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Tretkurbelgetriebe an Fahrrädern Die Erfindung bezieht sich auf ein
für Fahrräder bestimmtes Tretkurbelgetriebe mit auf Kreisbahnen umlaufenden Pedalen.
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Sind die Pedale in gebräuchlicher Weise stets um 180° zueinander versetzt,
so ergibt sich der Nachteil, daß die Muskeln des Hüftgelenkes und die Muskeln des
Kniegelenkes beim Treten nicht gleichmäßig zusammenarbeiten. Um eine bessere Gleichmäßigkeit
in der Leistung beider Muskeln zu erzielen, ist eine bestimmte Höhe der Sattelstellung
erforderlich. Dies ist dann der Fall, wenn Ober- und Unterschenkel bei tiefster
Lage des Pedals jeweils einen Winkel von etwa 140° einschließen. Diese tiefe Sattelstellung
bringt aber den Nachteil, daß die Muskelleistung, die bei jeder Tretbewegung erzeugt
werden kann, verhältnismäßig klein ist. je höher der Sattel gestellt wird, desto
mehr müssen die Beine beim Treten gestreckt werden und desto größer ist die bei
jeder Tretbewegung erzeugbare Muskelleistung.
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Durch die Erfindung wird es möglich, eine wenigstens annähernd gleichmäßige
Muskelbewegung auch bei höher eingestelltem Sattel, d. h. bei größerer Leistungsfähigkeit
der Hüftgelenk- und der Kniemuskeln, zu erzielen.
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In an sich bekannter, jedoch zu einem anderen Zweck vorgeschlagener
Weise sind beim Tretkurbelgetriebe nach der Erfindung die beiden Tretkurbeln uin
ihre gemeinsame Drehachse in Bezug aufeinander beweglich und je mittels eines Lenkers
mit einem zum Antrieb des Fahrrades dienenden Kettenrad wirkungsverbunden, das um
eine außerhalb der genannten Drehachse der Tretkurbeln liegende, zu dieser Drehachse
jedoch parallele Achse am Tretlager drehbar gelagert ist. Gegenüber den bekannten
Kurbelgetrieben dieser Art liegt das Neue gemäß der Erfindung im wesentlichen darin,
daß die Drehachse des Kettenrades gegenüber der Drehachse der Tretkurbeln nach unten
versetzt ist, damit -bei konstanter Drehgeschwindigkeit des Kettenrades die Winkelgeschwindigkeit
der Tretkurbeln in der» oberen Hälfte ihrer Bewegungsbahn größer ist als in der
unteren.
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Überraschenderweise zeigt sich, daß mit dem beschriebenen Tretkurbelgetriebe
durch die ungleichförmigen Pedalbewegungen die Hüft- und die Kniegelenkmuskeln auch
bei hoher Sattelstellung verhältnismäßig gleichmäßig an- und abschwellend beansprucht
werden, so daß eine gute Leistungsabgabe und eine geringere Ermüdung des Fahrers
bei ein und derselben Sattelstellung möglich sind.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung folgen aus den Ansprüchen,
der Beschreibung und der Zeichnung, in welcher beispielsweise eine Ausführungsform
des Tretkurbelgetriebes gemäß der Erfindung veranschaulicht ist. Fig. 1 zeigt das
Tretkurbelgetriebe in Seitenansicht; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II
in Fig. 1 bei einer anderen Stellung der Tretkurbeln; Fig. 3 veranschaulicht in
schematischer Darstellung die Bewegung des Ober- und Unterschenkels eines Beines
beim Antrieb des Tretkurbelgetriebes gemäß Fig. 1 und 2.
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In einem am Fahrrad fest angeordneten Tretkurbellager 120 (Fig. 2)
ist eine Achse 22 mit Hilfe von Kugellagern 23 und 24 in an sich bekannter Weise
drehbar gelagert. Nur das eine Ende der Achse 22 bildet einen Zapfen 25, auf dem
eine Tretkurbel 126 mittels eines Stiftes 27 befestigt ist. Vom anderen Ende der
Achse 22 her ist eine Axialbohrung in diese eingearbeitet, in welche eine Achse
28 drehbar eingesetzt ist. Die Achse 28 ist mit einer Umfangsnut 29 versehen, in
welche zwei in die Achse 22 eingetriebene Querstifte 30 eingreifen, Wodurch die
Achse 28 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. Auf dem nach außen ragenden Ende
der Achse 28 ist eine zweite Tretkurbel 131 mit Hilfe eines Stiftes 32 befestigt.
