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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für ein Fahrrad sowie ein Fahrrad umfassend die erfindungsgemäße Antriebseinheit.
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Fahrräder mit Tretkurbel, Kette und/oder Zahnriemen, ausgebildet als Liege-, Sessel- und/oder konventionelle Fahrräder, wie insbesondere Rennräder, City Bikes, Mountain Bikes etc., sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt.
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Bei dem üblichen Antrieb von Fahrrädern über Tretkurbeln und Zugmittel, z.B. über Zahnriemen oder Kette, ist die Beinhaltung des Fahrers vorgegeben und kann kaum während der Fahrt angepasst werden. Bei den Liegerädern ist ein Aufstehen während der Fahrt und der sog. Wiegetritt nicht möglich. Bei der Ketten- und/oder Nabenschaltung ist eine Übersetzungsänderung unter Last in der Regel ebenfalls nicht möglich.
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Vor diesem Hintergrund ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Antriebskonzept für sowie ein verbessertes Fahrrad bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Antriebseinheit gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie einem Fahrrad gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 7.
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In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Antriebseinheit für ein Fahrrad, umfassend ein Gestänge zum Übertragen einer über Pedale eingeleiteten Kraft an ein Antriebsrad, wobei das Gestänge eine Mehrzahl von Stangen umfasst, die über Drehgelenke miteinander verbunden sind, wobei zwei der Mehrzahl von Stangen, die mit jeweils einem Pedal des Fahrrads verbindbar sind, an einem ersten Einhängepunkt über ein erstes Zugmittel, welches über eine gelenkig am Rahmen des Fahrrads angeordnete Vogelrolle umgelenkt ist, miteinander verbunden sind, derart, dass ein wechselseitiges Treten der Pedale unterstützt ist, und wobei das Gestänge an einem zweiten Einhängepunkt über ein zweites Zugmittel mit einer Nabe des Antriebsrads verbunden ist, derart, dass eine kraft- und/oder formschlüssige Übertragung der Zugkraft des zweiten Zugmittels auf die drehfest mit dem Antriebsrad verbundene Nabe ermöglicht wird.
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Ein zentraler Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist das Gestänge mit den Drehgelenken, so dass eine Hubbewegung über die Beine eines Fahrers über das Gestänge übersetzt und in das Zugmittel eingeleitet wird, welches mit der Nabe des Antriebsrads verbunden ist. Ein zusätzlicher Freiheitsgrad ermöglicht dabei eine Verlagerung der Beine beim Treten, so dass die Sitzhaltung während der Fahrt variiert werden kann. Mit dieser Verlagerung der Beine bzw. Tretrichtung kann eine Änderung der Übersetzung des Gestänges gekoppelt werden.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante umfasst die Nabe eine Trommel, die über eine erste Stützlagerung und einen Freilauf innerhalb der Nabe in einer Drehrichtung drehfest mit dieser verbunden ist, derart, dass über die Trommel das zweite Zugmittel, ggf. über eine erste Umlenkrolle, abrollbar ist. Hierdurch wird ermöglicht, dass an beiden Seiten der Nabe wechselseitig das Zugmittel auf- und abgerollt werden kann. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Nabe ein mit der Trommel verbundenes Federelement, wie eine Spiralfeder, eine Bogenfeder und/oder eine Schraubenfeder, zum Aufrollen des abgerollten zweiten Zugmittels umfasst. Weiterhin bevorzugt ist hierbei, dass die Nabe über eine zweite Stützlagerung drehbar auf einer Achse des Antriebsrads gelagert ist.
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In einer anderen vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass eines der Drehgelenke als Schubgelenk ausgebildet ist.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung zudem ein Fahrrad umfassend die erfindungsgemäße Antriebseinheit.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
- 2 eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
- 3 eine erste Ausführungsvariante der Nabe,
- 4 eine zweite Ausführungsvariante der Nabe, und
- 5 eine dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Antriebseinheit.
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Die vorliegend dargestellten 1, 2 und 5 beziehen sich auf die in Fahrtrichtung linke Seite der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1, die als Vorderradantrieb dargestellt ist. Die rechte Seite ist spiegelbildlich aufgebaut. Der Übersichtlichkeit halber sind Teile des Fahrrades, wie Rahmen, Lenker und Gabel, nicht dargestellt. Die Position von Sitz 2 und dem nicht angetriebenen hinteren Antriebsrad sind zur Veranschaulichung gezeigt.
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Die in den 1, 2 und 5 gezeigte Antriebseinheit 1 für ein Fahrrad umfasst ein Gestänge 3 zum Übertragen einer über Pedale 4 eingeleiteten Kraft an ein vorderes Antriebsrad 5, wobei das Gestänge 3 eine Mehrzahl von Stangen 6 umfasst, die über Drehgelenke 7 miteinander verbunden sind. Das Gestänge 3 ist über einen der Drehgelenke 8 mit dem Rahmen des Fahrrades verbunden. Alle dargestellten Drehgelenke 7 fünf Freiheitsgrade und lassen ausschließlich Drehbewegungen in der dargestellten Ebene zu.
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Zwei der Mehrzahl von Stangen 6 sind an einem ersten Einhängepunkt 9 über ein erstes Zugmittel 10 mit jeweils einem Pedal 4 des Fahrrads verbunden. Das erste Zugmittel 10 ist wiederum über eine gelenkig am Rahmen (nicht dargestellt) des Fahrrads angeordnete Vogelrolle 11 umgelenkt.
