DE69908558T2

DE69908558T2 - Schneefahrzeug

Info

Publication number: DE69908558T2
Application number: DE69908558T
Authority: DE
Inventors: Vernal D. Forbes
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1999-02-23
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-02-24
Also published as: EP1056639A1; WO1999043540A1; CA2321860A1; US6112840A; EP1056639B1; US6382338B1; ATE242150T1; US6302232B1; CA2321860C; US6626258B1; AU2873199A; DE69908558D1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft allgemein ein Schneefahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9. Die US-A-3,822,755 zeigt ein Schneefahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 9.
Zum Fahren auf Schnee wurden bereits vielfältige Fahrzeuge vorgeschlagen, von denen das bekannte Schneemobil das am weitesten verbreitete und kommerziell erfolgreichste ist. Schneemobile haben sich zu hoch entwickelten und fähigen Fahrzeugen für das Fahren auf Schnee entwickelt und werden vornehmlich für Freizeitzwecke eingesetzt. Dennoch weisen diese im Handel erhältlichen Schneemobile eine Reihe unerwünschter Merkmale und Besonderheiten auf, die ihre Wendigkeit und Vielseitigkeit beschränken. Es gibt allgemein sehr schwere Typen, die typischerweise zwischen 400 und 600 Pfund wiegen und leistungsstarke Motoren erfordern, um ein vernünftiges Leistungs-Gewicht-Verhältnis für gute Leistungsfähigkeit bei sehr variablen, leistungsraubenden Schneeverhältnissen und für breite Furchen zur Verfügung zu haben, die sie durch Schnee pflügen. Typischerweise besitzt ein Schneemobil zwei Außenboard-Lenkski und eine relativ breite, flache Spurschiene. Die auslegerartige Positionierung der Skis und die breite flache Spurschiene schränken das Schneemobil ein auf das flächige Gleiten auf dem Schnee, während Biegungen in Schräglage oder hinein gelehnter Lage unmöglich sind. Diese Besonderheiten beschränken zusätzlich auch die Hangsteilheit, die ein Schneemobil überwinden kann, da das Schneemobil leicht seitwärts gleitet, wenn es über einen steilen Hang fährt. Bei Eckenfahrten auf hart gepacktem Schnee kann ein Schneemobil nicht ohne weiteres in Schräglage gebracht werden, um einen engen Kurvenradius zu erreichen, sondern der Fahrer muss den Körper weit nach innen in die Kurve beugen, um ein Umkippen oder ein seitliches Rutschen des Schneemobils zu vermeiden.
Ein zweiter, viel weniger üblicher Typ von Schneefahrzeug ist das Schnee-Bike oder das Schneefahrrad. Diese Fahrzeuge sind allgemein kleiner und leichter als Schneemobile. Schnee-Bike-Entwürfe basieren üblicherweise auf Geländemotorrädern oder -rollern, wobei das Vorderrad durch einen Ski und das Hinterrad durch eine Endlos-Traktionskette ersetzt ist, üblicherweise als Kette oder ähnlich bezeichnet. Schnee-Bikes oder Snowbikes sind Fahrzeuge, die für Kurvenfahrt in Schräglage wie ein Motorrad oder ein Fahrrad ausgebildet sind, benutzt werden sie „in Balance". Snowbikes besitzen typischerweise einen einzelnen Lenkski und eine relativ schmale Kette hinter dem Einzelski und mit diesem fluchtend. Bei Kurven wird das Snowbike in Kurvenrichtung auf die Seite gelegt, so dass die Summe der Gravitations- und Zentrifugalkräfte, die auf Fahrzeug und Fahrer einwirken, mittig durch die Kontaktflächen zwischen dem Schnee und dem Ski sowie zwischen dem Ski und der Kette hindurchgehen. Auf diese Weise bleiben das Snowbike und der Fahrer innerhalb der Kurve im Gleichgewicht. Bei der Überquerung von Hängen bleibt ein Snowbike in vertikaler Position, so dass die auf das Snowbike und den Benutzer einwirkenden Schwerkräfte etwa durch die Mitte der Kontaktflächen zwischen Snowbike-Ski und Schnee sowie zwischen Kette und Schnee gehen.
Motorgetriebene Snowbikes sind in den US-Patenten 5,474,146; 4,613,006 und 4,442,913 beschrieben. Keines dieser Snowbikes hat einen beachtenswerten kommerziellen Erfolg verbuchen können. Die in den Patenten '006 und '931 beschriebenen Snowbikes besitzen einen minimalen Aufhängungshub zwischen dem Ski und dem Hauptrahmen des Fahrzeugs sowie zwischen dem Ketten-Träger und dem Hauptrahmen. Die Fähigkeit ihrer Tracks oder Ketten, in Bezug auf die Front-Skis nach vorn und nach hinten geneigt zu werden, ist ebenfalls begrenzt, was die Nachgiebigkeit ihrer Kette bei sich änderndem Terrain verringert und die Traktion begrenzt. Während das Snowbike nach dem Patent '146 einen verbesserten Aufhängungshub und eine verbesserte Traktion gegenüber den früheren Snowbikes aufweist, wird dies allerdings durch einen Spurschlitten erreicht, der sich ausgehend von dem Snowbike nach hinten erstreckt, wodurch das Snowbike länger wird als diejenigen, die in den Patent '006 und '913 dargestellt sind. Das Anordnen der Spur derart weit hinter dem Schwerpunkt des Snowbikes begrenzt die Effektivität der Antriebskette beim Bremsen, um das Snowbike zu verlangsamen und anzuhalten.
Mit menschlicher Kraft angetriebene Snowbikes oder „Schneefahrräder" sind ebenfalls für Schräglagen taugliche Schneefahrzeuge. Bei Schneefahrrädern ersetzen ein einzelner Ski vorne und eine Endlosschleifen-Raupe hinten die Räder eines Fahrrads. Antriebsleistung aus den Füßen des Fahrers wird von einer Pedalkurbel über einen Kettenantrieb auf das Raupenband übertragen. Schneefahrräder sind beschrieben in den US-Patenten 5,423,559 und 5,102,153. Die in diesen Patenten beschriebenen Fahrzeuge weisen sämtlich die gleichen Beschränkungen auf wie herkömmliche motorgetriebene Snowbikes. Darüber hinaus begrenzt das Fehlen von Stoßdämpfern oder irgend einer anderen Art von Aufhängung zwischen den Raupenbändern und den Rahmenteilen dieser Snowbikes die Traktion, was zu einer unkomfortablen Fahrt über raues Gelände führt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schneefahrzeugs, welches verbesserte Wendigkeit und Manövrierfähigkeit bei Schneebedingungen ermöglicht, die von Pulverschnee zu fest gepacktem Schnee und Eis reichen, und zwar über eine sich ändernde Geländetopographie. Erreicht wird dies durch ein Schneefahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9. Das Schneefahrzeug ist so ausgelegt, dass es die Lenk- und Gleichgewichtsmerkmale von Motorrädern und Fahrrädern nachahmt, damit es dem Fahrer beim Fahren und Lenken einfacher und natürlicher vorkommt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Snowbikes, welche Leistung auf den vorderen Teil des Raupenbands oder der Kette geben, gibt das erfindungsgemäße Snowbike Leistung auf den hinteren Teil der Kette. Die Kette erstreckt sich von dem Antriebsrad nach vorn, um die Kette im wesentlichen unterhalb des Snowbikes zu platzieren, was den Vortrieb und die Bremstraktion verbessert. Die scherenförmige Gestaltung des Schwingenarms und der. Kette trägt ebenfalls zur Reduzierung der Gesamtlänge des Snowbikes bei. Eine neue Kettenschlitten-Aufhängung verbessert die Zug-Nachgiebigkeit der Kette gegenüber dem Schneeunter grund bei sich ändernder Geländetopographie. Eine gyroskopische Stabilisatorund Lenkhilfe, die mit der vorderen Lenkgabel gekoppelt sind, unterstützt die Handhabung und die Balance des Snowbikes eher wie bei einem Motorrad oder Fahrrad. Die Ausgestaltung der Kette oder des Raupenbands macht Gebrauch von einem flachen Riemen, um die Kantenstellung und Abstützung in weichem Schnee zu verbessern. Traktionsschaufeln, die mit Schaufelspitzen seitlich konvexer Krümmung ziemlich steif ausgebildet sind, ermöglichen dem Snowbike ein einfaches Hereinlegen oder Schräglegen auf hart gepacktem Schnee oder auf Eis. Die Traktionsschaufeln sind mit blockförmigen Strukturelementen ausgestattet, die Seitenflächen besitzen, die dazu beitragen, ein seitliches Rutschen der Kette zu verhindern, wenn das Snowbike in die Kurve gelegt wird oder wenn es steile Hänge überquert. Benachbart zu den Kettenrändern sind Eiskufen mit Eisschneidkanten verteilt angeordnet, die sich in Eis oder harten Schnee eingraben, was zusätzlich ein seitliches Rutschen verhindert, wenn das Snowbike auf Eis oder hartem Schnee stark geneigt wird.
Das erfindungsgemäße Schneefahrzeug enthält einen Rahmen, einen Ski, einen Arm, einen Kettenschlitten, ein Antriebsrad und eine Endloskette. Der Ski ist drehbar mit dem Rahmen über beispielsweise ein Steuerelement gekoppelt, dessen oberer Teil mit dem Rahmen und dessen unterer Teil mit dem Ski verbunden ist. Das Steuerelement ist wie beispielsweise die Vordergabel eines Motorrads oder Fahrrads mit dem Rahmen so verbunden, dass es um eine Lenkachse drehbar ist, ähnlich wie die Vordergabel und das Rad eines Motorrads oder Fahrrads. Der vordere Teil des Arms ist an dem Rahmen gelagert. Der hintere Teil des Kettenschlittens ist an dem hinteren Ende des Arms gelagert. Ein drehbares Antriebsrad ist an dem hinteren Teil des Kettenschlittens gelagert. Die Kette oder das Raupenband ist mit dem Vorderrad gekoppelt und erstreckt sich ausgehend von diesem, um entlang eines fixen Wegs den Kettenschlitten zu umlaufen. Bei einer Ausführungsform enthält das Schneefahrzeug einen Motor, der betrieblich mit dem Antriebsrad gekoppelt ist, damit er die Kette antreibt und das Fahrzeug über den Schnee vortreibt. Bei einer anderen Ausführungsform enthält das Fahrzeug eine Tretkurbel, die mit dem Antriebsrad gekoppelt ist, um einen Vortrieb über den Schnee durch menschliche Kraft zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform, die sowohl für motorgetriebene als auch für mit menschlicher Kraft angetriebene Snowbikes möglich ist, ist der Arm ein Schwingarm, der an seinem vorderen Ende gelenkig mit dem Hauptrahmen des Snowbikes verbunden ist. Der hintere Teil des Kettenschlittens ist scharnierartig an dem hinteren Teil des Schwingenarms gelagert. Diese schwenkbare Lagerung wird beispielsweise realisiert durch eine Achse, die sich zwischen den Zinken einer Gabelschwinge erstreckt. Der hintere Teil des Kettenschlittens und das Antriebsrad werden von der Achse gelagert. Diese schwenkbare Lagerung und Positionierung des Kettenschlittens unterhalb der Schwinge in einer scherenähnlichen Konfiguration ermöglicht, dass der Kettenschlitten sich unterhalb des Snowbikes vertikal bewegt, und ermöglicht dem Kettenschlitten, sich nach vorn und nach hinten zu neigen, um der Schneeoberfläche zu folgen und die Traktion auf dem Schnee aufrechtzuerhalten. Bei einer Version dieser Ausführungsform wird die gemeinsame Masse von Fahrzeug und Fahrer sowohl vom vorderen als auch vom hinteren Teil des Kettenschlittens durch einen einzigen Stoßdämpfer abgefedert, der mit einem Kraftverteilungs-Winkelhebel kombiniert ist. Der Kraftverteilungs-Winkelhebel verteilt die Fahrzeugaufhängungs-Kraft von dem Stoßdämpfer auf den hinteren Teil des Kettenschlittens über den Schwingenarm und auf den vorderen Teil des Kettenschlittens über eine Verbindungsstange. Darüber hinaus kann der Winkelhebel verschwenkt werden, damit der Kettenschlitten sich nach vorn und nach hinten neigen kann, ohne dass es eine Änderung bei der Kraft gibt, die von dem Stoßdämpfer auf den Winkelhebel ausgeübt wird.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Schneefahrzeugs ist eine Schneekompaktierungsrampe vorne an dem Kettenschlitten befestigt. Die Rampe ist in Vorwärtsrichtung der Kette angeordnet und ist nach oben weg von der Kette geneigt, um den Schnee vor der Kette progressiv zusammenzudrücken, wodurch eine verbesserte Traktion erreicht und verhindert wird, dass sich Schnee vor der Kette zusammenballt.
Bei einer weiteren Ausführungsform enthält das Schneefahrzeug eine gyroskopische Stabilisator- und Lenkhilfe. Der Stabilisator besteht aus einem Gyro skop, das mit dem Lenkelement verbunden oder gekoppelt ist, vorzugsweise auch einen elektrischen Antriebsmotor zum Drehen des Gyroskops. Das drehende Gyroskop neigt dazu, den Ski in seiner Lenkrichtung zu stabilisieren, indem es den Ski in seiner Lenkrichtung stabilisiert durch Erzeugung von Kräften ansprechend auf und entgegen solchen Kräften, die die Neigung haben, den Ski aus seiner Lenkrichtung abzulenken. Das Gyroskop leitet außerdem automatisch eine Neu-Ausbalancierung des Schneefahrzeugs ein, wenn dieses abgelenkt und aus dem Gleichgewicht gekippt wird, indem es ansprechend auf die Ablenkung ein sofortiges Lenkmoment erzeugt. Dieses Reaktions-Drehmoment lenkt den Ski in der Richtung, in der das Fahrzeug kippt, wobei die Vorwärtsbewegung des Schneefahrzeugs den Ski wieder unter die Mitte des Fahrzeugs bringt, so dass dies dazu beiträgt, das Fahrzeug wieder in die aufrechte Lage und ins Gleichgewicht zu bringen.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Snowbikes.
2 ist eine Frontansicht des Snowbikes gemäß 1.
3 ist eine Rückansicht des Snowbikes nach 1.
4 ist eine auseinandergezogene Zusammenbau-Seitenansicht des Snowbikes nach 1.
5 ist eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils des Snowbikes nach 1.
6 ist eine detaillierte Seitenansicht des Kettenschlittens des Snowbikes nach 1 und 34. Diese Ansicht zeigt den von dem Schwingenarmrahmen des Snowbikes abmontierten Kettenschlitten, wobei der Kettenschutz, der Kettenschlitten-Aufhängungsrahmen und die Schneekompaktierungsrampe entfernt und in dieser Darstellung nicht gezeigt sind.
7 ist eine isometrische Ansicht des Kettenschlittens nach 6.
8 ist eine auseinandergezogene Ansicht des Kettenschlittens nach 7.
9 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens nach 6 entlang der Schnittlinie 9–9 in 6.
10 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens nach 6 entlang der Schnittlinie 10–10 in 6.
11 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens nach 6 entlang der Schnittlinie 11–11 in 6.
12 ist eine isometrische Ansicht eines geschnittenen Teils der Kette der Snowbikes nach 1 und 34, wobei das Raupen- oder Kettenband, Traktionsschaufeln und seitliche Lagerclips dargestellt sind.
13 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Schneekompaktierungsrampen-Anordnung des Snowbikes nach 1.
14 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Zwischennabe, der Scheibenbremse und der Antriebsketten des Snowbikes nach 1.
15 ist eine Ansicht von oben und hinten der Zwischennabe und der Schwingenarm-Schwenkverbindung mit dem Hauptrahmen des Snowbikes nach 1, betrachtet aus der Linie 15-15 in 14.
16 ist eine Seitenansicht des hinteren Teils des Snowbikes nach 1 und zeigt eine alternative Ausführungsform der Kettenaufhängung mit einem einzigen Stoßdämpfer, einem Winkelhebel und einer Verbindungsstange.
17 ist eine Seitenansicht des hinteren Teils des Snowbikes nach 1 und zeigt eine zweite alternative Kettenaufhängung mit einem einzigen Stoßdämpfer, einem Winkelhebel und einer Verbindungsstange.
18 ist eine Seitenansicht des hinteren Teils des Snowbikes nach 1 und zeigt eine alternative Kettenaufhängungs-Ausführungsform mit zwei Stoßdämpfern.
19 ist eine Seitenansicht des hinteren Teils des Snowbikes nach 1 und zeigt eine vierte alternative Kettenaufhängungs-Ausführungsform mit einem einzigen Stoßdämpfer.
20 ist eine Seitenansicht des Vorderteils des Snowbikes nach 1 und zeigt die Teleskop-Lenkgabel, den Verlängerungsrahmen, den Ski und den Ski-Gelenkträger und die umschlossene gyroskopische Stabilisator und die Lenkhilfe.
21 ist eine Seitenansicht einer elektromotorisch angetriebenen Ausführungsform des gyroskopischen Stabilisators und der Lenkhilfe, des Lenk-Verlängerungsrahmens und des Skis. Zur deutlichen Darstellung ist diese Ansicht bei abgenommenen Gyroskop-Deckeln und ohne angebrachte Teleskop-Lenkgabel dargestellt.
22 ist eine Frontansicht des gyroskopischen Stabilisators und der Lenkhilfe, des Lenk-Verlängerungsrahmens und des Skis nach 21.
23 ist eine Seitenansicht einer alternativen Elektromotor-Ausführungsform des gyroskopischen Stabilisators und der Lenkhilfe mit Lenk-Verlängerungsrahmen und Ski. Zur deutlichen Darstellung ist diese Ansicht ohne die Gyroskop-Deckel und ohne angebrachte Teleskop-Lenkgabel dargestellt.
24 ist eine Frontansicht des gyroskopischen Stabilisators mit Lenkhilfe, des Lenk-Verlängerungsrahmens und des Skis nach 23.
25 ist eine Draufsicht auf die Gyroskop-Motorsteuerung und einen Steuerkasten mit Bedienfeld, sämtlich angeordnet an dem vor dem Lenker befindlichen oberen Dreifachbügel.
