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Die Erfindung betrifft einen Bremsarm
für eine
Fahrradfelgenbremse mit einem ersten Abschnitt zum Verbinden mit
einer Tragstruktur eines Fahrrads, einem zweiten Abschnitt zum Bewegen
eines Bremsbackens in Richtung auf eine abzubremsende Felge und
einem dritten Abschnitt für
den Angriff eines Betätigungsmittels,
insbesondere eines Seilzugs. Die Erfindung betrifft auch eine Fahrradfelgenbremsanordnung
mit zwei erfindungsgemäßen Bremsarmen.
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Aus der US-Patentschrift
US 6,394,799 B1 ist
eine Fahrradfelgenbremsanordnung mit zwei Bremsarmen bekannt. Die
Bremsarme sind rechts bzw. links einer Felge schwenkbar an einer Tragstruktur
des Fahrrads befestigt. Oberhalb der Felge und des Fahrradreifens
sind die beiden Bremsarme mittels eines Seilzugs miteinander verbunden. Durch
Anziehen des Seilzugs können
die beiden Bremsarme aufeinander zu bewegt werden, und die Bremsbacken
werden von rechts bzw. links gegen die Felge gedrückt.
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Mit der Erfindung soll ein Bremsarm
für eine Fahrradfelgenbremse
sowie eine Fahrradfelgenbremsanordnung geschaffen werden, die verschleißunanfällig und
für extreme
Leichtbauweise geeignet sind.
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Erfindungsgemäß ist hierzu ein Bremsarm für eine Fahrradfelgenbremse
mit einem ersten Abschnitt zum Verbinden mit einer Tragstruktur
eines Fahrrads, einem zweiten Abschnitt zum Bewegen eines Bremsbackens
in Richtung auf eine abzubremsende Felge und einem dritten Abschnitt
für den
Angriff eines Betätigungsmittels,
insbesondere eines Seilzugs, vorgesehen, bei dem zwischen dem ersten Abschnitt
und dem zweiten Abschnitt ein vierter, elastischer Abschnitt vorgesehen
ist, der eine Relativbewegung des ersten und des zweiten Abschnitts
zueinander in und entgegen der Bewegung des Bremsbackens in Richtung
auf die abzubremsende Felge ermöglicht.
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Durch den vierten, elastischen Abschnitt kann
eine gelenkige Lagerung des Bremsarms an der Tragstruktur des Fahrrads
eingespart und der erse Abschnitt kann starr mit der Tragstruktur
verbunden werden. Dadurch kann die Konstruktion insgesamt weniger
fehleranfällig
und darüber
hinaus im wesentlichen verschleißfrei ausgeführt werden.
Insbesondere kann keine Zunahme der zum Bremsen erforderlichen Betätigungskraft
durch Verschleiß oder
Verschmutzung eines Lagers auftreten. Der vierte, elastische Abschnitt
ist in Richtung der Bewegung des Bremsbackens auf die Felge zu sowie
entgegen dieser Richtung elastisch, in Umfangsrichtung der Felge
dahingegen steif ausgeführt,
um eine präzise
Führung
des Bremsbackens während
des Bremsvorgangs sicher zu stellen. Die erfindungsgemäße, gelenklose
Konstruktion ist in besonderer Weise für moderne Leichtbaumaterialien,
wie Kohlefaser, geeignet. Bei geeigneter Auslegung des vierten,
elastischen Abschnitts kann auf eine Rückholfeder, um die Bremsbacken
nach einem Bremsvorgang in die Ausgangslage zurückzuholen, verzichtet werden.
Eine solche Federwirkung des vierten, elastischen Abschnitts kann
durch Ausführung
in Kohlefasermaterial realisiert werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
der Bremsarm einstöckig
ausgebildet. Auf diese Weise wird eine einfache und stabile Konstruktion,
die wenig fehleranfällig
ist, geschaffen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist
der vierte, elastische Abschnitt wenigstens gegenüber dem ersten
Abschnitt einen verringerten Querschnitt auf.
