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Die Erfindung betrifft ein Fahrrad
mit veränderlicher
Sitzposition, die sowohl der Erhöhung
des Fahrkomforts als auch der Verbesserung bzw. Optimierung des
Antriebssystems des Fahrrads dient.
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Zur Fortbewegung von Personen mit
muskelbetriebenen Fahrzeugen hat sich hauptsächlich das klassische Fahrrad
mit Pedalantrieb durchgesetzt, während
andere Formen, wie das Liegefahrrad, Dreirad oder Laufrad eher Ausnahmefälle sind.
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Es gibt zwar einzelne Versuche, den
Fahrkomfort des Fahrrades zu erhöhen
oder den Antrieb zu verbessern, jedoch haben sich diese in der Praxis wegen
ihrer teilweise komplizierten und aufwendigen Technik, aufgrund
eingeschränkter
Nutzung bzw. Nutzung nur für
spezielle Einsatzgebiete, oder aufgrund funktioneller, ästhetischer
oder ergonomischer Mängel
nicht durchsetzen können,
so dass die grundlegende Form des mit diesen Fahrrad seit jahrzethneten
im wesentlichen unverändert
geblieben ist.
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Versuche, einzelne Komponenten der
Fahrräder
zu verbessern bzw. zu verändern,
beeinflussten, jedoch wiederum andere Komponenten des Fahrrads negativ
oder passten funktionell oder ästhentisch
nicht mit diesen zusammen.
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beispielsweise gibt es etliche Vorschläge, eine
Auf- und Abwärtsbewegung
oder eine horizontale auch mit Einrichtungen des Sattels als zusätzlichen
Antrieb zu nutzen. Dieses wurde teilweise auch mit Einrichtungen
zur speicherung der Energie und späteren gezielten Abgabe kombiniert.
Beispiele hierfür
sind:
DE 91 10 207
U1 ;
AT 406 142
B ;
DE 698 06
489 T2 ;
DE
195 33 519 A1 ;
DE
198 50 498 A1 ;
DE 195
02 739 . Bei diesen Neuerungen wird die Bewegung des Sitzes
jedoch ausschließlich
zur Unterstützung
und/oder verbesserung der Antriebskraft genutzt, während eine
Erhöhung
des Fahrkomforts damit nicht verbunden ist. Im Gegenteil kann die
Beweglichkeit des Sitzes sogar den Fahrkomfort verschlechtern und
aich die Lenkung und Fahrstabilität sowie das Auf- und Absteigen
und Anfahren/Brernsen erschweren oder zu vergrößertem Wartungs- und Reparaturaufwand
für die
zusätzlichen
Teile sorgen. Außerdern
sind die Konstruktionen meistens kompliziert und aufwendig und damit
reparaturanfällig
und wartungsintensiv, und beeinflussen darüber hinaus auch das ästhetische
Aussehen der mit diesen Vorrichtungen bestückten Fahrräder in nachteiliger Art und
Weise.
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Aus der
DE 87 10 575 U1 ist ein
Fahrrad bekannt, das zur Erhöhung
des Sitzkomforts einen Integralliegesitz mit Stützelementen im Gesäß- und Schulterbereich
aufweist. Der Antrieb des Fahrrades erfolgt über Strecken und Beugen der
Beine und Arme, wobei die durch das Strecken erzeugte Energie in
Form von Federenergie und potentieller Energie aus dem Gewicht des
Fahrers gespeichert wird und zusammen mit der durch Beugen der Beine
und Arme erzeugten Energie dem Antriebsrad zugeführt wird. Nachteilig bei diesem
Fahrrad ist, dass der relativ effiziente Kurbelantrieb von normalen
Fahrrädern vollständig entfällt und
statt dessen durch anstrengendere, mit vollem Körpereinsatz erfolgende Arm- und
Beinarbeit ersetzt wird, die nicht von jedermann geleistet werden
kann und will, und dass hier keine normale Sitzposition möglich ist,
sondern nur die im Schalensitz fest eingebettete Liegeposition in
relativ geringer Höhe über dem
Erdboden. Aufgrund dieser niedrigen Straßenlage ist dieses Fahrrad
für den Stadtverkehr
nicht so gut geeignet, da es dem Fahrer nur sehr eingeschränkte Sicht über das
Verkehrsgeschehen erlaubt und für
die anderen Verkehrsteilnehmer, insbesondere z. B. LKW-Fahrer, auch
sehr schlecht zu sehen ist, was ein erhöhtes Unfallrisiko darstellt.
