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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 zwei Freilaufritzel an der Vorderradnabe, die eine Nabenschaltung erhält, umsetzt.
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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.
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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 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.
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In der
DE202014003151 U7,
DE202015002272U1 und
DE102015004547A1 wird ein Vorderradantrieb für Fahrräder beschrieben, der dieses Problem lösen soll. Hier wird eine Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dgl. beschrieben, bei der durch Wipp- Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers, der an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau befestigt ist, die so erzeugte Bewegung mittels eines spiegelbildlich beidseitig, baugleich angeordneten Kraftübertragungssystems aus Seilzügen und Ketten In eine Drehbewegung auf ein zwei Freilaufritzel an der Vorderradnabe umgesetzt wird.
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Dies ist durch beidseits, symmetrisch zum Vorbau, mit dem Lenker schwenkbar, fest verbundene, lose Rollen, über die ein Seilzug geführt wird, realisiert.
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Hierbei ergeben sich jedoch mehrere Nachteile.
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So muss bei der Verwirklichung dieser sonst fast ausschließlich auf Serientelle des Fahrrad- bzw. Bootszubehörs basierenden Lösung eine Nabe gesondert angefertigt werden, die auf beiden Seiten gleich gerichtete integrierte Freiläufe bzw. Gewinde zur Aufnahme von Freilaufritzeln trägt.
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Dies hemmt die gewerbliche Nutzung der Erfindung durch höhere Fertigungskosten.
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Die Verwendung von in großer Stückzahl preiswert verfügbarer Seriennaben wäre wünschenswert.
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Der Einsatz von Scheibenbremsen ist heutzutage an sportlichen Fahrrädern aus Sicherheitsgründen weitgehend Standard. Dies ist an der genannten symmetrischen Vorderradnabe nicht ohne erheblichen Aufwand möglich. Da die Scheibe links am Nabenkörper am Flansch befestigt sein muss, vergrößert sich der Abstand zur Bremssattelaufnahme an der Gabel. Die Einstellmöglichkeiten des Bremssattels können das nicht ausgleichen, so dass hier Adapterlösungen erforderlich wären, die das Bremssystem Instabiler machen und somit ein Sicherheitsrisiko darstellen würden.
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Weiterhin ist beim Radfahren in abwechslungsreichem Geländeprofil eine variable Übersetzung (Gangschaltung) heute kaum wegzudenken. Zwar ist in
DE 202015002272U1 und
DE 102015004547A1 eine bedarfsweise Untersetzung des Antriebes durch Ausschaltung der losen Rollen vorgesehen. Diese ermöglicht Jedoch nur einen weiteren (Berg-) Gang. Weiterhin wird der Kippwinkel des Lenkers dadurch halbiert, was den Bewegungsablauf stört. Eine In den zusätzlichen Handantrieb des Vorderrades integrierte Gangschaltung, die diesen an den jeweils gewählten Gang am Hinterrad anpasst und die Synchronlzltät zwischen Arm- und Beinbewegungen erhält, wäre von Vorteil.
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Nicht zuletzt ist die Blocklerbarkelt des ganzen Systems in Gefahrensituationen oder bei Nichtnutzung von großer Wichtigkeit. In
DE 202015002272U1 und
DE 102015004547A1 werden auch zu diesem Zweck die Seilzüge in den losen Rollen blockiert, was den Verschleiß stark erhöht. Außerdem erhöhen mehr mechanische Teile als notwendig an den Lenkerenden das Risiko des Hängenbleibens an Gegenständen mit Sturzfolge. Günstig wäre daher die Integration eines Blockiermechanismus des zusätzlichen Handantriebes des Vorderrades innerhalb der Gabelholme.
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In
FR276573A1 wird ein Antrieb des Vorderrades eines Fahrrades beschrieben mit Umwandlung der Wipp-Bewegungen des Lenkers In Hin-und-Her-Bewegungen von Ketten in eine Drehbewegung eines Kettenblattes mit Kraftübertragung über eine Fahrradkette und Kettenschaltung auf die Vorderradnabe. Es wird sich hierzu eines Getriebes oberhalb des Vorderrades bedient. Hier besteht ein erheblicher Fertigungsaufwand, der der gewerblichen Nutzung im Wege steht. Weitere Kritikpunkte sind Reibungsverluste und hohes Gewicht.
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In
US2009/0091099A1 werden verschiedene Übertragungsvarianten einer Wipp-Bewegung eines Fahrradlenkers auf Spezialnaben mit beidseitigen gleichgerichteten Freiläufen oder auf eine konventionelle Fahrrad-Hinterradnabe in einer Vorderradgabel eines Fahrrades beschrieben. Die Seilführungen lassen jeweils erhebliche Reibungsverluste erwarten. Bel den Ausführungen, welche durch die Nutzung konventioneller Naben gekennzeichnet sind, werden aufwändige Übertragungseinheiten oberhalb des Vorderrades benötigt. Neben hohen Fertigungskosten sind wiederum Reibungsverluste der Ketten- statt Seilzugführungen und hohes Gewicht zu kritisieren.
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Weder in
FR276573A1 noch in
US2009/0091099A1 sind Lösungen genannt, die das Erzielen einer maximalen Zuglänge und damit Wegstrecke am Vorderrad aus dem (ergonomisch begrenzten) Kippwinkel des Lenkers ermöglichen.
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Die hier vorgestellte Lösung ermöglicht einen zusätzlichen Armantrieb des Vorderrades eines Fahrrades oder dergleichen durch die Nutzung einer kommerziell erhältlichen Hinterrad-Getriebenabe vorne, die mit einer Scheibenbremse ausgerüstet Ist. Eine integrierte Blocklervorrlchtung Ist ebenfalls realisiert.
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Dabei wird sich symmetrisch zum Vorbau, mit dem Lenker schwenkbar fest verbundener loser Rollen, über die ein Seilzug geführt wird, bedient.
