Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft weiters ein E-Bike oder Fahrrad, welches über einen Rahmen mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit verfügt.

Mehr als 75% aller Menschen leben schon heute weltweit in Ballungsräumen, also in großen bis ganz großen Städten. Um die urbane Mobilität in Zukunft dem Bedarf unserer Zeitepoche anzupassen, sind Fahrräder, E-Bikes oder Pedelecs zusehends Bestandteil jeder zukünftigen Verkehrsplanung. Weil auch die Dichte des urbanen Fahrradverkehrs zunimmt, müssen neue „Citybikes“ diesen Umständen gerecht werden können. Zukünftige Citybikes sollen auch mit einem großen, komfortablen Laufrad mit einem Durchmesser von zum Beispiel 28 Zoll besonders kurz gebaut werden können um platzsparend, wendig, agil und leicht zu sein. Dabei sollen moderne City-Fahrräder ergonomisch verbessert und weitgehend wartungsfrei insbesondere bezüglich der Kraftübertragung zwischen Tretkurbelzahnrad und Antriebszahnrad betrieben werden können, ohne Fahrradkette oder Zahnriemen, und dass damit auch ein Trockenlauf -wie zum Beispiel beim Zahnriemen- möglich ist. Faktum ist, dass der ergonomische Wirkungsgrad aller Fahrräder sogar durch drei unterschiedliche Verlustbereiche deutlich herabgesetzt wird: Das sind a) Reibungsverluste an allen bewegten Teilen, b) der komplette Radialkraftverlust der Pedalkraft an der Tretkurbel, und c) ein bisher nicht beachtetes Antriebs-Gegendrehmoment, resultierend aus dem Trittwinkel zwischen der Sattelvertikalen und einer Geraden, welche vom Fahrer-Hüftgelenk zu den Pedalen an den Tretkurbeln verläuft, wobei allein durch die Position c) etwa 10-20% der muskelgetriebenen Antriebskraft verloren geht. Für die einfache Bewältigung der alltäglichen urbanen „Door to Door“ Mobilität wird erfindungsgemäß ein fettfreier., wartungsarmer Zykloiden-Zahnradantrieb vorgesehen, der in dieser Form insbesondere durch den Einsatz von modernen Hochleistungskunststoffen möglich wird.

Ziel der Erfindung: Für moderne Fahrräder, insbesondere für City-E-Bikes und City- Bikes eine alltagstaugliche, technisch minimalistische Antriebstechnik ohne Kette oder Zahnriemen, mittels der sogar ein Anteil bisher unbeachteter Kraftverluste der eingebrachten Muskelarbeit reduziert werden kann, in einer Ausführung, welche die Anfälligkeit eines freistehenden Zahnradantriebes gegen Verschmutzung beseitigt, beziehungsweise einen kettenlosen Antrieb überhaupt erst ermöglicht und alltagstauglich macht, wobei ein fettfreier Antriebsbereich für eine entsprechend hohe Kilometerleistung als Alternative gegenüber dem bisher einzigen fettfreien Zahnriemen-Antrieb beabsichtigt ist.

Stand der Technik: Moderne Fahrräder verfügen fast ausschließlich über einen einseitigen Kettenantrieb oder Zahnriemenantrieb zum Hinterrad, welcher aus einer Tretkurbelwelle mit darauf befestigten Kurbelarmen und Pedalen besteht, mit zumindest einem Kettenblatt oder einer Zahnriemenscheibe an der Tretkurbel und zumindest einem Zahnritzel oder einer Zahnriemenscheibe am Hinterrad, kraftschlüssig verbunden durch ein endloses Antriebselement. Meist durch eine Fahrradkette, neuerdings auch durch den Zahnriemen, der vor allem bei den City-E-Bikes mit Nabenantrieb immer beliebter wird.

Unabhängig davon wurden zu Ende des 19. Jahrhunderts (1891 , 1892 u.1896) auch Schutzrechte für derbe Evolventen-Stirnradantriebe für Fahrräder erteilt, die aber nie realisiert werden konnten, weil für eine Realisierung in dieser Form ungeeignet und zu kompliziert, zu groß, zu schwer und absolut nicht alltags- oder massentauglich. Veröffentlichungen über Fahrrad-Zahnradantriebe in der Form von Stirnrad-Evolventengetrieben gab es auch in Japan in den Jahren 1994 und 2008, denen aber zum Erhalt von Schutzrechten der Stand der Technik aus dem 19. Jhdt. umfassend neuheitsschädlich entgegensteht.

