DE3939609A1 - Fahrrad, insbesondere trimmfahrrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrrad, insbesondere Trimmfahrrad mit einem Freilauf, der das angetriebene Rad an die antreibende Tretkurbel kuppelt. Bei Fahrrädern und Trimmfahrrädern soll durch Freilauf vermieden werden, daß z. B. bei Abrutschen der Füße von den Pedalen der Tretkurbel die vom Trägheitsmoment des angetriebenen Rades oder Schwungrades beim Fahrrad bzw. Trimmfahrrad weiterbewegten Pedale die Unterschenkel verletzen. Freilauf beim Radfahren im Freien hat zusätzlich den Vorteil, die Pedale anhalten zu können, wenn das Rad z. B. auf abwärts geneigter Strecke (oder bei erwünschter Tempoverminderung) keines zusätzlichen Antriebs durch Muskelkraft bedarf. Beim Fitneßtraining mit dem Trimmfahrrad ist diese Möglichkeit von geringerem Vorteil. Es kann sogar erwünscht sein, wenn sich die Pedale ohne Freilauf nach Beendigung der aktiven Tretbewegung mit den Füßen noch einige Umdrehungen durch die Trägheit des Schwungrades weiterbewegen.

Für den sicherheitstechnischen Vorteil des Freilaufs beim Fahrrad und beim Trimmfahrrad muß beim Training ein für den Trainingskomfort erheblicher Nachteil in Kauf genommen werden: Bei Drehzahlen über etwa 60 Pedalumdrehungen pro Minute und geringen bis mittleren Bremskräften, die auf das Rad bzw. Schwungrad einwirken, ergibt sich ohne Bemühung um einen "runden Tritt" meist nach dem Heruntertreten des anderen Pedals eine kurze Zwischenphase, in der die Geschwindigkeit der Pedalumdrehung hinter der des Rades oder Schwungrades zurückbleibt, d. h. es kann leicht zu einer Entkupplung des Pedalantriebs vom Rad oder Schwungrad kommen. Dieser folgt unvermeidlich bei der Kraftentwicklung während des Heruntertretens des anderen Pedals eine unangenehme ruckartige Kupplung, da die Geschwindigkeit der Pedalumdrehung die des Rades oder Schwungrades im Moment der Kupplung meist wieder erheblich überschreitet. Dieses Rucken wirkt sich besonders nachteilig aus, weil es zunehmend leichter bei höheren Pedaldrehzahlen (von ca. 70 bis 100 umdrehungen pro Minute) mit entsprechend geringerem auf Rad oder Schwungrad wirkenden Bremswiderstand auftritt, die andererseits oft die subjektiv angenehmsten sind. Die Tendenz zum Rucken bei Trimmfahrrädern mit Freilauf des Schwungrades tritt verstärkt bei zwei Trainingsformen auf, die eine rhythmische Bewegung unterstützen und ohne Freilauf sehr positiv beurteilt werden: Beim Training mit zusätzlicher Armarbeit mit Hilfe vor- und rückwärts beweglicher Griffstangen (vgl. DP 27 42 719) und beim Training im Rhythmus von Musik (vgl. PCT/EP 88/00 605).

Zusammenfassend kann man sagen, daß ein Training mit dem Fahrrad oder Trimmfahrrad bei Verwendung bisher bekannter Freiläufe wegen der Tendenz zur Entkupplung und anschließenden ruckartigen Ankupplung weniger angenehm ist als ohne Freilauf, aber vor allem aus Sicherheitsgründen in Kauf genommen wird.

Die Erfindung bezweckt, diesen Mangel der Freilaufkupplung beim Fahrrad, insbesondere beim Trimmfahrrad zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Entkupplung des Freilaufs bei einer Tretpause zwischen dem Heruntertreten der Pedale nicht mehr oder stark vermindert auftritt. Dabei bleiben die sicherheitstechnischen Vorteile des Freilaufs dann erhalten, wenn die Erschwerung der Entkupplung so gering gehalten wird, daß die Entkupplung durch leichten Gegendruck der Füße entgegen der Pedalbewegung eintritt.