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Das eine Ende des in Fahrtrichtung linken Seilzuges ist drehbar fest an der Gabel oder einer daran befestigten Halteachse angelenkt und wird über die linke lose Rolle geführt, während das andere Ende des Seilzuges, über eine auf der linken Führungsachse drehbar gelagerten obenllegende Umlenkrolle und eine auf der rechten Führungsachse drehbar gelagerten hinteren untenliegende Umlenkrolle geführt, fest mit einem Antriebsstrang verbunden ist, der ein rechtseitig auf einem Freilaufkörper an der Getriebenabe fest angebrachtes gleichgerichtetes äußeres Freilaufritzel umschließend erfasst.
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Das andere Ende des Antriebsstranges ist erfindungsgemäß fest mit einem Führungsstrang verbunden.
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Über ein auf der rechten Führungsachse drehbar gelagertes Umlenkelement lässt sich die Bewegung auf ein alternierend arbeitendes Kraftübertragungssystem führen.
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Dabei Ist das andere Ende des Führungsstranges fest mit dem zweiten Innenliegenden Antriebsstrang verbunden, der ein direkt neben dem genannten äußeren Freilaufritzel auf dem Freilaufkörper der Getriebenabe fest angebrachtes gleichgerichtetes inneres Freilaufritzel umschließend erfasst.
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Das andere Ende des innenliegenden Antriebsstranges ist mit einem Ende des in Fahrtrichtung rechten Seilzuges fest verbunden. Dieser verläuft über eine auf der rechten Führungsachse drehbar gelagerte vordere untenliegende Umlenkrolle direkt zu einer In Fahrtrichtung am rechten Lenkerende schwenkbar fest verbundenen losen Rolle. Über diese verlaufend ist das andere Ende des rechten Seilzuges drehbar fest an der Gabel oder einer daran befindlichen Halteachse angelenkt.
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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.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind In den Unteransprüchen ausgeführt.
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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.
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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.
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Jedoch ist die Verwendung einer Nabenschaltung, wie sie normalerweise im Hinterrad eines herkömmlichen Fahrrades Verwendung findet auch bei der besonders effektiven Nutzung der Armkraft In hügeliger Landschaft, bei Gegenwind oder hoher angestrebter Geschwindigkeit von großem Nutzen und erweitert den Einsatzbereich des Fahrrades als gleichzeitig Oberkörper und Beine trainierendes Sportgerät.
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Eine besonders effektive Lösung wird erreicht, wenn das Umlenkelement gemeinsam mit den untenliegenden Umlenkrollen auf einer gemeinsamen rechten Führungsachse drehbar fest angeordnet werden, die an der Gabel fest angebracht Ist. Eine besondere Stabilität wird erreicht, wenn die rechte Führungsachse gemeinsam mit der Halteachse und der linken Führungsachse mit einer Halteplatte fest verbunden sind.
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Das Umlenkelement liegt, da es durch den darüber laufenden Führungsstrang nur wenig belastet wird, am vorderen Ende der längeren rechten Führungsachse. Dabei ist der Abstand zur Halteplatte so weit nach vorn gewählt, um einen senkrechten Verlauf des Führungsstranges über das Umlenkelement zu gewährleisten.
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Für die Erfindung kann es besonders sinnvoll sein, die losen Rollen, alle Umlenkrollen und das Umlenkelement so anzuordnen, dass die Ausrichtung der darüber verlaufenden Seilzüge und des Führungsstranges zu den Freilaufritzeln annähernd senkrecht geführt ist. Damit kann ein besonders reibungsarmer Lauf der Antriebsstränge auf den Freilaufritzeln, ebenso wie der der Seilzüge auf den Umlenkrollen und des Führungsstranges auf dem Umlenkelement, gewährleistet werden.
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Als Umlenkrollen, Umlenkelement und lose Rollen lassen sich wahlweise und vorteilhafterweise Ritzel oder Rollen einsetzen.
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Die Halteplatte lässt sich sinnvollerweise fest mit den Halte- und Führungsachsen verbinden.
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Als Halteplatte lässt sich auch ein gekürzter 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.
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Auf herkömmliche Art und Weise lässt sich zudem an der Getriebenabe links eine Bremsscheibe montieren, die über einen an der Bremssattelaufnahme der Vorderradgabel montierten Bremssattel bedient wird. Somit besteht für die Anordnung des Kraftübertragungssystems oberhalb und rechts des Vorderrades volle Bewegungsfreiheit.
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Vorteilhafterweise ist das gesamte Antriebssystem des Vorderrades schnell und wirkungsvoll bei Bedarf blockierbar. Durch eine rechts am äußeren Ende des Freilaufkörpers der Getriebenabe angebrachte weitere Bremsscheibe, der Blockierbremsscheibe, kann mittels eines darauf wirkenden mit dem rechten Gabelholm fest verbundenen Scheibenbremssattels - dem Blockierbremssattel - die Drehung des Freilaufkörpers verhindert werden. Die darauf befindlichen beiden äußeren und inneren Freilaufritzel können sich dann nicht mehr in Rotationsrichtung drehen. Durch die darüber verlaufenden inneren und äußeren Antriebsstränge sowie die daran befestigten linken und rechten Seilzüge stabilisieren über die losen Rollen beide Enden des Fahrradlenkers. Somit wird dessen Kippbewegung unterbunden, während sich das Vorderrad, da sich Im Freilaufkörper ein integrierter Freilauf befindet, weiter in Rotationsrichtung drehen kann. Ausgelöst wird die Blockierbremse - als Seilzugbremse für die rechte Nabenseite kommerziell erhältlich - über einen Seilzug, der an den Fahrradlenker geführt ist. Dort wird er über einen Daumenschalter betätigt und dabei einrastend gespannt oder gelockert. In Gefahrensituationen oder bei Nichtgebrauch des zusätzlichen Vorderradantriebes kann der Lenker also festgestellt und Einflüsse auf die Lenkbewegung damit ausgeschlossen werden. Es ergibt sich ein wesentliches Plus an Fahrsicherheit.
