DE10339207A1

DE10339207A1 - Fahrradrahmen mit integriertem Getriebegehäuse und Getriebegehäuse für einen Fahrradrahmen

Info

Publication number: DE10339207A1
Application number: DE10339207A
Authority: DE
Inventors: Karlheinz Nicolai
Original assignee: Nicolai Karlheinz Dipl-Ing (tu)
Current assignee: Nicolai Karlheinz Dipl-Ing (tu)
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-08-22
Also published as: DE10339207B4; US7338058B2; US20050062254A1

Abstract

Ein Fahrradrahmen mit einem Sattelrohr (1), einem Lenkkopfrohr (3), einem Tretlagergehäuse (5) und einem Getriebegehäuse (6) zeichnet sich dadurch aus, dass das Tretlagergehäuse (5) und das Getriebegehäuse (6) unmittelbar miteinander verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrradrahmen mit einem Sattelrohr, einem Lenkkopfrohr, einem Tretlagergehäuse und einem Getriebegehäuse sowie eine Baueinheit zur Verwendung in dem Fahrradrahmen.

Ein solcher Fahrradrahmen ist beispielsweise aus der WO 01/15963 bekannt. Bei Fahrrädern hat sich der Kettenantrieb durchgesetzt. Vielfach werden Fahrräder mit Kettenschaltung oder einer Nabenschaltung am Hinterrad ausgerüstet. Konstruktionsbedingt sind bei einer Kettenschaltung die Komponenten außen am Rahmen bzw. Hinterrad montiert und sind, da sie ständigen Witterungseinflüssen unterliegen, der Verschmutzung ausgesetzt. Der im Neuzustand sehr gute Wirkungsgrad einer Kettenschaltung verringert sich durch die Verschmutzung drastisch, so dass ein nicht unerheblicher Teil der vom Fahrer aufgebrachten Kraft zur Überwindung der Widerstände innerhalb der Schaltung aufgewendet werden muss. Bei einem Sturz oder einer Berührung mit Steinen oder Ästen können die Komponenten beschädigt oder vom Rahmen abgerissen werden. Eine Naben schaltung vermeidet diese Nachteile. Durch das in die Hinterradnabe integrierte Getriebe steigt aber das Gewicht des Hinterrades. Durch die Verlagerung des Getriebes an den Rahmen wird die Masse des Hinterrades reduziert, was sich insbesondere bei gefederten Fahrrädern vorteilhaft auswirkt, weil sich der Fahrkomfort mit Abnahme der ungefederten Massen erhöht. Insbesondere bei sogenannten Moutainbikes, die im Gelände bewegt werden, macht sich eine Reduzierung der Masse des Hinterrades sehr bemerkbar. Bei schnellen Bergabfahrten (downhill) ist neben dem erhöhten Fahrkomfort die gesteigerte Fahrsicherheit wichtig. Wenn große Federwege realisiert werden sollen, muss die Antriebskette über einen Kettenspanner laufen, damit der sich ändernde Abstand zwischen der Drehachse des Hinterrades und der Drehachse des Abtriebritzels ausgeglichen werden kann. Um auf die Verwendung eines Kettenspanners verzichten zu können, ist das Getriebe so in den Rahmen integriert, dass die Drehachse des Getriebeausganges und der Mittelpunkt der Bahnkurve des Hinterrades dicht beieinander liegen.

Ein Fahrradrahmen, in den das Getriebe integriert ist, ist sehr aufwändig zu fertigen, weil nicht nur die Lage des Getriebes zur am Rahmen zu befestigenden Hinterradschwinge definiert eingehalten werden muss, sondern auch der Abstand des Getriebes zur Tretlagerachse, über die die Antriebskraft eingeleitet wird. Es handelt sich hier um ein Präzisionsbauteil, das in Handarbeit hergestellt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen Fahrradrahmen dahingehend zu verbessern, dass seine Herstellung vereinfacht wird und die Lage des Getriebes und des Tretlagers in sehr engen Toleranzen gehalten werden können.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt bei einem gattungsgemäßen Fahrradrahmen dadurch, dass das Tretlagergehäuse und das Getriebegehäuse unmittelbar miteinander verbunden sind.

Durch diese Ausgestaltung ist es nicht nur möglich, den Abstand zwischen Tretlagerachse und Getriebeachse fest vorzugeben, sondern auch die Lage des Tretlagers zum Getriebe ist immer definiert und der Fahrradrahmen kann um das Tretlager und das Getriebegehäuse herumgebaut werden.