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Durch eine Querschnittsverringerung
kann bei unverändertem
Material eine geeignete elastische Ausbildung des vierten Abschnitts
gegenüber dem
ersten und dem dritten Abschnitt des Bremsarms erreicht werden.
Um eine Beweglichkeit in Richtung auf die Felge zu und entgegengesetzt
zu erreichen, ist dabei eine parallel zur Bremskraft bzw. der Bewegungsrichtung
des Bremsbackens liegende Querabmessung verringert. Entscheidend
ist die Materialstärke
in Richtung der Bremskraft. Senkrecht zur Bremskraft und senkrecht
zur Längsrichtung
und somit in Umfangsrichtung zur abzubremsenden Felge wird dahingegen
eine vergleichsweise große Querabmessung
vorgesehen, um eine große
Steifigkeit des vierten, elastischen Abschnitts in Umfangsrichtung
der Felge zu erreichen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
der vierte, elastische Abschnitt wenigstens abschnittsweise U-förmig verlaufend
ausgebildet.
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Auf diese Weise kann die geforderte
Elastizität
durch die Formgebung des vierten Abschnitts erreicht bzw. unterstützt werden.
Eine Querabmessung des vierten, elastischen Abschnitts im Bereich
seines U-förmigen Verlaufs,
die parallel zur Bremskraft liegt, wird dabei gegenüber einer
Querabmessung senkrecht zur Bremskraft gering gehalten, um die geforderte
Beweglichkeit in und entgegen der Richtung der Bremskraft und eine
große
Steifigkeit senkrecht zur Bremskraft und in Umfangsrichtung der
Felge zu erreichen.
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In Weiterbildung der Erfindung weist
der vierte, elastische Abschnitt einen U-förmigen Bogen auf, dessen Schenkel
im wesentlichen parallel zu einer Mittelachse des Bogens verlaufen,
die sich im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung des Bremsbackens
in Richtung auf die abzubremsende Felge und im wesentlichen senkrecht
zur Längsrichtung
des Bremsarms erstreckt.
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Auf diese Weise wird eine besonders
zweckmäßige und
stabile Ausführung
des Bremsarms erreicht.
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In Weiterbildung der Erfindung besteht
der Bremsarm aus Kohlefasermaterial.
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Aufgrund der gelenklosen starren
Befestigung des Bremsarms an der Trägerstruktur ist dieser in idealer
Weise für
den Aufbau einer verschleißfreien,
spielfreien und extrem leichten Bremsanordnung geeignet. Geeignete
Kohlefaser- oder Carbon-Materialien sind stabil und leicht und weisen
keine Materialermüdung
auf.
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In Weiterbildung der Erfindung besteht
der Bremsarm aus monolithischem Kohlefasermaterial.
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Durch eine solche massive und nicht
hohle Ausbildung des Bremsarms wird eine stabile Ausführung sichergestellt.
Eine Hauptfaserrichtung kann dabei in Längsrichtung des Bremsarms verlaufen.
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In Weiterbildung der Erfindung liegt
ein Anteil der parallel zur Längsrichtung
des Bremsarms ausgerichteten Kohlefasern im Bereich von 80%, ein
Anteil der senkrecht zur Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern im Bereich von 10% und ein Anteil der im
Winkel von 45° zur
Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern im Bereich von 10%.
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Auf diese Weise können die mechanischen Eigenschaften
des Bremsarms auf die zu erwartende Hauptbelastung ausgerichtet
werden. Dadurch wird ein extremer Leichtbau des Bremsarms möglich.
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Das der Erfindung zugrunde liegende
Problem wird auch durch eine Fahrradfelgenbremsanordnung mit zwei
erfindungsgemäßen Bremsarmen gelöst, bei
der die jeweiligen ersten Abschnitte der Bremsarme mittels eines
im wesentlichen U-förmigen
Trägerbügels miteinander
verbunden sind.
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Auf diese Weise wird ein stabiler,
maßhaltiger
und steifer Verbund aus Trägerbügel und
Bremsarmen gebildet. Durch die erfindungsgemäße gelenklose Befestigung der
Bremsarme am Trägerbügel ist
die Maßhaltigkeit
der Anordnung unabhängig von
Toleranzen der Trägerstruktur
des Fahrrads gewährleistet.