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Die Verwendung hydraulischer Bremssattel an der Blockierbremse ist ebenfalls möglich.
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Eine wesentliche Erweiterung des Einsatzbereiches des so ausgerüsteten Fahrrades ist dadurch gegeben, dass für den beschriebenen Vorderradantrieb eine Getriebenabe verwendet wird. Diese sind mit Freilaufkörper und damit Platz für zwei Freilaufritzel und bei Bedarf Blockierbremsscheibe erhältlich. Die Gangwahl erfolgt herkömmlich über einen Lenkerschalter und wird durch einen Bowdenzug und eine Umlenkmechanik auf einen Bolzen übertragen, der durch die Hohlachse auf der rechten Nabenseite verläuft und das Planetengetriebe im Nabenkörper schaltet.
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Auch ohne Nabenschaltung stellt die Verwendung kommerziell erhältlicher Hinterradnaben, die die Klemmbreite handelsüblicher Fatblke-Vorderradgabeln haben, gegenüber anderen Systemen, die speziell angefertigter Naben bedürfen, eine wesentlich erleichterte gewerbliche Nutzung dar.
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Weitere besondere Ausgestaltungen hinsichtlich der Antriebsstränge bestehen darin, diese als Kette oder Zahnriemen, den Führungsstrang als Kette, Riemen, Zahnriemen oder als Seilzug und den Seilzug auch als Kette, Riemen oder Zahnriemen auszubilden.
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Die Verbindung der Seilzüge mit der Halteachse mittels Seilspannern und Kugelgelenk-Anlenkungen bringt hinsichtlich der Führung und der Vorspannung des Seilzuges wesentliche Vorteile.
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Es hat sich zudem gezeigt, dass, wenn die losen Rollen mit Kugelgelenken am Fahrradlenker befestigt werden, eine deutlich verbesserte Führung der Seilzüge zu den Umlenkrollen gewährleistet ist.
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Um die notwendige Vorspannung von Antriebs -, Führungssträngen und Seilzügen zu gewährleisten kann es sinnvoll sein, als zugelastische Verbindung Zugfedern sowie elastische Kunststoffelemente wie Elastomere zu verwenden wenn für den Führungsstrang nicht komplett zugelastisches Material gewählt wurde.
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Grundsätzlich sprechen für einen zusätzlichen Armantrieb vor allem Trainingsziele am Oberkörper, kombiniert beispielsweise mit dem Verzicht auf eine Gangschaltung. 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.
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Im Hügel- oder Bergland kommt ein mit fester Übersetzung (Single Speed) ausgerüsteter Radfahrer jedoch an steileren oder langen Steigungen an seine Grenzen und eine variable Übersetzung auch am Vorderrad Ist wünschenswert. Denn nur so kann die Arm- und Beinbewegung synchron gehalten werden - eine Voraussetzung für den effektiven Einsatz des zusätzlichen Armantriebs.
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Die erfindungsgemäße Lösung stellt einen Nachrüstsatz dar. Bis auf Vorbau, Vorderradnabe und eventuell Gabel bzw. Lenker kann das übrige Fahrrad unverändert bleiben. Aufwändige Rahmenlösungen entfallen.
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Daher ist diese Lösung besonders geeignet für Nutzer, die den Vorderradantrieb nicht ständig verwenden wollen.
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Es ist eine einfache und relativ billige Lösung unter Nutzung vorhandener Bauteile, wie z.B. Getriebenabe, Fahrradlenker und handelsüblicher Kleinteile aus z.B. Bootsbedarf.
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Es gibt zudem Gewichtsvortelle gegenüber anderen Arm- und Bein-Antrieben.
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Durch die Kraftübertragung auf das Vorderrad wird eine komplizierte und damit teure, störanfällige Übertragung auf Hinterrad bzw. Tretlager/Pedale vermieden.
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Die Lösung mit zwei freien Rollen stellt insbesondere eine einfache und leichte Übersetzung 2:1 dar, um die Kippbewegung des Lenkers im Vergleich zu beschriebenen Lösungen in größere Wegstrecke umzusetzen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen näher erläutert.
- Dabei zeigt 1 in der Vorderansicht das Vorderrad (1) eines Fahrrades mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Handantrieb.
- 2 stellt eine Seitenansicht des Vorderrades (1) mit der erfindungsgemäßen Handantriebsvorrichtung dar, wobei hier aus Gründen der Darstellung im Gegensatz zu 1 das rechte Lenkerende erhoben gezeichnet wurde. Aus dem gleichen Grund wurden Teile des rechten Holmes der Fahrradgabel (11) und der Blocklerbremsschelbe (31) weggelassen.