26 ist eine Schaltungsskizze einer Servoeingangsschaltung für die Gyroskop-Motorsteuerung aus 25. Dargestellt sind zur Erläuterung der elektronischen Signalverarbeitung Wellenformen der elektrischen Spannung.
27 ist eine Ansicht von oben und hinten der Zwischennabe und Scheibenbremse, wobei der elektronische Tachometer dargestellt ist.
28 ist eine Seitenansicht einer mechanischen Antriebs-Ausführungsform des gyroskopischen Stabilisators und der Lenkhilfe, des Lenk-Verlängerungsrahmens und des Skis. Diese Ansicht zeigt das angetriebene Ende einer flexiblen Welle und des angetriebenen Endes von Kegelrädern einer mechanischen Übertragungskupplung zwischen der Zwischennabe und dem Gyroskop. Aus Gründen der Klarheit sind in dieser Ansicht die Gyroskop-Deckel entfernt und die Teleskop-Lenkgabel abgenommen.
29 ist eine Frontansicht des gyroskopischen Stabilisators und der Lenkhilfe, des Lenk-Verlängerungsrahmens und des Skis nach 28.
30 ist eine Ansicht von oben und hinten der Zwischennabe und des angetriebenen Endes der mechanischen Gyroskop-Antriebs-Ausführungsform nach 28 und 29, wobei die antriebsseitigen Kegelräder dargestellt sind.
31 ist eine auseinandergezogene Ansicht des Gyroskops, des Viskositäts-Kopplers und des angetriebenen Kegelrads der mechanischen Antriebs-Ausführungsform des gyroskopischen Stabilisators und der Lenkhilfe nach 28 und 29.
32 ist eine Seitenansicht eines Teils des Snowbikes nach 1 mit einer alternativen Ausführungsform einer gyroskopischen Stabilisator- und Lenkhilfe. Diese Ansicht veranschaulicht ein von einem Elektromotor angetriebenes Gyroskop, welches in einem drehbaren Gyroskop-Schlitten gelagert ist, welcher hinten in dem Rahmen des Snowbikes aufgehängt ist. Zur Verdeutlichung der Darstellung sind in dieser Ansicht die Gyroskop-Deckel abgenommen und sind Teile der Snowbike-Karrosserie, der Sattel und der Kraftstofftank weggelassen.
33 ist eine vergrößerte seitliche Teilansicht der gyroskopischen Stabilisator- und Lenkhilfe nach 32.
34 ist eine Seitenansicht eines durch Menschenkraft angetriebenen Schneefahrrads gemäß der Erfindung.
35 ist eine Frontansicht des Schneefahrrads nach 34.
36 ist eine Rückansicht des Schneefahrrads nach 34.
37 ist eine auseinandergezogene Montage-Seitenansicht des Schneefahrrads nach 34.
38 ist eine vergrößerte Seitenansicht des hinteren Teils des Schneefahrrads nach 34.
39 ist eine vergrößerte Rückansicht des Schwingenarm-Rahmens und der Zwischennabe des Schneefahrrads nach 34, betrachtet entlang der Linie 39–39 in 38.
40 ist eine vergrößerte Frontansicht des Gyroskops und der angetriebenen Kegelräder des Schneefahrrads nach 35. Wegen der Klarheit der Darstellung sind in dieser Ansicht die Gyroskop-Deckel entfernt, und die Teleskop-Lenkgabel ist abgenommen.
41 ist eine auseinandergezogene Ansicht der Zwischennabe, der Bremsscheibe, der angetriebenen Kegelräder des Gyroskops, und der Kettenräder des Schneefahrrads nach 34.
42 ist eine auseinandergezogene Darstellung des Gyroskops, des Viskositäts-Kopplers, des Leerlaufrads, des angetriebenen Kegelrads der gyroskopischen Stabilisator- und Lenkhilfe des Schneefahrrads nach 34.
43 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens und der Antriebskette des Snowbikes nach 1, dargestellt in einer mit Schräglage ausgeführten Kurve auf Eis.
44 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens und der Antriebskette des Snowbikes nach 1, dargestellt in einer mit Schräglage ausgeführten Kurve in weichem oder Pulverschnee.
45 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens und der Antriebskette des Snowbikes nach 1, dargestellt in einer Kurve mit Schräglage auf hart gepackter Schneeoberfläche.
46 ist eine Schnittansicht des Kettenschlittens und der Antriebskette des Snowbikes nach 1, dargestellt in einer mit Schräglage ausgeführten Kurve auf mäßig komprimiertem Schnee.
47 ist eine Seitenansicht des Snowbikes nach 1, bei dem der Stoßdämpfer und die Teleskop-Lenkgabel maximal belastet und komprimiert sind, wie es der Fall bei einer starken Beschleunigungskraft-Belastung der Antriebsaufhängung des Snowbikes und der Telesko plenkgabel der Fall wäre. Die unbelasteten, nicht komprimierten Stellungen des Kettenschlittens, der Schneekompaktierungsrampen-Anordnung, des Skis, des Verlängerungsrahmens und anderer zugehöriger Komponenten sind in strichpunktierten Linien ausgeführt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aufbau des Snowbikes
1 bis 3 zeigen ein motorgetriebenes Schneefahrzeug vom Snowbike-Typ, allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet, von der Seite, von vorn bzw. von hinten. 4 ist eine auseinandergezogene Montage-Seitenansicht des Snowbikes 10. Das Snowbike 10 kann zahlreiche Teile enthalten, die typisch sind für ein herkömmliches Offroad-Motorrad. Beispielsweise enthält gemäß den 1 bis 4 das Snowbike 10 eine Teleskoplenkgabel 12, einen Hauptrahmen 14, einen Sattel 16, einen Benzinmotor 18, ein Getriebe 20, einen Kraftstofftank 22, eine Karrosserie 24 und einen Gabelschaft 26. Die Lenkgabel 12 ist ein langgestrecktes Lenkelement, welches in dem Gabelschaft 26 aufgenommen ist und sich in ihm dreht. Jede Zinke der Lenkgabel 12 besteht vorzugsweise aus einer Kombination eines oberen und eines unteren Teleskopelements, hier als Gabelrohre 34 und Gabelschieber 36 bezeichnet. Die Gabelrohre 34 und ein (lediglich in 2 zu sehendes) Kopfrohr 32 werden von einem oberen und einem unteren Dreifachbügel 30 in ihrer Stellung gehalten. Das Kopfrohr 32 dreht sich innerhalb des Gabelschafts 26. Die Gabelrohre 34 tauchen in die Gabelschieber 36 ein und gleiten aus ihnen heraus. Federn und hydraulische Dämpfungsmechanismen im Inneren der Gabelrohre und Gabelschieber sorgen für eine gefederte Abstützung und eine Stoßdämpfung zum Abfedern des vorderen Endes des Snowbikes 10 auf einen Ski 204. Oben an dem oberen Dreifachbügel 30 ist eine Lenkstange 38 befestigt. Wie am besten in den 2 und 3 zu sehen ist, ist ein Kupplungsbedienhebel 40 an der linken Seite der Lenkstange 38 angebracht, auf dessen rechter Seite befindet sich ein Gashebel 42. An der Lenkgabel 12 ist ein Frontscheinwerfer 44 so angebracht, dass er in die Lenkrichtung des Snowbikes weist. Vor einer linken Fußraste 28a befindet sich ein Schalthebel 46, der mit dem Getriebe 20 verbunden ist. Vor der rechten Fußraste 28b befindet sich ein (in den 2 und 3 ersichtliches) Bremspedal 48. Ein Auspuffrohr 50 befindet sich vor dem Benzinmotor 18, ist an dessen Seite entlang geführt und ist vorne an einem Schalldämpfer 52 befestigt. Ein Paar Motor-Kühlradiatoren 54 (sichtbar in 2) sind am vorderen Teil des Hauptrahmens 14 angebracht und sind an den Seiten von einem Paar Radiator-Schirmblechen 56 eingeschlossen.
Kettenaufhängung, Schneerampe und Antriebsstrang
Nun auf die 5, 14 und 15 bezugnehmend, ist an dem Hauptrahmen 14 an einem linken und einem rechten Schwingenarm-Drehlager 58 eine Schwingenarm-Drehachse 60 gelagert. Die Schwingenarm-Drehachse 60 erstreckt sich durch zwei Schwingenarm-Lageransätze 62 (dargestellt in 15) und wird von diesen getragen. Die Schwingenarm-Lageransätze 62 sind an dem Hauptrahmen 14 befestigt und bilden einen Teil von ihm. Die Schwingenarm-Drehachse 60 dient als ortsfeste, nicht drehende Achse, um die ein (im folgenden auch als Schwinge bezeichneter) Schwingenarm 64 verschwenkt wird. An der Schwingenarm-Drehachse 60 ist außerdem eine auf Kugellagern laufende Zwischennabe 66 gelagert.
Nach den 4 und 5 sind an dem unteren hinteren Teil der Schwinge 64 ein linker Kettenschlitten-Drehträger 82a und ein rechter Kettenschlitten-Drehträger 82b an der linken bzw. an der rechten Seite mittels Bolzen befestigt. Die Träger 82 tragen ein Paar von Kettenschlitten-Drehlagern 84 (dargestellt in 4 und 8). Eine Zahnradachse 88 erstreckt sich durch die Kettenschlitten-Drehlager 84. Ein Kettenschlitten 86 ist an der Zahnradachse 88 gegenüber der Schwinge 64 drehbar aufgenommen. Die Schwinge 64 enthält außerdem eine linke und eine rechte Schwingenverstärkung 106. Die linke Schwingenverstärkung 106 ist an der linken Seite des vorderen oberen Endes der Schwinge 64 angebracht und erstreckt sich nach hinten und nach unten bis zur Anbringung an dem linken Kettenschlitten-Drehträger 82a. Die rechte Schwingenverstärkung 106 (die nicht sichtbar ist) ist unterhalb des vorderen oberen Endes an der rechten Seite der Schwinge 64 befestigt und ist an dem rechten Kettenschlitten-Drehträger 82b gelagert. Die Schwingenverstärkungen 106 versteifen die zusammengesetzte Struktur aus der Schwinge 64, der linken und der rechten Schwingenverstärkung 106 und dem rechten und dem linken Kettenschlitten-Drehträger 82. Die kombinierte Schwingenstruktur, welche die Schwinge 64, die linke und die rechte Schwingenverstärkung 106 und den rechten und den linken Kettenschlitten-Drehträger 82 umfasst, bildet einen versteiften Aufhängungs-Ausleger, der vertikal um die Schwingenarm-Drehachse 60 verschwenkbar ist. Ein Griff 110 ist hinten an der Schwinge 64 befestigt, um das Anheben und Ziehen des Snowbikes zu erleichtern.
Wie in 6 bis 8 gezeigt ist, ist der Kettenschlitten 86 schwenkbar an der Zahnradachse 88 hinten an der kombinierten Schwingenstruktur befestigt und wird vertikal unterhalb der Schwinge 64 gedreht. Eine Endloskette oder ein Endlos-Raupenband 138 wird von dem Kettenschlitten 86 gehaltert und läuft um den Umfang des Kettenschlittens um. Die Schwingenstruktur und die Schwenkverbindungen mit dem Kettenschlitten 86 ermöglichen dem Kettenschlitten eine scherenartige Vertikalbewegung unterhalb der Schwinge 64, während eine horizontale, eine nach vorn geneigte oder eine nach hinten geneigte Orientierung beibehalten wird, so dass die Kette 168 in Zugverbindung mit dem Boden unterhalb des Snowbikes bleibt.
Der Aufbau des Kettenschlittens 86 ist in den 6 bis 11 dargestellt. Der Kettenschlitten 86 enthält einen Kettenschlitten-Rahmen 112, eine linke Kettengleitschiene 114a, die an der linken Seite des Kettenschlitten-Rahmens 112 befestigt ist, eine an der rechten Seite des Kettenschlitten-Rahmens 112 befestigte Kettengleitschiene 114b und ein Paar Gleitkufen 116, die entlang den Unterseiten der Kettengleitschienen 114 gelagert sind. Die Gleitkufen sind vorzugsweise aus einem haltbaren, hoch dichten Kunststoff gefertigt, der gute Reibungs- und Verschleisseigenschaften besitzt. Ein linker Eiskufenträger 158a ist an der linken Gleitschiene 114a gelagert, ein rechter Eiskufenträger 158b ist an der rechten Gleitschiene 114b gelagert. Eiskufen 160 sind an den unteren Rändern der Eiskufenträger 158 angebracht. Die Eiskufen 160 sollten aus einer Wolframcarbid-Legierung oder einem anderen geeigneten harten Material gefertigt sein, um scharfe, haltbare und in Eis einschneidende Kanten zu besitzen.
In den Gleitschienen 114 sind Zahnradachslager 118 (dargestellt in den 8, 9 und 11) gelagert. Die Zahnradachse 88 wird in den Zahnradachslagern 118 gehaltert und dreht sich in ihnen, außerdem ist sie in Kettenschlitten-Drehlagern 84 gelagert und dreht sich in ihnen. Dieser Aufbau macht es möglich, dass die Zahnradachse 88 als Scharnier-Schwenklager zwischen dem Kettenschlitten 86 und der kombinierten Schwingenstruktur arbeitet, welche aus der Schwinge 64, den Verstärkungen 106 und den Trägern 82 besteht. Ein Zahnradachsen-Kettenrad 120 ist am linken Ende der Zahnradachse 88 gelagert. Zwei als Zahnräder 122 bezeichnete Antriebsräder sind im mittleren Teil der Zahnradachse 88 gelagert. Zwischen den Kettenschlitten-Drehträgern 82 ist eine (in den 7 bis 9 sichtbare) Schwingen-Verstärkungsstange 124 gelagert, die dazu beiträgt, den korrekten Abstand und die Fluchtung der Kettenschlitten-Drehlager 84 aufrechtzuerhalten.
Zwei Führungsräder 126 sind an einer fixen Führungsradachse 130 gelagert und drehen sich auf dieser. Die Führungsradachse 130 ist in einem linken und einem rechten Kettenspanner 132 gelagert, die sich an jeder Seite des vorderen Bereichs des Kettenschlitten-Rahmens 112 befinden. Die Lage und die Ausrichtung der Führungsradachse 130 in dem Kettenschlitten-Rahmen 112 läßt sich z. B. mit Hilfe der Außengewindestangen und Stellmuttern einstellen, die als Kettenspanner 132 in den 6 bis 9 dargestellt sind. Auf ortsfesten Spannradachsen 186 sind Spannräder 134 drehbar gelagert. Die Enden der Spannradachsen 136 sind an den Mittelbereichen der Kettengleitschienen 114 gelagert. Eine Drehung der Führungsräder 126 und der Spannräder 134 auf ihren jeweiligen Achsen wird durch Lager 128 erleichtert.
Wie in 6 und 9 bis 11 dargestellt ist, läuft die Vortriebkette oder das Raupenband 138 um den Kettenschlitten-Rahmen 112 um, wobei sie beweglich geführt und abgestützt wird durch Antriebszahnräder 122, Führungsräder 126, Spannräder 134 sowie Gleitkufen 116. Antriebs- und Bremskräfte werden auf die Kette 138 übertragen durch das Zusammenwirken der Zahn- oder Kammräder 122 mit Kammradlaschen oder -greifern 150. Spannen und Ausrichten der Kette 138 an dem Kettenschlitten 86 erfolgt durch Positionieren der Führungsräder 126 mit Hilfe der Kettenspanner 132.
Die Komponenten der Kette oder des Raupenbands 138 sind in 12 dargestellt, sind aber auch in den 9 bis 11 zu sehen. Nach 12 enthält die Kette 138 ein Kettenband 140, Traktionsschaufeln 142a mit der Form A, Traktionsschaufeln 142b mit der Form B, Zahnradlaschen oder -greifer 150, Verstärkungsstäbe 152 und Gleitlagerclips 154. Das Kettenband 140 ist als Endlosband ausgeführt und kann aus einer beliebigen flexiblen und verstärkten Gummiverbindung oder einem ähnlich starken flexiblen Material bestehen, wie es auch bei herkömmlichen Schneefahrzeug-Antrieben verwendet wird. Die Traktionsschaufeln 142 und die Ketten-Zahnradlaschen 150 bestehen ebenfalls vorzugsweise aus an das Kettenband 140 angeformter starker, flexibler Gummiverbindung. Die Traktionsschaufeln 142 enthalten eine Mehrzahl von Traktionsschaufelblöcken 146. Die Blöcke 146 haben etwa einen rechteckigen Querschnitt und verlaufen in beiden Schnittrichtungen von der Basis zur Spitze hin verjüngt. Traktionsschaufelblöcke 146 haben mehrere Breitseitenflächen 145, die als seitliche Schneetraktionsflächen fungieren. Traktionsschaufelstege 148 verlaufen zwischen bestimmten Traktionsschaufelblöcken 146, um Schneetraktionsflächen für den Vortrieb und die Abbremsung des Fahrzeugs zu bilden. Verstärkungsstäbe 152 verlaufen seitlich über das Kettenband 140 an den Basen der Traktionsschaufeln 152 und sind von dem gleichen Material umgeben, aus dem auch die Traktionsschaufeln 142 gebildet sind. Die Traktionsschaufeln 142 und die Verstärkungsstäbe 152 verlaufen in seitlicher Richtung über die Seiten des Kettenbands 140 hinaus, wodurch Kettenbandöffnungen 155 zwischen den Enden benachbarter Traktionsschaufeln verbleiben. Die Verstärkungsstäbe 152 bestehen aus Glasfaser, Kohlenstofffaser oder einem anderen geeigneten, starren, festen und leichten Werkstoff. Gleitlagerclips 164 sind um die mit Gummi umhüllten Enden der Verstärkungsstäbe 152 aufgesetzt, um haltbare Lager- und Führungsflächen zu bilden, die auf den Gleitkufen 116 aufliegen. Die Gleitlagerclips 154 sollten aus Stahl oder einem anderen verschleißfesten Werkstoff bestehen.
