Ein pedalbetriebenes Fortbewegungsmittel mit einer Sitzfläche, deren Position so veränderbar ist, dass der Schwerpunkt der pedalierenden Person an die Fahrbedingungen in verschiedenen Geländen angepasst werden kann, ist durch die DE 42 32 655 AI bekannt. Die Sattelbewe- gung und die Sattelneigungsbewegung erfolgen dort mittels diverser Mechaniken, die durch ei- ne Gasdruckfeder oder einen hydraulischen Stellzylinder angetrieben werden.

Ferner ist durch die DE 44 28 507 AI eine Vorrichtung bekannt, die so mit dem Rahmen eines Fahrrades verbunden wird, dass die pedalierende Person eine Kraft größer als ihre eigene Schwerkraft auf das sich abwärts bewegende Pedal ausüben kann.

Fortbewegungsmittel, die durch menschliche Pedalbewegung angetrieben werden, die auch ü- ber schaltbare Getriebe erfolgen kann, sind seit langer Zeit bekannt. Das meistgenutzte Fort- bewegungsmittel dieser Art ist das Zweirad, das meist kurz als Fahrrad bezeichnet wird. Die Beschreibung der Erfindung konzentriert sich deshalb auf das Fahrrad. Sie lässt sich analog auf andere Fortbewegungsmittel mit menschlichem Pedalantrieb übertragen.

Das Fahrrad ist mit einer Sitzfläche für die pedalierende Person ausgestattet, die als Sattel be- zeichnet wird, damit der Rumpf, der Kopf und die Arme dieser Person keine mit der Pedalbe- wegung synchrone Auf-und Abbewegungen durchführen müssen, die nicht zur Fortbewegung beitragen. Jede solcher Aufbewegungen würde nämlich unnötigerweise die Energie-Mgh ver- schwenden, die vom Körper der pedalierenden Person bereitgestellt werden müsste. Dabei sei- en M die Masse von Rumpf, Kopf und Armen, g der Vektor der Erdbeschleunigung und h der Vektor des mittleren Weges der Aufbewegung. Diese Energie-Mgh wäre allerdings nur dann verlorene Energie, wenn die anschließende Abbewegung nicht ganz oder teilweise in Fortbe- wegungsenergie umgesetzt würde.

Die Sattelposition relativ zum Pedaltretlager und zum Rahmen des Fahrrads ist im allgemeinen das Ergebnis eines Kompromisses aus optimalem Pedalantrieb und minimalem Luftwiderstand.

Dieser Kompromiss ist bis zum Extrem entwickelt bei Spezialfahrrädem für Hochgeschwindig- keitswettbewerbe. Der in Fig. 1 gezeigte Abstand R vom Pedaltretlager bis zur Satteloberfläche ist dabei in der Regel so gewählt, dass bei ausgestrecktem Bein mit null Grad zwischen Ober- und Unterschenkel die dazu senkrecht stehende Fußunterfläche gerade das Pedal in Oppositi- on, d. h. in der entferntesten Stellung auf der Linie Sitzfläche durch das Pedaltretlager, berührt.

Daraus resultiert eine allgemein anerkannte, günstige Pedalbewegung, die aber individuell an- gepasst werden kann. Damit wird R=O+U+F-S-r+p+d, wobei O die Länge des Oberschenkels vom Hüftgelenk (1) bis zum Kniegelenk (2), U die Länge des Unterschenkels vom Kniegelenk (2) bis zum Sprunggelenk (3), F die Länge vom Sprunggelenk bis zur Fußunterfläche (4), S der Abstand von der Satteloberläche zum Hüftgelenk (1) bei ausgestrecktem Bein, r die Länge vom Pedaltretlager bis zum Pedallager, p die halbe Pedaldicke und d die Dicke der Schuhsohle sind. Bei horizontaler Fahrfläche liegt die Sitzfläche soweit hinter dem Pedaltretlager, dass der Rumpf (5) parallel zur Fahrfläche zu liegen kommt, so dass der Rumpf (5), Kopf (6) und Arme (7) den geringsten Luftwiderstand erzeugen. Gleichzeitig muß der Schwerpunkt der pedalie- renden Person vorwiegend über dem Bereich vom Pedaltretlager bis zum Abstand r vor dem Pedaltretlager liegen, damit die Kraft (M+2m) g möglichst gut für den Pedalantrieb bei der Ab- wärtsbewegung des Pedals zur Verfügung steht. m ist dabei die Masse eines Beines. Die Nut- zung von aufwärts gerichteten Zugkräften-Z auf das sich aufwärts bewegende Pedal verstärkt nicht nur die Pedalarbeit, sondern erhöht auch die an der pedalierenden Person angreifenden nach unten gerichteten Kräfte zu (M+2m) g + Z = LaX Dies ist die maximal mögliche Kraft Pmax, die von der pedalierenden Person auf das sich abwärtsbewegende ausüben kann. Pa,, wird genau dann erreicht, wenn die Kraft der pedalierenden Person auf den Sattel und die Abstütz- oder Zugkräfte auf den Lenker gerade null werden.