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Bezugszeichenliste:
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- 1
- Vorderrad
- 2
- Fahrradlenker
- 3
- Vorbau
- 4
- äußeres Freilaufritzel
- 5
- inneres Freilaufritzel
- 6
- Getriebenabe
- 7
- linke lose Rolle
- 8
- rechte lose Rolle
- 9
- linker Seilzug
- 10
- rechter Seilzug
- 11
- Fahrradgabel
- 12
- Halteachse
- 13
- linke Führungsachse
- 14
- obenliegende Umlenkrolle
- 15
- rechte Führungsachse
- 16
- hintere untenliegende Umlenkrolle
- 17
- Verbindungselemente
- 18
- außenliegender Antriebsstrang
- 19
- Freilaufkörper
- 20
- Führungsstrang
- 21
- Umlenkelement
- 22
- innenliegender Antriebsstrang
- 23
- Verbindungselemente zum Führungsstrang
- 24
- vordere untenliegende Umlenkrolle
- 25
- linker Seilspanner mit Kugelgelenk-Anlenkung
- 26
- Kugelgelenke am Fahrradlenker (2)
- 27
- Halteplatte
- 28
- Scheibenbremssattel
- 29
- Bremsscheibe
- 30
- rechter Seilspanner mit Kugelgelenk-Anlenkung
- 31
- Blockierbremsscheibe
- 32
- Blockierbremssattel
- 33
- Anschlagplatte
- 34
- Gummischeibe
- 35
- Steuerrohr
- 36
- Oberrohr
- 37
- Unterrohr
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Die erfindungsgemäße Lösung gemäß Flg.1 und 2 zeigt die Vorrichtung zum Handantrieb des Vorderrades (1) eines Fahrrades, wobei der Vortrieb durch Wipp-Bewegung eines konventionellen Fahrradlenkers (2) bewirkt wird. Dazu ist der so bewegliche Fahrradlenker (2) an einem drehbaren, um seine Achse schwenkbaren Vorbau (3) befestigt. Eine bei dieser Wipp- Bewegung erzeugte Kraft lässt sich mittels eines Systems aus Seilzügen und Ketten zur Kraftübertragung in eine Drehbewegung auf das äußere und das Innere Freilaufritzel (4, 5) an der Getriebenabe (6) umsetzen.
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Die Kraftübertragung erfolgt mittels eines asymmetrisch angeordneten Kraftübertragungssystems.
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Das Kraftübertragungssystems besteht erfindungsgemäß aus zwei am Lenker (2), symmetrisch zum Vorbau (5), mit dem Lenker (2) mittels Kugelgelenken (26) schwenkbar fest verbundenen losen Rollen (7, 8) gleicher Bauart, über die gleichartige Seilzüge (9, 10) geführt werden.
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Das eine Ende des in Fahrtrichtung linken Seilzuges (9) ist drehbar und schwenkbar fest verbunden an der Fahrradgabel (11) oder einer daran befestigten Halteachse (12) angelenkt. Das andere Ende des linken Seilzuges (9) verläuft über die linke lose Rolle (7) nach unten über eine auf der linken Führungsachse (13) drehbar gelagerte obenliegende Umlenkrolle (14) und eine auf der rechten Führungsachse (15) drehbar gelagerten hinteren untenliegende Umlenkrolle (16) und Ist über ein Verbindungselement (17) fest mit einem außenliegenden Antriebsstrang (18) verbunden. Dieser erfasst umschließend ein rechtseitig auf einem Freilaufkörper (19) an der Getriebenabe (6) fest angebrachtes gleichgerichtetes äußeres Freilaufritzel (4).
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Das andere Ende des außenliegenden Antriebsstranges (18) ist durch ein Verbindungselement zum Führungsstrang (23) fest mit einem Führungsstrang (20) verbunden, wobei über ein auf der rechten Führungsachse (15) drehbar gelagertes Umlenkelement (21) die Bewegung auf das alternierend arbeitende rechtsseitige Kraftübertragungssystem geführt wird.
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Hierbei wird über ein weiteres Verbindungselement zum Führungsstrang (23) ein Innenliegender Antriebsstrang (22) geführt. Dieser erfasst umschließend ein gleichgerichtetes inneres Freilaufritzel (5), welches rechts auf dem Freilaufkörper (19) der Getriebenabe (6) medial des äußeren Freilaufritzels (4) fest angebracht ist.
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Das andere Ende des Innenliegenden Antriebsstranges (22) ist über ein Verbindungselement (17) mit einem rechten Seilzug (10) verbunden.
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Der rechte Seilzug (10) verläuft über eine vordere untenliegende Umlenkrolle (24), die auf der rechten Führungsachse (15) drehbar gelagert Ist, zur rechten losen Rolle (8). Über diese verlaufend gelangt das andere Ende des rechten Seilzuges (10) zur Fahrradgabel (11), mit der es direkt oder über eine Halteachse (12) drehbar und schwenkbar fest verbunden ist.
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Es hat sich gezeigt, dass hierzu Seilspanner (25) kombiniert mit Kugelgelenken, die auf der Halteachse (12) sitzen, den optimalen Verlauf der Seilzüge (9, 10) ermöglichen.
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Aus dem gleichen Grund sind die linke und rechte lose Rolle (7, 8) am Fahrradlenker (2) über Kugelgelenke (26) drehbar und schwenkbar fest verbunden. Dabei sind die Verbindungspunkte der beiden Kugelgelenke gering In Fahrtrichtung gegeneinander versetzt, um einen optimal senkrechten Verlauf der Seilzüge über die Umlenkrollen zu ermöglichen.
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Der Führungsstrang (20) besteht zweckmäßigerweise aus zugelastischem festen Material wie Nylon. Dadurch wird, bei der Verwendung von Ketten als außen- und innenliegende Antriebsstränge (18, 22) die Kettenspannung gehalten und eln Abspringen von dem äußeren oder inneren Freilaufritzel (4, 5) verhindert. Wird als Führungsstrang (20) nichtelastisches Material verwendet, sollten aus den eben genannten Gründen die Verbindungselemente zum Führungsstrang (23) ihrerseits zugelastisch ausgeführt werden.
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Als zugelastische Verbindungselemente zum Führungsstrang (23) können Zugfedern sowie elastische Kunststoffelemente wie Elastomere verwendet werden.
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Die Verbindungselemente (17) zwischen rechten und linken Seilzügen (9,10) mit den innen- bzw. außenliegenden Antriebssträngen (18,22) sind aus festem, auf die Übertragung hoher Zugkräfte ausgelegtem Material gefertigt.