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DE 30 02 609 A1 beschreibt ein Mobil-Schwerkraft-Fahrrad,
bei dem verschiedene Antriebe miteinander kombiniert werden. Das
Fahrrad wird mit Hebelwirkung betrieben, herkömmliche Tretpedalen fehlen.
Die Krafterzeugung erfolgt durch Absenken des Sitzes durch das Gewicht
des Fahrers, durch Abwärtsbewegung
eines Trittpedals, durch das im Falle der Ausbildung des Fahrrades
als Rikscha auch der Sitz des Fahrgastes angehoben wird, so dass
beim Absenken des Fahrgastsitzes das Gewicht des Fahrgastes für den Antrieb
mit genutzt werden kann, durch eine verstellbare Zugkraftübertragung
am Zahnrad bzw. Hebel und durch gespeicherte Energie in Form einer
Bremsfederspannung. Diese Vorrichtung ist wegen ihrer Sperrigkeit
(ca. 2,00 m lang) und der unkomfortablen Sitzposition für den Alltagsgebrauch
ungeeignet. Zudem dürfte
bei diesem Fahrrad die Lenkbarkeit kritisch sein, was die Verkehrssicherheit
stark beeinträchtigt.
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Bei sämtlichen vorgenannten Fahrrädern sind
die Rahmen jeweils starr, so dass lediglich die relative Lage des
Sitzes zum Rahmen verändert
werden kann, der Radabstand jedoch konstant bleibt. Es sind zwar
auch bereits klappbare Rahmen für
Zweiräder
bekannt, wie z.B.
DE
101 58 390 A1 und
DE
37 20 368 C2 , jedoch dient dieses lediglich zum Zusammenklappen
des Fahrrades zum Transport bzw. dem leichteren Auf- und Abstieg.
Während
der Fahrt sind die Rahmen verriegelt, so dass sie im fahrbereiten Zustand
den starren Rahmen gleichzusetzen sind.
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Schließlich ist aus der
DE 1 023 986 C1 eine Antriebsvorrichtung
für Fahrräder bekannt,
bei der die Sitzverstellung gekoppelt mit der Einstellung der aus
zwei Kettentrieben bestehenden Antriebsvorrichtung mit Hilfe eines
Trägerparallelogramms
erfolgt. Hier dient die Sitzverstellung und Anpassung der Antriebsvorrichtung
lediglich dem verbesserten Fahrkomfort, jedoch erfolgt keine Erhöhung oder
Optimierung der Antriebskraft.
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Aus den obigen Ausführungen
geht hervor, dass an den bestehenden klassischen Fahrrädern zwar
durch Modifizierung einzelner Komponenten versucht wurde, einzelne
funktionale, technische oder ergonomische Probleme zu lösen, mit
dem Nachteil, dass die anderen Probleme bestehen bleiben oder aber
sogar noch verschärft
werden.
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Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung,
ein Fahrrad zur Verfügung
zu stellen, bei dem gleichzeitig die geometrischen, funktionalen,
technischen und ergonomischen Komponenten berücksichtigt und so aneinander
angepasst werden, dass Fahrverhalten, Antriebssystem, Fahrkomfort
und ästhetisches
Aussehen verbessert werden. Die Verbesserung soll nicht auf Kosten
einer der anderen Komponenten erfolgen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Fahrrad gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.