Die kennzeichnenden Merkmale vorteilhafter Ausführungs­ formen und weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Zeichnung zeigt Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Freilauf mit Rastergesperre bei magnetisch erschwerter Entkupplung im Längsschnitt, wobei nur die obere Hälfte dargestellt ist,

Fig. 2 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 1 und mit der dort nicht dargestellten symmetrischen unteren Hälfte,

Fig. 3 einen Freilauf mit Planreibfläche bei magnetisch erschwerter Entkupplung im Längsschnitt, wobei nur die obere Hälfte dargestellt ist,

Fig. 4 einen Freilauf mit Rastergesperre bei erschwerter Entkupplung durch ein zusätzliches mit dem Antreiber drehfest verbundenes Schwungrad und mit einer Druckfederdämpfung der Kupplung zwischen Antreiber und freilaufendem Schwungrad im Längsschnitt, wobei nur die obere Hälfte dargestellt ist,

Fig. 5 eine Ansicht im Schnitt entlang der Linie A-B in Fig. 3 und mit der dort nicht dargestellten symmetrischen unteren Hälfte.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 ist ein bei Trimmfahrrädern oft verwendeter Freilauf mit Rastergesperre durch Sperrklinken so modifiziert, daß mit dem Antreiber fest verbundene Magnete in Sperrstellung einen breitflächigen Kontakt mit den Sperrklinken haben, die mit dem freilaufenden Nabehülsenkörper verbunden sind. Die Enden der Achse 1 können in üblicher Weise mit den Ausfallenden 2 einer als Halterung für das Schwungrad dienenden Gabel des Trimmfahrrades durch Sechskantköpfe drehfest verbunden werden. Der Nabenhülsenkörper 3 trägt das Schwungrad 4 und ist mit der Hülsenkörperverlängerung 5 drehfest verbunden. Die Hülsenkörperverlängerung 5 und der damit drehfest verbundene Trägerring 6 sind mit Nuten für Kugellager versehen und dienen als Träger des Freilaufsystems. Der Nabenhülsenkörper 3 und der Trägerring 6 sind auf dem auf der Achse 1 aufgeschraubten Konus 7 und 8 durch die Kugellager 9 abgestützt. Der Antreiber 10 ist auf der Hülsenkörperverlängerung 5 und dem Trägerring 6 durch die Kugellager 11 drehbar gelagert und unabhängig vom Nabenhülsenkörper um die Achse 1 drehbar.

Die Übertragung des Drehmomentes vom Zahnrad 12, das mit dem Antreiber 10 drehfest verbunden ist, auf den Nabenhülsenkörper 3 wird mittels einer Kupplungsvor­ richtung 13 bewirkt. Die Klinken 14 sind in der Klinkenträgerhülse 15 schwenkbar um den an dieser befestigten Achsenstift 14A gelagert, deren seitlicher Bodenring an den Nabenhülsenkörper 3 angeflanscht ist. Die Klinken 14 werden durch die Schenkelfedern 16 mit der hierzu erforderlichen Kraft in Richtung zur Achse 1 ausgeschwenkt. Bei Drehung des Antreibers 10 in Pfeilrichtung (s. Fig. 2) drücken die damit drehfest verbundenen Haftmagnete 17 die Kanten der Klinken 14 ebenfalls in diese Position, die den vollen Kontakt der Magnethaftflächen mit den Klinkenkontaktflächen ermöglicht. Die Klinken 14 werden in dieser Position durch die Lagerkanten in der Klinkenträgerhülse 15 und die anliegenden Bolzen 15B begrenzt. Die Bolzen 15B können durch die damit verbundenen Stellschrauben 15A vorgeschoben werden, damit die Klinken 14 die Haftflächen der Haftmagnete 17 nicht mehr plan abdecken können. Dadurch kann die Haftkraft der Magnete 17 vermindert und die zur Entkupplung aufzuwendende Kraft variiert werden. Bei Bewegung des Schwungrades 4 mit der Klinkenträgerhülse 15 und den Klinken 14 in Pfeilrichtung und Anhalten des Antreibers 10 mit der für die Entkupplung erforderlichen Kraft lösen sich die mit Antreiber 10 drehfest verbundenen Magnete 17 bei entsprechendem Trägheitsmoment des Schwungrades 4 von den Klinken 14 und die Klinkenabweiser 17A sowie die Kanten der an den Haftmagneten 17 fixierten Messingplatten 17B schwenken die Klinken 14 mit dem geringen Druck, der zur Verbiegung der Schenkelfedern 16 erforderlich ist, in Richtung zur Klinkenträgerhülse 15 und ermöglichen so ein Freilaufen des Nabenhülsenkörpers 3. Damit die Klinken 14 nach Passieren eines Magneten nicht unnötig weit durch die Schenkelfedern 16 ausgeschwenkt werden, könnte der Ausschwenkbereich der Klinken durch einen nicht abgebildeten Puffer neben den Bolzen 15B und über diesen hinausragend etwas verringert werden. Der Puffer wäre jedoch so schwach auszulegen, daß er bei der Kupplung durch die auf die Klinke wirkende Magnetkraft sofort zusammengedrückt würde und hierfür nur ein minimaler Teil der Magnetkraft beansprucht wird.

