DE69720711T2

DE69720711T2 - Fahrrad mit zweiradantrieb

Info

Publication number: DE69720711T2
Application number: DE69720711T
Authority: DE
Inventors: Steven J. Christini; Michael J. Dunn; Jeremy T. Shook; Robert L. Pigeon; Louis J. Allora
Original assignee: CHRISTINI TECHNOLOGIES Inc
Current assignee: CHRISTINI TECHNOLOGIES Inc
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 2004-03-04
Anticipated expiration: 2017-04-26
Also published as: EP0895503B1; CA2252654A1; US6161854A; WO1997041024A9; US6161855A; AU2922297A; AU724405B2; ATE236828T1; DE69720711D1; WO1997041024A1; EP0895503A4; EP0895503A1; ES2197340T3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG Bereich der Erfindung
Diese Erfindung betrifft zweirädrige Fahrräder und im Besonderen Fahrräder mit Zweiradantrieb, bei denen das Hinterrad von dem traditionellen Ketten- oder Wellenmechanismus angetrieben wird und das Vorderrad von einer Reihe von Wellen angetrieben wird, die Kraft von dem angetriebenen Hinterrad auf das Vorderrad übertragen.
Beschreibung der verwandten Technik
Diese Erfindung bezieht sich auf die und beansprucht Priorität vor der vorläufige(n) US-Patentanmeldung der Seriennummer 60/016.232 mit dem Titel Two Wheel Drive Bicycle (Fahrrad mit Zweiradantrieb), die am 26. April 1996 bei dem Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten eingereicht wurde.
Mit zunehmender Beliebtheit des Geländeradfahrens sind die Anforderungen, die Radfahrer an ihre Fahrräder stellen, drastisch gestiegen. Bergab- (Downhill-), Schnee- und Langstreckenrennen verlangen die größere Traktion und Mobilität eines Fahrradsystems mit Zweiradantrieb. Konventionelle Fahrräder werden über eine Kette angetrieben, die die Tretkurbel mit dem Hinterrad verbindet. Jetzt werden Radfahrer mit vielen Hindernissen konfrontiert, bei denen es zu einer Beschädigung des Fahrrads und Verletzungen kommen kann, wenn sie nur Hinterradantrieb haben. Für professionelle Radfahrer geht oft kostbare Zeit durch das Vermeiden von Hindernissen wie Baumstämmen, Steinen, Sand, Schlamm oder Eis verloren. Traktion und Steigfähigkeit sind unter extremen Gebirgsbedingungen stark begrenzt, wenn die Kraft nur vom Hinterrad geliefert wird. Tatsächlich lehren Radsportprofis, dass Anfänger nur dann eine Hoffnung haben, jemals ihr Geschick im Gelände zu verbessern, wenn sie lernen, ihr Gewicht auf dem Hinterrad zu halten. Dementsprechend besteht in der Branche ein Bedarf für ein Fahrrad mit Zweiradantrieb, das Kraft effizient von den Pedalen auf die Vorderräder überträgt, den Fahrer mehr befähigt, unebenes Terrain sicher zu befahren, und die ästhetischen Eigenschaften und das Aussehen der Fahrradkonstruktion selbst nicht beeinträchtigt.
Das Konzept eines Fahrrads mit Zweiradantrieb ist nicht neu. Gegenwärtig sind mehrere Fahrradsysteme mit Zweiradantrieb patentiert, die verschiedene Kombinationen von Ketten, biegsamen Wellen und auf dem Lenker montierten Kipphebeln verwenden, um Kraft entweder direkt von den Pedalen zu dem Vorderrad oder von dem Hinterrad zu dem Vorderrad zu übertragen. Im Allgemeinen fallen Fahrradsysteme mit Zweiradantrieb in zwei Kategorien: 1) permanente Konstruktionen mit am Rahmen angebrachten Triebsträngen und 2) Umbausätze für die nachträgliche Montage zum Umrüsten von Fahrrädern auf Zweiradantrieb. Die Hauptnachteile dieser Systeme sind: 1) eine Umänderung an dem Standardfahrrad in der Form eines Bausatzes ist kostspielig, wenn es als Zusatz zum Kauf eines Fahrrads betrachtet wird, 2) die biegsame Welle geringer Festigkeit begrenzt die zulässige Belastung des Systems, 3) zum Anbringen des Umbausatzes ist beträchtliches Können erforderlich und er kann nicht so ausgelegt werden, das er mit jeder Rahmenform optimal funktioniert, und 4) die Antriebsmechanismen sind oft groß und an der Außenseite des Rahmens offen freiliegend, was potentiell zusätzliche Gefahren für den Radfahrer entstehen lässt und das allgemeine Erscheinungsbild des Fahrrads beeinträchtigt.
US-Patent Nr. 4.773.662 zeigt ein Fahrrad mit einem Vorderrad, das von einer Kette angetrieben wird, die mit einem am Lenker montierten Handpedalsystem verbunden ist. Das Fahrrad verwendet die Muskelkraft der Arme zum Antreiben der Vorderräder und kann an einen konventionellen Fahrradrahmen angepasst werden.
Patent Nr. 5.542.689 zeigt ein Vorderradantriebssystem für ein Fahrrad, das an einem Fahrrad installiert werden kann, um das Vorderrad anzutreiben, indem der Lenker vor- und zurückbewegt wird. Wie bei dem bereits erwähnten US-Patent Nr. 4.773.662 versucht dieses Fahrrad, die Energie der Arme des Radfahrers als zusätzliche Kraftquelle zum Antreiben des Fahrrads auszunutzen. Ein Antriebsmechanismus, der die Verwendung der Arme des Fahrers für mehr als zum Lenken, Balancieren und Beherrschen des Fahrzeugs erfordert, würde wahrscheinlich ernste Sicherheitsprobleme erzeugen und den Fahrradbetrieb für Profi- und Freizeit-Mountainbiker beeinträchtigen.
US-Patent Nr. 5.052.705 beschreibt ein Fahrrad mit Kraftverteilung vom Hinterrad zum Vorderrad über ein Sattel- und Drahtseilantriebssystem. Das Antriebssystem wird von einem an dem Hinterrad festgeklemmten Sattel aktiviert, der über ein Drahtseil mit einem Sattel am Vorderrad verbunden ist. Bei diesem System würde ein uneffizienter Krafttransfer auf das Vorderrad auf Grund von Schlupf sowie Drehmomentverlust im Drahtseil ein Problem bilden.
US-Patent Nr. 5.224.725 beschreibt ein permanentes System, das unter Verwendung einer Reihe von Ketten und Kettenrädern entwickelt wurde. Diese Konstruktion weist viele bewegte Teile auf, die das Fahrrad sehr beschwerlich und seine Wartung schwierig machen würden. Die freiliegende Kette, die an dem Oberrohr entlang läuft, wäre für den Radfahrer gefährlich, und die vordere Kette würde auch die Lenkung stören.
US-Patent Nr. 5.324.057 beschreibt ein Fahrrad, das mit einer Kette angetrieben wird, die über eine Mehrzahl von Zahnrädern, Scheiben und Federsystemen mit Vorderrad- und Hinterradkettenrädern in Eingriff ist zum Antreiben des Vorderrads.
Mehrere Fahrräder mit Zweiradantrieb weisen ein über biegsame Wellen oder biegsame Wellen in Verbindung mit Ketten angetriebenes Vorderrad auf (siehe z. B. die US-Patente Nr. 5.332.244, 5.253.889, 5.158.314, 5.116.070 und 4.895.385). Die Systeme, wie das von Turner Drive Systems in Ropers, Arkansas, USA, produzierte Fahrrad, zielen auf den Markt für ein Antriebssystem ab, das nachträglich an jedem Standardrahmen montiert werden kann, wobei hauptsächlich Änderungen an den Getriebe- und Kettenanbringungen notwendig sind, um das Vorderrad anzutreiben.
