DE9114134U1

DE9114134U1 - Fahrrad

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Publication number: DE9114134U1
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Original assignee: KESSEL RONNY 8070 INGOLSTADT DE
Current assignee: KESSEL RONNY 8070 INGOLSTADT DE
Priority date: 1991-11-13
Filing date: 1991-11-13
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2001-11-14

Description

Beschreibung

Die Neuerung betrifft ein Fahrrad nach dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.

Das herkömmliche Fahrrad hat einen verschweißten Stahlrohrrahmen, an dem als Hinterradträger zwei beiderseits des Hinterrades bis zur Hinterradachse ragende Rohrgabeln angeschweißt sind. Der Vorderradträger ist eine aus Rohrmaterial geschweißte Gabel, die mit einem Gabelrohr im Rahmen drehbar gelagert ist und das Vorderrad von zwei Seiten übergreift. Dieses Konzept führt zu relativ hohem Gewicht und zu einem hohen Luftwiderstand beim Fahren. Sogenannte Leichträder sind nach dem gleichen Bauprinzip gestaltet; das Rahmen- und Gabelmaterial ist jedoch eine Leichtmetallegierung. Wenngleich das Gewicht solcher Fahrräder deutlich geringer als das Gewicht althergebrachter Fahrräder ist, ergibt sich immer noch ein unverhältnismäßig hoher Luftwiderstand. Sehr hochwertige Fahrräder oder Wettbewerbs-Fahrräder haben Einzelteile aus besonders hochwertigen Materialien wie z.B. Titan, um bei gleicher Belastbarkeit das Gewicht noch weiter zu reduzieren. Da dann auch die Querschnitte entsprechend dünner gewählt werden können, verringert sich zwar der Luftwiderstand. Trotzdem ist der Luftwiderstand noch relativ groß, weil gerade dünne Querschnitte bei Queranströmung aerodynamisch ungünstig sind. Bei Wettbewerbsrädern wird ferner versucht, eine ergonomisch günstige Fahrerposition vorzugeben und den Fahrer sozusagen in das Fahrrad zu integrieren, um die eingesetzte Leistung besser zu nutzen und den Luftwiderstand zu verringern. Man bedient sich teilweise auch strömungsgünstiger Verkleidungen. In letzter Zeit sind schließlich Fahrräder bekannt geworden, die zum überwiegenden Teil aus Kunststoff und insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff geformt sind. Zusätzlich haben diese sogenannte Scheibenräder, die ein günstiges Trägheitsmoment bei geringem Luftwiderstand haben. Bei diesen Fahrrädern handelt es sich aber in der Regel um Einzelanfertigungen, die außerordentlich teuer sind und mehr Entwicklungsstudien darstellen.

Der Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrrad der letztgenannten Art zu schaffen, das in einer Großserienproduktion herstellbar ist und sich durch optimal geringes Gewicht bei extrem geringem Luftwiderstand auszeichnet.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeichnenden Teil des Schutzanspruches 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung des Fahrrads ist der Rahmen besonders leicht, weil der flächige Dreiecks verband grazil und leicht und trotzdem verwindungssteif und hoch belastbar ist. Da die Räder nur jeweils von einer Seite gehalten sind, wird weiteres Gewicht eingespart. Da der flächige Dreiecksverband in Querrichtung schmal ist und nur die Wulste der beiden Schwingen seitlich über die Kontur des Rahmens vortreten, läßt sich ein außerordentlich geringer Luftwiderstand beim Fahren erzielen, zu dessen Reduktion auch die Scheibenräder beitragen, die dank ihrer zumindest einseitigen konkaven Wölbung die Schwingenenden aufnehmen und diese vor der direkt anströmenden Luft abschirmen. Das Fahrrad hat eine extrem schlanke Stirnfläche und weist über die ganze Länge aerodynamisch günstige Anströmbereiche und Abreißkanten auf. Dank des geringen Gewichts und des niedrigen Luftwiderstands wird die zum Fahren vom Fahrer eingesetzte Energie mit hohem Wirkungsgrad genutzt. Die einzelnen Komponenten des Fahrrades sind kostengünstig und auch in Großserienproduktion herstellbar. Das Fahrrad ist formschön, stabil und läßt seine Leichtlauf-Eigenschaften optisch deutlich erkennen.