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Vorteilhafterweise ist das Umlenkelement (21) auf der rechten Führungsachse (15) drehbar fest, angeordnet. Diese trägt außerdem die drehbar fest gelagerte vordere und hintere untenliegende Umlenkrolle (24, 16) und ist, wie die die obenliegende Umlenkrolle (14) tragende linke Führungsachse (13), an der Fahrradgabel (11) fest angebracht.
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Das System aus Halteachse (12), linker und rechter Führungsachse (13, 15) wird durch eine Halteplatte (27), die mit den eben genannten Achsen fest verbunden ist, stabilisiert.
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Es hat sich auch gezeigt, dass als Halteplatte (27) effektiverweise auch ein brake booster zum Einsatz kommen kann.
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Die obenliegende Umlenkrolle (14), vordere und hintere untenliegende Umlenkrolle (24, 16) und das Umlenkelement (21) werden im gezeigten Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass deren Ausrichtung zum äußeren und inneren Freilaufritzel (4, 5) annähernd senkrecht geführt Ist. Sowohl die eben genannten Umlenkrollen (14, 24,16) auf der rechten bzw. linken Führungsachse (15, 13), als auch das Umlenkelement (21) auf der rechten Führungsachse (15), sind parallel in einer Ebene zueinander befestigt.
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Die Halteachse (12) sowie linke Führungsachse (13) und rechte Führungsachse (15) sind fest mit der Fahrradgabel (11) verbunden.
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Damit für die Anordnung des Kraftübertragungssystems volle Bewegungsfreiheit gewährleistet ist, wird die Getriebenabe (6) des Vorderrades (1) mit einem am linken Holm der Fahrradgabel (11) auf herkömmliche Welse angebrachten handelsüblichen Scheibenbremssattel (28), der auf eine an der Getriebenabe (6) In Fahrtrichtung linksseitig angebrachte Bremsscheibe (29) einwirkt, gebremst.
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Um die Sicherheit In allen Fahrsituationen zu erhöhen und um die Möglichkeit zu erhalten, den zusätzlichen Vorderradantrieb bei Bedarf sofort auszuschalten - zu blockieren - ist eine robuste Lösung wünschenswert. Diese greift in die Krafteinleitung der Getriebenabe direkt ein, blockiert diese und damit das System aus Antriebssträngen und Seilzügen, was zum unmittelbaren Stillstehen des Fahrradlenkers (2) In jeder Lage führt, diesen sicher hält und die Steuerbewegungen der Arme mit maximaler Sicherheit umsetzt.
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Dafür ist seitlich des äußeren Freilaufritzels (4) mit dem Freilaufkörper (19) der Getriebenabe (6) eine weiter Bremsscheibe, die Blockierbremsscheibe (31) fest verbunden. Auf diese wirkt bei Bedarf ein weiterer Bremssattel, der Blockierbremssattel (32), welcher über einen Daumenschalter vom Lenker aus betätigt wird. Diese Auslösevorrichtung ist, ebenso wie die Bremsleitung und Bremsgriff der Scheibenbremse, In 1 und 2 der besseren Übersicht wegen weggelassen worden. Der Blockierbremssattel (32) ist mit dem rechten Holm der Fahrradgabel (11) fest verbunden und ergreift - ausgelöst - mit den Bremsbelägen die Blockierbremsscheibe (31). Dadurch wird deren Drehung, die im normalen Fahrbetrieb der Drehrichtung des Vorderrades (1) entspricht, gestoppt. Der mit Ihr fest verbundene Freilaufkörper (19) steht ebenfalls still, so dass die darauf befestigten äußeren und inneren Freilaufritzel (4, 5) keine Drehbewegung in Fahrtrichtung mehr auf die Getriebenabe (6) übertragen können. Die die Ritzel umschließend erfassenden außenliegenden und innenliegenden Antriebsstränge (18, 22) können nun nicht mehr in Vertikalrichtung bewegt werden, so dass die an Ihnen befindlichen rechten und linken Seilzüge (10, 9), In ihrer Lage durch Umlenkrollen (14, 16, 24), freie Rollen (7, 8) und Seilspanner (25, 30) fixiert, die Wippbewegung des Fahrradlenkers (2) sofort unterbinden. Da der im Freilaufkörper (19) Integrierte Freilauf unbeeinträchtigt bleibt, kann sich das Vorderrad (1) In Fahrtrichtung weiterdrehen.
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Es ist durchaus sinnvoll, die Seilzüge (9, 10), die Antriebsstränge (18, 22) und den Führungsstrang (20) aus verschiedenen Antriebselementen auszustatten.
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So kann der Führungsstrang (20) wahlweise als Kette, als Zahnriemen oder als Seilzug,
die Antriebsstränge (18, 22) als Kette oder Zahnriemen die Seilzüge (9, 10) auch als Kette, Riemen oder Zahnriemen ausgebildet werden.
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Als Umlenkrollen (14, 16, 24), Umlenkelement (21) und lose Rollen (7, 8) können wahlweise Ritzel oder Rollen eingesetzt werden.
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Kommen Umlenkrollen (14, 16, 24) im Zusammenhang mit dem Einsatz von Riemen oder Zahnriemen zum Einsatz, so sind diese als Riemen- bzw. Zahnriemenscheiben auszubilden.
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Sinnvoll ist, die antriebsfernen Enden des linken bzw. rechten Seilzuges (9, 10) direkt an der Halteachse (12) fest anzulenken. Die feste, dreh- und schwenkbare Verbindung der Seilzüge (9, 10) an der Halteachse (12) erfolgt dazu erfindungsgemäß mittels eines linken Seilspanners mit Kugelgelenk-Anlenkung (25) und eines rechten Seilspanners mit Kugelgelenk-Anlenkung (30). Um den optimal annähernd senkrechten Verlauf der Seilzüge (9, 10) auf den Umlenkrollen (14, 16, 24) zu gewährleisten, ist der linke Seilspanner (25) vor dem rechten Seilspanner (30) auf der Halteachse (12) angeordnet.
