rahmen (8) und wenigstens zwei Räder (6) auf. Die Räder sind quer zu einer Fahrtrichtung (4) voneinander beabstandet. Ferner weist das Fahrrad (1) einen Neigemechanismus zur Neigung des Fahrrads insbesondere bei einer Kurvenfahrt auf. Der Neigemechanismus (10) verbindet die Räder miteinander und mit dem Rahmen. Um den Komfort und die Sicherheit des mehrspurigen Fahrrades zu erhöhen, weist der Neigemechanismus (10) wenigstens zwei verschiedene und im Betrieb umschaltbare Betriebsstellungen auf, die sich hinsichtlich der Aufrichtcharakteristik, also dem Verlauf eines das geneigte Fahrrad aufrichtenden Aufrichtmoments über die Neigung, unterscheiden.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrspuriges Fahrrad, insbesondere Lastenrad, mit oder ohne motorischem Antrieb, mit einem Rahmen, mit wenigstens zwei Rädern, die quer zu einer Fahrtrichtung voneinander beabstandet sind, und mit einem Neigemechanismus zur Neigung des Fahrrades insbesondere in Kurven, wobei der Neigemechanismus die Räder miteinander und mit dem Rahmen des Fahrrades verbindet. Die Erfindung betrifft ebenfalls Fahrräder ohne Pedalantrieb, ausschließlich mit Motorantrieb.
Ein derartiges Fahrrad ist beispielsweise aus der WO 2015/067760 A1 bekannt. Zwar erlaubt der in dieser Druckschrift gezeigte Neigemechanismus eine verbesserte Stabilität insbesondere des beladenen Fahrrads in Kurvenfahrten, jedoch wäre ein verbessertes Fahrverhalten wünschenswert, um den Komfort und die Sicherheit zu erhöhen.
Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, ein mehrspuriges Fahrrad der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass sich der Fahrkomfort und die Fahrsicherheit deutlich erhöhen.
Gelöst wird diese Aufgabe für das eingangs genannte Fahrrad dadurch, dass der Neigemechanismus wenigstens zwei verschiedene und im Betrieb veränderbare, beispielsweise umschaltbare Betriebsstellungen mit einem jeweils unterschiedlichen Verlauf eines den Rahmen aufrichtenden Aufrichtmoments über einen Neigewinkel des Rahmens aufweist.
Gelöst wird die Aufgabe ferner durch ein Verfahren zum Betrieb eines neigbaren, mehrspurigen Fahrrads mit oder ohne motorischen Antrieb und mit einem Neigemechanismus, bei dem eine Aufrichtcharakteristik des Neigemechanismus während der Fahrt verstellt wird.
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird also durch die Erfindung ein mehrspuriges Fahrrad bereitgestellt, dessen Neigemechanismus eine veränderbare bzw. umschaltbare Aufrichtcharakteristik aufweist und daher an unterschiedliche Geschwindigkeiten und/oder Beladungen angepasst werden kann. Die Aufrichtcharakteristik ist dabei durch den Verlauf des Aufrichtmoments über die Neigung bestimmt. Die Neigung wird durch den Winkel des Rahmens, beispielsweise des Sitzrohres, der Sattelebene und/oder der Lenkerebene, bzw. des Fahrers relativ zu einer von den Reifenaufstandsflächen aufgespannten Ebene definiert. In der aufrechten Stellung des Fahrrades ist der Fahrer in Richtung der Normalen auf die Ebene ausgerichtet.
Die Erfindung kann durch eine Reihe von weiteren, jeweils für sich vorteilhaften und beliebig miteinander kombinierbaren Ausgestaltungen weiter verbessert werden.
So kann in einer ersten Weiterbildung der Neigemechanismus ein Lenkgestänge in parallelogrammförmiger Anordnung aufweisen. Dies stellt eine mechanisch und kinematisch einfache sowie hochbelastbare Konstruktion für den Neigemechanismus dar.
Die nebeneinander liegenden Räder können vorne oder hinten am Fahrrad angeordnet sein. Die beiden nebeneinander liegenden Räder können zudem lenkbar, vorzugsweise über ein Gelenkgestänge, beispielsweise Querlenker, gemeinsam lenkbar am Neigemechanismus angelenkt sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des mehrspurigen Fahrrads kann in einer der Betriebsstellungen der Neigemechanismus bevorzugt in einer aufrechten Stellung blockiert sein. In diesem Fall ist über die Blockade des Neigungsmechanismus das Aufrichtmoment unendlich groß. Ein insbesondere in der aufrechten Stellung blockierter Neigemechanismus ist bei langsamer Fahrt und/oder sehr schwerer Beladung von Vorteil, da es das Sicherheitsgefühl des Fahrers stärkt und unerwünschte Neigungen verhindert.
In einer der Betriebsstellungen kann der Neigemechanismus in geneigter Stellung aufrichtmomentenfrei sein. Diese Betriebsstellung kann dadurch gekennzeichnet sein, dass der Rahmen zwischen zwei Endpositionen ohne Aufrichtmoment, also frei, neigbar ist. In dieser Betriebsstellung lässt sich ein dynamisches Fahrgefühl erzeugen, das dem Fahrgefühl eines einspurigen Fahrrades sehr nahe kommt. Das Fahrrad reagiert sehr sensibel auf Gewichtsverlagerungen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann sich in einer Betriebsstellung wenigstens eine das Aufrichtmoment erzeugende Aufrichtfeder an einer Stelle zwischen dem Rahmen und den Rädern befinden, auch parallel zu anderen Teilen des Neigemechanismus, die sich ebenfalls zwischen dem Rahmen und den Rädern befinden. Insbesondere kann die Aufrichtfeder in dieser Betriebsstellung zwischen den Rahmen und die Räder bewegt sein. Durch das Aufrichtmoment wird eine Kraft erzeugt, die der Neigung des Fahrrades entgegen wirkt, so dass insbesondere bei beladenem Fahrrad das Aufrichten des Fahrrades am Ausgang einer Kurve unterstützt wird.
