DE19626954A1 - Pedalbremse für Fahrräder - Google Patents

Description

Fahrräder mit Kettenschaltung sind in der Regel mit Handbremsen ausgerüstet. Diese Tech­ nik ist die Ursache zahlreicher Unfälle mit teilweise tödlichem Ausgang.

Handbremsen besitzen die folgenden Nachteile:

• 1. Gerät der Radfahrer in eine gefährliche Situation, muß er sich mit den Händen (und damit auch mit dem Kopf) nach vorne bewegen, also der Gefahr entgegen.
• 2. Die Hände sind wegen der Notwendigkeit, die Bremsen zu bedienen, gebunden und können nicht verwendet werden, den gefährdeten Kopf zu schützen oder den Aufprall des Körpers aufzufangen.
• 3. Bei speziell geformten Lenkern (Rennlenker) fährt der Fahrer gelegentlich zur Entspan­ nung in einer Stellung, die ein schnelles Greifen der Bremshebel unmöglich macht. Das notwendige Umgreifen führt zur einer Bremsverzögerung und zur Destabilisierung des Fahrrades.
• 4. Ist eine Hand wegen der Richtungsanzeige, beim Klingeln, beim Schalten oder wegen des Tragens eines Gegenstandes zum Bremsen nicht verfügbar, ist eine sichere und wirksame Bremsung praktisch nicht möglich. Der Fahrer kann die Kontrolle über das Fahrrad ver­ lieren.
• 5. Die berufsmäßige Verwendung wird behindert. Das gilt beispielsweise für Polizeibeamte im Streifendienst beim Gebrauch eines Sprechfunkgerätes.

Nabenschaltungen werden ohne, aber auch mit Rücktrittbremsen angeboten. Die Bremswir­ kung solcher Rücktrittbremsen ist unbefriedigend, so daß bei hohen Geschwindigkeiten lange Bremswege in Kauf genommen werden müssen. Der Fahrer ist daher in Gefahrensituationen auf die zusätzliche Bedienung der Handbremse angewiesen, so daß die bereits beschriebene Problematik auch bei Fahrrädern auftritt, deren Nabenschaltungen mit Rücktrittbremsen ausgerüstet sind.

Nabenschaltungen besitzen immer dann keine Rücktrittbremse, wenn sie zur Erhöhung der Gangzahl mit einer Kettenschaltung kombiniert sind.

Die Erfindung beschreibt eine Bremse, die mit herkömmlichen Übertragern der Bremskraft verwendbar ist, wie beispielsweise Felgen-, Trommel- oder Scheibenbremsen. Vorzugsweise werden Felgenbremsen Verwendung finden. Die Bremskraft wird jedoch nicht von hand­ bedienten Hebeln erzeugt, sondern von einem Drehmomentgeber, der drehbar auf dem Teil des Fahrradrahmens sitzt, in dem die Tretlagerachse gelagert ist. Die zentrale Lage des Dreh­ momentgebers erlaubt es, mehrere Bremsen gleichzeitig zu bedienen. So können beispiels­ weise die Felgenbremsen des Vorder- und des Hinterrades an den Drehmomentgeber ange­ schlossen sein. Es sind aber auch Kombinationen möglich, z. B. eine Trommelbremse hinten mit einer Felgenbremse vorne usw.

Nabenschaltungen brauchen keine eingebauten Rücktrittbremsen. Die von vielen Radfahrern gewählte Kombination einer Nabenschaltung mit einer Kettenschaltung gewinnt an Akzep­ tanz, weil sie mit der erfindungsgemäßen Pedalbremse ausgerüstet werden kann.

Stand der Technik

In mehreren Patentschriften wird vorgeschlagen, auf die Tretlagerachse einen Freilauf zu setzen, der beim Rückwärtstreten sperrt und über ein Gestänge oder Seilzüge die Bremsen betätigt. Ein Fahrrad, das mit einer solchen Bremse ausgerüstet ist, kann nicht rückwärts geschoben werden, weil über die rücklaufende Kette die Bremsen angezogen werden. Die Fahrradzubehörindustrie hat bereits versucht, durch konstruktive Änderungen an der Hinterradnabe oder am Tretlager, eine Rückwärtsbewegung der Kette beim Rückwärts­ schieben zu verhindern. Offensichtlich haben diese Bemühungen zu keiner befriedigenden Lösung geführt.