Die Patentschrift DE 73199C (Bradley) 21.06.1892 beschreibt ein fiktives Fahrrad mit symmetrisch zur vertikalen Längsmittelebene am Rahmen beidseitig angebrachten, Getrieberahmen, beinhaltend jeweils 3 gleich große, horizontal angeordnete Stirnräder mit Evolventen-Verzahnung und beansprucht als Schutzrechte in zwei Ansprüchen eine Achslagerverstellung in einem waagrecht liegenden Tragegestell mit eben diesen Zahnrädern. Ergänzend dazu wird in der Patentschrift DE 73T99C sowohl im Text wie auch in der Fig.4 die Möglichkeit einer Triebstockverzahnung erwähnt, hier allerdings nicht mit der Erfindung verbunden, sondern nur am Rande als separate Skizze. Fig.4 verfügt betreffend der Verzahnung über das Bezugszeichen -28-, welches auf einen vergrößerten Zeichnungs- ausschnitt zur Verzahnung, unter derselben Nummer -28-, verweist. Die Art der Verzahnung war für den Erfinder so wichtig, dass diese noch extra als vergrößerte Detailzeichnung hervorgehoben wurde, sichtbar um Verwechslungen mit anderen Verzahnungsarten zu vermeiden. Diese Detailzeichnung zeigt eine Stirnrad-Evolventen Verzahnung. Es handelt sich bei dieser Option somit ausschließlich um eine Triebstock-Evolventen Kombination.

Die Patentschrift DE 91441 C (Hildebrand) 21.06.1896 zeigt ein Fahrrad, bei dem zu beiden Seiten des Hinterrades spiegelgleiche Gehäuse vorgesehen sind, in denen sich jeweils eine Anordnung von 3 Stirnrädern mit Evolventen Verzahnung befindet. Diese Patentschrift beschäftigt sich auch damit, wie eine mechanische Verbindung zwischen den beidseitigen Getriebekästen und einem Fahrradrahmen hergestellt werden kann.

Die Patentschrift DE 62156 C (DAVIS) 06.08.189 beschreibt ebenfalls einen Zahnradantrieb, dieser zeigt aber keine Ähnlichkeit, gegen die eine Abgrenzung erforderlich wäre. Insbesondere befindet sich eine querverlaufende Tretkurbelwelle in klassischer Position zwischen dem Vorder- u. dem Hinterrad, wobei über drei Zahnräder mit der Wirkung einer Untersetzung Antriebskraft auf das umfangsverzahnte Hinterrad übertragen wird, wobei als Verzahnung die komplette Hinterradfelge einseitig entlang des gesamten Umfanges seitlich mit Fortsätzen besetzt ist, in die das antreibende Zahnrad eingreift, was den alleinigen Kraftschluss dieses Antriebes darstellt.

Die Veröffentlichungsschrift JP H06239281 A (IOZUMI MORIHIKO) 30.08.1994 zeigt ein Fahrrad, bei dem zu beiden Seiten des Hinterrades spiegelgleiche Zahnradgetriebe vorgesehen sind, wobei jedes der beiden Getriebe aus einer identischen Gruppe von drei ineinandergreifenden Stirnrädern mit Evolventen Verzahnung besteht.

Die Veröffentlichungsschrift JP 2008290586 A (MATSUMOTP KEI) 04.12.2008 zeigt ein Fahrrad, bei dem zu beiden Seiten des Hinterrades spiegelgleiche Zahnradgetriebe vorgesehen sind, wobei jedes der beiden Getriebe aus einer identischen Gruppe von drei ineinandergreifenden Stirnrädern mit Evolventen-Verzahnung besteht.

Die Veröffentlichungsschrift JP 2008273462 A (MATSUMOTO KEI) zeigt ein Fahrrad, bei dem zu beiden Seiten des Hinterrades spiegelgleiche Zahnradgetriebe vorgesehen sind, wobei jedes der beiden Getriebe aus einer identischen Gruppe von zwei ineinandergreifenden Stirnrädern mit Evolventen Verzahnung besteht. Allerdings ist davon auszugehen, dass die Veröffentlichung JP 2008273462 A (MATSUMOTO KEI) vom 13.11.2008 gegenüber der jüngeren Veröffentlichungsschrift desselben Erfinders vom 04.12.2008 lediglich eine fehlerhafte Vorstufe darstellt (Die Kraftübertragung mit Kette oder direkt mittels Zahnräder ist ohne Hinweis auf ein zusätzliches Naben-Zwischengetriebe gleichgestellt). Weil diese Version sichtbar über kein Naben-Zwischengetriebe verfügt, würde diese Anordnung mit nur 2 Zahnrädern dazu führen, dass das Fahrrad beim üblichen Vorwärtstreten nach hinten fährt, was aber sicher nicht beabsichtigt wäre.

Nachteile zum Stand der Technik: Evolventen-Stirnradgetriebe sind für einen wartungsfreien Trockenlauf definitiv unbrauchbar, weil die Zahnflanken dieser Zahnräder entlang eines Wälzpunktes aneinander gleiten, und deshalb für den Betrieb zwingend einen Fett- oder Ölfilm benötigen. Die Patentschrift DE 91441 C (Hildebrand) weist daher folgerichtig genau solche Getriebegehäuse als Schutzrecht aus, weil jedes Stirnradgetriebe zwingend ein Gehäuse mit einer Ölfüllung oder einer Schmierung benötigt. Allerdings entbehrt es jeglicher Anwenderlogik, ein leichtes Fahrrad mit zwei großen Getriebekästen zu bauen, weil zu groß, zu schwer und platzraubend gegenüber anderen Komponenten des Antriebsbereiches, Wäre demgegenüber eine Evolventen-Stirnradgetriebeanordnung offen und freistehend im Antriebsstrang eines Fahrrades mit einer Fettschmierung vorgesehen, dann würden sich in kürzester Zeit Straßenschmutz und Schmiere verbinden, was einen solchen Betrieb unmöglich macht. Geht man davon aus, dass diese Nachteile für alle Arten von Stirnrad-Evolventengetrieben gelten, dann schließt allein schon dieser Umstand den Einsatz von solchen Antrieben für Fahrräder zur Gänze aus. Aus diesem Grunde sind Evolventen-Stirnradgetriebe, die sich im primären Antriebsstrang zwischen Tretkurbel und Hinterrad befinden würden, bis heute auch nie zum Einsatz gekommen.

