DE4329814A1 - Fahrrad mit Trethebelantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf den Antrieb von Fahrrädern durch Trethebel.

Dabei wird die Trethebelbewegung durch eine Seil-Kettenkom­ bination auf am Antriebsrad angeordnete Freiläufe übertragen, und das Übersetzungsverhältnis kann durch Verschieben des Seilangriffspunktes auf dem Trethebel verändert werden.

Fast genau einhundert Jahre dauern jetzt die Bemühungen, für das Fahrrad einen Trethebelantrieb zu konstruieren, der prin­ zipiell einen höheren Wirkungsgrad als der Kurbelantrieb hat und eine stufenlose Schaltung möglich macht. Doch brachten alle bisherigen Varianten nicht den gewünschten Erfolg, da meist ein ungünstiger Winkel zwischen Zugseil und Hebel den Wirkungsgradgewinn wieder zunichte machte, auf den Schaltme­ chanismus zu hohe Zugkräfte wirkten, für die entstehenden langen Schaltwege keine praktikablen Lösungen angeboten wur­ den oder die benötigten zwei Zahnräder am Hinterrad dessen Wechsel sehr erschwerten und die Mechanik sehr wartungsun­ freundlich machten.

Die deutsche Reichspatentschrift Nr. 112 672 stellt schon 1899 einen Trethebelantrieb vor, bei dem die Hebel auf der Hinter­ achse gelagert sind, und die beidseitige Tretbewegung mittels in den Trethebeln integrierter Freiläufe auf die Achse über­ tragen wird, die in den Ausfallenden drehbar gelagert ist. Diese Achse nimmt über ein auf der rechten Seite zwischen Ausfallende und Nabe angeordnetes Zahnradgetriebe die Nabe mit.

Zwar sind hier die Trethebellager in vorteilhafter Weise mutternartig auf die stabile Achse geschraubt, da jedoch auch Ausfallenden und Nabenlager aufgeschraubt sind, ist ein Hin­ terradausbau praktisch unmöglich, und eine Schaltmöglichkeit liegt nicht vor.

In der deutschen Reichspatentschrift Nr. 214 926 von 1909 ist ein Trethebelantrieb beschrieben, bei dem die Trethebel "in bekannter Weise auf je einem Ende der Hinterachse mittels eines Kugellagers lose drehbar aufgesetzt" sind. Auf beiden Seiten laufen die Zugseile vom Hebel über eine obere Umlenk­ rolle zu den Freilaufgesperren im Hinterrad und von dort weiter zu einer Umlenkrolle vor dem Hinterrad, wo ihre Ver­ bindung miteinander zu einer gegenläufigen Pedalbewegung führt.

Jedoch ist hier keine Schaltungsmöglichkeit vorgesehen, und die Seilführung ist offen angelegt.

Es ist ein Trethebelfahrrad bekannt (DDR-Patentschrift 138960 von 1979), bei dem die Trethebel vor dem Hinterrad gelagert sind. Die Antriebskette ist mit einem Ende am Schalthebel befestigt, das andere Ende wird über am Antriebsrad angeord­ nete Freiläufe geführt. Die Schaltung erfolgt über einen Drehgriff, der durch Bowdenzüge eine Muffe auf dem Schalt­ hebel verschiebt, die die Kette in Richtung Freilauf umlenkt, wodurch die wirksame Länge des Schalthebels verändert wird, bei gleichbleibender Trethebellänge. Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß die Länge der Trethebel durch die Lagerung vor dem Hinterrad selbst bei langem Radstand sehr bald vom Vorderrad begrenzt wird und die Kreisbewegung der Pedale noch sehr ausgeprägt ist. Ferner wirkt bei der Muffenverschiebung die gleiche Kraft, die über die Kette am Antriebsrad angreift, auch auf den Drehgriff. In Abhängigkeit von Übersetzung und Gewicht beziehungsweise Leistungsfähigkeit des Fahrers beträgt diese Kraft bis zu 5000 N. Und schließlich erschwert die Anordnung von zwei Zahnkränzen auf dem Hinterrad dessen Aus- und Einbau.

Im US-Patent 3.913.945 von 1975 ist ein Trethebelfahrrad beschrieben, bei dem die Trethebel hinter dem Steuerrohr ge­ lagert sind und nach rückwärts weisen. Beidseitig verläuft jeweils eine Seil-Kettenkombination vom Trethebel über eine Umlenkrolle unter dem Sattel, durch die Kettenstrebe zum Zahnkranz auf dem Freilauf des Hinterrades und von dort wei­ ter durch das vom Steuerrohr bis zum Ausfallende gerade durchlaufende Unterrohr bis zu einer Rückholfeder. Durch die Lagerung der Trethebel hinter dem Steuerrohr liegt der Drehpunkt unvorteilhaft hoch, wodurch der Fahrer in eine feste Sitzposition gezwungen wird, und so etwa ein Wiegetritt am Berg nicht möglich ist, da sich sonst die wirksame Trethe­ bellänge stark verringert. Eine Benutzung der zur Unterstüt­ zung zusätzlich auf den Trethebeln angebrachten Handhebel erscheint sehr unrealistisch und gefährlich. An die Rückhol­ federn werden materialseitig hohe Ansprüche gestellt, sie sollen die Trethebel mit möglichst gleichmäßiger, nicht nach­ lassender Kraft über den gesamten Hebelweg zurückholen. Eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses muß separat an jedem Trethebel von Hand erfolgen, was beim Alltagsbetrieb im Stra­ ßenverkehr, womöglich bepackt mit Kindersitz und Einkaufsta­ sche, schwierig wird.