In der deutschen Offenlegungsschrift P 1 605 786 der japanischen Patentanmeldung vom 29. Juni 1966 und der deutschen Offenlegungsschrift P 32 33 165.7 der Patentanmeldung vom 7. September 1982 wird dieses Problem auf folgende Weise gelöst: Die Tretkurbeln und die Tretlagerachse bilden eine starre Einheit. Das Kettenrad jedoch ist auf der Tretlagerachse so angeordnet, daß es um einen Winkel von wenigen Grad gegenüber den Tretkurbeln ver­ stellbar ist. Befinden sich die Tretkurbeln und das Kettenrad in Antriebsstellung, werden die Sperrelemente (Sperrklinken oder Klemmrollen) mittels einer speziellen Vorrichtung in einer Stellung gehalten, bei der ein Kraftschluß zwischen der Tretlagerachse und dem Drehmo­ mentgeber nicht möglich ist. Bleibt die Antriebsstellung, d. h. die Winkelstellung zwischen der Tretkurbel und dem Kettenrad, beim Rückwärtsschieben erhalten, kann der Freilauf nicht sperren - die Bremse wird nicht wirksam.

Werden die Tretkurbeln entgegen der Fahrtrichtung gedreht, ändert sich die Winkelstellung zwischen der Tretkurbel und dem Kettenrad (Bremsstellung). Dabei werden die Sperrele­ mente in eine Stellung gebracht, die zu einem Kraftschluß zwischen dem Drehmomentgeber und der Tretlagerachse führt. Der Bremsvorgang wird ausgelöst.

Der dargestellte Bremsvorgang kann nur eingeleitet werden, wenn das Kettenrad stehen bleibt, sobald die Tretkurbeln entgegen der Fahrtrichtung gedreht werden. Durch Korrosion, Rost, Schmutz oder verharztes Öl kann es jedoch zur Mitnahme des Kettenrades kommen. Ein Bremse, wie sie in P 1 605 786 beschrieben ist, ist auf die Massenträgheit des Ketten­ rades und der Kette angewiesen und kann unter ungünstigen Umständen gefährlich sein. Die P 32 33 165.7 enthält daher zusätzlich einen Sicherheitsfreilauf, der den Stillstand des Kettenrades erzwingt.

Dieser Sicherheitsfreilauf sitzt in P 32 33 165.7 auf der Tretlagerachse und führt so zu einer sehr aufwendigen technischen Lösung, die eine praktische Umsetzung erheblich erschwert bzw. verhindert. Auch führt die Trennung der Kettenräder von der Tretlagerachse zu zusätz­ lichen Dichtstellen, die eine Wartung des Fahrrades erschweren.

Das in P 1 605 786 und P 32 33 165.7 angewandte Unterscheidungsprinzip zwischen "Fahren" und "Bremsen" soll hier als "Winkelkriterium" bezeichnet werden.

Diese bekannten Lösungsversuche haben zwei schwerwiegende Nachteile gemeinsam: Sie sind erstens relativ kompliziert und technisch aufwendig. Sie erfordern zweitens Änderungen an der Antriebstechnik auf der rechten Seite des Fahrrades. Das begrenzt den Markterfolg erheblich, weil der Kunde zu Kompromissen bei seiner Auswahl der Komponenten gezwungen wird. Auch ist ein Nachrüsten im Verkehr befindlicher Fahrräder nur mit hohem Aufwand möglich.

Das Problem der Pedalbremse sollte daher auf der linken Fahrradseite gelöst werden.

Beschreibung der Erfindung

Die erfindungsgemäße Pedalbremse ähnelt älteren technischen Lösungsversuchen insofern, als auch diese einen Freilauf verwendet, der auf der Tretlagerachse sitzt, vorzugsweise jedoch auf der linken Seite des Fahrrades. Daher soll das Fahrrad immer von links betrachtet wer­ den, wenn die Funktion seiner Bauteile beschrieben wird.

