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Die
Erfindung betrifft ein Balance-Fahrrad mit einem Rahmen, einem Hinterrad,
welches an einer Hinterachse an einem hinteren Endabschnitt des Rahmens
drehbar montiert ist, einem Antriebsmechanismus zum Antreiben des
Hinterrades, einer Lenkung an einem vorderen Endabschnitt des Rahmens,
und wenigstens einem Vorderrad, das an einer Vorderachse der Lenkung
drehbar montiert ist, wobei der Rahmen und die Vorderachse relativ
zueinander durch die Lenkung bewegbar sind, welche derart angepasst
ist, dass das Balance-Fahrrad durch Kippen des Rahmens in seiner
seitlichen Richtung lenkbar ist, wobei das Balance-Fahrrad einen
Kontaktpunkt zwischen dem Hinterrad und einer ebenen Fläche hat,
wenn darauf das Hinterrad und das Vorderrad bei Benutzung des Balance-Fahrrades
stehen, und wobei eine virtuelle Bezugsebene durch die Hinterachse
und den Kontaktpunkt verläuft.
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Ein
derartiges Balance-Fahrrad ist aus der Internationalen Patentanmeldung
WO 89/12569 bekannt. Dieses Dokument offenbart ein Fahrrad mit einer
Lenkung zum Lenken eines Paares von Vorderrädern, welcher Lenkungsmechanismus
von Skateboards bekannt ist. Beim Fahren mit dem Rad kann der Fahrer
die Bewegungsrichtung durch Kippen des Fahrrades in seitlicher Richtung ändern. Die
Vorderachse wird durch eine Stange gedreht, deren eines Ende über Federelemente
mit der Vorderachse exzentrisch gekuppelt ist und deren anderes
Ende an dem Rahmen festgelegt ist. Wenn der Rahmen in seitlicher
Richtung gekippt wird, drückt
die Stange exzentrisch gegen die Vorderachse, woraus deren Drehung
um eine Achse resultiert. Infolge dieses Lenkungsprinzips ist der
Lenkwinkel der Vorderräder begrenzt,
und die Federelemente üben
eine Rückstellkraft
auf die Stange gegen die Drehung der Vorderachse aus, was eine schlechte
Manövrierbarkeit des
Fahrrades bewirkt.
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Mit
der Erfindung wird die Manövrierbarkeit eines
Balance-Fahrrades erhöht.
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Dies
wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, dass die Lenkung eine Lenkwelle aufweist, welche
mit einem Lager an dem Rahmen drehbar montiert ist und die Vorderachse
trägt,
wobei die Lenkwelle eine Drehachse hat, welche die Bezugsebene entfernt
von dem Lager in der Richtung von dem Lager zu der Vorderachse betrachtet
schneidet.
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Infolge
der Möglichkeit
des freien Drehens der Vorderachse um die Drehachse und infolge
der Ausrichtung der Drehachse wird ein Kippen des Rahmens in seitlicher
Richtung leicht in eine Drehung der Vorderachse umgewandelt. Außerdem schafft
die Konfiguration gemäß der Erfindung
einen weiten Lenkwinkel der Lenkwelle. Infolgedessen wird die Manövrierbarkeit
des Balance-Fahrrades verbessert.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Balance-Fahrrades weist einen Verriegelungsmechanismus auf,
welcher angepasst ist, um die Lenkwelle und den Rahmen miteinander
zu verriegeln, um damit das Vorderrad in einer feststehenden Position
in Bezug auf den Rahmen zu halten. Der Vorteil des Verriegelungsmechanismus
ist, dass dieser die Stabilität
des Balance-Fahrrades verbessert, wenn dieses geparkt wird, da der
Verriegelungsmechanismus verhindert, dass sich die Vorderachse in
Bezug auf den Rahmen dreht. Eine Drehung der Vorderachse, wenn das
Balance-Fahrrad geparkt ist, würde
automatisch zu einem Kippen des Balance-Fahrrades mit dem Risiko
des Umfallens des Balance-Fahrrades führen.
