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Radfahren ist nicht nur gesund, sondern auch eine sehr umweltfreundliche Art der Fortbewegung. Insbesondere der Einsatz von Elektro-Motoren hat zu einem regelrechten Boom des Radfahrens geführt.
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In der Vergangenheit erfolgte die Kraftübertragung von der Pedale zum Hinterrad nahezu ausschließlich über Ketten. Dagegen werden bei Motorrädern schon seit vielen Jahren Zahnriemen eingesetzt und der Hersteller Harley-Davidson stattet zurzeit sogar alle Modelle mit Zahnriemen aus.
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Vorteile des Riementriebs: schmierstoff-frei, umweltfreundlich, sauber, wartungsarm, höhere Laufleistung, leichter und geräuscharm. Inwieweit die genannten Vorteile tatsächlich relevant sind, hängt vom jeweiligen Einsatzzweck des Rades ab.
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Stand der Technik bei riemengetriebenen Rädern sind Zahnriemen. In
DE 28 18 248 A1 wird ein Zahnriemen-Antrieb beschrieben, bei dem das Anfahr-Moment durch einen variablen Durchmesser der Riemenscheibe vergrößert werden kann. In
DE 19 75 72 05 A1 wird ein Zahnriementrieb für ein Fahrrad mit Elektromotor beschrieben und in
DE 35 21 150 C2 ein Zahnriemen mit Anschlagrolle.
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Bei Fahrrädern beginnen sich Riemen-Antriebe aber erst langsam durchzusetzen. Ein Grund besteht darin, dass man befürchtete, Riemen reißen früher als Ketten, Riemen sind empfindlich gegen Schmutz oder Eis oder Riemen werden bei falscher Vorspannung oder bei zu großen Toleranzen im Rahmen beschädigt.
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Probleme von Zahnriemen am Fahrrad bestehen darin, dass der Riemen endlos ist und nicht wie eine Kette für die Montage geöffnet werden kann. Vielmehr muss beim Zahnriemen der Rahmen des Fahrrades geöffnet werden. Ein anderes Problem von Zahnriemen ist die große Empfindlichkeit gegen Fluchtungs- und Winkelfehler der beiden Riemenscheiben, die zu Beschädigungen und Verschleiß des Riemens führen können. Zudem muss beim Zahnriemen auch die Riemenspannung regelmäßig kontrolliert werden, da eine zu geringe oder zu hohe Spannung die Lebensdauer des Riemens reduziert.
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Diese Probleme werden mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Die im Schutzanspruch 1 angegebene Erfindung offenbart einen alternativen Antriebsstrang für Fahrräder mit und ohne Elektroantrieb, der die erwähnten Nachteile eines Zahnriemens nicht aufweist.
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Erfindungsgemäß wird ein Antriebsstrang für Fahrräder mit und ohne Elektroantrieb bereitgestellt, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsstrang wird ein Keil- oder Keilrippenriemen durch eine oder mehrere Umlenkrollen derart um die Antriebs- und Abtriebs-Riemenscheibe geführt, dass ein maximaler Umschlingungswinkel an den Riemenscheiben auftritt und dementsprechend ein maximales Antriebsmoment ermöglicht wird.
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Die Vorspannung des Riemens kann dabei durch ein federndes, längenveränderliches Vorspann-Element zwischen den Umlenkrollen bewirkt werden. Dadurch kann die Riemenspannung ohne ein einziges Befestigungselement am Fahrrad-Rahmen eingestellt und nahezu konstant gehalten werden. Die Riemen-Vorspannung kann auch geringer als bei Zahnriemen sein, da eine Längung des Riemens automatisch ausgeglichen wird. Bei Zahnriemen muss dagegen durch eine relativ große Vorspannung eine möglicherweise auftretende Riemendehnung oder ein Verzug am Rahmen ausgeglichen werden.
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Mit der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung wird die bei Zahnriemen notwendige regelmäßige Kontrolle der Riemenspannung überflüssig, da es einen automatischen Spann-Mechanismus gibt. Zudem tritt auch eine geringere, die Lebensdauer reduzierende Belastung von Hinterrad-Lagern und Tretlagern auf.
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Zugtrum und Leertrum des Riemens werden mit geringem Abstand über die Kettenstrebe aneinander vorbei geführt, sodass eine Auftrennung des Rahmen-Dreiecks nicht erforderlich ist.