Durch Verdrehung der Achse 28 in der Hohlachse 22 können die beiden Tretkurbeln
126 und 131 in Bezug aufeinander bewegt werden. An den freien Enden der Kurbeln
126 und 131 sind in an sich bekannter Weise Pedale 41 und 51 drehbar angeordnet.
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Ein zum Antrieb des Fahrrades dienendes Kettenrad 55 ist mit Hilfe
vorn Kugellagern 157 am einen Ende des Tretlagers 120 drehbar gelagert. Wie Fig.
1 zeigt, ist die geometrische Drehachse 63 des Kettenrades 55 exzentrisch in bezug
auf die gemeinsame, geometrische Drehachse 62 der Kurbeln 126 und 131 angeordnet.
Denkt man sich eine Ebene 61, welche die
Drehachse 62 der Tretkurbeln
enthält und durch den nicht dargestellten Sattel des Fahrrades bzw. das Hüftgelenk
des Fahrers geht, so ist die Drehachse 63 des Kettenrades 55 in Richtung dieser
Ebene um eine gewisse Strecke gegenüber der Achse 62 nach unten versetzt. Zweck
und Wirkungsweise der beschriebenen Exzentrizität der Achsen 62 und 63 sind weiter
unten erläutert.
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' In der Mittelpartie der Tretkurbel 131 ist mit Hilfe eines Zapfens
65 ein Lenker 66 schwenkbar angelenkt, der ferner mittels eines Zapfens 67 mit dem
Kettenrad 55 in Verbindung steht. Dem Zapfen 67 diametral gegenüber liegt ein weiterer
Zapfen 68, der einen zweiten Lenker 69 mit dem Kettenrad 55 verbindet. Das andere
Ende des Lenkers 69 steht mittels eines Zapfens 70 schwenkbar mit einem Arm 71 in
Verbindung, der an der Achse 22 auf nacht näher dargestellte Weise befestigt ist
und zwangläufig zusammen mit der Tretkurbel 126 umläuft. Die beiden Zapfen 65 und
70 haben den gleichen Abstand von der Drehachse 62 der Tretkurbeln. Mit Hilfe der
Lenker 66 und 69 sind die Tretkurbeln mit dem Kettenrad 55 gekuppelt, so daß beim
Umlaufen der Tretkurbeln das Kettenrad 55 angetrieben wird. Die Lenker 66 und 69
sind derart ausgebildet und angeordnet, daß die Tretkurbeln 126 und 131, wenn sie
um 180° zueinander versetzt sind, -wenigstens annähernd in die Ebene 61 zu liegen
kommen.
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Die Wirkungsweise des beschriebenen Tretkurbelgetriebes ist wie folgt:
die Exzentrizität des Kettenrades 55 gegenüber der Drehachse 62 der Tretkurbeln
hat eine ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit jeder der Tretkurbeln 126 und 131
bei konstanter Drehgeschwindigkeit des Kettenrades zur Folge, und zwar ist die Winkelgeschwindigkeit
der Kurbeln 126 und 131 in der oberen Hälfte ihrer Bewegungsbahn größer als in der
unteren. Bei jeder vollen Umdrehung des Kettenrades 55 führen die Kurbeln 126 und
131 demnach eine relative Schwenkbewegung zueinander aus. Weil die obere Tretkurbel
sich rascher bewegt als die untere, kommen die Pedale 41 und 51 auf gleiche Höhe
zu liegen, wenn sie sich unterhalb der Drehachse 62 befinden. Die Längsrichtungen
der beiden Tretkurbeln 126 und 131 schließen dann einen nach unten offenen Winkel
von weniger als 180° ein, wie Fig. 1 zeigt. Je nach der Exzentrizität der Achsen
62 und 63 voneinander wird der genannte Winkel größer oder kleiner. Bei den praktisch
in Frage kommenden Ausführungsformen wird er zwischen 130 und 175° betragen. Die
Größe dieses Winkels richtet sich nach der Höhenlage des Sattels. Je höher der Sattel
eingestellt ist, d. h. je mehr die Beine beim Treten gestreckt werden, desto spitzer
sollte der genannte Winkel zwischen den Tretkurbeln sein; um eine möglichst gleichmäßige
Beanspruchung der Hüft- und Kniegelenkmuskeln zu erzielen.
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Der Einfluß der beschriebenen Pedalbewegung auf den Fahrer ist in
Fig. 3 veranschaulicht. Es ist angenommen, das Fahrrad habe eine konstante Geschwindigkeit
und das Kettenrad 55 drehe sich somit gleichförmig. Mit 1, 2 bis 8 sind in Fig.