Die Aufrichtfeder kann eine Schraubenfeder, eine Blattfeder, eine Pneumatikfeder und/oder ein Feder-Dämpfer-Element, jeweils auch mit progressiver Federkennlinie, und/oder eine Kombination dieser Elemente sein. Es können insbesondere auch für gefederte Fahrräder handelsübliche Feder-Dämpfer-Elemente verwendet werden.
Die Betriebsstellung mit der zwischen dem Rahmen und den Rädern angeordneten Aufrichtfeder kann durch eine weitere Betriebsstellung ergänzt sein, bei der sich wenigstens eine weitere, eine andere und/oder dieselbe, aber anders abgestimmte Aufrichtfeder zwischen dem Rahmen und den Rädern befindet. In dieser Betriebsstellung unterscheidet sich die Aufrichtcharakteristik durch die weitere, andere und/oder dieselbe, aber anders abgestimmte Aufrichtfeder von der Aufrichtcharakteristik der anderen Betriebsstellung. So kann beispielsweise eine progressive oder progressivere Aufrichtcharakteristik erzeugt werden, die bei starker Beladung eingesetzt wird.
Damit die wenigstens eine Aufrichtfeder selbst dann nicht klappert, wenn sie in einer Betriebsstellung außer Betrieb gesetzt oder nicht durch eine Neigung des Fahrrades mit einer Kraft beaufschlagt ist, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung die wenigstens eine Aufrichtfeder insbesondere bereits bei nicht geneigtem Rahmen, in der aufrechten Stellung, vorgespannt sein.
Zur Erzeugung des Aufrichtmoments weist der Neigemechanismus bevorzugt ausschließlich passive Bauteile auf, die das Aufrichtmoment ohne Energiezufuhr von außen erzeugen.
Der Neigemechanismus kann beisipelsweise wenigstens einen umschaltbaren Aufrichtmechanismus mit wenigstens einer Aufrichtfeder aufweisen, die sich in wenigstens einer Betriebsstellung zur Erzeugung eines Aufrichtmoments an einer Stelle zwischen dem Rahmen und den Rädern befindet und in wenigstens einer anderen Betriebsstellung außer Betrieb gesetzt ist. Die wenigstens eine Aufrichtfeder kann, wenn sie zwischen den Rahmen und die Räder geschaltet ist, parallel zu den Rahmen tragenden, neigungsunabhängig zueinander beweglichen Teilen des Neigemechanismus geschaltet sein. Beispielsweise kann die wenigstens eine Aufrichtfeder bei einer parallelogrammförmigen Ausgestaltung des Neigemechanismus parallel zu einem der Schenkel des Parallelogramms angeordnet sein. Sie befindet sich dann parallel zu diesen Teilen zwischen dem Rahmen und den Rädern. In der wenigstens einen anderen Betriebsstellung kann die Aufrichtfeder nicht zwischen dem Rahmen und den wenigstens zwei Rädern angeordnet sein. Im wenigstens einer anderen Betriebsstellung kann die Aufrichtfeder blockiert sein.
Der Aufrichtmechanismus kann in einer weiteren Ausgestaltung eine umschaltbare Federkennlinie aufweisen. Der Aufrichtmechanismus kann mehrere Betriebsstellungen aufweisen, die sich in einer Federkennlinie unterscheiden.
Der Aufrichtmechanismus kann ferner eine Mehrzahl von Aufrichtfedern aufweisen, die in den unterschiedlichen Betriebsstellungen alternierend und/oder in unterschiedlichen Kombinationen in Reihe oder parallel geschaltet zwischen dem Rahmen und den Rädern geschaltet sind. Die Aufrichtcharakteristik bestimmt sich nach den Aufrichtfedern oder der Kombination von Aufrichtfedern, die sich in der betreffenden Neigerichtung zwischen Rahmen und Rädern befinden.
Das Fahrrad kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens zwei Aufrichtmechanismen aufweisen. Die wenigstens zwei Aufrichtmechanismen können bezüglich einer Fahrzeugmittenachse symmetrisch im Fahrrad bzw. dem Neigemechanismus angeordnet sein. Die von den beiden Aufrichtmechanismen erzeugten Aufrichtmomente, also die Wirkrichtungen der Aufrichtmechanismen, können einander entgegen gerichtet sein, wobei sich die wenigstens zwei Aufrichtmechanismen insbesondere in Abhängigkeit von der Neigungsrichtung relativ zur aufrechten Stellung alternierend im Betrieb befinden können. Beispielsweise ist der eine Aufrichtmechanismus selbsttätig in Betrieb genommen und erzeugt damit ein Aufrichtmoment, wenn das Fahrrad sich ausgehend von der aufrechten Stellung in der einen Richtung um die Längsachse neigt, während bei dieser Neigung der andere Aufrichtmechanismus selbsttätig außer Betrieb gesetzt ist: Bei einer Neigung ausgehend von der aufrechten Stellung in die andere Richtung ist der eine Aufrichtmechanismus selbsttätig außer Betrieb gesetzt und der andere Aufrichtmechanismus selbsttätig erzeugt ein entgegengesetzt wirkendes Aufrichtmoment.