Aufgabe der Erfindung ist es, insbesondere für City-E-Bikes und City-Bikes einen alltagstauglichen, kettenlosen Antrieb vorzugsweise für einen fettfreien und wartungsarmen Betrieb mit dem Fokus auf einen besonders einfachen Aufbau mit nur wenigen Bauteilen sowie reduziert auf eine geringe Baugröße mit einem relativ geringen Gewicht zu schaffen, wobei dieser Antrieb darüber hinaus auch noch optisch unauffällig in das Gesamtbild eines Fahrrades passen muss, so dass bei flüchtiger Betrachtung des Bikes kein wesentlicher Unterschied zu einem üblichen Fahrrad auffällt, damit auch die Ästhetik erhalten bleibt.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, den Kraftvektorwinkel zwischen der Sattelvertikalen und der Verbindungsgeraden zwischen dem Fahrer-Hüftgelenk und dem kraftwirksamen Pedal-Kontaktpunkt erstmals geometrisch-mathematisch als wichtigen Konstruktionsparameter einzubeziehen, und die Größe dieses Winkels mittels einer entsprechenden Fahrrad-Rahmengeometrie so weit wie möglich herabzusetzen.

Diese Aufgaben werden durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 gelöst. Ein erfindungsgemäßer Fahrradrahmen verfügt über einen beidseitigen Zykloiden-Zahnradantrieb zum Hinterrad, wobei jede der beiden Tretkurbeln über ein eigenes Zykloiden-Zahnrad verfügt, und wobei die Hinterradnabe zu beiden Seiten über kraftschlüssig miteinander verbundene, zykloidenverzahnte Zahnritzel verfügt, wobei der Kraftschluss zwischen Tretkurbel-Zahnrad und Naben-Zahnritzel nicht mit einer Kette, sondern mittels eines vorzugsweise fettfrei betriebenen Triebstock Zwischenrades erfolgt.

Triebstock Zwischenräder erfindungsgemäßer Bauart ermöglichen einen fettfreien, wartungsarmen Betrieb durch eine Anzahl von kreisförmig um die Drehachse eines Rotationskörpers angeordneten Triebsfockelementen, diese bestehend aus einem Tragebolzen, einem darauf gelagerten wartungsfreien Gleitlager - insbesondere einem Kunststoff Gleitlager - mit einem darauf aufgepressten zylindrischen Mantel, der zur Kraftübertragung als Kontaktfläche gegen die beiden im Eingriff befindlichen Zykloiden- Zahnräder dient. In bevorzugter Bauweise besteht dieser äußere Mantel aus einem Hochleistungskunststoff, der sich durch eine hohe Druckfestigkeit und einem mittleren bis niedrigen E-Modul Wert auszeichnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform befindet sich eine zylindrische Rolle ohne Gleitlager direkt auf einem Tragebolzen eines Triebstockes, wenn dieser aus einem Hochleistungskunststoff mit zum Beispiel einem Graphitanteil versehen ist, und damit über eigene gleitende Eigenschaften verfügt. Wesentlich für einen fettfreien Betrieb ist die passende Materialpaarung zwischen einem Zykloiden-Zahnrad und einer Triebstockrolle oder einem Mantel, insbesondere in der Form von Metall-Hochleistungskunststoff-Metall.

Einerseits um einer Anfälligkeit gegen die übliche Straßenverschmutzung entgegenzuwirken, und andererseits, um die Festigkeit zu erreichen, die gesamte Antriebskraft zumindest über den kurzen Bereich von einigen Winkelgraden auch über nur ein einziges Triebstockelement eines Zwischenrades übertragen zu können, ist in bevorzugter Ausführungsform erfindungsgemäß eine grobe Verzahnung vorgesehen, wobei durch die Materialstärke der einzelnen Triebstockrollen deren Anzahl herabgesetzt werden kann. Dadurch kann zuletzt auch der Durchmesser eines Triebstockrades herabgesetzt werden, wodurch dieses optisch besser und unauffälliger in einen Fahrradrahmen integrierbar ist, und durch eine kleine Baugröße auch noch Gewicht spart. Grobe Verzahnung des Triebstockrades in bevorzugter Ausführungsform bedeutet einen Triebstock Außendurchmesser etwa von 10 - 15 mm und einen Triebstock / Triebstock Achsabstand von etwa 15 - 20 mm in einem Verhältnis von etwa 1 ,5, Darüber hinaus ist das Verhältnis zwischen der größeren lichten Breite des Triebstockrades und der geringeren Breite des Zykloiden-Zahnrades ein Merkmal, welches einer Beeinträchtigung der Drehung bei Verschmutzung entgegenwirkt, das aber auch eine einfachere Reinigung ermöglicht.

