WO2001003995A1 - Gelenk für fahrräder - Google Patents

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WO2001003995A1
WO2001003995A1 PCT/DE2000/002232 DE0002232W WO0103995A1 WO 2001003995 A1 WO2001003995 A1 WO 2001003995A1 DE 0002232 W DE0002232 W DE 0002232W WO 0103995 A1 WO0103995 A1 WO 0103995A1
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joint
tongues
articulation
bearings
bicycle
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PCT/DE2000/002232
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Martin Gambs
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Martin Gambs
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    • F16C2326/00—Articles relating to transporting
    • F16C2326/20—Land vehicles
    • F16C2326/26—Bicycle steering or suspension

Definitions

  • the invention relates to a joint that can be used in bicycles as a non-rotating joint or bearing.
  • a joint mediates the guidance of gear members that move against each other.
  • a swivel is a joint that allows rotary movements.
  • a sliding joint on the other hand, only allows translatory movements.
  • a bearing is used to guide moving machine parts. In technology, especially in bicycles, joints are often used as a bearing.
  • a bearing is the practical application of joints.
  • a bicycle is a mobile system that is equipped with many different types of bearings.
  • Rotating bearings are, for example, the wheel bearings of the hubs.
  • Representatives of bearings on the bike that do not circulate during operation are, for example, the headset for the steering and the four joints of the parallelogram for the derailleur. These bearings can, but do not have to be made in a workable construction.
  • Main frame and the second end is connected to the rear swing arm.
  • the bending element can only transmit tensile, compressive forces and torques with sufficient rigidity that lie in the plane of the bending element. Forces that are introduced into the joint perpendicular to the bending element have no corresponding abutment. The bending element must also be perpendicular to its plane
  • This bearing is characterized by 2 tongue joints, which do their work in the two chainstays of the bicycle frame.
  • the distance between the tongue joint and the seat tube (frame tube between the bottom bracket and the seat) is relatively large.
  • the invention has set itself the task of developing improved joints for bicycles that do not or only partially have the disadvantages discussed above.
  • the joint according to the invention connects two components of the bicycle together as gear links. These can be, for example, the main frame (6) and the rear wheel swing arm (7) of a sprung bicycle frame, see FIG. 6, or two components of the parallelogram in the derailleur.
  • the joint (3) consists of two joint bodies (1, 1 ') with several joint tongues (2, 2'), the components to be connected being firmly connected to the joint bodies (1, 1 '), for example by welding.
  • the hinge tongues are, for example, strip-shaped components that consist of an elastic material, for. B. from spring steel.
  • the aim of the invention is to arrange the components and the joint tongues so that the properties of the new bearing type correspond to those of the joint defined above. For clarification, the design features are explained, for example, with reference to FIGS.
  • Each joint tongue (2, 1 ') is at one end with a component (1), for example main frame (6), and at the other end with the second component (T), for example rear wheel swing arm (7) as shown in FIG. 6 with joint 3. Not all joint tongues may lie in one plane.
  • connection between component (1, 1 ') and hinge tongue (2, 2') is rigid, i. H. the two parts cannot be moved or rotated in any direction in their connection point.
  • the joint can optimally distribute any forces in the direction of the joint tongues.
  • the hinge tongues (2, 2 ') must have free lengths (4,4') between the connection points with the components (1, 1 '). The components (1, 1 ') must not touch each other.
  • At least one of the joint tongues (2, 2 ') is arranged in the plane of the main force (F H ).
  • hinge tongues (2, 2 ') are arranged spatially parallel according to claim 2, see Figure 2, there is a sliding joint (3').
  • This sliding joint can be used, for example, as a parallel guide for the derailleur derailleur.
  • hinge tongues (2, 2 ') are arranged according to claim 3 with an angle 0 ° ⁇ ⁇ 180 °, then there is a swivel joint (3), see FIGS.
  • the swivel (3) enables the two components to be rotated about the common axis of rotation within a certain angle.
  • the joint tongues (2, 2') move relative to one another.
  • the hinge tongues bend into circular arc segments.
  • the two components (1, 1 ') roll against each other, similar to two gearwheels that are in engagement with each other.
  • the x-shaped arrangement of the joint tongues supports each other at every point of the movement. This effectively prevents the components from moving. This gives the bearing its rigidity.
