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Liegerad Beschreibung Zweck der Erfindung ist es, den Luftwiderstand
eines Radfahrers ohne bedeutende Einbuße an Alltagstauglichkeit wesentlich zu reduzieren
und somit dem Radfahrer ein deutlich effektiveres Fortkommen zu ermöglichen.
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Der Luftwiderstand wächst ja bekanntlich proportional zum Quadrat
der Geschwindigkeit an, die zu seiner Überwindung notwendige Leistung sogar mit
der dritten Potenz. Es giDt in der Vergangenheit zahlreiche Versuche, das ärgste
Hemmnis des Radfahrers auf der Ebene, den F a h r t - bzw. gegenwand, e g zu (iberwinden.
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Das bekannteste Beispiel hierfür ist der tief herabgezogene Rennlenker,
der eine weit nach vorne gebeugte Körperhaltung ermöglicht und so den Luftwiderstand
spürbar vermindert. Diese Körperhaltung beansprucht insbesondere Arme und Rücken
sehr stark, ist unbequem und durch den weit nach vorne verlagerten Schwerpunkt beim
scharfen Bremsen sehr gefährlich. Diese Haltung wird daher von nur sehr wenigen
Radfahrern und meist nur über kurze Zeit eingenommen.
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Eine Alternative zum Rennlenker ist eine mehr horizontale Position
des Fahrers. Der so gewonnene Vorteil kann dabei sogar noch den des Rennlenkers
deutlich übertreffen (Abb.l).
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Diese halb aufrechte Liegeposition des Fahrers ist bequem, sicher
beim Aufprall oder bei Stürzen und gewährleistet eine bessere Übersicht.
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Die Realisierung eines solchen Fahrrades bringt jedoch beträchtliche
Schwierigkeiten mit sich. Die gesamte Rahmengeometrie muß verändert und der Fahrradsattel
mit einem Sitz mit Lehne getauscht werden. Dabei muß das Fahrzeug in allen Fahrsituationen
sicher bedient und beherrscht werden können.
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Solche Versuche gab es schon in den Zwanziger Jahren.
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Ein Beispiel hierfür ist das Deutsche Reichspatent Nr. 442443 vom
31. März 1927, das ein Fahrzeug mit extrem flacher Rückenlehne beschreibt, das sicher
für Rekordfahrten, aber kaum für den Alltagsgebrauch gut war. Sein langer
Liegerad
Radstand und die flache Liegeposition erschweren eine sichere Handhabung.
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Erst in jüngster Zeit gibt es wieder zahlreiche Versuche, den Luftwiderstand
zu reduzieren, nachdem alle anderen Leistungsverluste am Fahrrad wie Lager und Rollreibung
weitgehend reduziert werden konnten und in Zukunft wohl kaum mehr verbessert werden
können. Beispiele hierzu sind das US-Patent Nr. 4,283,070 vom 11. August 1981 und
das französische Patent Nr. 7904490 aus dem Jahre 1979.
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Das unter dem Namen Avatar bekannt gewordene amerikanische Liegerad
ist auch die Basis für holländische Konstruktionen geworden.( Tour 1983/11 . S.6
oben rechts) und bereits im Handel erhältlich. Der Lenker liegt dabei vorteilhaft
unter dem Sitz, bringt allerdings den Nachteil einer komplizierten indirekten Anlenkung
des Vorderrads mit sich.
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All diesen neueren Rädern ist gemeinsam, daß sich das Vorderrad vor
dem Tretlager befindet. Dies erlaubt zwar ein leichtes Anfahren durch eine niedere
Pedalhöhe, erzwingt aber eine relativ aufrechte Sitzpo;ition und einen langen Radstand.
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Der luftwiderstand ist ist: nicht so qe r i nq wie er sein könnte,
der Rahmen Panel, d<i Lenkverhalten u' (1 d e Wen di q ke i L unbefriedigend.
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Eine andere Bauart, die unter dem Namen Veleric bekannt geworden ist
( Tour 83/11, S.7 oben rechts ) vermeidet diese Nachteile dadurch, daß sich das
Tretlager vor und über dem Vorderrad befindet. Die extrem tiefe Sitzposition bedeutet
jedoch ein erschwertes Anfahren und eine komplizierte Kraftübertragung mit zweifacher
Umlenkung. Zudem stellt der Lenker vor dem Gesicht des Fahrers eine erhebliche Gefährdung
bei Sturz und Aufprall dar.