Die Ausführungsform gemäß Anspruch 2 ist formentechnisch einfach und zeichnet sich durch saubere und strömungsgünstige Übergänge aus. Durch das Einschmiegen der Schwingenenden in die Wölbungen der Radscheiben sind diese der direkten Anströmung entzogen.

Gemäß Anspruch 3 beide Wulste an derselben Seite der Fahrradlängsmittelebene anzuordnen, trägt zur Verringerung des Luftwider-

stands bei, denn der Wulst der Hinterradschwinge befindet sich sozusagen im Windschatten des Wulstes der Vorderradschwinge. Die gegenüberliegende Seite des Rahmens ist durchgehend eben, glatt und deshalb stromungsgünstig. Sofern sich durch die Wölbung der Radscheiben ein Tragflügeleffekt ergeben sollte, wirkt der auch durch die Wulste entstehende Tragflügeleffekt entgegengesetzt und kompensierend.

Zur Verringerung des Gewichts und zur Verbesserung des Luftwiderstands tragen auch die Merkmale von Anspruch 4 bei.

Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 5 ist die Hinterradschwinge nicht nur aerodynamisch günstig ausgebildet, sondern auch sehr hoch belastbar, was eine grazile und damit leichte Ausbildung der Hinterradschwinge ermöglicht. Sie läßt sich formentechnisch einfach mit dem Rahmen herstellen.

Der Gewichtsanteil der Hinterradschwinge läßt sich bei gleicher Belastbarkeit gemäß Anspruch 6 noch weiter verringern.

Das Gewicht des Rahmens ist bei hoher Verwindungsfestigkeit und guter Belastbarkeit gemäß Anspruch 7 gering. Die in Fahrtrichtung konvergierenden Versteifungsträger und die vollflächige Ausfüllung des Rahmens tragen zur Senkung des Luftwiderstands bei, weil über die Länge des Fahrrads wenig Turbulenzen entstehen. Außerdem zeichnet sich dieses Konzept durch hohe Verwindungsfestigkeit und große Stabilität aus.

Alternativ ist zur Gewichtseinsparung auch die Ausführungsform gemäß Anspruch 8 zweckmäßig. Im Durchbruch läßt sich gegebenenfalls die bei Wettbewerbsrädern oftmals notwendige Trinkflasche stromungsgünstig unterbringen.

Zur Gewichtseinsparung tragen ferner die Merkmale von Anspruch 9 bei. Diese Form der Durchbrüche in den Radscheiben ist außerdem

aerodynamisch günstig. Die Durchbrüche mindern einen eventuell für Kurvenfahrt unerwünschten Führungseffekt der Radscheiben.

Eine besonders stabile Konstruktion mit extrem niedrigem Luftwiderstand ist bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 10 gegeben. Die Finne füllt den Zwischenraum zwischen der Tretlageraufnahme und dem Umfang des Vorderrades bei Geradeausfahrt aus, so daß hier keine bremsenden Turbulenzzonen entstehen.

Üblicherweise ist der Lenker am oberen Ende der Vorderradgabel angeordnet, was den Fahrer in eine unerwünscht aufgerichtete Fahrposition zwingt oder für eine günstigere Fahrposition eine komplizierte Lenkerform bedingt. Bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 11 ist der tief und unmittelbar oberhalb des Vorderrads angesetzte Lenker strömungsgünstig. Er zwingt bei einfacher Form den Fahrer zu einer aerodynamisch günstigen und trotzdem ergonomisch einwandfreien Fahrhaltung. Die Lenkkräfte werden sehr direkt, d.h. auf kürzestem Weg, auf das Vorderrad übertragen.