Damit das Fahrrad rückwärts geschoben werden kann, muß der Freilauf steuerbar sein. Erfindungsgemäß wird als Unterscheidungskriterium zwischen den Funktionen "Fahren und Rückwärtsschieben" einerseits und "Bremsen" andererseits der Drehsinn der links sitzenden Pedale verwendet. Zur Abgrenzung gegenüber anderen Unterscheidungskriterien soll dieses die Bezeichnung "Drehsinnkriterium" erhalten.

Während des Fahrens dreht sich die Tretkurbel entgegen dem Uhrzeigersinn, die Pedale da­ gegen im Uhrzeigersinn. Die Sperrelemente des auf der Tretlagerachse sitzenden Freilaufes, die als Sperrklinken oder Klemmrollen ausgebildet sein können, werden mittels eines Nieder­ halters in Ausnehmungen gehalten, so daß während des Fahrens keine reibenden Kontakte zwischen bewegten und ruhenden Teilen auftreten.

Beim Bremsen kehrt sich der Drehsinn aller drehenden Teile um. An der Pedale sitzt ein klei­ ner Freilauf, der infolge der Drehsinnänderung sperrt und dabei über ein Übertragungsele­ ment, beispielsweise eine in der Tretkurbel gleitende, dünne Stange, das Signal "Bremsen" an den Niederhalter überträgt. Dieser dreht sich um einen kleinen Winkel, wobei die Sperr­ elemente ausrücken und einen Kraftschluß erzeugen, der zur Sperrung des Bremsfreilaufes führt. Wird der Drehsinn beim Anfahren wieder geändert, bringen Rückstellfedern den Niederhalter wieder in die alte Stellung.

Das neue Verfahren besitzt die angenehme Eigenschaft, daß nach dem Absteigen, was in der Regel nach links erfolgt, die rechte Pedale ohne Bremswirkung hochgezogen werden kann. Das ist zweckmäßig vor dem Anfahren an einer Verkehrsampel.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pedalbremse ist in den Figuren dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 prinzipieller Aufbau der Pedalbremse. Aufsicht von links,

Fig. 2 Schnitt durch den Bremsfreilauf und den Drehmomentgeber,

Fig. 3 Aufsicht auf den Bremsfreilauf,

Fig. 4 Schnitt durch den Signalfreilauf mit Pedale.

Nach Fig. 1 besitzt das achsenseitige Ende der Tretkurbel 1 einen Freilauf, der als Brems­ freilauf 2 bezeichnet werden soll. Dieser ist konzentrisch zur Tretlagerachse 3 angeordnet.

Am pedalseitigen Ende befindet sich ein zweiter Freilauf, der die Bezeichnung Signalfreilauf 4 erhalten soll. Dieser ist konzentrisch zur Pedalachse 5 angeordnet. Diese beiden Freiläufe sind durch eine Bohrung 6 miteinander verbunden, in der eine Übertragungsstange 7 unter­ gebracht ist, die den Bremsfreilauf 2 mit dem Signalfreilauf 4 so verbindet, daß eine Kraft übertragen werden kann.

Wird die Tretkurbel 1 in Fahrtrichtung bewegt, also entgegen dem Uhrzeigersinn, dreht sich der Signalfreilauf 4 frei. Ändert sich beim Bremsen der Drehsinn, sperrt der Signalfreilauf 4 und zieht an der Übertragungsstange 7. Dabei wird ein Drehmoment auf einen Ring ausge­ übt, der als Niederhalter 8 bezeichnet werden soll, weil er die Sperrklinken 16 des Bremsfrei­ laufes 2 in einer Andruckstellung hält, so daß während des Fahrens kein reibender Kontakt zu ruhenden Teilen auftritt. Wird der Niederhalter 8 um einen kleinen Winkel gedreht, werden die Sperrklinken 16 frei, und es entsteht ein Kraftschluß mit dem Drehmomentgeber 9. An dem Drehmomentgeber 9, von dem in Fig. 1 nur der Hebel sichtbar ist, befindet sich eine Zugvorrichtung 10, über die eine Bremse oder, wie im dargestellten Fall, die Vorder- und die Hinterradbremse gleichzeitig betätigt werden. Sind beide Bremsen mittels eines Zugseiles 11 über eine drehbare Rolle 12 miteinander verbunden, wird die Bremskraft auf beide Bremsen annähernd gleichmäßig verteilt.