Für eine lückenlose und runde Kraftübertragung ohne spürbare Vibrationen oder unangenehme Geräusche werden erfindungsgemäß Zahnräder mit einer Sonderform einer Zykloidenverzahnung vorgesehen, bei der im Drehungsverlauf im unteren Wendepunkt zwischen Triebstockrolle und Verzahnung kein Unterschnitt auftritt, sondern dass die einzelne Triebstockrolle auf dem Zahnflankenbogen verbleibt, noch vor dessen Übergang zum halbkreisförmigen Zahngrund. Betrachtet man die Kinematik einer Triebstock- Animation, so wird diese bei jeder korrekten Geometrie auch immer ausnahmslos funktionieren. Bestimmte geometrische Verhältnisse zwischen Triebstock und Zykloiden- verzahnung funktionieren in der Praxis aber dann nicht, wenn durch eine Art Unterschnitt am Zahnflankenbogen ein im Straßenverkehr vergleichbarer „Bodenschweller-Effekt“ auftritt. Ein Fahrzeug kann zum Beispiel problemlos sehr langsam und dabei kaum spürbar über einen Bodenschweller gleiten, dem gegenüber verursacht das schnelle Darüberfahren einen harten Schlag. Übertragen auf die Zykloiden Triebstock Zahnradkombination ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Zahnflankenbogen im Übergangsbereich zum halbkreisförmigen Zahngrund so weit verlängert wird, dass eine Triebstockrolle zum Zeitpunkt der Wende im unteren Totpunkt am flachen Teil des Zahnflankenbogens verbleibt, sodass eine Unterschnittposition im nachfolgenden Kurvenknickbereich vermieden wird, sodass die ansonsten mit steigender Drehzahl zunehmenden Vibrationen einschließlich einer Geräuschentwicklung deutlich reduziert werden. Darüber hinaus trägt auch eine gestreckte, spitze Zahnform der Zykloide dazu bei, durch eine damit erzielbare Bewegungsüberdeckung von rund 100%, Vibrationen und Geräusche zu minimieren, die besonders dann entstehen, wenn beim Eingriff oder Wiederaustritt der Zahnflanken innerhalb einer kurzen Zeitspanne der volle Antriebsdruck aufgebaut oder plötzlich wieder abgebaut wird, oder wenn bei einem merkbar unter 100% liegenden Überdeckungsgrad „Löcher“ im Kraftfluss entstehen. Ergänzend wird der halbkreisförmige Zahngrund konstruktiv um einen gewissen Betrag nach innen versetzt, sodass zwischen Triebstock und Zahngrund ein Freiraum entsteht, wodurch eine Anfälligkeit auf Verschmutzung einer freistehenden trockenlaufenden Verzahnung vermieden wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Antriebssystems und Kombinationsmöglichkeiten mit herkömmlichen oder ähnlichen Antriebssystemen und Rahmengeometrien für Fahrräder sind in den Unteransprüchen definiert.

Für ein Hinterrad mit Freilauf ist die Hinterradnabe auf einer angetriebenen zylindrischen Hohlwelle drehbar gelagert, wobei der Kraftschluss zwischen Hohlwelle und Hinterradnabe vorzugsweise mittels eines, in die Hohlwelle integrierten Freilaufes erfolgt.

Mit dem Wegfall der Antriebskette entfällt zwangsläufig auch die Kettenschaltung, die hier bei Bedarf durch ein Nabengetriebe ersetzt wird. Dies erfolgt in der Form, dass die quer durch die Radnabe verlaufende Hohlwelle durch zwei distanzierte Wellenstücke ersetzt wird, welche an drei um 120° kreisförmig versetzen Öffnungen mittels Bolzen verbunden sind. Dabei haben die 3 Bolzen auch die Funktion der Aufnahme von Planetenrädern eines Planetengetriebes, wobei die Verschiebung der Zahnräder durch die Radachse erfolgt.

Nimmt man das Hinterrad ab, sind die beiden Tretkurbeln nicht mehr verbunden. Um eine einfache Wiedermontage des Hinterrades sicher zu stellen, ist eine mechanische Fixierung der Tretkurbelarme am Fahrradrahmen vor Abnahme des Hinterrades vorgesehen. Dazu wird beidseitig in fluchtende Bohrungen zwischen Rahmen und Tretkurbelzahnräder je ein Stift eingesteckt, die nach dem Einsetzen des Hinterrades wieder entfernt werden.

