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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrrad, mit einem Rahmen, mit einem daran drehbar angeordneten Hinterrad mit einer Hinterradfelge, mit einer drehbar am Rahmen angeordneten Antriebseinheit, wobei die Antriebseinheit zwei Tretkurbeln umfasst, an denen Pedalen anordenbar sind und wobei die Antriebseinheit wenigstens ein Antriebsrad umfasst, welches die über die Pedalen auf die Tretkurbeln aufgebrachten Kräfte auf das Hinterrad überträgt.
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Fahrradantriebe sind seit langer Zeit im Stand der Technik allgemein bekannt. Das pedalgetriebene Fahrrad umfasst dabei einen Kurbelantrieb bestehend aus Pedalen, Kurbelgarnitur, Kette und Ritzel. Der Radfahrer überträgt seine Muskelkraft über die Pedale auf die Kurbel. Über ein Kettenblatt oder Antriebsrad an der Kurbel wird die tangentiale Antriebskraft über das Ketten- oder Antriebsrad in eine Drehbewegung umgewandelt und über eine Kette und das Ritzel zum Hinterrad weitergeleitet.
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Diese Art des Antriebs für ein Fahrrad ist seit langem bekannt, technisch ausgereift und auch immer wieder verbessert worden. Nachteilig ist und bleibt jedoch die Fahrradkette. Sie dient der Übertragung der Tretkraft des Radfahrers vom Ketten- oder Antriebsrad zum Hinterrad. Da sie eine größere Strecke parallel zum Rahmen überbrücken muss und bei Schaltvorgängen von einem auf das nächste Ritzel springt, ist grundsätzlich immer die Gefahr des Abspringens der Kette gegeben. Eine optimale Wartung einer Fahrradkette ist in den seltensten Fällen gewährleistet. Verschmutzungen, Verschleiß und falsche Belastung erhöhen die Gefahr des Abspringens der Kette.
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Die Entwicklung eines kettenlosen Fahrradantriebs ist bereits mehrfach aufgegriffen worden. So zeigt bereits das Reichspatent
DE 675 648 A einen Lösungsansatz, indem ein Trethebelantrieb vorgeschlagen wird, bei denen beidseitig des Rahmens angeordnete Trethebel direkt am Hinterrad an Kurbeln angreifen. Die Stangenkonstruktion ist jedoch aufwendig und technisch besonders anfällig.
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Die
EP 0 010 201 B1 präsentiert die Anordnung einer Getriebeeinheit unmittelbar an der Hinterradnabe. Die Versetzung des Antriebs erfordert jedoch bei dieser Lösung auch eine Versetzung des Fahrradsattels über die Nabe des Hinterrads und führt so zu einem weit nach hinten verlagerten Schwerpunkt, der das Rad schlecht handhabbar macht.
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Die
EP 3 546 334 A1 schlägt einen Wellenantrieb vor, wobei die auf die Pedalen aufgebrachten Antriebskräfte vom an der Tretkurbel angeordnetem Antriebsrad über eine parallel zum Rahmen geführte Welle auf die Ritzel am Hinterrad übertragen werden. Diese technisch sicherlich sehr vorteilhafte Lösung, die insbesondere Reibungsverluste vermeidet, ist jedoch mit hohen Herstellungskosten verbunden.
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Ergänzend
DE 202 15 084 U1 offenbart eine Fahrradantriebsvorrichtung, bestehend aus einer Tretkurbel-Flachzahnscheiben/Riemenkombination. Dabei wird unter anderem über eine Flachzahnscheiben/Riemenkombination ein Zahnrad angetrieben, welches in eine Verzahnungsvorrichtung im Hinterrad eingreift. Neben den offensichtlich genannten Nachteilen ist auch die Integration der Antriebsvorrichtung in das System des Fahrrades nicht näher erläutert, was zum Beispiel die Hinterradachslagerung betrifft.
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Zusätzlich wird durch die
DE 298 22 818 U1 ein beidseitig - unabhängiger Tretkurbelantrieb für Fahrräder offenbart.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine alternative Antriebslösung für ein Fahrrad bereitzustellen, die gleichzeitig einfach und kosteneffektiv zu realisieren ist und dabei die oben genannten Nachteile und die technische Anfälligkeit eines Kettenantriebs vermeidet.