  • the bending angle 3 of the joint tongues like the solid-state joints from the prior art, is equal to the angle of rotation 2, see FIG. 1c. So that with this bend
  • the joint tongues must assume the highest possible degree of slenderness. That is, the ratio of the free bearing length to the thickness of the joint tongue must be as high as possible.
  • S cantilevered length / thickness.
  • the joint tongues form an angle with 0 ° ⁇ ⁇ 180 °, they must not lie in the plane of the joint tongue.
  • At least one of the hinge tongues (2, 2 ') is arranged along the main direction of force F H.
  • Each joint tongue only has to transmit tensile / compressive forces, shear forces and torques that are in their plane.
  • Re b) The arrangement of the joint tongues (2, 2 ') in the direction of the main force has three effects which minimize the forces occurring in the joint tongues.
  • a tensile pressure force introduced into the joint is divided into the individual joint tongues according to the angle of the joint tongues to the main direction of force ( ⁇ , ⁇ ') (parallelogram of forces).
  • this arrangement enables the differently loaded joint tongues to be placed in a targeted manner.
  • the main force on the joint is the result of chain hoist and propulsive force. This force acts approximately along the right chain stay (6). So that the force in the joint tongues takes on a minimum, a joint tongue must be executed exactly in the direction of this force (horizontally like the chain stay) and in the direction of travel on the right side, so that the main force does not have a torque (due to the lateral offset) Joint additionally stressed.
  • the width of the most heavily used joint tongue can be optimally dimensioned, which leads to the largest possible load-bearing cross-section.
  • the joint according to the invention has the further advantages:
  • hinge tongues between the components so that their intersection line 5 comes within the free lengths, see Figure Ib.
  • the axis of rotation of the bearing lies between the two components. Since this is desired in many applications, this is the most frequently used form of the tongue joint.
  • the joint tongues (2, 2 ') can be advantageous to arrange in such a way that their intersection line (5') comes to outside of their free lengths (4, 4 '), see FIG. 4.
  • the joint tongues (2, 2 ') do not intersect between the components (1, 1'), but within a component (1).
  • the axis of rotation of the joint (3) can thus be placed in a component (1). If the two components (1, 1 ') are now rotated against each other, the component (1') describes a rotary movement around the building menu (1), with a pivot point that can be inside the component (1).
  • This arrangement is advantageously chosen when the function of the joint system requires a rotary movement, but for structural reasons a placement of the bearing in the desired pivot point is ruled out. Examples of this application can be:
  • the construction according to claim 5 enables the pivot point to be moved to the desired bottom bracket position when the joint tongues are arranged correctly, so that the rocker rotates around the bottom bracket.
  • the tongue joint in multi-joint frames of spring-loaded mountain bikes.
  • the joints can be placed in the chain stays (8r, 81) or seat stays (9r, 91).
  • the main advantages with this application are the absolute freedom from play and thus better transfer of lateral forces, as well as the high rigidity, the lower weight and the freedom from maintenance.
  • the tongue joint may be advantageous to use as a control bearing for the bicycle steering.
  • the main force FH that occurs during operation is initiated by the braking force of the front wheel.
  • the hinge tongues are arranged according to claim 1. Since it is friction and wear-free, it enables permanent steering precision in contrast to conventional headsets.
  • 4 swivel joints can be used according to claim 3. The advantage of both alternatives is that the bearings are free of play and friction, which enables more precise switching operations than in the prior art.

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Abstract

Ein Fahrrad ist mit vielen verschiedenen Lagern und Gelenken ausgestattet ist. Ein Großteil dieser Gelenke sind nicht umlaufend, werden aber im Stand der Technik unnötigerweise als umlauffähige Gelenke mit Wälz- oder Gleitlagerung ausgeführt. Die teilweise gegensätzlichen Anforderungen an Gelenke beim Fahrrad sind: Hohe Steifigkeit bei möglichst geringem Gewicht, Spielfreiheit, niedrige Lagerreibung für optimales Ansprechverhalten, sowie Wartungs- und Verschleißfreiheit. Beim Stand der Technik führt das immer zu Kompromissen mit entsprechenden Nachteilen. Das neue Gelenk soll (bei nicht umlaufenden Lagerungen am Fahrrad) die herkömmlichen Lager ersetzen, mit dem Ziel, die genannten Nachteile zu eliminieren. Das Gelenk (3) besteht aus mehreren biegeelastischen Gelenkzungen (2), welche die beiden Bauteile (1, 1') miteinander verbinden. Jede Gelenkzunge (2) ist an jedem ihrer beiden Enden starr mit einem der beiden Bauteile (1) verbunden. Die Gelenkzungen (2) sind dabei so angeordnet, dass nur eine Drehbewegung um die Drehachse möglich ist, jede Schub- oder Drehbewegung in anderer Richtung wird unterbunden. Das Gelenk (3) eignet sich für alle nicht umlaufenden Lager am Fahrrad, beispielsweise für alle Lager von gefederten Hinterbauten an einem Fahrrad.