Dem bevorzugten Verwendungszweck folgend wird diese Fahrradklasse vor allem als City-E-Bike mit einem elektrischen Antrieb versehen. In der Grundkonfiguration gibt es nur eine fixe Übersetzung, allerdings gibt es ersatzweise wählbare elektrische Leistungsstufen, sodass eine Gangschaltung auch nicht zwingend erforderlich ist. In den meisten Fällen wird in der Stadt ohnedies auf ein ständiges Gangschalten vor und nach Kreuzungen verzichtet. Als Antrieb ist ein Nabenmotor vorgesehen, vor allem wenn das City-E-Bike über eine Hinterrad- Nabenschaltung verfügt, wird der Motor als Vorderrad-Nabenmotor ausgeführt.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem ermöglicht neben einer kettenlosen Kraftübertragung auch eine neue Geometrie für Fahrradrahmen, wobei der Winkelbereich zwischen der Sattelvertikalen und dem Antriebs-Kraftvektor - eine Gerade zwischen Fahrer Hüftgelenk und Pedal- vorteilhaft kleiner und spitzer wird. Der übliche Wert von etwa 30°-35° ist konstruktiv beliebig auf etwa 5°-10° herabzusetzen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen für einen Zykloiden-Zahnradantrieb für E-Bikes und Fahrräder näher erläutert.

Fig. 1 E-Bike oder Fahrrad, Seitenansicht

Fig. 2 Zahnrad-Fahrradantrieb, Sonderform Zykloiden Triebstockverzahnung

Fig. 3a / 3b Zykloiden-Verzahnung mit Zahnflanken-Korrektur

Fig. 4a / 4b zeigen zwei Ausführungsformen von Zwischenrädern

Fig. 5 Hinterradnabe mit einer Hohlwelle, für eine Nabenschaltung mit einem zweiseitigen Zahnradantrieb

Fig. 6 Hohlwelle für Radnabe mit integriertem Freilauf und Zahnritzeln

Fig. 7 Hohlwelle für eine Getriebenabe, speziell für einen beidseitigen Zahnradantrieb

Fig. 8 Sattelstütze mit Sattel-Längsverstellung

Fig. 9 Multifunktionales Rahmenabschnittsteil, speziell für Fahrräder mit zweiseitigem

Zahnradantrieb

Fig. 10 Zwischenrad mit Triebstockbolzen, Gleitlager und Rollen

Fig. 11 Hinterradnabe mit einstückiger Hohlwelle

Fig. 12 Fahrradrahmen für einen zweiseitigen Zahnradantrieb

Fig. 13 Tretkurbel-Halbwelle mit Zahnrad Aufnahme Fig. 1 zeigt ein E-Bike oder Fahrrad mit einem erfindungsgemäßen zweiseitigen Zykloiden- Zahnradantrieb zum Hinterrad. Die Basis bildet ein Fahrradrahmen, bestehend aus einem Satteirohr 8, einem Oberrohr 6, einem Steuerrohr 7, und einem Unterrohr 1, weiches an seiner Unterseite über ein Schweißknotenteil 2 verfügt, von dem sich zu beiden Seiten die die beiden Hinterbaustreben 3 verzweigen, die in die beiden multifunktionalen Endleisten 4 übergehen, weiche sich mittels der beiden Sattelstreben 5 kraftschlüssig gegen das Satteirohr 8 abstützen. Zur Erhöhung der Rahmenstabilität ist an beiden Sattelstreben 5 im Bereich des Sattelrohres 8 ein deltaförmiges Verbindungsteil vorgesehen, und ergänzend auch noch eine Zugverbindung zwischen dem Oberrohr 6 und dem Sattelrohr 8.

Um Muskelkraft an das Hinterrad zu übertragen, verfügt das Fahrrad zu jeder Seite der vertikalen Langsmittelebene spiegelgleich über je eine in der Achse 14 zentrisch gelagerte Tretkurbelwelle (Fig.13b) mit jeweils einem Zykloiden-Zahnrad 28 (Fig2, Fig.13), wobei jedes davon in ein Triebstockrad 31 eingreift, von denen jedes zentrisch in der Achse 15 gelagert ist. Im Langloch zur Aufnahme der Radnabe befindet sich zentrisch zur Achse 16 die starre, mit dem Rahmen verschraubte Nabenwelle, wobei die Hinterradnabe zu beiden Seiten über die beiden mit dieser starr verbundenen Zykloiden-Zahnräder 35 verfügt, die mit den beiden Triebstockrädern 31 im Eingriff stehen, wodurch der Kraftschluss der beiden Tretkurbeln herstellt wird.