Besonders zweckmäßig ist in dieser Hinsicht die Ausführungsform gemäß Anspruch 12, bei der der Lenker mit seiner Halterung in die Vorderradschwinge baulich eingegliedert ist.

Der Luftwiderstand ist bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 13 durch die Wulste nur unwesentlich beeinflußt, weil diese kaum weiter über die Seitenfläche des Rahmens überstehen, als es der Reifenbreite entspricht.

Durch die Maßnahmen von Anspruch 14 wird das Entstehen bremsender Wirbel oder Turbulenzen von vornherein soweit wie möglich minimiert.

Ein einwandfreies Fahrverhalten ergibt sich bei der Ausführungsform von Anspruch 15 trotz der aerodynamisch günstigen Gestaltung des Fahrrads und des extrem niedrigen Gewichts, weil die Schwer-

punktlage in der Fahrradlängsmittelebene beim Fahren störende Querkräfte ausschließt. Die Asymmetrie durch die Wulste kann durch entsprechende Materialverteilung im Rahmen kompensiert sein.

Schließlich ist die Materialauswahl gemäß Anspruch 16 für die hohe Belastbarkeit, die große Steifigkeit und den extrem niedrigen Luftwiderstand bei geringstem Gewicht verantwortlich.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsformen des Neuerungsgegenstandes erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 eine perspektivische und schematische CAD-Zeich

nung eines Fahrrads,

Figur 2 eine Seitenansicht zu Figur 1,

Figuren 3 bis 6 verschiedene Fahrradausführungsformen und
Figur 7 eine Draufsicht auf das Fahrrad von Figur 1 als

CAD-Zeichnung.

Ein aerodynamisch günstiges, extrem leicht gewichtiges und formstabiles Fahrrad F gemäß den Figuren 1, 2 und 7 weist einen Rahmen R vom im Grundzug dreieckiger, flächiger Gestalt auf, in den eine Sattelhalterung A, ein Anschluß G für einen Vorderradträger und eine Tretlageraufnahme T baulich integriert sind. Am Rahmen R ist ein Vorderrad V und ein Hinterrad H befestigt, wobei es sich jeweils um Scheibenräder mit einem Reifen 9, einer Radscheibe 10 und darin angeordneten, annähernd dreieckigen Durchbrüchen 11 handelt. Jede Radscheibe 10 besitzt an der Sichtseite der Figur 1 eine konkave Wölbung W. Die Räder V, H sind mit einer Vorderradschwinge SV und einer Hinterradschwinge SH am Rahmen R gehaltert, und zwar jeweils einseitig mit einer fliegenden Lagerung L.

Der Rahmen R und die beiden Schwingen SH, SV bestehen zweck-

mäßigerweise aus mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Kunststoff (Kevlar) und sind in Formen gefertigt. Der Rahmen R enthält annähernd in Fahrtrichtung verlaufende, konvergierende Versteifungsstreben 1, 2 und ist mit vollflächigen Bereichen 3, 4 zur annähernd dreieckigen Gestalt geformt. Am Vorderende des Rahmens R ist ein verstärktes Rahmenstirnteil 5 vorgesehen, in dem die Vorderradschwinge SV schwenkbar gelagert ist. Die Vorderradschwinge SV besitzt einen Kopf 6, der bei G an den Stirnteil 5 angeschlossen ist, und erstreckt sich vom Kopf 6 (Figur 7) mit einem gerundeten Wulst 7 nach außen. Im Anschluß an den Wulst 7 ist die Vorderradschwinge SV wieder nach innen gebogen und bis zu einem Schwingenende 8 in die Wölbung W der Radscheibe 10 eingeschmiegt. Die Vorderradschwinge SV hat einen stromungsgünstigen Querschnitt 26 (Figur 7) und ist quer zur Fahrtrichtung schmal, in Fahrtrichtung hingegen länglich. Der Querschnitt der Vorderradschwinge SV nimmt zum Schwingenende 8 hin ab. Der Wulst 7 umgreift den Reifen 9 des Vorderrades V. Gemäß Figur 2 kann am Kopf 6 der Vorderradschwinge SV eine Halterung 17 für einen unterhalb des Rahmenstirnteils 5 angesetzten Lenker 16 vorgesehen sein.