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Dadurch, dass die Schutz-Elemente (Schutzbleche) nicht starr am Rahmen, sondern elastisch am Riemen montiert sind, ist die Gefahr, dass es durch Sturz oder Umkippen des Fahrrades zu einer Beschädigung des Schutz-Elementes kommt, deutlich reduziert. Besonders bei Kinder-Rädern treten Stürze und umkippende Fahrräder häufig auf. Daraus resultieren oftmals Beschädigungen der Schutzelement-Halterungen oder der Schutzelemente selbst.
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Bei der vorliegenden Erfindung können die Schutzelemente wesentlich kleiner als bei herkömmlichen Fahrrädern sein, weil sie nicht bis in den unteren Bereich der vorderen Riemenscheibe hineinreichen müssen. Daher ist auch ein Kontakt mit am Boden befindlichen Elementen wie anderen Fahrrädern, Steinen, Spielgeräten o. ä. deutlich unwahrscheinlicher.
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Da das Schutz-Element (Schutzblech) nicht am Rahmen, sondern am Riemen fixiert ist, ist es wesentlich elastischer montiert, als dies bei herkömmlichen Schutzelementen der Fall ist. Dadurch werden die bei einem Aufprall mit anderen Gegenständen auftretenden Kräfte deutlich reduziert. Die Gefahr, dass es zum Schleifen des Schutzelementes am Riemen oder an einer Riemenscheibe kommt, ist damit deutlich geringer.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Riemen durch ein Schutzelement gegen eindringenden Schmutz, Feuchtigkeit und Ähnliches vollkommen gekapselt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind das Schutzelement (Schutzblech) und das Vorspann-Element in einem Bauteil zusammengefasst.
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In den erfindungsgemäßen Antriebsstrang kann auch die Antriebsrolle eines Elektromotors integriert werden, sodass die vorliegende Erfindung auch für Fahrräder mit Elektromotor eingesetzt werden kann.
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Durch das auffällige, von allen bisherigen Fahrrad-Antrieben abweichende Design hat der erfindungsgemäße Antriebsstrang ein besonderes Alleinstellungsmerkmal und ist daher auch ein Lifestyle-Produkt.
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Die Unteransprüche und die Zeichnungen zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben, wobei jeweils auf die begleitende Zeichnung Bezug genommen wird.
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1 zeigt ein konventionelles Fahrrad 1 mit Ketten-Antrieb. Die Antriebskraft wird von der Pedale 3 über die Kette 2 auf das Hinterrad übertragen. Der hintere Rahmen des Fahrrades (Hinterbau) besteht aus dem Sitzrohr 6, der Sattelstrebe 5 und aus der Kettenstrebe 4. Die Kette 2 verfügt über ein Kettenschloss, mit dem die Kette für die Montage geöffnet werden kann.
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In 2 ist ein Fahrrad mit Riemenantrieb dargestellt, das dem Stand der Technik entspricht und einen Zahnriemen als Antriebsmittel aufweist. Die Pfeile 7 stellen die Bewegungsrichtung des Riemens 8 dar. Es ist zu erkennen, dass der Riemen 8 in die Ebene, die von Sitzrohr 6, Sattelstrebe 5 und Kettenstrebe 4 aufgespannt wird, eintaucht. Dies resultiert daraus, dass die Riemenscheibe 11 aus Sicht des Betrachters vor dem Rahmen und die hintere Riemenscheibe 12 aus Sicht des Betrachters hinter dem Rahmen angeordnet ist. Daher muss bei dieser Anordnung des Riemens 8 der Rahmen z. B. im Bereich der unteren Sattelstrebe 5 mit einer dafür geeigneten Rahmen-Trennvorrichtung 5a aufgetrennt werden, damit der Riemen 8 bei der Montage durch den Rahmen durchgeführt werden kann.
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3 zeigt die Kraftübertragung von der Pedale 3 auf die hintere Riemenscheibe 10 mittels eines Riemens 8, der über zwei Umlenkrollen 9 und 10 derart umgelenkt wird, dass das Leertrum des Riemens 8b über die Kettenstrebe 4 geführt wird und so den Umschlingungswinkel an den Riemenscheiben 11 und 12 um ca. 90° gegenüber einem konventionellen Zahnriemen erhöht. Die Umlenkrollen 9 und 10 sind mittels Befestigungs-Elementen 14 an der Sattelstrebe 5 und am Sitzrohr 6 angebracht. Alternativ können die Befestigungs-Elemente 14 auch an der Kettenstrebe 4 oder an der Radnabe 25 angebracht sein. Die Spannung des Riemens erfolgt hier zweckmäßigerweise über eine Verschiebung der hinteren Riemenscheibe 12 nach links. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass bei Verwendung von Umlenkrollen 9 und 10 mit unterschiedlichen Durchmessern derselbe Riemen an verschiedene Fahrrad-Rahmengrößen angepasst werden kann.