Description

Beschreibung
Gelenk für Fahrräder
Die Erfindung betrifft ein Gelenk, das bei Fahrrädern als nicht umlaufendes Gelenk oder Lager eingesetzt werden kann.
Begriffsbestimmung:
Ein Gelenk vermittelt die Führung gegeneinander bewegter Getriebeglieder. Ein Drehgelenk ist ein Gelenk, rotatorische Bewegungen zulässt. Ein Schiebegelenk hingegen lässt ausschließlich translatorische Bewegungen zu. Ein Lager dient der Führung von beweglichen Maschinenteilen. In der Technik, insbesondere auch beim Fahrrad, werden Gelenke häufig in der Funktion eines Lagers eingesetzt. Ein Lager ist die praktische Anwendung von Gelenken.
Ein Fahrrad ist ein bewegliches System, das mit vielen Lagern unterschiedlicher Bauart ausgestattet ist. Man unterscheidet dabei umlaufende und nicht umlaufende Lager. Umlaufende Lager sind beispielsweise die Radlager der Naben. Vertreter von Lagern am Fahrrad, die im Betrieb nicht umlaufen, sind beispielsweise der Steuersatz für die Lenkung und die vier Gelenke des Parallelogramms beim Kettenschaltwerk. Diese Lager können, müssen aber nicht in einer umlauffähigen Konstruktion ausgeführt sein.
Allen Lagern am Fahrrad ist gemein, dass sie nur eine definierte Bewegung ermöglichen sollen, in allen anderen Richtungen sollen sie jede Bewegung, d. h. sie sollen möglichst steif sein. Ferner sollen sie sehr leicht, wartungsfrei, eine Bewegung ohne Reibung ermöglichen und dauerhaft spielfrei sein. Diese gegensätzlichen Anforderungen führen beim Stand der Technik zu Kompromissen. Die gewünschten Eigenschaften können immer nur teilweise erzielt werden. Die Nachteile des Standes der Technik werden beispielhaft anhand des Schwingenlagers eines Fahrrads mit gefedertem Rahmen diskutiert:
Bei gefederten Fahrradrahmen sind unterschiedliche Konstruktionen für Schwingen ger bekannt. Die am häufigsten verwendete Bauart ist ein Schwingenlager mit Achsbolzen und Wälz- oder Gleitlagern. Als Alternative gibt es Festkörpergelenke von unterschiedlicher Konstruktion. Trotz einiger Vorteile konnten sich Festkörpergelenke bisher nicht durchsetzen, da entweder deren Beweglichkeit zu stark begrenzt ist, oder die Steifigkeit im Betrieb nicht ausreicht. Die Nachteile aller Lagertypen aus dem Stand der Technik sind: a) Das Schwingenlager mit Achsbolzen und Wälz- oder Gleitlager
Es ist der schwerste und aufwendigste Lagertyp mit vielen beweglichen Teilen. Häufig bestehen diese Lager aus empfindlichen Wälzlagern und Dichtungen. Nachteilig sind bei diesem Lagertyp neben dem relativ hohen Gewicht die Empfindlichkeit gegen das Eindringen von Wasser und Verschmutzungen sowie die damit verbundenen Wartungsarbeiten (schmieren, neu abdichten). Nach längerem Betrieb tritt häufig ein Lagerspiel auf, welches das Fahrverhalten des Fahrrads verschlechtert. Zudem beeinflusst die örtliche Lage der Drehachse im Fahrradrahmen entscheidend das Fahrverhalten.
Deshalb ist es vorteilhaft, wenn das Lager aus rein fahrwerkstechnischen Gesichtspunkten im Rahmen platziert werden kann. Die großvolumige Bauart dieses Lagers schränkt diese konstruktive Freiheit ein, was immer wieder zu Kompromissen führt und damit das Fahrverhalten nachteilig beeinflusst. Trotz dieser Nachteile ist dieses der am häufigsten verwendete Lagertyp.