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Das erfindungsgemäße Fahrrad kombiniert geometrische,
funktionale, technische und ergonomische Bedingungen in einer neuen
Fahrradform. Es gewährt
Komfort bei hohen Geschwindigkeiten. Die Grundidee ist eine variable
Sitzposition: bei Langsam- oder
Bergauffahrten befindet sich der Fahrer in der klassischen aufrechten
Stellung, während
er bei hohen Geschwindigkeiten in die sportliche Liegeposition wechseln
kann.
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Diese Auf- und Abwärtsbewegung
des Fahrers wird außerdem
zur Unterstützung
beim Antrieb genutzt. Wie beim Herunterdrücken des Hebels einer Draisine
wird das Absenken des Fahrers in Vortrieb umgesetzt. Das funktioniert
sowohl durch Umsetzen der Bremsenergie beim Anfahren wie auch durch Umsetzen
der beim Fahren über
Unebenheiten erzeugten Federenergie.
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Ein Kernelement des erfindungsgemäßen Fahrrades
ist die Umsetzung des Neigungsdrehmomentes des Sitzes und/oder der
Bremsenergie in Vortrieb. Beim Bremsvorgang wird der Fahrer aus
der Liegeposition oder einer Zwischenposition angehoben. Fährt er an,
wird der Sitz wieder abgesenkt und die potentielle Lageenergie in
Vortrieb umgesetzt. Die Energie wird so genutzt, als ob der Fahrer
einen kleinen Hügel
hochfahren würde,
um sich beim Anfahren einfach wieder Iosrollen zu lassen. So kann ein
Teil der Bremsenergie beim Anfahren wieder verwendet werden. Hierzu
muss kein gesonderter gewichtsintensiver Speicher, wie Batterien
oder dgl. integriert werden, sondern das Auf und Ab der Masse reicht
aus. Das gleiche Prinzip wird auch beim Federn während der Fahrt genutzt. Durch
die erfindungsgemäße Konstruktion
erzeugt das Federn und Bremsen ein Drehmoment um die Vorderachse.
Deshalb wird beides mit dem Pedalantrieb kombiniert und in eine
Brems-Antriebs-Getriebeeinheit integriert. Diese ist in der Vorderachse
untergebracht. Die Brems-Antriebs-Getriebeeinheit ist durch ihre kompakte
Konstruktion gut gekapselt und vor Verschmutzung geschützt. Dieses
ermöglicht
einen weitergehend verschleißfreien
und wartungsarmen Betrieb, so dass leichte Kunststoffbauteile verwendet werden
können.
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Die Kraft wird vorzugsweise nicht
starr von den Kurbeln auf das Rad übertragen, sondern über eine
Feder. In der Phase der maximalen Kraftentwicklung spannt sich die
Feder und gibt die gespeicherte Kraft an den Totpunkten wieder ab
bzw. werden Laufunruhen aus den auf das Rad einwirkenden Kräften gedämpft. Dieses
steigert die Effizienz und sorgt für einen gleichmäßigen Kraftaufwand.
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Die Flexibilität des Rahmens wird gleichzeitig
zur Federung des Fahrrades genutzt. So führt beispielsweise die Fahrt über grobes
Kopfsteinpflaster zu einer sanften Auf- und Abwärtsbewegung. Der Fahrer federt
sacht in seinem Sitz. Dies ist nicht nur sehr komfortabel, sondern
kann durch Einbeziehung der Arme zusätzlich für den Antrieb genutzt werden.
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Ein Körper lässt sich in seinem Schwerpunkt ohne
großen
Kraftaufwand drehen. Deshalb werden Fahrer, Sitz und Vorderrad in
eine Achse mit der Lenkachse gebracht. Dadurch wird aufrechtes und wendiges
Fahren mit der Liegposition vereinbar. Durch das Zusammenspiel von
Lenkachse und veränderlicher
Höhenlage
kann sich der Fahrer wie ein Schlittenfahrer im Eiskanal in seiner
Kurvenlage ausrichten. Auch beim Bremsen kann sich der Fahrer in Kraftrichtung
ausrichten. Die Laufräder
werden jederzeit, auch bei Bergauf- oder -abfahrten optimal belastet.