Fig.8 zeigt einen auf der Spitze der Sattelstütze 9 aufgesetzten zweiteiligen Sattelträger, bestehend aus dem verschweißten Unterteil 10 und dem mittels Schrauben in den Gewinden 91 und 92 fixierbaren Oberteil 90. In einer U-förmigen Nut befindet sich die Klammer 11 , die mit dem Oberteil 90 fixiert wird . Auf der Stahlklammer 11 befindet sich längs verfahrbar der Satteladapter 93, der zur Aufnahme der Sattelkufen über die beiden längs verlaufenden Nuten 94 und 95 verfügt. Zusammen mit einem üblichen Verschraubungsklotz des Sattels 13 erfolgt eine Schraubverbindung mittels der Knebelschraube 12, die durch die Bohrung 96 von unten nach oben durchreicht, und Satteladapter 93 mit einem zum Sattel gehörenden Befestigungsblock verschraubt. Die Sattellängsverschiebung ermöglicht einen größeren Hub der schräg verlaufenden Sattelhöhenverstellung, weil mittels der Sattellängs- verschiebung auch der „Reach-Wert“ beibehalten werden kann. In der Praxis wird zuerst die Sattelhöhe eingestellt, gerade so, dass die Schuhvorderteile des Fahrers den Boden noch gut erreichen können. Anschließend wird der Sattel in der Länge so weit verschoben, dass sich die Sattelhinterkante in Fahrtrichtung räumlich etwa vor der Hinterradnabe befindet. Die Sattelklammer hat zusätzlich auch einen Dämpfungseffekt, was vor allem dann von Vorteil ist, wenn keine Federgabel verwendet wird. Zu berücksichtigen ist an dieser Stelle auch noch, dass eine Federgabel das Fahrrad nur vorne abfedert. Das ist vor allem dann spürbar, wenn man einen Teil seines Körpergewichts mehr auf den Lenker legt. City-Biker nutzen ihr Fahrrad aber eher aufrecht sitzend, deshalb ist für sie eine gute Sattelfederung die bessere Lösung als eine Federgabel.

Fig.9 zeigt ein linkes, multifunktionales Rahmensegment 4, das erfindungsgemäß als Rahmenabschnitt so beschaffen ist, dass im fertigen Fahrradrahmen innerhalb nur dieses Abschnittes alle Antriebsteile vorgesehen sind, wobei das Segment 4 schon vor dem Verschweißen des Rahmens über erforderliche Anschlüsse und Bohrungen verfügt, so dass es im Produktionsprozess nur mehr in einen präzisen Schweißrahmen geschraubt und mit den anderen Rahmenteilen zu einer maßgenauen Einheit verschweißt wird, ohne dass für diesen Bereich noch eine weitere mechanische Nachbearbeitung erforderlich ist. Ein Segment 4 verfügt vor allem über die Achse 14 mit der Gewindebohrung 104 für die Aufnahme einer Tretkurbeleinheit, sowie über die Achse 15 mit einer Bohrung zur Befestigung des Zwischenrades und weiters über die Achse 16 mit einem Langloch zum Einschieben der Achse der Radnabe -oder nur einer Bohrung ohne Langloch für eine Steckachse- wobei sich auf der Außenseite des Langlochs an der Stelle der Radnabenachse eine flache kreisförmige Vertiefung für die Aufnahme einer Scheibe befindet, welche die Position der starren Radachse fixiert. Weiters verfügt ein Rahmensegrnent 4 über zwei Fortsätze mit den Bohrungen 100 und 101 zur Aufnahme der hydraulischen Bremszangen der hinteren Scheibenbremse. Dazu verfügen die Segmente 4 auch noch über die Bohrung 17, um später zur Abnahme des Hinterrades die Tretkurbel mittels eines Stiftes am Rahmen zu fixieren. Und zuletzt verfügen Rahmensegmente 4 an beiden Enden über die Fortsätze 102 und 103, die von der Seite gesehen genauso breit sind, das die anschließenden Rahmenprofile spielfrei darauf aufgesteckt werden können, wodurch zum Verschweißen keine zusätzliche Montagefixierungen für die Rahmenprofile benötigt werden.

Fig.2 zeigt einen erfindungsgemäßen Fahrradantrieb mit Zykloiden-Zahnrädern 28 und 35, die zur Übertragung der Antriebskraft und zum Erhalt derselben Drehrichtung von Tretkurbel und Hinterrad beidseitig mittels eines speziellen Triebstock-Zwischenrades 31 verbunden sind. Erfindungsgemäße Zykloiden-Zahnräder zeichnen sich in spezieller Ausführung durch eine besonders schlanke, spitz zulaufende Zahnkontur 25 und 36 aus, welche in den Kurvenknickbereichen 26 und 37 durch eine Korrektur der Zahnflanke einem Unterschnitt im unteren Wendepunkt der Triebstockrollen 34 im Übergangsbereich einer Zahnflanke 24 zum halbkreisförmigen Zahngrund 23, 39 entgegenwirken, um übliche drehzahlabhängig zunehmende Vibrationen und Geräusche zu vermeiden. Erfindungsgemäße Berechnungen und Versuche haben ergeben, dass besonders dann eine brauchbare Zahnflanken-Kontur erzielt wird, wenn das Verhältnis zwischen Triebstock-Durchmesser und Triebstock- Achsabstand etwa einen Wert von 1 ,5 ergibt. Diese ermittelten Zahnformen erreichen einen durchschnittlichen Überdeckungsgrad von etwa 100%, wobei sich bei dieser schlanken Zahnform in gleichmäßigen Intervallen ein, zwei oder drei Zähne im gleichzeitigen Kraftschluss befinden.