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Es gilt elso bei Liegerädern einen optimalen Kompromiss zwischen möglichst
geringem Luftwiderstand einerseits und einer leichten und sicheren Handhabung, sowie
einfachen Konstruktion andererseits zu finden. Dies wird erfindungsgemäß durch folgende
Konstruktionsmerkmale gelöst: (Abb.2)
Liegerad 1. Das Tretlager
befindet sich in annähernd der gleichen Höhe wie die Sitzfläche, mindestens aber
in 80°ó der Sitzflächenhöhe über der Fahrbahn. Dies minimiert den Luftwiderstand
der Beine, da diese so in eine nahezu horizontale Lage gebracht werden.
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2. Das Tretlager befindet sich vor (sl) ) und über der Vorderachse.
Dies erlaubt einen kurzen Radstand und damit sowohl hohe Wendigkeit und direkte
Steuerung als auch ein geringeres Rahrnengewicht.
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3. Die Sitzfläche befindet sich über der Verbindungslinie Tretlagerachse
- Hinterachse (Linie A - B) wodurch ein technisch einfacher und verlustarmer direkter
Antrieb ohne Umlenkung möglich wird, z.B. Ketten- oder Kardanantrieb.
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4. Die Sitzlehne ist um mindestens 350 zur Senkrechten geneigt.
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Dadurch reduziert sich sowohl die Windangriffsfläche als auch der
Luftwiderstandsbeiwert des Oberkörpers. Zudem wird die Wirbelsäule entlastet und
Fahrbahnstöße wirken nicht mehr so sehr in Längsrichtung der Wirbelsäule.
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5. Der Lenker befindet sich unter dem Sitz. Dadurch verringert sich
die Gefährdung des Fahrers bei Sturz oder Aufprall erheblich, das Lenkverhalten
ist direkt und sicher bei gleichzeitig völlig entspannter Haltung der Arme. Eine
direkte Anlenkung der Vorderradgabel ist durch die Nähe zur Lenkachse möglich.
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Darüberhinaus kann der Lenker so gebogen sein, daß die Griffe von
oben gesehen annähernd parallel zur Fahrtrichtung und damit in bequemer Griffposition
liegen.
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Der Sitz besteht bevorzugt aus flexiblen, untereinander verbundenen
Gurtbändern, die an mindestens 4 Punkten gegebenenfalls elastisch aufgespannt sind.
Diese Sitzkonstruktion hat hohe stoßdämpferlde Wirkung und geringstes Gewicht, i
s 1 a t mu n q s -aktiv und paßt nicht sich der Körperbewegung ri
Liegerad
Zur Erleichterung des Anfahrens können ein bis zwei während der Fahrt ein- und ausklappbare
Stützräder angebracht werden, die ein Umkippen im Stand vermeiden, sodaß der Fahrer
die Füße auf den Pedalen lassen kann.
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Fine andere Möglichkeit ist der Rückwärtstritt, der die Antrittshöhe
um ca. 20cm erniedrigt, was einen deutlichen Vorteil darstellt.
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Als konsequente Weiterentwicklung bei der Reduzierung von Energieverlusten
kann eine Energierückgewinnung mit dem Einbau eines Energiespeichers vorgenommen
werden.
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Halb- bzw. Vollverkleidungen aus beliebigen Materialien können den
Luftwiderstand weiter reduzieren und einen gewissen Wetterschutz bieten.
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Zur Verbesserung der Kraftübertragung vom Fahrer auf die Pedale können
Pedalhaken angebracht werden, die durch seitliches Drehen der Ferse ein rasches
Ein- und Aussteigen ohne Zuhilfenahme der Hände ermöglichen.
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Eine Tandemversion ist denkbar, bei der die Hauptmerkmale jedoch nur
beim Fahrer zur Anwendung kommen können.
