DE4431068A1 - Rücktrittbremse für Fahrräder mit Kettenschaltung - Google Patents

Description

Fahrräder mit Kettenschaltung sind in der Regel mit Handbremsen ausgerüstet. Diese Technik ist die Ursache zahlreicher Unfälle, teilweise mit tödlichem Ausgang. Handbremsen besitzen die folgenden Nachteile:

• 1. Gerät der Radfahrer in eine gefährliche Situation, muß er sich mit den Händen (und damit auch mit dem Kopf) nach vorne bewegen, also der Gefahr entgegen.
• 2. Die Hände sind wegen der Notwendigkeit, die Bremsen zu bedienen, gebunden und können nicht verwendet werden, den gefährdeten Kopf zu schützen oder den Aufprall des Körpers aufzufangen.
• 3. Bei speziell geformten Lenkern (Rennlenker) fährt der Fahrer gelegentlich zur Entspan­ nung in einer Stellung, die ein schnelles Greifen der Bremshebel unmöglich macht. Das notwendige Umgreifen führt zur einer Bremsverzögerung und zur Destabilisierung des Fahrrades.
• 4. Ist eine Hand wegen der Richtungsanzeige oder wegen des Tragens eines Gegenstandes zum Bremsen nicht verfügbar, ist eine sichere und wirksame Bremsung praktisch nicht möglich. Der Fahrer verliert die Kontrolle über das Fahrrad.

Die Erfindung beschreibt einen Drehmomentgeber, der mit herkömmlichen Bremsen verwen­ det wird, wie beispielsweise Felgen-, Trommel- oder Scheibenbremsen. Die Bremskraft wird jedoch nicht von handbedienten Hebeln erzeugt, sondern von einem Drehmomentgeber, der auf der Tretlagerachse sitzt.

Beschreibung des Prinzips

Zwischen dem Kettenrad und dem Tretlager sitzt ein Freilauf, der sich während des Fahrens frei dreht. Werden die Tretkurbeln entgegen der Fahrtrichtung bewegt, sperrt der Freilauf. Dabei wird an einem auf dem Freilauf sitzenden Drehmomentgeber ein Drehmoment erzeugt. An dem Drehmomentgeber sind ein oder zwei Drahtseile befestigt, welche die Bremskraft an eine oder gleichzeitig zwei Bremsen übertragen.

Ein Fahrrad, das mit einer solchen Bremse ausgerüstet ist, kann nicht rückwärts geschoben werden, weil über die rücklaufende Kette die Bremsen wirksam werden. Es muß daher eine Mechanik verwendet werden, die unterscheiden kann, ob ein entgegen der Fahrtrichtung wirkendes Drehmoment von der Tretkurbel (Bremsvorgang) oder von der Kette (rückwärts schieben) ausgelöst wird. In der deutschen Offenlegungsschrift 16 05 786 der japanischen Patentanmeldung vom 29. Juni 1966 und der deutschen Offenlegungsschrift P 32 33 165.7 der Patentanmeldung vom 7. September 1982 wird dieses Problem auf folgende Weise gelöst: Die Tretkurbeln und die Tretlagerachse bilden eine starre Einheit. Das Kettenrad jedoch ist so angeordnet, daß es um einen Winkel von wenigen Grad gegenüber den Tretkur­ beln verstellbar ist. Befinden sich die Tretkurbeln und das Kettenrad in Antriebsstellung, liegen die Sperrklinken des Freilaufes unter einem fest mit dem Kettenrad verbundenen Ring, so daß die Sperrklinken nicht in den Zahnkranz des Freilaufes eingreifen können. Bleibt die Antriebsstellung beim Rückwärtsschieben erhalten, kann der Freilauf nicht sperren - die Bremse wird nicht wirksam.

Werden die Tretkurbeln entgegen der Fahrtrichtung gedreht, ändert sich die Winkelstellung zwischen den Tretkurbeln und dem Kettenrad (Bremsstellung). Dabei werden die Sperr­ klinken unter dem mit dem Kettenrad fest verbundenen Ring so weit gedreht, daß sie unter im Ring befindliche Öffnungen gelangen. Die Sperrklinken werden auf diese Weise frei gegeben und können ihre Funktion des Sperrens des Freilaufes ausführen. Der Bremsvorgang wird ausgelöst.