Fig.3a und 3b zeigen den Zusammenhang zwischen dem Anstieg des Zahnflankenbogens 24 eines Zykloidenzahnrades 28 oder 35, und einer Triebsfockralle 34 in der Position des unteren Wendepunktes. Es zeigen Fig.3a u. 3b eine Tangente 41, die von der Achse 16 des Zahnrades 28 an eine im unteren Wendepunkt befindliche Triebstockrolle 34 zum Berührungspunkt 44 führt. Um bei zunehmender Drehzahl des Triebstockrades eine entsprechend zunehmende Vibration mit entsprechender Geräuschentwicklung beim Durchgang der Triebstockrollen durch den Bereich des unteren Wendepunktes mit einem initial höheren Kurvenanstieg im Knickbereich 26 oder 37 zu vermeiden, darf der Abstand zwischen dem Flankenbogen 24 (Fig.3b) und der Triebstockkontur 34 erst nach dem Schnittpunkt 42 wieder größer werden, wie im Bereich 43 ersichtlich. Um dieses Ziel zu erreichen, wird der ab den Zahnspitzen 47 ursprünglich flach verlaufende Bereich des Zahnflankenbogens 24 über die markanten Kurvenknickbereiche 26 und 37 hinausgehend in den halbkreisförmigen Bereich des Zahngrundes 23 mit einem ähnlich flachen Kurvenanstieg verlängert, dass jede Triebstockrolle 34 länger auf dem flach gekrümmten Bogen 24 bleibt.

Letztlich ist vor allem für ein Fahrrad ein leichter, geräuscharmer und möglichst wartungsfreier Antrieb geradezu eine zwingende Voraussetzung. Diese Forderung kann für einen Zahnrad-Direktantrieb nur mit erfindungsgemäßen Zykloiden-Zahnrädern erreicht werden. Zur kraftschlüssigen und reversiblen Befestigung eine solchen Zahnrades 28 auf der Tretkurbelwelle oder des Ritzels 35 auf der Radnabe, verfügen beide Zahnräder 28 und 35 über zentrische Stecköffnungen, wobei diese Öffnungen entlang ihrer Umfangslinie über eine Anzahl von nach innen gerichteten Fortsätzen 22 oder 40 verfügen (Fig.13 und 13b).

Fig.4a zeigt ein erfindungsgemäßes Zwischenrad, bestehend aus dem Rotationskörper 31, der im Bereich 62 entweder über zwei einreihige Kugellager 52, 53, oder alternativ über ein zweireihiges Kugellager verfügt wobei dieses Zwischenrad mittels einem nur einseitig vorgesehenen Deckel 51 verschlossen wird. Die Triebstockrollen bestehen in bevorzugter Ausführungsform aus einem Rollenkörper 34 mit einem eingepressten Gleitlager 33, wobei diese Rolleneinheiten mittels des Bolzens 32 am Teilkreis des Zwischenrades 31 innerhalb der beiden Seitenwände gelagert sind. Alle Bolzen 32 verfügen stirnseitig über einen Ansatz als axiale Sicherung einerseits, und werden andererseits im Rotationskörper 31 mittels des Verschlussdeckels 51 gehalten, indem er im Bereich 59 die eingesetzten Bolzen 32 überragt.

Fig.4b zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zwischenrades, das aus einem scheibenförmigen Grundkörper 63 besteht, der über ein zentrisch abstehendes Lagergehäuse 68 mit einem Innenraum 67 verfügt, wobei das Zwischenrad entlang dessen Zahnrad-Teilkreises mit einer Anzahl von Bohrungen 69 versehen ist, in welche die Bolzen 66 eingepresst und mittels eines in der umfänglichen Nut 64 eingespannten Sicherungsringes im Eingriff desselben in die Bolzennuten 65 gehalten beziehungsweise gesichert werden, Diese erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, dass in denselben Grundkörper 63 verschieden lange Bolzen 66 gleichen Durchmessers mit verschieden Nutzlängen 32b eingesetzt werden können, was verschieden breite Rollen 34 ermöglicht. Zur einfachen Montage eines Sicherungsringes verfügt die Scheibe (63) über eine Stufe (48). Darüber hinaus ermöglicht diese offene Bauweise gemäß Fig.4b perfekte Reinigungs- und Wartungsmöglichkeiten, sowie auch einen einfachen Austausch von defekten Rollen 34.

Fig.6 zeigt in einer bevorzugten Ausführungsform eine die beiden Ritzel 35 tragende Hohlwelle 80, wobei Fortsätze 84 der Ritzel 35 in passende Öffnungen der Hohlwelle eingreifen, und wobei die Ritzel 35 mittels einer Hohlschraube im Gewinde 86 verschraubt werden. Fig.6 zeigt weiters an der Umfangslinie der Hohlwelle 80 eine Anzahl von muldenförmigen Freistellungen 81 zur Aufnahme von Freilaufklemmkörpern, die kraftschlüssig in den Freilaufring der Radnabe eingreifen.