Eine solche Ausgestaltung ist sinnvoll, wenn in jedem Aufrichtmechanismus lediglich eine Druck- oder eine Zugstufe zur Erzeugung des Aufrichtmoments enthalten ist. Ist in einem Aufrichtmechanismus eine Zug- und eine Druckstufe enthalten, so kann auch lediglich ein einziger Aufrichtmechanismus vorhanden sein.
Der Aufrichtmechanismus kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens ein Gelenk, bevorzugt zwei Gelenke, des parallelogrammförmigen Neigemechanismus überbrücken und insbesondere parallel zu oder in einer Diagonalen des Parallelogramms angeordnet sein.
Der Aufrichtmechanismus kann wenigstens zwei Aufrichtorgane, von denen wenigstens eines als eine Aufrichtfeder und wenigstens eines als ein Endanschlag ausgestaltet sein kann, aufweisen. Durch den Anschlag kann beispielsweise, wie oben bereits dargelegt, der Neigemechanismus blockiert oder, beispielsweise in der aufrichtmomentfreien Betriebsstellung, eine Endstellung der Neigung definiert sein.
Liegt bei einer solchen Ausgestaltung das Umschaltelement in einer Betriebsstellung am Endanschlag an, ist der Neigemechanismus blockiert. Werden zwei richtungsabhängig arbeitende Aufrichtmechanismen mit einander entgegengesetzten Wirkrichtungen verwendet, so können zwei den Neigemechanismus jeweils in Gegenrichtung blockierende Anschläge vorhanden sein.
Der Aufrichtmechanismus kann ferner ein Umschaltelement aufweisen, das in der einen Betriebsstellung mit dem einen und in der anderen Betriebsstellung mit dem anderen Aufrichtorgan verbunden sein kann. Das Umschaltelement kann als ein Kraftaufnehmer ausgestaltet sein, das die das Aufrichtmoment erzeugende Aufrichtkraft aufnimmt und an einer anderen Stelle in dem Rahmen oder den Neigemechanismus einleitet.
Beispielsweise kann der Aufrichtmechanismus sich von einem unteren zu einem oberen Querträger des Neigemechanismus erstrecken. Ein solcher Querträger kann sich quer zur Fahrtrichtung zwischen den Rädern erstrecken.
Ferner kann in einer Betriebsstellung das Umschaltelement bzw. der umschaltbare Kraftaufnehmer mit wenigstens einer Aufrichtfeder in Anlage gebracht sein, so dass das Aufrichtmoment durch Längung oder Kompression der Aufrichtfeder im Zuge einer Neigung erzeugt wird.
In wenigstens einer Betriebsstellung kann das Umschaltelement bzw. der Kraftaufnehmer bei aufgerichtetem Rahmen von einem Endanschlag frei beweglich beabstandet sein, so dass eine Neigung des Fahrrads möglich ist, bis das Umschaltelement den Endanschlag erreicht.
Wird als eine Aufrichtfeder eine Blattfeder verwendet, so kann das Umschaltelement bzw. der Kraftaufnehmer in wenigstens einer Betriebsstellung an einer anderen Stelle, beispielsweise an einer einer Einspannungsstelle der blattförmigen Aufrichtfeder näher gelegenen Stelle, an der Aufrichtfeder anliegen als in wenigstens einer anderen Betriebsstellung. Da sich die Federkennlinie der Blattfeder in Abhängigkeit von der Entfernung zu einer Einspannstelle ändert, kann auf diese Weise einfach durch eine Bewegung des Umschaltelements bzw. Kraftaufnehmer entlang der Blattfeder die Aufrichtcharakteristik verändert werden.
Das Umschaltelement bzw. der Kraftaufnehmer kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung in wenigstens einer Betriebsstellung an einer anderen Aufrichtfeder anliegen als in der wenigstens einen anderen Betriebsstellung. Auch hierdurch lässt sich die Aufrichtcharakteristik verändern.
Ferner kann in wenigstens einer Betriebsstellung das Umschaltelement bzw. der Kraftaufnehmer an einer anderen Kombination von Aufrichtfedern als in wenigstens einer anderen Betriebsstellung anliegen, wodurch sich ebenfalls das Aufrichtmoment verändern lässt.
Das Aufrichtorgan und das Umschaltelement bzw. der Kraftaufnehmer sind zum Umschalten der Betriebsstellungen relativ zueinander beweglich angeordnet. Beispielsweise sind das Aufrichtorgan und das Umschaltelement bzw. der Kraftaufnehmer an jeweils zwei Stellen des Neigemechanismus befestigt, die durch wenigstens ein Gelenk voneinander getrennt sind und/oder die sich bei einer Neigung relativ zueinander bewegen. Um möglichst geringe Massen zu bewegen, ist bevorzugt das Umschaltelement unabhängig vom Neigewinkel beweglich am Neigemechanismus angeordnet.
Ein Umschalten zwischen zwei oder mehr Betriebsstellungen kann auch dadurch erfolgen, dass die Spannung der Aufrichtfedern bei konstantem Neigewinkel verändert wird. Beispielsweise kann ein Endpunkt der Feder unabhängig vom Neigungswinkel entlang der Wirkrichtung der Feder verstellbar ausgestaltet sein. Somit wird bei einem vorgegebenen Neigewinkel durch Verstellung wenigstens eines Ankerpunktes die Feder gelängt oder gekürzt und damit das Aufrichtmoment erhöht oder verringert. In einem solchen Fall ist der verstellbare Ankerpunkt als Umschaltelement bzw. verstellbarer Kraftaufnehmer anzusehen.
