DE19803462A1 - Faltrad mit kleinen Rädern oder Rollen - Google Patents

Description

Bei herkömmlichen Falträdern z. B. Moulton, Birdy, Brompton (siehe Encycleopedia 94/95 ISBN 1 898457 01 8) Bickerton portable, Hon Folder, (Moby Dick Verlag ISBN 3-922843-27-1) wird versucht, ein Fahrrad so zu falten, daß ein minimales Packmaß entsteht. Dazu sind diese Falträder meist ausgestattet mit einer Vielzahl von Klapp- Schiebe- und Drehelementen. Diese Elemente erfordern bei der Bedienung eine gewisse Sorgfalt. Mehrere Handgriffe müssen nacheinander ausgeführt werden, bis das Fahrrad verkleinert oder wieder fahrbereit ist. Dies ist insbesondere bei der Mitnahme in öffentlichen Verkehrsmitteln von Nachteil. Zudem bedeutet jedes dieser Elemente eine Schwächung oder Destabilisierung des Fahrradrahmens, oder bei gleicher Stabilität eine Erhöhung des Gewichts. Die meisten Falträder haben ein Gesamtgewicht von mindestens 10 kg.

Die meisten Falträder haben als Gesamtrahmenform in der Seitenansicht eine U-förmige Gestalt. Durch die Überlänge von Lenkstange, Rahmenrohr und Sattelstange sind diese Fahrräder nicht verwindungssteif. Es gibt Falträder, die eine bessere Verwindungssteifigkeit besitzen (z. B. Moulton (siehe Encycleopedia 94/95 ISBN 1 898457 01 8), diese haben jedoch den Nachteil, daß sie recht umständlich zusammenzulegen oder zu falten sind.

Die Erfindung nach Patentanspruch 1 will ein Fahrrad schaffen, das in seinem Fahrverhalten weitgehend einem "normalen" Fahrrad entspricht, andererseits sehr leicht ist, eine hohe Verwindungssteifigkeit besitzt und innerhalb kürzester Zeit zusammenfaltbar ist. So soll es insbesondere den Gegebenheiten des städtischen Lebens und der Mitnahme in öffentlichen Verkehrsmitteln gerecht werden. Dabei wurde nicht ein kleinstmögliches Packmaß angestrebt, sondern ein Packmaß, das noch bequem in Bahn oder Bus mitgenommen werden kann. Auch um das Fahrrad in der Wohnung besser unterbringen zu können ist vor allem ein schnelleres Falten als bei den herkömmlichen Falträdern sinnvoll. Beim Transport in die Wohnung ist auch ein geringes Gewicht sehr angenehm.

Diese Probleme werden durch die verspannte Rahmenform nach Patentanspruch 1 in Verbindung mit kleinen Rädern gelöst.

Die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung schafft ein Faltrad, das, obwohl es die meisten Eigenschaften eines normalen Fahrrades besitzt (normale Geometrie für den Fahrer, normale Fahreigenschaften, hohe Stabilität), sehr schnell zusammengelegt werden kann, und zudem ein sehr geringes Eigengewicht benötigt. Die X-förmige Rahmengestalt hat bei gleichem Materialeinsatz gegenüber der herkömmlichen U-Form bekannter Falträder den Vorteil, daß sie weitaus verwindungssteifer ist. Die Erfindung ist zwar unter dem Aspekt entstanden ein geeignetes Faltrad zu erfinden. Die Rahmenform nach Anspruch 1 ist aber so stabil und leichtgewichtig, daß das Fahrrad auch ohne die beschriebene Faltmöglichkeit ein interessantes Produkt darstellt. Das Faltrad wiegt in ersten Prototypen 7 kg wenn es mit herkömmlichen Materialien gebaut ist. Durch die verspannte Konstruktion ergeben sich zudem sehr positive Federeigenschaften für das gesamte Fahrzeug. Das zusammenfalten geschieht nach lösen des Sicherungsseiles oder Sicherungshebels sehr einfach, indem der Kreuzungsbereich angehoben wird. Die Räder des Fahrrads können während des Faltens auf dem Boden bleiben. So muß man bei schlechtem Wetter keine verschmutzten Teile berühren. Das Fahrrad kann auch in teilweise oder ganz gefaltetem Zustand geschoben werden. Es läßt sich auch in ungefaltetem Zustand gut tragen. Nicht zu unterschätzen ist auch die leichte Verständlichkeit des gesamten Faltvorgangs. Der einfach nachvollziehbare konstruktive Aufbau des Fahrrades schafft Vertrauen und Verständnis für die wenigen Handgriffe, welche zur Bedienung notwendig sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele werden anhand der Fig. 1 bis 8 erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 das Faltrad nach Patentanspruch 1 Seitenansicht, fahrbereit