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Für die Erfindung ist der Einsatz der losen Rollen (7, 8) wichtig. Um den damit für die Gesamtkombination zu erreichenden Effekt - die Entfaltung und damit den resultierenden Weg - zu vergrößern, sind die lose Rollen (7, 8) mittels Kugelgelenken (26) am Fahrradlenker (2) dreh- und schwenkbar fest angebracht.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung soll nachfolgend an Hand der Zeichnungen 1 und 2 dargestellt werden.
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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 (2) hält.
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Die verwendete Fahrradgabel (11) besitzt zwischen den Gabelholmen und den Ausfallenden ausreichend Raum für Seilzüge (9, 10), Antriebsketten (18, 22), Vorderrad (1) mit hier als Vorderradnabe eingespeichter Getriebenabe (6) mit Bremsscheibe (29) und Freilaufkörper (19), welcher ein inneres Freilaufritzel (5), ein äußeres Freilaufritzel (4) und noch weiter seitlich eine Blockierbremsscheibe (31) fest angebracht trägt. Da hierbei die üblichen Klemmbreite von Mountainbike-Hinterradnaben nicht überschritten werden muss, eignen sich dafür handelsübliche sogenannte Fatblke-Gabeln. Diese sind zur Aufnahme von Hinterradnaben ausgelegt mit größerer Klemmbreite als übliche Vorderradnaben.
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Bei der mit normalen Nabenmuttern befestigten Getriebenabe (6) handelt es sich um eine Hinterrad-Getriebenabe mit Integriertem Planetengetriebe. Dieses ermöglicht es, über einen Lenkerhebel mit Bowdenzug die über den Freilaufkörper (19) eingeleitete Kraft entweder zu über- oder untersetzen.
Diese Getriebenaben am Vorderrad sind grundsätzlich mit allen Übersetzungen oder Gangschaltungen am Hinterrad kombinierbar.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde als Besonderheit am Vorderrad und am Hinterrad Identische 3-Gang-Getriebenaben verwendet. Die Gangauswahl erfolgt über einen Daumenschalthebel synchron auf beide Nabenschaltungen, da der vom Seilzug übertragene Einstellweg über einen Sellzugverteiler aufgeteilt wird. Damit ist die Tritt- und Wippfrequenz immer aufeinander abgestimmt, was dem ökonomischen Krafteinsatz und dem sicheren Fahrgefühl entgegenkommt. Die Grundübersetzung Kettenblatt-Hinterradritzel ist derart gewählt, dass die Pedalumdrehung kurz vor dem Ende eines Bewegungszyklus aus Lenkerauf-undabbewegung vollendet wird. So kommt es nicht zu störenden Unterbrechungen in der Bewegungsabfolge.
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Zwei handelsübliche BMX-Freilaufritzel (4, 5) finden so auf dem Freilaufkörper (19) nebeneinander Platz, dass ihre Integrierten Freiläufe in Drehrichtung des Vorderrades (1) gleichgerichtet sind. Dazu muss deren Durchmesser des ISO- bzw. BSA-Gewindes an den Durchmesser des Freilaufkörpers (19) angepasst werden. Zur Fixierung Innerhalb der Montage-Aussparungen der Freilaufritzel (4, 5) dienen kleine Metallstücke, die In die Aussparungen eingepasst werden und in die Längsrillen des Freilaufkörpers (19) passen. Durch die enge Lage der Freilaufritzel werden diese Fixierstücke In den Montageaussparungen und Längsrillen gehalten.
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Am äußeren Ende des Freilaufkörpers (19) ist die Biockierbremsscheibe (31) befestigt. Diese Rolle übernimmt hier eine handelsübliche Bremsscheibe eines sog. pocket-bike. Deren zentrale Öffnung wurde an den Freilaufkörper (19) formschlüssig angepasst. Fixiert wird die Scheibe durch einen Haltering in Ihrer Lage.
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Auf der linken Seite trägt die Getriebenabe (6) eine handelsübliche Bremsscheibe (29), welche über einen kompatiblen Scheibenbremssattel (28), der an der Fahrradgabel (11) über eine Bremssattelaufnahme befestigt ist.
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Als Blockierbremssattel (32) kommt hier ein Scheibenbremssattel für Rechtsmontage zum Einsatz, wie er an Rollstühlen Verwendung findet. Dieser wird über einen Seilzug betätigt, so dass er mittels eines am Fahrradlenker (2) in der Nähe eines Lenkergriffes positionierten Daumenschalthebels (rapidfire) rastend auf Daumendruck angezogen bzw. durch Zug des Zeigefingers wieder gelöst werden kann.
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Eine Kopplung an die Bremshebel für Seilzugbremsen des Fahrrades ist ebenfalls möglich. Damit wäre ein automatisches Blockieren der Lenkerbewegung im Falle einer Notbremsung gewährleistet. Da ein Feststellen ohne Bremsen aber eine störanfällige komplizierte Lösung notwendig gemacht hätte und das Rad außerdem mit nicht mehr zeitgemäßen Seilzugbremsen ausgestattet werden müsste, wurde von dieser Kopplung an die Bremsanlage im aktuellen Ausführungsbeispiel Abstand genommen. Nach der Entwicklung von hydraulischen Bremssätteln für Rechsmontage wäre die Kopplung von Blocklerbremmsattel (32) und hydraulischen Bremsen des Fahrrades aber sinnvoll.