Wie beschrieben, verwendet US-Patent Nr. 5.332.244 Kettenradanordnungen zusammen mit einer biegsamen Welle zum Übertragen eines Teils der Kraft von einer hinteren Schaltgruppe auf das Vorderrad. Der Umbausatz nutzt das innerste Kettenrad für das Antriebssystem, die anderen Kettenräder kann der Radfahrer aber wie normal zum Schalten der Gänge verwenden. Die Verformung der biegsamen Antriebswelle und ein entsprechender Verlust von effizientem Krafttransfer vom Hinterrad auf das Vorderrad ist bei jedem dieser Systeme ein Nachteil, wenn sie mit dem Antrieb mit starrer Welle der vorliegenden Erfindung verglichen werden.
US-Patent Nr. 5.158.314 verwendet ein komplexes mechanisches System zum Antreiben des Vorderrads von dem angetriebenen Hinterrad. Eine erste Traktionskette, die an dem Hinterrad angekoppelt ist und an dem Rahmen angebracht ist, ist mit einer Reihe von starren und biegsamen Wellen verbunden, die an einer zweiten Traktionskette angebracht sind, die über dem Vorderrad montiert ist und das Vorderrad antreibt. US-Patent Nr. 4.029.332 und US-Patent Nr. 4.474.660 beschreiben ebenfalls Fahrräder mit Zweiradantrieb mit komplexen Ketten- oder Riemenantrieb- und Riemenscheibensystemen.
WO93/09992 beschreibt ein Fahrrad mit Zweiradantrieb gemäß dem einleitenden Teil von Anspruch 1. Von dem Radfahrer auf die Pedale ausgeübte Kraft wird über ein Mehrganggetriebe und eine Welle auf Kegelradgetriebe an der Vorderradgabelbaugruppe (die die Lenkungsvorrichtung bildet) unter dem Steuerrohr des Rahmens übertragen wird. Eine separate Welle überträgt Kraft von der Schaltgruppe auf das Hinterrad.
Ein erfindungsgemäßes Fahrrad mit Zweiradantrieb ist durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 definierten Merkmale gekennzeichnet.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Anmeldung bezieht sich auf die und beansprucht Priorität vor der vorläufige(n) US-Patentanmeldung der Seriennummer 60/016.232 mit dem Titel Two Wheel Drive Bicycle (Fahrrad mit Zweiradantrieb), die am 26. April 1996 bei dem Patent- und Markenamt der Vereinigten Staaten eingereicht wurde.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Fahrrad mit Zweiradantrieb vor, das auch als ein Fahrrad mit Allradantrieb oder ein von Hinter- und Vorderrad gleichzeitig angetriebenes Fahrrad bekannt ist. Ein Fahrrad mit Zweiradantrieb verleiht einem Radfahrer größere Sicherheit und die Fähigkeit, seine Geschwindigkeit während des Durchfahrens gefährlicher Geländestrecken bedeutend zu steigern.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in der bevorzugten und der zweiten Ausgestaltung ausgestaltet ist, hat mehrere Aufgaben. Die erste ist die Schaffung eines Fahrrads mit Zweiradantrieb unter Verwendung eines starren Wellenantriebs als Hauptmittel für den Krafttransfer zum Vorderrad. Starre Wellen haben den Vorteil eines praktisch sofortigen Krafttransfers, während biegsame Wellen gewöhnlich eine Drehverschiebung von 10 bis 20 Grad haben, wenn ein Drehmoment auf sie ausgeübt wird, was zu einem schwammigen Gefühl beim Betätigen der Pedale des Fahrrads führen würde. Im Prinzip könnte der Radfahrer das Pedal mehrere Zoll drehen, bevor das Vorderrad sich zu drehen beginnen würde.
Zweitens ist das Antriebssystem des Fahrrads mit Zweiradantrieb weitgehend in den Rahmen integriert. Alternativ sollte das Antriebssystem in einem Rohr eingeschlossen sein, das an dem Rahmen angebracht ist. Der Hauptgrund für das Einschließen der Welle ist, die Welle in einer fixen Position zu halten, wodurch Schlupf minimiert oder ausgeschlossen wird und, was genauso wichtig ist, die bewegten Teile eingeschlossen werden, um die Gefahr für den Radfahrer zu minimieren. Permanentes Einschließen des Antriebssystems vermeidet auch kostspielige zeitraubende und oftmals sperrige Änderungen, die beim Konfigurieren der Umbausatz-Zweiradantriebsmodelle notwendig werden, während es auch das allgemeine ästhetische Erscheinungsbild eines Standardfahrrads beibehält.
Drittens sind das Vorder- und das Hinterrad des Fahrrads zur Aufnahme eines Systems von Kettenrädern oder Kegelradgetrieben konzipiert. Das Hinterrad überträgt Drehmoment entweder mit Hilfe eines Krafttransfermittels am Hinterrad, das ein an dem Hinterradantriebs-Kettenradsatz montiertes Kegelradgetriebe aufweist, das direkt mit dem Ritzel an der Antriebswelle in Wechselwirkung steht, oder alternativ, wie in der bevorzugten Ausgestaltung beschrieben, mit Hilfe eines konzentrisch mit dem Hinterradantriebsgetriebesystem montierten Antriebskettenrads, das eine zweite Kette zu einem zweiten Kettenrad- und Kegelradgetriebesystem antreibt und mit dem Ritzel an der Antriebswelle in einer geeigneten Entfernung von dem Hinterrad in Eingriff ist. Die Kraft wird von dem Antriebswellensystem durch ein Ritzel auf das Vorderrad übertragen, das mit einem an der Achse des Vorderrads montierten Kegelradgetriebe in Eingriff ist.
Viertens sind die Lenkerschaft- (Lenkstangenschaft-) und Steuerkopfrohre des Fahrradrahmens zur Aufnahme eines Paares ineinandergreifender Winkelgetriebe ausgeführt, wobei eines an dem vorderen Ende der Hauptantriebswelle angebracht ist und das andere an dem oberen Ende des Vorderrad-Antriebswellensystems angebracht ist, das zum Vorderrad hinab geht. Die vergrößerten Lenkerschaft- und Steuerkopfrohre sind notwendig, damit das Winkelgetriebesystem in einem Winkel von ungefähr 90 Grad in Eingriff sein kann, wobei sie einen optimalen Steuerkopfwinkel für das Ansprechverhalten der Lenkung ermöglichen. Darüber hinaus sollten die Steuerkopf- und Lenkerschaftrohre geändert werden, um einen Wenderadius des Vorderrads von wenigstens 180° zu ermöglichen.
Fünftens wird der Rahmen des Fahrrads in eine geteilte Konfiguration geändert, um einen geraden Weg für die Antriebswelle von dem hinteren Ende des Fahrrads zu den Steuerkopf- und Lenkerschaftrohren zu ermöglichen. Es ist aber jedwede Rahmenkonfiguration vorgesehen, die das System mit starrer Antriebswelle aus der Nähe des Hinterrads zum Steuerkopfrohr und an der Vorderradgabel des Fahrrads nach unten weitgehend in den Rahmen integriert. Der Rahmen sollte aus Aluminiumlegierung sein, obwohl andere Werkstoffe in Abhängigkeit von Zielmarkt und Preis gleich gut eingesetzt werden könnten.
Sechstens sollte die von dem Lenkerschaft des Fahrrads zur Vorderachse hinabgehende Antriebswelle kunfiguriert sein, um sowohl freie Lenkungsbewegungen des Fahrrads und freie Drehung des Vorderradreifens als auch keine Beeinträchtigung des Bremsens zu ermöglichen. In der bevorzugten Ausgestaltung wurde ein Paar Universalgelenke verwendet, um Abstand von den starren Wellen um das Vorderrad zu bewältigen. Andere Mechanismen und Getriebekombinationen sind ebenfalls vorgesehen.
Siebtens nutzen die bevorzugte und die zweite Ausgestaltung eine Kette, die das Hinterrad mit einem Kegelradgetriebe verbindet, das mit dem Ritzel an dem hinteren Ende der Antriebswelle über der Achse in Eingriff steht. Eine alternative Ausgestaltung verbindet das Ritzel am hinteren Ende der Antriebwelle aber direkt mit einem Kegelrad, das konzentrisch auf den Hinterradanriebsgetrieben montiert ist.