Der dargestellte Drehmomentgeber kann nur funktionieren, wenn das Kettenrad stehen bleibt, wenn die Tretkurbeln entgegen der Fahrtrichtung gedreht werden. Durch Korrosion, Rost, Schmutz oder verharztes Öl kann es jedoch zur Mitnahme des Kettenrades kommen. Ein Bremse, wie sie in 16 05 786 beschrieben ist, ist auf die Massenträgheit des Kettenrades und der Kette angewiesen und kann daher unter ungünstigen Umständen gefährlich sein. Die P 32 33 165.7 enthält daher zusätzlich einen Sicherheitsfreilauf, der den Stillstand des Kettenrades erzwingt.

Da beim Bremsen mit den Beinen erhebliche Kräfte übertragen werden können, kann es bei einer Notbremsung zur Zerstörung wichtiger Bauteile kommen, wie beispielsweise der Seilzüge oder der Felgenbremsen. Die P 32 33 165.7 sieht daher eine Rutschkupplung vor, deren Auslösekraft so bemessen ist, daß einerseits keine Schäden entstehen können, anderer­ seits Kräfte übertragbar sind, welche die Räder bis zur Blockierung abbremsen können.

Der Kauf eines neuen Bremssystems wird nicht allein rational entschieden, selbst wenn die Vorzüge auf der Hand liegen, sondern im wesentlichen emotional. Das bedeutet, daß alle Funktionen, die der sportlich ambitionierte Fahrer bis zum Rennfahrer von seinem Rad erwartet, nicht beeinträchtigt werden dürfen. Als wichtig wird die freie Einstellbarkeit der Tretkurbeln durch Rückwärtsdrehen angesehen.

Der Rennfahrer nutzt diese Möglichkeit in Kurven, um eine Berührung der Pedale mit der Straße zu vermeiden, er bringt die Pedale in eine geeignete Stellung vor Überraschungsspurts oder spielt mit den Beinen zur Entspannung auf fallenden Bergstrecken.

Im Mittagsgebrauch ist es angenehm, beim Stehen vor einer Verkehrsampel die rechte Pedale hochzunehmen, um schneller anfahren zu können.

Erfindungsgemäß ist die Rücktrittsbremse mit einem Sicherheitsfreilauf ausgestattet, der über einen Seilzug mittels eines kleinen Handhebels entarretierbar ist. Der Handhebel ist bevor­ zugt am Lenker befestigt. Beim Loslassen des Handhebels geht der Sicherheitsfreilauf von selbst in die Arbeitsstellung zurück. Ein Ausführungsbeispiel ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 Schnitt durch das System Tretkurbel - Kettenrad - Tretlager - Drehmoment­ geber - Sicherheitsfreilauf - Entarretierung,

Fig. 2 Schnitt entlang der Linien A-A (linke Hälfte) und A-B (rechte Hälfte),

Fig. 3 Aufsicht auf den Sicherheitsfreilauf,

Fig. 4 Schnitt durch die Entarretierungsvorrichtung.

Nach Fig. 1 besitzt das System Tretkurbeln 1, die auf der Achse 2 in herkömmlicher Weise aufgesteckt sind. Die Achse 2 läuft in den Tretlagerschalen 3, die in den Fahrradrahmen 4 eingeschraubt sind.

Die Tretkurbel 1 besitzt einen runden Ansatz 5, auf dem ein Teil sitzt, auf das ein, zwei oder drei Kettenräder aufgeschraubt werden können. Dieses Teil wird als Kettenrad 6 bezeichnet. Das Kettenrad 6 ist gegenüber der Tretkurbel 1 um einen kleinen Winkel verstellbar. Die Tretkurbel 1 ist so dimensioniert, daß sie auf ihrem Umfang mehrere Metallstifte 7 aufnehmen kann, die in Bohrungen 8 des Kettenrades 6 eingreifen und so ein Drehmoment von der Tretkurbel 1 auf das Kettenrad 6 übertragen können. Die Bohrungen 8 sind so gestaltet, daß die Metallstifte 7 sich um einen bestimmten Winkel bewegen können. Weiche Metallfedern, die nicht eingezeichnet sind, wirken so, daß die Metallstifte 7 in den Bohrungen 8 immer in einer Stellung gehalten werden, wie sie während des Fahrens oder des Rückwärtsschiebens erforderlich ist.