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Die Enden des linken und rechten Seilzuges (9, 10) sind mittels je 3 Madenschrauben an Seilspannern (25, 30) durch Klemmung befestigt, wie sie Im Yachtbedarf erhältlich sind. Diese sind mit Gewindebolzen an Kugelgelenken befestigt, die mit Abstandshülsen auf der Halteachse (12) positioniert sind. Die Halteachse (12) ist durch eine mittige Bohrung mit der Fahrradgabel (11) verschraubt. Das vordere Ende wird durch Verschraubung mit der Halteplatte (27), welche mit der linken und rechten Führungsachse (13, 15) fest verschraubt ist, stabilisiert.
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Als Halteplatte (27) kommt hier ein gekürzter und durchbohrter handelsüblicher Brake Booster zum Einsatz.
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Als linker und rechter Seilzug (9, 10) kommen identische aus dünnem hochfestem Kunststoffseil mit Dyneema®-Kern und abriebfester Polyester-Ummantelung bestehende Seile zum Einsatz. Dieses sind besonders verschleißfest bei geringem Gewicht. Auch zeichnen sich solche synthetischen Kern-Mantel-Selle durch eine hohe Längenkonstanz aus, was sie z.B. für den Gleitschirmsport prädestiniert.
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Als freie Rollen (7, 8) werden gedrehte kugelgelagerte Aluminiumrollen verwendet, deren Gabeln mit Kugelgelenken (26) verbunden sind, die wiederum mit Schellen an den Enden des Fahrradlenkers (2) verschraubt sind. Der Rollendurchmesser sollte nicht zu klein gewählt werden, um den Seilverschleiß zu minimieren.
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Die identischen Führungsrollen (14, 16, 24) sind Seilrollen, bestehen aus Messing und sind kugelgelagert auf der linken und rechten Führungsachse (13, 15) durch Abstandshülsen drehbar angeordnet. Dabei ist der Durchmesser der Rollen so gewählt, dass die Seilzüge beim Verlassen der untenliegenden vorderen bzw. hinteren Umlenkrolle (24, 16) genau senkrecht zu den Zahnreihen des äußeren bzw. inneren Freilaufritzel (4, 5) ausgerichtet sind. Außerdem ist die linke Führungsachse (13) soweit nach oben versetzt, dass die obenliegende Führungsrolle, die mit Abstandshülsen auf ihr drehbar in Position gehalten wird, den linken Seilzug (9) am gleichen Punkt vor der Gabel empfängt wie die vordere untenliegende Umlenkrolle (24) den rechten Seilzug (10). Die Vektoren für die übertragene Zugkraft verlaufen daher rechts und links gleich - unerlässlich für seitengleiche Nutzung der Oberkörpermuskulatur und ein sicheres Fahrgefühl. Die linke und rechte Führungsachse (13, 15) sind bei diesem Anwendungsbeispiel am hinteren Ende mit CNC-gefrästen Schellen fest mit der Fahrradgabel (11) verbunden. Die vorderen Enden sind mit der Halteplatte (27) beidseits fest verschraubt, um die Richtungsstabilität der Führungsachsen zu gewährleisten. Das vordere Ende der rechten Führungsachse (15) ragt dabei über die Halteplatte (27) nach vorn heraus, um das Umlenkelement (21) aufzunehmen. Dieses ist hier eine kugelgelagerte Seilrolle identisch zu den Führungsrollen (14, 16, 24) gefertigt. Auf der rechten Führungsachse (15) ist diese mit einer Abstandshülse drehbar fest verschraubt und nimmt den Führungsstrang (20) auf. Dabei ist zu beachten, dass das Umlenkelement (21) genau so weit in Fahrtrichtung versetzt ist, um einen senkrechten Verlauf des Führungsstranges (20) zu gewährleisten, welcher sonst vom Umlenkelement (21) abspringen könnte. Zusätzlich verhindert wird dies auch durch Unterlegscheiben mit größerem Durchmesser als das Umlenkelement (21) vor und hinter diesem.
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Wichtig ist, den innendurchmesser des Umlenkelementes (21) so zu wählen, dass beide Enden des Führungsstranges (20) genau Im Abstand der Zahnreihen des äußeren bzw. inneren Freilaufritzel (4, 5) ausgerichtet sind.
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Es ist aufgrund der Fahrstabilität und um die Handgelenke zu schonen wichtig, den Bewegungsausschlag des Lenkers (2) zu begrenzen. Deshalb werden linker und rechter Seilzug (9, 10) nach Verlassen der vorderen bzw. hinteren untenliegenden Umlenkrolle (24, 16) durch eine Anschlagplatte (33) geführt, welche aus einer massiven Metallplatte mit zwei Bohrungen besteht, die mittels einer passenden Schelle am rechten Holm der Fahrradgabel (11) befestigt Ist.
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Die oberen, die Seilzüge (9, 10) aufnehmenden Teile der Verbindungselemente (17) tragen je eine kleine Gummischeibe (34) mit Loch, durch das der zugehörige Seilzug verläuft. Diese Gummischeiben (34) sind als Dämpfung günstig, da die Verbindungselemente (17) gleichzeitig als Anschlag an der Anschlagplatte (33) dienen und den Zugweg begrenzen.
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Im hier vorgestellten Ausführungsbeispiel dienen als Verbindungselemente (17) zwischen rechtem bzw. linken Seilzug (10, 9) als auch als Verbindungselemente (23) zum Führungsstrang (20) handelsübliche sogenannte Gabelterminals aus dem Bootsbedarf. Ein Ende eines solchen Gabelterminals nimmt über eine axiale Bohrung einen Seilzug auf, welcher durch 3 Madenschrauben geklemmt und dadurch gehalten wird. Das andere Ende des Gabelterminals ist gabelförmig und wird mit dem Ende einer Fahrradkette verschraubt.
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Fahrradketten werden im vorgestellten Ausführungsbeispiel sowohl für den innen- als auch für den außenliegend Antriebsstrang (22, 18) eingesetzt und führen um das Innere Freilaufritzel (22) und das äußere Freilaufritzel (18) herum wieder nach oben, wobei die Zähne der Ritzel in die Ketten greifen.