Das Fahrrad mit Zweiradantrieb umfasst daher gemäß den breiteren Aspekten der Erfindung Folgendes:

(a) ein starres Antriebswellensystem, das durch eine Reihe von starren Antriebswellen mit einer Hauptantriebswelle und einem Vorderradantriebssystem und einer Reihe von ineinandergreifenden Winkelgetrieben, Bitzeln und Kegelradgetrieben Kraft von dem Hinterrad auf das Vorderrad überträgt;
(b) einen aus Rohren konstruierten Rahmen, der Abschnitte hat, die das Wellenantriebssystem umschließen, und der in den Fahrradrahmen integriert ist oder Teil des Fahrradrahmens bildet;
(c) einen Lenkerschaft und Steuerkopf, die ausgeführt sind, um das Antriebswellensystem auf eine Weise aufzunehmen, die einen optimalen Steuerkopfwinkel aufrecht erhält und einen angemessenen Wenderadius erlaubt;
(e) eine zu dem Vorderrad hinabgehende Vorderradantriebswelle, die konfiguriert ist, um freie Lenkbewegungen des Fahrrads und freies Drehen des Vorderrads ohne eine Beeinträchtigung des Bremsens zu ermöglichen.

Zusammenfassend wird die Kraft in der vorliegenden Erfindung von den Pedalen auf das Hinterrad übertragen und dann durch ein starres Antriebswellensystem einschließlich einer Reihe von ineinandergreifenden Zahnrädern auf das Vorderrad. Der Rahmen des Fahrrads ist dafür ausgelegt, die Antriebswelle zu enthalten, die Kraft auf das Vorderrad überträgt, und ist bedeutend umgestaltet. Um einen geraden Weg von den hinteren Kettenrädern zum Lenkerschaft zu haben, ist der Hauptrahmen in zwei Rohre geteilt, die direkt von dem Lenkerschaft zu einer Position ungefähr sieben Zoll über der Hinterradachse verlaufen oder alternativ direkt zu einem Kegelradgetriebe verlaufen, das am Hinterrad montiert ist. Das Lenkerschaftrohr ist bedeutend größer als bei bestehenden Fahrrädern ausgelegt, damit es den Winkelgetriebemechanismus aufnehmen kann.
Die Kraft wird mittels einer kurzen Kette vom Hinterrad durch eine Hinterradantriebssystemanordnung mit einem modifizierten Hinterradantriebskettenrad auf ein zweites Antriebskettenrad sieben Zoll darüber übertragen. Ein Paar am Rahmen montierter Halterungen befestigen das zweite Antriebsrad und ein hinteres Kegelradgetriebe drehfähig in ihrer Lage zum Eingriff mit einem Ritzel am hinteren Ende der Hauptantriebswelle, was konstante Verbindungen und keinen Schlupf während der Kraftübertragung gewährleistet. Eine alternative Antriebsanordnung für den Krafttransfer von dem Hinterrad zur Hauptantriebswelle beinhaltet die Verlängerung der Antriebswelle direkt bis zur Hinterradanordnung, wobei das Ritzel an dem Ende der Antriebswelle mit einem umfangsmäßig an den Hinterradantriebsgetrieben montierten Kegelrad ineinandergreift. In noch einer weiteren Alternative könnte die beschriebene Hinterradantriebssystemanordnung durch eine kurze Hinterradantriebswelle und Kegelradanordnungen ersetzt werden.
Am vorderen Ende ist die Hauptantriebswelle mit einem Winkelgetriebesystem verbunden, das sich im Inneren des Steuerkopfrohrs des Fahrrads befindet. Das Lenkerschaft- und Steuerkopfrohr ist verglichen mit einem Standardfahrrad vergrößert, um die volle Lenkbarkeit des Fahrrads während des Krafttransfers zu dem Vorderrad zu ermöglichen. Die abgebildeten Winkelgetriebe sind mit einer kurzen Welle in dem Lenkerschaftrohr verbunden, mit einem oder mehreren Universalgelenken, die dann mit einem starren Vorderradantriebswellensystem verbunden sind. Diese Konfiguration hat den Zweck, das starre Vorderradwellensystem um den Vorderradreifen herum passieren zu lassen, um dem Rad Bewegungsfreiheit zum Drehen und zum Lenken zu lassen. Alternative Konfigurationen, die gewährleisten würden, dass die Vorderradantriebswelle die Lenkung oder Drehung des Vorderrads nicht beeinträchtigt, werden erwartet. Eine solche Alternative würde die Anzahl von Bauteilen auf eine einzige Vorderradantriebswelle reduzieren. Eine weitere derartige Alternative würde ein einzelnes Stück verwenden, das sich aus einem Paar miteinander verbundener Universalgelenke angemessener Länge mit dem Winkelgetriebe an einem Ende und der Vorderradantriebswelle am anderen Ende zusammensetzt. Der Fachmann erkennt andere Verfahren zur Konstruktion eines Vorderradwellensystems, das das Vorderrad nicht stört, und die beschriebenen Verfahren dürfen nicht als begrenzend ausgelegt werden.
Die Vorderradantriebswelle überträgt Kraft durch die Verbindung eines Ritzels, das an dem unteren Ende der Vorderradwelle angebracht ist, und eines umfangsmäßig an der Vorderradnabe montierten Kegelradgetriebes auf das Vorderrad. Die Vorderradnabe sollte eine Nabe mit Freilauf sein, die in einer Richtung Kraftschluss hat, aber in der anderen Richtung leerläuft, damit der Radfahrer im Leerlauf fahren kann, ohne dass sich die Pedale mitdrehen.
Die Anmelder glauben, dass diese offengelegte und breit interpretierte Konstruktion ein viel robusteres und effektiveres Zweiradantrieb-Fahrrad erzeugt, das leichter zu bedienen ist. Die durch dieses Zweiradantriebssystem bewirkte größere Traktion und Mobilität in Geländesituationen ist ein Fortschritt in der Zweiradantriebstechnik für Fahrräder. Andere Aspekte und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den angehängten Ansprüchen eingehender ersichtlich.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine rechtsseitige Ansicht der bevorzugten Ausgestaltung der Hauptelemente des Rahmens.
2 ist eine Ansicht der Hauptelemente des Fahrradrahmens von oben.
3 ist eine Seitenansicht der Vorderradgabelanordnung mit einem Ausbruch des Steuerkopfrohres, der das Lenkerschaftrohr und andere Steuerkopfrohrbauteile freilegt.
4 ist eine Ansicht der bevorzugten Ausgestaltung des Fahrradantriebssystems.
5 ist eine Ansicht des modifizierten Antriebskettenrads.
6 ist eine Ansicht der modifizierten Hinterradkettenradanordnung für die bevorzugte Ausgestaltung.
7 ist eine Ansicht der bevorzugten Ausgestaltung der Hinterradantriebsanordnung.
8 ist eine Ansicht der bevorzugten Ausgestaltung der Hinterradantriebsanordnung.
9 ist eine Vorderansicht der Vorderradgabel.
10 ist eine Ansicht der zweiten Ausgestaltung der modifizierten Hinterradkettenradanordnung.
11 ist eine Ansicht der zweiten Ausgestaltung der Hinterradantriebsanordnung.
12 ist eine Ansicht des Fahrrads mit Zweiradantrieb gemäß der Beschreibung in der bevorzugten Ausgestaltung.
13 ist eine Ansicht des Fahrrads mit Zweiradantrieb gemäß der Beschreibung in der zweiten Ausgestaltung.