Zum Umschalten zwischen den Betriebsstellungen kann ein mit dem Neigemechanismus gekoppelter Aktuator vorgesehen sein. Insbesondere ist der Aktuator mit dem Aufrichtmechanismus bzw. dem Umschaltelement verbunden. Der Aktuator kann von Hand betätigbar ausgestaltet sein, beispielsweise einen Hebel am Fahrradlenker umfassen. Die Bewegung des Aktuators kann insbesondere mittels eines Bowdenzuges auf den Neigemechanismus bzw. Aufrichtmechanismus übertragen werden.
Bevorzugt umfasst der Aktuator einen elektrischen Antrieb, beispielsweise einen Magneten und/oder einen Elektromotor.
Das obige Grundprinzip eines Neigemechanismus mit verstellbarer Aufrichtcharakteristik kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung automatisiert werden. Hierzu weist das Fahrrad eine last- und/oder geschwindigkeitsabhängige Aufrichtautomatik zum Umschalten zwischen den Betriebsstellungen auf. Durch das automatische last- und/oder geschwindigkeitsabhängige Umschalten lässt sich eine der und der Last angepasste Neigung automatisch einstellen.
Hierzu kann die Aufrichtautomatik wenigstens einen Sensor zur Erfassung wenigstens eines last- und/oder geschwindigkeitsrepräsentativen Fahrzeugparameters während des Betriebs, einen Aktuator zum Umschalten zwischen den Betriebsstellungen und eine mit dem Sensor direkt oder indirekt und dem Aktuator verbundene Steuereinrichtung zur Betätigung des Aktuators in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzeugparameters aufweisen. Ein geschwindigkeitsrepräsentativer Fahrzeugparameter, wie beispielsweise die Geschwindigkeit selbst oder die Frequenz der Radumdrehungen, wird bei modernen Fahrrädern, insbesondere Pedelecs, automatisch bereitgestellt. Ein lastabhängiger Fahrzeugparameter ist beispielsweise das über ein GPS-Gerät und eine Leistungsmessung ermittelte Beschleunigungsverhalten, das Rückschlüsse auf das Gesamtgewicht zulässt. Zusätzlich oder alternativ kann auch ein Kraftaufnahmesensor im Aufrichtmechanismus integriert sein, so dass ein das Fahrrad neigendes, dem Aufrichtmoment entgegenwirkendes Neigemoment direkt erfasst werden kann.
Die Aufrichtcharakteristik wird so automatisch last- und/oder geschwindigkeitsabhängig insbesondere während der Fahrt verstellt.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von unterschiedlichen Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. In den Zeichnungen sind für Elemente, die einander hinsichtlich Funktion und/oder Aufbau entsprechen, der Einfachheit halber dieselben Bezugszeichen verwendet. Bei den einzelnen Ausführungsformen wird jeweils nur auf die Unterschiede zu den vorangegangenen Ausführungsformen eingegangen.
Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen mehrspurigen Fahrrads;
2 eine schematische Perspektivdarstellung eines Neigemechanismus' eines erfindungsgemäßen mehrspurigen Fahrrads in einer aufrechten Stellung;
3 eine schematische Perspektivdarstellung des Neigemechanismus der 2 in einer geneigten Stellung;
4 eine schematische Darstellung eines Aufrichtmechanismus;
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Aufrichtmechanismus;
6 eine schematische Darstellung eines weiteren Aufrichtmechanismus.
Zunächst werden Aufbau und Funktionen eines erfindungsgemäßen mehrspurigen Fahrrads 1 anhand der 1 erläutert. 1 zeigt lediglich beispielhaft ein Lastenrad mit einer Plattform 2 zur Aufnahme von Lasten, wie beispielsweise Ladegut oder Personen.
Das Fahrrad 1 ist mehrspurig, weist also wenigstens zwei quer zu einer Fahrtrichtung 4 nebeneinanderliegende Räder auf. Die Räder 6 müssen nicht die Vorderräder sein, wie in 1 dargestellt, sondern können auch die Hinterräder des Fahrrads bilden. Die Räder 6 können lenkbar sein.
Mit einem Rahmen 8 des Fahrrads 1 sowie miteinander sind die Räder 6 über einen Neigemechanismus 10 verbunden, der insbesondere mehrgelenkig, insbesondere parallelogrammförmig aufgebaut sein kann.
Der Neigemechanismus 10 kann wenigstens einen quer zur Fahrtrichtung 4 sich erstreckenden unteren Querträger 12, wenigstens einen sich ebenfalls quer zur Fahrtrichtung 4 erstreckenden oberen Querträger 14 aufweisen, die durch einen Achsträger 16 miteinander verbunden sind. Am Radachsträger 16 ist die Radachse 18 eines Rades 6 befestigt.
Eine besonders stabile Anordnung ergibt sich durch einen kastenförmigen Aufbau 20 des Neigemechanismus 10 mit jeweils zwei unteren Querträgern 12 und zwei oberen Querträgern 14.
In der Mitte sind die Querträger 12, 14 durch ein Rahmenbauteil 22 verbunden, das in etwa parallel zu den Radachsträgern 16 verläuft. Am Rahmenbauteil 22 ist der Rahmen 8 angebracht.
Die Verbindung zwischen dem oberen Querträger 14, den Radachsträgern 16, dem unteren Querträger 12 und dem Rahmenbauteil 22 ist gelenkig, so dass die Querträger 12, 14 in einer Ebene quer zur Fahrtrichtung 4 gegeneinander verschieblich sind, was eine ungefähr gleich große Neigung der Radachsträger 16 und des Rahmenbauteils 22 bewirkt.