Fig.7 zeigt als weitere bevorzugte Ausführungsform eine Radnabe, bei der anstelle der Hohlwelle 80 eine Kombination aus drei Abschnitten vorgesehen ist, bestehend aus einer linken Halbachse 71, einer rechten Halbachse 72 und drei, diese verbindende Gewindebolzen 73, wobei die beiden Stirnseiten ebenfalls über eine verzahnte Aufnahme für die Zahnritzeln 35 verfügen. Diese Hohlwelle 49 bildet mittels der drei um 120“ versetzten Verbindungsbolzen gleichzeitig auch die Basis für eine Nabenschaltung mit einem Planetengetriebe, wobei die verbindenden Stehbolzen auch gleich als Achsen für das Planetengetriebe dienen. Fig.5 zeigt eine Explosionszeichnung einer solchen Hohlwelle.

Fig.11 zeigt eine Radnabe 120, die im Fahrradrahmen zwischen den beiden Rahmensegmenten 4 mittels der starren Welle 114 verschraubt ist, wobei die Nabe mittels der Spacer bzw. Distanzrollen 113 -welche sich ihrerseits in der Nabe 120 gegen Sicherungsringe abstützen- präzise und kraftschlüssig zwischen die Rahmensegmente 4 eingepasst ist. Die Nabe 120 verfügt über eine durchgehende Hohlwelle 80 oder 49; welche stirnseitig die Zykloiden-Zahnritzel 35 trägt, wobei die Zahnritzel 35 mittels der Verschraubungsteile 112 auf der Hohlwelle 80 oder 49 fixiert sind. Auf einer Hohlwelle 80 oder 49 ist ein Nabenkörper 110 gelagert, der diesen mittels der Sperrklinken 81 im Eingriff in den Freilaufring 111 antreibt. Der Nabenkörper 110 verfügt an einer Stirnseite 116 über eine Anlagefläche zur Aufnahme einer Bremsscheibe, die mittels der Verschraubungen 117 befestigt ist, und verfügt entlang seiner Umfangsfläche über zwei Speichenstege.

Weiters ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass eine Hohlwelle 80/49 entlang einer Umfangslinie über einen integrierten Freilauf mit muldenartigen Ausnehmungen 81 für die Aufnahme von Freilaufsperrklinken verfügt, weil übliche Freiläufe nicht kompatibel sind.

Fig.12 zeigt einen erfindungsgemäßen Fahrradrahmen mit einem zentralen Schweißknoten- punkt 2 auf Höhe der halben Rahmenlänge, in dem ein Unterrohr bzw. Akkurohr 1, sowie ein Sattelrohr 8 und die beiden Unterbaustreben 3 verschweißt sind, wobei sich im untersten Bereich des Rahmens zwischen den beiden Sattelstreben 5 und den beiden Unterbaustreben 3 die beiden Rahmensegmente 4 befinden, die als feinmechanisch präzise fertig bearbeitete Teile in eine Schweißvorrichtung verschraubt, und mit den anderen Teilen des Fahrradrahmens verschweißt werden, wodurch die für einen Zahnradantrieb besonders hohe Anforderung an Präzision überhaupt erst erreicht werden kann.

Anstelle der für Fahrräder üblichen Profil-Kettenstreben kommt jeweils eine Kombination eines Profilrohres 3 mit einem daran anschließenden Flachmaterial 4 zum Einsatz, weil die erforderliche Torsionssteifigkeit gegen die beim Fahren an dieser Stelle in den Rahmen eingeleitete Trittkraft nur durch Profile ab einer bestimmten Breite und Wandstärke erreicht wird, demgegenüber wird für die Antriebseinbauten ein stabiles Flachmaterial benötigt, das gut für Bearbeitungen und für Verschraubungen von Anbauten geeignet ist. Für eine hohe Torsionsstabilität der Profilrohre 3 werden diese mit dem Schweißknoten 2 großflächig seitlich stumpf verschweißt. Fig.8 zeigt eine erfindungsgemäße Sattelstütze, welche aus einem Profilrohr 9 mit einem damit verbundenen Block 10 besteht, wobei sich im Block 10 eine Nut befindet, in die eine Federstahlklammer 11 eingelegt ist, welche mittels eines mechanisch stabilen Verschlussdeckels 90 durch eine beliebige Anzahl von Befestigungselemente in beispielhaften Öffnungen 91 und 92 fixiert ist, insbesondere darin mit Schrauben verschraubt ist. Als Sattelverbindung wird auf die Klammer i 1 ein Satteladapter 93 aufgesetzt, der über Längsnuten 94, 95 verfügt, wobei auf diese ein Sattel 13 mit seinen Kufen aufgelegt wird, welcher durch die Öffnung 96 mittels einer beliebigen Knebelschraube 12 -die bis in das oberste Sattelbefestigungsgewinde reicht- gegen den Adapterblock 93 festgeschraubt wird. Durch Lockern der Knebelschraube 12 ist der Sattel 13 in axialer Richtung verschiebbar.

Fig.13b zeigt eine Tretkurbel-Halbwelle, mit einem stirnseitigen Profilfortsatz 21b zur Aufnahme eines Zahnrades 28, dessen kreisförmig angeordnete Fortsätze 22 in Ausnehmungen 22a der Tretkurbelwelle eingreifen, wobei das Zahnrad 28 mittels einer Anlagescheibe an die Halbwelle mittels einer in die Achsbohrung 16 eingreifenden Schraube festgeschraubt wird.