BEVORZUGTE AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Fahrrad mit Zweiradantrieb 78, das viele der gleichen Standardfahrradbauteile hat, wie einen Sattel 47, eine Sattelstütze 48, einen Lenker 49, ein rechtes Pedal 50, ein linkes Pedal (nicht gezeigt), eine Tretkurbel 51, eine Vorderradbremse 52, eine Hinterradbremse 53 und eine Kettenschaltung 54, die in dieser Erfindung nicht modifiziert werden und in der Technik gut bekannt sind. Außerdem weist das Vorderrad 17, wenn es in dieser Beschreibung verwendet wird, den Vorderradreifen 55, die Vorderradfelge 56, Vorderradspeichen 57 und die Vorderradnabe 58 auf, die einem Fachmann alle gut bekannt sind. Desgleichen weist das Hinterrad 90, wenn es in dieser Patentbeschreibung verwendet wird, den Hinterradreifen 61, die Hinterradfelge 62, die Hinterradspeichen 63, die Hinterradnabe 89 und die Hinterradantriebskettenräder 22 auf, die einem Fachmann alle gut bekannt sind.
1, 2, 3, 9 und 12, Bezug nehmend auf die Zeichnungen des Rahmens, zeigen die Rahmenkonstruktion der bevorzugten Ausgestaltung des Fahrrads mit Zweiradantrieb 78. Der Rahmen 91 umfasst ein einzelnes Steuerkopfrohr 1, das mit einem einzelnen Unterrohr 2 verbunden ist, das am Tretlagergehäuse 3 mit dem Sattelrohr 4 verbunden ist, eine rechte Kettenstrebe 5, eine linke Kettenstrebe 6, die dann mit einem rechten hinteren Ausfallende 7 bzw. einem linken hinteren Ausfallende 8 enden. Das Hauptantriebsrohr 9 und das Hauptrahmenrohr 10 bilden eine horizontale Zweirohrkonstruktion, die am Steuerkopfrohr 1 vorne am Rahmen 91 beginnt und sich nach hinten erstreckt, wo das Hauptantriebsrohr 9 mit einer rechten hinteren Sattelstrebe 11 verbunden ist und das Hauptrahmenrohr mit einer linken Sattelstrebe 1 verbunden ist. Die rechte Sattelstrebe 11 verbindet das hintere Ende des Hauptantriebsrohrs 9 an dem rechten Ausfallende 7 mit der rechten Kettenstrebe 5 und die linke Sattelstrebe 12 verbindet das hintere Ende des Hauptrahmenrohrs 10 an dem linken Ausfallende 8 mit der linken Kettenstrebe 6. Wie in der Technik gut bekannt ist, ist das Hinterrad 90 zwischen dem rechten Ausfallende 7 und dem linken Ausfallende 9 drehfähig an der Hinterachse 64 montiert.
Wie in 12 gezeigt, enthält das Hauptantriebsrohr 9 die Hauptantriebswelle 13 des Zweiradantrieb-Fahrrads 78. Die Hauptantriebswelle 13 wird in dem Hauptantriebsrohr 9 von einem hinteren Antriebswellenrollenlager 65, einem mittleren Antriebswellenrollenlager 66 und einem vorderen Antriebswellenrollenlager 67 getragen, um ruhiges Rotieren und minimales Wackeln zu gewährleisten. Wie in der Technik gut bekannt ist, könnte das Hauptantriebsrohr 9 zum Aufnehmen verschieden großer Antriebswellen- und Lagerkombinationen speziell konstruiert werden.
Die Konfiguration des Rahmens 91 des Fahrrads mit Zweiradantrieb 78 weist zwei bemerkenswerte Veränderungen auf, wenn es mit dem Standard-Diamantfahrradrahmen verglichen wird. Erstens ist das Steuerkopfrohr 1 bedeutend vergrößert, um das erste Winkelgetriebe 27 und das zweite Winkelgetriebe 28 aufzunehmen. Das Steuerkopfrohr eines Standardfahrrads hat gewöhnlich einen Durchmesser von nur 1 bis 1,25 Zoll (25,4 bis 31,75 mm). Das Steuerkopfrohr 1 des Fahrrads 78 verwendet ein Rohr mit einem Durchmesser von 2 Zoll (50,8 mm). Die zweite Modifizierung ist die Verwendung eines Paares von horizontalen Rohren, dem Hauptantriebsrohr 9 und dem Hauptrahmenrohr 10 auf der rechten bzw. der linken Seite des Fahrrads 78, die auch tiefer an dem Sattelrohr 4 angebracht sind als ein einzelnes horizontales Rahmenrohr (Oberrohr) an einem Standardfahrradrahmen wäre.
Die hauptsächlichen zu berücksichtigenden Punkte für die Konstruktion des Steuerkopfrohrs 1 und die Positionierung des Hauptantriebsrohrs 9 und des Hauptrahmenrohrs 10 ist der effektive Transfer von Kraft von den Hinterradantriebskettenrädern 22 über das Hauptantriebsrohr 9 durch das Steuerkopfrohr 1 und nach unten zu dem vorderen Kegelradgetriebe 32 zum Antreiben des Vorderrads auf eine effektive Weise, die die Lenkung, das Betätigen der Pedale oder den Reifenfreiraum nicht beeinträchtigt und einen angebrachten Vorderradgabel bewirkt, der für die Sicherheit und Fahrzeugbeherrschung des Radfahrers notwendig ist. Der Radstand des Fahrrads 78, der als der Abstand zwischen der Vorderradachse 59 und der Hinterradachse 64 gemessen wird, beträgt 39 Zoll (0,99 m). Die Bodenfreiheit, die als die Höhe eines Hindernisses bestimmt wird, das von dem Fahrrad überfahren werden kann, ohne dass es an das Tretlagergehäuse 3 anschlägt, beträgt 9 Zoll (0,23 m) und ist mit anderen Fahrrädern für den Geländeeinsatz vergleichbar. Schließlich beträgt ein sicherer Winkel der Steuerkopfrohr- und Vorderradgabelanordnung für ein Mountainbike für optimale Fahrzeugbeherrschung zwischen 70 und 74 Grad. Wie gezeigt, beträgt der Winkel des Steuerkopfrohrs 1 71 Grad, was durch Höherlegen des Hauptantriebsrohrs 9 und des Hauptrahmenrohrs 10 um ungefähr 7 Zoll (177,8 mm) oder die Länge der rechten Sattelstrebe 11 bzw. der linken Sattelstrebe 12 erreicht wurde. Für ein Fahrrad mit Zweiradantrieb können auch andere längere oder kürzere Radstandabstandsabmessungen oder ein anderer Steuerkopfrohrwinkel angebracht sein und sind dem Fachmann gut bekannt. Eine alternative Konstruktion zum Erreichen des optimalen Winkels des Steuerkopfrohrs 1 wird in der zweiten Ausgestaltung des Fahrrads mit Zweiradantrieb 79 beschrieben.
Die Konstruktion des Rahmens 91 stellt zwar ein Schlüsselelement der gegenständlichen Erfindung dar, es ist aber nicht vorgesehen, dass die vorgelegten Zeichnungen begrenzend sind. Zwar wird ein geteilter Rahmen gezeigt, es wird aber jede Rahmenkonstruktion vorgesehen, die den Triebstrang innerlich aus der Nähe des Hinterrads 90 zu der Position am Steuerkopfrohr 1 des Fahrrads, dann nach unten zum Vorderrad 17 beinhaltet. Dieser Aufbau könnte die Form eines Einzelrohrrahmens haben, vorausgesetzt, dass die richtige Wellenkonfiguration unter Einbeziehung der geeigneten Getriebe und Gelenke konstruiert wird, um die Positionierung der Antriebswelle in der Mitte des Fahrrads zu ermöglichen, verglichen mit ihrer Versetzung auf die Seite des Rahmens.