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Der
Verriegelungsmechanismus kann als ein Kraftverriegelungsmechanismus
konstruiert sein, der ein erstes Verriegelungselement an dem Rahmen aufweist,
welches mit einem zweiten Verriegelungselement an der Lenkung zusammenpasst.
Ein derartiger Verriegelungsmechanismus ermöglicht das Verriegeln und/oder
Entriegeln der Lenkung von dem Rahmen durch Ausüben einer Kraft zwischen der Lenkung
und dem Rahmen. Das eine der Verriegelungselemente kann eine federgestützte Kugel
und das andere eine Ausnehmung in einer vorbestimmten Drehposition
in Bezug auf die Drehachse der Lenkwelle aufweisen, welche Kugel
teilweise in die Ausnehmung passt. Dies ist ein relativ einfacher, aber
wirksamer Verriegelungsmechanismus.
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Vorzugsweise
weist die Ausnehmung eine Entlastungswand in Radialrichtung der
Drehachse auf. Diese Konfiguration schafft die Möglichkeit eines selbstlösenden Verriegelungsmechanismus,
indem in Abhängigkeit
von der Vorspannkraft der Feder und der Neigung der Entlastungswand
der Ausnehmung die Kugel aus der Ausnehmung herausgedrückt wird, wenn
die Ausnehmungswand eine ausreichende Kraft auf die Kugel in Radialrichtung
der Drehachse der Lenkwelle ausübt.
Diese Kraft sollte derart gewählt
werden, dass die Verriegelung ausreichend ist, um die Lenkwelle
während
des Parkens zu halten, sollte jedoch nicht die Lenkfähigkeit
während
der normalen Benutzung beeinträchtigen.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist die Lenkung einen Stoppmechanismus auf, um die
Drehung der Lenkwelle auf einen maximalen Lenkwinkel zu begrenzen. Dies
verbessert die Sicherheit des Balance-Fahrrades. Der Stoppmechanismus weist
zum Beispiel ein erstes Stoppelement an der Lenkwelle und ein zweites
Stoppelement an dem Rahmen auf, welche derart angepasst sind, dass
sie bei dem vorbestimmten maximalen Lenkwinkel gegeneinander anstoßen. Das erste
Stoppelement kann einen Vorsprung an der Lenkwelle aufweisen, und
das zweite Stoppelement kann einen kreisbogenförmigen Schlitz aufweisen, in welchem
der Vorsprung in Drehrichtung der Drehachse der Lenkwelle bewegbar
ist, wobei die Enden des Schlitzes den maximalen Lenkwinkel der
Lenkwelle bestimmen. Dies ist eine einfache Konfiguration und kann
leicht in die Lenkung und den Rahmen integriert werden.
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Das
Balance-Fahrrad gemäß der Erfindung kann
ein Balance-Stützelement
aufweisen, welches an dem Rahmen montiert ist, um einer Bedienperson das
Lenken des Balance-Fahrrades
zu erleichtern, welches Balance-Stützelement an dem Rahmen lösbar montiert
sein kann. Das Balance-Stützelement kann
das Fahren mit dem Balance-Fahrrad erleichtern, jedoch kann eine
erfahrene Bedienperson auch wünschen,
mit dem Fahrrad ohne Balance-Stützelement
zu fahren.
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Das
Balance-Stützelement
kann einen Steuerknüppel
aufweisen, der sich von dem Rahmen nach oben erstreckt, wenn das
Balance-Fahrrad in Benutzung ist. Vorzugsweise ist der Steuerknüppel nahe
einem untersten Abschnitt des Rahmens montiert, wobei der Steuerknüppel einen
Längenänderungsmechanismus
aufweist, um seine Länge einzustellen,
welcher Längenänderungsmechanismus
ein Teleskoprohrsystem aufweisen kann. Der Vorteil eines Längenänderungsmechanismus
ist es, der Bedienperson zu ermöglichen,
eine bestangepasste Höhe
des Steuerknüppels
zu wählen.