Bei allen folgenden Lagertypen b) bis d) handelt es sich um Festkörpergelenke. b) Leichtbaurahmen mit biegeweichen Sitzstreben Dieses ist die leichteste Konstruktion. Sie ist beispielsweise an einem Carbon-Rahmen der
Firma Trek realisiert. Nachteilig ist die Abführung der Sitzstreben als Biegeelement. Die im Betrieb auftretenden Biegewechselspannungen führen zu Materialermüdungen in den Streben, die zum Bruch führen können. Zur Eindämmung des Risikos sind nur geringe Biegewinkel in den Streben zulässig. Folglich ist die Auslenkung der "Schwinge" und der damit verbundene Federweg stark begrenzt. Ziel ist es aber, einen möglichst großen
Federweg zu erreichen. Ferner ist der Drehpunkt des Lagers nicht eindeutig definiert und das Lager ist insgesamt nicht so steif wie beim herkömmlichen Schwingenlager. Beides wirkt sich nachteilig auf das Fahrverhalten aus. c) Festkörpergelenk nach Patent EP 0 812 761 A2 Dieser Lagertyp besteht aus einem Biegeelement, das an einem Ende mit dem
Hauptrahmen und dem zweiten Ende mit der Hinterradschwinge verbunden ist. Das Biegeelement kann nur Zug- Druckkräfte und Drehmomente mit ausreichender Steifigkeit übertragen, die in der Ebene des Biegeelements liegen. Kräfte die senkrecht zum Biegeelement in das Gelenk eingeleitet werden, sind ohne entsprechendes Widerlager. Das Biegeelement muss also auch die senkrecht zu seiner Ebene stehenden
Kräfte aufnehmen, was zu einer Torsionsbeanspruchung im Biegeelement führt. Da das Biegeelement im Sinne der Festigkeitslehre eine Scheibe ist, ist die Torsionssteifigkeit nicht ausreichend für eine verformungsarme Kraftübertragung. Diese "senkrechten" Kräfte führen zu einer nicht zulässigen Verformung im Gelenk, was sich wiederum nachteilig auf das Fahrverhalten auswirkt. Ferner sind die auftretenden Biegespannungen in den Festkörpergelenken als kritisch einzustufen. d) Zungengelenk nach U.S. Patent 5,586,780
Kennzeichen dieses Lagers sind 2 Zungengelenke, die in den beiden Kettenstreben des Fahrradrahmens ihren Dienst verrichten. Bei dieser Konstruktion ist der Abstand des Zungengelenks vom Sitzrohr (Rahmenrohr zwischen Tretlager und Sitz) relativ groß.
Dies ist nachteilig, erstens weil die Länge der Schwinge zwischen Zungengelenk und Achse des Hinterrads kleiner ist als beim häufig verwendeten Schwingenlager nach Punkt a). Dies führt in Kombination mit einem Zungengelenk zu einem sehr kleinen Federweg, da das Gelenk im Bewegungsbereich beschränkt ist. Zweitens ist es (bei gegebenem Radstand) nicht möglich, die beiden Kettenstreben mittels eines Steges zu verbinden.
Dies ist ein eklatanter Nachteil da sich die Kettenstreben und auch die Sitzstreben bei Querkräften oder asymmetrischer Kraft, z. B. Zugkraft der Antriebskette, gegeneinander verwinden können und damit die Steifigkeit des Hinterbaus verringern. Ein weiterer Nachteil bei der Anordnung der Zungengelenke ist, dass deren Gelenkzungen ungünstig bezüglich der auftretenden Hauptkräfte angeordnet sind. Ferner können die Zungen bezüglich der wesentlichen Gestaltungskriterien nicht optimal dimensioniert werden. Die wesentlichen Gestaltungskriterien sind Anzahl, Breite und räumliche Anordnung der Gelenkzungen, die freien tragenden Längen sowie deren Stärke. Die dominierende, auf das Gelenk wirkende Kraft ist die Druckkraft in der Kettenstrebe, welche aus der Zugkraft der Antriebskette und dem Vortrieb resultiert. Da bei diesem Lager aber die Zungen im 45° Winkel zur Hauptkraft angeordnet sind, ist eine differenzierte Dimensionierung der einzelnen Zungen nicht möglich. In Summe bietet das Federungssystem aus Gelenk und Hinterradschwinge keine ernste Alternative zu den oben diskutierten Lagertypen, weil es einerseits den möglichen Federweg zu sehr einschränkt, andererseits die erforderliche Steifigkeit des Hinterbaus nicht ermöglicht und drittens das Zungengelenk geforderte die Beweglichkeit um die Drehachse bei zugleich ausreichender Gelenksteifigkeit nicht erfüllt.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, verbesserte Gelenke für Fahrräder zu entwickeln, welche die oben diskutierten Nachteile nicht oder nur teilweise aufweisen.