3 und 9 illustrierten Aspekte der Konstruktion des Fahrrads 78, die die von dem Steuerkopfrohr nach unten verlaufende Vorderradgabelanordnung 1 umfassen. Die Vorderradgabelanordnung beginnt mit einem Lenkerschaftrohr (Lenkstangenschaft) 70, das in dem Steuerkopfrohr 1 angeordnet und an einem Ende mit einer Vorderradgabelbeinauflage 14 verbunden ist. Die Gabelbeinauflage 14 ist mit dem oberen Ende des rechten Vorderradgabelelements 15 und des linken Vorderradgabelelements 16 verbunden, die an den Seiten des Vorderradreifens 17 entlang verlaufen. Das rechte Vorderradgabelelement 15 endet am rechten vorderen Ausfallende 18 und das linke Vorderradgabelelement 16 endet am linken vorderen Ausfallende 19. Das Vorderrad 17 sitzt drehfähig auf der Vorderachse 59 zwischen dem rechten vorderen Ausfallende 17 und dem linken vorderen Ausfallende 18. Das rechte Gabelelement 15 hält die Vorderradantriebswelle 20 in der vorliegenden Erfindung 78. Die Vorderradbremsen 52 sind am rechten Vorderradgabelelement 15 und dem linken Vorderradgabelelement 16 montiert, wie in der Technik gut bekannt ist.
Die Präzisionskonstruktion der Vorderradgabelanordnung ist für die richtige Kraftübertragung von der Hauptantriebswelle 13 zum Vorderrad 17 kritisch und erlaubt dabei einen Wenderadius, der dem Radfahrer uneingeschränkte Lenkfähigkeiten verleiht und die vollständige Kontrolle über das Fahrrad zulässt. Ein Lenkerschaftrohr 70 ist drehfähig am Steuerkopfrohr 1 montiert und an seinem unteren Ende mit der Gabelbeinauflage 14 verbunden. Das Lenkerschaftrohr 70 ist aus Rohrmaterial mit 1,75 Zoll Durchmesser hergestellt und enthält einen Ausnehmungsteil, damit es sich während des Lenkens des Fahrrads 78 um die inneren Antriebswellensystembauteile einschließlich einem ersten Winkelgetriebe 27 und einem zweiten Winkelgetriebe herum drehen kann. Wie in 4 gezeigt, enthält das Lenkerschaftrohr 70 auch ein oberes Lenkerschaftrollenlager 81 und ein unteres Lenkerschaftrollenlager 82, um die kurze Verbindungsantriebswelle 92 für ruhiges Drehen in ihrer Lage im Lenkerschaftrohr 70 zu halten. Desgleichen tragen ein an dem rechten Vorderradgabelelement 15 montiertes oberes Gabelrollenlager 68 und unteres Gabelrollenlager 69 die Antriebswelle und lassen ein ruhiges Drehen zu.
Das hintere Antriebswellenrollenlager 65, das mittlere Antriebswellenrollenlager 66 und das vordere Antriebswellenrollenlager 67 sind eingepresst, damit sie in ihrer Einbaulage fixiert bleiben. Das obere Lenkerschaftrollenlager 81 und das untere Lenkerschaftrollenlager 82 werden von Scheiben in ihrer Lage gehalten, die in das Lenkerschaftrohr 70 eingeschweißt sind. Das obere Gabelrollenlager 68 ist mit einer oberen Gabelhalterung 71 an dem rechten Vorderradgabelelement 15 befestigt und das untere Gabelrollenlager 69 ist mit einer unteren Gabelhalterung 72 an dem rechten Vorderradgabelelement 15 befestigt. Wie in der Technik gut bekannt ist, könnten alternative Rahmenkonstruktionen und Ausgestaltungen andere Mittel zum Befestigen von Rollenlagern verwenden, und die beschriebenen Mittel dürfen nicht als begrenzend ausgelegt werden. Wie in der Technik gut bekannt ist, könnten alternative Wellen-, Rohr- und Gabelkonstruktionen die erforderlichen Rollenlager ausschließen oder ihre Anzahl verringern. Außerdem würde der Fachmann Konfigurationen der Vorderradgabelanordnung verstehen, die die Vorderradantriebswelle 20 an dem linken Vorderradgabelelement 16 halten könnte, und die abgebildete Konstruktion darf nicht als begrenzend ausgelegt werden.
Wie in 9 gezeigt wird, wird das Lenkerschaftrohr 70 in dem Steuerkopfrohr 1 mit Mitteln gestützt, die in der Technik bei den meisten Fahrrädern als standardmäßig bekannt sind. Um ein ruhiges Drehen des Lenkerschaftrohrs 70 zu gewährleisten, umgibt an jedem Ende des Steuerkopfrohrs 1 ein oberes Steuerkopfnadellager 73 und ein unteres Steuerkopfnadellager 74 das Lenkerschaftrohr 70 und trägt axiale Belastungen der Vorderradgabelanordnung. Außerdem tragen im Inneren des Steuerkopfrohrs 1 ein oberes Halsnadellager 75 und ein unteres Halsnadellager 76 das Lenkerschaftrohr 70 und verhindern, dass es sich dreht, wodurch sie radiale Belastungen tragen. Diese Anordnung wird mit einer großen Mutter 77 festgespannt, die auf das Lenkerrohr 80 am oberen Ende des Lenkerschaftrohrs 70 aufgeschraubt ist.
Wie in 3 gezeigt, ist das Lenkerschaftrohr 70 dafür ausgelegt, im Inneren des Steuerkopfrohrs 1 zu bleiben. Außerdem hat das Lenkerschaftrohr 70 einen Ausnehmungsabschnitt, um während des Drehens des Lenkerschaftrohrs 70 entsprechend den Lenkbewegungen des Lenkers 49 um das erste Winkelgetriebe 27 und das zweite Winkelgetriebe 28 Abstand zuzulassen. Bei dem Fahrrad mit Zweiradantrieb 78 ist die Ausnehmung 1,25 Zoll breit und hat einen Lenkungsradius von 180 Grad zur Folge. Alternative Konstruktionen und Abmessungen für Ausnehmungen in dem Lenkerschaftrohr 70, die verschiedene Lenkungsradien ergeben, sind vorgesehen, und die beschriebenen Abmessungen dürfen nicht als begrenzend ausgelegt werden.
4 und 12 stellen die bevorzugte Ausgestaltung des Wellenantriebssystems dar. Kraft von den Pedalen wird auf eine konventionelle Weise direkt von dem auf der Tretkurbel 51 montierten vorderen Antriebskettenrad 21 über eine Kette 23 zu den Hinterradantriebskettenrädern 22 übertragen. Die Hinterradantriebskettenräder 22 sind an der Hinterradnabe 89, die zwischen dem rechten hinteren Ausfallende 7 und dem linken hinteren Ausfallende 8 drehfähig auf der Hinterradachse 64 montiert ist, am Hinterrad 90 montiert. Wie in den 6 und 7 gezeigt wird, ist ein modifiziertes Antriebskettenrad 34 konzentrisch außen an den Hinterradkettenrädern 22 montiert. Bei dem Fahrrad mit Zweiradantrieb 78 ersetzt das modifizierte Antriebskettenrad 34 zwei der Hinterradkettenräder eines Standardfahrrads 7. Die Anzahl von Zahnrädern ist aber kein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung und darf nicht als begrenzend ausgelegt werden.
Wie in 7 gezeigt, wird Kraft von dem modifizierten Antriebskettenrad 37 über eine zweite Antriebskette 24 auf ein zweites Antriebskettenrad 25 übertragen. An dem zweiten Antriebskettenrad 25 ist über eine kurze Achse 35 ein hinteres Kegelradgetriebe 33 befestigt und überträgt Kraft durch seine Verbindung mit einem hinteren Ritzel 26, das direkt an dem hinteren Ende der Hauptantriebswelle 13 befestigt ist. Das zweite Antriebskettenrad 25 ist proximal zu der zweiten hinteren Antriebssystemhalterung 46 auf der kurzen Achse 35 befestigt und das hintere Kegelradgetriebe 33 ist proximal zu der ersten hinteren Antriebssystemhalterung 45 auf der kurzen Achse 35 befestigt. Die erste hintere Antriebssystemhalterung 45 und die zweite hintere Antriebssystemhalterung 46 sind aus 6061 verstärktem Aluminiumblech hergestellt und über Schrauben und Schweißungen permanent direkt an dem Hauptantriebsrohr 9 befestigt. Die erste hintere Antriebssystemhalterung 45 und die zweite hintere Antriebssystemhalterung 46 sollen die kurze Achse 35 und das zweite Antriebskettenrad 25 und das hintere Kegelradgetriebe 33 in einer festen Position relativ zu dem Rahmen 91 halten, während sie es ihnen ermöglichen, sich zur Kraftübertragung übereinstimmend zu drehen. Wie beschrieben, ist das modifizierte Antriebskettenrad 34 ein 19-Zähne-Kettenrad und das zweite Antriebskettenrad 25 ist ein 13-Zähne-Kettenrad, aber die Anzahl von Kettenradzähnen an einem Zahnrad darf nicht als begrenzend ausgelegt werden, da eindeutig auch andere Kettenradzahnkonfigurationen vorgesehen sind.