Wenn das Tretlagergehäuse und das Getriebegehäuse einstückig ausgebildet sind, wird die Handhabbarkeit weiter vereinfacht.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fahrradrahmen um einen üblichen Rohrrahmen, der außerdem ein Oberrohr und ein Unterrohr aufweist. Dann kann das Getriebegehäuse sowohl mit dem Sattelrohr als auch mit dem Unterrohr verbunden werden, woraus eine hohe Stabilität des Rahmens folgt.

Vorzugsweise wird das Getriebegehäuse mit dem Sattelrohr und dem Unterrohr verschweißt. Es kann aber auch verklebt werden. Verkleben ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Carbonfaserrahmen verwendet wird.

Das Getriebegehäuse kann beidseitig mit Deckeln verschließbar sein, so dass das Einsetzen der Komponenten erleichtert wird.

Wenn ein Deckel mehrteilig ausgestaltet ist und ein weiteres Gehäuse ausbildet, kann in diesem Gehäuse eine Getriebeanordnung vorgesehen sein, die das Drehmoment von der Tretlagerachse zur Getriebeingangswelle überträgt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Längsachse des Getriebegehäuses dem Lenkkopfrohr näher liegt als die Längsachse des Tretlagergehäuses.

Eine Baueinheit zur Verwendung in dem Fahrradrahmen besteht aus dem Getriebehäuse, dem an das Getriebegehäuse angrenzenden Tretlagergehäuse und den beidseitigen Deckeln. Vorzugsweise besteht die Baueinheit aus Aluminium, um das Gewicht zu reduzieren. In das Getriebegehäuse ist ein Planetengetriebe oder ein Stirnradgetriebe eingesetzt. Die Getriebe sind schaltbar.

Der Freilauf ist in das Getriebe integriert. Dadurch wird die Masse des Hinterrades reduziert, so dass aufgrund geringerer ungefederter Massen die Fahreigenschaften eines Fahrrades verbessert werden. Außerdem kann eine sehr einfache Nabenkonstruktion zum Einsatz kommen, die absolut wartungsfreundlich und besonders unempfindlich gegen Störfaktoren ist.

Das Drehmoment wird von der Tretlagerachse zur Getriebeeingangswelle vorzugsweise über Zahnräder und eine Kette oder einen Zahnriemen übertragen. Auch kann das Moment über eine reine Zahnradanordnung oder über ein Kurbelgetriebe übertragen werden.

Bei Kraftübertragung mittels eines Kurbelgetriebes weist dieses vorzugsweise mindestens zwei Kurbelstangen auf.

Wenn das Tretlager exzentrisch in einer Exzenterhülse angeordnet ist, ist der Abstand zwischen Tretlager und Getriebe einstellbar, so dass die Übersetzung des Primärtriebs an den Fahrer angepasst werden kann, indem unterschiedliche Antriebsritzel Verwendung finden können, was insbesondere dann sinnvoll ist, wenn das Fahrrad im Leistungssport eingesetzt wird.

Wenn das Gehäuse abgedichtet ist, sind die darin untergebrachten empfindlichen Bauteile sicher gegen Witterungseinflüsse geschützt. Der Primärantrieb (vom Tretlager zur Getriebeeingangswelle) kann dann sehr wartungsarm ausgebildet werden. Der Wirkungsgrad des Antriebs bleibt dadurch lange konstant, was insbesondere im rauen Einsatz von Montainbikes vorteilhaft ist.

In dem das Getriebegehäuse verschließenden Deckel sind vorzugsweise zwei Ausnehmungen ausgebildet, durch die die Antriebskette für das Hinterrad hin durchgeführt werden kann. Am Getriebegehäuse sind Anlenkpunkte für die Hinterradschwinge vorgesehen, die so ausgestaltet sind, dass die Schwinge so befestigt werden kann, dass die Drehachse des Getriebeausganges und der Mittelpunkt der Bahnkurve des Hinterrades zusammenfallen. Durch diese Ausgestaltung bleibt die Kettenlänge eines gefederten Fahrrades während allen Fahrsituationen gleich. Ein Abspringen der Kette ist nicht möglich.

Durch die erfindungsgemäß ausgestaltete Baueinheit kann auch am Fahrrad die Plattformstrategie umgesetzt werden. Die Baueinheit dient als Plattform. An ihr bzw. in ihr werden die Komponenten, wie Schaltung, Federung, die komplette Kraftübertragung, Bremsen, Dynamo und Beleuchtung fest angebracht. An der so ausgerüsteten Baueinheit werden dann herstellerspezifische Teile montiert, die den Rahmen vervollständigen.