Fig. 2 das Faltrad nach Patentanspruch 1 Seitenansicht, in halb gefaltetem Zustand

Fig. 3 das Faltrad nach Patentanspruch 1 in wertgehend zusammengefaltetem Zustand

Fig. 4 a) räumliche Ansicht des Faltrades nach Anspruch 1
b) Raumachsendarstellung

Fig. 5 das Faltrad nach Patentanspruch 1 mit Sicherungshebel (22) in fahrbereitem und in zusammengefaltetem Zustand

Fig. 6 das Faltrad nach Patentanspruch 2 mit Sicherungsseil (19) in fahrbereitem und in zusammengefaltetem Zustand.

Fig. 7 Beispiel für versetzte Lagen der Faltachsen (2) im Kreuzungsbereich (18) nach Patentanspruch 1

Fig. 8 das Faltrad nach Patentanspruch 3 ausgestattet mit Linearantrieb in räumlicher Darstellung.

Ein Ausführungsbeispiel des Faltrades nach Patentanspruch 2 wird im folgenden erläutert:

Das Fahrrad nach Anspruch 1 und 2 bietet für den Fahrer eine relativ normale Sitzgeometrie. Das Hinterrad ist etwas weiter nach vorne gezogen als üblich. Das Tretlager hat zwar normale Höhe, ist aber im Verhältnis zur Sattellage weiter hinten als bei den meisten normalen Rädern.

Dadurch ergibt sich für den Fahrer/in eine Sitzposition, die ähnlich einem triathlon- oder mountain- bike etwas nach vorn gebeugt ist.

Radgröße: der Rahmen nach Patentanspruch 1 ist insbesondere für kleinere Räder unter 45 cm ∅ geeignet. Als günstigen Rad ∅ sehe ich zur Zeit 35 cm ∅ an.

Radgrößen bis 28'' ∅ sind für den erfundenen Rahmen zwar einsetzbar, jedoch resultieren dann große Kräfte aus der sich ergebenden Geometrieverschiebung des verspannten Rahmens nach Anspruch 1. Die frei tragende Länge des Hinterradstützelementes (= Verspannungsende bis Hinterradachse) wäre unangenehm groß. Versuche in diese Richtung haben wir nicht unternommen, es ist jedoch denkbar, daß auch bei größeren Rädern noch diese verspannte Rahmenform eingesetzt werden kann.

Insbesondere die Verwindungssteifigkeit des Rahmens ist höher als bei vielen anderen Rahmenformen. Beim gleichen Materialeinsatz ist die X- Rahmenform ist solchen Rahmenformen überlegen, die, von der Seite gesehen U-förmig erscheinen.

Der Kreuzungsbereich (18) ist ein Bereich etwas oberhalb des Schwerpunktes des Faltrades. Dort sind 4 Stützelemente (3, 4, 5, 6) beweglich aneinander gekoppelt, welche die Räder, den Antrieb, die Lenksäule und den Sattel tragen. Die Stützelemente können sich in der Ebene X-Z bewegen, nicht aber in Richtung Y- Raumachse.

Die Anlenkung der einzelnen Stützelemente aneinander ist auf vielfältige weise möglich. Es ist zwar sinnvoll für die Kraftübertragung von einem Stützelement auf das jeweils gegenüberliegende Stützelement (also z. B. von Stützelement (4) auf Sattelstützelement (5), wenn die Kraftübertragung auf möglichst direktem also kurzen Wege geschieht, trotzdem erlaubt das Prinzip des Rahmens auch eine Versetzung der Faltachsen (2). Alle Stützelemente können um eine einzige Achse (2) gruppiert sein, oder für jedes Stützelement kann eine separate Faltachse (2) zuständig sein, welche sich in einiger Entfernung von den anderen Faltachsen befinden kann.

Es ist vom technischen Standpunkt aus unerheblich, ob sich in der Ansicht des Rahmens eine deutliche Stern- oder Kreuzform ergibt. Der Bereich, in dem die einzelnen Elemente angelenkt werden, ist frei wählbar bis zu dem Grad bei dem die Verspannung ihren Sinn verliert, weil zu spitze Verspannungswinkel auftreten.