An dem Fahrrad mit Zweiradantrieb 78 erzeugt das Ineinandergreifen und Drehen des hinteren Kegelradgetriebes 33 und des hinteren Ritzels 26 seitlich entlang der kurzen Achse 35 eine Reaktionskraft, daher wurden ein erstes Rollenlager 83 für die kurze Achse und ein zweites Rollenlager 84 für die kurze Achse zum Unterstützen dieser Belastung verwendet. Diese Konstruktion ist konservativ, um eine Getriebeverschiebung zu verhindern, und gilt nicht als begrenzend, da der Fachmann eindeutig alternative und weniger sperrige Halterungs- und Lagerkonstruktionen für das Hinterradantriebssystem vorsehen kann.
Wie in den 4 und 12 gezeigt wird, überträgt die Drehung der Hauptantriebswelle 13 Kraft durch das erste Winkelgetriebe 27, das an dem vorderen Ende der genannten Hauptantriebswelle 13 befestigt ist, auf das zweite Winkelgetriebe 28. Das erste Winkelgetriebe 27 steht innerhalb des Steuerkopfrohrs 1 des Fahrrads 28 in einem Winkel von ungefähr 90 Grad mit dem zweiten Winkelgetriebe 28 in Eingriff. Die Kraft wird dann von dem zweiten Winkelgetriebe 28 durch eine kurze Verbindungswelle 92, ein erstes Universalgelenk 29, eine zweite kurze Welle 36, ein zweites Universalgelenk 30, eine Vorderradantriebswelle 20 auf ein vorderes Ritzel 31 übertragen, das an dem unteren Ende der Vorderradantriebswelle 20 montiert ist. Das vordere Ritzel 31 greift in ein vorderes Kegelradgetriebe 32 ein, das konzentrisch an der Vorderradnabe 58 montiert ist, und überträgt Kraft auf es. Das Vorderrad 17 ist drehfähig auf der Vorderachse 59 zwischen dem rechten vorderen Ausfallende 18 und dem linken vorderen Ausfallende 19 an dem Rahmen 91 montiert und wird von der Rotationskraft der Vorderradnabe 58 angetrieben.
Die Vorderradnabe 58 ist eine modifizierte Nabe mit Freilauf. Die genannte Vorderradnabe 58 hat in einer Richtung Kraftschluss zum Übertragen von Kraft, rotiert aber in der anderen Richtung im Leerlauf, was bedeutet, dass der Radfahrer ohne sich drehende Pedale fahren kann. Eine solche Nabe ist bei Hinterrädern von Fahrrädern normal, ist aber am Vorderrad des Fahrrads mit Zweiradantrieb notwendig, damit sich das Vorderrad beim Ausrollen/im Leerlauf drehen kann.
Wie in 9 gezeigt, lassen das erste Universalgelenk 29 und das zweite Universalgelenk 30 die Kraftübertragung nach unten und um das Vorderrad 17 herum zu, ohne die normale Lenkung oder Drehung des Vorderrads 17 zu stören, und sind dementsprechend mit einem Versatz von 25 Grad montiert. Für den Zweck der Kraftübertragung durch das erste Universalgelenk 29 und das zweite Universalgelenk 30 nach unten und um das Vorderrad 17 herum sind eindeutig jedwede Winkel, die innerhalb der Spezifikationen des Herstellers liegen, vorgesehen.
Im Allgemeinen sind das hintere Ritzel 26, das vordere Ritzel 31, das erste Winkelgetriebe 27 und das zweite Winkelgetriebe 28 mit Gewindestiften und Keilnuten (nicht gezeigt) an Wellenenden angebracht und das erste Universalgelenk 29 und das zweite Universalgelenk 30 sind durch Abscherbolzen (nicht gezeigt) an Wellenenden angebracht. Die Verwendung von Gewindestiften und Abscherbolzen ist geboten, weil der Ausfall eines Abscherbolzens oder einer Keilnut, wenn das Antriebssystem eine Stoßbelastung erfahren würde, sicherstellen würde, dass es in keinem der anderen Antriebssystemteile, die kostspieliger zu ersetzen wären, zu schweren Schäden kommen würde. Alternative Verbindungsmittel zum Anbringen der Ritzel und Universalgelenke an den entsprechenden Wellen sind dem Fachmann gut bekannt.
Für ein Fahrrad mit Zweiradantrieb sind dem Umdrehungsverhältnis zwischen Vorder- und Hinterrad zu Grunde liegende Übersetzungsverhältnisse beim Antreiben über Pedale wichtige Belange. Für das Fahrrad mit Zweiradantrieb 78 ist das Verhältnis der Umdrehungen zwischen Vorderrad 17 und Hinterrad 90 0,9876 zu 1,0000, d. h. das Vorderrad 17 dreht sich pro voller Umdrehung des Hinterrads 90 0,9876 mal. Während die Konstruktion eines Fahrrads mit variierendem Vorderrad/Hinterrad-Übersetzungsverhältnis (z. B. dreht sich das Vorderrad pro jeder Umdrehung des Hinterrads in einem Bereich von 0,90 bis 1,10 Umdrehungen) vorstellbar ist, ließ beim Testen ein Verhältnis, das bewirken würde, das sich das Vorderrad mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Hinterrad dreht oder sogar mit einer Geschwindigkeit von mehr als 1 : 1 (Verhältnis von Vorderrad zu Hinterrad), das Gefühl eines Vorderradantriebs entstehen. Wie beschrieben, verleiht das Verhältnis von 0,9876 : 1,0000 dem Radfahrer ein gutes Fahrverhalten und Handling. Allerdings ist das Verhältnis von 0,9876 : 1,0000 für die gegenständliche Erfindung nicht als begrenzend vorgesehen, sondern repräsentiert vielmehr die beste in den hierin beschriebenen bevorzugten und alternativen Ausgestaltungen beschriebene Ausführungsart. Gewisse Fahrverhältnisse, wie Bergauf rennen, bei denen ein „Vorderradantriebs"-Gefühl erwünscht wäre, können alternative Verhältnisse wünschenswerter machen (z. B. das Vorderrad dreht sich pro Umdrehung des Hinterrads jeweils 1,10 mal). Daher dienen die angebotenen Übersetzungsverhältnisse nur zur Veranschaulichung und dürfen auf keinen Fall als begrenzend ausgelegt werden, da ein Fachmann leicht zahllose alternative Übersetzungsverhältniskombinationen entwickeln könnte. Außerdem erkennt der Fachmann, dass eine Strategie der Vermehrung („Übersetzen") der Umdrehungen der Welle durch Übersetzungsverhältnisse, dann Verringern („Untersetzen") der Umdrehungen des Vorderrads die Drehmomentbelastung verringert und den Bau von Wellensystemen minimalen Durchmessers ermöglicht.