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Die Erfindung weist daher folgende Vorteile gegenüber dem Stand der
Technik auf: - geringer Luftwiderstand, dabei gleichzeitig - geringes Fahrzeuggewicht
- einfache Antriebstechnik - hohe Sicherheit - gute Lenkbarkeit - große Bequemlichkeit
Der Nachteil des für Ungeübte erschwerten Anfahrens durch die große Antrittshöhe
kann durch zusätzliche Maßnahmen aufgehoben werden.
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Liegerad Im folgenden wird ein mögliches Ausführungsbeispiel beschrieben:
(Abb.3) Das Liegerad besteht aus einem hartgelöteten Präzisionsstahlrohrrahmen,
über dem sich der Sitz (1) befinder. Dieser besteht aus zwei zugfesten Gurtbändern,
die untereinander durch querliegende Gurtbänder verbunden sind. Er ist am oberen
Ende mittels stoßdämpfenden Elementen (12) an der gepolsterten Kopfstütze (4) aufgehängt.
Am vorderen Ende wird er von einer Sitzstütze (7) getragen und im llüftbereich von
einem Verbindungsbogen (8) aufgespannt, der seinerseits über Zugfedern am Oberrohr
des Rahmens befestigt ist. Der Sitz ist also zwischen fünf Punkten (a,b,c,d,e) aufgehängt.
Sowohl die Kopfstütze als auch die Sitzstütze und die Federhalterung sind in der
Höhe, bzw. der Längsrichtung verstellbar. Damit ist der Sitz unterschiedlichen Körpermaßen
in gewissen Grenzen anpaßbar. Ein solcher Sitz ist extrem leicht und stabil, dennoch
bequem und anpassungsfähig. Er behindert weder die Tretbewegung, noch die Transpiration
des Fahrers. Auch ohne stoßdämpfende Elemente (12) wäre er geringfügig elastisch
und dämpfend.
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Der gebogene Lenker (2) befindet sifh so unter dem Sitz, daß mit den
Armen in stets entspannter l'osition gelenkt werden kann. Die Lenkerenden sind nach
vorne gerichtet und nahezu parallel zur Fahrtrichtung, sodaß der Fahrer sich im
Stillstand ohne Behinderung auf dem Boden abstützen kann. Am Lenker befinden sich
in griffgünstiger Position sämtliche Bedienungshebel (9). Der Lenker selbst wird
vom Lenkerschaft (3) getragen, der lösbar mit dem Gabelrohr des Vorderrades verbunden
ist.
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Der Lenkerschaft befindet sich sowohl in dem aus den Rahmenrohren
gebildeten Trapez als auch zwischen vor- und rücklaufender Kette. Diese Anordnung
erlaubt eine geringe Sitzhöhe, begrenzt aber zugleich den Lenkausschlag auf beiderseits
ca. 450 , was aber in jeder Fahrsituation voll genügt.
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Neben dieser direkten Anlenkung des Vorderrades ist 1<.'; Vor i;t
r ninc? auch einz indirekte Anlenkung über Zug- bzw. Schubstangen möglich, die eine
bessere Positionierung des Lenkers zum Fahrer erlaubt.
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Liegerad Das Kurbeltretlager (6) ist so angebracht, daß die Kreisbahn
der Pedale zum einschlagenden Vorderrad stets einen gewissen Sicherheitsabstand
besitzt. Um das Anfahren nicht unnötig durch eine zu große Antrittshöhe zu erschweren,
ist dieser Abstand aber geringer, als daß eine Fersenberührung mit dem Vorderrad
ausgeschlossen wäre. Bei sehr engen Kurven ist es daher erforderlich, den Fuß auf
der kurveninneren Seite in eine flache Position zu bringen oder das Treten zu unterbrechen.
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Vom Kettenblatt läuft die Kette (15) in ihrem zugbelasteten Teil
in direkter Linie zu den verschiedenen Ritzeln der Kettenschaltung (10). Sie darf
in keiner Schaltposition irgendeinen Teil des Rahmens oder des lenkers berühren,
solange sie unter Zug steht. Um Schmier- und Kratzspuren an Rahmen und Lenker zu
vermeiden, wird sie aber im unbelasteten Zustand durch eine geeignete Vorrichtung
gestützt. Im rücklaufenden Teil wird die Kette über eine Kettenstützrolle (5) geführt,
um eine Berührung mit dem Vorderrad zu vermeiden.
