DE19710697A1

DE19710697A1 - Gefedertes Fahrrad

Info

Publication number: DE19710697A1
Application number: DE19710697A
Authority: DE
Inventors: Mert Lawwill
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-03-14
Publication date: 1997-10-30
Also published as: US5957473A; TW362078B

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad, insbesondere auf ein Fahrrad, bei dem das Hinterrad eine gefederte Radaufhängung aufweist.

Fahrräder werden seit langem als Transportmittel und zur Erholung verwendet. Im Grunde genommen weisen alle Fahrräder, die nach dem Stand der Technik bekannt sind, einen relativ starren Rahmen auf, welcher Stöße, die aus Schlaglöchern, Steinen oder anderen Unebenheiten einer starren Oberfläche resultieren, direkt auf den Fahrer über trägt. Dies ist für den Fahrer unbequem, was zumindest un erwünscht ist, wenn nicht unakzeptabel.

Die typische Lösung dieses Problems, die man im Stand der Technik auffindet, ist die Verwendung einer stoßabsor bierenden Radaufhängung, ähnlich zu denen von Motorrädern oder Autos. Die Schwierigkeit bei nahezu allen Konstruk tionen des Standes der Technik ist, daß jede dieser Kon struktionen einen merklichen Betrag der Kraft absorbiert, die ansonsten eine Vorwärtsbewegung hervorruft. Während dieser Verlust für Motorräder oder Autos nicht von Bedeu tung ist, ist er dort unakzeptabel, wo die einzige zur Ver fügung stehende Antriebskraft das Pedaletreten eines Men schen ist.

Verschiedene Techniken zur Minimierung des Energiever lusts von gefederten Radaufhängungen für Fahrräder sind be reits entwickelt worden. Hinterradaufhängungen für Fahr räder werden sowohl in der US-A-4,789,174 als auch in der US-A-5,121,937 des vorliegenden Anmelders aufgezeigt. Wäh rend die Radaufhängungskonstruktionen, welche daraus be kannt sind, gegenüber allen Konstruktionen des Standes der Technik viele Vorteile bieten, sind Einschränkungen im Be reich der Geometrie bei derartigen Konstruktionen vor handen.

Als Folge davon gibt es ein Bedürfnis für Alternativen zu diesen bekannten Konstruktionen.

Die vorliegende Erfindung schafft ein gefedertes Fahr rad, das im wesentlichen die gesamte auf die Pedale wir kende Kraft durch die Schaffung einer neuen und nicht offensichtlichen Verbindungsanordnung in eine nach vorne gerichtete Antriebskraft umwandelt, welche die Tendenz der Radaufhängung, die Pedalkraft zu absorbieren, neutrali siert.

Genauer gesagt schafft die vorliegende Erfindung ein Verbindungsgestänge, welches eine vektoriell gerichtete Kraft erzeugt, die im wesentlichen gleich groß und der auf die Pedale wirkenden Kraft entgegengesetzt ist, welche nor malerweise durch die Fahrradradaufhängung bzw. das gefe derte Fahrrad absorbiert werden würde. Als Folge dieses Aufhebens bzw. Ausgleichens der Kräfte wird nahezu die ge samte Pedalkraft in eine Vorwärtsbewegung umgewandelt. Wäh rend die Vorteile, welche die vorliegende Erfindung schafft, besonders auf Fahrräder anwendbar sind, können die energiesparenden Merkmale der vorliegenden Erfindung in Mo torrädern oder anderen motorangetriebenen Fahrzeugen ausge führt werden.

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der gewünschte Ausgleich im we sentlichen dadurch erreicht, daß ein Schwingarmpaar vorge sehen ist, welches an oder in der Nähe des Tretlagers des Fahrrads drehbar montiert ist und sich zur Nabe des Hinter rades erstreckt. Ein Steuerarmpaar ist drehbar um das Sitz rohr befestigt und weist jeweils einen hinteren Abschnitt, welcher sich zur Nabe des Hinterrads erstreckt, und einen vorderen Abschnitt auf, welcher sich zum Unterrohr des Fahrradrahmens erstreckt. Der vordere Abschnitt der Steuer arme ist derart mit einem Kolben eines Stoßdämpfers ver bunden, daß durch eine Bewegung der Steuerarme nach oben der Kolben herausgezogen wird und der Stoßdämpfer zusammen gedrückt wird.

