DE202022103428U1

DE202022103428U1 - Bicycle steering system

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Publication number: DE202022103428U1
Application number: DE202022103428.1U
Authority: DE
Original assignee: Ca Go Bike GmbH
Current assignee: Ca Go Bike GmbH
Priority date: 2022-06-20
Filing date: 2022-06-20
Publication date: 2023-10-09
Anticipated expiration: 2032-06-21

Abstract

Fahrrad-Lenksystem, insbesondere für Lastenfahrräder, mit
einer Lenkwelle (10), die mit einem Lenker verbindbar ist,
einem Gabelschaft (18), der mit einer Fahrradgabel verbindbar ist,
jeweils einem mit der Lenkwelle (10) und dem Gabelschaft (18) verbundenen Führungselement (16) und
einem die beiden Führungselemente (16) zur Übertragung von Lenkbewegungen miteinander verbindenden Übertragungselement (24),
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest eines der beiden Führungselemente (16) über mindestens eine Schwenkachse (36) schwenkbar mit dem Gabelschaft (18) bzw. der Lenkwelle (10) verbunden ist.

Bicycle steering system, especially for cargo bikes
a steering shaft (10) which can be connected to a handlebar,
a fork shaft (18) which can be connected to a bicycle fork,
each with a guide element (16) connected to the steering shaft (10) and the fork shaft (18) and
a transmission element (24) connecting the two guide elements (16) for transmitting steering movements,
characterized in that
at least one of the two guide elements (16) is pivotally connected to the fork shaft (18) or the steering shaft (10) via at least one pivot axis (36).

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrrad-Lenksystem.The invention relates to a bicycle steering system.

Bei Lastenfahrrädern, beispielsweise bei sogenannten Long-John-Fahrrädern ist die Last bzw. ein die Last aufnehmender Behälter vor dem Lenker und üblicherweise zwischen dem Lenker und dem Vorderrad angeordnet. Dementsprechend muss eine Übertragung der Lenkbewegung des Fahrers auf das Vorderrad bzw. den Gabelschaft erfolgen. Hierzu ist es bekannt, die mit dem Lenker verbundene Lenkwelle, die beim Lenken geschwenkt wird, über ein Gestänge mit dem Gabelschaft oder einem Gabelbein der Vorderradgabel zu verbinden. Derartige Lenkgestänge sind jedoch relativ schwer und weisen den Nachteil auf, dass sie leicht verbiegen können. Ein Verschleiß an verwendeten Komponenten kann zumeist nur durch Austausch gegen Neuteile kompensiert werden.In cargo bicycles, for example so-called long-john bicycles, the load or a container that holds the load is arranged in front of the handlebars and usually between the handlebars and the front wheel. Accordingly, the driver's steering movement must be transmitted to the front wheel or the fork shaft. For this purpose, it is known to connect the steering shaft connected to the handlebar, which is pivoted when steering, to the fork shaft or a fork leg of the front wheel fork via a linkage. However, such steering linkages are relatively heavy and have the disadvantage that they can easily bend. Wear and tear on components used can usually only be compensated for by replacing them with new parts.