Das Fahrgefühl
ist wie Einradfahren, Surfen, Ski- und Bobfahren in einem.
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Durch den tiefen Schwerpunkt in der
Liegeposition ist ein sicheres als auch entspanntes Fahren auch
bei sehr hohen Geschwindigkeiten möglich. Der Windwiderstand ist
in der Liegeposition minimiert. Das Rad zieht sich immer wieder
in die Geradeausfahrt. Um dieses zu erreichen, werden vorzugsweise Laufräder mit
einem großen
Durchmesser, wie zum Beispiel 28'', verwendet.
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Das Fahrrad ist zu jeder Jahreszeit
einsatzbereit und kann durch einen atmungsaktiven Anzug erweitert
werden. Im Helm können
technische Hilfsmittel, wie Tachometer oder GPS, Freisprecheinrichtungen,
CB-Funk und auch die Beleuchtung untergebracht werden. Das ist praktisch
und sicher. Gegenüber
voll verkleideten Rädern
ist das erfindungsgemäße Fahrrad
dadurch klein und kompakt.
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Durch die Erfindung kann die Akzeptanz
für das
Fahrrad als Verkehrsmittel gesteigert werden. Das erfindungsgemäße Fahrrad
kann als preiswertes neuartiges Fahrzeug vermarktet werden und so
ein Beitrag zur Lösung
unserer Verkehrsprobleme leisten. Für verschiedene Marktsegmente – vom Business-Stadtfahrzeug
bis zum Fun-Sportgerät – können unterschiedliche
Modelle und somit breite Anwendungsmöglichkeiten entwickelt werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles beschrieben.
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1 ist
eine schematische perspektivische Ansicht einer möglichen
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Fahrrades
in der hohen oder aufrechten Sitzposition;
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2 ist
eine schematische perspektivische Ansicht der in 1 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrrades
in der tiefen oder liegenden Sitzposition;
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3a-c sind
schematische Darstellungen der Fahrer- und Radposition in drei verschiedenen Höhenlagen
des Sitzes;
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4a, b sind schematische Darstellungen des Kurvenradius
und der Seitenlage in Abhängigkeit von
der Sitzhöhe
(Achsabstand);
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5a-e sind
schematische Darstellungen der Masse des Fahrers zur Umsetzung in
potentielle Lageenergie sowie der Brems- und Federenergie in Vortrieb;
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6a-d sind
schematische Darstellungen der Prinzipien des Getriebes;
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7 ist
eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
des durch die Auf- und Abwärtsbewegung
des Sitzes und die Stoßdämpfung erzeugten
Neigungs-Drehmomentes in Vortrieb;
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8 ist
eine schematische Darstellung einer möglichen Ausführungsform
des Tretkurbelantriebs;
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9a-e sind
schematische Darstellungen für
den geschalteten Kurbelantrieb durch Veränderung des Zahnringdurchmessers;
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10a-d sind
schematische Darstelllungen einer möglichen Ausführungsform
zur Speicherung der Stoßenergie
und Nutzung der gespeicherten Stoßenergie für den Vortrieb;
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1 zeigt
eine mögliche
Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Fahrrades 1.
Das Fahrrad besteht aus einem Vorderrad 2 und einem Hinterrad 3,
die durch einen Rahmen miteinander verbunden sind. Anders als die
herkömmlichen
Fahrradrahmen, die in der Regel aus mehreren, fest und starr miteinander
verbundenen, rohrartigen Rahmenteilen bestehen und an dem die Hinterrad-
und Vorderradanordnung, der Lenker und Sattel gelagert sind, besteht der
Rahmen des erfindungsgemäßen Fahrrades
in der bevorzugten Ausführungsform
lediglich aus der Vorderradanordnung, der Hinterradanordnung und einem
drehgelenkig an der Hinterradanordnung gelagerten Rahmenteil 4.