Die niedrigste Montagelage an dem Rahmen schafft die Gelegenheit,
die Länge
des Steuerknüppels über einen
breiten Bereich zu verändern.
Ein Vorteil eines teleskopischen Längenänderungsmechanismus ist seine kompakte
Konstruktion.
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Der
Durchmesser des Vorderrades ist vorzugsweise größer als 15 cm. Dies verringert
den Rollreibungskoeffizienten. Die Erfindung betrifft auch eine
Balance-Stützelement,
welches für
die Montage an einem Balance-Fahrrad geeignet ist, wobei das Balance-Stützelement
ein erstes Kupplungselement aufweist, welches mit einem zweiten
Kupplungselement an dem Balance-Fahrrad zusammenpasst. Das Balance-Stützelement
kann einen Steuerknüppel
mit einem Handgriff und einen Längenänderungsmechanismus
aufweisen, um seine Länge
einzustellen, welcher Längenänderungsmechanismus
ein Teleskoprohrsystem aufweisen kann.
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Die
Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Seitenansicht eines Balance-Fahrrades gemäß der Erfindung;
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2 eine
vergrößerte schematische
Seitenansicht einer Lenkung und eines Vorderrades in der Einzelheit
II aus 1;
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3 eine
sehr schematische Seitenansicht eines Verriegelungsmechanismus gemäß der Erfindung;
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4 einen
Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 3; und
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5a–c Seitenansichten
von alternativen Ausführungsformen
eines Balance-Fahrrades.
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1 zeigt
ein Balance-Fahrrad 1 gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung. Das Balance-Fahrrad 1 weist einen Rahmen 2,
ein Hinterrad 3, ein Paar Vorderräder 4, einen Sattel 5,
einen Steuerknüppel 6 und
eine Lenkung 7 auf. Der Steuerknüppel 6 ist in 1 separat
von dem Rahmen 2 gezeigt, um anzudeuten, dass der Steuerknüppel 6 an
dem Rahmen 2 lösbar
montiert werden kann. Das Balance-Fahrrad 1 kann auch ohne
dem Steuerknüppel 6 benutzt
werden. Diese Konfiguration kann von einem erfahrenen Fahrer erwünscht sein.
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Das
Hinterrad 3 ist an einer Hinterachse 8 drehbar
montiert, welche an einem hinteren Endabschnitt 9 des Rahmens 2 montiert
ist. Das Hinterrad 3 kann von einem Fahrer in wohl bekannter
Weise über
Pedale 10 angetrieben werden, die mit einem ersten Kettenrad 11,
das eine Kette 12 antreibt, und einem zweiten Kettenrad 13 verbunden
sind, das an dem Hinterrad 3 befestigt ist.
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Die
Vorderräder 4 sind
an einer Vorderachse 14 drehbar montiert.
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2 zeigt
eine vergrößerte Ansicht
eines der Vorderräder 4 und
der Lenkung 7 von dem anderen Vorderrad entlang der Vorderachse 14 betrachtet.
Die Lenkung 7 weist eine Lenkwelle 15 auf, welche über ein
Lager 16 an dem Rahmen 2 drehbar montiert ist.
Die Lenkwelle ist um eine Drehachse 17 drehbar. Gemäß der Erfindung
ist die Drehachse 17 in X-Richtung der Vorwärtsbewegung des Balance-Fahrrades 1 nach
vorn geneigt (1). Das heißt, dass die Drehachse 17 eine
virtuelle Bezugsebene 18 schneidet, welche durch die Hinterachse 8 und
einen Kontaktpunkt 19 in Y-Richtung verläuft. Der
Kontaktpunkt 19 liegt zwischen dem Hinterrad 3 und
einer ebenen Fläche 20,
auf der das Balance-Fahrrad 1 steht, wie in 1 gezeigt
ist.