Die Faltachsen liegen prinzipiell zueinander parallel, und senkrecht zur Ebene X-Z was zur Folge hat, daß z. B. die Räder beim Zusammenfalten aufeinandertreffen, bevor der Rahmen ausreichend zusammengeschoben ist. Um dies zu verbessern, schlage ich vor, die Faltachsen von der Senkrechten um wenige Grad schiefzustellen (etwa in Richtung des Hinterrades), so daß die Stützelemente und mit Ihnen die Räder und der Sattel dichter aneinander gefaltet werden können.

Die Stützelemente (3, 4) nach Anspruch 1 zur Lenksäule hin und das Sattelstützelement (5) müssen ähnliche statische Anforderungen erfüllen, sind also auch in ähnlicher Art und Weise auszuführen. Sie müssen auf den Kreuzungsbereich hin zum einen Zug- und Druckkräfte übertragen können, werden aber auch durch seitliche Kräfte in Y-Richtung beansprucht. Das bedeutet, die Elemente sollten zum Kreuzungsbereich hin stabil ausgeführt sein und eine gewisse Ausdehnung in Y-Richtung besitzen, sinnvollerweise für ein normales Fahrrad nicht weniger als 3 cm. In Richtung der Lenklager (7a, 7b) können die Stützelemente schlanker werden. In diesem Sinne sind als Stützelemente ausreichend dimensionierte Einzelrohre oder doppelrohrige Konstruktionen denkbar. Auch könnten die Stützelemente aus offenen Profilen bestehen , da in den Elementen keine Torsionsbeanspruchung wirkt.

Erste erfolgreiche Stützelemente (3, 4, 5) in Arbeitsmodellen bestehen z. B. aus zwei geraden Rohrstücken, welche nach den Lenklagern und dem Sattel hin zusammengefügt sind, im Kreuzungsbereich, also an der jeweiligen Faltachse einen Abstand von ca. 5 cm haben. Die Gestalt dieser ausgeführten Stützelemente läßt sich als schlanke A-Form beschreiben.

Das Hinterradstützelement (6) ist zum einen genauso beansprucht wie die anderen Stützelemente (3, 4, 5), also auf Druck, Zug und seitliche Momente gegen den Kreuzungsbereich (18) hin. Dazu kommen aber noch beträchtliche Biegemomente und Torsionsbeanspruchungen durch die Krafteinleitung über den Antrieb. Hier muß also auf jeden Fall ein geschlossenes Profil zur Anwendung kommen, welches ausreichend dimensioniert ist, also etwas stärker ausfällt als bei den Stützelementen (3, 4, 5). Das könnte ein Rohr mit Gabel für das Hinterrad oder eine räumliche Gitterkonstruktion oder ein geschlossener Blechrahmen oder ein GFK Bauteil o. ä. sein. Die ersten Modelle nach Patentanspruch 2 waren erfolgreich ausgestattet mit einem kastenförmigen Hinterradstützelement (6) aus Aluminiumblech von 2 mm Stärke in Abmessungen von 50 × 50 mm Querschnitt.

Um den Faltvorgang zu ermöglichen, ist es notwendig, das feste Dreieck, welches sich durch den Verbund der zwei Stützelemente (3, 4) mit der Lenksäule (1) und den Verspannungen ergibt, mindestens teilweise aufzulösen.

Dazu reicht es nach Patentanspruch 1 aus, eines der Stützelemente zu entfernen (an einer beliebigen Stelle.) oder die Lenksäule in sich zu knicken, oder eines der Stützelemente auf der Lenksäule zu verschieben.

Die Zugelemente (16, 17) müssen dabei bei geeigneter Dimensionierung des Gesamtgebildes nicht verändert werden, sondern führen im gefalteten Zustand an den anderen Elementen vorbei.

Einen Sonderfall nach Anspruch 2 bildet die Verlängerung des Hinterradstützelementes (6) über den Kreuzungsbereich hinweg in Richtung des oberen Lenklagers (7a). Diese Verlängerung läßt sich ebenso als feste Montage eines Teils des oberen Stützelementes (3) an das Hinterradstützelement (6) beschreiben. Dadurch wird erreicht, daß schon nach Lösen eines Sicherungshebels oder Seiles (19, 22)der gesamte Rahmen zusammengelegt werden kann, ohne daß ein weiteres Element betätigt werden muß. So ist eine sehr einfache Möglichkeit gefunden, den Faltvorgang zu beherrschen.