Ein Sitz 5 ist über
eine ein Gelenk bildende Welle und Lager starr mit einer Vorderradgabel 6 sowie über das
Rahmenteil 4 einem Lenker 7 verbunden. Der Sitz
besteht aus einem Sattel 5a und einer verlängerten
Rückenlehne 5b,
so dass auch in der Liegeposition eine komfortable Körperhaltung
möglich
ist. Der Lenker 7 ist an der gelenkigen Verbindung 10 an
einer Hinterradgabel 8 gelagert und in etwa U-förmig horizontal
so angeordnet, dass die Enden der U-förmigen Schenkel mit Handgriffen 9 sowie
Handbremsen 11 in Fahrtrichtung weisen.
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Das Hinterrad 3 ist in üblicher
Weise in der Hinterradgabel 8 gelagert und das Vorderrad 2 in
der Vorderradgabel 6, wobei anders als bei herkömmlichen
Fahrrädern
ein Tretkurbelantrieb 14 am Vorderrad 2 vorgesehen
ist. Da das Vorderrad 2 in der dargestellten, bevorzugten
Ausführungsform
die Form einer geschlossenen Scheibe besitzt und das Rad infolgedessen
nur in seinem Drehpunkt durchdrungen werden kann, wird auf jeder
Seite des Vorderrades 2 ein Tretkurbelantrieb 14 mit
Getriebe 12 vorgesehen. Eine Integration in das Vorderrad 2 wäre denkbar.
Bei einem Schaltvorgang müssen
beide Getriebe 12 geschaltet werden. Durch einen zeitlichen
Versatz der Schaltvorgänge
kann unter Belastung und ohne Tretunterbrechung geschaltet werden.
Die Achse des Tretkurbelantriebs 14 ist exzentrisch zur
Vorderradachse angeordnet und befindet sich bei einem 28''-Rad vorzugsweise etwa 280 mm über der
Fahrebene. Bevorzugt wird ein Zahn- oder Rollenringantrieb, wobei
die Schaltung durch Veränderung
des Ringdurchmessers bzw. Verringerung der Zahnanzahl realisiert
werden kann, der weiter unten ausführlicher beschrieben wird.
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1 zeigt
das erfindungsgemäße Fahrrad 1 mit
dem Sitz 5 in der angehobenen oder Sitzposition, während 2 das Fahrrad 1 mit
dem Sitz 5 in der abgesenkten oder Liegeposition zeigt.
Wie aus dem Vergleich der Figuren erkennbar ist, ist der Achsabstand
zwischen der Achse des Vorderrades 2 und der Achse des
Hinterrades 3 in der Liegeposition des Sitzes 5 erheblich
größer als
in der Sitzposition des Sitzes 5. Damit verbunden ist eine
Neigungsänderung
des Sitzes 5 sowie eine Verlagerung der Schwerachse und
des Schwerpunktes, wie es auch aus den Abbildungen der 3a bis 3c deutlich wird.
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Während
der Fahrt kann der Fahrer 20 in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit,
den Verkehrsbedingungen und seinen Bequemlichkeitsanforderungen
entweder in der Liegeposition (3C) oder
in beliebigen Zwischenpositionen (3B)
fahren. Bei Langsamfahrten, beim Anfahren oder bergauf wird der
Fahrer 20 in der aufrechten Position (3A) fahren, während er bei hohen Geschwindigkeiten
in der liegenden Position fahren wird (3C). Alle Zwischenpositionen sind möglich (3B). Dabei wird die Flexibilität des Rahmens
gleichzeitig zur Federung des Fahrrades genutzt, so dass der Fahrer 20 während der
Fahrt sanft auf und ab bewegt wird.
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Zum Anfahren (3A, 5B)
befindet sich der Sitz 5 mit dem Fahrer 20 zunächst in
der angehobenen Stellung und senkt sich dann beim Anfahren ab, wobei
die potentielle Lageenergie in Vortrieb umgesetzt wird, d. h., Umwandlung
des durch Abwärtsbewegen
des Sitzes 5 mit dem Gewicht des Fahrers 20 erzeugten
Neigungsdrehmomentes der Vorderradgabel 6 in ein vorwärtstreibendes
Drehmoment um die Vorderradachse 2a.