Ein Paar von Steuerverbindungsstücken, an dem das Hin terrad montiert ist, ist an seinem oberen Ende mit dem hin teren Ende der Steuerarme verbunden, während die Steuerver bindungsstücke an ihrem unteren Ende mit den Schwingarmen verbunden sind. Aufgrund der Geometrie der Verbindungsboh rungen in den Steuerverbindungsstücken, wird das hintere Ende der Schwingarme etwas näher am Sitzrohr gehalten als das hintere Ende der Steuerarme. Diese sorgfältige Beibe haltung der Positionen hält die Radaufhängung während des Pedaletretens in einer sorgfältigen Balance, wobei gleich zeitig die Funktion des Stoßdämpfers zur Dämpfung von Stö ßen und Unebenheiten einer starren Oberfläche ermöglicht ist.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gefedertes Fahrrad zu schaffen, bei dem Stöße durch ein Zusammenwirken der Geometrie der verschiedenen Arme zusam men mit einem kompressiven Stoßdämpfer vermindert werden.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein gefedertes Fahrrad zu schaffen, welches eine wirksame Kombination der Geometrien aufweist, um Kräfte, welche auf die Pedale wirken, auf die Räder zu übertragen, wobei wei terhin Stöße absorbiert werden.

Diese und andere Aufgaben der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung ge meinsam mit den beigefügten Figuren besser verstanden wer den.

Es zeigt

Fig. 1 Eine Ansicht einer Fahrradradaufhängung bzw. eines gefederten Fahrrads gemäß der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 2 eine Seitenansicht der linken Seite des Fahrradrah mens, einschließlich der Steuerarme und der Schwing arme;

Fig. 3 eine dreiviertel perspektivische Ansicht eines Fahr radrahmens von Fig. 2 von links hinten;

Fig. 4 eine dreiviertel perspektivische Ansicht der Steuer arme, Schwingarme, Steuerverbindungsstücke und der Nabe der vorliegenden Erfindung von rechts vorne; und

Fig. 5 eine detaillierte dreiviertel perspektivische An sicht der Nabe und der Steuerverbindungsstücke von der rechten Seite.

In Bezug auf Fig. 1 bis 5 wird ein Fahrrad 10 der vor liegenden bevorzugten Ausführungsform gezeigt, welches einen Rahmen 20 aufweist, der ein Sitzrohr 30, ein Unter rohr 40, ein Oberrohr 50 und ein Steuerkopfrohr 60 auf weist. Zur Vereinfachung und Verdeutlichung werden die Rä der, die Vordergabel, die Lenkstange, der Schalthebel, der Steuerkopf, der Sitz, die Pedale usw. in den Fig. 2 bis 5 nicht gezeigt, welche aber im wesentlichen konventionell sind. Das in den Figuren dargestellte Fahrrad ist im Bei spielsfall ein Mountainbike, obwohl die vorliegende Erfin dung ohne weiteres auf andere Arten von Fahrrädern oder Fahrzeugen angewendet werden kann.

Das Sitzrohr 30 ist an seinem oberen Ende an dem Ober rohr 50 starr befestigt, und ist an seinem unteren Ende mit einem Tretlagergehäuse 70 starr verbunden. Das untere Ende des Unterrohrs 40 ist in ähnlicher Weise an dem Tretlager gehäuse 70 starr befestigt, während das obere Ende des Unterrohrs 40 starr an dem Steuerkopfrohr 60 angebracht ist. Das Oberrohr 50 erstreckt sich zwischen nahezu der Spitze des Sitzrohrs 30 und dem Steuerkopfrohr 60. Eine konventionelle Vordergabel 80 verbleibt in herkömmlicher Art und Weise innerhalb des Steuerkopfrohrs 60. Die Vorder gabel 80 kann einen Stoßdämpfer konventioneller Bauweise aufweisen, wie zum Beispiel ROCK SHOX^TM, oder mit einer weiter entwickelten Gabel ausgestattet sein, wie zum Bei spiel einer der in den US-A-5,299,820 oder 5,429,380 ge zeigten.