Das Fahrrad mit Zweiradantrieb 78 erreicht das gewünschte Umdrehungsverhältnis 1 : 0,9876 durch Antreiben des Vorderrads 17 pro jeder vollen Umdrehung des Hinterrads 90 mit 0,9876 Umdrehungen durch die Wechselwirkung, Positionierung und Größen der Getriebe, wie in 4 gezeigt. Die Kraft wird von dem modifizierten Antriebskettenrad 34, einem 19-Zähne-Kettenrad, das an den Hinterradantriebskettenrädern 22 montiert ist, über die zweite Antriebskette 24 auf das zweite Antriebskettenrad 25, ein 13-Zähne-Kettenrad, übertragen, was ein Umdrehungsverhältnis von 1,46 : 1 ergibt. Das zweite Antriebskettenrad 25 dreht sich gleichzeitig mit dem hinteren Kegelradgetriebe 33, da das zweite Antriebskettenrad 25 und das hintere Kegelradgetriebe 33 auf der kurzen Achse 35 montiert sind. Um die zutreffende Rotation aufrecht zu erhalten, die zum Antreiben des Vorderrads 17 in der gleichen Richtung wie das Hinterrad 90 benötigt wird, ist das hintere Kegelradgetriebe 33 proximal zu der ersten Hinterradantriebssystemhalterung 45 montiert. Das hintere Kegelradgetriebe 33 und das hintere Ritzel 26, das an dem hinteren Ende der Hauptantriebswelle 13 montiert ist, greifen ineinander ein. Die Verbindung des genannten hinteren Kegelradgetriebes 33 und des genannten Ritzels 26 stellt ein Übersetzungsverhältnis von 2 : 1 bereit, das ein Gesamtverhältnis bis zu diesem Punkt des Antriebssystems von 2.92 : 1 ergibt. Das heißt, die Hauptantriebswelle 13 dreht sich jetzt pro jeder Umdrehung des modifizierten Antriebskettenrads 34, das sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Hinterrad 90 dreht, 2,92 mal. Von der Hauptantriebswelle 13 durch das erste Winkelgetriebe 27 auf das zweite Winkelgetriebe 28, durch die kurze Verbindungswelle 92, die ersten Universalgelenke 29, die zweite kurze Welle 36, das zweite Universalgelenk 30, die Vorderradantriebswelle 20 zu dem vorderen Ritzel 31 übertragene Kraft ergibt eine unverändertes Umdrehungsverhältnis von 2,92 : 1. Das Verhältnis des vorderen Ritzels 31, das mit dem vorderen Kegelradgetriebe 32 ineinandergreift, ist 1 : 3, was bewirkt, dass das Endumdrehungsverhältnis zwischen dem Vorderrad 17 und dem Hinterrad 0,9876 : 1 ist.
Wie offengelegt, sind die Hauptantriebswelle 13, die kurze Verbindungswelle 92, die zweite kurze Welle 36 und die Vorderradantriebswelle 20 aus massiven 34 Zoll-Stahlwellen hergestellt. Eine alternative Zusammensetzung für die massiven Wellen wäre die Verwendung von massiven 3/8 Zoll-Stahlwellen. Eine weitere Alternative wäre es, die Welle aus 34 Zoll-Hohlstahl mit etwas übergroßem Durchmesser herzustellen, um die erforderlichen Drehmomentgrade bei dem gleichzeitigen Vorteil eines verringerten Gewichts zu realisieren. Wie in der Technik gut bekannt ist, könnten auch andere Metalle und Verbundstoffe als Stahl als geeigneter Ersatz für die Wellen verwendet werden, sofern sie angemessene Antriebssystemfestigkeit bieten.
ZWEITE AUSGESTALTUNG DER ERFINDUNG
10, 11 und 13 illustrieren Aspekte eines Fahrrads mit Zweiradantrieb 79, bei dem das modifizierte Antriebskettenrad 34, die zweite Antriebskette 24, das zweite Antriebskettenrad 25 und eine erste hintere Antriebssystemhalterung 45 und die zweite hintere Antriebssystemhalterung 46, die in der ersten Ausgestaltung des Fahrrads mit Zweiradantrieb 78 beschrieben werden, durch ein Hinterradkegelradgetriebe 37 und ein Antriebswellenritzel 38 zum Antreiben des Vorderrads auf alternative Weise ersetzt werden.
In der zweiten Ausgestaltung des Fahrrads mit Zweiradantrieb 79 wird die von der Tretkurbel 51 durch die Kette 23 auf die Hinterradantriebskettenräder 22 übertragene Kraft auf das Hinterradkegelradgetriebe 37 transferiert, das umfangsmäßig am äußeren Bereich der Hinterradantriebskettenräder 22 montiert ist, um ein gleichzeitiges Drehen der Hinterradantriebskettenräder 22 und des Hinterradkegelradgetriebes 37 zu bewirken. Das hintere Kegelradgetriebe 37 steht in direktem Eingriff mit einem Antriebswellenritzel 38 zum Transferieren von Kraft direkt zu der geraden Hauptantriebswelle 87. Wie in 10 gezeigt wird, haben die Kegelradgetriebezähne 39 des Hinterradkegelradgetriebes 37 und die Ritzelzähne 93 des Antriebswellenritzels 38 eine Schrägform und -verzahnung, um einem Versatz von ungefähr 4 Grad gerecht zu werden. Diese 4 Grad sind notwendig, um die gerade Hauptantriebswelle 87 auf den Winkel des geraden Hauptantriebsrohrs 86 von dem modifizierten rechten hinteren Ausfallende zu dem Steuerkopfrohr 1 auszurichten.
In der zweiten Ausgestaltung 79, wie in 13 gezeigt, überträgt die gerade Hauptantriebswelle 87 Kraft auf das Vorderradantriebssystem über ein Wellenwinkelgetriebe 88, das mit einem oberen Winkelgetriebe 40 in Eingriff ist, das wiederum die Kraft zu dem Vorderrad 17 über die kurze Verbindungswelle 92, das erste Universalgelenk 29, die zweite kurze Welle 36, das zweite Universalgelenk 30, die Vorderradantriebswelle 20, das vordere Ritzel 31 auf das vordere Kegelradgetriebe 32 überträgt, um das Vorderrad 17 anzutreiben, wie bereits in der bevorzugten Ausgestaltung 78 beschrieben wurde. Mit Ausnahme der Umkehrung der Ausrichtung des oberen Winkelgetriebes 40 zur Oberseite des Wellenwinkelgetriebes 88 bleibt das Vorderradantriebssystem in den beiden beschriebenen Ausgestaltungen im Wesentlichen unverändert. Außerdem bleiben die Verwendung und Positionierung des hinteren Antriebswellenrollenlagers 65, des mittleren Antriebswellenrollenlagers 66 und des vorderen Antriebswellenrollenlagers 67 zum Tragen der geraden Hauptantriebswelle 87 in der zweiten Ausgestaltung 79 unverändert.
In der vorliegenden Erfindung 79 wurde das obere Winkelgetriebe 40 zu dem oberen Ende der kurzen Verbindungswelle 92 verlegt, um der umgekehrten Rotation der geraden Hauptantriebswelle 87 zu entsprechen, die durch die Platzierung des Hinterradkegelradgetriebes 37 an der Innenseite des Antriebswellenritzels 38 erforderlich wurde, da die Hinterradantriebskettenräder 22 stören würden, wenn das Antriebswellenritzel 38 auf der Innenseite des Hinterradkegelradgetriebes 37 angeordnet würde. Die gerade Hauptantriebswelle 87 läuft unmittelbar hinter dem modifizierten rechten hinteren Ausfallende 41 in das gerade Hauptantriebsrohr 86 des Fahrrads 79 ein, was es ermöglicht, dass die gerade Hauptantriebswelle 87 sich in das Steuerkopfrohr 1 des Fahrrads 79 hinein erstreckt. Die Konstruktion des Fahrrads 79 ist der in der bevorzugten Ausgestaltung 78 besprochenen ähnlich, außer dass das gerade Hauptantriebsrohr 86 direkt mit der rechten Kettenstrebe 5 am modifizierten rechten hinteren Ausfallende 41 auf der rechten Seite des Fahrrads 79 verbunden ist und ein gerades Hauptrahmenrohr (nicht gezeigt) direkt mit der linken Kettenstrebe 6 an dem linken hinteren Ausfallende (nicht gezeigt) auf der linken Seite des Fahrrads 79 verbunden ist. Außerdem verbindet eine rechte Sattelstrebe 43 das modifizierte rechte hintere Ausfallende 41 mit dem Sattelrohr 4 auf der rechten Seite des Fahrrads und eine linke Sattelstrebe (nicht gezeigt) verbindet ein linkes hinteres Ausfallende auf der linken Seite des Fahrrads mit dem Sattelrohr 4 und wird eventuell benötigt, um zusätzliche Unterstützung für das Gewicht des Radfahrers zu bieten. Das in der zweiten Ausgestaltung 79 beschriebene modifizierte rechte hintere Ausfallende 41 hat eine mittlere Ausnehmung, die notwendig ist, um richtigen Abstand und ordnungsgemäße Ausrichtung des Antriebswellenritzels 38 zuzulassen, das am hinteren Ende der geraden Hauptantriebswelle 87 angebracht ist und sich aus dem hinteren Ende des geraden Hauptantriebsrohres 86 heraus erstreckt. Diese Ausnehmung ermöglicht auch eine leichtere Wartung und Reinigung des Systems.