Die Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Gelenk verbindet zwei Bauteile des Fahrrades als Getriebeglieder miteinander. Dies können beispielsweise der Hauptrahmen (6) und die Hinterradschwinge (7) eines gefederten Fahrradrahmens, siehe Figur 6, oder zwei Bauteile des Parallelogramms beim Kettenschaltwerk sein. Das Gelenk (3) besteht aus zwei Gelenkkörpern (1, 1') mit mehreren Gelenkzungen (2, 2'), wobei die zu verbindenden Bauteile fest mit den Gelenkkörpern (1, 1') verbunden sind, beispielsweise durch schweißen. Die Gelenkzungen sind beispielsweise streifenförmige Bauelemente, die aus einem elastischen Werkstoff bestehen, z. B. aus Federstahl. Ziel der Erfindung ist es nach Anspruch 1, die Bauteile und die Gelenkzungen so anzuordnen, dass die Eigenschaften des neuen Lagertyps denen des oben definierten Gelenks entsprechen. Zur Verdeutlichung werden die Konstruktionsmerkmale beispielsweise anhand der Figuren la - lc und 2 erläutert: • Jede Gelenkzunge (2, l') ist an einem Ende mit einem Bauteil (1), beispielsweise Hauptrahmen (6), und am anderen Ende mit dem zweiten Bauteil (T), beispielsweise Hinterradschwinge (7) wie in Figur 6 mit Gelenk 3 dargestellt, verbunden. Nicht alle Gelenkzungen dürfen in einer Ebene liegen.
• Die Verbindung zwischen Bauteil (1, 1 ') und Gelenkzunge (2, 2') ist starr, d. h. die beiden Teile lassen sich in ihrer Verbindungsstelle in keiner Richtung gegeneinander verschieben oder verdrehen.
• Die Gelenkzungen (2, 2') sind in einem Winkel 0° < α < 180° zueinander angeordnet In den Grenzfallen mit α = 0° oder α = 180° dürfen die Gelenkzungen nicht in einer Ebene liegen. In diesem Fall liegt ein Schiebegelenk vor. Bei vielen Anwendungen ist eine Anordnung der Gelenkzungen (2, 2') im Winkel von o =
90° vorteilhaft, weil dann das Gelenk äußere, in der Richtung beliebige Kräfte, optimal auf die Gelenkzungen verteilen kann. Gibt es aber in einer Anwendung eine bevorzugte Kraftrichtung, so kann es vorteilhaft sein, die Gelenkzungen (2, 2') mit relativ kleinen Winkeln gegenüber der Hauptkraftrichtung anzuordnen. • Die Gelenkzungen (2, 2') müssen freie Längen (4,4') zwischen den Verbindungspunkten mit den Bauteilen (1, 1') aufweisen. Die Bauteile (1, 1') dürfen sich dabei nicht berühren.
• Mindestens eine der Gelenkzungen (2, 2') wird in der Ebene der Hauptkraft (FH) angeordnet.
Werden die Gelenkzungen (2, 2') nach Anspruch 2 räumlich parallel angeordnet, siehe Figur 2, so liegt ein Schiebegelenk (3') vor. Dieses Schiebegelenk kann beispielsweise als ParaUelführung beim Umwerfer der Kettenschaltung eingesetzt werden.
Werden die Gelenkzungen (2, 2') nach Anspruch 3 mit einem Winkel 0° < α < 180° angeordnet, so liegt ein Drehgelenk (3) vor, siehe Figuren la - lc. Das Drehgelenk (3) ermöglicht innerhalb eines bestimmten Winkels ein Verdrehen der beiden Bauteile um die gemeinsame Drehachse.