Der Rahmen 8 und die Räder 6 sind aufgrund des Neigemechanismus 10 gegenüber einem Untergrund 24, insbesondere einer durch die Reifenaufstandsflächen 26 bestimmten Ebene 28 neigbar. Durch die Neigung lassen sich bei höheren Geschwindigkeiten und einem hohen Radschwerpunkt, wie er insbesondere im beladenen Zustand vorliegen kann, höhere Kurvengeschwindigkeiten bei gesteigerter Fahrsicherheit und verbessertem Komfort erreichen.
Um das Fahrrad nach der Kurvenfahrt auch bei hohen Lasten einfach wieder aufrichten zu können, ist das mehrspurige Fahrrad 1 mit wenigstens einem Aufrichtmechanismus 30 versehen. Der Aufrichtmechanismus 30 erzeugt ein der Neigung entgegengesetztes Aufrichtmoment, bevorzugt ausschließlich unter Verwendung passiver Bauteile wie Federn. Der Verlauf des Aufrichtmoments über die Neigung des Fahrrads 1 definiert die Aufrichtcharakteristik des Fahrrads. Der Aufrichtmechanismus 30 ist Teil des Neigemechanismus 10. Er erstreckt sich beispielsweise parallel zu beispielsweise den Radachsträgern 16 zwischen dem unteren Querträger 12 und dem oberen Querträger 14.
Der Neigemechanismus 10, insbesondere der Aufrichtmechanismus 30, weist wenigstens zwei verschiedene und im Betrieb umschaltbare Betriebsstellungen mit einem jeweils unterschiedlichen Verlauf eines den Rahmen 8 aufrichtenden Aufrichtmoments über einen Neigewinkel des Rahmens 8 auf.
Durch das Umschalten kann das Aufrichtmoment an unterschiedliche Geschwindigkeiten und/oder Beladungen des Fahrrads 1 angepasst werden.
Zum Umschalten kann ein den Aufrichtmechanismus 30 umschaltender Aktuator 32, beispielsweise ein elektrischer Antrieb 34 oder ein mechanischer, beispielsweise über einen Bowdenzug 38 betätigter mechanischer Antrieb sein.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Fahrrad 1 mit einer Aufrichtautomatik 40 versehen ist, die automatisch last- und/oder geschwindigkeitsabhängig zwischen den einzelnen Betriebsstellungen des Neigemechanismus 10 bzw. des Aufrichtmechanismus 30 schaltet und das Aufrichtmoment automatisch an die derzeitige Beladung und/oder Geschwindigkeit anpasst.
Eine Aufrichtautomatik 40 bietet sich insbesondere an, wenn das Fahrrad mit einem motorischen Antrieb 42, beispielsweise in Form eines Elektromotors zusätzlich zu einem Pedalantrieb 44 versehen ist. Die Aufrichtautomatik kann jedoch auch verwendet werden, ohne dass ein solcher motorischer Antrieb 42 vorhanden ist, oder bei Fahrrädern ohne Pedalantrieb, die ausschließlich einen motorischen Antrieb aufweisen.
Der Vorteil eines motorischen Antriebs 42 liegt darin, dass bereits ein Sensor 44 vorhanden ist, der einen Fahrzeugparameter 46, beispielsweise die Geschwindigkeit, in Signalform ausgibt. Ein lastabhängiger Fahrzeugparameter 46 kann über das Beschleunigungsverhalten des Fahrrads 1, beispielsweise die zum Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeit notwendige Arbeit ermittelt werden und ebenfalls in Signalform 46 ausgegeben werden.
Die Aufrichtautomatik 40 kann eine Steuereinrichtung 48 aufweisen, die mit dem wenigstens einen Sensor 44 verbunden ist und der der last- und/oder geschwindigkeitsrepräsentative Fahrzeugparameter 46 zugeführt ist.
Die Steuereinrichtung 48 ist mit dem Aktuator 32 signalübertragend verbunden. Über Steuersignale 50 betätigt die Steuereinrichtung 48 den Aktuator 32 abhängig von den Fahrzeugparametern 46 und steuert so die Veränderung der Aufrichtcharakteristik bzw. das Umschalten des Neigemechanismus 10 bzw. Aufrichtmechanismus 30 auch während der Fahrt.
Der Neigemechanismus 10 ist im Folgenden anhand der 2 und 3 näher erläutert. In diesen Figuren ist ein gegenüber der 1 leicht modifizierter Neigemechanismus 10 gezeigt, der lediglich einen unteren Querträger 12 und einen oberen Querträger 14 aufweist. Zu erkennen ist, dass der Rahmen 8 am Rahmenbauteil 22 starr befestigt ist und dessen Bewegung folgt.
2 zeigt den Neigemechanismus 10 in einer aufrechten Stellung 52, in der der Rahmen 8, beispielsweise eine Sattelstütze 54 (1) oder ein Lenkerrohr 56 (1) senkrecht zur Ebene 28 ausgerichtet sind. Der Neigewinkel 58 ist in diesem Fall Null.
In 3 ist eine geneigte Stellung 59 des Neigemechanismus 10 gezeigt. Der Rahmen 8 ist gegenüber der Normalen 60 auf die Ebene 28 um den Neigewinkel 58 geneigt. Wie zu erkennen ist, sind Räder und Rahmen aufgrund des parallelogrammförmigen Aufbaus 62 des Neigemechanismus 10 um ungefähr den gleichen Winkel geneigt. Die beiden Querträger 12, 14 sind quer zur Fahrtrichtung 4 gegeneinander verschoben. Der Neigemechanismus 10 bzw. der Aufrichtmechanismus 30 erzeugt ein der Neigung 58 entgegenwirkendes Aufrichtmoment 64, das bevorzugt mit steigendem Neigewinkel 58 größer wird.