Die Abmessungen der Kupplungsvorrichtung mit Freilauf können bei Einsatz von vier kleineren auf dem Antreiber verteilten Magneten und vier Klinken anstelle der zwei abgebildeten oder von Elektro-Haftmagneten verringert werden. Geräusche durch stoßartige Kontakte der Klinken 14, mit den Klinkenabweisern 17A und den Messingplatten 17B während Freilauf des Schwungrades 4 können durch dämpfende Beschichtung der aufeinandertreffenden Teile, der Klinkenträgerhülse 15 und der Abdeckung 18, vermindert werden. Die Sperrklinken können bei Verbreiterung der Klinkenträgerhülse 15 auch in dessen am Nabenhülsenkörper 3 angeflanschten Bodenring seitlich ausschwenkbar bei gleicher Kontaktfläche mit den Magneten 17 gelagert werden. Das Ausführungsbeispiel ist analog auf ein Fahrrad mit einem über den Freilauf angetriebenen Rad anzuwenden, das vor allem für Trainingszwecke verwendet wird.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung durch Modifikation eines bekannten Axialfreilaufs mit Planreibflächen dargestellt, dessen geteilter Nabenhülsenkörper als Träger für das Schwungrad eines Trimmfahrrades verwendbar ist. Die Enden der Achse 1 können in üblicher Weise mit den Ausfallenden 2 einer als Halterung für das Schwungrad 4 dienenden Gabel des Trimmfahrrades durch Muttern drehfest verbunden werden. Die Nabenhülsenkörperteile 19 und 20 sind auf einem auf der Achse 1 aufgeschraubten Konus 21 und der antreibenden Welle 22 durch ein Kugellager 23 und ein Rillenkugellager 23A abgestützt. Die antreibende Welle 22 ist durch das Kugellager 24 auf einem auf der Achse 1 aufgeschraubten Konus 25 abgestützt gelagert und unabhängig von den Nabenhülsenkörperteilen um die Achse 1 drehbar. Mit der antreibenden Welle 22 ist ein axial magnetisierter Ringmagnet 26 drehfest verbunden, der und gegen den Nabenhülsenkörperteil 20 und die antreibende Welle 22 durch Messing abgeschirmt ist. Die Eisenschraube 27 mit dem Eisenring 28 und Planreibfläche wird durch die Feder 31 gegen die antreibende Welle gedrückt und ist mit einem zur antreibenden Welle passenden Innengewinde 29 versehen. Das steilgängige Flachgewinde der antreibenden Welle 22 dreht sich bei Drehung in Pfeilrichtung in das Gewinde der Eisenhülse 27. Die von dieser und dem Eisenring 28 gebildete Planreibfläche wird dadurch gegen die freie Haftfläche des mit der antreibenden Welle 22 drehfest verbundenen Ringmagneten 26 gepreßt. Dies führt über den durch die Führungsleisten 30 in Nuten geführten Eisenrings 28 zur Kupplung zwischen der antreibenden Welle 22 und dem Nabenhülsenkörperteil 20, der mit dem Schwungrad 24 drehfest verbunden ist. Eine Pause in der Krafteinwirkung auf die Pedale des Trimmfahrrades würde ohne Magnetkraft leicht zur Entkupplung von dem Nabenhülsenkörperteil 20 und dem damit drehfest verbundenen Schwungrad 4 führen, das sich durch sein Trägheitsmoment weiterbewegt. Wegen der magnetischen Haftung zwischen der Eisenschraube 27 mit dem Eisenring 28 und dem Ringmagneten 26 ist zusätzlich ein der Magnetkraft entsprechender Kraftaufwand erforderlich. Dieser ist über die Magnetstärke dosierbar und kann so gering gehalten werden, daß er durch leichten Druck auf die Pedale entgegen der Drehrichtung des Schwungrades erreicht wird und auch ein Auftreffen eines Pedals gegen die Wade nach Abrutschen vom Pedal nicht zu Verletzungen führt. Eine geringe Magnetkraft reicht andererseits aber aus, um bei "unrundem" rhythmischem Treten eine Entkupplung der Pedale zu vermeiden, wenn die Füße während der Phase ohne Krafteinwirkung passiv auf den Pedalen verbleiben. Zum Einbau eines Magneten mit genügender Haftkraft ist der Nabenkörperhülsen­ körperteil 20 erweitert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 und 5 wird ein Schwungrad 4 mit üblichem Freilauf bei Rastergesperre benutzt. Die Erschwerung der Entkupplung erfolgt durch eine mit dem Antreiber verbundene Schwungscheibe. Dies ist für Trimmfahrräder geeignet. Der Nabenhülsenkörper 32 ist als Träger des Schwungrades 4 mit Kugellagern drehbar auf der Achse 1 gelagert. Die Trägerhülse 33 des Freilaufsystems ist drehbar auf einem Ende des Nabenhülsenkörpers 32 gelagert und wird durch die Führungsschrauben 40, die in eine Nut der Trägerhülse 33 eingreifen, in axialer Richtung arretiert. In einer Mulde der Trägerhülse 33 ist die Klinke 36 schwenkbar gelagert. Sie wird durch Federkraft gegen den Antreiber 34 gedrückt und greift bei Bewegung des Antreibers 34 in Pfeilrichtung in hier vorgesehene Nuten zur Herbeiführung der Kupplung ein. Zur Reduzierung der Entkupplungstendenz wird hier jedoch eine kleine Schwungscheibe 35 mit einem Quotienten von 0,6 kgm^-2 aus dem Trägheitsmoment der Schwungscheibe und 2. Potenz der Drehzahlübersetzung zwischen Tretkurbel und Schwungscheibe (entsprechend DIN 32 932) drehfest mit dem Antreiber 34 verbunden. Durch das Trägheitsmoment der Schwungscheibe 35 tritt eine Entkupplung von der größeren Schwungmasse des Schwungrades 4 erst bei sehr geringen Bremswiderständen auf. Die nicht freilaufende Schwungscheibe 35 kann jedoch wegen ihrer begrenzten Masse leicht angehalten werden. Stoßartige Kupplungen nach Entkupplung können durch die Dämpfungsvorrichtung mit Hilfe der Druckfeder 39 vermieden werden. Sie kann auch mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kombiniert oder beim Fahrrad oder Trimmfahrrad mit konventionellen Freilauf mit Rastergesperre ohne Erschwerung der Entkupplung angewandt werden.