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Gelöst wird die Erfindungsaufgabe durch ein Fahrrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wonach jeder Tretkurbel der Antriebseinheit beidseits des Rahmens jeweils ein Antriebsrad zugeordnet ist und jedes Antriebsrad kraftschlüssig in die Hinterradfelge eingreift, so dass die über die Pedalen auf die Tretkurbeln aufgebrachten Kräfte das Hinterrad antreiben.
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Kernpunkt der Erfindung ist die Versetzung der Antriebseinheit in Richtung des Hinterrads. Das direkte Eingreifen der Antriebseinheit in das Hinterrad macht eine Kraftübertragung durch eine Kette überflüssig. Die beidseits des Hinterrads angeordneten Antriebsräder greifen auf diese Weise unmittelbar in das Hinterrad ein. Eine Drehung des Antriebsrads bewirkt so direkt eine Bewegung des Hinterrads. Beide Antriebsräder sind unabhängig voneinander betätigbar. Dies bedeutet auch, dass beide Pedalen unabhängig voneinander betätigbar sind. Zur Aufbringung besonders großer Antriebskräfte können beide Pedalen gleichzeitig in Lauf- oder Antriebsrichtung bewegt werden.
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Das Antriebsrad und die Hinterradfelge greifen kraftschlüssig ineinander ein. Dies geschieht vorteilhafterweise durch die Anordnung der Antriebseinheit in dem dem Vorderrad zugewandten Bereich des Hinterrads. Die Kraftübertragung findet somit auch besonders vorteilhafterweise nicht im Bereich der Achse des Hinterrads statt, sondern dezentral an dessen Felge, so dass hier Tangentialkräfte für den Antrieb genutzt werden können.
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Von großem Vorteil ist diese Anordnung auch, da Rahmenteile des Fahrrads eingespart werden können. Da das Tretlager nun nicht mehr zwischen Vorder- und Hinterrad positioniert wird, kann das Unterrohr entfallen. Auch kann das Sitzrohr entsprechend verkürzt werden. Das erfindungsgemäße Fahrrad erlangt damit zusätzlich noch den Vorteil eines reduzierten Gewichts.
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Vorteilhafterweise kann das erfindungsgemäße Fahrrad auch zur Mitte eingeklappt werden, da kein Unterrohr vorhanden sein muss. Das Fahrrad kann so platzsparend untergebracht werden, entweder zum Transport im Aufzug oder Auto oder zur Aufbewahrung zu Hause.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Antriebsrad ein Antriebsprofil auf, welches reibschlüssig an der der Hinterradachse zugewandeten Innenoberfläche der Hinterradfelge angreift. Die Kraftübertragung zwischen Antriebsrad und Hinterradfelge erfolgt also bevorzugt durch Reibkräfte. Durch ein Profil auf der Außenumfangsfläche des Antriebsrads ist der Antrieb erfindungsgemäß auch bei feuchter oder kalter Witterung gewährleistet. Die Felge muss erfindungsgemäß keine Profilierung aufweisen, es ist jedoch selbstverständlich alternativ denkbar, dass die Felgeninnenseite profiliert ist.
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Das Antriebsprofil ist erfindungsgemäß auf der Außenumfangsfläche des Antriebsrades eingearbeitet oder aufgebracht. Erfindungsgemäß ist beispielsweise ein Profilauftrag aus Gummi oder anderen die Haftreibung erhöhenden Materialien wie Silikonkautschuk möglich.