Wie ferner in den 1 und 2 zu erkennen ist, können zwei bevorzugt identisch ausgebildete Aufrichtmechanismen 30 vorhanden sein. Jeder Aufrichtmechanismus 30 erzeugt dabei ein dem Aufrichtmoment 64 des anderen Aufrichtmechanismus 30 entgegengerichtetes Aufrichtmoment. Dabei werden die Aufrichtmechanismen 30 abhängig von der Richtung des Neigewinkels 58 alternierend in Betrieb genommen und außer Betrieb gesetzt.
Weist beispielsweise der Neigewinkel 58 in die eine Richtung, so ist das Aufrichtmoment 64 bei einer solchen Ausgestaltung nur von dem einen Aufrichtmechanismus 30 erzeugt. Der andere Aufrichtmechanismus 30 erzeugt kein Aufrichtmoment. Weist der Neigewinkel 58 in die Gegenrichtung, ist die Situation umgekehrt: der andere Aufrichtmechanismus 30 erzeugt das Aufrichtmoment 64, während der eine Aufrichtmechanismus 30 außer Betrieb gesetzt ist.
Der Neigemechanismus 10 bzw. Aufrichtmechanismus 30 weist bevorzugt wenigstens ein Aufrichtorgan 65, beispielsweise eine Aufrichtfeder 66 zur Erzeugung des Aufrichtmoments 64, und wenigstens einen Endanschlag 67 zur Begrenzung des Neigewinkels 58 oder zum Blockieren des Neigemechanismus auf. Die Aufrichtfeder 66 befindet sich beispielsweise parallel zu den Radachsträgern 16 zwischen dem Rahmen 8 und den Rändern 6.
Die Aufrichtfeder 66 ist bevorzugt stets vorgespannt, auch im entlasteten Zustand. Das Aufrichtmoment 64 wird durch Auslenkung der Aufrichtfeder 66, beispielsweise durch deren Kompression und/oder Längung erzeugt.
In 2 ist zudem ein Bowdenzug 38 stellvertretend für einen Aktuator 32 gezeigt, der zum Umschalten des Neigemechanismus 10 bzw. Aufrichtmechanismus 30 zwischen wenigstens zwei Betriebsstellungen dient.
Bei der dargestellten Ausführungsform betätigt der Aktuator 32 ein beispielweise hebelförmiges Umschaltelement 68, das an einer drehbaren Schaltwelle 70 angebracht ist. Jeder der Aufrichtmechanismus 30 ist mit einem Umschaltelement 68 versehen.
Der Aufrichtmechanismus 30 überbrückt wenigstens ein Gelenk 72 des Neigemechanismus 10, nach 2 und 3 zwei Gelenke 72 des Neigemechanismus. Ein Teil des Aufrichtmechanismus 30 kann am unteren Querlenker 12, ein anderer Teil des Aufrichtmechanismus 30 am oberen Querlenker 14 angeordnet sein. Diese Teile des Aufrichtmechanismus sind bei einer Neigung relativ zueinander bewegt. Eine das Aufrichtmoment erzeugende Aufrichtkraft wirkt so zwischen den relativ zueinander bewegten Teilen des Neigemechanismus. Der Rahmen 8 selbst bleibt kraftfrei. Der Rahmen 8 wird lediglich über das Rahmenteil 22 aufgerichtet. Der Kraftfluss der das Aufrichtmoment erzeugenden Aufrichtkraft ist im Neigemechanismus 10 geschlossen.
Beispielsweise sind das Umschaltelement 68, das gleichzeitig als Kraftaufnehmer 74 dienen kann, und die wenigstens eine Aufrichtfeder 66 durch wenigstens ein, vorzugsweise zwei Gelenke 72 voneinander getrennt. Der Kraftaufnehmer 74 nimmt die das Aufrichtmoment 64 erzeugte Aufrichtkraft auf und leitet sie in den Neigemechanismus. Dadurch werden die Aufrichtfeder 66 und der Kraftaufnehmer 74 zusammen mit den sie haltenden Querträgern 12, 14 relativ zueinander in die aufrechte Stellung bewegt.
Zum Umschalten zwischen den Betriebsstellungen wird die Schaltwelle 70, die die Umschaltelemente 68 bzw. Kraftaufnehmer 74 mehrerer Aufrichtmechanismen 30 tragen kann, mit Hilfe des Aktuators 32 gedreht, wie dies durch den Pfeil 76 dargestellt ist.
Die Betriebsstellungen des Neigemechanismus 10 bzw. des wenigstens einen Aufrichtmechanismus 30 sind im Folgenden anhand der 4 bis 6 erläutert.
Der Neigemechanismus 10 bzw. der Aufrichtmechanismus 30 weisen mehrere Betriebsstellungen 78a, 78b, ... auf, die sich hinsichtlich der Aufrichtcharakteristik unterscheiden.