Die Position der pedalierenden Person ist damit für Hochgeschwindigkeitsfahrten zwar opti- miert, sie erlaubt aber keineswegs die beste Dauerleistungsübertragung auf die Pedale durch die pedalierende Person. Die stark geduckte Haltung mit dem Rumpf nahezu parallel zu Fahr- fläche und im Mittel angezogenen Oberschenkelen behindert die Atmung der pedalierenden Person erheblich. Voraussetzung für eine gute Dauerleistungsübertragung auf die Pedale ist dagegen eine gute Atmung. Außerdem muß die pedalierende Person im Mittel permanent Ver- spannungskräfte entwickeln, die den Schwerpunkt der pedaliernden Person über der mittleren Position des ich abwärts bewegenden Pedals halten. Solche Verspannungskräfte erfordern bei einem organischen System wie der pedalierenden Person permanent verlorene Leistung. Den- noch hat die pedalierende Person ein Interesse daran, den Schwerpunkt über der mittleren Po- sition des ich abwärts bewegenden Pedals zu halten. Würde nämlich der Schwerpunkt aus die- ser mittleren Position horizontal nach vorn oder nach hinten verschoben, würden Drehmomen- te am Gesamtkörper der pedalierenden Person auftreten, die durch Gegendrehmomente aufge- fangen werden müssten. Diese Gegendrehmomente werden durch Kräftepaare aus Abstütz- oder Zugkräfte am Lenker und der Sattelgegenkraft auf die pedalierende Person erzeugt, die ebenfalls verlorene Leistung erfordern.

Für Niedriggeschwindigkeitsfahrten, bei denen der Luftwiderstand nur noch eine sehr kleine oder sogar vernachlässigbare Rolle spielt, wird im allgemeinen die gleiche Position des Sattels relativ zum Rahmen des Fahrrads beibehalten, wobei lediglich der Abstand R so groß wie mög- lich gemacht wird. Die wichtigste Art der Niedriggeschwindigkeitsfahrten ist die Bergfahrt, bei der die ansteigende Fahrfläche eine automatische Verschiebung des Schwerpunktes der peda- lierenden Person horizontal nach hinten bewirkt. Die nach oben gerichtete Pedalgegenkraft er- zeugt dann mit der nach unten gerichteten Schwerkraft am Schwerpunkt ein Kräftepaar und damit ein Drehmoment an der pedalierenden Person, die sie mit verstärktem Kräftepaar aus Zugkräften am Lenker und der Sattelgegenkraft auf die pedalierende Person auffangen muß, was verlorener Leistung entspricht. Für den bestmöglichen Pedalantrieb muß also die pedalie- rende Person den Rumpf noch weiter nach vorn bewegen, damit der Schwerpunkt wieder senkrecht über dem Bereich vom Pedaltretlager bis r horizontal vor dem Pedaltretlager zu lie- gen kommt. Dafür muss die pedalierende Person aber wieder verstärkt Verspannungskräfte aufbringen, die ebenfalls verlorene Leistung verursachen.

Dies ist der Grund für die"natürliche"Reaktion der pedalierenden Person, sich vom Sattel zu lösen und zum Wiegetritt überzugehen, der den Schwerpunkt automatisch senkrecht über den Bereich vom Pedaltretlager bis r vor dem Pedaltretlager bringt. Der große Nachteil des Wiege- tritts ist allerdings eine starke Auf-und Abbewegung des Schwerpunkts von Rumpf, Kopf und Armen, die bei jeder Aufbewegung mit erheblicher Arbeit und damit mit Leistungsverlusten verbunden ist, wenn sie nicht vollständig in Aufwärtsbewegung des Fahrrads umgesetzt wird, was im allgemeinen nicht der Fall ist. Außerdem tritt beim Wiegetritt noch eine starke Pendel- bewegung des Schwerpunktes der pedalierenden Person quer zur Fahrtrichtung auf, die eben- falls einer Auf-und Abbewegung des Schwerpunktes der pedalierenden Person mit den soeben geschilderten Folgen entspricht.