Die hintere Radaufhängung bzw. Federung des Fahrrads 10 weist ein Paar von Schwingarm 140 (nur einer davon ist in Fig. 1 gezeigt) auf, welches an oder in der Nähe des Tret lagergehäuses 70 drehbar montiert ist. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform drehen sich die Schwingarme um einen Stützlagerabschnitt 145 am Ende des Sitzrohrs 30. Das hintere Ende der Schwingarme 140 ist an dem jeweiliges Ende ihres Steuerverbindungsstücks 150 drehbar angebracht. Die Steuerverbindungsstücke lagern eine Nabe oder Achse 160 des Hinterrads in einer Bohrung 165. An ihrem oberen Ende sind die Steuerverbindungsstücke an ein Steuerarmpaar 170 dreh bar angebracht, wobei nur ein Steuerarm in Fig. 1 gezeigt ist. Die vorderen Enden der Steuerarme 170 sind mit dem Sitzrohr 30 durch einen Lagerzapfen 175 über einen Halter 177 drehbar verbunden, welcher einstückig mit dem Sitzrohr 30 ausgebildet sein kann oder separat hergestellt werden kann. Zur Vereinfachung der Beschreibung umfaßt die Bezeichnung "Schwingarmpaar" im folgenden gegebenenfalls einen einzelnen Schwingarm; in ähnlicher Weise umfaßt die Bezeichnung "Steuerarmpaar" gelegentlich auch einen einzel nen Steuerarm. Eine Scheibenbremsenanordnung 179 kann an der linken Seite der Nabe im wesentlichen nach konven tioneller Art und Weise montiert werden.

Ein Stoßdämpfer 180 ist an einem Halter 183 montiert, welcher an der Oberseite des Unterrohrs 40 befestigt ist. Der Stoßdämpfer weist typischerweise ein phenolisches Mate rial auf, obwohl zumindest in einigen Ausführungsformen irgendeine andere geeignete Anordnung akzeptabel wäre. Ein vorderer Abschnitt 185 der Steuerarme 170 erstreckt sich von dem Lagerzapfen 175 zum Kolbenendabschnitt 187 des Stoßdämpfers 180 und ist mit diesem im Lager 189 derart drehbar verbunden, daß eine nach oben gerichtete Bewegung des Steuerarms 170 ein nach unten Ziehen des Kolbens 187 verursacht, wobei das phenolische Material zusammengedrückt wird.

Durch den Weg des Stoßdämpfers wird die Schaffung eines Verhältnisses von im wesentlichen 3 : 1 zwischen dem Weg des Hinterrads und dem Kompressionsweg des Stoßdämpfers beab sichtigt, obwohl andere Verhältnisse ebenso in Abhängigkeit von bestimmten Anwendungen akzeptabel sind. Während eines normalen Betriebs der hinteren Radaufhängung, welche das Sitzrohr 30, die Schwingarme 140, die Steuerverbindungs stücke 150 und die Steuerarme 170 umfaßt, dämpft der Stoß dämpfer 180 Stöße. Es ist wesentlich, daß die hintere Rad aufhängung die Schaffung der Fähigkeit beibehält, Stöße selbst während des Pedaletretens zu absorbieren.

Besonders in Bezug auf die Fig. 4 und 5 können die hin teren Abschnitte der Steuerarme und der Schwingarme zusam men mit den Steuerverbindungsstücken 150 und der Nabe 160 mehr geschätzt werden. Die Bremsscheibenanordnung 179 für das Hinterrad ist mit der Nabe 160 an der Bohrung 165 ver bunden. Das äußere der Bremsscheibe ist an den Steuerver bindungsstücken 150 befestigt, an denen die Schwingarme 140 und Steuerarme 170 angebracht sind. Die Schwingarme 140 sind an den Steuerverbindungsstücken 150 an einem Lager zapfen 330 angebracht, während die Steuerarme 170 an den Steuerverbindungsstücken über Lagerzapfen 350 angebracht sind.