In 4 sind lediglich beispielhaft drei diskrete Betriebsstellungen 78a, 78b, 78c gezeigt. Die Betriebsstellungen können auch kontinuierlich aufeinander folgen. In jeder der Betriebsstellungen 78a, 78b, 78c ist der Kraftaufnehmer 74 mit einer unterschiedlich harten Aufrichtfeder 66 in Endanschlag gebracht. Beispielsweise liegt in der ersten Betriebsstellung 78a der umschaltbare Kraftaufnehmer 74 an einer sehr weichen Feder, in der zweiten Betriebsstellung 78b an einer härteren Aufrichtfeder 66 und in der dritten Betriebsstellung 78c an einer nochmals härteren Aufrichtfeder 66 an. Neigt sich das Fahrrad in die eine Richtung, so wird in dem dieser Neigungsrichtung zugeordnete Aufrichtmechanismus die gerade geschaltete Aufrichtfeder 66 aufgrund der Relativbewegung zwischen dem Ankerpunkt 80 der Aufrichtfeder 66 und dem Ankerpunkt 82 des Kraftaufnehmers 74 zusammengedrückt und erzeugt das Aufrichtmoment 64. Selbstverständlich können anstelle der in 4 drei Betriebsstellungen auch lediglich zwei oder mehr Betriebsstellungen mit einer entsprechenden Anzahl von Aufrichtfedern 66 vorgesehen sein.
Um eine stufenlose Änderung der Aufrichtcharakteristik zu erreichen, kann in einer Variante eine Mehrzahl von Aufrichtfedern an ihrem dem Kraftaufnehmer 74 zugewandten Ende 84 mit einer Endanschlagplatte 86 versehen sein. Der Kraftaufnehmer 74 kann entlang der Endanschlagplatte 86 stufenlos verschieblich sein. Je nach Lage des Kraftaufnehmers 74 auf der Endanschlagplatte 86 ändert sich die Aufrichtcharakteristik.
Anstelle einer Mehrzahl von schraubenförmigen Aufrichtfedern 66 kann auch eine blattförmige Aufrichtfeder 66 verwendet werden, wie 5 zeigt. Die blattförmige Aufrichtfeder 66 ist einseitig eingespannt. Die Federhärte der Aufrichtfeder 66 verringert sich mit steigendem Abstand vom Einspannpunkt 88. Zur Begrenzung der maximal möglichen Neigung kann ein EndEndanschlag 90, auch aus einem Elastomer, vorgesehen sein.
Eine weitere Ausgestaltung mit drei unterschiedlichen Betriebsstellungen 78a, 78b, 78c ist in 6 dargestellt. In einer Betriebsstellung 78a ist der Neigemechanismus 10 bzw. der Aufrichtmechanismus 30 im Wesentlichen aufrichtmomentfrei. Eine Neigung findet ohne Erzeugung eines Aufrichtmoments statt, bis der Kraftaufnehmer 74 gegen einen EndEndanschlag 90 schlägt. Eine Aufrichtfeder 66 ist in dieser Betriebsstellung außer Betrieb bewegt. Der in 6 nicht gezeigte zweite Aufrichtmechanismus 30 begrenzt die Neigung in der Gegenrichtung, wenn die Betriebsstellung 78a eingenommen ist.
In der Betriebsstellung 78b liegt der Kraftaufnehmer 74 an der Aufrichtfeder 66 an. Bei Neigung in der entsprechenden Richtung wird durch den dargestellten Aufrichtmechanismus 30 die Aufrichtfeder 66 komprimiert und ein Aufrechtmoment 64 erzeugt, bei Neigung in die Gegenrichtung durch den in 6 nicht gezeigten weiteren Aufrichtmechanismus 30.
In der dritten Betriebsstellung 78c ist der Neigemechanismus 10 bzw. der Aufrichtmechanismus 30 in wenigstens einer Neigerichtung blockiert. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Kraftaufnehmer 74 in der aufrechten Stellung an einem EndEndanschlag 90 anliegt. Durch zwei Aufrichtmechanismen 30, die jeweils entgegengesetzten Neigerichtungen zugeordnet sind, kann die Neigung in beide Richtungen blockiert werden, wenn jeweils gleichzeitig ein Kraftaufnehmer 74 gegen einen einseitig wirkenden Endanschlag 90 anliegt.
Die Ausgestaltungen in den 4 bis 6 können beliebig miteinander kombiniert werden. So kann eine aufrichtmomentenfreie Betriebsstellung auch in den Ausführungen der 4 und 5 vorgesehen sein. In der Ausführung der 5 kann eine Blockierung des Neigemechanismus auf einfache Weise dadurch erreicht werden, dass der Kraftaufnehmer 74 an den Einspannpunkt 88 der Blattfeder 66 bewegt wird, der somit als Endanschlag 67 dient. In 4 kann ebenfalls ein EndEndanschlag 90 vorgesehen sein, wenn eine Betriebsstellung gewünscht ist, in der der Neigemechanismus 10 blockiert ist.
Weitere Varianten des Aufrichtmechanismus 10 sind möglich. So kann beispielsweise der Kraftaufnehmer 74 unbeweglich sein und in den unterschiedlichen Betriebsstellungen die Antriebsfeder 66 unterschiedlich stark vorgespannt sein. In diesem Fall kann beispielsweise der Aktuator 32 (1) auf den Ankerpunkt 80 der Aufrichtfeder 66 einwirken und diesen unter Längung oder Verkürzung der Aufrichtfeder bewegen. Ist in der einen Betriebsstellung beispielsweise die Aufrichtfeder 66 gegenüber der anderen Betriebsstellung durch den Aktuator verkürzt, so erhöht sich bei einer Druckfeder das Aufrichtmoment.