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In 2 ist die gleiche Ausführung In Seitenansicht dargestellt, In der sich ergebenden Lage, bei hochgezogener rechter Lenkerseite (2).
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Die Antriebsketten als Innen- als auch außenllegender Antriebsstrang (22, 18) sind von gleicher Länge. Nachdem sie die Freilaufritzel (18, 22) umlaufen haben macht sich eine Verbindung mit dem Führungsstrang (20) notwendig. Dazu werden Gabelterminals wie oben beschrieben als Verbindungselemente (23) zum Führungsstrang (20) verwendet.
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Höhere Stabilitätsanforderungen werden an den Führungsstrang (20) nicht gestellt, da hier keine größeren Kräfte wirken und lediglich das gerade entlastete Antriebssystem der Lenker-Gegenseite In die Ausgangsstellung zurückgezogen wird.
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Als Führungsstrang (20) einen Nylon-Rundriemen einzusetzen ist günstig, da sich dieser nur sehr wenig dehnt und dadurch beim Verformen der Fahrradgabel (11), z.B. beim Durchfahren von Schlaglöchern, durch seine zugelastischen Eigenschaften sowohl ein Abspringen des Riemens vom Umlenkelement (21) als der vorgespannten Antriebsstränge (18, 22) von den Freilaufritzeln (4, 5) kaum zu befürchten ist.
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Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel soll nachfolgend an Hand eines Bewegungsablaufes bei der Bedienung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nochmals weiter verdeutlicht werden.
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Der Lenker (2) wird wie üblich mit beiden Händen erfasst und auf der linken Seite hochgezogen, wobei der Radfahrer mit der rechten Hand durch Druck auf das rechte Lenkerende die Bewegung unterstützt.
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Dabei wird die linke lose Rolle (7) durch das Kugelgelenk (26) mit dem Fahrradlenkerende (2) nach oben bewegt und zieht den linken Seilzug (9) in Ihrer Funktion mit.
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Da das eine Ende des linken Seilzuges (9) fixiert ist, bewegt nur das andere Ende, verlaufend über die obenliegende Umlenkrolle (14) und die hintere untenliegende Umlenkrolle (16), den über ein Verbindungselement (17) daran befestigten außenliegenden Antriebsstrang (18) nach oben. Dabei wird auf das äußere Freilaufritzel (4) Kraft ausgeübt und über den Freilaufkörper (19) auf die Getriebenabe (6) und damit auf das Vorderrad (1) übertragen. Das Vorderrad (1) dreht sich In Fahrtrichtung.
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Das andere Ende des außenliegenden Antriebsstranges (18) zieht gleichzeitig über ein Verbindungselement (23) einen zugelastischen Führungsstrang (20) in Richtung äußeres Freilaufritzel (4) herunter. Über ein Umlenkelement (21) verlaufend, folgt über ein weiteres Verbindungselement (23) ein Rücklauf des innenliegenden Antriebsstranges (22). Der Freilauf des inneren Freilaufritzels (5) ist dabei wirksam und der unbelastete rechte Seilzug (10) bleibt in seinem Verlauf über die vordere untenliegende Umlenkrolle (24) trotz Absenken der nicht gezogenen Lenkerseite (2) und damit der rechten losen Rolle (8) am rechten Kugelgelenk (26) gespannt.
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Spätestens mit dem durch eine Gummischeibe (34) gedämpften Anschlag des Verbindungselementes (17) zwischen linkem Seilzug (9) und außenliegendem Antriebsstrang (18) an der Anschlagplatte (33) endet die beschriebene Bewegung.
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Alle beweglichen Bauteile werden nun beim Zug nach oben an der Gegenseite des Lenkers (2) zurückbewegt, wobei auf der nun entlasteten linken Lenkerseite sowie im äußeren rechten Bereich der Getriebenabe (6) alle eben noch Zugkraft übertragenden Elemente passiv gezogen werden und sich die Bewegungsrichtung aller drehbaren Teile umkehrt. Eine Kraftübertragung erfolgt nun durch Wirkung der rechten lose Rolle (8), den über die vordere untenliegende Umlenkrolle (24) verlaufenden rechten Seilzug (10), ein Verbindungselement (17) und den Innenliegenden Antriebsstrang (22) auf das innere Freilaufritzel (5) und damit über den Freilaufkörper (19) der Getriebenabe (6) auf des Vorderrad (1).
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Spätestens mit dem durch eine Gummischeibe (34) gedämpften Anschlag des Verbindungselementes (17) zwischen rechtem Seilzug (10) und innenliegendem Antriebsstrang (22) an der Anschlagplatte (33) endet die beschriebene Bewegung.
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Die Wirkung des Antriebssystems kann durch Einsatz der Nabenschaltung in der Getriebenabe (6) an die Erfordernisse angepasst werden.
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Im Bedarfsfall stoppt nach Betätigung eines Daumenschalters am Fahrradlenker (2) eine durch einen Blockierbremssattel (32) fixierte Blockierbremsscheibe (31) die Drehbewegung des Freilaufkörpers (19), wobei dessen integrierter Freilauf unbeeinträchtigt bleibt und sich die Getriebenabe (6) und damit das Vorderrad (1) weiter In Fahrtrichtung drehen kann. Die auf dem Freilaufkörper (19) montierten inneren und äußeren Freilaufritzel (5, 4) können sich aber nicht mehr drehen. Dadurch werden die auf sie einwirkenden beweglichen Teile und damit letztendlich der Fahrradlenker (2) in seiner Lage fixiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014003151 U7 [0004]
- DE 202015002272 U1 [0004, 0011, 0012]
- DE 102015004547 A1 [0004, 0011, 0012]
- FR 276573 A1 [0013, 0015]
- US 20090091099 A1 [0014, 0015]