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Wie aus den 4A, 4B zu
erkennen ist, hat die Höhe
des Sitzes 5 und damit der Abstand der Radachsen Einfluss
auf den Kurvenradius sowie die Seitenlage des Fahrrades. Bei der
schnellen Fahrt in der liegenden Position ergibt sich eine starke
Kurvenlage mit langgezogener Kurve, während bei einer langsamen Fahrt
in der aufrechten Sitzposition eine geringe Kurvenlage mit enger
Kurve erreicht wird.
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Damit die Auf- und Abwärtsbewegung
des Sitzes sowie die Stoßdämpfung ebenfalls
zum Vortrieb des Fahrrades genutzt werden können, sind an dem erfindungsgemäßen Fahrrad
entsprechende Konstruktionen vorzusehen. Wenn sich der Fahrer auf
dem Sitz 5 absenkt, soll sich das Fahrrad nach vorne bewegen.
Siehe auch schematische Darstellungen der 5a bis 5e. 5a zeigt die Wirkung der
Fahrermasse 20 beim Bremsen. Beim Bremsen wird der Fahrer
aus der Liegeposition oder einer Zwischenposition angehoben, wobei
ein Teil der Bremsenergie beim Anfahren wiederverwendet werden kann.
Hierzu muss kein gesonderter gewichtsintensiver Speicher, wie Batterien
oder dgl. integriert werden, sondern das Auf und Ab der Masse 20 reicht aus.
Das gleiche Prinzip wird auch beim Federn während der Fahrt genutzt (5c, 5d – Federn
hinten bzw. Federn vorn). 5b stellt
die Anfahrsituation dar. Beim Anfahren senkt sich der Fahrer 20 auf
dem Sitz ab, wobei die potentielle Lageenergie in Vortrieb umgesetzt
wird. 5e zeigt schematisch
den Pedalantrieb mit Federung. Wie in 7 dargestellt
ist, wird die durch die Parallelverschiebung beim Absenken erzeugte
Drehbewegung in Vortrieb umgesetzt.
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Die 6a – d zeigen in schematischer Form durch Pfeile
dargestellt die Prinzipien des Getriebes. 6a zeigt die Fahrt- und Drehrichtung
des Vorderrades 2. 6b zeigt
die Drehrichtung des Vorderrades 2 beim Pedalantrieb. 6c ist eine schematische
Darstellung der Federung des Vorderrades 2 und Figur 6d eine
schematische Darstellung der Federung des Hinterrades und der Drehrichtung bei
der Lageenergiespeicherung durch das Vorderrad 2.
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Eine schematische Darstellung einer
möglichen
Ausführungsform
des Tretkurbelantriebs ist in 8 gezeigt.
Eine Feder (in 8 nicht
dargestellt) zwischen Achse 2a und Rad 2 puffert
Laufunruhen, wobei die Achse 2a mit einem Zahnrad und Freilauf ein
Element bildet. Der Abstand der Zahnrollen zueinander bzw. die Zahnform
muss unverändert
bleiben. Bei einer Reduzierung des Radius bzw. der Rollenanzahl
bewegen sich die Rollen auf vorgegebenen Bahnen, wobei der Verlauf
der vorgegebenen Rollenbahnen so gestaltet werden könnte, dass
der Hebelarm im Totpunkt der Tretkurbel besser überwunden werden kann. Eine
Ausformung des Zahnrings 19 am Hebelarm der Tretkurbel
wäre möglich.
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Die Reduzierung des Radius bzw. der
Rollenanzahl könnte
durch eine Überlappung
realisiert werden.
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Bei herkömmlichen Fahrrädern wird
eine Drehbewegung durch ein Zahnrad mit einer Tretkurbel über eine
Kette und ein weiteres Zahnrad auf das anzutreibende Rad übertragen.