US-Patent 3.913.947 von 1975 stellt ein Trethebelfahrrad vor,bei dem die Trethebel am Ausfallende gelagert sind und nach vorn weisen. Die Zugseile laufen beidseitig von ihrem festen Angriffspunkt etwa in der Mitte der Trethebel bis zu den Freiläufen unterhalb des Sattels. Beide Freiläufe wirken auf eine gemeinsame Achse mit nur einem Zahnkranz, der über eine Endloskette dann den Zahnkranz des Hinterrades antreibt.

Die gegensinnige Pedalbewegung ergibt sich durch ein weiteres Seil, das die Trethebel über eine Umlenkrolle am Sitzrohr verbindet.

Als Schwachpunkte erweisen sich hier die Ausfallenden, die die gesamte Belastung durch die in den Lagern der Trethebel auftretenden Kräfte, insbesonders bei seitlicher Einwirkung aufnehmen müssen. Ferner zeigt diese Konstruktion auch immer noch sämtliche Merkmale konventioneller Fahrradkonstruktionen in Bezug auf schmutzanfällige Kettenführung und komplizierten Radwechsel. Zudem ist keine Möglichkeit vorgesehen, die Über­ setzung zu verändern.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 33 32 475 A1 von 1985 zeigt einen Trethebelantrieb mit Lagerung der Hebel auf, unter oder vor der Hinterachse. Beiderseits verläuft von einem Anhänge­ punkt im plattenartigen Ausfallende ein Zugseil über eine Rolle im hinteren Hebelviertel, dann über eine Rolle am obe­ ren Rand des Ausfallendes und ist dann mehrfach um eine Rolle mit eingebautem Freilauf auf dem Hinterrad gewickelt. Von da läuft das Seil weiter und ist über eine Umlenkrolle vor dem Hinterrad mit dem System der anderen Seite verbunden. Zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses sind die Anhängepunkte in den Ausfallenden auf einer annähernd senkrechten Zykloi­ denbahn verschiebbar.

Dabei besteht ein Nachteil darin, daß der Winkel zwischen Zugseil und Trethebel im Bereich zwischen 45° und 60° liegt, was einem Wirkungsgrad von nur 70%-85% entspricht, und wodurch eine erhebliche Kraft auf das Schaltseil wirkt, wenn größte Übersetzung und untere Trethebelstellung zusammenfal­ len. Durch die mehrfache Wicklung des Antriebsseiles um die Rolle am Hinterrad gestaltet sich dessen Ausbau sehr schwie­ rig, und alle wartungsintensiven Mechanikteile liegen unge­ schützt.

Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, ein wartungs- und transportfreundliches Fahrrad zu schaffen, das den hohen Wirkungsgrad des Trethe­ bels durch seine bei ausreichender Pedallänge fast geradlini­ gen Pedalreise mit einer leicht zu bedienenden, stufenlosen Schaltung und einer geschützten Kettenführung verbindet. Und insbesondere sollte der Hinterradwechsel zur Reifen- und Speichenreparatur ohne Behinderung durch Kette und Zahnräder für den Durchschnittsradfahrer möglich sein.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im Wesentli­ chen darin zu sehen,daß sich eine große Trethebellänge durch eine gemeinsame Lagerung der Trethebel mit dem Hinterrad auf einer Steckachse ergibt, was gleichzeitig eine Kettenführung im Rahmen und ein Belassen der Zahnradmechanik im Rahmen beim Hinterradausbau ermöglicht. Dadurch, und vor allem auch durch die hochklappbaren Pedale, läßt sich das Fahrrad besonders leicht transportieren, und die blauen Flecke an den Waden fallen weg. Die Bewältigung der durch den Trethebel bedingten langen Schaltwege geschieht mittels einer schwenkbaren Len­ keranordnung. Der Wirkungsgrad liegt je nach Stellung der kreissegmentförmigen Trethebel - mit der oberen Umlenkrolle als Mittelpunkt des Kreises - annähernd bei 100%, da die Zugseile immer nahezu senkrecht an den Hebeln abgezogen wer­ den.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert, die lediglich einen Ausführungsweg darstellen.

Fig. 1 zeigt in Seitenansicht ein erfindungsgemäßes Fahrrad.