Es besteht daher die Aufgabe, die Sattelposition für verschieden Fahrgegebenheiten relativ zum Pedaltretlager und zum Rahmen des Fahrrads so anzupassen, dass der Schwerpunkt der peda- lierenden Person vorwiegend senkrecht über dem Bereich vom Pedaltretlager bis r horizontal vor dem Pedaltretleger angeordnet werden kann, auch wenn der Rumpf aus der geduckten, windschlüpfrigen Hochgeschwindigkeitshaltung in eine fast senkrechte Haltung bei Bergfahrten niedriger Geschwindigkeit übergeht, die eine optimale Atmung gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Sattel allgemein relativ zum Pedaltretlager und zum Rahmen des Fahrrads bewegt und an beliebigen Stellen zwischen den Extremstellungen für Höchstgeschwindigkeitsfahrt und extremste Bergfahrt fixiert werden kann. Spezialfahrräder mit einer oder mehreren fixierten Positionen des Sattels stellen damit ei- ne Lösung der Aufgabe dar. Besonders vorteilhaft ist eine Bewegung des Sattels auf einem Großkreis (8) um das Pedaltretlager (9) mit Fixierungsmöglichkeiten zwischen den Extremstel- lungen (10) für Höchstgeschwindigkeitsfahrt in Fig. la und extremste Bergfahrt (11) in Fig. lc für eine gegebene Steigung der Fahrfläche. Der Winkel gemessen ab der Extremstellung (10) für Höchstgeschwindigkeitsfahrten bis zu andern Positionen sei dann ß.

Technisch kann diese Aufgabe dadurch gelöst werden, dass der Transversalträger zwischen Lenksäule und Sattelträger eines Fahrrads ganz oder teilweise durch einen oder mehrere kreis- förmige Träger (12) mit Kreismittelpunkt im Pedaltretlagermittelpunkt (9) und mit Kreisradius R* kleiner als R ersetzt oder ergänzt wird. Damit kann die pedalierende Person den für sie ana- tomisch günstigen Wert von R für alle Fahrbedingungen beibehalten. Ein solcher Lösungsvor- schlag wird in Fig. 1 skizziert, wobei die pedalierende Person mit feinen Strichen für 8 Pedalpo- sitionen eines Beines symbolisiert ist. Fig. la entspricht der Extremstellung für Höchste- schwindigkeitsfahrten auf horizontaler Fahrfläche, während Fig. lb und Fig. lc Bergfahrtstel- lungen für 10% Steigung entsprechen. Dieser Träger (12) mit Radius R* und mit Kreismittel- punkt im Pedaltretlagermittelpunkt (9) sei so profiliert, dass darauf ein Sattelträgerschlitten (13) ohne Verkippung aus der Kreisebene entlang gleiten und an beliebigen Stellen fixiert wer- den kann. Die Gleitbewegung kann per Hand rnit Fixierung durch eine Feststellschraube oder durch einen beliebigen, komplexeren Antriebs-und Feststellmechnaismus erfolgen, der auch während der Fahrt aktiviert werden kann. Als solche komplexere Antriebs-und Fixierungsme- chanismen kommen unter anderem Seilzugantriebe, Kettenantriebe, Zahnrad-oder Zahnstan- genantriebe oder Gewindespindelantriebe in Frage. Auf diesem Sattelträgerschlitten ist ein Rohr mit Achse günstigerweise parallel zu einem Radiusvektor vom Pedaltretlager aus befes- tigt, in das ein Sattelträgerrohr (14) eingepasst, verschoben und festgeklemmt werden kann.

Damit wird die Einstellung von R für die individuelle Anatomie der pedalierenden Person mög- lich. Die Winkelstellung der Oberfläche des Sattels (16) relativ zum Sattelträgerrohr (14) kann mit einem Mechanismus (15) verändert werden, der auch während der Fahrt aktiviert werden kann. Die bewegliche Sattelstruktur besteht also aus dem Sattelträgerschlitten (13), dem Sat- telträgerrohr (14), dem Sattel (16) und dem Mechanismus (15) zur Winkelstellung der Sattel- oberfläche relativ zu dem Sattelträgerrohr.

Damit die angestrebte, aufrechte Haltung des Rumpfes für Fahrten mit großem Winkel ß mög- lich wird, muss der Lenker (17) für eine anatomisch entspannte Armhaltung bei aufrechtem Rumpf angepasst werden. Dies kann durch verschiedene Mechanismen für alle Winkel ß er- reicht werden, wobei Teleskop-oder Kippmechanismen geeignet sind, Standardlenker mit oder ohne zusätzliche mechanische Elemente an diese Erfordernisse anzupassen. Speziallenker für Bergfahrten mit großem ß sind auch möglich. Anatomisch entspannt entspricht möglichst ge- ringen Auflage-oder Zugkräften der Arme am Lenker, die dann minimal werden, wenn der Schwerpunkt der pedalierenden Person vorwiegend im Bereich vom Pedaltretlager bis r hori- zontal vor dem Pedaltretlager liegt.

Abwärts gerichtete Pedalkräfte größer als Ou können dadurch erzielt werden, dass die peda- lierende Person durch Bügel oder Gurte mit der beweglichen Sattelstruktur verbunden wird.