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Bei
der Ausführungsform
in 2 ist die Lenkwelle 15 an der Vorderachse 14 in
deren Mitte in Längsrichtung
der Vorderachse 14 betrachtet festgelegt. Infolge der Ausrichtung
der Drehachse 17 in Bezug auf den Rahmen wird die Vorderachse 14 in
einer Ebene parallel zu der ebenen Fläche 20 gedreht, wenn
der Rahmen 2 in seitlicher Richtung gekippt wird. Wenn
sich der Fahrer an dem Balance-Fahrrad 1 zu der einen Seite
des Balance-Fahrrades 1 hin lehnt, dreht sich die Vorderachse 14 derart,
dass das Balance-Fahrrad 1 in die Richtung gelenkt wird,
in welche sich der Fahrer lehnt. Die mechanische Reibung des Lagers 16 ist
vorzugsweise gering, um die Manövrierbarkeit
des Balance-Fahrrades 1 weiter zu verbessern.
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Die
Lenkung 7 weist ferner einen Verriegelungsmechanismus 21 auf.
Der Verriegelungsmechanismus 21 dient zur Verbesserung
der Stabilität
des Balance-Fahrrades 1 in
einem Parkzustand. Wenn sich die Vorderachse 14 im Parkzustand
leicht drehen würde,
könnte
dies zum Umfallen des Balance-Fahrrades 1 führen, da
eine Drehung automatisch zum Kippen des Balance-Fahrrades 1 führt. Wie
in 3 und 4 gezeigt, weist der Verriegelungsmechanismus 21 gemäß der Ausführungsform
eine Kugel 22, welche von einer Feder 23 abgestützt wird, und
eine Ausnehmung 24 auf, welche in der Außenfläche der
Lenkwelle 15 vorgesehen ist. Wenn die Lenkwelle 15 um
die Drehachse 17 gedreht wird und die Kugel 22 aus
der Ausnehmung 24 entfernt wird, wird die Kugel 22 gegen
die Außenfläche der
Lenkwelle 15 gedrückt,
ohne die Lenkwelle 15 zu verriegeln. Wenn die Lenkwelle 15 gedreht
wird, bis die Ausnehmung 24 die Kugel 22 erreicht,
wird die Kugel 22 in die Ausnehmung 24 gedrückt. Auf
diese Weise wird die Vorderachse 14 in einer feststehenden
Position in Bezug auf den Rahmen 2 verriegelt. Vorzugsweise
sind die Kugel 22 und die Ausnehmung 24 derart
angeordnet, dass die Drehachse der Vorderachse 14 im Verriegelungszustand
parallel zu der Drehachse der Hinterachse 8 ist, da diese
Konfiguration den stabilsten Zustand schafft, wenn das Balance-Fahrrad 1 geparkt
ist.
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Die
Vorspannkraft der Feder 23 beeinflusst die Verriegelungskraft
der Kugel 22 in der Ausnehmung 24. Für das Balance-Fahrrad 1 gemäß der Ausführungsform
in 1 wird eine sanfte Verriegelung bevorzugt, da
es unerwünscht
ist, dass der Verriegelungsmechanismus 21 die normale Benutzung des
Balance-Fahrrades 1 stark beeinflusst. Die Form der Ausnehmung 24 wirkt
sich auf das Entriegelungsverhalten des Verriegelungsmechanismus 21 aus. Die
Ausnehmung 24 hat eine Entlastungswand in Radialrichtung
der Drehachse 17, um die Kugel 22 aus der Ausnehmung 24 herauszudrücken, wenn
die Kraft der Ausnehmungswände
an der Kugel 22 in Drehrichtung der Drehachse 17 einen
vorbestimmten Wert überschreitet.