Die Bewegung der Trethebel (1) wird beidseitig durch Seil- Kettenkombinationen (2) über die obere Umlenkrolle (3) auf die Freiläufe (4) im Hinterrad übertragen, wobei sich die gegenläufige Pedalbewegung aus der Verbindung beider Züge über eine Umlenkrolle (5) vor dem Hinterrad ergibt. Zur stu­ fenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses sind die Seilangriffspunkte (6) auf den Trethebeln (1) über Bowdenzüge (7) mit einer schwenkbaren Lenkeranordnung (8), deren Bewe­ gung an einer Art verlängertem Vorbau (9) geführt und arre­ tiert werden kann, verschiebbar verbunden. Zum Transport können die Pedale (10) von der waagerechten in die senkrechte Stellung geklappt werden.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch die Steckachse des Hinterrades.

Die Steckachse (11) des Hinterrades trägt und verspannt fol­ gende Bauteile zu einer stabilen Einheit:

• - die Hülsen (12), auf denen die Trethebel (1) gelagert sind
• - die dosenartigen Ausfallenden (13), an denen der Fahr­ radrahmen ansetzt
• - die Hülsen (14), auf denen die nuttragenden Hohlwellen (15) mit den Zahnkränzen (16) gelagert sind
• - die Hülse (17), auf der die Nabe (18) mit den federtra­ genden Hohlwellen (19) und den Freiläufen (4) gelagert ist.

Der Vortrieb erfolgt dadurch, daß die jeweilige Trethebelbe­ wegung über die Kette den Zahnkranz (16) mit der nuttragenden Hohlwelle (15) in Drehung versetzt, in die die federtragende Hohlwelle (19) eingreift, die über den Freilauf (4) dann die Nabe (18) mitnimmt. Die Nabe (18) trägt an den Stirnseiten zur Aufnahme der Radialspeichenköpfe eine umlaufende Hohlkeh­ le (20). Diese geht in den Hohlraum der dosenartigen Aus­ fallenden (13) über, deren Mäntel an den Rahmenansätzen zur Kettenführung durchbrochen sind. In diese von Nabe und Aus­ fallende gebildete Kammer kommen so alle schmutzanfälligen Mechanikteile zu liegen, und nach außen weisen nur glatte Oberflächen. Zum Ausbau des Hinterrades für den Reifen- oder Speichenwechsel werden die Trethebel auf gleiche Höhe ge­ stellt, die Ausfallenden um Federstärke gespreizt und das Rad einfach herausgezogen.

Claims (9)

1. Fahrrad mit Trethebelantrieb, gekennzeichnet dadurch, daß auf einer gemeinsamen Steckachse (11) folgende Bauteile gela­ gert und zu einer stabilen Einheit verspannt sind:

• - die Hülsen (12), auf denen die Trethebel (1) gelagert sind
• - die dosenartigen Ausfallenden (13), an denen der Fahr­ radrahmen ansetzt
• - die Hülsen (14), auf denen die nuttragenden Hohlwellen (15) mit den Zahnkränzen (16) gelagert sind
• - die Hülse (17), auf der die Nabe (18) mit den federtra­ genden Hohlwellen (19) und den Freiläufen (4) gelagert ist.

2. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Freilauf (4) in die nuttragende Hohlwelle (15) integriert ist, und die federtragende Hohlwelle (19) Bestandteil der Hinterradnabe (18) ist.

3. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die obere Umlenkrolle der Mittelpunkt des Kreises ist, von dem die Trethebel Segmente bilden.

4. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Rahmen ein Dreieck zwischen Steuerrohr, Hinterachse und Sat­ tel bildet.

5. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hohlräume der dosenartigen Ausfallenden (13) Bestandteile einer freitragenden Karosserie sind.

6. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Seilangriffspunkt (6) auf den kreissegmentförmigen Trethebeln (1) über Bowdenzüge (7) durch eine schwenkbare Lenkeranord­ nung (8) stufenlos verschoben und arretiert werden kann.

7. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Antriebsseil (2) von der Ebene, in der sich der Zahnkranz (16) dreht, bis zur Ebene, in der sich der Trethebel (1) bewegt, spiralförmig um die obere Umlenkrolle (3) verläuft.

8. Radnabe, gekennzeichnet dadurch, daß die Stirnseiten eine umlaufende Hohlkehle (20) zur Aufnahme der Radialspeichenköp­ fe tragen, die durch kreisförmige Ausfall- oder Gabelenden abgedeckt sind.

9. Zweirad mit Kettenantrieb, gekennzeichnet dadurch, daß auf einer gemeinsamen Steckachse folgende Bauteile gelagert sind:

• - die Ausfallenden
• - eine Hülse, auf der eine nuttragende Hohlwelle mit einem Zahnkranz gelagert ist.
• - eine Hülse, auf der eine federtragende Nabe gelagert ist, die von der nuttragenden Hohlwelle mitgedreht wird.