Eine Kettenaufhängung sollte das Snowbike 10 und den Fahrer auf dem Kettenschlitten 86 tragen und abfedern. Bei einer Ausführungsform einer Kettenaufhängung für das in den 1, 4 und 5 dargestellte Snowbike 10 ist ein Stoßdämpfer 68 schwenkbar an einer Rahmen-Aufhängungsbefestigung 70 und an einem ersten Winkelhebel-Schwenkarm 78 eines Winkelhebels 72 gelagert. Wie in den 4 und 5 zu sehen ist, ist der Drehpunkt 74 des Winkelhebels an einer Schwingen-Aufhängungshalterung 76 der Schwinge 64 derart befestigt, dass der Winkelhebel 72 an der Schwinge 64 verschwenkt werden kann. Ein Stoßdämpfer 68 ist mit der Schwinge 64 über den Winkelhebel 72 gekoppelt. Der Stoßdämpfer 68 ist außerdem mit dem vorderen Ende des Kettenschlittens 86 über den Winkelhebel 72, eine Verbindungsstange 98 und einen Kettenschlitten-Aufhängungsrahmen 90 verbunden. Der Aufhängungsrahmen 90 enthält einen linken und rechten seitlichen Träger 92 sowie einen oberen Träger 94 und dient als Aufhängungsbefestigung für das vordere Ende des Kettenschlittens 86. Die seitlichen Träger 92 sind an den Seiten des Kettenschlitten-Rahmens 112 befestigt, der obere Träger 94 überspannt den oberen Teil der Kette 138 und einen Kettenschutz 156 und ist an dem linken und dem rechten Seitenträger 92 befestigt. Der Kettenschutz 156 ist an dem oberen Träger 94 und einem Kettenschutzhalter 157 (dargestellt nur in 4) befestigt und deckt das obere Trum der Kette 138 ab. Die Verbindungsstange 98 enthält einen Schaft 100, ein oberes Stangenende 102, welches justierbar in oder aus dem Schaft 100 geschraubt werden kann, und ein unteres Stangenende 104, welches ebenfalls in den Schaft 100 hinein geschraubt oder aus ihm heraus geschraubt werden kann. Das untere Stangenende 104 der Verbindungsstange 98 wird selektiv in eine der Schwenkverbindungen 96 des oberen Trägers 94 eingesetzt. Das obere Stangenende 102 der Verbindungsstange 98 wird selektiv in einen von zweiten Winkelhebel-Schwenkverbindungen 80 befestigt. Die Länge der Verbindungsstange 98 läßt sich beispielsweise dadurch einjustieren, dass man die Gewindeabschnitte des oberen Stangenendes 102 und des unteren Stangenendes 104 in den Schaft 100 einschraubt oder aus ihm heraus dreht. Die Kettenlastverteilung die Kettenaufhängungs-Kennwerte lassen sich modifizieren, indem man die Länge der Verbindungsstange 98 einjustiert und/oder selektiv die Schwenkverbindung 80 und/oder die Schwenkverbindung 96, an denen die Verbindungsstange 98 festgemacht ist, wechselt. Der Winkelhebel 72 teilt die Aufhängungskraft von dem Stoßdämpfer 68 auf die Schwinge 64 und das vordere Ende des Kettenschlittens 86 über die Verbindungsstange 98 und den Aufhängungsrahmen 90 auf. Die der Schwinge zugeteilte Aufhän gungskraft drängt diese in eine Drehbewegung nach unten um die Schwingenarm-Drehachse 60. Die dem vorderen Ende des Kettenschlittens 86 zugeteilte Aufhängungskraft drängt den Kettenschlitten in einer Schwenkbewegung um die Zahnradachse 88 nach unten, wobei die Achse als Schwenkverbindung zwischen dem Kettenschlitten 86 und der Schwinge 64 fungiert. Damit lassen sich die Aufhängungskräfte des Stoßdämpfers 68 sowohl auf das hintere als auch das vordere Ende des Kettenschlittens 86 in vorbestimmtem Verhältnis verteilen, um eine vorab festgelegte Längs-Lastverteilung über die Länge des mit dem Boden in Berührung stehenden Trum der Kette 138 zu erreichen. Das Snowbike 10 und sein Fahrer werden also gefedert auf dem Bodenkontakt-Trum der Kette 138 abgestützt.
Eine alternative Ausführungsform einer Kettenschlittenaufhängung unter Verwendung eines einzelnen Stoßdämpfers, eines Winkelhebels und einer Verbindungsstange ist in 16 gezeigt. Wie dort gezeigt ist, ist der Stoßdämpfer 68 schwenkbar gelagert zwischen einer Schwingen-Aufhängungsbefestigung 76' der Schwinge 64 und einem ersten Armdrehlager 78' eines Winkelhebels 72'. Ein Drehpunktlager 74' des Winkelhebels 72' ist drehbar mit einer Rahmen-Aufhängungsbefestigung 70' des Hauptrahmens 14 verbunden. Zwei Verbindungsstangen 98' werden hier eingesetzt, wobei die oberen Enden der Verbindungsstangen 78' an einander abgewandten Enden des Winkelhebels 72' an einem von einer Gruppe von zweiten Armdrehlagern 80' des Winkelhebels angebracht sind. Die Verbindungsstangen 98' erstrecken sich auf einander abgewandten Seiten der Schwingen-Aufhängungsbefestigung 76' und des Stoßdämpfers 68 nach unten, wobei die unteren Enden der Verbindungsstangen 98' selektiv mit einem der Drehlager 96 des Kettenschlitten-Aufhängungsrahmens 90 in Eingriff stehen. In 16 ist nur eine der Verbindungsstangen 98' dargestellt, da die auf der rechten Seite befindliche Verbindungsstange 98' hinter der auf der linken Seite befindlichen Verbindungsstange 98' liegt und dem Blick verborgen ist. Der Winkelhebel 72' verteilt die Aufhängungskraft von dem Stoßdämpfer 68 über die Schwinge 64 auf das hintere Ende des Kettenschlittens 86 und über die Verbindungsstangen 98' und den Aufhängungsrahmen 98 auf das vordere Ende des Kettenschlittens 86. Die Aufhängungskraft wird so verteilt, dass es zu einer vorbestimmten Lastverteilung über die Länge des mit dem Boden in Berührung stehenden Trums der Kette 138 kommt. Der Winkelhebel 72' dieser Ausführungsform besitzt zusätzlich einen Aufhängungs-Anschlagpuffer 93, der mit dem oberen Teil der Aufhängungsbefestigung 76' in Berührung tritt, um zu verhindern, dass das vordere Ende des Kettenschlittens 86 weiter als gewünscht unter die Schwinge 64 und von dieser weg verschwenkt wird.
Eine dritte Konfiguration einer Kettenschlittenaufhängung mit einem einzigen Stoßdämpfer, einem Winkelhebel und einer Verbindungsstange ist in 17 gezeigt. Ein Drehlager 74'' eines Winkelhebels 72" ist an einer Schwingen-Aufhängungsbefestigung 76'' am unteren hinteren Teil der Schwinge 64 gelagert. Der Stoßdämpfer 68 ist schwenkbar zwischen einer Schwenkverbindung 96' an dem oberen Träger 94' des Aufhängungsrahmens 90 und einem ersten Armdrehlager 78'' des Winkelhebels 72 gelagert. Eine Verbindungsstange 98'' ist schwenkbar zwischen einer Rahmen-Aufhängungsbefestigung 70'' des Hauptrahmens 14 und einem von einer Gruppe zweiter Armdrehlager 80'' des Winkelhebels 72'' gelagert. Der Stoßdämpfer 68 liefert eine Aufhängungs-Abfederungskraft zwischen dem Kettenschlitten-Aufhängungsrahmen 90 und dem ersten Armdrehlager 78'' des Winkelhebels 72''. Diese Kraft drängt den Kettenschlitten 86 um seine Scharnierverbindung bezüglich der Kettenschlitten-Drehlager 82 an der Zahnradachse 88 nach hinten und drängt gleichzeitig den Winkelhebel 72'' um den Winkelhebel-Drehpunkt 74'' im Gegenuhrzeigersinn gemäß 17. Der Winkelhebel 72'' überträgt diese Kraft auf das zweite Armdrehlager 80" mit Hilfe der Verbindungsstange 78'', wodurch eine Druckkraft über die Verbindungsstange 98'' auf die Rahmen-Aufhängungsbefestigung 70'' gebracht wird. Das in dem Winkelhebel-Drehlager 80'' und dem Schwenklager 74'' zustande kommende Kräftepaar drängt die Schwinge 64 um die Schwingenarm-Drehachse 60 nach unten. Der Winkelhebel 72'' verteilt die Federkraft aus dem Stoßdämpfer 68 zwischen der Schwinge 64 und dem vorderen Ende des Kettenschlittens 86 und zwischen dem Hauptrahmen 14 und der Schwinge 64. Die Aufhängungskräfte von dem Stoßdämpfer 68 werden somit in einem vorbestimmten Verhältnis verteilt auf das hintere und das vordere Ende des Kettenschlittens 86, wodurch das Gewicht des Snowbikes 10 und des Fahrers auf den Kettenschlitten 86 abgefedert aufgebracht wird, während eine vorbestimmte Längs-Lastverteilung zwischen der Kette 138 und dem Schnee zustande kommt.
Anhand der 5, 16 und 17 wurden drei unterschiedliche Möglichkeiten für einen einzelnen Stoßdämpfer, einen Kraftverteilungs-Winkelhebel und eine Verbindungsstange beschrieben, die in Kombination miteinander als Kettenschlittenaufhängung für das Snowbike 10 eingesetzt werden. Betrachtet man den Stoßdämpfer, den Winkelhebel und die Verbindungsstange in gelenkig miteinander verbundener Kombination, allerdings getrennt von dem Snowbike 10, so verbleiben noch drei offene Drehgelenke. Diese drei Drehgelenke umfassen den Winkelhebel-Drehpunkt, den Stoßdämpfer-Enddrehpunkt und einen Enddrehpunkt der Verbindungsstange. Es gibt sechs unterschiedliche Möglichkeiten oder Kombinationen, in deren Form diese drei noch offenen Drehverbindungen individuell und exklusiv in Aufhängungs-Schwenklager an dem Hauptrahmen 14, der Schwinge 64 und dem Kettenschlitten-Aufhängungsrahmen 10 angebracht werden können. Drei dieser sechs möglichen Verbindungskombinationen sind anhand der 5, 16 und 17 dargestellt. Es gibt drei weitere Drehverbindungs-Kombinationen von den sechs möglichen Kombinationen, die ermöglichen, Kräfte von einem einzigen Stoßdämpfer mit Hilfe des Winkelhebels in vorbestimmtem Verhältnis auf das hintere und das vordere Ende des Kettenschlittens zu verteilen. Allerdings wird angenommen, dass die drei verbleibenden Verbindungskombinationen weniger Praxis tauglich sind als jene, die bereits oben beschrieben und dargestellt wurden, so dass sie hier nicht im einzelnen dargestellt und beschrieben werden, sondern nur summarisch erläutert werden:

1. Gelenkig zwischen dem Kettenschlitten und dem ersten Arm des Winkelhebels angebrachter Stoßdämpfer; der Winkelhebel-Drehpunkt ist schwenkbar mit dem Hauptrahmen des Snowbikes verbunden, und die Verbindungsstange ist gelenkig zwischen dem zweiten Arm des Winkelhebels und der Schwinge angeordnet.
2. Der Stoßdämpfer sitzt drehbar zwischen der Schwinge und dem ersten Arm des Winkelhebels. Der Drehpunkt des Winkelhebels ist drehbar mit dem Kettenschlitten verbunden, und die Verbindungsstange liegt ge lenkig zwischen dem zweiten Arm des Winkelhebels und dem Hauptrahmen des Snowbikes.
3. Der Stoßdämpfer liegt gelenkig zwischen dem Hauptrahmen und dem ersten Arm des Winkelhebels, der Drehpunkt des Winkelhebels ist schwenkbar mit dem Kettenschlitten verbunden, und die Verbindungsstange liegt gelenkig zwischen dem zweiten Arm des Winkelhebels und der Schwinge.

Eine Ausführungsform einer Kettenaufhängung für das Snowbike 10, welche zwei Stoßdämpfer verwendet, ist in 18 gezeigt. Der Stoßdämpfer 68 und ein zweiter Stoßdämpfer 69 stellen jeweils Federkästen und Dämpfungskräfte bereit unter Einsatz beispielsweise einer Schraubenfeder und eines hydraulischen Dämpfers. Der Stoßdämpfer 68 ist zwischen die Rahmenaufhängungs-Befestigungsstelle 70 und eine Schwingenaufhängungs-Befestigungsstelle 76''' gekoppelt und drängt die Schwinge 64 um die Schwingenarm-Drehachse 60 drehend nach unten. Der zweite Stoßdämpfer 69 ist drehbar zwischen einer unteren Schwingenaufhängungs-Befestigungsstelle 77 der Schwinge 64 und einer der Drehverbindungen 96 in dem oberen Träger 94 angeordnet. Die Kraft des zweiten Stoßdämpfers 69 wird zwischen der Schwinge 64 und dem Aufhängungsrahmen 90 eingeleitet, um den Kettenschlitten 86 um die Drehverbindung an der Zahnradachse 88 zwischen dem Kettenschlitten 86 und den Kettenschlitten-Drehträgern 82 schwenkend nach unten vorzuspannen. Die Dämpfungskräfte der Stoßdämpfer 68 und 69 werden auf das hintere und das vordere Ende des Kettenschlittens 86 verteilt, um über die Länge des mit dem Boden in Berührung stehenden Trums der Kette 138 eine vorbestimmte Lastverteilung zu erreichen. Das Snowbike 10 und der Fahrer werden damit abgefedert auf dem mit dem Boden in Berührung stehenden Trum der Kette 138 abgestützt.
In 19 ist eine Kettenaufhängungs-Ausführungsform mit einem einzigen Stoßdämpfer dargestellt. Eine Rahmenaufhängungs-Befestigungsstelle 70"' befindet sich an einem Teil des Hauptrahmens 14', der sich unter dem Sattel 16 nach hinten erstreckt. Der Kettenschlitten-Aufhängungsrahmen 90 ist an einem Kettenschlitten-Rahmen 12' an einer Stelle befestigt, die im Vergleich zu der Stelle des Aufhängungsrahmens 90 an dem Kettenschlitten-Rahmen 112 der obigen Ausführungsformen vergleichsweise weit hinten liegt. Der Aufhängungsrahmen 90 ist bei dieser Ausführungsform außerdem in umgedrehter Orientierung angeordnet. Ein Stoßdämpfer 68' ist drehbar zwischen der Rahmenaufhängungs-Befestigungsstelle 70"' und einer der Drehverbindungen 76 des oberen Trägers 94 angeordnet, um das Snowbike 10 und den Fahrer abgefedert auf dem Kettenschlitten 86 abzustützen.
Nunmehr auf die 2, 4 und 13 bezugnehmend ist eine Schneekompaktierungsrampen-Anordnung 162 schwenkbar an dem vorderen Ende des Kettenschlittens 86 und am unteren Teil des Hauptrahmens 14 befestigt. Wie in 13 zu sehen ist, enthält die Rampenanordnungen 162 einen Rampenrahmen 164, eine am Boden des Rampenrahmens 164 befestigte Rampe 166, eine Schneeabdeckung 168, die die Spitze der Rampenanordnung bedeckt, und ein Paar Rampen-Drehverbindungsglieder 170. Vorzugsweise besteht die Rampe 166 aus einem Kunststoff mit ultrahohem Molekulargewicht, damit sie eine Oberfläche geringer Reibung aufweist, die haltbar, bruchsicher und abriebbeständig ist. Der Rampenrahmen 164 ist etwas breiter als der Kettenschlitten 86 und erstreckt sich um die Vorderseiten des Kettenschlittens 86 herum, um an den Enden der Führungsradachse 130 gelenkig angekoppelt zu sein und so ein Scharnier zwischen der Rampenanordnung 162 und dem Kettenschlitten 86 zu bilden. Das hintere Ende der Rampe 166 befindet sich etwa auf der gleichen Höhe wie der vordere Teil des unteren Trums des Kettenbands 140 der Kette 138. Das vordere Ende des Rampenrahmens 164 ist schwenkbar an den unteren Enden der Drehverbindungsglieder 170 angebracht. Die oberen Enden der Drehverbindungsglieder 170 sind scharnierartig mit einem Paar Rampenansätzen 172 gekoppelt, die an den Seiten des unteren Bereichs des Hauptrahmens 14 angebracht sind. Der Vorderteil des Rampenrahmens 164 wird von den Drehverbindungsgliedern 170 abgestützt und im Bewegungsablauf eingeschränkt auf die Bewegung in einem Kreisbogen um die Rampenansätze 172 in der Nähe des Bodens des Hauptrahmens 14. Die Rampenanordnung 162 kann sich nach vorne und nach hinten neigen und sich nach vorn und nach hinten bewegen, so wie es durch die Aufhängungsbewegung des Kettenschlittens 86 in Bezug auf den Hauptrahmen 14 erforderlich gemacht wird.
Im folgenden wird anhand der 4, 5, 14 und 15 das Kraftübertragungssystem des Snowbikes 10 beschrieben. Die Antriebskraft für die Kette oder das Raupenband 138 wird von einem Benzinmotor 18 geliefert und gelangt über das Getriebe 20 auf eine Getriebeausgangswelle 174, die ein Getriebeausgangswellen-Kettenrad 176 trägt. Wie am besten in 15 zu erkennen ist, wird von der Schwingenarm-Drehachse 60 eine Zwischennabe 66 gehalten und dreht sich mit ihr. Ein Primär-Zwischenkettenrad 178 ist an dem inneren Ende der Zwischennabe 66 angebracht. Ein Sekundär-Zwischenkettenrad 180 ist am äußeren Ende der Zwischennabe 66 angebracht. Eine hydraulische Scheibenbremse 181 enthält eine Bremsscheibe 182, die in der Mitte der Zwischennabe 66 angebracht ist, und einen hydraulischen Bremssattel 184, der am Hauptrahmen 14 gelagert ist. Der Bremssattel 184 überspannt die Bremsscheibe 182 und drängt Bremsbeläge gegen die Seiten der Bremsscheibe 182 während des Bremsvorgangs des Snowbikes 10. Eine Primär-Antriebskette 186 umschlingt das Getriebe-Ausgangskettenrad 176 und das Primärzwischenkettenrad 168 in eine Endlosschleife und liefert Vortriebskraft an die Zwischennabe 66. Eine Sekundär-Antriebskette 188 umschlingt das Sekundär-Zwischenkettenrad 180 und das Zahnradachsen-Kettenrad 120 in einer Endlosschleife und liefert Vortriebskraft und Bremskraft von der Zwischennabe 66 an die Zahnradachse 88. Eine Sekundär-Kettenführung-/Abdeckung 190 (dargestellt in den 1 bis 5, in den 14 und 15 aus Gründen der übersichtlichen Darstellung jedoch weggelassen) umschließt das obere und das untere Trum der Sekundär-Antriebskette 188 und ist an der linken Schwingenverstärkung 106a befestigt.