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In 4 ist eine Konstruktion dargestellt, mit der die Spannung des Riemen-Leertrums 8b ohne Verschiebung der Riemenscheibe 12 eingestellt werden kann. Die vordere Umlenkrolle 9 wird von dem starr am Sitzrohr 6 angebrachten Befestigungs-Element 14 gehalten. Die hintere Umlenkrolle ist über das einstellbare, elastische Befestigungselement 15 mit der Sitzstrebe 5 oder alternativ mit der Kettenstrebe 4 verbunden. Das elastische Befestigungselement 15 ist in der Lage, betriebsbedingte Längen-Änderungen des Riemens 8 oder Verschiebungen der hinteren Riemenscheibe 12 weitestgehend zu kompensieren. Alternativ kann das elastische Befestigungselement 15 auch an der vorderen Umlenkrolle 9 und am Sitzrohr 6 angebracht sein. 4a zeigt ein elastisches Befestigungselement 15a, das die Umlenkrolle 10 mit der Radnabe verbindet.
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5 zeigt die Kraftübertragung mittels Riemen 8a und 8b, Riemenscheiben 11 und 12, Umlenkrollen 9 und 10 und eines elastischen, längenveränderlichen Vorspann-Elementes 13. Die Umlenkrollen 9 und 10 sind mit dem Vorspann-Element 13 verbunden. Die Besonderheit besteht darin, dass die Riemenspannung ohne Befestigungselemente an Kettenstrebe 4, Sitzstrebe 5 oder Sitzrohr 6 justiert und nahezu konstant gehalten werden kann.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Vorspann-Element 13 mit Hilfe von unterschiedlichen Durchmessern der Umlenkrollen 9 und 10 und einer geeigneten Längen-Einstellung des Vorspann-Elementes 13 in eine stabile Gleichgewichtslage gebracht werden kann.
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7 zeigt ein elastisches Befestigungs-Element 26, das zwischen Vorspann-Element 13 und Sitzstrebe 5 montiert ist. Das elastische Befestigungs-Element 26 hat die Aufgabe, ungewollte Bewegungen des Vorspann-Elementes 13, die zu einem Kontakt von Riemen-Zugtrum 8a und Riemen-Leertrum 8b führen können, zu vermeiden.
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Zusätzlich kann das elastische Befestigungs-Element 26 auch zur Riemen-Vorspannung verwendet werden. Das elastische Befestigungs-Element 26 kann auch z. B. als Schraubenfeder, Schenkelfeder, Blattfeder, Seil oder als Elastomer ausgeführt und alternativ auch an der Kettenstrebe 4 oder am Sitzrohr 6 montiert sein.
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In 8 ist eine Konstruktion dargestellt, mit der eine stabile Lage des Vorspann-Elementes 13 erzeugt und damit eine ungewollte Berührung von Riemen-Zugtrum 8a und Riemen-Leertrum 8b vermieden wird. Am Vorspann-Element 13 sind mit Hilfe von starren oder elastischen Rollen-Haltern 17 zwei Führungs-Rollen 16 angebracht, die sich an der Unterseite des Riemen-Zugtrums abstützen.
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In 9 ist eine einzelne Führungs-Rolle 16 am Vorspann-Element 13 in der Nähe der vorderen Riemenscheibe 11 angebracht. Der Umschlingungs-Winkel ist an beiden Riemenscheiben nahezu gleich groß. Große Durchmesser von Umlenkrollen 9 und 10 und Führungs-Rolle 16 gewährleisten aufgrund der geringen Drehzahlen entsprechend geringe Verluste in den Lagern. Zugtrum 8a und Leertrum 8b des Riemens sind hier nicht parallel angeordnet.
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In 10 stützt sich das Vorspann-Element 13 über zwei Distanz-Rollen 18 und 19 am Zugtrum des Riemens 8a und optional gleichzeitig auch am Leertrum 8b ab. Alternativ kann auch auf eine der beiden Distanzrollen verzichtet werden. Die Rollen-Halter 17 können starr oder elastisch ausgebildet sein.