In einem Zwischenraum zwischen der Trägerhülse 33 und dem Schwungrad 4 sind zwei Halbringe 37 und 38 mit einer Druckfeder 39 untergebracht. Der Halbring 37 ist drehfest mit der Trägerhülse 33 des Freilaufsystems verbunden, die drehbar um den Nabenhülsenkörper 32 gelagert ist. Der Halbring 38 ist drehfest mit dem Nabenhülsenkörper 32 verbunden. Der Antreiber 34 bewegt bei Drehung in Pfeilrichtung nach Einrasten der Klinke 36 die Trägerhülse 33 mit dem Halbring 37 gegen die Druckfeder 39, deren anderes Ende über den Halbring 38 dem auf Schwungrad 4 ausgeübten Bremswiderstandes ausgesetzt ist. Die Druckfeder 39 wird dadurch in Abhängigkeit vom Drehmoment des Antreibers und vom auf das Schwungrad ausgeübten Bremswiderstand zusammengedrückt, wodurch die Ankupplung gedämpft wird. Die Ausführungsbeispiele sind grundsätzlich auch bei elektronisch gebremsten Trimmfahrrädern anwendbar.

Claims (6)

1. Fahrrad, insbesondere Trimmfahrrad mit einem Freilauf, der das angetriebene Rad an die antreibende Tretkurbel kuppelt, gekenn­ zeichnet dadurch, daß Mittel zur Erschwerung der Entkupplung des Freilauf vorhanden sind.

2. Fahrrad nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Erschwerung der Entkupplung des Freilaufs bis zu einem Höchstwert der zur Entkupplung aufzuwendenden Kraft einstellbar ist.

3. Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß Magnete (17, 26) als Mittel zur Erschwerung der Entkupplung des Freilaufs dienen.

4. Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet dadurch, daß eine mit der Tretkurbel drehfest verbundene Schwungscheibe (35) zur Erschwerung der Entkupplung des Freilaufs dient.

5. Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch Mittel zur Dämpfung des Stoßes der aufeinandertreffenden Teile der Freilaufkupplung beim Einkuppeln.

6. Fahrrad nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß Federn (39) zur Dämpfung der aufeinandertreffenden Teile beim Einkuppeln des Freilaufs dienen.