Lenkski, Aufhänaung und gyroskopische Stabilisator- und Lenkhilfe
Die Vorderaufhängung, der Lenkski und die gyroskopische Stabilisator- und Lenkhilfe werden im folgenden beschrieben. Zunächst auf 2, 4 und 20 bezugnehmend, ist ein Ski 204 mit der Lenkgabel 12 über einen Lenk-Verlängerungsrahmen 192 verbunden. An dem Verlängerungsrahmen 192 ist eine gyroskopische Stabilisier- und Lenkhilfe 250 gelagert, die im folgenden auch manchmal einfach als Stabilisator 250 bezeichnet wird. Der Verlängerungsrahmen 192 ist am unteren Ende der Lenkgabel 12 festgespannt oder ander weitig befestigt. Der Verlängerungsrahmen 192 ermöglicht die Verwendung einer herkömmlichen Motorrad-Lenkgabel. Anstatt der Kombination aus Lenkgabel 12 und Verlängerungsrahmen 192, die in der Zeichnung dargestellt ist, kann nach Wunsch auch eine längere Lenkgabel eingesetzt werden. Außerdem kann ein monolithisches längliches Lenkelement die Lenkgabel 12 ersetzen, in welchem Fall der Stabilisator 20 seitlich von dem monolithischen Lenkelement gelagert sein kann.
Die 21 und 22 zeigen von der Seite und von vorn den Verlängerungsrahmen 192, den Ski 204 und den Stabilisator 250 in von der Teleskoplenkgabel 12 aus Gründen der klaren Darstellung abgenommener Weise. Wie in 20 gezeigt ist, umfassen Gabel-Gleitbügel 194 die Außenseiten der oberen mittleren Abschnitte der Gabelschieber 36 und sind oben an dem Verlängerungsrahmen 192 befestigt, so dass der Verlängerungsrahmen fest an den Gabelschiebern sitzt. Eine Gyroachse 196 ist zwischen den Enden der Zinken der Lenkgabel 12 gelagert. Vorzugsweise ist die Gyroachse 196 an einem Ende mit einem Gewinde ausgestattet, um das Festspannen des unteren Teils der Gabelschieber 36 mit Hilfe einer Gewinde-Achsenmutter 197 zu erleichtern, so wie bei den Vorderachsen einiger Motorräder, die an den Motorrad-Gabelschiebern festgespannt sind. Die Gyro- oder Kreiselachse 196 erstreckt sich zwischen den Gabelschiebern 36 durch Löcher in einem rechten und einem linken Lagerträger 200, die an die Mittelbereiche des linken und des rechten Elements des Verlängerungsrahmens 192 angeschweißt sind und dazu dienen, den Verlängerungsrahmen 192 starr mit der Teleskoplenkgabel 12 zu verbinden. Wie in 4 und 20 zu sehen ist, sind Motorradbremsenlager hinten an dem unteren Ende des linken Gabelschiebers 36 an einen linken Lagerträger 200 geschraubt, um zusätzliche Festigkeit und Steifigkeit der Befestigung des Verlängerungsrahmens 192 an der Teleskoplenkgabel zu erreichen.
Der Ski 204 ist an einem Ski-Gelenkträger 206 angebracht. Eine Ski-Drehachse 208 ist in dem Ski-Gelenkträger 206 angeordnet und erstreckt sich durch den unteren Teil des Verlängerungsrahmens 192 und dreht sich in diesem. Die daraus resultierende Schwenkbewegung ermöglicht dem Ski eine Neigung nach vorn und nach hinten, um der Geländetopographie zu folgen, während gleich zeitig der zu steuernde Ski in seiner Bewegung eingeschränkt wird. Ein den Ski vorspannender Stoßdämpfer 210 ist drehbar zwischen dem Verlängerungsrahmen 92 und den hinterem Teil des Ski-Drehträgers 206 gekoppelt. Ein Skibelag 210 ist unter dem unteren Mittelteil des Skis 204 angebracht.
In den 4, 20 bis 22 und 25 bis 27 ist eine Ausführungsform des Stabilisators 250 dargestellt. Der Stabilisator befindet sich zwischen den Zinken der Lenkgabel 12, gelagert innerhalb des Verlängerungsrahmens 192. Der Stabilisator 250 enthält ein Gyroskop 252, einen Elektromotor 258, eine elektronische Motorsteuerung 262 und einen Steuerkasten 266. Das Gyroskop 252 ist an einer (in 22 zu erkennenden) Gyronabe 254 gelagert, die sich auf einer Gyroachse 196 dreht und in einer Drehrichtung umläuft, die durch den gekrümmten Pfeil an der Seite des Gyroskops 252 in den 4 und 21 angegeben ist. Der Motor 258 ist betrieblich an dem Gyroskop 252 und dem Verlängerungsrahmen 192 angebracht und liefert ein Drehmoment zwischen dem Verlängerungsrahmen 192 und dem Gyroskop 252, damit dieses in der angegebenen Richtung umläuft. Wie in den 20 und 25 zu sehen ist, sind die Steuerung 262 und der Steuerkasten 266 an dem oberen Dreifachbügel 30 vor der Lenkstange 38 befestigt. Ein Kabelbaum 260 verläßt den Motor 258 und verläuft entlang der Vorderseite des Verlängerungsrahmens 192 und des linken Gabelschiebers 36, um einen verstärkten und versteiften Abschnitt des Motorkabelbaums 260 zu der Steuerung 262 zu leiten. Der Stabilisator 250 könnte, wie z. B. in den 4 und 20 gezeigt ist, mit Hilfe eines Paares von Deckeln 256 eingeschlossen und geschützt sein, die an dem Verlängerungsrahmen 192 angebracht sind.
Mechanische Leistung zum Drehen des Gyroskops 252 wird von dem Motor 258 im wesentlichen proportional zu der in dem Motor 258 eingespeisten elektrischen Leistung aufgebracht. Die Steuerung 262 steuert die Zufuhr elektrischer Leistung zu dem Motor 258. Gespeist wird die Steuerung 262 von einem elektrischen Generatorsystem, welches von dem mit ihm integral ausgebildeten Benzinmotor 18 angetrieben wird. Nunmehr auf 25 bezugnehmend, steht die Steuerung 262 allgemein für eine handelsübliche Gleichstrommotorsteuerung, die mit dem Motor 258 und mit dem elektrischen Generatorsystem des Snowbikes 10 kompatibel ist. Beispielsweise kann man gemäß 25 eine pulsweitenmodulierte Gleichstrommotorsteuerung als Steuerung 262 verwenden, beispielsweise eine PWM-Motorsteuerung der Eagle Series für einen Motor mit 12 V und 40 Ampere, hergestellt von 4QD, 30 Reach Road, ßurwell, Cambridge Shire, CB5 OAH, Großbritannien. Die Geschwindigkeits-Steuereingangsgröße für die Steuerung 262 kann von externen Geschwindigkeits-Steuerschaltungen oder -geräten auf unterschiedliche Weise bereitgestellt werden. Der Steuerkasten 266 ist ebenfalls von 4QD für die PWM-Steuerung der Eagle Series verfügbar. Der Steuerkasten 266 ist mit der Steuerung 262 über ein Steuerkabel 268 verbunden und enthält einen Geschwindigkeitseinstellknopf 270, einen Ein/Aus-Druckschalter 272 und einen drei LEDs aufweisenden Geschwindigkeitsanzeiger 274. Wie in 25 gezeigt ist, ist der Steuerkasten 266 an dem oberen Dreifachbügel 30 vor der Lenkstange 38 gelagert, damit die Steuerung leicht für den Fahrer des Snowbikes erreichbar ist.
26 ist eine Schaltungsskizze einer elektronischen Servo-Eingabeschaltung 284 eines optionalen Regelsystems zum Regeln der Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 258 in Abhängigkeit der Geschwindigkeit des Snowbikes 10. Das Regelsystem enthält einen elektronischen Tachometer 282, der an der Seite des Bremssattels 184 (sichtbar in 27) angebracht ist, eine Servo-Eingabeschaltung 284 und die Steuerung 262. Der Tachometer 282 misst die Drehgeschwindigkeit der Zwischennabe 66 durch Erfassen der Drehzahl der Bremsscheibe 182 und liefert über ein Tachometerkabel 283 ein Tachometersignal 288 an die Servo-Eingabeschaltung 284, die sich in dem Steuerkasten 266 befindet. Die Servo-Eingabeschaltung 284 enthält ein Monoflop 290 und ein Tiefpaßfilter 296. Die Servo-Eingabeschaltung 284 wandelt das Tachometersignal 288 in ein niederfrequentes Spannungssignal 294 um, welches über das Steuerkabel 268 an die Steuerung 262 übertragen wird. Die Steuerung 262 treibt den Motor 258 mit einer Drehgeschwindigkeit an, die etwa proportional ist zur Drehzahl der Zwischennabe 66. Bei dieser Ausführungsform ist der Geschwindigkeitseinstellknopf 270 an einem Verstärkungspotentiometer 286 (dargestellt in 26) angebracht, welches die Verstärkung der Servo-Eingabeschaltung 284 festlegt.
Eine alternative Ausführungsform einer von einem Elektromotor angetriebenen gyroskopischen Stabilsier- und Lenkhilfe 250 ist in den 23 und 24 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform hat der Elektromotor 258' eine andere Ausgestaltung als der Motor 258 nach den 4, 21 und 22. Der Motor 258 ist speziell so ausgestaltet, dass er integral an der Seite des Gyroskops 262 in dem begrenzten Raum zwischen dem Gyroskop und dem Verlängerungsrahmen 192 angebracht ist. Alternativ handelt es sich bei dem Motor 258' um einen handelsüblichen Elektromotor, der weiter verbreitet und wirtschaftlicher ist als der Motor 258. Der Motor 258' ist an einem Motorhalterahmen 300 gelagert, der an dem oberen hinteren Teil des Verlängerungsrahmens 192 befestigt ist. Der Motor 258' besitzt ähnliche Energieversorgungsanforderungen wie der Motor 258 und kann mit den gleichen Steuerungsoptionen betrieben werden, wie sie für den Motor 258 erläutert wurden und in den 25 bis 27 dargestellt sind. Die elektrische Leistung für den Motor 258' wird von der Steuerung 262 über den Kabelbaum 260 geliefert. Der Motor 258' ist mit dem Gyroskop 252 betrieblich beispielsweise über einen Riementrieb mit einem 1 : 2-Übersetzungsverhältnis gekoppelt. Eine Antriebsriemenscheibe 304 mit einem doppelt so großen Durchmesser wie eine angetriebene Riemenscheibe 306 ist an einer Motorwelle 302 des Elektromotors 258' gelagert. Die angetriebene Riemenscheibe 306 ist konzentrisch an der Kreiselnabe 254 befestigt. Ein Endlosriemen 308 umschlingt die antreibende Riemenscheibe 304 und die angetriebene Riemenscheibe 306. Von dem Elektromotor 258' erzeugtes Drehmoment wird über die antreibende Riemenscheibe 304, den Riemen 308 und die angetriebene Riemenscheibe 306 auf das Gyroskop 262 geleitet, um dieses beispielsweise mit der doppelten Drehzahl anzutreiben, mit der der Elektromotor 258' arbeitet.
Als eine Alternative zu dem Motor 258 kann von dem Antriebsstrang des Snowbikes 10 gelieferte Leistung zum Drehen des Gyroskops 252 eingesetzt werden. Ein Beispiel für einen mechanischen Antrieb zum Betreiben des Gyroskops 252 aus dem Antriebsstrang des Snowbikes ist in den Fi. 28 bis 31 dargestellt. Wie in 30 gezeigt ist, ist ein antriebsseitiges Primär-Kegelrad 310 konzentrisch an der Zwischennabe 66 befestigt und kämmt mit einem antriebsseitigen Sekundär-Kegelrad 312, welches an einer flexiblen Welle 316 angebracht ist und diese antreibt. Die flexible Welle 316 hat einen ähnlichen Aufbau wie die flexiblen Wellen, die üblicherweise bei motorgetriebenen Schleif- und Formwerkzeugen eingesetzt werden, die von Hand gehaltene Werkzeug-Spannfutter aufweisen, die über zugehörige flexible Wellen von entfernt angeordneten ortsfesten Elektromotoren angetrieben werden. Ein Kegelrad-Lagerträger 314 hält das Kegelrad 312 in kämmendem Eingriff mit dem Kegelrad 310. Wie in 30 gezeigt ist, wird beispielsweise ein 1 : 4-Übersetzungsverhältnis von dem Kegelrad 310 auf das Kegelrad 312 dazu benutzt, das Drehmoment zu vermindern, welches von der flexiblen Welle 316 übertragen werden muss.
Das angetriebene Ende des mechanischen Antriebs für das Gyroskop 252 ist in den 28, 29 und 31 dargestellt. Die flexible Welle 316 ist an einem angetriebenen Primär-Kegelrad 318 befestigt. Wie in den 28 und 29 zu sehen ist, hält ein Kegelrad-Lagerträger 322 das Kegelrad 318 in kämmendem Eingriff mit einem angetriebenen Sekundär-Kegelrad 320. Mit Hilfe eines 2 : 1-Untersetzungsantriebs wird das Gyroskop 252 angetrieben, so dass es etwa mit der halben Drehzahl der flexiblen Welle 316 dreht. Das 1 : 4-Übersetzungsverhältnis an dem Antriebsende und das 2 : 1-Untersetzungsverhältnis am angetriebenen Ende dieses mechanischen Antriebs führt zu einem 1 : 2-Übersetzungsverhältnis zwischen der Zwischennabe 66 und dem Gyroskop 252. Man kann andere Antriebsverhältnisse wählen, je nach dem, wie es durch die Entwurfsbeschränkungen der Bauteile und die Entwurfsoptimierung des Stabilisator 250 vorgegeben wird.
Nach den 29 und 31 ist ein Viskositäts-Koppler 324 an der linken Seite des Gyroskops 252 konzentrisch angebracht. Der Viskositäts-Koppler 324 hat einen ähnlichen Aufbau und arbeitet ähnlich wie die Viskositäts-Koppler, die in Kraftfahrzeug-Kupplungen mit Radiatorkühler in den späten 70er und frühen 80er Jahren bei Kraftfahrzeugen von General Motors Corporation eingesetzt wurden. Der Viskositäts-Koppler 324 enthält eine Viskositäts-Kopplerscheibe 328, einen Viskositäts-Kopplerdeckel 326, eine Viskositäts-Kopplerdichtung 327 und ein (nicht gezeigtes) passendes viskoses Fluid. Der Viskositäts-Kopplerdeckel 326 ist an der Seite des Gyroskops 252 befestigt und drückt die Viskositäts-Kopp lerdichtung 327 mit der dazwischen eingeschlossenen Viskositäts-Kopplerscheibe 328 zusammen, wobei das geeignete viskose Fluid zwischen der linken Seite des Gyroskops 252 und der Innenseite des Viskositäts-Kopplerdeckels eingeschlossen ist. Ein angetriebenes Sekundär-Kegelrad 320 ist an der Viskositäts-Kopplerscheibe 328 angebracht und treibt diese an. Die Gyronabe 254 und die Viskositäts-Kopplerscheibe 328 drehen sich auf der Gyroachse 196. Drehmoment zum drehenden Antreiben des Gyroskops 252 wird von der Viskositäts-Kopplerscheibe 328 über das geeignete viskose Fluid auf die linke Seite des Gyroskops 252 und die Innenseite des Viskositäts-Kopplerdeckels 326 übertragen.
Es gibt weitere mechanische Kraftübertragungsoptionen, mit deren Hilfe man Bewegungskraft von dem Snowbike-Antriebsstrang auf das Gyroskop 252 übertragen kann, darunter hydraulische Pumpen und Motoren, pneumatische Kraftübertragungssysteme, Riementriebe und weitere mechanische Kraftübertragungseinrichtungen, deren Anzahl zu groß ist, um sie hier alle zu nennen. Das Gyroskop 252 kann auch von einem Rad oder einer Raupenkette angetrieben werden, die mit dem Schnee in der Nähe des Skis 204 in Berührung steht und aus der Bewegung des Snowbikes 10 gegenüber dem Schnee Drehmoment aufnimmt für das Gyroskop, so dass dieses mit einer Drehzahl umläuft, die im wesentlichen proportional zur Geschwindigkeit des Snowbikes ist.
32 und 33 zeigen eine alternative Ausführungsform des Stabilisators 250, bei der ein Gyroskop 252' getrennt von der Lenkgabel 12 und dem Verlängerungsrahmen 192 angebracht ist. Bei dieser Ausführungsform läuft das Gyroskop 252' auf einer Gyro- oder Kreiselachse 196', die innerhalb einer Gyroskoplafette 340 gelagert ist. Das Gyroskop 252' läuft in der durch den an der Seite des Gyroskops 252' in 33 dargestellten Pfeil angedeuteten Drehrichtung um. Die Gyroskoplafette 340 ist aufgehängt in einem Paar von Lagern 342, die an dem Hauptrahmen 14 befestigt sind. Die Lager 342 ermöglichen der Gyroskoplafette 340 ein Verschwenken auf der Drehachse der Lager 342. Eine Verbindungsstange 344 besteht aus einem Schaft 346 und einem Stangenende 348 an jedem Ende. Das hintere Ende der Verbindungsstange 344 ist an einem Ende seitlich an der Gyroskoplafette 340 angebracht, und zwar versetzt gegen über der Drehachse der Gyroskoplafette. Das vordere Ende der Verbindungsstange 344 ist an dem unteren Dreifachbügel 30 versetzt gegenüber der Lenkachse der Lenkgabel 12 angebracht. Die Verbindungsstange 344 sorgt für eine Kopplung der Steuer- und Stabilisierungsmomente zwischen der Lenkgabel 12 und der Gyroskoplafette 340. Ein Elektromotor 258 dreht das Gyroskop 252' und wird angetrieben von elektrischem Strom, der von der Steuerung 262 über einen Kabelbaum 360C zugeführt wird.
