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Die
Erfindung betrifft einen Fahrradrahmen mit einem Sattelrohr, einem
Lenkkopfrohr und einem Tretlagergehäuse das unmittelbar mit einem
Getriebegehäuse
verbunden ist, bei dem der kleinste Abstand vom Lenkkopfrohr zum
Getriebegehäuse
kleiner ist als der parallel hierzu gemessene Abstand zum Tretlagergehäuse, wobei
in das Getriebegehäuse
ein ein Abtriebsritzel aufweisendes Planetengetriebe und in das
Tretlagergehäuse
Tretlager und eine Tretlagerwelle eingesetzt sind, und die Tretlagerwelle über einen
Primärantrieb
mit dem Planetengetriebe in Verbindung steht sowie eine Baueinheit zur
Verwendung in dem Fahrradrahmen.
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Ein
solcher Fahrradrahmen ist beispielsweise aus der
US 6,079,726 bekannt. Bei diesem Fahrradrahmen
ist sowohl der Primärantrieb
als auch das Abtriebsritzel den Umwelteinflüssen ungeschützt ausgesetzt,
da sie außerhalb
des Getriebegehäuses liegen.
Wartungsaufwand und Verschleiß ist
entsprechend hoch. Insbesondere wenn ein solcher Fahrradrahmen für Mountainbikes
verwendet wird, die dazu gedacht sind, im Gelände unter erschwerten Bedingungen
und im Renneinsatz verwendet zu werden, kann eine solche Ausbildung
des Antriebes nicht verwendet werden, weil sowohl der Primärantrieb
als auch das Antriebsritzel nach kurzer Zeit so verschmutzt wären, dass
der Wirkungsgrad drastisch sinkt, was nur durch eine vermehrte Leistung
des Fahrers ausgeglichen werden kann, und dieser somit in seiner
Wettbewerbsfähigkeit
beeinträchtigt
wäre. Außerdem können sowohl
das Abtriebsritzel als auch der Primärantrieb bei einem Sturz schnell
beschädigt werden,
was zum Ausfall des Fahrrades führt.
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Bei
einem aus der
US 4,955,247 bekannten Fahrrad
liegen die Drehachse des Hinterrades und die Drehachse des Getriebeausganges
in etwa auf derselben Höhe.
Da die Hinterradschwinge ungefedert ist, ist die Lage der Drehachsen
zueinander unkritisch und die Toleranzen, die bei der Herstellung des
Tretlagergehäuses
bzw. des Getriebegehäuses eingehalten
werden müssen,
können
grob toleriert werden. Die bekannte Ausgestaltung des Hinterbaues
baut außerdem
recht lang, da die Schwinge länger sein
muss, als der Radius des Hinterrades und die horizontale Ausdehnung
des Getriebegehäuses.
Mit der Länge
des Radstandes sinken die positiven Handlingeigenschaften eines
Fahrrades.
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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 Nabenschaltung 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
Fahrsi cherheit 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 bei dem Fahrrad nach der
WO
01/15963 das Getriebe so in den Rahmen integriert, dass
die Drehachse des Getriebeausganges und der Mittelpunkt der Bahnkurve
des Hinterrades dicht beieinander liegen.
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Aus
der
DE 197 50 659
A1 ist ein Fahrrad bekannt, bei dem die Übertragung
des Drehmomentes von den Pedalen zum Hinterrad über ein Zahnradgetriebe erfolgt.
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Aus
der
WO 99/46159 ist
ein Fahrrad mit einem Getriebe bekannt, das so ausgestaltet ist,
dass das Fahrrad unabhängig
von der Drehrichtung der Pedale vorwärts fährt.
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Die
DE 202 01 787 U1 offenbart
ein schaltbares Getriebe zur Anordnung in dem Tretlager eines Fahrrades
und die
DE 195 24
271 A1 offenbart einen Kettenantrieb für Geländefahrräder mit großer Bodenfreiheit, der so ausgestaltet
ist, dass der Kettenantrieb möglichst
geschützt
liegt, indem vor dem primären
Hauptkettenantrieb eine sekundäre
Vorgelegestufe vorgeschaltet ist und das Kettenblatt für den Hinterradantrieb
oberhalb des Tretlagers gelagert ist.
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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.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den eingangs beschriebenen
Fahrradrahmen dahingehend zu verbessern, dass er so robust und störungsunanfällig ist,
dass er für
Mountainbikes Verwendung finden kann, die im Renneinsatz gefahren werden.
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Zur
Problemlösung
zeichnet sich der bekannte Fahrradrahmen dadurch aus, dass
- – der
Primärantrieb
innerhalb eines von zwei Deckeln gebildeten Gehäuses angeordnet ist,
- – das
Getriebegehäuse
abtriebseitig durch zwei Deckel verschließbar ist,
- – das
Abtriebsritzel zwischen den das Getriebegehäuse verschließenden Deckeln
angeordnet ist, und
- – eine
innen liegende und feststehende Welle des Planetengetriebes fest
mit dem Deckel verschraubt ist.