Werden beim Drehgelenk nach Anspruch 3 die beiden Bauteile (1, 1 ') um den Winkel 2 gegeneinander verdreht, so verschieben sich die Gelenkzungen (2, 2') gegeneinander. Die Gelenkzungen verbiegen sich dabei zu Kreisbogensegmenten. Die beiden Bauteile (1, 1 ') rollen gegeneinander ab, ähnlich zwei Zahnrädern, die sich miteinander im Eingriff befinden. Durch die x-förmige Anordnung der Gelenkzungen stützen sich diese in jedem Punkt der Bewegung gegenseitig. Sie verhindern damit wirkungsvoll das Verschieben der Bauteile. Das Lager erhält dadurch seine Steifigkeit. Der Verbiegewinkel 3 der Gelenkzungen ist, wie auch bei den Festkörpergelenken aus dem Stand der Technik, gleich dem Drehwinkel 2, siehe Figur lc. Damit bei dieser Biegung die
Biegespannungen in den Gelenkzungen möglichst niedrig sind, müssen die Gelenkzungen einen möglichst hohen Schlankheitsgrad annehmen. D. h. das Verhältnis aus freier tragender Länge zur Dicke der Gelenkzunge muss möglichst hoch sein. Der Schlankheitsgrad der Gelenkzungen ist definiert als S = freite tragende Länge / Dicke. Beispielsweise ist bei geeigneter Werkstoffwahl der Gelenkzungen und einem Schlankheitsgrad S — 15 eine Drehbewegung um ß = +5° dauerhaft zulässig. Der Schlankheitsgrad kann vorteilhaft ein Maximum annehmen, wenn die beiden wesentlichen Konstruktionsvorschriften nach Anspruch 1 eingehalten werden. a) Die Verbindung zwischen den beiden Gelenkkörpern (1, 1') stellen mindestens zwei Gelenkzungen (2, 2') her. Die Gelenkzungen schließen einen Winkel mit 0° < α < 180° ein, sie dürfen nicht in der Ebene der Gelenkzunge liegen. b) Mindestens eine der Gelenkzungen (2, 2') längs der Hauptkraftrichtung FH angeordnet ist. zu a): Die gekreuzte Anordnung der Gelenkzungen (2, 2') bewirkt, dass von außen auf das Gelenk einwirkende Kräfte und Momente unabhängig vom jeweiligen Richtungsvektor optimal auf die Gelenkzungen aufgeteilt werden. Jede Gelenkzunge muss nur Zug- / Druckkräfte, Schubkräfte und Drehmomente übertragen, die in ihrer Ebene hegen. zu b): Die Anordnung der Gelenkzungen (2, 2') in Richtung der Hauptkraft hat drei Effekte, welche die in den Gelenkzungen auftretenden Kräfte minimieren. Erstens, eine in das Gelenk eingeleitete Zug- Druckkraft teilt sich entsprechend der Winkel der Gelenkzungen zur Hauptkraftrichtung (ε, ε') in die einzelnen Gelenkzungen auf (Kräfteparallelogramm). Die Kräfte in den Zungen nehmen bei ε' bzw. ε' = 0° ein Minimum an.
Zweitens, ermöglicht diese Anordnung eine gezielte Platzierung der unterschiedlich belasteten Gelenkzungen. Beispielsweise ist bei einem Schwingenlager die Hauptkraft auf das Gelenk die Resultierende aus Kettenzug und Vortriebskraft. Diese Kraft wirkt in etwa entlang der rechten Kettenstrebe (6). Damit nun die Kraft in den Gelenkzungen ein Minimum annimmt, muss eine Gelenkzunge exakt in Richtung dieser Kraft ausgeführt werden (horizontal wie die Kettenstrebe) und in Fahrtrichtung auf der rechten Seite, so dass die Hauptkraft nicht mit einem Drehmoment (durch den seitlichen Versatz) das Gelenk zusätzlich belastet.
Drittens kann die am stärksten beanspruchte Gelenkzunge in ihrer Breite optimal dimensioniert werden, was zu einem größtmöglichen tragenden Querschnitt führt.
Nur wenn beim Drehgelenk nach Anspruch 3 die Designvorschriften aus Anspruch 1 eingehalten werden, nehmen die im Betrieb auftretenden Spannungen ein Minimum an. Dies ist Voraussetzung für ein Drehgelenk mit ausreichender BewegUchkeit und kompakter Bauform. Prinzipbedingt weist das erfindungsgemäße Gelenk die weiteren Vorteile auf:
• Es ist leichter als ein herkömmliches Lager bei gleicher Steifigkeit.
• Es ermöglicht viele Designvarianten, da seine Bauweise sehr kompakt ist. • Es ist dauerhaft spielfrei.
• Es ist absolut wartungsfrei, da keine Schmierung erforderlich ist.
• Es verzichtet auf verschleißende Bauteile wie Wälz- oder Gleitlager und Dichtungen.