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Die
Lenkung 7 weist ferner einen Stoppmechanismus 25 auf,
welcher die Drehung der Lenkwelle 15 auf einen maximalen
Lenkwinkel begrenzt. Wie in 3 und 4 gezeigt,
weist der Stoppmechanismus 25 gemäß der Ausführungsform einen Vorsprung 26,
der an der Lenkwelle 15 ausgebildet ist, und einen kreisbogenförmigen Schlitz 27 auf,
in welchem der Vorsprung 26 in Drehrichtung der Drehachse 17 bewegbar
ist. Die Bogenlänge
des Schlitzes 27 bestimmt den maximalen Lenkwinkel der
Lenkwelle 15.
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Das
Balance-Fahrrad 1 gemäß der Ausführungsform
in 1 ist für
die Montage eines lösbaren Steuerknüppels 6 an
dem Rahmen 2 angepasst. Vorzugsweise hat der Steuerknüppel 6 einen
Längenänderungsmechanismus
(nicht gezeigt) und ist in einer niedrigen vertikalen Position an
dem Rahmen 2 montierbar. Diese Merkmale ermöglichen
eine Höhenänderung
des Steuerknüppels 6 über einen
breiten Bereich. Der Längenänderungsmechanismus
kann als ein Teleskoprohrsystem gestaltet sein. Der Steuerknüppel 6 weist
ferner einen Handgriff 28 und ein erstes Kupplungsteil 29 auf,
welches mit einem zweiten Kupplungsteil 30 an dem Rahmen 2 zusammenpasst.
Die Kupplungsteile 29, 30 können zum Beispiel eine Schraube
und ein Gewindeloch als Befestigungsmittel aufweisen.
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5a–c zeigen
alternative Ausführungsformen
des Balance-Fahrrades 1. 5a zeigt
eine Ausführungsform
mit einem anderen Rahmen 2 im Vergleich zu dem in 1. 5b zeigt
eine Ausführungsform
für eine
praktischere Verwendung, die einen Gepäckträger 31 und ein Schutzblech 32 aufweist. 5c zeigt
einen speziell geformten Rahmen 2, welcher aus kohlenstofffaserverstärktem Material hergestellt
werden kann. Ein kohlenstofffaserverstärkter Rahmen 2 hat
den Vorteil, dass er ein niedrigeres Gewicht als ein vergleichbarer
Aluminiumrahmen 2 hat. Die Anwendung von kohlenstofffaserverstärktem Material
schafft eine Flexibilität
beim Formen des Rahmens 2. Es ist auch möglich, den
Rahmen 2 mit zusätzlichen
Kohlenstofffasern während des
Herstellungsprozesses an Stellen zu versehen, wo der Rahmen 2 eine
höhere
Zugfestigkeit benötigt.
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Das
Balance-Fahrrad 1 ist mit relativ großen Vorderrädern 4 versehen. Dies
hat den Vorteil, dass der Rollreibungskoeffizient relativ gering
ist. Ferner ist das Balance-Fahrrad 1 weniger empfindlich
auf kleine Hindernisse auf dem Boden, wie Steine. Vorzugsweise haben
die Vorderräder 4 einen
Durchmesser, der größer als
15 cm ist, um ein bequemes Fahrverhalten zu erreichen.
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Die
Vorderräder 4 können mit
festen Reifen oder Luftreifen versehen sein. Für den letzteren ist ein relativ
großer
Raddurchmesser vorteilhaft, da der Reifen leichter auf das Rad aufzuziehen
ist.
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Aus
dem zuvor beschriebenen wird deutlich, dass mit der Erfindung ein
Balance-Fahrrad geschaffen wird, welches eine hohe Manövrierbarkeit
und einen stabilen Parkzustand bietet. Die Erfindung ist nicht auf
die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt.
Zum Beispiel ist es möglich,
dass das Paar von Vorderrädern
durch ein breites Rad ersetzt werden kann. Ferner kann der Verriegelungsmechanismus
normal steuerbar anstelle selbstlösend sein.