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Erfindungsgemäß kann das Antriebsrad auch einen Antriebsring umfassen, der auf der Außenumfangsfläche des Antriebsrades angeordnet ist und als Träger für das Antriebsprofil dient. Dieser Antriebsring trägt dann auf seiner Außenumfangsfläche das Antriebsprofil. Er ist austauschbar und daher von besonderem Vorteil, sollte das Antriebsprofil abgenutzt sein oder Schaden genommen haben. Ein Aufsetzen den Antriebsrings erfolgt durch Formschluss, beispielsweise über ein Gewinde oder auch eine Rastverbindung.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Innenoberfläche der Hinterradfelge mit einer kraftschlusserhöhenden Beschichtung versehen ist. Die der Hinterradachse zugewandte und mit dem Antriebsprofil in Kontakt kommende Fläche kann in ihren Haftreibungseigenschaften verbessert werden, wenn eine Beschichtung aufgetragen ist. Die Beschichtung kann erfindungsgemäß aus allen haftreibungserhöhenden Materialien bestehen, die geeignet sind auf das Felgenmaterial, beispielsweise Aluminium aufgebracht zu werden. Beispielsweise kann eine matte und damit die Reibungskräfte erhöhende Beschichtung oder ein rauer Lack aufgetragen werden.
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Erfindungsgemäß ist es zudem vorgesehen, dass die Breite der der Hinterradachse zugewandten Innenseite der Hinterradfelge der Breite des oder der Antriebsräder entspricht. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung greift also das Antriebsprofil in seiner ganzen Breite in die Hinterradfelge ein. Gegebenenfalls ist die Felge für diese Zwecke verbreitert. Dies führt zu einer verbesserten Kraftübertragung von Antriebsrad auf die Felge.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrrads werden anhand der in den folgenden Figuren gezeigten Ausführungsformen beschrieben. Es zeigen:
- 1: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrrads in Seitenansicht;
- 2: eine Teilansicht der in 1 gezeigten Ausführungsform von oben auf das Hinterrad (zum besseren Verständnis sind die einzelnen Bauteile auseinandergerückt dargestellt);
- 3: eine Antriebseinheit der in 1 gezeigten Ausführungsform;
- 4. ein Antriebsrad der in 1 gezeigten Ausführungsform, auf das gemäß
- 5: ein Antriebsring mit Antriebsprofil aufgesetzt wird, hier in Form von Querstegen;
- 6: eine weitere Ausführungsform des Antriebsrings für das erfindungsgemäße Fahrrad, hier mit einem Noppenprofil;
- 7. eine weitere Ausführungsform des Antriebsrings für das erfindungsgemäße Fahrrad, hier mit einem Querstangenprofil;
- 8: eine weitere Ausführungsform des Antriebsrings für das erfindungsgemäße Fahrrad, hier mit einem gemischten, laufrichtungsgebundenen Profil;
- 9: eine weitere Ausführungsform des Antriebsrings für das erfindungsgemäße Fahrrad, hier mit einem gemischten, laufrichtungsgebundenen Profil, im Vergleich zu 8 als unterbrochenes Profil; sowie
- 10: eine weitere Ausführungsform des Antriebsrings für das erfindungsgemäße Fahrrad, hier mit einem laufrichtungsgebundenen Profil.
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In 1 ist das erfindungsgemäße Fahrrad insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 beziffert. Das Fahrrad 10 ist in Seitenansicht dargestellt. Es umfasst einen Fahrradrahmen 11, ein Vorderrad 12, ein Hinterrad 13, einen Lenker 14, sowie eine Antriebseinheit 15. Der Rahmen 11 umfasst eine Gabel 16, ein Sitzrohr 17 und ein die Gabel 16 und das Sitzrohr 17 verbindendes Oberrohr 18. Vom Oberrohr 18 geht in Richtung des Hinterrads der Hinterbau 19 des Fahrrads 10 ab.
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Der Hinterbau 19 umfasst die Sattelstreben 20, welche einenends mit dem Oberrohr 18 verbunden ist und anderenends eine Aufnahme für die Hinterradachse 21 tragen. Im spitzen Winkel in Richtung Vorderrad 12 weisend schließt sich unmittelbar an die Aufnahmevorrichtung beidseitig des Hinterrads 13 jeweils eine Unterstrebe 22 an. Hier in der Seitenansicht ist nur eine Unterstrebe 22 sichtbar. Diese ist gerade ausgebildet und trägt an ihrem freien Ende 23 eine Antriebseinheit 24. Das Sitzrohr 17 endet oberhalb der Hinterradstütze 20, es ist nicht mit der Unterstrebe 22 oder der Hinterradstütze 20 verbunden.