Ferner sind zur Verbindung des Lenkschafts mit dem Gabelschaft zur Übertragung des Lenkeinschlags auf das Vorderrad Seilzüge bekannt. Insbesondere wenn der Gabelschaft zur Lenkwelle in einem Winkel angeordnet ist, d.h. nicht parallel angeordnet ist, besteht hierbei die Problematik, dass entsprechende Seilzüge umgelenkt werden müssen, da für einen sicheren Betrieb die Seilzüge im Bereich der Verbindung mit dem Gabelschaft und der Lenkwelle möglichst senkrecht zu diesem verlaufen sollen. Entsprechende Umlenkrollen oder dergleichen stellen jedoch ein zusätzliches Bauteil dar, wobei ferner Verschmutzungs- und Verschleißprobleme auftrete können, die die Zuverlässigkeit weiter beeinträchtigen. Auch beim Vorsehen von Bowdenzügen ist es erforderlich, diese entsprechend anzuordnen, da auch bei der Verwendung von Bowdenzügen die Seile möglichst senkrecht zu der Lenkwelle und dem Gabelschaft verlaufen sollen. Bowdenzüge haben zudem den Nachteil, dass zusätzliche Reibungsverluste auftreten und wie bei einer Gestängelenkung die Lenkperformance stetig schlechter wird.Furthermore, cable pulls are known for connecting the steering shaft to the fork shaft in order to transmit the steering angle to the front wheel. In particular, if the fork shaft is arranged at an angle to the steering shaft, i.e. is not arranged parallel, the problem here is that corresponding cable pulls have to be redirected, since for safe operation the cable pulls are as vertical as possible in the area of the connection to the fork shaft and the steering shaft should run this way. However, corresponding deflection rollers or the like represent an additional component, and contamination and wear problems can also occur, which further impair reliability. When using Bowden cables, it is also necessary to arrange them accordingly, since even when using Bowden cables, the cables should run as perpendicular as possible to the steering shaft and the fork shaft. Bowden cables also have the disadvantage that additional friction losses occur and, like a linkage steering system, the steering performance becomes steadily worse.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrrad-Lenksystem zu schaffen, mit dem auch bei einer nicht-parallelen Anordnung des Gabelschafts zur Lenkwelle eine zuverlässige Übertragung der Lenkbewegung sichergestellt ist.The object of the invention is to create a bicycle steering system with which reliable transmission of the steering movement is ensured even when the fork shaft is arranged non-parallel to the steering shaft.

Die Lösung erfolgt erfindungsgemäß durch ein Fahrrad-Lenksystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The solution is achieved according to the invention by a bicycle steering system with the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Fahrrad-Lenksystem ist insbesondere für Lastenräder geeignet, bei denen eine mit dem Lenker verbindbarere Lenkwelle in einem Abstand zu einem Gabelschaft angeordnet ist, der mit einer Fahrradgabel verbunden ist. Bei der Fahrradgabel handelt es sich insbesondere um die typische Fahrradgabel oder alternative Aufhängungen für das Vorderrad. Es könnte sich jedoch auch um ein Lenken des Hinterrades handeln. Neben der bevorzugten Anordnung des erfindungsgemäßen Fahrrad-Lenksystems bei Lastenrädern ist die auch für Liegeräder und dergleichen geeignet, bei denen die Lenkwelle in einem Abstand zum Gabelschaft bzw. zu einer Achse, um die das oder die zu lenkenden Räder geschwenkt werden, angeordnet ist.The bicycle steering system according to the invention is particularly suitable for cargo bikes in which a steering shaft that can be connected to the handlebar is arranged at a distance from a fork shaft which is connected to a bicycle fork. The bicycle fork is in particular the typical bicycle fork or alternative suspensions for the front wheel. However, it could also be a matter of steering the rear wheel. In addition to the preferred arrangement of the bicycle steering system according to the invention for cargo bikes, it is also suitable for recumbent bikes and the like, in which the steering shaft is arranged at a distance from the fork shaft or from an axis around which the wheel or wheels to be steered are pivoted.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad-Lenksystem ist sowohl mit der Lenkwelle als auch mit dem Gabelschaft ein Führungselement verbunden. Die beiden Führungselemente sind zur Übertragung von Lenkbewegungen mit einem Übertragungselement verbunden. Bei dem Übertragungselement handelt es sich beispielsweise um Zugmittel. Als Übertragungselement ist zur Realisierung der Erfindung auch ein Riemen, eine Kette oder dergleichen geeignet, wobei auch Kombinationen unterschiedlicher Übertragungselemente möglich sind. Alternativ wäre auch eine Übertragung der Lenkbewegung mittels Zahnräder möglich. Bevorzugt ist die Verwendung von Seilzügen als Zugmittel. Diese weisen insbesondere gegenüber Bowdenzügen den Vorteil auf, dass keine Reibungsverluste zwischen dem Zugseil und der Ummantelung auftreten.In the bicycle steering system according to the invention, a guide element is connected to both the steering shaft and the fork shaft. The two guide elements are connected to a transmission element to transmit steering movements. The transmission element is, for example, traction means. A belt, a chain or the like is also suitable as a transmission element for implementing the invention, although combinations of different transmission elements are also possible. Alternatively, it would also be possible to transmit the steering movement using gears. The use of cables as traction means is preferred. These have the advantage, in particular compared to Bowden cables, that there are no friction losses between the pull cable and the casing.