Die erfindungsgemäße Felgenbremsanordnung
ist in besonderer Weise für
Fahrräder
geeignet, die keine Befestigungsmöglichkeiten für die Bremsarme
an den Armen einer Vordergabel oder den hinteren Rahmenauslegern
vorsehen.
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In Weiterbildung der Erfindung sind
der Trägerbügel und
die Bremsarme einstückig
ausgebildet.
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Vorteilhafterweise bestehen der Trägerbügel und
die Bremsarme aus Kohlefasermaterial.
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Insbesondere bei einstückiger Ausbildung von
Trägerbügel und
Bremsarmen kann dadurch eine hochfeste und leichte Ausführung der
Bremsanordnung erzielt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung bestehen
der Trägerbügel und
die Bremsarme aus monolithischem Kohlefasermaterial.
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Durch eine solche, massive Ausführung der Bremsarme
und des Trägers
ist die Bremsanordnung gut herstellbar. Die Steifigkeit in den verschiedenen Achsenrichtungen
kann dabei während
der Herstellung je nach Erfordernis eingestellt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung weist
der Trägerbügel zwei
Schenkel auf und ein Anteil der parallel zur Längsrichtung der Schenkel ausgerichteten
Kohlefasern liegt im Bereich von 40%, ein Anteil der senkrecht zur
Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern liegt im Bereich von 20% und ein Anteil
der im Winkel von 45° zur
Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern liegt im Bereich von 40%.
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Auf diese Weise ist es möglich, die
mechanischen Eigenschaften des Trägerbügels auf die zu erwartenden
Belastungen einzustellen. Im Trägerbügel und
insbesondere in den Schenkeln des Trägerbügels treten bei einem Bremsvorgang
Torsionskräfte auf,
die durch Verlegung eines Anteils an Kohlefasern in einem 45°-Winkel im
Bereich von 40% berücksichtigt
werden können.
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In Weiterbildung der Erfindung ist
der Trägerbügel an seinem
Scheitelpunkt mit Mitteln zum Befestigen an einer Tragstruktur eines
Fahrrads versehen.
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Auf diese Weise kann die Fahrradfelgenbremsanordnung
beispielsweise an Fahrradrahmen eingesetzt werden, die lediglich
im Bereich des Scheitels der Vorderradgabel bzw. an einem die hinteren
Rahmenausleger verbindenden Querträger mit Befestigungsöffnungen
versehen sind.
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Weitere und Merkmale und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. In den Zeichnungen
zeigen:
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1 eine
Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Fahrradfelgenbremsanordnung
gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform,
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2 eine
Seitenansicht der Fahrradfelgenbremsanordnung der 1,
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3 eine
Vorderansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fahrradfelgenbremsanordnung
und
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4 eine
Seitenansicht der Fahrradfelgenbremsanordnung der 3.
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Die Vorderansicht der 1 zeigt eine erste Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Fahrradfelgenbremsanordnung.
Die Bremsanordnung weist einen U-förmigen Trägerbügel 10 sowie einen
ersten Bremsarm 12 und einen zweiten Bremsarm 14 auf, die
einander gegenüberliegend
angeordnet sind. Jeder der Bremsarme 10 bzw. 12 ist
mit jeweils einem Bremsbacken 16 versehen. Zwischen den
einander gegenüberliegenden
Bremsbacken 16 ist eine bereifte Felge 18 angeordnet.
Um die Felge 18 abzubremsen, werden die Bremsbacken 16 aufeinander
zu bewegt und in Anlage an eine jeweils gegenüberliegende Seitenfläche der
Felge 18 gebracht.
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Der Träger 10 ist im Bereich
seines Scheitels, an dem seine beiden Schenkel miteinander verbunden
sind, mittels eines zentralen Befestigungsbolzens 20 mit
einer Vorderradgabel 22 eines Fahrrads verbunden. Die Vorderradgabel 22 ist
lediglich schematisch und in gestrichelten Linien angedeutet. Der
Träger 10 könnte in
gleicher Weise an einem Querträger
eines Fahrradrahmens angeordnet sein, der zwei hintere Rahmenausleger
verbindet.