Nach Fig. 2 besitzt der achsennahe Teil der Tretkurbel 1 eine ringförmige Ausnehmung 13, in welcher der Niederhalter 8 drehbar gelagert ist. In dem Niederhalter 8 sitzt der innere Stift 14, an dem die Übertragungsstange 7 drehbar befestigt ist. Der Stift 14 ist zur verständli­ cheren Darstellung in die falsche Ebene gelegt. Tatsächlich muß er um 90° verdreht ange­ bracht sein, wie die Fig. 1 und 3 richtig zeigen. Ein oder mehrere Rückstellfedern 15 halten den Niederhalter 8 in einer Stellung, in der die Sperrklinken 16 in einer Andruckstel­ lung gehalten werden. Wird der Niederhalter 8 gedreht, werden die Sperrklinken 16 freigege­ ben und mittels kleiner Federn 17 radial nach außen gedrückt in einen Sägezahnring 18, der fest mit dem Drehmomentgeber 9 verbunden ist. Auf diese Weise wird ein Drehmoment auf den Drehmomentgeber 9 übertragen und der Bremsvorgang eingeleitet. Der Drehmoment­ geber 9 sitzt drehbar auf dem Einschraubteil 19 eines Innenlagers. Das Einschraubteil 19 ist im Fahrradrahmen 20 eingeschraubt.

Fig. 3 zeigt ein Schnittbild des Bremsfreilaufes 2. Die Sperrklinken 16 besitzen am gela­ gerten Ende Verlängerungen der Sperrklinkenachse 21, die einseitig abgeflacht sind. An dem Niederhalter 8 befinden sich Anschläge 22, die in der Andruckstellung die Sperrklinken 16 niederhalten. In der Fig. 3 ist nur eine von drei Anschlägen 22 dargestellt.

Nach Fig. 4 sitzt zwischen der Tretkurbel 1 und der Pedale 23 der Signalfreilauf 4. Im dar­ gestellten Beispiel besteht der Signalfreilauf 4 aus einem Ring 24, der fest mit der Pedale 23 verschraubt ist. Auf dem Ring 24 sitzt drehbar der Freilaufstern 25, der hier als Innenstern ausgebildet ist, in dem die Klemmrollen 26 frei laufen, wenn die Pedale 23 in Fahrtrichtung gedreht wird. Wird beim Bremsen der Drehsinn geändert, sperren die Klemmrollen 26. Dabei wird der Außenring 27 mitgenommen, so daß die Zugstange 7, die an dem äußeren Stift 28 drehbar gelagert ist, ein Drehmoment auf den Niederhalter 8 überträgt. Die Zugstange 7 gleitet in der Bohrung 6. Sie ist in der Fig. 4 nicht dargestellt.

Der Freilaufstern 25 kann seine Funktion nur dann erfüllen,wenn er seine Lage in Bezug zum Ring 24 bzw. zur Pedale 23 nicht ändert. Andererseits können mechanische Zwänge auftre­ ten, die den Signalfreilauf 4 beschädigen könnten. Das kann beispielsweise vorkommen, wenn die Pedale beim Kurvenfahren, an einem Randstein oder im Wald an einer Wurzel Kontakt zum Boden bekommt. Zum Schutz des Signalfreilaufes 4 ist zwischen dem Freilauf­ stern 25 und dem Ring 24 eine Rutschkupplung 29 vorzusehen, die im Ausführungsbeispiel als Ratsche ausgebildet ist. Zwischen der Rutschkupplung 29 und dem Ring 24 sitzt eine Druckfeder 30. Die Druckfeder 30, die hier als Federbalg ausgebildet ist, drückt die Rutschkupplung 29 gegen den Freilaufstern 25. Die Druckfeder 30 hat eine feste Verbindung zur Rutschkupplung 29 und zum Ring 24 (bzw. zur Pedale 23), so daß nur axiale Kräfte auf die Rutschkupplung 29 wirksam sind. Wird über die Pedale 23 ein Drehmoment übertragen, das wesentlich größer ist, als das zur Signalübertragung notwendige, kann der Freilaufstern 25 durch Drehen diesem Drehmoment nachgeben.