Das Hinterrad H wird von der Hinterradschwinge SH in der Lagerung L fliegend gefaßt. Die Hinterradschwinge SH ist einstückig mit dem Rahmen R in einem Anschlußbereich 12 verbunden. Ausgehend vom Anschlußbereich 12 erstreckt sich die Hinterradschwinge SH (Figur 7) nach außen und mit einem Wulst 13 um den Reifen 9 herum, ehe sie wieder nach innen gebogen ist und sich in die Wölbung W der Radscheibe 10 des Hinterrads H einschmiegt. Ausgehend vom Anschlußbereich 12 über die Wulst 13 verringert sich die Höhe der annähernd dreieckigen Hinterradschwinge SH bis zu einem Schwingenende 14. Wie Figur 7 erkennen läßt, ist aus Gewichtsgründen der Rahmen R zwischen der Tretlageraufnahme T und der Sattelhalterung A (Bereich 28 in der Draufsicht) einseitig bis in etwa an die Fahrradlängsmittelebene E hin ausgenommen, weil an der gegenüberliegenden Seite dieses Bereichs 28 die Massenkonzentration

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des Anschlußbereiches 12 der Hinterradschwinge SH vorliegt.

Die hintere Kante 15 des Rahmens R ist im wesentlichen an den Umfang des Reifens 9 des Hinterrades H angeschmiegt. Gegebenenfalls ist diese Kante 15 ausgehöhlt, um einen möglichst engen Übergangsspalt zwischen dem Reifen 9 und dem Rahmen R in diesem Bereich zu bilden. Alternativ dazu könnte auch die Kante 15 als strömungsgünstige Abrißkante ausgebildet werden. In der Sattelhalterung A ist entweder eine Befestigungsplatte oder eine Bohrung 18 für eine Sattelstütze eingeformt, mit der ein Sattel 19 am Rahmen R befestigbar ist (Figuren 3 bis 6).

Die beiden Schwingen SH und SV sind asymmetrisch an derselben Seite der Fahrradlängsmittelebene E angeordnet. Die Wölbungen W in den Radscheiben 10 erstrecken sich zur anderen Seite und sind konkav, so daß die Schwingenenden 8, 14 in den Scheibenrädern dem direkten Anströmen entzogen sind und der Schwerpunkt des ganzen Fahrrads F in etwa in der Fahrradlängsmittelebene E liegt. Im Schwingenende 14 ist eine Aufnahme für ein Hinterradlager eingeformt, so wie im Schwingenende 8 eine Schnellhalterung für die Vorderradachse eingeformt ist. Gemäß Figur 7 stehen die beiden Wulste 7, 13 nur annähernd um eine Reifenbreite über die Seite C des Rahmens R über. Im Bereich des Rahmenstirnteils 5 ist eine strömungsgünstige Verbreiterung vorgesehen. Der Querschnitt des Rahmens kann gemäß Figur 1 über die ganze Rahmenhöhe in etwa gleichbleibend ausgebildet sein, so daß sich glatte Seitenflächen des Rahmens ergeben. Es ist aber auch denkbar, die Versteifungsstreben 1,2 mit einem Querschnitt 27 gemäß Figur 7 auszubilden und dazwischen die glattflächigen Bereiche 3, 4 als Füllungen vorzusehen. Der Querschnitt (29, Figur 7) der Hinterradschwinge SH ist oval und strömungsgünstig. Im Bereich der Tretlageraufnahme T kann der Rahmen R geringfügig verdickt sein, wobei dieser Bereich strömungsgünstig und gerundet ausgebildet ist.