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Der Trägerbügel 10 und die Bremsarme 12 und 14 sind
einstückig
aus Kohlefasermaterial aufgebaut. Die Bremsarme 12 bzw. 14 gehen
dabei im Bereich eines ersten Abschnitts 24 in jeweils
einen Schenkel des Trägerbügels 10 über. Die
ersten Abschnitte 24 sind somit mittels des Trägerbügels 10 mit der
Vorderradgabel 22 verbunden. Jeder der Bremsarme 12 und 14 weist
darüber
hinaus einen zweiten Abschnitt 26 auf, der zur Befestigung
jeweils eines Bremsbackens 16 dient. Es ist für den Fachmann
dabei einsichtig, dass anstelle einer Befestigung der Bremsbacken
an den Bremsarmen 12 und 14 diese auch beweglich
an einer Tragstruktur gelagert sein könnten und die Bremsarme die
Bremsbacken lediglich in Richtung auf die Felge zu beaufschlagen.
Weiterhin ist jeder Bremsarm 12, 14 mit einem
dritten Abschnitt 28 versehen, an dem eine Betätigungskraft aufgebracht
werden kann. In konventioneller Weise greift ein Seilzug 30 dabei
an dem dritten Abschnitt 28 des ersten Bremsarms 12 an,
und der zweite Bremsarm 14 wird im Bereich seines dritten
Abschnitts 28 durch eine Stützkraft einer Seilzugumhüllung 32 beaufschlagt.
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Um eine Bewegung der Bremsbacken 16 in Richtung
auf die abzubremsende Felge 18 zu ermöglichen, ist zwischen dem jeweiligen
ersten Abschnitt 24 und dem jeweiligen zweiten Abschnitt 26 der Bremsarme 12 bzw. 14 jeweils
ein vierter, elastischer Abschnitt 34 vorgesehen. Dieser
vierte, elastische Abschnitt 34 ermöglicht eine Relativbewegung
des ersten Abschnitts 24 zu dem zweiten Abschnitt 26 und
dem dritten Abschnitt 28 eines jeweiligen Bremsarms 12, 14.
Wird daher mittels des Seilzugs 30 bzw. der Seilzugumhüllung 32 eine
Betätigungskraft
auf den ersten Bremsarm 12 bzw. den zweiten Bremsarm 14 aufgebracht,
bewegen sich die beiden Bremsarme 12 und 14 aufeinander
zu und infolgedessen werden die Bremsbacken 16 von beiden
Seiten gegen die ab zubremsende Felge 18 gedrückt. Eine
Verformung der Bremsarme 12, 14 erfolgt dabei
lediglich im Bereich des vierten, elastischen Abschnitts 34.
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In der Darstellung der 1 ist zu erkennen, dass
im Bereich des vierten, elastischen Abschnitts 34 eine
Querabmessung des jeweiligen Bremsarms 12, 14 in
Richtung einer durch die Bremsbacken 16 aufgebrachten Bremskraft
gegenüber
dem ersten Abschnitt 24 bzw. dem dritten Abschnitt 28 verringert ist.
Alleine aufgrund der dargestellten Querschnittsverringerung ist
jeder der Bremsarme 12, 14 dadurch im Bereich
seines vierten Abschnitts 34 elastischer als in seinem übrigen Verlauf.
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Der Träger 10 und die beiden
Bremsarme 12 und 14 sind einstückig aus Kohlefaser- und Carbonmaterial
hergestellt. Aufgrund der Materialeigenschaften von Kohlefasermaterialien
ist daher bei entsprechender Auslegung im Bereich des vierten, elastischen
Abschnitts 34 keine Materialermüdung zu befürchten.
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Wie in der Seitenansicht der 2 zu erkennen ist, ist eine
Querabmessung des vierten, elastischen Abschnitts 34 senkrecht
zur aufgebrachten Bremskraft und parallel zu einer Umfangsrichtung der
Felge 18 groß im
Vergleich zu der in der 1 erkennbaren
Querabmessung des vierten Abschnitts 34, die parallel zur
Bremskraft und senkrecht zur Umfangsrichtung der Felge 18 liegt.