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Die Antriebseinheit 24 umfasst ein Antriebsrad 25 und eine Tretkurbel 26 mit Pedale 27. Erfindungsgemäß sind die Länge der Unterstrebe 22 und der Durchmesser des Antriebsrades 25 so abgestimmt und bemessen, dass das Antriebsrad 25 mit seiner Außenumfangsfläche 28 in die Hinterradfelge 29 des Hinterrads 13 eingreift.
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Ordnet man der Hinterradfelge 29 einen Umfangskreis U1 zu und dem Antriebsrad 25 einen Umfangskreis U2, so ist der Umfangskreis U2 erfindungsgemäß so positioniert, dass der Umfangskreis U2 im Umfangskreis U1 liegt und immer mindestens ein Kreispunkt des Umfangskreises U2 einen Kreispunkt des Umfangskreise U2 berührt. 2 zeigt eine Teilansicht der Antriebseinheit 24 des erfindungsgemäßen Fahrrads 10 in Ansicht von oben auf die Unterstreben 22. Aus der Figur ist erkennbar, dass das Hinterrad 13 von den Unterstreben 22 eingerahmt wird. Jede der Unterstreben 22 trägt an ihrem freien Ende 23 ein Antriebsrad 25. Beide Antriebsräder 25 rechts und links des Hinterrades 13 sind unabhängig voneinander an jeweils einer Unterstrebe 22 befestigt. Sie sind nicht mit einander verbunden und lassen sich unabhängig voneinander bewegen. Die Tretkurbeln 26 können über Steck- oder über Schraubverbindungen in den jeweiligen Antriebsrädern 25 festgelegt werden.
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Nur 2 zeigt einen zwischen Antriebsrad und Tretkurbel angeordneten Spritzschutz. In den übrigen Zeichnungen wurde dieses an sich vorteilhafte, optionale Bauteil nicht dargestellt, um die eigentliche Erfindung übersichtlicher darzustellen. Der Spritzschutz vermeidet, dass beim Fahren aufspritzender Schmutz Schuhe und Hose des Radfahrers beschmutzt.
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3 zeigt eine Ausführungsform der Kurbelgarnitur 24 für das erfindungsgemäße Fahrrad 10. Sie besteht aus einem Antriebsrad 25 mit Tretkurbel 26 und Pedale 27. Die Tretkurbel 26 ist über eine Schraubverbindung mit dem Antriebsrad 25 verbunden. Das Antriebsrad 25 umfasst ein Lager 30, so dass die Tretkurbel 26 in Laufrichtung L des Fahrrads drehbar ist. Bezüglich des Rücklaufs, also gegen die Laufrichtung kann eine Leerlauffunktion des Lagers 30 vorgesehen sein.
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Das Antriebsrad 25 trägt auf seiner Außenumfangsfläche 28 einen Antriebsring 31. Der Antriebsring 31 kann aus Metall oder Kunststoff gefertigt sein. Er weist ein Antriebsprofil 32 auf. Das in 3 dargestellte Antriebsprofil 32 besteht aus quer zur Laufrichtung L ausgerichteten T-Stegen 33. Diese sind einstückig mit dem Antriebsring als Träger verbunden. Die T-Stege 33 können als Ganzes aus Gummi oder Silikonkautschuk bestehen oder nur auf ihrer zur Hinterradfelge 29 weisende Oberfläche 34 mit einen reibungsverstärkenden Material beschichtet sein.
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Wie aus den 4 und 5 ersichtlich, kann der Antriebsring 31 als separates Bauteil gefertigt sein, der auf das Außenumfangsfläche 28 des Antriebsrades 25 aufgesetzt oder aufgeschraubt wird. Bei der letzteren Variante weist das Antriebsrad 25 ein Außengewinde 35 auf und der Antriebsring 31 ein dazu passenden Innengewinde 36. Auf diese Weise kann der Antriebsring 31 bei Bedarf ausgetauscht werden, sei es bei verschlissenem Profil oder um die Profilart zu wechseln.