Die Lenklager (7a, 7b) sollen die Lenkbewegung der Lenksäule (1) und die Faltbewegung der Stützelemente (3, 4) erlauben. Diese doppelte Beweglichkeit könnte z. B. über ein Kugelgelenk ermöglicht werden. Ich schlage aber ein kugelgelagertes Lenklager für die Lenkbewegung kombiniert mit einem einfacheren Lager in Y-Richtung als Faltlager vor. Die gesamte Lagersituation muß in der Lage sein, Kräfte aufzu­ nehmen, welche durch die in den Rahmen eingeleiteten Kräfte und die Verspannung verursacht werden. Die Lenklager (7a, 7b) sollten diesen Anforderungen gerecht werden. Anstatt der beiden separaten Lenklager ist natürlich auch eine lange Hülse wie bei einem herkömmlichen Lenkkopf denkbar, in der die eigentliche Lenksäule beweglich gelagert ist.

Die Lage der Angriffspunkte für die Zugelemente (16, 17) ist möglichst so zu wählen, daß die abgespannten Flächen möglichst groß sind und keine zu spitzen Winkel entstehen. Gleichzeitig sollen die Zugelemente dort angreifen, wo sie sinnvollerweise Druckkräfte auffangen können, also in der Nähe der Lenklager, des Sattels, der Radachsen. Da die Verspannungen möglichst die Lenkbewegung nicht mitmachen sollen, halte ich es für günstig, wenn diese an den Enden der Stützelemente (3, 4, 5) angreifen können. Für das Hinterradstützelement (6) liegt der günstigste Angriffspunkt möglichst nahe an der Hinterradachse, also etwa am Tretlager. Das Material der Verspannung soll eine hohe Zugfestigkeit, Flexibilität und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleisten. Denkbar ist ein Stahlseil oder ein textiles Band oder Seil. Bei Verwendung eines textilen Bandes hat der Rahmen gute federnde Eigenschaften, dasselbe kann natürlich auch mit etwas mehr Aufwand über ein Stahlseil in Verbindung mit einer Feder erreicht werden.

Der Rahmen ist zwar auch ohne eine zusätzliche Sicherung durch Sicherungsseil (19) oder Sicherungshebel (22) fahrbereit.

Beim Aufahren auf Hindernisse oder starkes Bremsen würde der Rahmen aber zum Zusammenklappen neigen.

Deswegen habe ich ein Sicherungsseil (19) oder einen Sicherungshebel (22) eingeführt. Diese Mittel werden aber nur in den beschriebenen Ausnahmesituationen beansprucht und sind eventuell schwächer zu dimensionieren als die Haupt-Zugelemente (16, 17).

Da die Sicherungselemente (19, 22) nur während der Fahrt benötigt werden, ist dort auch die geeignete Stelle den Faltvorgang einzuleiten. Ein einfacher Hebel wird gelöst, welcher sich am besten in der Nähe des Sattels befindet, das Fahrrad im Kreuzungsbereich (18) angehoben und ist zusammen­ gefaltet.

Auch die anderen Zugelemente könnten zum Zwecke des Zusammenfaltens gelöst oder verlängert werden. Diese Zugelemente sind aber meiner Meinung nach so sicherheitsrelevant, daß dort eine Entlastungsmöglichkeit ungünstig anzubringen ist.

Materialien, es versteht sich von selbst, daß dieses Faltrad aus den verschiedensten Materialien gefertigt werden kann. Die Konstruktion ist grundsätzlich für alle möglichen Materialien von Stahl bis Carbonfaser interessant.

Das Gewicht betrug bei einem ersten voll fahrtüchtigen Arbeitsmodell aus AlMgSiO.5 incl. Bremse unter 7 kg.

Bezugszeichenliste

1

Lenksäule, bildet mit Gabel, Vorderrad (

13

) und Lenker (

8

) eine Einheit.