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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. Durch das
von den beiden Deckeln zusätzlich
gebildete Gehäuse
läuft das
Abtriebsritzel vollkommen geschützt. Stöße, die
beim Sturz oder im rauen Einsatz auf das Abtriebsritzel wirken könnten, werden
vom Getriebegehäuse
aufgefangen. Die Verschmutzungsgefahr ist drastisch reduziert. Da
auch der Primärantrieb
innerhalb zweier das Getriebegehäuse
verschließende Deckel
angeordnet ist, ist auch dieser gegen Umwelteinflüsse optimal
geschützt.
Die Wartungsintervalle werden verlängert. Verschmutzung des Primärantriebes
wird weitgehend vermieden und die Gefahr der Beschädigung des
Primärantriebes
durch Stöße oder Stürze ist
drastisch reduziert.
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Wenn
das Tretlagergehäuse
und das Getriebegehäuse
einstückig
ausgebildet sind, wird die Handhabbarkeit weiter vereinfacht.
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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.
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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.
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Eine
Baueinheit zur Verwendung in dem Fahrradrahmen besteht aus einem
ein Planetengetriebe aufnehmenden Getriebegehäuse und einem an das Getriebegehäuse angrenzenden
Tretlagergehäuse
mit Tretlagern und einer Tretlagerwelle, sowie einem die Tretlagerwelle
und das Planetengetriebe koppelnden Primärantrieb und einem an das Getriebegehäuse angrenzenden
Tretlagergehäuse
mit Tretlagern und einer Tretlagerwelle sowie einem die Tretlagerwelle
und das Planetengetriebe koppelnden Primärantrieb und einem am Ausgang
des Planetengetriebes vorgesehenen Antriebsritzel und zeichnet sich
dadurch aus, dass das Getriebegehäuse auf gegenüberliegenden
Seiten über
jeweils zwei Deckel verschlossen ist, der Primärantrieb innerhalb der beiden
ersten Deckel angeordnet ist, das Abtriebsritzel innerhalb des durch
die beiden zweiten Deckel gebildeten Gehäuses angeordnet ist und eine
innen liegende und feststehende Welle des Planetengetriebes fest
mit einem der Deckel verschraubt ist.
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Vorzugsweise
besteht die Baueinheit aus Aluminium, um das Gewicht zu reduzieren.
Vorzugsweise ist das Planetengetriebe schaltbar ausgestaltet.
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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.
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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.
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Bei
Kraftübertragung
mittels eines Kurbelgetriebes weist dieses vorzugsweise mindestens
zwei Kurbelstangen auf.
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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.
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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.
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In
dem das Getriebegehäuse
verschließenden
Deckel sind vorzugsweise zwei Ausnehmungen ausgebildet, durch die
die Antriebskette für
das Hinterrad hindurchgeführt
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.
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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.
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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.
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Mit
Hilfe einer Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung
nachfolgend näher
beschrieben werden:
Es zeigt:
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1 die
Seitenansicht eines Fahrrades;
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2 eine
vergrößerte Ausschnittsdarstellung
aus 1;
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3 eine
Explosionsdarstellung der Baueinheit;
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4 die
Seitenansicht eines Fahrradrahmens;
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5 die
Seitenansicht eines weiteren Fahrradrahmens;
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6 die
Seitenansicht eines weiteren Fahrradrahmens;
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7 die
Seitenansicht eines einteiligen Fahrradrahmens;
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8 die
Seitenansicht eines weiteren Fahrradrahmens;
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9 den
Primärantrieb
der Baueinheit in einer ersten Ausführungsform;
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10 den
Primärantrieb
der Baueinheit in einer zweiten Ausführungsform;
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11 den
Primärantrieb
der Baueinheit in einer dritten Ausführungsform;
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12 eine
Seitenansicht der Baueinheit;
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13 eine
weitere Seitenansicht der Baueinheit;
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14 eine
prinzipielle Schnittdarstellung durch ein (nicht erfindungsgemäßes) schaltbares Stirnradgetriebe.
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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 11 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.
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3 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Baueinheit, die aus dem mit dem Sattelrohr 1 und dem
Unterrohr 4 verbundenen Getriebegehäuse 6 und dem einstückig 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 27 des Planetengetriebes 13 aufgesetzte
Abtriebsritzel 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 33 den Getriebeausgang.
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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.
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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.
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Der
in 10 dargestellte Primärantrieb wird durch einen Kurbeltrieb
mit zwei Kurbelstangen 37, 37a gebildet.
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Bei
dem in 11 dargestellten Primärantrieb
wird das Drehmoment über
die vier Zahnräder 19, 20, 21 und 21a übertragen.
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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.
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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.
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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.
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- 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
- Tretkurbel
- 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
- Betätigungsseile
- 37
- Kurbelstange
- 37a
- Kurbelstange
- 38
- Welle
- 39
- Welle
- 40
- Zahnrad
- 41
- Mittellinie