• Es hat ein besseres Ansprechverhalten, da es absolut reibungsfrei ist.
• Es ist kostengünstig in der Herstellung, da es aus wenigen Teilen besteht. • Das Verhältnis aus Steifigkeit zu BewegUchkeit ist besser als bei aüen anderen Festkörpergelenken aus dem Stand der Technik.
Nach Anspruch 4 ist es vorteilhaft, die Gelenkzungen zwischen den Bauteilen so anzuordnen, dass ihre Schnittgerade 5 innerhalb der freien Längen zu Uegen kommt, siehe Figur Ib. Bei dieser Anordnung Uegt die Drehachse des Lagers zwischen den beiden Bauteilen. Da dies bei vielen Anwendungen gewünscht ist, ist dies die am häufigsten eingesetzte Form des Zungengelenks.
Nach Anspruch 5 kann es vorteilhaft sein, die Gelenkzungen (2, 2') so anzuordnen, dass deren Schnittgerade (5') außerhalb ihrer freien Längen (4, 4'), zu Uegen kommt, siehe Figur 4. Die Gelenkzungen (2, 2') schneiden sich nicht zwischen den Bauteilen (1, 1'), sondern innerhalb eines Bauteils (1). Damit kann die Drehachse des Gelenks (3) in ein Bauteil (1) gelegt werden. Werden nun die beiden Bauteile (1, 1 ') gegeneinander verdreht, so beschreibt das Bauteil (1') eine Drehbewegung um Bauteü (1) herum, mit einem Drehpunkt der innerhalb des Bauteils (1) Uegen kann. Diese Anordnung wird vorteilhaft dann gewählt, wenn die Funktion des Gelenksystems eine Drehbewegung verlangt, aus konstruktiven Gründen aber im gewünschten Drehpunkt eine Platzierung des Lagers ausscheidet. Beispiele für diese Anwendung können sein:
• Ein Schwingenlager mit gewünschtem Drehpunkt im Bereich des Tretlagers, wobei der gewünschte Drehpunkt der Schwinge durch ein anderes Lager, nämüch das Tretlager beansprucht wird. Die Konstruktion nach Anspruch 5 ermögUcht bei richtiger Anordnung der Gelenkzungen, den Drehpunkt in die gewünschte Tretlagerposition zu verlegen, so dass sich die Schwinge um das Tretlager herum dreht.
• Bei der Lagerung für Bremsen vom Typ V-Brake kann der Drehpunkt der Hebelarme versetzt werden. Vorteilhaft wäre es, wenn die Bremsbeläge beim heranführen an die Felge eine Drehbewegung mit größerem Kurvenradius beschrieben. Das führte zu geringerem Verschleiß der Bremsbacken oder die häufig angewendete ParaUelführung mit vier Einzelgelenken der Bremsbacken könnte entfaUen.
Nach Anspruch 6, siehe Figur 5, ist es vorteilhaft, die beiden Bauteile (1, 1 ') bezügUch des Gelenks (3") invers, also vertauscht angeordnet werden. Kritisch für ein Zungengelenk nach den Ansprüchen 2 und 3 sind Druckkräfte, da diese eine oder mehrere Gelenkzungen (2, 2') auf Knickung beanspruchen. Sind nun die beiden Bauteile (1, 1 ') invers angeordnet, so werden die Gelenkzungen auf Zug beansprucht, obwohl von außen auf das Gelenk (3") eine Druckkraft einwirkt. Dadurch wird die Tragfähigkeit des Gelenks in Richtung der Hauptkraft signifikant erhöht. Nach Anspruch 7, siehe Fig. 6, ist es vorteilhaft, das Zungengelenk als Schwingenlager einzusetzen Die Designkriterien nach Anspruch 7 bewirken dass a) die rechte und Unke Gelenkzunge (2r, 21) aüe in der horizontalen Ebene auftretenden Zug- Druckkräfte, Schubkräfte und Drehmomente aufnehmen, die mittlere Gelenkzunge (2m) alle in der horizontalen Ebene auftretenden Zug- Druckkräfte, Schubkräfte und
Drehmomente aufnimmt b) die rechte Gelenkzunge (2r), da sie die Hauptkraft FH übertragen muss, an äußerster rechter SteUe platziert und mit der optimalen Dicke und freien tragenden Länge ausgeführt wird, c) die Unke und rechte Kettenstrebe durch den Gelenkkörper (1) fest miteinander verbunden sind, was die Steifigkeit des gesamten Hinterbaus weiter erhöht.