Auf diese Weise ermöglicht
der vierte, elastische Abschnitt 34 zwar eine Relativbewegung
des ersten Abschnitts 24 und des zweiten Abschnitts 26 und
des dritten Abschnitts 28 parallel zur Bremskraft, das
bedeutet in der Zeichenebene der 1,
verhindert dahingegen eine Relativbewegung des ersten Abschnitts 24 und
des zweiten Abschnitts 26 und des dritten Abschnitts 28 parallel
zur Umfangsrichtung der Felge 18, d.h. in der Zeichenebene
der 2. Die Bremsbacken 16 können dadurch
mit vergleichsweise kleiner Betätigungskraft
gegen die Felge 18 gedrückt
werden und sind andererseits während
des Bremsvorgangs sicher gehalten.
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In der Darstellung der 2 ist auch zu erkennen,
dass der U-förmige
Trägerbügel 10 in
der Seitenansicht L-förmig
ausgebildet ist. Die Schenkel des Trägerbügels 10 sind hierzu
rechtwinklig abgebogen. Die Bremsarme 12 bzw. 14 gehen
dabei jeweils von einem rechtwinklig abgebogenen Abschnitt eines
Schenkels des Trägerbügels 10 aus.
Wie bereits ausgeführt
wurde, sind der Trägerbügel 10 und die
Bremsarme 12 und 14 einstückig ausgebildet.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist
in der Vorderansicht der 3 dargestellt.
Die dargestellte Felgenbremsanordnung weist wie die in den 1 und 2 dargestellte Ausführungsform einen U-förmigen Trägerbügel 40 mit
zwei Schenkeln auf, wobei sich an die dem Scheitel des Trägerbügels 40 abgewandten
Enden der Schenkel Bremsarme 42 bzw. 44 anschließen, die
sich im wesentlichen parallel zu den Schenkeln wieder in Richtung
auf den Scheitel des Trägerbügels 40 zu
erstrecken. Jeder Bremsarm 42, 44 weist einen
ersten Abschnitt 46, der über den Trägerbügel 40 mit einer Tragstruktur
eines Fahrrads verbunden werden kann, einen zweiten Abschnitt 48,
an dem ein Bremsbacken 50 befestigt ist, sowie einen dritten
Abschnitt 52 auf, der für
den Angriff eines Seilzugs bzw. einer Umhüllung eines Seilzugs zum Aufbringen
einer Betätigungskraft
vorgesehen ist. Ein wesentlicher Unterschied zu der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform liegt in der Ausgestaltung
eines vierten, elastischen Abschnitts 54 der Bremsarme 42, 44,
der zwischen dem jeweiligen ersten Abschnitt 46 und dem
jeweiligen zweiten Abschnitt 48 angeordnet ist.
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Wie in der Vorderansicht der 3 zu erkennen ist, weist
der vierte, elastische Abschnitt 54 jeweils einen U-förmigen Bogen 56 auf,
dessen Schenkel im wesentlichen parallel zu einer Mittelachse 58 des
Bogens 56 verlaufen. Die Mittelachse 58 verläuft dabei
im wesentlichen parallel zu einer Bewegungsrichtung der Bremsbacken 50,
die mittels eines Doppelpfeils 60 angedeutet ist. Es ist
für den
Fachmann dabei ersichtlich, dass die Mittelachse der U-förmigen Bögen 56 auch
in anderer Weise ausgerichtet sein könnte solange eine relative
Beweglichkeit in Richtung des Doppelpfeils 60 zwischen
einem jeweiligen ersten Abschnitt 46 und den jeweiligen
zweiten und dritten Abschnitten 48, 52 der Bremsarme 42, 44 erreicht
wird.