Eine Pedalbremse, die das Drehsinnkriterium anwendet, ist solange problemlos, wenn die Bremsung nur der Geschwindigkeitsminderung dient. Steigt der Fahrer jedoch bremsend vom Fahrrad, kann er es nicht wieder in Betrieb nehmen, weil zum Lösen des Bremsfreilaufes 2 ein kleines totes Spiel erforderlich ist. Dieses ist jedoch nicht verfügbar, weil die Tretlager­ achse 3 über die Fahrradkette an dem blockierten Hinterrad hängt. Da aktive Maßnahmen an der linken Fahrradseite schwer zu realisieren sind, werden zur Problemlösung vier passive Maßnahmen auf der rechten Fahrradseite angegeben.

Verfahren 1

Das Kettenrad und die Tretlagerachse haben ein Winkelspiel. Damit wird jedoch der Vorteil des Drehsinnkriteriums gegenüber dem Winkelkriterium wieder aufgehoben.

Verfahren 2

Der Zahnkranz sitzt auf einer Kassette, die mit einem Winkelspiel auf die Radnabe aufgesetzt werden kann. Die Probleme ähneln denen des Verfahrens 1.

Verfahren 3

Am Umwerfer oder am Rahmen ist ein kleiner Hebel drehbar angebracht, der hinter den Kettenantriebsrädern mittels Federkraft die Kette nach unten (oder nach oben) drückt, sobald diese während des Bremsvorganges entlastet wird. Am Ende des Hebels kann ein Gleitschuh aus glattem Kunststoff oder ein Laufrädchen sitzen. Beim Anfahren muß die Kette gespannt werden und liefert dabei den toten Winkel.

Verfahren 4

Das hintere Schaltwerk besitzt zwei Rädchen, deren unteres die Kette spannt und deren oberes die Kette führt. Das Führungsrädchen (oder das Spannrädchen) kann mit einem Frei­ lauf versehen sein, der beim Bremsen den Kettenrücklauf sperrt. Die Kette wird dabei nur soweit entspannt, wie es zum Bremsen erforderlich ist und anschließend zum Anfahren. Bei diesem Verfahren muß bedacht werden, daß das Fahrrad nur dann rückwärts geschoben werden kann, wenn der Freilauf des Rädchens bei einem bestimmten Drehmoment nachgibt, d. h. es muß mit einer Rutschkupplung versehen sein.

Die Verfahren 3 und 4 haben den Vorteil, daß die eingeführte Antriebstechnik nicht verän­ dert werden muß. Auch ist die leichte Nachrüstung bei Fahrrädern möglich, die bereits genutzt werden.

Claims (6)

1. Pedalbremse für Fahrräder, mit einem auf der Tretlagerachse (3) sitzenden Bremsfreilauf (2) und einem die Tretlagerachse (3) umfassenden Drehmomentgeber (9), wobei die Sperrklinken (16) (oder alternativ Klemmrollen o. ä.) des Bremsfreilaufes (2) mittels eines Niederhalters (8), je nach gewünschter Funktion, zum Kraftschluß mit dem Drehmomentgeber (9) oder zur Trennung von diesem gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung des Niederhalters (8) vom Drehsinn der Pedale (23) gesteuert wird.

2. Rücktrittbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Pedale (23) und der Tretkurbel (1) ein Signalfreilauf (4) liegt, der in Fahrtrichtung frei ist und in Bremsrichtung sperrt.

3. Pedalbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel (1) eine Bohrung (6) besitzt, durch die eine Übertragungsstange (7) geführt ist, die den Bremsfreilauf (2) und den Signalfreilauf (4) miteinander verbindet.

4. Pedalbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilaufstern (25) des Signalfreilaufes (4) mit der Pedale (23) über eine Rutschkupplung (29) verbunden ist.

5. Pedalbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebskette mittels eines gefederten Hebels, an dessen hinteren Ende ein Gleitschuh oder eine Rolle sitzt, nach unten (oder oben) gedrückt wird, wobei der Hebel drehbar am Kettenwerfer oder am Fahrradrahmen befestigt ist.

6. Pedalbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungsrädchen oder das Spannrädchen des Schaltwerkes mit einem Freilauf mit Drehmomentbegrenzung ausgerüstet ist, der entgegen der Fahrtrichtung sperrt.