Die erfindungsgemäße Baueinheit hat keine offenliegenden Teile in sturzgefährdeten Bauräumen eines Fahrrades. Es ist deshalb auch vorteilhaft, wenn die Antriebskette innerhalb der tragenden Bauteile der Hinterradschwinge geführt wird, so dass sie ebenfalls wartungsarm ist.

Mit Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend näher beschrieben werden: Es zeigt:
1 die Seitenansicht eines Fahrrades;
2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung aus 1;
3 eine Explosionsdarstellung der Baueinheit;
4 die Seitenansicht eines Fahrradrahmens;
5 die Seitenansicht eines weiteren Fahrradrahmens;
6 die Seitenansicht eines weiteren Fahrradrahmens;
7 die Seitenansicht eines einteiligen Fahrradrahmens;
8 die Seitenansicht eines weiteren Fahrradrahmens;
9 den Primärantrieb der Baueinheit in einer ersten Ausführungsform;
10 den Primärantrieb der Baueinheit in einer zweiten Ausführungsform;
11 den Primärantrieb der Baueinheit in einer dritten Ausführungsform;
12 eine Seitenansicht der Baueinheit;
13 eine weitere Seitenansicht der Baueinheit;
14 eine prinzipielle Schnittdarstellung durch ein schaltbares Stirnradgetriebe.
1 zeigt ein Fahrrad, das mit der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung ausgerüstet ist. Der Hauptrahmen wird gebildet aus dem Sattelrohr 1, dem Oberrohr 2, dem Lenkkopfrohr 3 und dem Unterrohr 4. Das Getriebegehäuse 6 ist mit dem Unterrohr 4 und dem Oberrohr 1 verbunden. Auf der Tretlagerwelle 1 1 sind die Tretkurbeln 24a, 24b befestigt. Am Getriebegehäuse 6 ist die gefederte Hinterradschwinge 25 angelenkt. Die Hinterradschwinge 25 ist um die hier nicht dargestellte Abtriebsachse des Getriebes 13 schwenkbar gelagert. Das Hinterrad 26 wird über eine Kette 31, die sich innerhalb der Hinterradschwinge 25 befindet, angetrieben. Das am Hinterrad 26 befestigte Kettenblatt 32 befindet sich hinter einer Wartungsabdeckung 27. Mit Hilfe des Ausfallendes 28 ist das Hinterrad 26 an der Schwinge 25 verschiebbar gelagert, so dass durch Verschieben die Kette 31 gespannt werden kann. Im Lenkkopfrohr 3 ist die das Vorderrad 29 tragende Gabel 30 gelagert. Dabei kann es sich um eine Federgabel handeln.
3 zeigt eine Explosionsdarstellung der Baueinheit, die aus dem mit dem Sattelrohr 1 und dem Unterrohr 4 verbundenen Getriebegehäuse 6 und dem einstükkig mit dem Getriebegehäuse 6 ausgebildeten Tretlagergehäuse 5 besteht, das mit dem Unterrohr 4 verbunden ist. In das Tretlagergehäuse 5 wird das Tretlager 10 mit der Tretlagerachse 11 eingesetzt. In das Getriebegehäuse 6 wird das schaltbare Planetengetriebe 13 eingesetzt. Linksseitig (auf der Zeichnung rechts) wird das Getriebe verschlossen durch die beiden Deckel 7, 7a, innerhalb der das auf der Ausgangswelle des Planetengetriebes 27 aufgesetzte Antriebsritzel 33 läuft. Rechtsseitig (auf der Zeichnung links) sind das Getriebegehäuse 6 und das Tretlagergehäuse 5 verschlossen durch die Deckel 8a, 8b, die ein Gehäuse 9 ausbilden, in dem der aus den beiden Zahnrädern 15, 16 und der Kette 17 gebildete Primärantrieb läuft. Das Zahnrad 16 ist mit der Tretkurbel 24b verbunden. Das Zahnrad 15 sitzt auf der Eingangswelle des Planetengetriebes 13. Zwischen den Deckeln 8a und 8b ist eine hier nicht näher dargestellte Dichtung eingelegt, damit der Primärantrieb im Gehäuse 9 vor Witterungseinflüssen geschützt ist. In dem mit dem