In der zweiten Ausgestaltung des Fahrrads mit Zweiradantrieb 79 hat das Hinterradkegelradgetriebe 37 einen Durchmesser von drei Zoll und das Antriebswellenritzel 38 ist speziell konstruiert, damit das Ineinandergreifen des hinteren Kegelradgetriebes 37 und des Antriebswellenritzels 38 Kraft durch das. Antriebssystem übertragen, um ein endgültiges Umdrehungsverhältnis zwischen Hinterrad 90 und Vorderrad 70 von zwischen 1,00 : 0,97 und 1,00 : 0,99 zu erzielen. Die genannte Konstruktion des Antriebswellenritzels 38 ist in der Technik gut bekannt und ist lediglich auf das Verhältnis der Anzahl von Kegelradgetriebezähnen 39 zu der Anzahl von Ritzelzähnen 93 angewiesen, um das endgültige Übersetzungsverhältnis zu bewirken. Außerdem ist das Hinterradkegelradgetriebe 37 auf der Seite des niedrigsten Gangs der hinteren Antriebskettenräder 22 mit einem engen Luftabstand zum hinteren Ende des geraden Hauptantriebsrohres 86 des Fahrrads 79 montiert. Dieser Abstand ist notwendig, um die richtige Ausrichtung des Antriebswellenritzels 38 am Ende der geraden Hauptantriebswelle 87 beim Eingriff mit dem hinteren Antriebskegelradgetriebe 37 zu ermöglichen. Das Antriebswellenritzel 38 erstreckt sich aus dem hinteren Ende des geraden Hauptantriebsrohres 86 heraus und ruht in der Mitte des modifizierten rechten hinteren Ausfallendes 41.
Das Zweiradantriebssystem vergrößert Traktion und Mobilität drastisch, besonders bei steilen Steigungen auf losem oder rutschigem Material. Um das Gewicht des Fahrrads noch weiter zu verringern, könnte eine Gewichtsverringerung für die Triebstrangbauteile angestrebt werden. Eine zum Übertragen des erforderlichen Drehmomentbetrags fähige hohle starre Hauptantriebswelle, möglicherweise aus Verbundwerkstoffen hergestellt, reduziert das Gewicht bedeutend. Auch könnten größere aber leichtere Aluminium- oder Verbundwerkstoffzahnräder für die vorderen und hinteren Kegelradsysteme verwendet werden. Dies könnte eine Gewichtsminderung von insgesamt 3 bis 4 Pfund bedeuten, was das Gewicht des Fahrrads äußerst wettbewerbsfähig machen würde. Wie vorgesehen, würde dieses voll integrierte Fahrrad mit Zweiradantrieb nicht nur mit den fortschrittlichsten Fahrrädern auf dem Markt konkurrieren, sondern eine völlig neue Kategorie in der Industrie entstehen lassen.
Das Vorangehende betrifft zwar die bevorzugten und alternativen Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung, es können aber auch andere und weitere Ausgestaltungen der Erfindung konzipiert werden, ohne aus ihrem grundlegenden Rahmen zu kommen, und ihr Rahmen wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt.

Claims

Fahrrad mit Zweiradantrieb, das einen Rahmen (91) mit einem Steuerkopfrohr (1), eine drehbar am Steuerkopfrohr (1) angebrachte Lenkungseinrichtung (49), ein drehbar am Rahmen (91) montiertes Hinterrad (17), ein drehbar an der Lenkungseinrichtung montiertes Vorderrad (90), einen Hinterradantriebsmechanismus (21, 22, 23) zum Übertragen von Kraft von einem Fahrer des Fahrrads auf das Hinterrad (17) und einen Übertragungsantriebsmechanismus (13, 87) zum Übertragen von vom Fahrer erzeugter Kraft auf einen Vorderradantriebsmechanismus zum Antreiben des Vorderrads (90) hat, wobei der Übertragungsantriebsmechanismus eine starre Antriebswelleneinrichtung (13) hat, die sich am Rahmen (91) entlang erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelleneinrichtung (13) sich von einem hinteren Teil des Rahmens in das Steuerkopfrohr (1) hinein erstreckt, um den Vorderradantriebsmechanismus anzutreiben.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach Anspruch 1, bei dem der Vorderradantriebsmechanismus eine von der Lenkungseinrichtung drehbar getragene, Kraft übertragende starre Welle (92, 36) und ein mit der starren Welle verbundenes Universalgelenk (29, 30) hat.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach Anspruch 2, bei dem die Lenkungseinrichtung ein Gabelelement (15) hat und die Kraft übertragende starre Welle (92, 36) und das Universalgelenk (29, 30) an das Gabelelement (15) angrenzend angeordnet sind.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach Anspruch 3, bei dem die Kraft übertragende starre Welle (92, 36) und das Universalgelenk (29, 30) vor dem Gabelelement (15) angeordnet sind.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Übertragungs- und Vorderradantriebsmechanismen (92, 29, 36, 39, 20, 31) Kraft von dem Hinterrad (17) zum Vorderrad (90) so übertragen, dass das Vorderrad (90) mit einem Untersetzungsverhältnis von weniger als einer Umdrehung zu jeder Umdrehung des Hinterrads (17) angetrieben wird.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Übertragungs- und Vorderradantriebsmechanismen Kraft vom Hinterrad (17) zum Vorderrad (90) so übertragen, dass das Vorderrad (90) mit einem Übersetzungsverhältnis von mehr als einer Umdrehung zu jeder Umdrehung des Hinterrads (17) angetrieben wird.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Antriebsteil (92, 40) des Vorderradantriebsmechanismus in antreibbarer Verbindung mit dem vorderen Ende der Antriebswelleneinrichtung sich wenigstens teilweise durch das Steuerkopfrohr (1) hindurch erstreckt.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach Anspruch 7, bei dem das vordere Ende der Antriebswelleneinrichtung ein erstes Kegelrad (28, 40) trägt, das in ein zweites, mit dem genannten Antriebsteil (92, 40) in Eingriff stehendes Kegelrad (27, 88) eingreift.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Lenkungsmechanismus einen wenigstens teilweise im Steuerkopfrohr (1) befindlichen Lenkstangenschaft (70) hat, der Lenkstangenschaft (70) eine Aussparung hat und die Antriebswelleneinrichtung ein Antriebsteil (27, 88) hat, das sich in das Steuerkopfrohr und durch die Aussparung in den Lenkstangenschaft hinein erstreckt, wodurch der Lenkungsmechanismus mit dem Lenkstangenschaft sich innerhalb des Steuerkopfrohrs (1) in Bezug auf das Antriebsteil (27, 88) um einen Lenkungswinkel drehen kann.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Aussparung breit genug ist, um das Drehen der Lenkungseinrichtung um einen Winkelbereich von 180° zuzulassen.
Fahrrad mit Zweiradantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Vorderradantriebsmechanismus ein Antriebsteil (88, 92) hat, das um eine mit dem Steuerkopfrohr weitgehend koaxiale Drehungsachse drehbar ist.