Während der Aufbringung einer nach oben gerichteten Kraft, die zum Beispiel durch das Fahren über einen Stein, über unebenes Gelände oder durch einen Sprung verursacht wird, werden die Schwingarme 140 durch eine Drehung um die Lagerzapfen 145 nach oben bewegt. Die nach oben gerichtete Kraft wird in eine nach oben gerichtete Bewegung der Steu erarme 170 übertragen, so daß sich der vordere Abschnitt 185 der Steuerarme 170 nach unten bewegt. Die nach unten gerichtete Bewegung des Abschnitts 185 zieht den Kolben 187 nach unten, was ein Zusammendrücken des Stoßdämpfers 180 verursacht.

Da sich die Schwingarme 140 nach oben bewegen, werden die Verbindungsstücke 150 durch deren Verbindung zu einer Drehung um den Lagerzapfen 330 im Uhrzeigersinn (Fig. 2) gezwungen. Die entsprechende Drehung des Lagerzapfens 350 im Uhrzeigersinn verursacht, daß sich die Steuerarme 170 in Bezug auf den Nabenbefestigungspunkt 165 leicht nach unten bewegen. Da der Befestigungspunkt 165 zum Lagerzapfen 350 hin und vom Lagerzapfen 330 weg versetzt ist, und ebenso aufgrund der Position der Lagerzapfen 145 und 175, der Steuerarme 170, der Schwingarme 140 und der Steuerverbin dungsstücke 150 wird einen erheblichen Weg der Hinterrad aufhängung als Folge eines Stoßes gestattet.

Während die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung Stöße zu absorbieren ein Schlüsselmerkmal ist, ist ein gleich interessanter Aspekt der vorliegenden Erfindung, daß die Radaufhängung Merkmale enthält, welche die Tendenz der Rad aufhängung die auf die Pedale wirkende Energie oder eine andere Antriebsenergie zu absorbieren neutralisiert. Die energieabsorbierenden Tendenzen werden durch die Vorzüge des Trapezoid aufgehoben, die durch die Positionen der Lagerzapfen 145 (am Tretlagergehäuse), 175, 330 und 350 zusammen mit dem Punkt 165, an dem das Hinterrad befestigt ist, gebildet werden. Aus den Fig. 2 und 3 weiß man es zu schätzen, daß der Lagerzapfen 175 im wesentlichen oberhalb des Befestigungspunkts 165 lokalisiert ist, wohingegen der Drehzapfen 145 nur etwas darunter lokalisiert ist.

Wenn eine Rotationskraft über das Hinterrad auf die Nabe 160 aufgebracht wird, wie während des Pedaletretens, versucht der Punkt 165 zu steigen. Aufgrund des Steuerarms 170 kann sich der Punkt 165 nur in einem Bogenkreis um den Lagerzapfen 175 bewegen. Der Bewegungsumfang ist jedoch durch die Länge des Schwingarms 140 begrenzt, welcher sich nur um den Punkt 145 drehen kann. Als Folge davon erzeugen die Schwingarme 140, die Steuerarme 170 und die Steuerver bindungsstücke 150 eine Kraft mit einer nach unten gerich teten Komponente. Dieser nach unten gerichtete Kraftvektor wird schnell aufgebracht, so daß die Rotationskraft, welche auf das Hinterrad wirkt, effizient in eine nach vorne ge richtete Bewegung übersetzt wird. Daher kann weiß man es zu schätzen, daß die Steuerarme 170, die Steuerverbindungs stücke 150 und die Schwingarme 140 so gestaltet sind, daß die Kräfte, welche während des Pedaletretens durch die Kette auf das Hinterrad wirken, ausgeglichen werden, so daß eine energieabsorbierende Bewegung der Hinterradaufhängung als Folge dieses Pedaletretens verhindert wird. Weiterhin ist es zu schätzen, daß das Ausgleichen der Kräfte zwischen den Steuerarmen und den Schwingarmen nicht eine mechanische Begrenzung des Wegs des Hinterrads als Antwort auf Stöße beisteuert, aber nahezu ein Ausschließen oder eine Hebel kraftbegrenzung der Bewegung als Folge der Kettenkraft vor sieht. Daher erlaubt es dieses Ausgleichen der Kräfte, daß im wesentlichen die gesamte auf die Pedale wirkende Energie des Fahrers in eine nach vorne gerichtete Bewegung über setzt wird, als eher durch das Radaufhängungssystem absor biert zu werden, wie es im typischen Stand der Technik auf tritt.