Erfindungsgemäß ist zumindest eines der beiden Führungselemente über mindestens eine, vorzugsweise zwei Schwenkachsen schwenkbar mit dem Gabelschaft bzw. der Lenkwelle verbunden. Durch eine derartige schwenkbare Verbindung ist es möglich, einen zwischen der Lenkwelle und dem Gabelschaft bestehenden Winkel auszugleichen. In besonders bevorzugter Ausführungsform erfolgt durch die schwenkbare Verbindung ein derartiger Ausgleich, dass das Zugmittel im Bereich der Lenkwelle sowie im Bereich des Gabelschafts in der jeweiligen Ebene des Führungselements verläuft. Erfindungsgemäß besonders ist es, dass die beiden Führungselemente in einer Ebene anzuordnen sind.According to the invention, at least one of the two guide elements is pivotally connected to the fork shaft or the steering shaft via at least one, preferably two pivot axes. Such a pivotable connection makes it possible to compensate for an angle existing between the steering shaft and the fork shaft. In a particularly preferred embodiment, the pivotable connection provides such compensation that the traction means runs in the area of the steering shaft and in the area of the fork shaft in the respective plane of the guide element. According to the invention, it is special that the two guide elements are to be arranged in one plane.

Das erfindungsgemäß ausgestaltete schwenkbare Führungselement, kann an einem der beiden Schafte, d.h mit dem Gabelschaft oder der Lenkwelle oder beiden Schaften vorgesehen sein. Nachfolgend wird die schwenkbare Verbindung anhand einer Verbindung mit dem Gabelschaft in bevorzugten Ausbildungen näher beschrieben.The pivotable guide element designed according to the invention can be provided on one of the two shafts, i.e. with the fork shaft or the steering shaft or both shafts. The pivotable connection is described in more detail below using a connection to the fork shaft in preferred embodiments.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Zwischenelement über eine Zusatz-Schwenkachse mit dem Gabelschaft verbunden. Die Zusatz-Schwenkachse ist hierbei vorzugsweise nicht parallel zur Schwenkachse, sondern in einem Winkel zur Schwenkachse angeordnet. Besonders bevorzugt weisen die Schwenkachse und die Zusatzschwenkachse einen Winkel von 90° auf. Besonders bevorzugt ist insofern das Vorsehen eines Kardangelenks zwischen dem Führungselement und dem Gabelschaft. Das Kardangelenk weist in besonders bevorzugter Ausführungsform zwei senkrecht zueinander ausgebildete Achsen, wie eine Schwenkachse und eine Zusatz-Schwenkachse auf. Durch eine kardanische Aufhängung des Führungselements kann der Winkel zwischen Gabelschaft und Lenkwelle ausgeglichen werden. Ferner kann auch bei starken Lenkwinkeln aufgrund der kardanischen Aufhängung eine sehr gute Kraftübertragung sichergestellt werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the intermediate element is connected to the fork shaft via an additional pivot axis. The additional pivot axis is preferably not arranged parallel to the pivot axis, but at an angle to the pivot axis. They particularly preferably have The swivel axis and the additional swivel axis have an angle of 90°. In this respect, it is particularly preferred to provide a cardan joint between the guide element and the fork shaft. In a particularly preferred embodiment, the cardan joint has two axes which are perpendicular to one another, such as a pivot axis and an additional pivot axis. The angle between the fork shaft and the steering shaft can be compensated for by gimbal-mounting the guide element. Furthermore, very good power transmission can be ensured even at strong steering angles due to the gimbal suspension.