Der Ansatz 5 besitzt zwei oder mehrere Ausnehmungen, in denen radiale Sperrklinken 9 sit­ zen, die mit dem Zahnkranz 10 einen Freilauf bilden, der im folgenden als Bremsfreilauf 11 bezeichnet wird. Die Sperrklinken 9 sind so breit, daß sie zum Teil unter einem Ring 12 liegen und von diesem in die Ausnehmungen des Ansatzes 5 gedrückt werden, so daß die Sperrklinken 9 nicht in den Zahnkranz 10 eingreifen können. Der Ring 12 ist fest mit dem Kettenrad 6 verbunden. Er besitzt nach Fig. 2 Ausnehmungen 13, welche die radialen Sperrklinken 9 freigeben, sobald beim Rückwärtsdrehen der Tretkurbeln 1 die Winkelver­ stellung gegenüber dem Kettenrad 6 erfolgt. Die Sperrklinken 9 greifen dann in den Zahn­ kranz 10 ein und übertragen über die innere Rutschkupplung 14 ein Drehmoment an den Drehmomentgeber 15, an den zur Kraftübertragung an die Bremsen Drahtseile 16 befestigt sind. Der Drehmomentgeber 15 dreht sich nach dem Bremsen von selbst in die Ausgangs­ stellung zurück. Damit immer die gleiche Stellung eingenommen wird, ist ein Anschlag 17 vorgesehen, der am Rahmen, beispielsweise an der rechten unteren Gabel, anschlägt. Ein Überzug aus Kunststoff kann den Lack vor Schäden schützen.

Der beschriebene Vorgang kann nur dann sicher eingeleitet werden, wenn das Kettenrad 6 beim Rückwärtsdrehen der Tretkurbel 1 stehen bleibt, d. h., wenn die Metallstifte 7 in den Bohrungen 8 zum hinteren Anschlag gebracht werden. Um den Stillstand des Kettenrades 6 zu erzwingen, ist im Drehmomentgeber 15 ein Sicherheitsfreilauf 18 untergebracht. Eine Konstruktion mit besonders niedriger Bauhöhe zeigt die Fig. 1. Die Sperrklinken wirken hier axial und werden daher als axiale Sperrklinken 19 bezeichnet. Der zugehörige Zahnkranz ist als Stirnverzahnung 20 ausgebildet und fest mit dem Kettenrad 6 verbunden. Die axialen Sperrklinken 19 befinden sich im ständigen mechanischen Kontakt zur Stirnverzahnung 20. Nur hier entstehen Reibungsverluste, die jedoch im Milliwattbereich gehalten werden können, weil an dieser Stelle nur sehr geringe Drehmomente übertragen werden müssen. Während des Bremsvorganges greifen die axialen Sperrklinken 19 in die Stirnverzahnung 20 ein und verhindern ein Mitdrehen des Kettenrades 6. Der beschriebene Sicherheitsfreilauf 18 muß die Funktion der radialen Sperrklinken 9 sichern.

Die Tretkurbeln 1 und damit auch das Kettenrad 6 müssen über den Stellwinkel hinaus drehbar bleiben, damit die Bremswirkung regelbar ist. Daher sitzt der axial wirkende Sicherheitsfreilauf 18 auf einer äußeren Rutschkupplung 21. Diese ist auch erforderlich, damit das Fahrrad rückwärts geschoben werden kann. Die äußere Rutschkupplung muß daher weich sein. Sie muß gerade so stramm eingestellt sein, daß die Federn, welche die Metallstifte 7 in den Bohrungen 8 im vorderen Anschlag halten, nachgeben, so daß die Metallstifte 7 zum hinteren Anschlag in den Bohrungen 8 gelangen.

Natürlich können die Freiläufe 11 und 18 beliebig als axiale oder radiale Sperrklinkenfrei­ läufe, Klemmkörperfreiläufe, Klemmwalzenfreiläufe usw. ausgebildet sein.