Betrieb des Snowbikes
Im Betrieb ist, wie aus 1 hervorgeht, das Snowbike 10 durch die Teleskoplenkgabel 12 auf dem Ski 204 und auf dem Kettenschlitten 86 durch die Kombination aus Schwinge 64, Stoßdämpfer 68, Winkelhebel 72, Verbindungsstab 98 und Aufhängungsrahmen 90 abgestützt und gepuffert. Die Schwenkverbindungen der Schwinge 64 bezüglich des Hauptrahmens 14 und des hinteren Teils des Kettenschlittens 86 ermöglichen letzterem, sich nach oben und nach unten zu bewegen, während sich die Schwinge in einem Bogen um die Schwingarm-Drehachse 60 dreht. Die Drehverbindung des Kettenschlittens 86 bezüglich der Schwinge 64 ermöglicht dem Kettenschlitten ein vertikales Verschwenken gegenüber dem hinteren Ende der Schwinge 64. Die vereinte Bewegung der Schwinge und des Kettenschlittens ermöglichen letzterem, in dem vollen Bereich des Kettenaufhängunghubs horizontal zu verbleiben und sich nach vorn oder nach hinten zu neigen, um den Traktionskontakt mit dem Boden aufrechtzuerhalten, über den sich das Snowbike 10 bewegt. Innerhalb praktischer Grenzen ist der Kettenschlitten 86 so ausgestaltet, dass Größe und Masse der Kette oder des Raupenbands 138 minimiert sind, während die Fläche des Traktionskontakts zwischen der Ketten 138 und dem Schnee maximiert ist. Erreicht wird dies durch Schaffung eines im wesentlichen festen Wegs für die Kette 138 um die Antriebszahnräder 122, die Führungsräder 126, die Spannräder 134 und die Gleitkufen 116, wie aus 6 hervorgeht. Die Durchmesser der Antriebszahnräder oder -kammräder 122 und der Führungsräder 126 sind in im wesentlichen minimierter Weise ausgewählt, allerdings nicht so klein, dass starke Leistungsverluste aufgrund der Durchbiegung der Kette 138 entstehen, während sich diese um die Antriebskammräder 122 und die Führungsräder 126 bewegt. Wie in den 7 bis 10 gezeigt ist, ist das zentrale Strukturelement des Kettenschlitten-Rahmens 112 vorzugsweise aus einem dünnwandigen Aluminiumrohrstück mit elliptischem Querschnitt oder aus einem ähnlich starken leichtgewichtigen Werkstoff hergestellt, das eine angemessene Torsionsstabilität für den Kettenschlitten 86 bei hohem Torsionssteifigkeits-Gewichts-Verhältnis hat. Diese Torsionssteifigkeit minimiert ein Verdrehen des Kettenschlittens 86, wenn eine Seite der Kette 138 stärker als die andere Seite belastet ist, wie es vorkommt, wenn das Snowbike in Kurven in Schräglage gelangt oder es durch hügeliges Gelände fährt. Das Minimieren der Verdrehung des Kettenschlittens 86 ist wünschenswert, um einen Seitenschlupf des Snowbikes 10 zu minimieren, die Richtungsstabilität des Snowbikes zu verbessern und die richtige Spannung in dem Antriebsband oder der Kette 138 aufrechtzuerhalten.
Die Achse der Drehverbindung zwischen dem Kettenschlitten 86 und der Schwinge 64 sollte möglichst kongruent sein mit der Drehachse der Kammradachse 88, und die Drehachse der Zwischennabe 66 sollte möglichst kongruent sein mit der Drehachse zwischen der Schwinge 64 und dem Hauptrahmen 14. Diese kongruenten Achsen machen es möglich, dass sich der Kettenschlitten 86 und die Schwinge 64 über den vollen Hub der Aufhängung bewegen, während die Länge der Sekundär-Antriebskette 188 relativ konstant bleibt. Dies erübrigt einen dynamischen Kettenspanner für die Sekundär-Antriebskette 188 und verringert die kurzzeitigen Spannungen, die möglicherweise als Last auf die Antriebskette 188 einwirken aufgrund der Aufhängungsbewegung des Kettenschlittens und der Schwinge. Die Kongruenz der Drehachsen mit den Schwenkachsen der Aufhängung kann angenähert oder im wesentlichen kongruent sein, wenn sich der Drehmittelpunkt der Kammradachse 88 beispielsweise innerhalb einer Entfernung von 100 mm der Achse der Schwenkverbindung zwischen dem Kettenschlitten 86 und der Schwinge 64 bewegt. Die Zwischennabe 66 kann mit einer Drehachse gelagert sein, die innerhalb von beispielsweise 100 mm im wesentlichen kongruent ist mit der Drehachse der Befestigung der Schwinge 64 am Hauptrahmen 14.
Gemäß 5 bildet der Stoßdämpfer 68 eine gedämpfte Federkraft zwischen dem Fahrzeug-Hauptrahmen 14 und der Drehachse 78 des ersten Arms des Winkelhebels 72. Diese Aufhängungs- und Dämpfungskraft wird geometrisch in einem vorbestimmten Verhältnis durch den Winkelhebel 72 verteilt auf den hinteren Teil des Kettenschlittens 86, und zwar über die Schwinge 64, und den vorderen Teil des Kettenschlittens 86, und zwar über den Verbindungsstab 98 und den Aufhängungsrahmen 90. Die Kraft von dem Stoßdämpfer 68 drängt die Schwinge 64 drehend um die Schwingarm-Drehachse 60 nach unten und drängt dadurch den hinteren Teil des Kettenschlittens 86 nach unten. Die Kraft von dem Stoßdämpfer 68 drängt gleichzeitig den Winkelhebel 72 drehend um den Winkelhebel-Schwenkpunkt 74 an der Schwingen-Aufhängungsbefestigung 76 nach unten und drängt damit den vorderen Teil des Kettenschlittens 86 über den Verbindungsstab 98 und den Aufhängungsrahmen 90 nach unten. Der relative Anteil der Stoßdämpfer-Pufferkraft, die auf den hinteren und den vorderen Teil des Kettenschlittens 86 verteilt wird, bestimmt sich durch die Abmessungen, die Geometrien und die geometrischen Verhältnisse der Bauteile der Kettenschlittenaufhängung. Diese Abmessungen, Geometrien und geometrischen Verhältnisse beinhalten den relativen Abstand und die Lage der Schwingarm-Drehachse 60 und der Rahmen-Aufhängungsbefestigung 70 an dem Hauptrahmen 14, die Lage der Schwingarm-Aufhängungshalterung 76 an der Schwinge 64, die Länge und die Zwischenwinkel zwischen den Armen des Winkelhebels 72, die Länge des Verbindungsstabs 98 und die Stelle der Drehverbindungen 76 an dem Kettenschlitten-Aufhängungsrahmen 90. Die gleichen Geometrien und Abmessungen bestimmen außerdem die Raten, mit denen sich die auf den hinteren und den vorderen Teil des Kettenschlittens 86 verteilten Kräfte zunehmen, wenn Schwerkräfte und Trägheitskräfte seitens des Snowbikes und des Fahrers den Kettenschlitten 86 zunehmend belasten, wodurch der Stoßdämpfer 68 zusammengedrückt wird. Um die Leistungsfähigkeit der Aufhängung des Snowbikes und/oder den Komfort für dessen Fahrer zu optimieren, lassen sich unterschiedliche Proportionen und Raten für die Aufhängungskraftverteilung auf dem vorderen und den hinteren Teil des Kettenschlittens 86 dadurch erreichen, dass man die geometrischen und Bemessungsverhältnisse der Komponenten der Kettenschlittenaufhängung abändert. In beschränkterem Ausmaß können die Kettenschlitten-Aufhängungskennwerte dadurch modifiziert werden, dass man die Länge des Verbindungsstabs 98 justiert, den Verbindungsstab 98 an einer anderen Stelle der Verbindungen 80 für den zweiten Arm des Winkelhebels und einer anderen Stelle der Drehverbindungen 96 des Aufhängungsrahmens 90 anbringt und/oder die Druck-Vorspannung des Stoßdämpfers 68 verstellt. Beispielsweise kann eine Aufhängungskraftverteilung eingestellt werden, bei der die Flächendrücke zwischen der Kette 138 und dem Schnee am hinteren Teil des Kettenschlittens 86 um 50 % höher sind als die Flächendrücke am vorderen Teil des Kettenschlittens 86. Dies würde die Kette 138 in die Lage versetzen, den Schnee progressiv zu kompaktieren, wenn sich der Kettenschlitten 86 über den Schnee bewegt, um auf diese Weise die Traktion der Kette 138 auf dem Schnee zu steigern. Es wird angenommen, dass eine derartige geringere Belastung auf der Vorderseite der Kette 138 und die Schneekompaktierungsrampe 166 letzterer und auch der Kette ermöglichen, in einfacherer und rascherer Weise auf die Oberfläche von weichem Schnee flach aufzusetzen. Andere Kettenbelastungsverteilungen und Kettenaufhängungs-Kennwerte können für andere betriebliche Aufhängungsund Traktions-Kennwerte erstrebenswert sein, erreichbar sind sie mittels Modifikationen an den Justierungen der Bauteile und mit Hilfe von geometrischen Ausgestaltungen.
Es ist wünschenswert, die Masse der Bauteile des Snowbikes, die nicht auf dem Kettenschlitten von der Kettenaufhängung gepuffert sind, zu minimieren. Die ungepufferte oder ungefederte Masse, die von dem Kettenschlitten getragen wird, ist Gegenstand viel stärkerer Beschleunigungskräfte aufgrund der Stöße zwischen der Kette 138 und Hindernissen auf dem Gelände sowie Welligkeiten, auf die die Kette auftrifft. Die höheren Beschleunigungskräfte, die sich aus zusätzlicher ungefederter Masse ergeben, müssen von den Spannrädern, den Spannradlagern und den Gleitkufen aufgenommen werden. Lebensdauer und Zuverlässigkeit dieser Komponenten werden also abträglich beeinflusst. Die Kettenaufhängungs-Ausführungsformen nach den 1 bis 5 und 16 sind deshalb zu bevorzugten, da nur ein Stoßdämpfer erforderlich ist und der Großteil der Masse des Stoßdämpfers und des Winkelhebels von dem Hauptrahmen des Snowbikes und dem oberen Teil der Schwinge aufgenommen werden. Die Masse dieser Bauteile wird von dem Kettenschlitten durch die Kettenaufhängung abgefedert.
Bei den Ausführungsformen mit einzelnem Stoßdämpfer und Kraftverteilungs-Winkelhebel nach den 16 und 17 sind Arbeitsweise, Leistungsfähigkeit und Justierbarkeit der Aufhängungs-Kennwerte praktisch identisch mit denen, die für die Ausführungsform mit einzelnem Stoßdämpfer und Kraftverteilungs-Winkelhebel der Ausführungsform nach den 1 bis 5 beschrieben wurden. Die in 17 dargestellte Ausführungsform ist deshalb weniger zu bevorzugen, weil die Masse des Stoßdämpfers 68 und des Winkelhebels 72" von dem Kettenschlitten 86 und dem hinteren Teil der Schwinge 64 getragen wird und praktisch ungefederte Masse darstellt.
Die zweite Stoßdämpfer-Kettenschlitten-Aufhängung, die in 18 dargestellt ist, unterscheidet sich im Betrieb und in der Leistungsfähigkeit etwas von den Ausführungsformen mit einzelnem Stoßdämpfer/Kraftverteilungs-Winkelhebel/Verbindungsstab nach den 1 bis 5, 16 und 17 darin, dass der Kettenschlitten sich nicht nach vorn und nach hinten neigt, um Geländefälligkeiten frei folgen zu können. Während der Kettenschlitten sich gegenüber der Längsachse des Snowbikes nach vorne und nach hinten neigen kann, um Traktionskontakt mit dem Schnee aufrechtzuerhalten, wird dem durch die Feder und die Dämpfung des zweiten Stoßdämpfers 69 Widerstand entgegengesetzt. Diese Ausführungsform sieht vor, dass der zweite Stoßdämpfer 69 zwischen dem Kettenschlitten 86 und dem unteren hinteren Teil der Schwinge 64 angeordnet wird, demzufolge die Masse des zweiten Stoßdämpfers 69 praktisch ungefedert ist.
Die in 19 dargestellte Ausführungsform mit einen einzelnen Stoßdämpfer aufweisender Kettenaufhängung ist möglicherweise die einfachste der hier beschriebenen Ausführungsformen. Dieser Ausführungsform mangelt es an einigen der erstrebenswerten Merkmale der Aufhängungsjustierung der in den 1 bis 5, 16 und 17 dargestellten Kettenaufhängungs-Ausführungsformen. Um einen vergleichbaren Bereich für den Kettenaufhängungshub zu erreichen, muss der Stoßdämpfer 68' wesentlich länger sein und einen im wesentlichen längeren Hub aufweisen als der Stoßdämpfer 68 der Ausführungsformen nach den 1 bis 5, 16 und 17.
Wenn gemäß den 2 und 13 sich das Snowbike 10 nach vorn bewegt, gleitet die Rampe 166 über den vor der Kette 138 befindlichen Schnee und kompaktiert diesen bis zu einer Höhe, die etwa dem vorderen Teil des unteren Trums der Kette 138 entspricht. Dies verhindert, dass sich der Schnee vor der Kette 138 auftürmt, und leitet den Schneekompaktierungsvorgang ein, der sich unterhalb der Kette fortsetzt. Es steht zu erwarten, dass diese progressive Kompaktierung des Schnees die Schneeflocken und -körner zu einer besser zusammenhängenden Masse unterhalb der Kette verdichtet und damit ermöglicht, dass die Traktionskräfte, die von der Kette ausgehen, wirksamer über eine größere Schneemasse verteilt werden. Erleichtert durch die Rampen-Drehverbindungsstäbe 170 kann sich die Rampenanordnung 162 nach vorn und nach hinten neigen und sich gegenüber dem Hauptrahmen 14 nach hinten und nach vorn verlagern. Die Drehverbindung des Rampenrahmens 164 mit der Führungsradachse 130 ermöglicht der Rampenanordnung 162 eine Neigung nach vorn und nach hinten gegenüber dem Kettenschlitten 86. Dieser Aufbau der Schneekompaktierungsrampe ermöglicht dem Kettenschlitten 86, sich über den gesamten Bewegungshub der Kettenaufhängung zu bewegen, während der untere hintere Teil der Rampe 166 in der angestrebten Nähe am vorderen Ende des unteren Trums der Kette 138 verbleibt. Auf diese Weise läßt sich eine Schneekompaktierungsrampe mit angemessen großer Rampe in den begrenzten Raum zwischen dem unteren Ende des Hauptrahmens 14 und dem Schnee einrichten, während der volle Hub der Aufhängungsbewegung des Kettenschlittens 86 möglich bleibt.
47 zeigt die vollen Bereiche der Vertikalbewegung der Kettenschlittenaufhängung und der Vorderksi-Aufhängung des Snowbikes 10. 47 ist eine Seitenansicht des Snowbikes nach 1, bei der der Stoßdämpfer 68 und die Teleskoplenkgabel 12 maximal belastet und zusammengedrückt sind, wie dies bei einer hohen Beschleunigungskraft der Fall ist, welche die Kettenaufhängung des Snowbikes und die Teleskoplenkgabel belasten. Die Stellungen für den Kettenschlitten 86, die Schwinge 64, die Schneekompaktierungsrampen-Anordnungen 162, den Ski 204, den Verlängerungsrahmen 192 und andere dazugehörige Komponenten sind für die unbelastete Aufhängung in strichpunktierten Linien dargestellt.
Nunmehr auf 12 bezugnehmend, wird die Kette 138 mit Traktionsschaufeln 142 hergestellt, die stumpfe Schaufelkanten 144 mit seitlich konvexen Profilen und steife Traktionsschaufelblöcke 146 mit Seitenflächen 145 besitzen. Schaufelstege 148 erstrecken sich zwischen ausgewählten Traktionsschaufelblöcken und bilden Vortrieb- und Brems-Schneetraktionsflächen. Die Blöcke 146 verstärken die Schaufeln und tragen dazu bei, sie an einer übermäßigen Durchbiegung bei extremen Snowbike-Beschleunigungs- und -Bremsvorgängen zu bewahren, um auf diese Weise eine Traktion aufrechtzuerhalten. Die Seitenflächen 145 der Blöcke 146 graben sich in die Schnee ein und drücken seitlich gegen den Schnee, um ein seitliches Rutschen zu minimieren, wenn das Snowbike bei einer Kurvenfahrt in Schräglage gebracht wird oder das Snowbike steile Hänge überquert. Gewichtsreduzierende Stegabschnitte 149 befinden sich zwischen ausgewählten Blöcken der Traktionsschaufeln 142a und 142b. Die durch diese im Gewicht reduzierten Stegabschnitte gebildeten Öffnungen vergrößern die freie Fläche der Seitenflächen 145 der Blöcke 146 benachbart zu den mit geringerer Höhe ausgebildeten Stegabschnitten 149. Dies soll den Widerstand der Kette gegen seitlichen Schlupf verbessern.
Die stumpfen Schaufelkanten 144 der Traktionsschaufeln 142 können nicht in die Oberfläche von Eis oder sehr hart verdichtetem Schnee eindringen, so dass die stumpfen Schaufelkanten 144 das Gewicht des Snowbikes auf derartigen harten Oberflächen tragen. 43 veranschaulicht dies in einer Vertikalschnittansicht des Kettenschlittens 86 und der Kette 138, während das Snowbike 10 schräg auf einer Eisoberfläche 650 fährt. Verschiedene Abschnitte der stumpfen Schaufelkanten 144 berühren das Eis, während das Fahrer das Snowbike 10 in unterschiedliche Winkelstellungen legt. Die konvexe Krümmung der stumpfen Schaufelkanten 144 ermöglicht es dem Fahrer, das Snowbike 10 übergangslos von Seite zu Seite auf harten Oberflächen zu legen, beispielsweise auf Eis oder stark verdichtetem Schnee, so dass das Snowbike 10 während Kurvenfahrten im Gleichgewicht bleibt. Das gekrümmte Seitenprofil ermöglicht bei einem Motorradreifen das glatte Schräglegen von einer Seite auf die andere bei der Kurvenfahrt in sehr ähnlicher Weise. Wenn das Snowbike 10 nun mehr als etwa 14% geneigt wird, wie es in 43 gezeigt ist, schneiden und graben sich die Eiskufen 160 in die Oberfläche des Eises oder des stark verdichteten Schnees. Dies trägt dazu bei, dass ein seitlicher Schlupf des Snowbikes auf einer derart rutschigen Unterlage verhindert wird.