3 mehrere in gleichen Zeitabständen aufeinanderfolgende Stellungen eines Pedals
bei einem vollständigen Umlauf dargestellt. Entsprechend der ungleichförmigen Drehgeschwindigkeit
der zugehörigen Tretkurbel, z. B. 131, liegen die Punkte 7, 8, 1, 2 und 3 weiter
auseinander als die Punkte 3, 4, 5, 6 und 7. In der bereits erwähnten Ebene 61 befindet
sich das Hüftgelenk des Fahrers, das in Fig. 3 mit 80 bezeichnet ist. Durch gerade
Linien 81 und 82 sind in Fig. 3 der Oberschenkel und der Unterschenkel des Fahrers
schematisch dargestellt. Beim Treten bewegt sich. das die beiden Schenkel 81 und
82 miteinander verbindende Kniegelenk auf einem zum Hüftgelenk 80 konzentrischen
Kreisbogen durch die Punkte 11, 12 bis 18. Befindet sich das Pedal in der Stellung
2, so nimmt das Kniegelenk seine höchste Lage 12 ein. Die tiefste Lage 16 des Kniegelenkes
wird dann erreicht, wenn sich das Pedal in der Stellung 6 befindet. Beim Umlauf
des Pedals gemäß dem Pfeil R in Fig. 1 und 3 kann das eine Bein des Fahrers durch
Strecken des Kniegelenkes Arbeit zum Antrieb des Fahrrades aufbringen, solange sich
das entsprechende Pedal etwa von der Stellung 1 bis zur Stellung 5 bewegt. Die vom
Hüftgelenkmuskel -beim Treten aufzubringende Leistung entspricht ungefähr der Änderung
des Winkels E, während die vom Kniegelenkmuskel aufzubringende Leistung etwa der
Änderung des Winkels F entspricht (Fig. 3). Es zeigt sich, daß bei der beschriebenen,
ungleichförmigen Pedalbewegung die Hüft- und Kniegelenkmuskeln verhältnismäßig gleichmäßig
anschwellend und abschwellend beansprucht werden, woraus sich eine erhöhte Leistung
und geringere Ermüdung der Muskeln ergibt.
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Das beschriebene Tretkurbelgetriebe ermöglicht demnach ein angenehmeres,
weniger ermüdendes Fahren bzw. eine größere Fahrleistung hinsichtlich Geschwindigkeit
und Dauer als bei üblichen Kurbelantrieben mit stets 180° zueinander versetzten
Kurbeln.
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Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, die Drehachse 63 des Kettenrades
55 gegenüber der Ebene 61 noch um eine kleine Strecke in Fahrtrichtung nach vorn
zu verlegen. Bei gleicher Anordnung und Ausbildung der Lenker 66 und 69 wie beim
dargestellten und beschriebenen Beispiel sind dann die Tretkurbeln 126 und 131 jeweils
in dem Moment um 180° zueinander versetzt, wenn sie in eine gedachte Ebene zu liegen
kommen, die durch die Drehachse 62 der Tretkurbeln und hinter dem Sattel des Fahrrades
hindurchgeht. Die Lage der gedachten Ebene, in welche die Tretkurbeln jeweils zu
liegen kommen, wenn sie 180° zueinander versetzt sind, kann übrigens unabhängig
von der Lage der exzentrischen Kettenradachse 63 durch entsprechende Ausbildung
und Anordnung der Lenker 66 und 69, insbesondere durch entsprechendes Versetzen
der Zapfen 67 und 68 gewählt werden.
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Es ist klar, daß die Erfindung nicht an die in der Zeichnung veranschaulichte
Konstruktion des Tretkurbelgetriebes gebunden ist. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsvariante
sind die Zapfen 67 und 68 nicht direkt am Kettenrad 55 angeordnet, sondern an einer
Scheibe, welche mit Hilfe mindestens eines Kugellagers am Tretlager exzentrisch
und drehbar gelagert ist. Das Kettenrad ist dabei lösbar und auswechselbar an der
genannten Scheibe befestigt. Um zwei gleiche Tretkurbeln üblicher Ausführung verwenden
zu können, ist es vorteilhaft, den Lenker 66 nicht direkt mit der einen Tretkurbel
zu verbinden, sondern mit einem nicht dargestellten Arm, welcher, analog dem Arm
71, auf der Achse 28 sitzt, die ihrerseits die genannte Tretkurbel trägt.