Bezugszeichenliste

1: mehrspuriges Fahrrad
2: Plattform
4: Fahrtrichtung
6: Räder
8: Rahmen
10: Neigemechanismus
12: unterer Querträger
14: oberer Querträger
16: Radachsträger
18: Radachse
20: kastenförmiger Aufbau
22: Rahmenbauteil
24: Untergrund
26: Reifenaufstandsfläche
28: Ebene
30: Aufrichtmechanismus
32: Aktuator
34: elektrischer Antrieb
36: mechanischer Antrieb
38: Baudenzug
40: Aufrichtautomatik
42: motorischer Antrieb des Fahrrades
44: Sensor
46: Fahrzeugparameter
48: Steuereinrichtung
50: Steuersignal
52: aufrechte Stellung des Fahrrades
54: Sattelstütze
56: Lenkerrohr
58: Neigewinkel
59: geneigte Stellung des Fahrrades
60: Normale auf die Ebene 28
62: parallelogrammförmiger Aufbau des Neigemechanismus
64: Aufrichtmoment
65: Aufrichtorgan
66: Aufrichtfeder
67: Endanschlag
68: Umschaltelement
70: Schaltwelle
72: Gelenk des Neigemechanismus
74: Kraftaufnehmer
76: Pfeil
78a, 78b ...: Betriebsstellungen
80: Ankerpunkt der Aufrichtfeder
82: Ankerpunkt des Kraftaufnehmers
84: dem Kraftaufnehmer zugewandtes Ende der Aufrichtfeder
86: Endanschlagplatte
88: Einspannpunkt

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

WO 2015/067760 A1 [0002]

Claims

Mehrspuriges Fahrrad (1), insbesondere Lastenrad, mit oder ohne motorischen Antrieb (42), mit einem Rahmen (8), mit wenigstens zwei Rädern (6), die quer zu einer Fahrtrichtung (4) voneinander beabstandet sind, und mit einem Neigemechanismus (10) zur Neigung des Fahrrades insbesondere in Kurven, wobei der Neigemechanismus die Räder miteinander und mit dem Rahmen des Fahrrades verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigemechanismus (10) wenigstens zwei verschiedene und im Betrieb veränderbare Betriebsstellungen (78a, 78b, 78c) mit einem jeweils unterschiedlichen Verlauf eines den Rahmen (8) aufrichtenden Aufrichtmoment (64) über einen Neigewinkel (58) des Rahmens (8) aufweist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Betriebsstellungen (78c) der Neigemechanismus (10) blockiert ist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Betriebsstellungen (78a) der Neigemechanismus (10) in geneigter Stellung (59) aufrichtmomentenfrei ist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsstellung (78b) sich wenigstens eine das Aufrichtmoment (64) erzeugende Aufrichtfeder (66) zwischen dem Rahmen (8) und den Rädern (6) befindet.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer weiteren Betriebsstellung (78b, 78c) sich wenigstens eine weitere, eine andere und/oder dieselbe Aufrichtfeder in anderer Abstimmung zwischen dem Rahmen (8) und den Rädern (6) befindet.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigemechanismus (10) wenigstens eine Aufrichtfeder (66) zur Erzeugung des Aufrichtmoments (64) aufweist und dass die wenigstens eine Aufrichtfeder (66) vorgespannt ist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigemechanismus (10) wenigstens einen umschaltbaren Aufrichtmechanismus (30) mit wenigstens einer Aufrichtfeder (66) aufweist, die sich in wenigstens einer Betriebsstellung (78a, 78b) zur Erzeugung des Aufrichtmoments (64) zwischen dem Rahmen (8) und den Rädern (6) befindet und in wenigstens einer anderen Betriebsstellung (78a, 78c) außer Betrieb gesetzt ist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufrichtmechanismus (30) wenigstens zwei Aufrichtorgane (65, 66, 76), von denen wenigstens eines als eine Aufrichtfeder (66) und wenigstens eines als ein EndEndanschlag (90) ausgestaltet ist, und einen neigungsabhängig relativ zum Aufrichtorgan (65) beweglichen Kraftaufnehmer (74) aufweist, der in der einen Betriebsstellung (78a, 78b, 78c) mit dem einen und in der anderen Betriebsstellung (78a, 78b, 78c) mit dem anderen Aufrichtorgan (65) aufrechtmomentübertragend verbunden ist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich neigungswinkelabhängig alternierend im Betrieb befindliche Aufrichtmechanismen (30) vorhanden sind, die zusammen zwischen den Betriebsstellungen (78a, 78b, 78c) umschaltbar ausgestaltet sind.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Neigemechanismus (10) gekoppelte Aktuator (32) zum Umschalten der Betriebsstellungen (78a, 78b, 78c) vorgesehen ist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (32) einen elektrischen Antrieb (34) umfasst.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrrad (1) eine last- und/oder geschwindigkeitsabhängige Aufrichtautomatik (40) zum Umschalten zwischen den Betriebsstellungen (78a, 78b, 78c) aufweist.
Mehrspuriges Fahrrad (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrichtautomatik (40) wenigstens einen Sensor (44) zur Erfassung wenigstens eines last- und/oder geschwindigkeitsrepräsentativen Fahrzeugparameters (46) während des Betriebs des Fahrrades (1), einen Aktuator (32) zum Umschalten zwischen den Betriebsstellungen (78a, 78b, 78c) und eine mit dem Sensor (44) und dem Aktuator (32) verbundene Steuereinrichtung (48) zur Betätigung des Aktuators (32) in Abhängigkeit des wenigstens einen Fahrzeugparameters (46) aufweist.
Verfahren zum Betrieb eines neigbaren, mehrspurigen Fahrrads (1) mit oder ohne motorischem Antrieb (42) und mit einem Neigemechanismus (10), dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufrichtcharakteristik des Neigemechanismus während der Fahrt verstellt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrichtcharakteristik automatisch last- und/oder geschwindigkeitsabhängig verstellt wird.