Erfindungsgemäß können die axialen Sperrklinken 19 mittels einer Ausrückplatte 22 entarretiert werden, so daß der Kraftschluß zwischen den axialen Sperrklinken 19 und der Stirnverzahnung 20 unterbrochen wird. Die Fig. 3 zeigt in Aufsicht ein Beispiel. Die axialen Sperrklinken 19 besitzen Hebel 23. Drückt die Ausrückplatte 22 gegen die Hebel 23, kommt es zur Entarretierung. Die Metallstifte 7 bleiben in den Bohrung 8 in der Fahrtstellung. Die radialen Sperrklinken 9 werden unter dem Ring 12 gehalten, und die Tretkurbeln 1 können ohne Bremswirkung entgegen der Fahrtrichtung gedreht werden. Die Fig. 4 zeigt zwei Varianten des Betätigungsmechanismus für die Ausrückplatte 22. Dieser besteht aus einem huteisenförmigen Hebel 24, der in dem Ringspalt 25 des Drehmomentgebers 15 untergebracht ist. Der Hebel 24 stützt sich mittels zweier stiftförmiger Metallfüße 26 gegen das Gehäuse des Drehmomentgebers 15 ab und bildet so eine Wippe. Wird der Hebel 24 am äußeren Umfang von der Ausrückplatte 22 wegbewegt, drückt der Hebel 24 die Ausrückplatte 22 an zwei Stellen in der Mitte in Richtung auf die axialen Sperrklinken 19. Diese werden entarretiert.

Die Fig. 4 zeigt oben einen radial wirkenden Betätigungsmechanismus für den Hebel 24. Dieser besteht aus einem Schraubeinsatz 27, der einen Exzenter 28 enthält, der hinter den Hebel 24 greift und diesen verstellt, sobald an dem Seilzug 29 gezogen wird. Die radiale Betätigung hat den Vorzug, an jeder Stelle des Umfanges angebracht werden zu können. Letzteres setzt allerdings voraus, daß der Seilzug 16 seitlich am Drehmomentgeber 15 befestigt wird.

Die Fig. 4 zeigt unten eine axiale Betätigung des Hebels 24. Hier handelt es sich um eine einfache Zugvorrichtung 30. Diese hat den Vorteil, konstruktiv sehr einfach zu sein, sie kann jedoch nur im unteren Bereich des Drehmomentgebers 15 angebracht werden, weil sie andernfalls an Rahmenteilen des Fahrrades anstoßen würde.

Die Zugvorrichtung wird über ein Drahtseil mittels eines kleinen Handhebels betätigt, der vorzugsweise am Lenker befestigt ist. Beim Loslassen des Handhebels springt die Ausrück­ platte 22 in ihre Ausgangsstellung zurück. Hierzu sind nach Fig. 3 Rückstellfedern 31 auf dem Sicherheitsfreilauf 18 untergebracht.

Anstelle eines einzelnen Handhebels sind auch mehrere denkbar bzw. Handschienen, die an einem gemeinsamen Übertragungsseil zusammengeführt sind. Auf diese Weise kann die Entarretierung von mehreren Stellen am Lenker erfolgen.

Werden die Handhebel oder der Seilzug beschädigt, bleibt die Bremsfunktion immer erhalten, lediglich das Rückwärtsdrehen der Tretkurbeln ist nicht mehr möglich. Die Funktionssicherheit des Drehmomentgebers bleibt immer erhalten.

Claims (1)

1. Drehmomentgeber (15) zur Betätigung der Bremsen von Fahrrädern, der auf der Achse (2) des Tretlagers des Fahrrades sitzt, mit einem Bremsfreilauf (11), dessen Wirksamkeit durch eine Winkelverstellung zwischen der Tretkurbel (1) und dem Kettenrad (6) gesteuert wird und einem Sicherheitsfreilauf (18), dadurch gekennzeichnet, daß durch die Betätigung eines Handhebels der mechanische Kontakt zwischen den axialen Sperrklinken (19) und der Stirnverzahnung (20) im Sicherheitsfreilauf (18) unterbrochen werden kann.