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Ferner ist das Gestänge 3 an einem zweiten Einhängepunkt 12 über ein zweites Zugmittel 13 mit einer Nabe 14 des vorderen Antriebsrads 5 verbunden, derart, dass eine kraft- und/oder formschlüssige Übertragung der Zugkraft des zweiten Zugmittels 13 auf die drehfest mit dem Antriebsrad 5 verbundene Nabe 14 ermöglicht wird. Weiterhin umfasst jede der gezeigten Ausführungsvarianten eine Umlenkrollen 15, wobei diese sowie die Nabe 14 mit der Gabel des vorderen Antriebsrades 5 verbunden sind und somit die Lenkbewegung mitmachen.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Antriebseinheit 1 erläutert, wobei zudem die unterschiedlichen Ausführungsvarianten bzw. die Unterschiede zwischen diesen kurz erläutert werden.
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Die Beinkraft eines Fahrers wird über das jeweilige Pedal 4 eingeleitet, wodurch ein Hebelarm gegenüber dem Drehpunkt 8 durch den Abstand zwischen den beiden Punkten 8 und 4 sowie der Richtung der Beinkraft bestimmt wird. Ein zweiter Freiheitsgrad durch das Drehgelenk 16 (2) oder ein Schubgelenk 17 (1) ermöglicht die Änderung der Beinhaltung. Dabei ändert sich auch der Hebelarm zwischen den Punkten 8 und 4. Über ein weiteres Gestänge oder ein Zugmittel, welches in 2 mit der Bezugsziffer 18 dargestellt ist, kann der Abstand zwischen den beiden Punkten 8 und 12 an diese Bewegung gekoppelt werden.
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In 1 ist der Winkel zwischen den Punkten 12, 8 und 4 konstant durch eine starre Kopplung durch das Schubgelenk 17 mit der Strecke zwischen den Punkten 8 und 12 gegeben. Sowohl mit dem Schubgelenk 17 (1) als auch dem Drehgelenk 16 (2) kann eine starre Kopplung (1) oder eine Schwenkbewegung (2) zwischen den beiden Punkten 8 und 12 (2) gegenüber den Punkten 8 und 16, oder alternativ eine Längenänderung zwischen den Punkten 8 und 12 realisiert werden (nicht dargestellt).
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An dem zweiten Einhängepunkt 12 ist das zweite Zugmittel 13 derart befestigt, dass es von einer Trommel 19 (3 und 4) neben der Nabe 14 abgerollt werden kann. Zum Rückholen des zweiten Zugmittels 13 ist in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante eine Drehfeder 20 vorgesehen, die sich gegen den nicht rotierenden Teil des Fahrrades, vorliegend eine Achse 21 abstützt. Die Drehfeder 20 ist vorliegend als Spiralfeder ausgebildet und kann auch innenliegend angeordnet sein, wie dies insbesondere in 4 gezeigt ist. Bei der in 3 dargestellten Ausführungsvariante kann eine innenliegende Anordnung dadurch realisiert werden, dass die Drehfeder 20 axial hinter der zweiten Stützlagerung 22 angeordnet wird. Die Nabe 14 wiederum ist über eine zweite Stützlagerung 22 drehbar gegen Achse 21 gelagert und über einen Freilauf 23 und dessen erste Stützlagerung 24 mit der Trommel 19 verbunden. Das vordere Antriebsrad 5 ist mit der Nabe 14, beispielsweise über Speichen, fest verbunden.
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In einer alternativen Ausführungsvariante zum Aufwickeln des zweiten Zugmittels 13 neben der Nabe 14, kann das zweite Zugmittel 13 anstatt an der Nabe 14 aufgewickelt zu werden, an der Nabe 14 umgelenkt und an einer weiteren Rolle (nicht dargestellt) aufgewickelt werden.
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In einer weiteren Ausführungsvariante kann das zweite Zugmittel 13 über eine weitere zweite Umlenkrolle 25 (5) um das Antriebsrad 5 herum zur anderen Seite und wieder, über die dort angeordnete erste Umlenkrolle 15, zurück geleitet werden. In dieser Ausführungsvariante ist keine Drehfeder 20 erforderlich.
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Für die Lagerung können die im Fahrradbau üblichen Lösungen, wie Schrägkugellager (sog. Konuslagerung ) oder auch Rillenkugellager (sog. „Industrielager“, auch „Dünnringlager“), verwendet werden. Sofern das hintere Antriebsrad angetrieben werden soll, so ist die Anordnung des Drehpunktes 8 sowohl vor als auch hinter dem Punkt 4 sinnvoll.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebseinheit
- 2
- Sitz
- 3
- Gestänge
- 4
- Pedale
- 5
- Antriebsrad
- 6
- Stangen
- 7
- Drehgelenke
- 8
- Drehgelenk / Drehpunkt
- 9
- erster Einhängepunkt
- 10
- erstes Zugmittel
- 11
- Vogelrolle
- 12
- zweiter Einhängepunkt
- 13
- zweites Zugmittel
- 14
- Nabe
- 15
- (erste) Umlenkrolle
- 16
- Drehgelenk
- 17
- Schubgelenk
- 18
- Gestänge / Zugmittel
- 19
- Trommel
- 20
- Federelement / Drehfeder
- 21
- Achse
- 22
- zweite Stützlagerung
- 23
- Freilauf
- 24
- erste Stützlagerung
- 25
- (zweite) Umlenkrolle