Die Lenkwelle ist vorzugsweise nicht parallel zum Gabelschaft sondern weist gegenüber dem Gabelschaft vorzugsweise einen Winkel kleiner 30°, insbesondere kleiner 15°auf.The steering shaft is preferably not parallel to the fork shaft but preferably has an angle of less than 30°, in particular less than 15°, with respect to the fork shaft.

Des Weiteren ist es besonders bevorzugt, dass die beiden am Lenkschaft sowie am Gabelschaft vorgesehenen Führungselemente jeweils zumindest eine Nut aufweisen, in der der Lenkzug wie ein Seilzug aufgenommen werden kann. Insbesondere sind zwei parallel zueinander angeordnete Nuten zur Aufnahme eines Lenkzugpaares vorgesehen, sodass ein redundantes System gebildet ist.Furthermore, it is particularly preferred that the two guide elements provided on the steering shaft and on the fork shaft each have at least one groove in which the steering cable can be received like a cable pull. In particular, two grooves arranged parallel to one another are provided to accommodate a pair of steering cables, so that a redundant system is formed.

Die vorstehend beschriebene Ausgestaltung der Erfindung, die in bevorzugten Weiterbildungen anhand des Gabelschafts beschrieben ist, kann entsprechend auch an der Lenkwelle vorgesehen sein. Eine insbesondere kardanische Aufhängung des Führungselements ist vorzugsweise nur an einer der beiden Schafte, insbesondere am Gabelschaft angeordnet.The embodiment of the invention described above, which is described in preferred developments using the fork shaft, can also be provided on the steering shaft. A particularly gimbal suspension of the guide element is preferably arranged only on one of the two shafts, in particular on the fork shaft.

Die Erfindung weist insbesondere den Vorteil auf, dass weitere Umlenkelemente oder dergleichen entfallen oder bei komplexen Zugmittelverläufen nur noch in einer Richtung oder zumindest einfacher ausgestaltet sein können. Ferner sind große Schwenkwinkel von bis zu +/-90° des Vorderrades erreichbar. Dies ist insbesondere bei Rädern mit einem großen Radstand, beispielsweise zum Wenden des Fahrrads vorteilhaft. Ferner kann die schwenkbare, insbesondere kardanische Verbindung zwischen Führungselement und Lenkwelle bzw. Gabelschaft sehr platzsparend ausgebildet sein.The invention has the particular advantage that further deflection elements or the like are no longer necessary or, in the case of complex traction means, can only be designed in one direction or at least in a simpler manner. Furthermore, large swivel angles of up to +/-90° of the front wheel can be achieved. This is particularly advantageous for bikes with a large wheelbase, for example for turning the bike. Furthermore, the pivotable, in particular gimbal connection between the guide element and the steering shaft or fork shaft can be designed to be very space-saving.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Lenksystems,
2 eine schematische Draufsicht auf einen Teilbereich des Lenksystems in Richtung des Pfeils II in 1,
3 eine schematische Seitenansicht des in 2 dargestellten Bereichs,
4 eine schematische Seitenansicht eines Teils des Lenksystems ohne Führungselement, und
5 eine der in 4 dargestellten schematischen Seitenansicht eines Teils des Lenksystems ohne Führungselement.

Show it:

1 a schematic side view of a steering system,
2 a schematic top view of a portion of the steering system in the direction of arrow II in 1 ,
3 a schematic side view of the in 2 shown area,
4 a schematic side view of a part of the steering system without a guide element, and
5 one of the in 4 Illustrated schematic side view of a part of the steering system without a guide element.