Nach Anspruch 8 ist es vorteilhaft, das Zungengelenk bei Mehrgelenkrahmen von gefederten Mountainbikes einzusetzen. Dazu können die Gelenke in den Kettenstreben (8r, 81) oder Sitzstreben (9r, 91) platziert werden. Die wesentUchen Vorteile bei dieser Anwendung sind die absolute Spielfreiheit und damit bessere Übertragung von Seitenkräften, sowie die hohe Steifigkeit, das geringere Gewicht und die Wartungsfreiheit.
Nach Anspruch 9 ist es vorteilhaft, das Zungengelenk bei der Abstützung des Federbeins (10) einzusetzen.
Nach Anspruch 10 kann es vorteilhaft sein, das Zungengelenk als Steuerlager für die Fahrradlenkung einzusetzen. Auch in diesem AnwendungsfaU ist die erforderUche Drehbewegung (= Lenkeinschlag) begrenzt. Die im Betrieb auftretende Hauptkraft FH wird durch die Bremskraft des Vorderrades eingeleitet. Entsprechend werden die Gelenkzungen nach Anspruch 1 angeordnet. Da es reibungs- und verschleißfrei ist, ermögUcht es im Gegensatz zu herkömmUchen Steuersätzen eine dauerhafte Lenkpräzision. Nach Anspruch 11 ist es vorteilhaft, die Kettenschaltung mit einem Schiebegelenk nach Anspruch 2, siehe Figur 2, auszustatten. Alternativ können 4 Drehgelenke nach Anspruch 3 eingesetzt werden. Vorteilhaft bei beiden Alternativen ist die Spiel- und Reibungsfreiheit der Lagerung, dadurch werden exaktere Schaltvorgänge als beim Stand der Technik ermögUcht.

Claims

Patentansprüche
1. Ein nicht umlauffähiges Gelenk am Fahrrad, wobei: a) das Gelenk (3) mindestens zwei Gelenkzungen (2, 2') aufweist, welche zwei Gelenkkörper (1, 1') verbinden, b) die Gelenkzungen (2, 2') dürfen nicht aUe in einer Ebene Uegen, c) die mindestens zwei Gelenkzungen (2,2 ') starr mit den GetriebegUedern (1,1') verbunden sind, d) die Gelenkzungen (2 ,2') zwischen den Gelenkkörpern (1, 1 ') eine freie Länge (4, 4') aufweisen, e) mindestens eine der Gelenkzungen (2, 2') längs der Hauptkraftrichtung (FH) angeordnet ist.
2. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkzungen (2, 2') räumUch paraUel angeordnet sind.
3. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (3) ein Drehgelenk ist, wobei die mindestens zwei Gelenkzungen (2,2') nicht parallel (0° < α < 180°) sind und die Gelenkzungen eine gemeinsame Schnittgerade (5) aufweisen.
4. Gelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittgerade (5) der Gelenkzungen (2, 2^ innerhalb der freien Längen (4,4') der Gelenkzungen (2, 2') üegt.
5. Gelenk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittgerade (5') der Gelenkzungen (2, 2') außerhalb der freien Längen (4, 4') der Gelenkzungen (2, 2') Uegt.
6. Gelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bauteile (1, 1 ') bezügüch des Gelenks (3') invers, also vertauscht angeordnet werden. Vorteil ist, dass die auftretende Hauptkraft (F ) das Gelenk (3) nicht auf Druck, sondern auf Zug beansprucht.
7. Gelenk einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (3") ein Schwingenlager ist, wobei: a) das Gelenk drei Gelenkzungen aufweist, wovon die rechte und Unke Gelenkzunge (2r, 21) horizontal in Richtung der Hauptkraft, die mittlere Gelenkzunge (2m) vertikal ausgeführt ist, b) das Gelenk auf einer Seite mit fest mit dem Hauptrahmen und auf der anderen Seite mit den Kettenstreben verbunden ist.
8. Gelenk nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenstrebe oder die Sitzstrebe das Gelenk (3) aufweist.
9. Gelenk nach Anspruch 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützung (10) von Hinterbau (7) und Federbein das Gelenk (3) aufweist
10. Gelenk nach Anspruch 3, 4,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk (3) ein Steuerlager ist.
11. Gelenk nach Anspruch 2, 3, ,5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
Umwerfer der Kettenschaltung das Gelenk (3) aufweisen.
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