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Der Gepäckträger (11) befindet sich in üblicher Position, es steht
jedoch noch viel Packraum unter der Sitzlehne links und rechts des Hinterrades zur
Verfügung, der durch geeignete Halterungen erschlossen werden könnte.
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Der Frontscheinwerfer (14) befindet sich neben dem Vorderrad, von
wo sein Lichtkegel die an den Pedalen angebrachten Reflektoren(l6) mehr oder minder
stark beleuchtet.
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Zur Erleichterung des Anfahrens können ein oder zwei Stützräder (20)
angebracht werden, die während der Fahrt durch Verschieben eines fixierbaren Gleitrings
(19) am Sattelrohr aus- bzw. eingefahren werden können. Sämtliche Streben (17) sind
gelenkig befestigt, so daß durch ein zwischen den Stützrädern befindliches Zugfederelement
(18) eine Federwirkung entsteht. Dadurch wird ein Abheben des Hinterrades vermieden.
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Damit kann der Fahrer seine Füße auch im Stillstand auf den Pedalen
lassen und auch nicht mehr bei Eis oder Schnee umkippen.
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Zur wesentlichen Verbesserung der Kraftübertragung vom Fahrer auf
die Tretkurbeln sind bei einem Liegerad solche Pedalhaken
Liegerad
möglich, die durch eine Fersenklammer (21) ein Herausrutschen aus den handelsüblichen
Pedalhaken (23) verhindern, ohne daß es einer Fußplatte am Schuh bedarf. Sie erlauben
jederzeit ein Aussteigen durch seitliches Drehen des Fußes und ein Einsteigen durch
ein Einschlüpfen von unten, da das Pedal sich durch das Gewicht der Fersenklammer
und der diese tragenden Haltestreben(22) stets senkrecht stellt, sobald der Fuß
aus den Pedalhaken gezogen wird. Damit ist eine sichere, jederzeit ohne Zuhilfenahme
der Hände lösbare, zugbelastbare Verbindung von Fuß und Pedal geschaffen, die sich
beim Sturz ähnlich wie eine Sicherheitsbindung von selbst löst. Die Fersenklammer
ist auf verschiedene Fußgrößen einstellbar.
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Zur Verringerung der Antrittshöhe können die Pedale über angelenkte
Kurbelhebel so gesteuert werden, daß sie eine flache elipsenähnliche Bahn beschreiben.
Eine andere Möglichkeit ist die Umkehrung des Drehsinns der Tretkurbel (Rückwärtstritt)
z.B. durch Kettenkreuzung.
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Die Liegeposition des Fahrers macht es erforderlich, bei Regen entweder
eine regendichte Spezialkleidung anzuziehen, oder eine Halbverkleidung (Abb.4/24)
zum Schutz seiner Beine anzubringen, sodaß ein leicht modifizierter Regenumhang
genügt. Diese Halbverkleidung sollte eine aerodynamisch günstige Form besitzen,
von geringem Gewicht und nach vorne wegklappbar sein, um das Ein- und Aussteigen
zu erleichtern. An ihrem oberen Rand kann ein Windabweiser (25) aus durchsichtigem
Material angebracht sein. Es ist auch eine Verkleidung denkbar, die den ganzen Fahrer
schützt, zur Verringerung der Seitenwindempfindlichkeit aber seitlich offen ist.
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Da mit diesem Liegerad wesentlich weniger Antriebsenergie an die Überwindung
des Luftwiderstandes verschwendet wird als beim Normalrad, ist es günstig, in hügeligen
oder bergigem Gelände die bei gleicher Fahrgeschwiridigkeit und Fahrer leistung
freiwerdende übershüssige Energie auf ein Energiespeichersystem zu über tragen.
Es ergegen sich so be i Bergabfahrten erhebt icne
Liegerad Energiemengen,
die bei Bergauffahrten wieder genutzt werden können.
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Die Steuerung des Speichers geschieht vorteilhaft über einen DrehgriFf
am Lenker.
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Als weiterer Schritt zur Verminderung des Luftwiderstandes pro Fahrer
ist eine Tandemanordnung (Abb. 5) denkbar, bei der die erfindungsgemäßen Konstruktionsmerkmale
jedoch nur für den Fahrer Geltung haben können.