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11 zeigt, wie sich das Vorspann-Element 13 sowie die Umlenkrollen 9 und 10 bei einer Veränderung des Riemen-Durchmessers an der vorderen und der hinteren Riemenscheibe 11 und 12 verhalten. Die Ausgangslage ist jeweils gestrichelt dargestellt. Zweck einer derartigen Durchmesser-Veränderung ist die Änderung der Übersetzung des Riementriebs. Wenn die Durchmesser-Veränderung z. B. nur an Riemenscheibe 11 erfolgt oder wenn die durch die Durchmesser-Änderungen bewirkte Riemenumschlingung sich an beiden Riemenscheiben nicht aufhebt, kann dies durch einen entsprechenden Längenausgleich am Vorspann-Element 13 kompensiert werden.
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12 zeigt ein an das Vorspann-Element 13 montiertes Schutz-Element 20 (transparent dargestellt), das über minimale Abmessungen verfügt und dennoch ausreichend Schutz gegen das Einklemmen von Kleidungs-Teilen bietet. Ein weiteres Merkmal des Schutz-Elementes 20 ist die elastische Befestigung, die daraus resultiert, dass das Schutz-Element nicht starr am Sitzrohr 6, sondern an dem beweglichen Vorspann-Element 13 montiert ist. Vorteil dieser Anordnung ist ein besserer Schutz des Schutz-Elementes 20 z. B. beim Umfallen des Rades 1 oder bei einem Anstoßen gegen andere Objekte wie Fahrradständer oder andere Fahrräder.
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In 13 ist ein Schutz-Element 21 in maximaler Konfiguration (transparent) dargestellt, das einen vollkommenen Schutz der Fahrerin oder des Fahrers vor dem Einklemmen oder Verschmutzen von Bekleidung bietet. Das Schutz-Element 13 kann den Riemen 8a und 8b vollständig umschließen und so den Riemen vor Schmutz und Nässe schützen.
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14 zeigt ein Schutz-Element 22 (transparent dargestellt), in dem sowohl die Funktionalitäten des Schutz-Elementes 21 als auch die des Vorspann-Elementes 13 dadurch vereinigt sind, dass die Umlenkrollen 9 und 10 mit dem Schutzelement 22 derart verbunden sind, dass der Abstand der Umlenkrollen 9 und 10 variiert und so die Spannung des Riemens eingestellt werden kann.
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15 zeigt, wie eine zusätzliche, motorisch angetriebene Riemenscheibe 23 derart in den Antriebsstrang integriert werden kann, dass der Umschlingungswinkel an der Riemenscheibe 23 möglichst groß ist.
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In 16 ist eine alternative Position von Umlenkrolle 9 und angetriebener Riemenscheibe 23 dargestellt.
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In 17 sind zwei Umlenkrollen 9 am Vorspann-Element 13 derart angeordnet, dass sich eine größtmögliche Umschlingung an der Riemenscheibe 23 ergibt.
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18 zeigt eine tiefergelegte, angetriebene Riemenscheibe 23, die einen besonders tief liegenden Elektromotor 24 ermöglicht. Dadurch wird der Gesamtschwerpunkt des Fahrrades 1 nach unten gelegt und so die Handhabung verbessert.
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Die in den Ansprüchen, der vorstehenden Beschreibung und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung wesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrrad
- 2
- Kette
- 3
- Pedale
- 4
- Kettenstrebe
- 5
- Sitzstrebe
- 5a
- Rahmen-Trennvorrichtung
- 6
- Sitzrohr
- 7
- Bewegungsrichtung des Riemens
- 8
- Riemen
- 8a
- Zugtrum des Riemens
- 8b
- Leertrum des Riemens
- 9
- vordere Umlenkrolle
- 10
- hintere Umlenkrolle
- 11
- vordere Riemenscheibe
- 12
- hintere Riemenscheibe
- 13
- Federndes, längenveränderliches Vorspann-Element
- 14
- Befestigungs-Element für Umlenkrolle
- 15
- Einstellbares, elastisches Befestigungs-Element an hinterer Umlenkrolle
- 16
- Führungsrollen
- 17
- Halter für Führungs-Rollen
- 18
- Vordere Distanz-Rolle
- 19
- Hintere Distanz-Rolle
- 20
- Schutzelement in Minimal-Konfiguration (transparent dargestellt)
- 21
- Schutzelement in Maximal-Konfiguration (transparent dargestellt)
- 22
- Schutzelement mit Rollenträgern
- 23
- Motorisch angetriebene Riemenscheibe
- 24
- Elektromotor
- 25
- Radnabe des Hinterrades
- 26
- elastisches Befestigungs-Element am Vorspann-Element
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2818248 A1 [0004]
- DE 19757205 A1 [0004]
- DE 3521150 C2 [0004]