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Zum Antrieb des Fahrrads 10 greift nun das Antriebsrad 25 in die Hinterradfelge 29 ein. Beim Betätigen der Pedale 27 wird die Tretkurbel 26 in Laufrichtung L gedreht. Da die Tretkurbel 26 fest mit dem Antriebsrad 25 verbunden ist, dreht sich dieses ebenfalls in Laufrichtung L. Der Eingriff zwischen Antriebsrad 25 und Hinterradfelge 29 erfolgt unmittelbar. Das auf der Außenumfangsfläche 28 des Antriebsrades 25 oder des Antriebsrings 31 vorhandene Antriebsprofil 32 kommt reibschlüssig mit der der Hinterradachse 21 zugewandten Innenseite 37 der Hinterradfelge 29 in Kontakt. Die Reibkräfte zwischen dem Antriebsprofil 32 und der Innenseite 37 der Hinterradfelge 29 setzen das Hinterrad in Bewegung. Das Fahrrad 10 wird in Laufrichtung L angetrieben.
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Die 6 bis 10 zeigen weitere, erfindungsgemäße Antriebsringe 31, die auf dem Antriebsrad 25 angeordnet werden können.
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So ist der in 6 gezeigte Antriebsring 31 mit einem Antriebsprofil 32 versehen, welches noppenförmige Verstärkungen 38 aufweist, die zur Verstärkung der Reibkräfte zwischen Antriebsrad 25 und Hinterradfelge 29 dienen.
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7 zeigt einen Antriebsring 31 mit einem Antriebsprofil 32, welches aus einzeln gelagerten Streben 39 besteht, die quer zur Laufrichtung L angeordnet sind.
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8 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Antriebsring 31 mit einem Antriebsprofil 32, welches abwechselnd pfeilförmige Verstärkungen 40 und punktförmige Verstärkungen 41 aufweist. Ein derartiges Profil ist laufrichtungsgebunden.
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9 zeigt einen Antriebsring 31 mit einem Antriebsprofil 32, welches im Wesentlichen dem der 8 entspricht, jedoch ist hier das Antriebsprofil 32 auf dem Ring 31 in Umfangsrichtung in regelmäßigen Abständen unterbrochen.
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10 zeigt einen Antriebsring 31 mit einem Antriebsprofil 32, welches zackenförmige Erhebungen 42 aufweist. Diese sind mit ihrem Kamm 43 jeweils quer zur Laufrichtung ausgerichtet, um die Reibungskräfte zwischen Profil 32 und Felgeninnenseite 37 zu verstärken. Auch dieses Antriebsprofil 32 ist in regelmäßigen Abständen unterbrochen und ist zu besseren Stabilität mit Stegen 44 versehen, die mit dem Antriebsring 31 verbunden sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Fahrrad
- 11
- Rahmen
- 12
- Vorderrad
- 13
- Hinterrad
- 14
- Lenker
- 15
- Antriebseinheit
- 16
- Gabel
- 17
- Sitzrohr
- 18
- Oberrohr
- 19
- Hinterbau
- 20
- Sattelstreben
- 21
- Hinterradachse
- 22
- Unterstrebe
- 23
- freies Ende
- 24
- Kurbelgarnitur
- 25
- Antriebsrad
- 26
- Tretkurbel
- 27
- Pedale
- 28
- Außenumfangsfläche
- 29
- Hinterradfelge
- 30
- Lager
- 31
- Antriebsring
- 32
- Antriebsprofil
- 33
- T-Steg
- 34
- Oberfläche T-Stege
- 35
- Außengewinde des Antriebsrads
- 36
- Innengewinde des Antriebsrings
- 37
- Innenseite der Hinterradfelge
- 38
- noppenförm ige Verstärkungen
- 39
- Streben
- 40
- pfeilförmige Verstärkung
- 41
- punktförmige Verstärkung
- 42
- zackenförmige Erhebungen
- 43
- Kamm
- 44
- Steg
- L
- Laufrichtung
- R
- Rücklauf