Ein zusätzliches und unerwartetes Merkmal der vorlie genden Erfindung ist, daß das Fahrrad der vorliegenden Er findung eine erhöhte Traktion während des Betriebs und ins besondere während des Bergauffahrens aufweist. Die erhöhte Traktion resultiert daraus, da die Drehung der Steuerarme 170 eine Übertragung des Gewichts der Schwingarme 140 zu verursachen scheint. Dies überträgt wiederum das Gewicht auf einen Punkt weit überhalb des Achsenzentrums, und führt zu einer erhöhten Traktion.

In einer beispielhaften Anordnung können die ungefähren Dimensionen bzw. Ausmaße des Radaufhängungs-Trapezoids (von den Zentren der jeweiligen Drehpunkte gemessen) wie folgt sein:
Schwingarme - 16,4 Inches; Steuerarme - 15,850 Inches; Abstand zwischen dem Drehpunkt 145 und dem Drehpunkt 175 - 8,5 Inches; Abstand zwischen dem Nabenbefestigungspunkt 165 und dem Schwingarmdrehpunkt 330 - 0,9 Inches; Abstand zwi schen dem Befestigungspunkt 165 und dem Steuerarmdrehpunkt 350 - 1,75 Inches; Winkel des Sitzrohrs von der Vertikalen - 17°.

Die Drehpunkte 165, 330 und 350 befinden sich im we sentlichen innerhalb einer geraden Linie, können aber ohne ernsthaft nachteilige Folgen etwas variieren. Andere Geome trien funktionieren ebenso und können aus den Verhältnissen der vorstehend vorgesehenen Dimensionen bestimmt werden. In ähnlicher Weise können bestimmte Ausmaße zur Anpassung besonderer Charakteristiken für einen speziellen Fahrer variiert werden, solange die vorstehende grundsätzliche Lehre des Ausgleichens der Kräfte beibehalten wird.

Nachdem eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vollständig beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann klar und deutlich, daß eine Vielzahl von Alternativen und Äquivalenten existieren, welche nicht von der vorstehend erwähnten Erfindung abweichen. Deshalb ist es zu verstehen, daß die Erfindung nicht auf die vorstehende Beschreibung begrenzt werden soll, sondern nur durch die beigefügten An sprüche.

Claims

Gefedertes Fahrrad (10), das aufweist:
ein Hinterrad mit einer Nabe (160),
einen Rahmen, der ein Sitzrohr (30), ein Unterrohr (40), und ein Tretlagergehäuse (70) mit einer linken und rechten Seite aufweist,
ein Paar von Steuerverbindungsstücken (150), eines für jede Seite des Hinterrads, wobei jedes Steuerver bindungsstück (150) einen Befestigungspunkt (165) zur Befestigung der Nabe (60) des Hinterrads aufweist und einen ersten Drehpunkt (350), welcher sich oberhalb des Befestigungspunkts (165) befindet, und einen zweiten Drehpunkt (330) aufweist, welcher sich unter halb des Befestigungspunkts (165) befindet,
eine Schwingarmanordnung (140) mit einem vorderen Paar von Drehpunkten (145) und einem hinteren Paar von Drehpunkten (330), wobei das vordere Drehpunktepaar (145) mit dem Rahmen an oder in der Nähe des Endes des Sitzrohrs (30) drehbar verbindbar ist, und wobei das hintere Drehpunktepaar (330) jeweils mit dem zweiten Drehpunktepaar (330) des jeweiligen Steuerverbindungs stückpaars (150) drehbar verbunden ist,
eine Steuerarmanordnung (170) mit zumindest einem vor deren Drehpunkt (175) und einem Paar hinterer Dreh punkte (350), wobei zumindest der vordere Drehpunkt (175) mit einem oberen Drehpunkt (175) am Sitzrohr (30) drehbar verbunden ist, und wobei das hintere Drehpunktepaar (350) jeweils mit dem ersten Drehpunkt (350) des jeweiligen Steuerverbindungsstückpaars (150) drehbar verbunden ist, und
einen Stoßdämpfer (180), welcher sich zur Stoßab sorption zusammendrückt und ausdehnt, und welcher sich vor dem Sitzrohr (30) befindet und zwischen der Schwingarmanordnung (140) und dem Rahmen verbunden ist.