44 ist eine Vertikalschnittansicht des Kettenschlittens 86 und der Kette 138, während das Snowbike 10 sich in Schräglage auf einer weichen Pulverschneeunterlage 652 bewegt. Bei weichem oder bei Pulverschnee dringt die gesamte Breite ebenso wie die Länge der Kette 138 in die Schneeoberfläche ein und komprimiert den weichen Schnee. Bei weichem Schnee wird der Großteil des von der Kette 138 getragenen Gewichts über die flachen Bereiche des Kettenbands 140 zwischen den Traktionsschaufeln 142 verteilt. Wenngleich das Kettenband 140 flach ist, steht zu erwarten, dass die Kompimierbarkeit des weichen Schnees dem Snowbike 10 ein einfaches Einknicken und Schräglegen ermöglicht.
45 zeigt eine Vertikalschnittansicht des Kettenschlittens 86 und der Kette 138, während sich das Snowbike 10 in Schräglage auf einer dicht gepackten Schneeunterlage 654 befindet. Die Traktionsschaufeln 142 dringen in die Oberfläche des dicht gepackten Schnees ein und komprimieren den Schnee unter den stumpfen Schaufelkanten 144 nur bis zu einer Tiefe, in der der verdichtete Schnee unterhalb der stumpfen Schaufelkanten das Gewicht des Snowbikes 10 und des Fahrers trägt. Wie in 12 gezeigt ist, besitzen die Traktionsschaufeln 142 mehrere Blöcke 146 in der Nähe der Mitte der Kette 138 als an den Rändern der Kette 138. Darüber hinaus besitzen die Schaufelblöcke in der Nähe der Mitte der Kette 138 größere Kantenbereiche als in der Nähe der Ränder der Kette 138. Aus diesem Grund dringen die Schaufelblöcke in der Nähe der Mitte der Kette 138 mit geringerer Tiefe in den dicht gepackten Schnee ein und komprimieren den auch bei geringerer Tiefe, als dies die spärlicher verteilten und kleineren Blöcke in der Nähe der Ränder der Kette 138 tun. Diese Besonderheit ermöglichen dem Fahrer, sich einfacher in die Kurve zu legen und das Snowbike 10 auch bei Bedingungen dichtem Schnees im Gleichgewicht zu halten.
46 zeigt eine Vertikalschnittansicht des Kettenschlittens 86 und der Kette 138, während sich das Snowbike 10 in einer Schräglage auf einer mäßig verdichteten Schneeunterlage 656 befindet. Mehrere Kettenbahn-Öffnungen 155 (dargestellt in 12) zwischen Gleitlagerklammern 154 ermöglichen, dass die Endbereiche der Traktionsschaufeln 142 neben den Kettenbahn-Öffnungen 155 und die Gleitlagerklammern 154 in den Schnee so weit eindringen, dass die Gleitlagerklammern 154 an der tiefer gelegenen Seite der Kette 138 sich unterhalb der Schneeoberfläche befinden. Die Hinter- und Vorderseiten der Gleitlagerklammern 154 fungieren als zusätzliche Schneetraktionsflächen unter Bedingungen von mäßig gepacktem und weichem Schnee. Kettenbahn-Öffnungen 155 ermöglichen außerdem, dass Schneeflocken und Eiskörnchen in den Bereich zwischen den Gleitlagerklammern 154 und den Gleitkufen 116 gelangen, um als Gleitmittel zwischen den Lagerflächen der Gleitlagerklammern und den Gleitkufen zu fungieren.
Wie in den 43, 45 und 46 gezeigt ist, schneiden die Eiskufen 160 in Eis, in hart gepackten Schnee und mäßig dichten Schnee ein, um einen seitlichen Schlupf des Snowbikes bei extremer Schräglage zu minimieren.
Allgemein auf die 20 bis 33 bezugnehmend, ist die gyroskopische Stabilisier- und Lenkhilfe 250 derart angebracht, dass das Gyroskop 252 in seiner Orientierung in einer normalerweise aufrechten Ebene umläuft, ausgerichtet im wesentlichen mit der vertikalen Achse des Snowbikes 10 und der Lenkrichtung des Skis 204. Die Kreiselachse 196 ist mit der Lenkgabel 12 verbunden oder gekoppelt. Das Gyroskop kann auch in einer drehbaren Gyroskopfafette gelagert sein, wie dies z. B. in den 32 bis 33 dargestellt ist. Diese getrennte Lagerung des Gyroskops macht es erforderlich, dass das Lenkmoment zwischen der Gyroskoplafette und der Lenkgabel beispielsweise mit Hilfe einer Verbindungsstange 344 übertragen wird. Der gyroskopische Stabilisierungseffekt, der durch den Stabilisator 250 erzielt wird, tritt ein, wenn das Snowbike 10 sich nach vorn bewegt und seitlich aus dem Gleichgewicht gekippt wird. Dieses seitliche Kippen des Snowbikes 10 kippt auch das Gyroskop 252 auf die Seite und bewirkt, dass das Gyroskop ein gyroskopisches Reaktionsmoment erzeugt, das rechtwinklig zur Längsachse des Snowbikes 10 verläuft, um die das Snowbike kippt. Dieses Reaktionsmoment wird über die Gyro- oder Kreiselachse 196 übertragen und auf die Lenkgabel 12 und auf den Ski 204 gekoppelt. Das gyroskopische Reaktionsmoment ist im wesentlichen proportional zum Dreh-Trägheitsmoment des Gyroskops 252, der Umdrehungszahl (UPM) des Gyroskops 252 und der Winkelgeschwindigkeit, mit der das Snowbike 10 aus dem Gleichgewicht gekippt wird. Das gyroskopische Reaktionsmoment, welches auf die Lenkgabel 12 und den Ski 204 gekoppelt wird, drängt die Lenkgabel und den Ski in eine Richtung, in der die Lenkachse der Lenkgabel 12 in der Richtung gedreht wird, in der das Snowbike 10 kippt. Die Vorwärtsbewegung des Snowbikes 10 veranlasst dann den Ski, unter den Schwerpunkt des Snowbikes 10 zurückzulenken, wodurch das Snowbike 10 wieder in die aufrechte Gleichgewichtslage gelangt. Dieses von dem Gyroskop 252 erzeugte Rückstellverhalten, welches auf den Ski 204 gekoppelt wird, erfolgt augenblicklich und unabhängig von einer fahrerseitigen Reaktion, so dass das Snowbike 10 einfacher im Gleichgewicht zu halten ist.
Der Lenkhilfenvorteil des Stabilisators 250 resultiert aus dieser gleichen gyroskopischen Reaktionskraft, indem diese den Fahrer des Snowbikes in die Lage versetzt, das Snowbike 10 durch beabsichtigtes Kippen oder Schräglegen des Snowbikes 10 aus dem Gleichgewicht zu lenken. Erreicht wird dies dadurch, dass der Fahrer mehr von seinem Gewicht auf die Fußraste 28a oder 28b verlagert, die sich auf der Seite der gewünschten Kurvenrichtung befindet, oder dass der Fahrer mit seinem Unterleib in seitlicher Richtung gegen das Snowbike 10 in der Richtung der gewünschten Kurve drückt. Die resultierende gyroskopische Kraft seitens des Gyroskops 252 zwingt den Ski 204 zu einer Wendung in die beabsichtigte Richtung, ohne dass der Fahrer Lenkkraft auf die Lenkstange 38 aufbringen muss. Diese Lenk- und Steuerdynamik stellt einen typischen, eigenen Aspekt eines Motorrads und eines Fahrrads beim Fahren dar. Es ist erstrebenswert, diese Gleichgewichts- und Lenkdynamik bei dem Snowbike 10 nachzuahmen, so dass der Betriebsablauf bei dem Snowbike für einen erfahrenen Motorrad- oder Fahrradfahrer natürlich und intuitiv ist.
Das Gyroskop 252 wird mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben, die in einem angenäherten, vorbestimmten Verhältnis zur Geschwindigkeit des Snowbikes 10 oder zu einer anderen vorbestimmten Drehgeschwindigkeit steht, um die angestrebte gyroskopische Fahrzeug-Lenksteuerung und Gleichgewichtscharakteristik zu erhalten.
25 zeigt eine Gyroskop-Konstantgeschwindigkeits-Option unter Einsatz eines Elektromotors und einer Steuerung zum Drehen des Gyroskops. Die Drehgeschwindigkeit des Motors 258 wird auf eine Sollgeschwindigkeit gebracht, die proportional zu der Stellung eines Geschwindigkeits-Einstellknopfs 270 ist. Der Geschwindigkeitseinstellknopf 270 betätigt ein (nicht gezeigtes) Potentiometer in dem Steuerkasten 266. Das Potentiometer liefert eine Gleichspannung proportional zur Stellung des Geschwindigkeitseinstellknopfs 270 über das Steuerkabel 268 an die Steuerung 262, die eine pulsweitenmodulierte Spannung mit einem Tastverhältnis im wesentlichen proportional zur Stellung des Geschwindigkeitseinstellknopfs 270 erzeugt und diese pulsweitenmodulierte Spannung über den Kabelbaum 260 an den Elektromotor 258 gibt. Hierdurch wird der Motor 258 angetrieben, so dass er mit einer Drehgeschwindigkeit umläuft, die etwa proportional zur Stellung des Geschwindigkeitseinstellknopfs 270 ist.
Eine Elektromotor-Geschwindigkeitssteuer-Option, die die Drehgeschwindigkeit des Gyroskops so steuert, dass sie im wesentlichen proportional zur Geschwindigkeit des Snowbikes 10 ist, ist zusätzlich in den 26 und 27 dargestellt. Das Steuersystem enthält einen elektronischen Tachometer 282, eine Servo-Eingabeschaltung 284, die im Steuerkasten 266 eingeschlossen ist, und eine Steuerung 262. Der elektronische Tachometer 282 ist an dem Bremssattel 184 benachbart zur Bremsscheibe 182 angeordnet und misst die Drehzahl der Zwischennabe 66, wozu er Schlitzlöcher detektiert, die radial in der Bremsscheibe 182 verteilt angeordnet sind, um auf diese Weise die Geschwindigkeit des Antriebsstrangs des Snowbikes 10 zu messen. Der elektronische Tachometer 282 liefert ein Tachometersignal 288 an die Servo-Eingabeschaltung 284. Das Tachometersignal 288 hat eine Impulsfrequenz proportional zur Drehzahl der Zwischennabe 66. Die Servo-Eingabeschaltung 284, in 26 durch einen Schaltungsblock dargestellt, ist in dem Steuerkasten 266 untergebracht und wandelt das Tachometersignal 288 in ein niederfrequentes Spannungssignal 294 um. Ein Monoflop 290 in der Servo-Eingabeschaltung 284 wandelt das Tachometersignal 288 um in einen Impulszug 292, der aus elektrischen Impulsen mit der gleichen Frequenz wie der des Tachometersignal 288 besteht, allerdings Impulsbreiten hat, die durch die Einstellung des Verstärkungspotentiometers 286 festgelegt werden. Ein Tiefpaßfilter 296 wandelt den Impulszug 292 in ein niederfrequentes Spannungssignal 294 um, dessen variierende Spannung im wesentlichen proportional zur Drehzahl der Zwischennabe 66 ist und von etwa 0,5 V, wenn die Zwischennabe 66 nicht umläuft, bis etwa 4 V bei Drehung der Zwischennabe 66 mit maximaler Solldrehzahl reicht. Das Spannungssignal 294 wird über das Steuerkabel 268 auf die Steuerung 262 übertragen. Die Steuerung 262 speist den Motor 258 mit einer pulsweitenmodulierten Spannung, die ein Tastverhältnis im wesentlichen proportional zum Spannungswert des Spannungssignals 294 hat. Der Motor 258 beschleunigt das Gyroskop 252, so dass dies mit einer Drehzahl umläuft, die etwa proportional zum Tastverhältnis der in den Elektromotor 258 eingespeisten pulsweitenmodulierten Spannung ist. Das Gyroskop 252 wird dadurch von dem Motor 258 mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben, die etwa proportional zur Fahrgeschwindigkeit des Snowbikes 10 ist.
Man könnte programmierbare Regelschaltungen verwenden, um die Drehgeschwindigkeit des Gyroskops 252 noch optimaler einzustellen. Eine solche Regelschaltung könnte Tachometerfühler enthalten, die sowohl die Geschwindigkeit des Antriebsstrangs des Snowbikes als auch die Drehgeschwindigkeit des Gyroskops 252 messen. Es könnte eine Mikroprozessor-Steuerung implementiert und programmiert werden, um sowohl die Geschwindigkeit des Gyroskops als auch die Fahrgeschwindigkeit des Antriebsstrangs zu überwachen, und die Verwendung laufender und zurückliegender Werte für diese Geschwindigkeiten könnten benutzt werden, um optimale pulsweitenmodulierte Steuerspannungen und -ströme für den Elektromotor 258 zu erzeugen.
Eine alternative Lagerung für den Stabilisator 250 ist in den 32 und 33 dargestellt, wonach das Gyroskop 252' in dem Hauptrahmen 14 an einer geschützten Stelle aufgehängt ist. Die Lagerung des Gyroskops an dem Hauptrahmen 14 anstatt an dem Verlängerungsrahmen 192 trennt das Gyroskop von den Stößen und abträglichen Einflüssen, denen ein an dem Verlängerungsrahmen 192 gelagertes Gyroskop ausgesetzt ist. Das Gyroskop 252' nach den 32 bis 33 kann kleiner bauen und mit höherer Drehzahl umlaufen als die Ausführungsform des Gyroskops 252 gemäß den 21 bis 24, 28 und 29, bedingt durch den Schutz gegen Stöße und die Trennung vor mechanischen Stößen und Vibrationen, die durch die Lagerungsstelle am Hauptrahmen erreicht wird.
Die mechanische Antriebsoption für das Gyroskop 252 nach den 28 bis 31 dreht das Gyroskop 252 mit einer Drehzahl, die etwa proportional zur Geschwindigkeit des Snowbikes 10 ist. Normalerweise liegt das Verhältnis der Gyroskop-Drehgeschwindigkeit zu der Geschwindigkeit der Zwischennabe 66 fest, bestimmt durch das Zähneverhältnis der Kegelräder 310 und 312 und das Zähneverhältnis der Kegelräder 318 und 320. Die Zwischennabe 66 läßt sich von dem Benzinmotor 18 rasch beschleunigen und kann durch die Scheibenbremse 181 nahezu sofort beschleunigt und angehalten werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, irgendeine Art von Drehmomentbegrenzer in die die flexible Welle aufweisende Antriebsanordnung zwischen der Zwischennabe 66 und dem Gyroskop 252 einzufügen, um das Drehmoment zu begrenzen, welches die flexible Welle 316 übertragen muss. Ohne einen derartige Drehmomentbegrenzer könnte die flexible Welle 316 Drehmomentwerten ausgesetzt sein, die über praktische Entwurfsgrenzen der flexiblen Welle hinausgehen. Ein derartiger Drehmomentbegrenzer könnte beispielsweise die Form des Viskositäts-Kopplers 324 haben, wie er in den 28, 29 und 31 dargestellt ist. Das viskose Fluid, welches Drehmoment zwischen der Viskositäts-Kopplerscheibe 328 und dem Gyroskop 252 überträgt, ermöglicht der Viskositäts-Kopplerscheibe, einen Schlupf gegenüber dem Gyroskop 252 einzunehmen, wobei das Ausmaß des Schlupfes etwa proportional zu dem übertragenen Drehmoment ist. Der Viskositäts-Koppler 324 begrenzt das Drehmoment, welches die flexible Welle 316 überträgt, kann aber auch die Beschleunigung und Verzögerung des Gyroskops 252 begrenzen, wenn das Snowbike 10 beschleunigt und abgebremst wird. Man kann damit rechnen, dass eine solche geringere Beschleunigung und Verzögerung des Gyroskops 252 fast nicht wahrnehmbar für den Fahrer des Snowbikes ist und daher von der Funktion akzeptierbar ist.
Erneut auf 20 bezugnehmend, wird der hintere Teil des Skis 204 um die Ski-Drehachse 208 von dem Ski-Vorspann-Stoßdämpfer 210 nach unten gedrängt, wodurch die vordere Spitze des Skis nach oben gedrückt wird, so dass der Ski leichter auf der Oberfläche des Schnees gleiten kann. Die Kraft von dem Stoßdämpfer 210 bewirkt außerdem, dass der Ski 204 nach oben geneigt wird, wenn das Snowbike 10 abhebt, so dass verhindert wird, dass die Spitze des Skis 204 sich beim Wiederaufsetzen des Snowbikes auf dem Schnee in den Schnee bohrt. Die Dämpfung, die durch den Stoßdämpfer 210 bereitgestellt wird, dient zum Verhindern, dass der Ski 204 um die Ski-Drehachse 208 schwingt, wenn der Ski abhebt, wobei außerdem unerwünschte Vibrationen und Schwingungen des Skis 204 vermieden werden, wenn dieser über wellige oder unebene Schneeoberflächen fährt. Die Ski-Lauffläche 212, die in der Mitte unter dem Ski 204 angebracht ist, steigert die Richtungsstabilität des Skis 204 und schützt diesen vor Verschleiß.