Ein Fahrrad-Lenksystem weist einen Lenkschaft 10 auf, der an seinem nicht dargestellten oberen Ende mit einem Lenker verbindbar ist. der Lenkschaft 10 ist um eine Längsachse 12 schwenkbar. Mit dem Lenkschaft 10 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Führungselement 14, das scheibenförmig ausgebildet ist, fest verbunden. Das Führungselement 14 ist entsprechend einem Führungselement 16 ausgebildet. Das Führungselement 16 ist über eine kardanische Aufhängung mit einem Gabelschaft 18 schwenkbar verbunden. Der Gabelschaft 18 ist um eine Achse 20 schwenkbar. Mit dem Gabelschaft 18 ist eine Fahrradgabel, insbesondere zur Aufnahme eines Vorderrades verbunden.A bicycle steering system has a steering shaft 10, which can be connected to a handlebar at its upper end, not shown. the steering shaft 10 can be pivoted about a longitudinal axis 12. In the exemplary embodiment shown, a guide element 14, which is disk-shaped, is firmly connected to the steering shaft 10. The guide element 14 is designed corresponding to a guide element 16. The guide element 16 is pivotally connected to a fork shaft 18 via a gimbal suspension. The fork shaft 18 can be pivoted about an axis 20. A bicycle fork, in particular for receiving a front wheel, is connected to the fork shaft 18.

Die beiden Schwenkachsen 12 und 20 sind nicht parallel zueinander, sondern in einem Winkel zueinander angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Achse 20 des Gabelschafts 18 bezogen auf eine Fahrtrichtung 22 bzw. bezogen auf einen horizontalen Boden etwas flacher und die Achse 12 des Lenkschafts 10 etwas steiler angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist auch die Achse 12 des Lenkschafts 10 nicht senkrecht angeordnet, sondern weist zur Senkrechten einen Winkel von 10° bis 20° auf. Entsprechend weist die Achse 20 des Gabelschafts 18 einen größeren Winkel zur Senkrechten von 20° bis 30° auf. Die beiden Führungselemente 14 und 16 sind über ein Führungselement 24 miteinander verbunden, wobei es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel bei dem Führungselement 24 um ein Paar Seilzüge handelt, sodass ein redundantes System ausgebildet ist. Über die Seilzüge 24 erfolgt die Übertragung der Lenkkraft vom Lenker auf das Vorderrad.The two pivot axes 12 and 20 are not arranged parallel to one another, but rather at an angle to one another. In the exemplary embodiment shown, the axis 20 of the steerer shaft 18 is arranged somewhat flatter in relation to a direction of travel 22 or in relation to a horizontal floor and the axis 12 of the steering shaft 10 is arranged somewhat steeper. In the exemplary embodiment shown, the axis 12 of the steering shaft 10 is not arranged vertically, but has an angle of 10° to 20° to the vertical. Correspondingly, the axis 20 of the fork shaft 18 has a larger angle to the vertical of 20° to 30°. The two guide elements 14 and 16 are connected to one another via a guide element 24, whereby in the illustrated embodiment the guide element 24 is a pair of cable pulls, so that a redundant system is formed. The steering force is transferred from the handlebars to the front wheel via the cables 24.

Die beiden Führungselemente 14, 16 weisen jeweils zwei Nuten 28 (3) auf. Der wesentliche Unterschied der beiden Führungselemente besteht darin, dass das Führungselement 16, das im dargestellten Ausführungsbeispiel mit dem Gabelschaft 18 verbunden ist, über eine kardanische Aufhängung schwenkbar mit diesem verbunden ist. Das Führungselement 14 ist ebenfalls scheibenförmig ausgebildet, ist jedoch mittelbar oder unmittelbar fest und nicht über eine kardanische Aufhängung mit der Lenkwelle 10 verbunden. Gegebenenfalls kann auch das Führungselement 14 über eine kardanische Aufhängung oder auf andere Weise schwenkbar mit der Lenkwelle 10 verbunden sein.The two guide elements 14, 16 each have two grooves 28 ( 3 ) on. The main difference between the two guide elements is that the guide element 16, which is connected to the fork shaft 18 in the illustrated embodiment, is pivotally connected to it via a gimbal suspension. The guide element 14 is also disc-shaped, but is fixed directly or indirectly and not via a gimbal suspension Steering shaft 10 connected. If necessary, the guide element 14 can also be pivotally connected to the steering shaft 10 via a gimbal suspension or in another way.