Dadurch wird das Abheben der pedalierenden Person vom Sattel bei Ausüben einer größeren Kraft ale pax auf das sich abwärts bewegende Pedal verhindert.

Eine weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt mit Ausführungsbeispielen in den Figuren 2 bis 4 : In Figur 2 wird ein Beispiel für einen Sattelträgerschlitten gezeigt, der auf einem Doppelträger (21) mit Krümmungsradius R* mit Krümmungsmittelpunkt im Pedaltretlager entlang bewegt werden kann. Der Abstand der Doppelträger ist so gewählt, dass das Sattelträgerrohr (22) da- zwischen passt, so dass die Länge R über weite Bereiche verändert werden kann. Dazu kann das Sattelträgerrohr (22) im Sattelträgerschlittenrohr (23) entlang gleiten und fixiert werden.

Der Sattelträgerschlitten (24) ist so an den Doppelträger (21) angepasst, dass er nicht aus der Ebene der Kreisfläche mit Radien R* verkippt werden kann. Die Fixierung des Sattelträger- schlittens (24) erfolgt über Fixierungslaschen (25) und Feststellschrauben (26), die mit einem Exzentermechanismus (27) für die beschleunigte Fixierung ausgestattet sind. Zwischen den Fi- xierungslaschen und dem Doppelträger sei eine Materialschicht mit günstigen, angepassten Gleit-und Reibungseigenschaften angebracht sei.

In Figuren 3 a und 3b wird ein Beispiel für einen verbesserten Sattelträgerschlitten (31) gezeigt, der ebenfalls auf einem Doppelträger (32) mit Krümmungsradius R* entlang gleiten kann. Er ist mit Auflagerollen (33) ausgestattet, welche die Reibung bei Verschiebung des Sattelträger- schlittens (31) auf den Doppelträgem (32) deutlich verringern, so dass dieser auch während der Fahrt leicht verstellt werden kann. Der weitere Vorteil der Rollen ist eine technisch einfachere Sattelträgerschlittenform, die nicht an die Krümmung der Doppelträger angepasst werden muss. Die seitliche Stabilisierung des Sattelträgerschlittens (31) wird durch mindestens drei Gleitkontakte aus reibungsarmem Material (34) erreicht, die durch Schrauben (35) justiert werden können. Die Fixierung des Sattelträgerschlittens (31) auf dem Doppelträger (32) kann wieder über Fixierungslaschen (36) und Feststellschrauben (37) erfolgen, wobei zwischen den Fixierungslaschen und dem Doppelträger eine Materialschicht mit günstigen, angepassten Gleit-und Reibungseigenschaften angebracht sei. Letztere können wieder mit einem Exzen- termechanismus (38) für die Schnellfixierung ausgestattet werden.

In Figur 3c wird ein Beispiel für ein einzelnes Profilträgerrohr (41) gezeigt, auf dem der Sattel- trägerschlitten (42) ohne Verkippen aus der Kreisebene mit Radien R* entlang gleiten kann.

Gegenüber den vorherigen Beispielen ist der Spielraum für die Einstellung von R hier aller- dings reduziert. Zwecks kleiner Reibung ist dieser Sattelträgerschlitten (42) mit mindestens zwei Rollen (43) ausgestattet. Die seitliche Stabilisierung des Sattelträgerschlittens (42) wird durch mindestens drei Gleitkontakte aus reibungsarmem Material (44) erreicht, die durch Schrauben (45) justiert werden können. Die Fixierung des Sattelträgerschlittens (42) auf dem Einzelträger (41) kann wieder wie in Fig. 3b über Fixierungslaschen (46) und Feststellschrauben (47) erfolgen. Letztere können wieder mit einem Exzentermechanismus (48) für die Schnellfi- xierung ausgestattet werden. Eine verbesserte Fixierung durch horizontale, seitlich am Träger angreifende Fixierungsschrauben ist ebenfalls möglich.

In Figur 4 wird ein Schneckenradgetriebe (51) als Beispiel für die Sattelneigungseinstellung gezeigt. Es ist am oberen Ende des Sattelträgerrohrs (52) eingebaut, das dort massiv ausge- führt ist. Der eigentliche Sattelträger (53) ist um eine Achse (54) im obersten, massiven Teil des Sattelträgerrohrs (52) drehbar gelagert, so dass die Sattelreferenzfläche (55) um + 30 Grad von der Mittelposition aus verstellt werden kann. Der Sattel wird mit seiner Satteloberfläche nahezu parallel zu dieser Sattelreferenzfläche (55) am Sattelträger (53) befestigt. Die Schne- ckenstange (56) ist mit Gleitlagern (57) im Sattelträgerrohr gelagert. Sie kann per Hand oder durch Elektromotoren betrieben werden. Nach Einstellung des Sattelneigungswinkels kann der Sattelträger (53) mit einer Feststellschraube (58) fixiert werden.