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In der Darstellung der 3 ist deutlich zu erkennen,
dass die in der 3 zu
erkennende Querabmessung, entsprechend einer Materialdicke, des
vierten, elastischen Abschnitts 54 weniger als halb so
groß ist
wie die Materialdicke in den ersten, zweiten und dritten Abschnitten 46, 48, 52 der Bremsarme 42 und 44.
Zusammen mit der speziellen Formgebung durch den U-förmigen Bogen 56 stellt die
verringerte Materialdicke in diesem Bereich dadurch die erforderliche
Elastizität
sicher, um eine relative Beweglichkeit des zweiten Abschnitts 48 gegenüber dem
ersten Abschnitt 46 der Bremsarme 42, 44 sicherzustellen.
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Wie in der Seitenansicht der 4 zu erkennen ist, die die
Felgenbremsanordnung der 3 zeigt,
ist die Breite der Bremsarme 42, 44 zwischen dem
ersten Abschnitt 46 und dem zweiten Abschnitt 48 unverändert. Diese
Breite beträgt
in etwa das vier- bis fünffache
der in der 3 zu erkennenden
Materialdicke im Bereich des U-förmigen
Bogens 56. In einer Richtung parallel zur Umfangsrichtung
einer abzubremsenden Felge, wobei diese Umfangsrichtung durch einen
Doppelpfeil 62 angedeutet ist, sind die Bremsarme 42, 44 dadurch äußerst steif,
so dass die Bremsbacken 50 während eines Bremsvorgangs sicher
gehalten werden.
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Die Befestigung der Bremsbacken 50 an dem
jeweiligen zweiten Abschnitt 48 erfolgt mittels eines Befestigungsbolzens 64,
der in einem Langloch 66 in dem zweiten Abschnitt 48 höhenverschiebbar ist.
Im Sinne eines weiter vereinfachten Aufbaus ist es aber auch möglich, eine Aufnahme
für einen Bremsgummi
einstückig
mit den Bremsarmen auszubilden. Auf eine Höhenverstellbarkeit könnte dann entweder
verzichtet werden oder diese könnte
durch eine Höhenverstellbarkeit
des Trägers 40 realisiert werden.
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Wie die Felgenbremsanordnung der 1 und 2, ist die in den 3 und 4 gezeigte
Felgenbremsanordnung aus monolithischem Kohlefasermaterial aufgebaut.
Die Ausrichtung der Kohlefasern ist dabei wie bei der Ausführungsform
der 1 und 2 in einer Weise gewählt, um
den zu erwartenden Belastungen der Bremsarme 42, 44 und
des Trägers 40 standzuhalten.
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So liegt ein Anteil der parallel
zur Längsrichtung
des jeweiligen Bremsarms 42, 44 ausgerichteten
Kohlefasern im Bereich von 80%, ein Anteil der senkrecht zur Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern liegt im Bereich von 10% und ein Anteil
der im Winkel von 45° zur
Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern liegt im Bereich von 10%. Dadurch wird eine
hohe Biegebelastbarkeit der Bremsarme 42, 44 erreicht.
Diese Anpassung der Materialeigenschaften auf die zu erwartende
Belastung der Bremsarme 42, 44 ermöglicht eine
sparsame Materialverwendung und dadurch einen extremen Leichtbau.
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Demgegenüber sind bei einem Bremsvorgang
Torsionsbelastungen im Träger 40 zu
erwarten. Um diesen zu erwartenden Belastungen gerecht zu werden,
liegt ein Anteil der parallel zur Längsrichtung der Schenkel des
Trägerbügels 40 ausgerichteten Kohlefasern
im Bereich von 40%, ein Anteil der senkrecht zur Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern liegt im Bereich von 20% und ein Anteil
der im Winkel von 45° zur
Längsrichtung
ausgerichteten Kohlefasern liegt im Bereich von 40%. Der vergleichsweise hohe
Anteil der im Winkel von 45° ausgerichteten Kohlefasern
trägt dabei
zur hohen Torsionssteifigkeit des Trägerbügels 40 bei.
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Im Bereich seines Scheitels ist der
Trägerbügel 40 mit
einer Durchgangsöffnung 68 versehen,
die zur Befestigung an einer Tragstruktur eines Fahrrads dient.