Eine Schaltung erfolgt durch unterschiedlich große Zahnräder, auf die dann die Kette
gewechselt wird, oder durch ein in die Achse integriertes Getriebe.
Die vielen an diesen Vorgängen
beteiligten Elemente wirken sich auf den Wirkungsgrad aus. Bei einem
Hochrad wirkt die Tretkurbel direkt auf das angetriebene Rad, die Übersetzung
ist jedoch unveränderlich
und hat einen enorm großen
Raddurchmesser zur Folge.
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Beim erfindungsgemäßen Rad 1 wurden
insbesondere aus ergonomischen Überlegungen
die Tretkurbeln im bzw. am Vorderrad 2 angeordnet. Eine Durchdringung
des Vorderrades 2, um wie beim herkömmlichen Fahrrad die Tretkurbeln
zu synchronisieren, ist nicht möglich.
Durch einen Zahnring 19 mit kombinierter Tretkurbel 14 und
auf beiden Seiten des Rades 2 angeordneten Zahnrädern 21 wird
die Anzahl der beteiligten Elemente reduziert und eine Synchronisation
der Tretkurbeln 14 ermöglicht
(8).
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Um eine Schaltung zu ermöglichen,
wird der Zahnring 19 in seinem Durchmesser reduziert. So wird
bei einem kleinen Durchmesser eine kleine Übersetzung und bei einem großen Durchmesser eine
große Übersetzung
möglich
(9a und 9b).
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Für
einen Kettenantrieb ist die gleiche Teilung von Gliedern und Zähnen charakteristisch.
So wird der Zahnring 19 auch in gleiche Teile geteilt (9b).
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Durch die Nutzung der Parallelverschiebung kann
der Durchmesser bzw. die nutzbare Zahnanzahl 19b reduziert
werden. Die dabei überzähligen Kettenglieder 19a werden
dabei vorzugsweise spiralförmig
aufgerollt (9c, 9d und 9e).
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Die Tretkurbel 14 steuert
durch die Integration in diesen Parallelverschiebungsprozess den Schaltvorgang
maßgeblich.
Bei einer hohen Pedalkraft reduziert sich der Durchmesser bzw. die
Zahnanzahl 19b und die Übersetzung
verkleinert sich. Da bei diesem Vorgang die Kraft nur auf den antreibenden
Zahn einwirkt, kann der Schaltvorgang unter Last erfolgen, ohne
das dies Auswirkungen auf den Tretkomfort hat. Da der Sitz 5 direkt über die
Gabel 6 mit der Tretkurbel 14 verbunden ist, verändert sich
die Trittlänge
nicht.
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Die Stoßdämpfung erfolgt wie in 10 dargestellt. Bei einem
herkömmlichen
Fahrzeug erfolgte die Federung durch Federbeine, eine Kombination aus
einem Stoßdämpfer und
einer Feder. Hierbei vernichtet der Stoßdämpfer Energie, in dem er ein
Gas oder eine Flüssigkeit
von einer Kammer über
ein Ventil in eine andere Kammer pumpt. Die Feder hat die Funktion,
das System wieder zurückzustellen. Hierbei
wird das Gas oder die Flüssigkeit
wieder über das
Ventil in die Ursprungskammer zurückgeführt. Dieser Vorgang bewirkt
eine komfortable Dämpfung des
Fahrzeugs.
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Ein Teil der Energie die in dem Ventil über Reibung
und Wärme
umgesetzt und so verloren geht, soll beim erfindungsgemäßen Rad
zum Vortrieb genutzt werden. Beim „Reversiblen Stoß" wird die Stoßenergie
in einer Ratsche gespeichert. Die so gespeicherte Energie kann dadurch
zeitversetzt wieder abgegeben werden. Betrachtet man den zeitlichen Ablauf
der Stoßdämpfung,
muss die Energie nur sehr kurzfristig gespeichert werden. Nach dem Überrollen des
Hindernisses, wenn die einwirkende Kraft kleiner wird als die gespeicherte
Kraft, wird die gespeicherte Stoßenergie wieder . freigegeben.