Aufbau des Schneefahrrads
34 bis 36 zeigen in einer Seiten-Front- bzw. Rückansicht ein von Menschenkraft betriebenes Fahrrad ähnliches Schneefahrzeug, allgemein mit dem Bezugszeichen 410 versehen. Das Schneefahrzeug 410 wird hier als Schneefahrrad 410 bezeichnet, um es von dem motorgetriebenen Snowbike 10 zu unterscheiden. Während das Schneefahrrad 410 sich von dem Snowbike 10 völlig zu unterscheiden scheint, sind die meisten Komponenten des Schneefahrrads 410, die für die vorliegende Erfindung relevant sind, in ihrem Erscheinungsbild ähnlich den entsprechenden Komponenten des Snowbikes 10 und haben auch entsprechende Aufgaben und Funktionen. Um Redundanz bei der Definition zu vermeiden, und um die Vergleiche des Schneefahrrads 410 mit dem Snowbike 10 zu erleichtern, sind für ähnliche Komponenten von Snowbike und Schneefahrrad gleiche Bezugszeichen verwendet. Dort, wo der Aufbau und das Erscheinungsbild der Bauteile deutlich verschieden voneinander sind, werden andere Bezugszeichen verwendet. Wenn die Funktion einer anders in Erscheinung tretenden Komponenten des Schneefahrrads 410 die gleiche ist wie die Funktion der entsprechenden Komponente des Snowbikes 10, ist das Bezugs wichen um 400 gegenüber demjenigen der Snowbike-Ausführungsform erhöht.
Das Schneefahrrad 410 kann zahlreiche Teile und viel von den Strukturmerkmalen eines typischen Mountainbikes mit Vollfederung enthalten. Nunmehr auf 37 bezugnehmend, enthält das Schneefahrrad 410 einen Hauptrahmen 414 mit einem Lenk-Kopfrohr 415, einem Sattel 416, einer Sattelstütze 417, einer Pedalkurbel 418, die an einer Kurbelachse 419 angebracht ist, eine Lenkstange 438 und einen Lenkstangenschaft 437. Die Kurbelachse 419 dreht sich in einem Unterträger 435 eines Schwingenrahmens 464. Weiterhin ist ein Fahrrad-Antriebsstrang 423 vorgesehen, der eine Primär-Antriebskette 424, einen Satz von Kettenblättern 420, die an der Pedalkurbel 418 gelagert sind, einen vorderen Kettenumwerfer 425, einen vorderen Umwerfer-Steller 446, eine Schaltkassette 426, einen hinteren Umwerfer 427 und einen hinteren Umwerfer-Schieber 447 aufweist. Die Umwerfer-Schieber 446 und 447 sind an der Lenkstange 438 angebracht und sind in den 35 und 36 erkennbar. All diese Komponenten sind von dem allgemein bekannten Aufbau, wie er bei zahlreichen Mountainbikes gemäß Stand der Technik verwendet wird, und sie haben die gleichen Funktionen wie bei Mountainbikes. Aus diesem rund werden im folgenden der Aufbau und die Arbeitsweise dieser Komponenten nicht näher beschrieben.
Beim Vergleich des Aufbaus des Schneefahrrads 410 mit dem des Snowbikes 10 sind die Darstellungen des Schneefahrrads in den 34 bis 38 vergleichbar mit denen des Snowbikes in den 1 bis 5.
Der Schwingenrahmen 464 des Schneefahrrads 410 unterscheidet sich in der Struktur von der Schwinge 64 des Snowbikes 10, ähnelt dieser aber in der Funktionsweise. Der Schwingenrahmen 464 ist an dem Schneefahrrad-Hauptrahmen 414 an einem Schwingarm-Drehgelenk 460 gelagert. Der Kettenschlitten 86 hat im Grunde genommen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise wie der Kettenschlitten 86 des in den 6 bis 11 dargestellten Snowbikes, er unterscheidet sich nur in der Größe von letzterem, und unter anderem durch das Breiten-Höhen-Verhältnis. Ein linker und ein rechter Kettenschlitten-Drehträger 482 unterscheiden sich in der Form etwas von den Ket tenschlitten-Drehträgern 82 des Snowbikes 10, haben aber identische Funktion. 6 bis 11 und die dazugehörige Beschreibung des Kettenschlittens 86, die bereits für das Snowbike 10 angegeben wurde, gelten auch für die Schneefahrrad-Ausführungsform des Kettenschlittens 86. Nunmehr auch auf die 38 bezugnehmend, sind die Kettenschlitten-Drehträger 482 an dem Schwingenrahmen 464 und an einer linken und einer rechten Schwingenarmverstärkung 50 befestigt. Die Kammradachse 88 dreht sich in Lagern 84, die in den Drehträgern 482 gelagert sind, und sie dient als Drehpunkt zwischen dem Kettenschlitten 86 und dem Schwingenrahmen 464. Der Schwingenrahmen 464 wird vertikal um die Schwingarm-Drehachse 460 an dem Hauptrahmen 414 verschwenkt, und der Kettenschlitten 86 wird vertikal um den Verbindungspunkt der Kammradachse 88 mit den Drehträgern 482 verschwenkt. Die so gebildete scherenartige Schwingenstruktur und die Drehverbindungen ermöglichen, dass sich der Kettenschlitten 86 vertikal unterhalb des Schwingenrahmens 464 bewegt, während er eine horizontale Orientierung, eine Neigung nach vorn oder eine Neigung nach hinten einnimmt, je nach dem, wie es erforderlich ist, um die Kette 138 in Traktionskontakt mit dem Boden unterhalb des Schneefahrrads 410 zu halten.
Die Kettenschlittenaufhängung für das Schneefahrrad 410, die in 38 dargestellt ist, hat den gleichen Grundaufbau und die gleiche Funktion wie die Kettenschlittenaufhängung des Snowbikes 10, die in 5 dargestellt ist. Die Beschreibung der Struktur und der Arbeitsweise für die Kettenschlittenaufhängung gilt vom Konzept her auch für die Kettenschlittenaufhängung des Schneefahrrads 410. Ein Stoßdämpfer 468 ist drehbar zwischen einer Rahmenaufhängungs-Lagerstelle 470 an dem Hauptrahmen 414 und einem Drehlager 478 des ersten Arms eines Winkelhebels 472 gelagert. Der Winkelhebel 472 überträgt und verteilt die Aufhängungskraft seitens des Stoßdämpfers 468 über das Winkelhebel-Drehlager 474 auf eine Schwingenrahmen-Aufhängungslagerung 476. Die zugeteilte Kraft drängt den Schwingenrahmen 464 um das Schwingarm-Drehlager 460 nach unten und zwingt damit den hinteren Teil des Kettenschlittens 86 nach unten. Die Aufhängungskraft von dem Stoßdämpfer 468 drängt außerdem den Winkelhebel 472 im Uhrzeigersinn (gemäß 38) um das Winkelhebel-Drehlager 474 und verteilt damit die Aufhän gungskraft über die Verbindungsstange 78 auf einen Oberträger 94, der an einem Rampenrahmen 564 einer Schneerampen-Anordnung 562 angebracht ist. Der Rampenrahmen 564 ist an dem Kettenschlitten-Rahmen 112 befestigt und überträgt die zugeteilte Aufhängungskraft auf den vorderen Teil des Kettenschlittens 86, um ihn um die Drehverbindung an der Kammradachse 88 zwischen den Drehträgern 482 und dem Kettenschlitten 86 nach unten zu drängen. Die Aufhängungskraft des Stoßdämpfers 468 wird auf diese Weise auf sowohl das hintere als auch das vordere Ende des Kettenschlittens 86 in einem vorbestimmten Verhältnis verteilt, um eine vorbestimmte Lastverteilung längs des mit dem Boden in Berührung befindlichen Trums der Kette 138 zu erreichen. Wie bei dem Snowbike 10 ermöglicht eine Längenjustierung der Verbindungsstange 98 und der alternativen Drehlager-Anbringungsstellen für die Verbindungsstange 98 in einer Gruppe von Winkelhebel-Drehlagerstellen 480 und in Drehlagerstellen 96 an dem Oberträger 94 eine begrenzte Justierung der Vorne/Hinten-Lastenverteilung der Kette 138. Alternative Kettenaufhängungs-Ausführungsformen, die bereits für das Snowbike 10 beschrieben und dargestellt wurden, einschließlich der vier Kettenaufhängungs-Ausführungsformen nach den 16 bis 19 stellen auch bei entsprechender Modifikation alternative Ausführungsformen einer Kettenaufhängung für das Schneefahrrad 410 dar.
Bezugnehmend auf die 37 bis 39 erweist sich eine Zwischennabe 466 des Schneefahrrads 410 als etwas verschieden von der Zwischennabe 66 des Snowbikes 10 nach den 14 und 15, wenngleich der Grundaufbau und die Funktion sehr ähnlich sind. Die Zwischennabe 466 lagert drehend eine Zwischennabenachse 467, die an dem oberen Mittelteil des Schwingenrahmens 464 angebracht ist. Der Fahrrad-Antriebsstrang 423 koppelt die Pedalkurbel 418 mit der Zwischennabe 466 ähnlich einem Antriebsstrang, der bei mehrgängigen Fahrrädern die Tretkurbel des Fahrrads mit der Hinterradnabe verbindet. Die Primär-Antriebskette 424 des Fahrrad-Antriebsstrangs 423 wird über einen Kettenaufhänger 429 geleitet, der an der Unterseite des Schwingenrahmens 464 angebracht ist. Ein gelagertes Kettenspannrad 429' ist innerhalb des Kettenaufhängers 429 gelagert und ermöglicht, dass die Primär-Antriebskette 424 mit minimaler Reibung über den Kettenaufhänger läuft.
Eine Scheibenbremse 581 enthält eine Bremsscheibe 182 und einen Bremssattel 584, wie am besten in den 37 und 39 zu sehen ist. Der Bremssattel 584 überspreizt die Bremsscheibe 182 und ist an dem Schwingenrahmen 464 gelagert. Der Bremssattel 584 drückt Bremsbeläge gegen die Seiten der Bremsscheibe 182, wenn der Fahrer einen Bremshebel 484 betätigt, der an der Lenkstange 438 angebracht ist (dargestellt in den 35 und 36). Nunmehr auf 41 bezugnehmend, ist die Bremsscheibe 182 konzentrisch am Mittelteil der Zwischennabe 466 befestigt, und ein Sekundär-Zwischenkettenrad 580 ist konzentrisch an der linken Seite der Zwischennabe 466 angebracht. Eine Sekundär-Antriebskette 588 umschlingt das Sekundär-Zwischenkettenrad 580 und ein Kammradachsen-Kettenrad 120 in einer Endlosschleife und überträgt Antriebsleistung sowie ein Bremsmoment von der Zwischennabe 466 auf die Kammradachse 88. Ein antriebsseitiges Primär-Kegelrad 310 ist konzentrisch an der Zwischennabe 466 benachbart zu der Bremsscheibe 182 angebracht.
Die am besten in den 37 und 38 zu sehende Schneekompaktierungsrampen-Anordnung 582 enthält einen Rampenrahmen 564, eine Schneekompaktierungsrampe 566, die am Boden des Rampenrahmens 564 angebracht ist, und eine Schneeabdeckung 568, die den vorderen Teil des Rampenrahmens 564 einschließt. Die Seitenteile des Rampenrahmens 564 erstrecken sich um das vordere Ende der Kette 138 und sind an den Vorderseiten des Kettenschlitten-Rahmens 112 angebracht. Der Rampenrahmen 564 hält die Rampe 566 in einer fixierten Lage in Bezug auf den Kettenschlitten 86, wobei das untere hintere Ende der Rampe 566 etwa die gleiche Höhe hat wie der Vorderteil des unteren Trums der Kette 138. Der Oberrahmen 94 überbrückt den oberen Teil der Kette 138 und den Kettenschutz 156, angebracht an den Oberteilen der hinteren Seitenelemente des Rampenrahmens 564.
Nunmehr auf die 35 bis 37 bezugnehmend, sind die vorderen Lenk- und Aufhängungskomponenten des Schneefahrrads 410 praktisch identisch mit der Struktur und der Arbeitsweise der entsprechenden Elemente des Snowbikes 10. Eine Teleskoplenkgabel 512 mit einem oberen und einem unteren Dreifachbügel 430, ein Kopfrohr 432 (nur in 35 zu sehen), ein Paar Gabelrohre 434 und ein Paar Gabelschieber 436 haben im wesentlichen den gleichen ex ternen Aufbau und die gleiche Arbeitsweise wie die Teleskoplenkgabel 12 des Snowbikes 10. Der interne Mechanismus der Schneefahrrad-Teleskoplenkgabel 412 kann sich von dem internen Mechanismus der Snowbike-Teleskoplenkgabel 12 unterscheiden. Die Darstellungen der 34 bis 37 zeigen die Lenkgabel 412 mit einem Paar optional vorgesehener, akkordeonartiger Schutzhüllen 435, welche die Mittelabschnitte der Gabelrohre 434 einschließen. Die Gesamtstruktur aus dem Lenk-Verlängerungsrahmen 192, dem Ski 204 und dem Ski-Drehträger 206 hat etwa den gleichen Aufbau und die gleiche Funktionsweise für das Schneefahrrad 410 wie die Gesamtstruktur dieser Komponenten des Snowbikes 10 gemäß den 1 bis 4. Bei dem Schneefahrrad 410 verbindet eine Elastomerfeder 610 den Verlängerungsrahmen 192 mit dem vorderen Teil des Ski-Drehträgers 206. Die Elastomerfeder 610 hebt den vorderen Teil des Skis 204 an, so wie dies der Stoßdämpfer 210 bei dem Snowbike 10 tut. Die Elastomerfeder 610 ist aus Gummi oder einer anderen haltbaren Elastomerverbindung hergestellt.
Die gyroskopische Stabilisier- und Lenkhilfe 250 des Schneefahrrads 410 enthält ein in den 39 bis 42 dargestelltes mechanisches Getriebe, welches sehr ähnlich der mechanischen Gyroskop-Ausführungsform des Snowbikes 10 nach den 28 bis 31 ausgebildet ist. Die Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise des mechanischen Antriebs für das Gyroskop 252 des Snowbikes 10, dargestellt in den 28 bis 31, gilt grundsätzlich auch für den mechanischen Antrieb des Gyroskops 252 des Schneefahrrads 410. Antriebskraft für das Gyroskop 252 wird von der Zwischennabe 466 über ein Drehgetriebe übertragen, welches ein antriebsseitiges Primär-Kegelrad 310, ein antriebsseitiges Sekundär-Kegelrad 312, eine flexible Welle 316, ein abtriebsseitiges Primär-Kegelrad 318, ein abtriebsseitiges Sekundär-Kegelrad 320, ein Ratschen-Leerlaufrad 330 und einen Viskositäts-Koppler 424' enthält. Nach 41 ist das Kegelrad 310 konzentrisch an der Zwischennabe 466 angebracht. Das Kegelrad 312 wird in Eingriff mit dem Kegelrad 310 durch einen Lagerträger 314 gehalten, der an dem Schwingenrahmen 464 angebracht ist. Gemäß den 34, 37 und 40 ist die flexible Welle 316 mit einem Ende an dem Kegelrad 312, mit dem anderen Ende an dem Kegelrad 318 angebracht. Nach 40 kämmt das Kegelrad 318 mit dem Kegelrad 320. Nach der auseinandergezogenen Darstellung der 42 ist das Gyroskop 252 an der Gyronabe 254 angebracht, die sich auf einer Gyroachse 196' mittels Gyroskoplagern 253 dreht. Das Kegelrad 320 ist konzentrisch an einer Freilaufklaue 330a des Freilaufrads 330 angebracht. Der Viskositäts-Koppler 324' enthält eine Viskositäts-Kopplerscheibe 328', einen Viskositäts-Kopplerdeckel 326, eine Viskositäts-Kopplerdichtung 327 und ein (nicht gezeigtes) passendes viskoses Fluid. Eine verzahnte Freilaufradnabe 330b des Freilaufrads 330 ist konzentrisch an der Viskositäts-Kopplerscheibe 328' angebracht. Der Viskositäts-Kopplerdeckel 326 ist an der Seite des Gyroskops 252 angebracht, um die Viskositäts-Kopplerdichtung 327 zusammenzudrücken und die Viskositäts-Kopplerscheibe 328' einzuschließen mit einem passenden viskosen Fluid zwischen der Seite des Gyroskops 252 und der Innenseite des Viskositäts-Kopplerdeckels. Die Freilaufklaue 330a dreht sich auf der Gyroachse 196' und passt konzentrisch in die verzahnte Freilaufradnabe 330b, so dass die Ratschenklauen der Freilaufklaue 330a mit den Ratschenzähnen der verzahnten Freilaufradnabe 330b in Eingriff treten. Die Klauenanordnung 330a überträgt Drehmoment von einem Kegelrad 320 auf die verzahnte Freilaufradnabe 330b nur in der durch den gebogenen Pfeil neben der Nabe 330 in 42 angegebenen Drehrichtung.
Wie bei dem Snowbike 10 gibt es andere mechanische Kraftübertragungsmöglichkeiten zum Übertragen von Antriebskraft aus dem Antriebsstrang des Schneefahrrads 410 auf das Gyroskop 252, die für das umlaufende Gyroskop 252 des Schneefahrrads 410 eingesetzt werden können. Für dieses Umlauf-Gyroskop 252 können auch Gyroskop-Antriebsmechanismen verwendet werden, welche Antriebsleistung aus dem Vorwärtsschub des Schneefahrrads 410 ziehen.
Arbeitsweise des Schneefahrrads
Während des Einsatzes ist gemäß den 34 bis 38 und gemäß dem Vergleich mit den entsprechenden 1 bis 5 für das Snowbike 10 das Schneefahrrad 410 dem Snowbike 10 sehr ähnlich. Der offensichtliche Hauptunterschied besteht darin, dass das Schneefahrrad 410 durch Menschenkraft betrieben wird, während das Snowbike 10 von einem Benzinmotor angetrieben wird. Ansons ten gilt die Betriebsbeschreibung für das Snowbike 10 grundsätzlich auch für das Schneefahrrad 410.
Das Schneefahrrad 410 enthält eine Kettenaufhängung, die der Kettenaufhängung des Snowbikes 10 nach den 1 bis 5 sehr ähnlich ist, dies gilt für ähnliche Funktionalität, Leistungskennwerte und Justierbarkeit, obschon angepasst an die Größe, das Gewicht und die Leistungsanforderungen eines Schneefahrrads. Der Kettenschlitten 86 und die Kette 138 der Ausführungsform des Schneefahrrads 410 sind im Aufbau und in der Funktionsweise ähnlich dem Kettenschlitten 86 und der Kette 138 des Snowbikes 10, sind aber im Maßstab angepasst an Größe und Gewicht eines von Menschenkraft angetriebenen Fahrrads. Traktionsschaufeln 142 der Kette 138 sind proportional kleiner, um den Anforderungen für ein Schneefahrrad zu entsprechen.