Deckel 8a verschraubten Zusatzgehäuse 34 befindet sich ein Kettenspanner für die Kette 17. Im Deckel 7a sind zwei Durchbrüche 23, 23a vorgesehen, durch die die zum Hinterrad 26 führende Kette 31 hindurchgeführt werden kann. Die innenliegende und feststehende Welle 35 des Planetengetriebes 13 ist fest mit dem Deckel 7a verschraubt. Die Betätigungsseile 36, über die das Planetengetriebe 13 geschaltet wird, sind nach außen geführt. Das äußere Gehäuse des Planetengetriebes 13 rotiert während der Tretbewegung und bildet mit dem Abtriebsritzel 15 den Getriebeausgang.
Wie 4 zeigt, ist in rechtwinkligem Bezug auf einer gedachten Linie durch das Lenkkopfrohr 3 der kleinste Abstand A zum Getriebegehäuse 6 kleiner als der parallel gemessene Abstand B zum Tretlagergehäuse 5. Die 6 bis 8 zeigen verschiedene Einbauformen der Baueinheit in den Fahrradrahmen. 6 zeigt, dass das einstückig mit dem Tretlagergehäuse 5 ausgebildete Getriebegehäuse 6 mit dem Sattelrohr 1 und dem Unterrohr 4 verschraubt werden kann. Bei dem Carbonrahmen nach 7 ist die Baueinheit verklebt. 8 zeigt ein Getriebegehäuse 6 für ein schaltbares Stirnradgetriebe 14 mit zwei oder mehr als zwei Wellen. Auch hier ist in Bezug auf eine gedachte Linie durch Lenkkopfrohr 3 der kleinste Abstand A zum Getriebegehäuse 6 kleiner als der kleinste Abstand B zum Tretlagergehäuse 5. Generell gilt, dass der minimale Abstand vom Tretlagergehäuse 5 lotrecht auf eine gedachte Verlängerung der Lenkkopfrohrmittellinie immer größer ist als der entsprechende minimale Abstand vom Getriebegehäuse 6. Sind in einer entsprechenden Konstruktion keine Gehäusekanten sichtbar, so sind zylinderförmige Körper koaxial zu den Getriebewellen zu definieren, die das Getriebegehäuse 6 einhüllen. Als Kanten sind dann die Zylinderflächen zu betrachten.
9 zeigt eine erste Ausführungsform des im Gehäuse 9 laufenden Primärantriebs. Dass Antriebsmoment wird über das mit der Tretkurbel 24b verbundene Zahnrad 15 über einen Zahnriemen 18 auf das mit der Eingangswelle des Getriebes verbundene Zahnrad 16 übertragen.
Der in 10 dargestellte Primärantrieb wird durch einen Kurbeltrieb mit zwei Kurbelstangen 36, 37 gebildet.
Bei dem in 11 dargestellten Primärantrieb wird das Drehmoment über die vier Zahnräder 19, 20, 21 und 21a übertragen.
Ein Vergleich der 12 und 13 zeigt, dass über eine in das Tretlagergehäuse 5 eingesetzte Exzenterhülse 22 der Abstand L des Tretlagers 10 zum Getriebe 13 bzw. 14 einstellbar ist, so dass die Ergonomie des Primärantriebes an die Bedürfnisse des Fahrers angepasst werden kann.
14 zeigt eine prinzipielle Schnittdarstellung durch ein schaltbares Stirnradgetriebe 14. An der Tretlagerwelle 11 sind die Tretkurbeln 24a, 24b befestigt. Die Tretlagerwelle 11 ist im Tretlagergehäuse 5 drehbar gelagert. Die Übersetzungen werden durch Einkopplung der Wellen 38, 39 zu den Zahnrädern 40 gewählt. Auf der Abtriebswelle 39 befindet sich außerhalb der Getriebegehäuses 6 das Antriebsritzel 33.
Die Baueinheit, die das Tretlagergehäuse 5 und das Getriebegehäuse 6 bildet, kann mit ihren Deckeln 7, 7a, 8a, 8b gefräst, aus Strangpressprofilen hergestellt, geschweißt oder gegossen sein. Vorzugsweise ist die Baueinheit gegossen und wird anschließend durch Fräsen nachbearbeitet. Am Getriebegehäuse 6 kann ein Stoßdämpfer für die Aufhängung des Hinterrades 26 befestigt sein.