Gemäß Figur 3 ist das Fahrrad F mit Vollscheibenrädern ausgestat-

tet, deren Radscheiben 10' ohne Durchbrüche ausgebildet sind. Am Rahmen R ist der tiefgesetzte Lenker 16 sowie der Sattel 19 gehaltert.

Beim Fahrrad F gemäß Figur 4 ist der Rahmen R mit den durchbrochenen Scheibenrädern gemäß Figur 1 ausgestattet, die in den Radscheiben 10 Durchbrüche 11 besitzen.

Beim Fahrrad F gemäß Figur 5 sind die gleichen durchbrochenen Scheibenräder wie in Figur 4 am Rahmen R gehaltert. Zusätzlich ist eine in etwa dreieckige Finne 20 vorne an den Rahmen R angeformt, die den freien Zwischenraum zwischen der Tretlageraufnahme T und dem Anschlußbereich G der Vorderradschwinge ausfüllt und mit ihrem Vorderrand 21 an die Umfangskontur des Vorderrads eng angeschmiegt ist. Die mit 22 bezeichnete Spitze der Finne 20 ist schräg nach unten gerichtet. Auf diese Weise werden störende Turbulenzzonen verhindert.

Beim Fahrrad F gemäß Figur 6 sind am Rahmen R die mit den Durchbrechungen 11 in den Radscheiben 10 ausgestatteten Scheibenräder gehaltert. Die Hinterradschwinge SH ist als Dreiecksrahmen 23 mit einem annähernd trapezförmigen Durchbruch 24 ausgebildet, um Gewicht zu sparen. Ferner ist am Rahmen R die Finne 20 gemäß Figur 5 angesetzt. Der Dreiecksverband des Rahmens R zeigt die in Fahrtrichtung konvergierenden Versteifungsstreben 1, 2, die mit einer vom Sattel 19 zur Tretlageraufnahme T verlaufenden und den Anschlußbereich 12 der Hinterradschwinge SH enthaltenden Versteifungsstrebe einen in etwa dreieckigen Durchbruch 25 begrenzen.

Bei allen gezeigten Ausführungsformen ist der Lenker 16 unterhalb des Rahmenstirnteils 5 angesetzt. Es ist aber auch denkbar, den Lenker auf herkömmliche Weise oben anzusetzen. Zweckmäßigerweise sind alle der Strömung ausgesetzten Kanten des Rahmens und der Schwingen aerodynamisch günstig gerundet oder mit aerodynamisch günstig ausgebildeten Abrißkanten ausgestattet. Die beiden Schei-

benräder können unterschiedliche Größen haben, um eine strömungsgünstige und ergonomisch günstige Fahrerposition zu erreichen und den Luftwiderstand weiter zu verringern. Die beiden Wulste 7, 13 befinden sich zweckmäßigerweise auf etwa derselben Höhe, so daß der Wulst 13 der Hinterradschwinge SH sozusagen im Windschatten des Wulsts 7 liegt. Es ergibt sich eine minimale Stirnfläche des Fahrrads mit einem kleinen Luftwiderstandsbeiwert. Der Rahmen ist in Fahrtrichtung mit den Rahmenkomponenten sozusagen vom Vorderrad abgedeckt.

Claims

PATENTANWALT

DIPL.-ING. VOLKER SASSE ^Pir "^euts ^;raße27

--■ D 8070 INGOLCTADT

EUROPEANPATENTATTORNEY , Telefon 03 41/8 20 82

Telefax 08 41/8 20 83

12.11.1991

Patentanwalt Dipl Ing. V. Sasse, Parreutstr. 27, 8070 Ingolstadt Ks-99

S/M

Anmelder: Ronny Kessel, Frankenstr. 1, 8070 Ingolstadt

Fahrrad

Schutzansprüche

1. Fahrrad, mit einem aus verstärktem Kunststoff geformten Rahmen und mit an Radträgern des Rahmens gelagerten Scheibenrädern, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (R) ein flächiger Dreiecks verband ist, daß jede Radscheibe (10, 10') an einer Seite eine konkave Wölbung (W) aufweist, und daß jeder Radträger eine auf der Seite der Wölbung (W) mit einem leichten Wulst (7, 13) um den Reifen (9) herum- und die Wölbung (W) hineingreifende Schwinge (SH, SV) ist.

2. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _T daß jede Schwinge (SH, SV) von einem nahe der Fahrradlängsmittelebene (E) angeordneten Anschlußbereich (12, G) am Rahmen (R) bis zum Wulst (7, 13) nach außen gebogen verläuft, mit dem Wulst (7, 13) an den Reifen (9) an- und im Bereich der Wölbung (W), vorzugsweise mit einer dem Wulst (7, 13) entgegengesetzten Krümmung, in diese eingeschmiegt ist.

3. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wulste (7, 13) an derselben Seite der Fahrradlängsmit-

Bankkonten: Dresdner Bank Ingolstadt 1 723 935 BLZ 721 800 02

Postscheckkonto München 225 940-800 BLZ 700 100 70

telebene (E) angeordnet sind.

4. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Radscheibe (10, 10') fliegend an einem Schwingenende (8, 14) gelagert ist, und daß das Schwingenende (8, 14) in der Wölbung (W) innerhalb einer von der Reifenflanke definierten Ebene liegt.

5. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Rahmen (R) einstückige Hinterradschwinge (SH) - in einer Ansicht in Richtung der Hinterradachse - zum Rahmen (R) hin mit zunehmender Breite ausgebildet ist.

6. Fahrrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterradschwinge (SH) als annähernd dreieckiger Rahmen (23) mit einem, vorzugsweise trapezförmigen, Durchbruch (24) ausgebildet ist.

7. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (R) integrierte und etwa in Fahrtrichtung konvergierende Versteifungsträger (1, 2) aufweist und zwischen den Versteifungsträgern (1, 2) vollflächig ausgebildet ist.

8. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (R) integrierte und etwa in Fahrtrichtung konvergierende Versteifungsträger (1, 2) und zwischen den Versteifungsträgern (1, 2) wenigstens einen, vorzugsweise dreieckigen, Durchbruch (25) aufweist.

9. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radscheiben (10) annähernd dreieckige Durchbrüche (11) aufweisen, die sich gegen die Raddrehrichtung bei Vorwärtsfahrt verengen.

10. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Dreiecks verband des Rahmens (R) die Sattelhalterung (A), der Anschlußbereich (G) der Vorderradschwinge (SV) und die Tretlager-

aufnahme (T) in etwa bei den Eckpunkten des Dreiecks liegen, und daß zwischen der Tretlageraufnahme (T) und dem Anschlußbereich (G) der Vorderradschwinge (SV) eine in der Fahrradlängsmittelebene (E) liegende, an die Vorderradkontur angeschmiegte, vollflächige und in etwa dreieckige Finne (20) vorgesehen ist.

11. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorderradschwinge (SV) im Rahmen (R) in einem Rahmenstirnteil (5) schwenkbar gelagert ist, und daß unterhalb des Rahmenstirnteils (5) an der Vorderradschwinge (SV) eine Lenkerhalterung (17) vorgesehen ist.

12. Fahrrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenker (16) mit seiner Lenkerhalterung (17) in die Vorderradschwinge (SV) baulich eingegliedert ist.

13. Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wulste (7, 13) der beiden Schwingen (SV, SH) konvex gerundet sind und auf derselben Höhe um annähernd die Reifenstärke über die Seitenfläche (C) des Rahmens (R) vortreten.

14. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die in Fahrtrichtung anström- und die abströmseitigen Ränder des Rahmens (R) und der Schwingen (SV, SH) aerodynamisch günstig abgerundet sind.

15. Fahrrad nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt des Fahrrads (F) in etwa in der Fahrradlängsmittelebene (E) liegt.

16. Fahrrad nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (R) und die Schwingen (SV, SH) aus mit Kohlenstoff-Fasern verstärktem Kunststoff (Kevlar) bestehen.