Die gespeicherte Energie wird allerdings immer nur ein Bruchteil
der Stoßenergie
sein.
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10b stellt
die Umsetzung der Stoßenergie
in Vortrieb bei einem Stoß auf
das Vorderrad 2 dar, 10d bei
einem Stoß auf
das Hinterrad 3.
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In 10a und 10c sind die auf das Vorderrad
wirkenden Kräfte
und die daraus resultierenden Drehbewegungen dargestellt. Erfolgt
ein Stoß auf
das Vorderrad 2, dargestellt durch den Pfeil 15, beispielsweise
durch ein Hindernis, wird diese Stoßenergie in einer rund angeordneten
Ratsche 16 gespeichert. Da eine Dämpfung erfolgen soll, wird
auch hier eine Feder 17 das System zurückstellen und gleichzeitig
die Ratsche 16 weiter spannen. Die Ratsche 16 überträgt gepuffert
durch eine weitere Feder 18 die Kraft auf das Vorderrad 2.
Ein Teil der Energie kann so nach dem Überrollen des Hindernisses
wieder freigesetzt werden.
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Da alle Komponenten im Getriebe 12 des Vorderrades 2 untergebracht
werden sollen, ist zu beachten, dass wie in 10a dargestellt, ein Stoß auf das
Vorderrad eine Rechtsdrehung erzeugt, während ein Stoß auf das
Hinterrad (10c) eine
Linksdrehung am Vorderrad erzeugt.
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Wie in 8 dargestellt
ist, wird, während ein
Stoß auf
das Vorderrad ein Drehmoment um den Punkt a erzeugt, die Absenkung
des Sitzes 5 oder ein Stoß auf das Hinterrad 3 ein
Drehmoment um die Vorderradachse 2a erzeugen. In jedem
Fall führt
der Stoß oder
die Abwärtsbewegung
zu einer Streckung oder Stauchung des Parallelogramms und damit
zur gleichen Wirkung, nämlich
der Umsetzung des Neigungsdrehmomentes in Vortrieb.
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Beim Abbremsen mit dem Vorderrad 2 würde das
Drehmoment um die Vorderradachse 2a ein Aufrichten des
Fahrers mit dem Sitz 5 ermöglichen. Eine Vollbremsung
ist jedoch nicht komfortabel, so dass eine Reibekupplung, die mit
einer Übersetzung
auf das Vorderrad 2 wirkt, bevorzugt würde, um den Fahrer auf die
gewünschte
Höhe aufzurichten.
Ausgelöst werden
könnte
die Kupplung vorzugsweise durch einen zweistufigen Bremshebel, wobei
in der ersten Stufe die Kupplung betätigt und in der zweiten Stufe die
Kupplung gebremst würde,
um eine gezielte Bremsung zu ermöglichen.
In Zusammenspiel des zweistufigen Vorderradbremshebels mit der Hinterradbremse
kann sich der Fahrer so trimmen, dass er nicht vornüber stürzt.
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Die Erfindung ist nicht auf die im
Ausführungsbeispiel
offenbarten mechanischen Mittel beschränkt, sondern können gegebenenfalls
auch durch hydraulische Mittel ersetzt werden. Insbesondere können hydraulische
Mittel zur Realisierung der Auf- und Abwärtsbewegung zur Anwendung kommen.
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Das erfindungsgemäße Fahrrad überzeugt durch die einzigartige
Kombination von Komfort und Geschwindigkeit. Es verbindet die Vorteile
des herkömmlichen
Fahrrades mit denen eines Liegerades. Es bietet eine gute Übersicht
und Wendigkeit in der aufrechten Position und angenehmes, entspanntes Fahren
in der Liegeposition. Es ist darüber
hinaus leicht und hat nur einen geringen Platzbedarf, so dass es
in den Kofferraum eines normalen Pkw passt. Auch im ruhenden Verkehr
kann es platzsparend untergebracht werden.