1: Sattelrohr
2: Oberrohr
3: Lenkkopfrohr
4: Unterrohr
5: Tretlagergehäuse
6: Getriebegehäuse
7: Deckel
7a: Deckel
8a: Deckel
8b: Deckel
9: Gehäuse
10: Tretlager
11: Tretlagerwelle
12: Getriebeanordnung
13: Planetengetriebe
14: Stirnradgetriebe
15: Zahnrad
16: Zahnrad
17: Kette
18: Zahnriemen
19: Zahnrad
20: Zahnrad
21: Zahnrad
21a: Zahnrad
22: Exzenterhülse
23: Durchbruch
23a: Durchbruch
24a: Durchbruch
24b: Tretkurbel
25: Schwinge
26: Hinterrad
27: Wartungsabdeckung
28: Ausfallende
29: Vorderrad
30: Gabel
31: Kette
32: Kettenrad
33: Antriebsritzel
34: Zusatzgehäuse
35: Welle
36: Kurbelstange
37: Kurbelstange
38: Welle
39: Welle
40: Zahnrad
41: Mittellinie

Claims

Fahrradrahmen mit einem Sattelrohr (1), einem Lenkkopfrohr (3), einem Tretlagergehäuse (5) und einem Getriebegehäuse (6), dadurch gekennzeichnet, dass das Tretlagergehäuse (5) und das Getriebegehäuse (6) unmittelbar miteinander verbunden sind.
Fahrradrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tretlagergehäuse (5) und das Getriebegehäuse (6) einstückig ausgebildet sind.
Fahrradrahmen nach Anspruch 1 mit einem Oberrohr (2) und einem Unterrohr (4), dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (6) sowohl mit dem Sattelrohr (1) als auch mit dem Unterrohr (4) verbunden ist.
Fahrradrahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (6) mit dem Sattelrohr (1) und dem Unterrohr (4) verschweißt ist.
Fahrradrahmen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (6) mit dem Sattelrohr (1) und dem Unterrohr (4) verklebt ist.
Fahrradrahmen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse (6) beidseitig mit Dekkeln (7, 8) verschließbar ist.
Fahrradrahmen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dekkel (8) mehrteilig ist und ein weiteres Gehäuse (9) ausbildet.
Fahrradrahmen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (9) für eine Getriebeanordnung von einer im Tretlagergehäuse (5) eingesetzten Tretlagerwelle zu einem im Getriebegehäuse (6) untergebrachten Getriebe vorgesehen ist.
Fahrradrahmen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Abstand (A) vom Lenkkopfrohr (3) zum Getriebegehäuse (6) kleiner ist als der parallel hierzu gemessene Abstand (B) zum Tretlagergehäuse (5).
Baueinheit zur Verwendung in dem Fahrradrahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, bestehend aus einem Getriebegehäuse (6), einem an das Getriebegehäuse (6) angrenzenden Tretlagergehäuse (5) und Deckeln (7, 8a, 8b), wobei die miteinander verbundenen Deckel (8a, 8b) ein weiteres Gehäuse (9) ausbilden.
Baueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Tretlagergehäuse (5) und das Getriebegehäuse (6) einstückig ausgebildet sind.
Baueinheit nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch den Werkstoff Aluminium.
Baueinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in das Getriebegehäuse (6) ein Planetengetriebe (13) und in das Tretlagergehäuse (5) Tretlager (10) und eine Tretlagerwelle (11) eingesetzt sind, und dass die Tretlagerwelle (11) über eine Getriebeanordnung (12) mit dem Planetengetriebe (13) in Verbindung steht.
Baueinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in das Getriebegehäuse (6) ein Stirnradgetriebe (14) und in das Tretlagergehäuse (5) Tretlager (10) und eine Tretlagerwelle (11) eingesetzt sind, und dass die Tretlagerwelle (11) über eine Getriebeanordnung (12) mit dem Stirnradgetriebe (14) in Verbindung steht.
Baueinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe (13, 14) schaltbar sind.
Baueinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (12) aus zwei Zahnrädern (15, 16) und einer Kette (17) oder einem Zahnriemen (18) besteht.
Baueinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung aus mindestens drei Zahnrädern (19, 20, 21) besteht.
Baueinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung aus vier Zahnrädern (19, 20, 21, 21a) besteht.
Baueinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebeanordnung (12) ein Kurbelgetriebe ist.
Baueinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgetriebe mindestens zwei Kurbelstangen (36, 37) aufweist.
Baueinheit nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Tretlager (10) und Getriebe (13, 14) einstellbar ist.
Baueinheit nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Tretlager (10) exzentrisch in einer Exzenterhülse (22) angeordnet ist.
Baueinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das die Getriebeanordnung (12) aufnehmende Gehäuse (9) abgedichtet ist.
Baueinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der das Getriebegehäuse (6) verschließende Deckel (7) zwei Durchbrüche (23, 23a) zur Durchführung einer Antriebskette aufweist.
Baueinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie durch Fräsen und/oder Gießen hergestellt wird.
Fahrrad, insbesondere Mountainbike, mit einem Rahmen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.
Fahrrad nach Anspruch 26 mit einer Baueinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 25.