Ein Schneekompaktierungsrampen-Anordnung 562 des Schneefahrrads 410 ist in der Struktur einfacher, leicht gewichtiger und weniger kostenaufwendig ausgebildet als die gelenkig angeordnete Schneekompaktierungsrampen-Anordnung 162 des Snowbikes 10. Eine nicht gelenkig gelagerte Rampe wird deshalb verwendet, weil der Vertikalhub des Kettenschlittens 86 unterhalb des Schwingenrahmens 464 und des Hauptrahmens 414 des Schneefahrrads 410 wesentlich geringer ist als der vertikale Aufhängungshub des Kettenschlittens 86 unterhalb der Schwinge 64 des Hauptrahmens 14 des Snowbikes 10. Es wird angenommen, dass eine kleinere und kürze Schneekompaktierungsrampe für die Ausführungsform eines Schneefahrrads angemessen ist. Die Schneekompaktierungsrampen-Anordnung 562 ist starr mit dem Kettenschlitten-Rahmen 112 gekoppelt und bewegt sich vertikal sowie nach vorne und nach hinten geneigt mit der Aufhängungsbewegung des Kettenschlittens 86. Die Rampe 566 gleitet über den Schnee vor der Kette 138 und komprimiert ihn bis zu einer Höhe, die etwa dem vorderen Teil des unteren Trums der Kette 138 entspricht, wodurch verhindert wird, dass sich Schnee vor der Kette 138 staut.
Der Fahrrad-Antriebsstrang 423 nach den 37 bis 39 hat die gleiche Struktur und die gleiche Arbeitsweise wie die Antriebsstränge der meisten modernen Mountainbikes. Eine große Vielfalt von Übersetzungsverhältnissen, die der Fahrrad-Antriebsstrang 423 ermöglicht, gestattet dem Fahrer des Schneefahrrads die Auswahl eines Übersetzungsverhältnisses, das an die Neigung des Geländes ebenso angepasst ist wie an den Kraftaufwand, den der Fahrer beim Pedalieren des Schneefahrrads aufzubringen wünscht. Der Kettenaufhänger 429 ermöglicht eine Vollfederungs-Gelenkaufhängung des Kettenschlittens 86 unterhalb des Schwingenrahmens 464 ohne Kollision zwischen der Primär-Antriebskette 424 und dem Kettenschutz 156. Der Kettenaufhänger 429 unterstützt außerdem die Aufrechterhaltung der richtigen Spannung in der Primär-Antriebskette 424 bei dem Geholper, welches entsteht, wenn das Schneefahrrad über raues Gelände fährt. Das Schneefahrrad 410 besitzt nur eine Schneetraktionsvorrichtung, nämlich die Kette oder das Raupenband 138, und es erfordert nur eine Bremse und einen Bremsenaktuator. Eine Scheibenbremse wie die Scheibenbremse 581 ist deshalb wünschenswert, weil sie für eine starke und zuverlässige Abbremsung bei Schnee, Eis und Feuchtigkeit bietet.
Der Lenk-Verlängerungsrahmen 192, der Ski 204 und der Ski-Drehträger 206 des Schneefahrrads 410 sind im Aufbau und der Arbeitsweise praktisch identisch mit dem Lenk-Verlängerungsrahmen 192, dem Ski 204 bzw. dem Ski-Drehträger 206 des Snowbikes 10. Größe, Gewicht und Festigkeit dieser Komponenten sind bei der Schneefahrrad-Ausführungsform so weit reduziert, wie dies für ein mit Menschenkraft angetriebenes Fahrzeug akzeptierbar und wünschenswert ist. Bei dem Schneefahrrad 410 dient eine Elastomerfeder 610 (dargestellt in den 34 und 37) dem Zweck, den vorderen Teil des Skis 204 nach oben vorzuspannen, so dass man leichter auf der Oberfläche des Schnees aufsetzen kann. Die Zugkraft der Elastomerfeder 610 bewirkt, dass der Ski 204 nach hinten geneigt ist, wenn das Schneefahrrad 410 abhebt, wodurch verhindert wird, dass die Skispitze sich beim Landen in den Schnee bohrt.
Bei der Schneefahrrad-Ausführungsform des Stabilisators 250 nach den 39 bis 42 wird der Stabilisator von dem Schneefahrrad-Antriebsstrang angetrieben. Das Gyroskop 252 wird so angetrieben, dass es bei einer UPM umläuft, die beispielsweise nominell doppelt so groß ist wie die UPM der Zwischennabe 466. Nach 42 ist das Leerlaufrad 330 mit der Klauenanordnung 330a und dem verzahnten Leerlaufrad 330b zwischen das Kegelrad 320 und den Viskosi täts-Koppler 324' eingefügt. Das Leerlaufrad 330 überträgt Antriebsmoment auf das Gyroskop 252 nur in einer Drehrichtung, um die Drehgeschwindigkeit des Gyroskops 252 zu erhöhen oder zu halten. Hört der Fahrer mit dem Treten auf oder bremst er das Schneefahrrad 410ab, ermöglicht das Leerlaufrad 330 dem Gyroskop 252, frei weiter zu laufen und das Drehmoment zu halten, was Energie für das spätere Beschleunigen des Gyroskops einspart. Von besonderer Bedeutung bei einem von Menschenkraft angetriebenen Schneefahrrad ist die Optimierung der Energieeffizienz des Stabilisators 250, um den Kraftaufwand zu minimieren, den die das Fahrrad benutzende Person bei dem Antrieb des Schneefahrrads 410 und des Stabilisators 250 aufwenden muss. Der Stabilisator 250 des Schneefahrrads 410 ist kleiner und leichter als der Stabilisator 250 des Snowbikes 10, wie es für den Einsatz bei einem Fahrrad angemessen und geeignet ist.
Die Hauptrahmenteile für die beschriebenen Schneefahrzeuge bestehen aus geschweißten Metallrohren oder einem anderen Werkstoff, der von der Struktur her stabil und vorzugsweise leichtgewichtig ist. Weitere bauliche Komponenten wie z. B. die Schwinge, der Schwingenrahmen, der Kettenschlitten-Rahmen und der Schneekompaktierungsrampen-Rahmen bestehen aus irgendeinem geeigneten, strukturell stabilen Material mit entsprechendem Querschnitt. Obschon in den Zeichnungen und der obigen Beschreibung nur die Hauptlager besonders dargestellt sind, ist es wünschenswert, solche Lager, Lagerbuchsen und dergleichen für sämtliche Drehverbindungen und drehende Naben zu verwenden, die den Verschleiß reduzieren und die relative Bewegung der Teile erleichtern. Es steht zu erwarten, dass der Ski aus einem Kunststoff mit ultrahohem Molekulargewicht oder einem anderen Strukturmaterial gefertigt wird, welches geringe Reibung bezüglich Schnee, angemessene Haltbarkeit und gute Beständigkeit gegen Abrieb und Verschleiß besitzt.
Industrielle Anwendbarkeit
Die hier beschriebenen Ausführungsformen des Snowbikes und des Schneefahrrads lassen sich herstellen unter Einsatz vorhandener Fertigungstechniken und -verfahren bei Verwendung derzeit verfügbarer Werkstoffe und Kompo nenten. Sowohl das Snowbike als auch das Schneefahrrad können jeweils als Komplettfahrzeug hergestellt und verkauft werden oder aber als Bausätze, um kommerzielle Geländemotorräder oder Mountainbikes umzurüsten in Schneefahrzeuge. Ein derartiger Umrüstsatz würde den Kettenschlitten, die Kette, die Schwinge, den Winkelhebel und die Verbindungsstange sowie die Zwischennabe, Bremse, Antriebsketten, die Schneekompaktierungsrampen-Anordnung, den Ski, den Gabel-Verlängerungsrahmen, das optionale Gyroskop und zusätzliche Rahmen- und Trägerteile beinhalten, wie sie zum Anbringen der Schwinge und der Schneekompaktierungsrampe an dem jeweiligen Hauptrahmen des Motorrads bzw. des Mountainbikes erforderlich sind, wobei der Gabel-Verlängerungsrahmen für die Gabel eines Motorrads oder eines Mountainbikes ausgelegt ist. Damit kann das Motorrad oder das Mountainbike je nach Saison für den Einsatz auf Schnee oder mit den üblichen Bereifungen konfiguriert werden.
Obschon die Erfindung anhand der oben dargestellten Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, sind alternative Ausführungsformen möglich, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Schneefahrzeug (10 oder 410) vom Typ mit einem Rahmen (14 oder 414), einem schwenkbar an dem Rahmen (14, 414) gekoppelten Ski, einer Endloskette (138), einem Antriebsrad (122), welches antriebsmäßig mit der Endloskette (138) gekoppelt ist, einem Motor (18) oder einer Tretkurbel (418), die zum Antreiben mit dem Antriebsrad gekoppelt ist, einem Schwingarm (64, 64', 64'', 64''' oder 464) mit einem vorderen Teil, der schwenkbar an dem Rahmen (14 oder 414) gelagert ist, und einem hinteren Teil, einem Kettenschlitten (86) mit einem vorderen Teil und einem hinteren Teil, von denen der hintere Teil des Kettenschlittens (86) schwenkbar mit dem hinteren Teil des Schwingarms (64, 64', 64'', 64''' oder 464) verbunden ist, wobei der Kettenschlitten (86) an einem unteren Trum der Endloskette (138) anliegt, das Antriebsrad (122) drehbar an dem hinteren Teil des Kettenschlittens (86) gelagert ist und die Endloskette (138) sich von dem Antriebsrad (122) aus nach vorn erstreckt, gekennzeichnet durch eine Kettenaufhängung (68 + 72 + 98, 68 + 72' + 98', 68 + 72'' + 98'', 68 + 69, 68' oder 468 + 472 + 98), die zwischen dem Rahmen (14, 14' oder 414) und dem Kettenschlitten (86) gekoppelt ist, und die dazu ausgelegt ist, sowohl den hinteren Teil des Kettenschlittens (86) als auch den vorderen Teil des Kettenschlittens (86) von dem Rahmen (14, 14' oder 414) weg nach unten puffernd vorzuspannen, wobei die Kettenaufhängung (68 + 72 + 98, 68 + 72' + 98', 68 + 72'' + 98'', 68 + 69, 68' oder 468 + 472 + 98) mit dem Kettenschlitten (86) schwenkbar an einer Stelle entfernt von der Stelle verbunden ist, an der der Kettenschlitten (86) an dem Schwingarm (64, 64', 64'', 64''' oder 464) gelagert ist, wobei die Kette (138) eine einzelne Endloskette ist.
Schneefahrzeug (10 oder 410) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend eine Schneekompaktierungsrampe (162 oder 562), die an dem Kettenschlitten (86) befestigt ist, wobei die Rampe (162 oder 562) vor der Kette (168) angeordnet und von der Kette (138) weg nach oben geneigt ist.
Schneefahrzeug (10 oder 410) nach Anspruch 1, weiterhin umfassend mehrere an dem Kettenschlitten (86) befestigte Kufen (158 + 160), die in Längsrichtung entlang den Außenrändern der Kette (138) orientiert sind und sich unter eine Unterseite der Kette (138) erstrecken, wobei die Kufen (158 + 160) derart konfiguriert sind, dass sie während des Neigens und Kippens des Schneefahrzeugs (10 oder 410) mit Schnee und Eis zusammenwirken.
Schneefahrzeug (10 oder 410) nach Anspruch 1, bei dem die Endloskette (138) ein Endlosband (140), mehrere von der Außenfläche des Bandes (140) nach außen wegstehende Traktionsschaufeln (142) und mehrere an dem Band (140) befestigte Verstärkungsstäbe (152) aufweist, wobei die Verstärkungsstäbe (152) in Querrichtung des Bandes (140) seitlich orientiert sind, integral mit den Traktionsschaufeln (142) ausgebildet sind und sich über die Seiten des Bands (140) hinaus erstrecken.
Schneefahrzeug (10 oder 410) nach Anspruch 1, bei dem das Antriebsrad (122) eine Drehachse besitzt, die um 100 mm oder weniger gegenüber der Schwenkverbindung des Kettenschlittens (86) mit dem Schwingarm (64, 64', 64'', 64''' oder 464) versetzt ist.
Schneefahrzeug (10) nach Anspruch 1, bei dem die Kettenaufhängung (68') einen Stoßdämpfer (68') aufweist, von dem ein Ende schwenkbar an dem Rahmen (14') gelagert und das andere Ende schwenkbar an dem Kettenschlitten (86) an einer Stelle entfernt von der Stelle gelagert ist, an der der Kettenschlitten (86) an dem Schwingarm (64) gelagert ist.
Schneefahrzeug (10 oder 410) nach Anspruch 1, bei dem der Rahmen (14 oder 414) eine Rahmen-Aufhängungshalterung (70, 70' oder 470) aufweist, der Schwingarm (64, 64', 64'' oder 464) eine Schwingarm-Aufhängungshalterung (76, 76', 76'' oder 476) aufweist, und der Kettenschlitten (86) eine Kettenschlitten-Aufhängungshalterung (96 oder 96') an einer Stelle entfernt von der Stelle enthält, an der der Kettenschlitten (86) an dem Schwingarm (64, 64', 64'' oder 464) gelagert ist, wobei die Schlittenaufhängung (68 + 72 + 98, 68 + 72' + 98', 68 + 72'' + 98" oder 468 + 472 + 98) aufweist: einen Stoßdämpfer (68 oder 468); einen Verbindungsstab (98 oder 98' oder 98'') mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; einen Winkelhebel (72, 72', 72'' oder 472) mit einem Schwenkpunkt (74, 74', 74'' oder 474), einem ersten Arm (78, 78', 78'' oder 478) und einem zweiten Arm (80, 80', 80'' oder 480); wobei das erste Ende des Stoßdämpfers (68 oder 468) schwenkbar mit dem ersten Arm (78, 78', 78'' oder 478) des Winkelhebels (72, 72', 72'' oder 472) verbunden ist; wobei das erste Ende des Verbindungsstabs drehbar mit dem zweiten Arm (80, 80', 80'' oder 480) des Winkelhebels (72, 72', 72'' oder 472) verbunden ist, und wobei der Winkelhebel-Schwenkpunkt (74, 74', 74'' oder 474), das zweite Ende des Stoßdämpfers (68 oder 468) und das zweite Ende des Verbindungsstabs (98, 98' oder 98'') jeweils exklusiv drehbar an der Rahmen-Aufhängungshalterung (70, 70', 70'' oder 74), der Schwingarm-Aufhängungshalterung (76, 76', 76'' oder 476), oder der Kettenschlitten-Aufhängungshalterung (96 oder 96') gekoppelt sind.
Schneefahrzeug (10) nach Anspruch 1, bei dem die Schlittenaufhängung (68 + 69) einen ersten Stoßdämpfer (68) aufweist, der schwenkbar zwischen dem Rahmen (14) und dem Schwingarm (64''') angeordnet ist, um den Schwingarm (74''') schwenkend nach unten um die Stelle zu verschwenken, an der der Schwingarm (64''') schwenkbar an dem Rahmen (14) gelagert ist, und einen zweiten Stoßdämpfer (69) aufweist, der schwenkbar zwischen dem Schwingarm (64''') und dem Kettenschlitten (68) angeordnet ist, um den Kettenschlitten (86) drehbar nach unten um diejenige Stelle vorzuspannen, an der der Kettenschlitten (86) drehbar an dem Schwingarm (64''') gelagert ist.
Schneefahrzeug (10 oder 410) des Typs mit einem Rahmen (14 oder 414) einem drehbar an dem Rahmen (14 oder 414) gekoppelten Ski (204), einem Kettenschlitten (86), einer Endloskette (138) mit einem unteren Trum unterhalb des Kettenschlittens (86) und einem oberen Trum; wobei der Kettenschlitten (86) auf dem unterem Trum der Kette (138) ruht, mit einem Antriebsrad (122), welches antriebsmäßig mit der Kette (138) gekoppelt ist, einem Motor (18) oder einer Tretkurbel (418), antriebsmäßig mit dem Antriebsrad (122) gekoppelt, einem Schwingarm (64, 464) mit einem oberen Ende und einem unteren Ende, von denen das obere Ende schwenkbar an dem Rahmen (14 oder 414) gelagert ist, und der Kettenschlitten (86) schwenkbar an dem unteren Ende des Schwingarms (64 oder 464) gelagert ist; wobei der Rahmen (14 oder 414) eine Rahmen-Aufhängungshalterung (70 oder 70' oder 70''' oder 470) besitzt, der Schwingarm (64 oder 464) eine Schwingarm-Aufhängungshalterung (76 oder 76' oder 76'' oder 476) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kettenschlitten (86) eine Kettenschlitten-Aufhängungshalterung (96 oder 96') an einer Stelle entfernt von derjenigen Stelle aufweist, an der der Kettenschlitten (86) an dem Schwingarm (64 oder 464) gelagert ist; wobei das Schneefahrzeug weiterhin aufweist: einen Verbindungsstab (98 oder 98' oder 98'') mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende; einen Winkelhebel (72 oder 72' oder 72'' oder 472) mit einem Drehpunkt (74 oder 74' oder 74'' oder 474), einem ersten Arm (78 oder 78' oder 78'' oder 478) und einem zweiten Arm (80 oder 80' oder 80'' oder 480); wobei das erste Ende des Stoßdämpfers (68 oder 468) drehbar mit dem ersten Arm (78 oder 78' oder 78'' oder 478) des Winkelhebels (72 oder 72' oder 72'' oder 472) gekoppelt ist; das erste Ende des Verbindungsstabs drehbar mit dem zweiten Arm (80 oder 80' oder 80'' oder 480) des Winkelhebels (72 oder 72' oder 72'' oder 472) verbunden ist; und der Winkelhebel-Drehpunkt (74 oder 74' oder 74'' oder 474), das zweite Ende des Stoßdämpfers (68 oder 468) und das zweite Ende des Verbindungsstabs (98 oder 98' oder 98'') jeweils exklusiv drehbar mit der Rahmen-Aufhängungshalterung (70 oder 70' der 70'' oder 470), der Schwingarm-Aufhängungshalterung (76 oder 76' oder 76'' oder 476) oder der Kettenschlitten-Aufhängungshalterung (76 oder 76') verbunden sind.