2

Faltachsen

3

ein Stützelement

4

ein Stützelement

5

Sattelstützelement

6

Hinterradstützelement, bildet mit Tretlager (

9

), Kettenblatt (

10

) Hinterrad (

14

) eine Einheit

7

a oberes Lenklager

7

b unteres Lenklager

8

Lenkstange

9

Tretlager

10

Kettenblatt

11

Kette

12

Ritzel

13

Vorderrad

14

Hinterrad

15

Sattel

16

oberes Zugelement (Verspannung)

17

unteres Zugelement (Verspannung)

18

Kreuzungsbereich

19

Sicherungsseil

20

Gelenkbolzen

21

Faltgelenk

22

Sicherungshebel

30

Antriebsseile

31

Pedale

32

Umlenkrolle

33

Geradführungen

34

Freilaufrolle

Claims (3)

1. Faltrad mit kleinen Rädern oder Rollen mit herkömmlicher Sitzgeometrie des Fahrers, herkömmlicher Lenkung des Vorderrades, Nachlauf des Vorderrades, Tretkurbel oder sonstigem Antrieb, gekennzeichnet dadurch, daß

• a) der Rahmen aus 4 Stützelementen (3, 4, 5, 6), gebildet wird, welche in einem Kreuzungsbereich (18) über eine oder mehrere Faltachsen (2) beweglich miteinander verbunden sind, wobei diese Faltachsen (2) in etwa lotrecht zur Fahrzeugebene X-Z liegen.
• b) die 4 Stützelemente (3, 4, 5, 6) während des Fahrbetriebs durch mindestens zwei Zugelemente (16, 17) und die Lenksäule (1) miteinander in der Weise verbunden sind, daß sich ein in etwa X-förmiges oder sternförmiges Rahmengebilde ergibt.
• c) die Verbindung der Stützelemente (3, 4) mit der Lenksäule über Gelenke (7a,/b) geschieht, welche zum einen die Lenkbewegung, zum anderen die Faltbewegung der Stützelemente (3, 4) erlauben.
• d) mindestens eines der zwei Stützelemente (3, 4) in sich gefaltet werden kann, oder von seiner Befestigung am dazugehörigen Lenklager (7a, 7b) gelöst werden kann, oder das da zugehörige Lenklager auf der Lenksäule (1) verschoben werden kann, oder die Lenksäule (1) in sich gefaltet werden kann.
• e) die Stützelemente (3, 4, 5, 6) so ausgebildet sind, daß sie Druck und Zugkräfte auf den Kreuzungsbereich (18) übertragen können.
• f) die Stützelemente (3, 4, 5, 6) im Kreuzungsbereich (18) möglichst eine räumliche Ausdehnung quer zur Fahrzeugebene(Y-Achse) aufweisen, damit sie geeignet sind, Momente welche durch Verwindung des Rahmens in den Lenklagern (7a, 7b) in die Stützelemente eingeleitet werden, auf die anderen Elemente im Kreuzungsbereich (18) zu übertragen.
• g) das Hinterradstützelement (6), geeignet ist, Druck und Zugkräfte zu übertragen, aber auch biege- und torsionssteif ausgebildet ist, also im Vergleich zu den anderen Stützelementen (3, 4, 5) stärker dimensioniert ist.

2. Faltrad nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

• h) das Hinterradstützelement (6) in Richtung des oberen Lenklagers (7a) über den Kreuzungsbereich (18) hinaus verlängert ist, und gleichzeitig das Stützelement (3) im selben Maße verkürzt ist.
• i) Das Sattelstützelement (5) gegen das Hinterrad­ stützelement (6) durch ein Sicherungsseil (19) oder einen Sicherungshebel (22) oder eine gleichwirkende Maßnahme in seiner Lage fixiert wird.
• k) dieses Sicherungselement (19, 22), das obere Zugelement (16) oder das untere Zugelement (17) lösbar, verlängerbar oder verschiebbar ist.
• l) die Falt-Achsen (2) beidseitig des Hinterradstützelementes (6) angebracht sind und mehrere Grad von der Senkrechte zur X-Z Ebene abweichen (z. B. in Richtung des Hinterrades)

3. Faltrad nach Patentanspruch 1 oder 2 gekennzeichnet dadurch, daß

• m) als Antrieb ein Linearantrieb verwendet wird, bei dem zwei Tretelemente (31) sich auf Geradführungen (33) längs des Antriebsstützelementes (6) bewegen
• n) die Tretelemente (31) an Zugseilen (30) angebunden sind, welche über Freilaufrollen (34) und eine oder mehrere Umlenkrollen (32) ein Drehmoment auf das Hinterrad ausüben.