Zur kardanischen Aufhängung des Führungselements 16 ist dieses ringförmig ausgebildet. Innerhalb des ringförmigen Elements 30 des Führungselements ist eine Öffnung 32 ausgebildet, innerhalb der ein Ringelement 34 angeordnet ist. Das Ringelement 34 weist zur Ausbildung einer Schwenkachse 36 zwei Zapfen 38 auf. Die beiden Zapfen 38 sind einander gegenüberliegend angeordnet und in Ausnehmungen des ringförmigen Elements 30 angeordnet. Hierdurch kann der Ring 30 des Führungselements 16 um die Achse 36 geschwenkt werden. Die Achse 36 verläuft senkrecht zur Fahrtrichtung 22 sowie senkrecht zur Achse 20 des Gabelschafts 18, wenn sich der Lenker in der Neutralposition befindet (Geradeausfahrt).For gimbal suspension of the guide element 16, it is designed in a ring shape. An opening 32 is formed within the annular element 30 of the guide element, within which a ring element 34 is arranged. The ring element 34 has two pins 38 to form a pivot axis 36. The two pins 38 are arranged opposite one another and arranged in recesses in the annular element 30. As a result, the ring 30 of the guide element 16 can be pivoted about the axis 36. The axis 36 runs perpendicular to the direction of travel 22 and perpendicular to the axis 20 of the fork shaft 18 when the handlebar is in the neutral position (straight ahead).

Der Ring 34 ist wiederum schwenkbar gehalten. Hierzu weist ein mit dem Gabelschaft 18 fest verbundenes Halteelement 40 wiederum zwei einander gegenüberliegende Zapfen 42 auf. Diese bilden eine Zusatz-Schwenkachse 44 aus. Die Zusatzschwenkachse 44 ist senkrecht zur Schwenkachse 36 und senkrecht zur Achse 20 des Gabelschafts 18.The ring 34 is again held pivotable. For this purpose, a holding element 40 firmly connected to the fork shaft 18 in turn has two opposing pins 42. These form an additional pivot axis 44. The additional pivot axis 44 is perpendicular to the pivot axis 36 and perpendicular to the axis 20 of the fork shaft 18.

Aufgrund der beiden senkrecht zueinander angeordneten Schwenkachsen 36, 44 ist eine kardanische Aufhängung realisiert.Due to the two pivot axes 36, 44 arranged perpendicular to one another, a gimbal suspension is realized.

Claims

Bicycle steering system, in particular for cargo bicycles, with a steering shaft (10) which can be connected to a handlebar, a fork shaft (18) which can be connected to a bicycle fork, one each connected to the steering shaft (10) and the fork shaft (18). Guide element (16) and a transmission element (24) connecting the two guide elements (16) for the transmission of steering movements, characterized in that at least one of the two guide elements (16) can be pivoted via at least one pivot axis (36) with the fork shaft (18) or . the steering shaft (10) is connected.

Bicycle steering system Claim 1 , characterized in that the pivot axis (36) is arranged perpendicular to the longitudinal axis (20) of the fork shaft or perpendicular to the longitudinal axis (12) of the steering shaft (10) when the handlebar is in the neutral position.

Bicycle steering system Claim 1 or 2 , characterized in that the pivot axis (36) runs perpendicular to the direction of travel (22) when the handlebar is in the neutral position.

Bicycle steering system according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the pivot axis (36) is connected to the fork shaft (18) or the steering shaft (10) via an intermediate element (34) and / or a holding element (40).

Bicycle steering system Claim 4 , characterized in that the intermediate element (34) is connected via an additional pivot axis (44) to the fork shaft (18) or the steering shaft (12) or to an intermediate element (42) connected to the fork shaft (18) or the steering shaft (12). connected is.

Bicycle steering system Claim 4 or 5 , characterized in that the intermediate axis (44) is arranged perpendicular to the pivot axis (36).

Bicycle steering system according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the guide element (16) is connected to the fork shaft (18) or the steering shaft (10) via a cardan joint.

Bicycle steering system according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the steering shaft (10) is not parallel to the fork shaft (18).

Bicycle steering system according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the steering shaft (10) has an angle ≠ 0° to the fork shaft (18).

Bicycle steering system according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the transmission element (24) is designed as a steering cable, in particular as a pair of steering cables.