DE102022001105A1

DE102022001105A1 - Arrangement and method for accelerating bicycles with innovative pedals

Info

Publication number: DE102022001105A1
Application number: DE102022001105.0A
Authority: DE
Inventors: auf Antrag nicht genannt. Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-10-05

Abstract

Das weltweit gebrauchte Fahrrad ist das am häufigsten benutzte technische System für die persönliche Ortsveränderungen im Nahbereich.
Seine Benutzung ist mit dem Schutz des Klimas verbunden. Das Fahrrad ist aus Komponenten zusammengesetzt die international gehandelt werden. Die Pedale gehört zu diesen Komponenten. Die Innovative Pedalen mit einem von der Senkrechten abweichenden winkligen Kraft- und Lastarm und einem Gewicht sind über die Pedal Arme miteinander verbunden. Beide Strukturveränderungen führen zur Verbesserung der Kraftpotenziale für den Fahrradvortrieb. De Wirkungsgrad „1“ wird am nieder zu tretenden vorderen Pedal mit dem winkligen Kraftvektor zweimal durchlaufen. Gleichzeitig erfolgt mit dem Niedertreten in der mehr oder weniger waagerechten Position des Fußes auf diesen Pedalen eine zusätzliche winkelabhängige Übertragung des positiven Einflusses des Gewichtes auf den Fahrrad Vortrieb.
Die Kraftwirkungen an den Pedalen werden mit den endlichen Muskelkräften der aktiven Beine erzeugt. Diese Übertragungen der individuellen Kraftpotenziale auf die Pedale zum Fahrrad Vortrieb erfolgen mit der Verwendung eines unveränderten Pedal Armes stets in kreisförmigen Bahnen um die Tretlager- und die Pedalachse.
Wird der mit einem Gelenk zweigeteilte Pedal Arm für die Fahrradbeschleunigung verwendet, wird als zusätzliches Kraftpotenzial ein Beingewicht wirksam.
Im städtischen Straßenverkehr wird mit der gesteigerten Attraktivität der Fahrräder die diese Vorteile nutzen, die Allmacht der Autos auf den Straßen, zurückgedrängt!.

The bicycle, used worldwide, is the most frequently used technical system for personal movement in close proximity.
Its use is linked to protecting the climate. The bike is made up of components that are traded internationally. The pedals are one of these components. The innovative pedals with an angled force and load arm that deviate from the vertical and a weight are connected to each other via the pedal arms. Both structural changes lead to an improvement in the power potential for bicycle propulsion. The efficiency level “1” is passed through twice with the angular force vector on the front pedal to be depressed. At the same time, when the foot is in a more or less horizontal position on these pedals, there is an additional angle-dependent transmission of the positive influence of the weight on the bicycle's propulsion.
The force effects on the pedals are generated with the finite muscle strength of the active legs. These transfers of the individual force potential to the pedals to propel the bicycle always take place in circular paths around the bottom bracket and pedal axis using an unchanged pedal arm.
If the pedal arm, which is divided into two parts with a joint, is used to accelerate the bicycle, a leg weight is used as additional force potential.
In urban traffic, the increased attractiveness of bicycles that take advantage of these advantages will push back the omnipotence of cars on the streets!

Description

Das Tretlager am Fahrrad mit seinen Pedal Armen und den zwei Pedalen gehört in einer mehr als 100jährigen nahezu unveränderten technischen Struktur und Funktion zu den älteren technischen Gestaltungsformen des Fahrrades. Nach Recherchen des Autors gibt es Regional differenziert ca. 1 - 1,2 Mrd. Fahrräder hergestellt mit Normteilen und unterschiedlichen Rahmen. Die Normteile werden international gehandelt.The bottom bracket on the bicycle with its pedal arms and the two pedals is one of the older technical design forms of the bicycle, with a technical structure and function that has remained almost unchanged for more than 100 years. According to the author's research, there are around 1 - 1.2 billion bicycles manufactured regionally with standard parts and different frames. The standard parts are traded internationally.

Die Erneuerungsrate dieses weltweit häufigsten vorhandenen technischen mobilen Systems bestimmt zum persönlichen Gebrauch wird mit 12 Jahren angenommen. Die stärksten Zuwächse des Fahrrades gibt es in den asiatischen Regionen.The renewal rate of this most common technical mobile system in the world, intended for personal use, is assumed to be 12 years. The strongest growth in bicycle use is in the Asian regions.

Die Pedale gehört zu den entscheidenden technischen Komponenten für den Antrieb des Fahrrades. Gegenwärtig ist ihre technische Struktur ein Kraft neutrales Hebelarmsystem das nicht in die Ebenen des Kraft- und Lastarmes mit der Pedalachse als Drehpunkt unterteilt ist. Der Last Arm ist an der Innovativen Pedale Träger eines Gewichtes.The pedals are one of the crucial technical components for driving the bicycle. Currently, their technical structure is a force-neutral lever arm system that is not divided into the levels of the force and load arm with the pedal axis as the pivot point. The load arm carries a weight on the innovative pedals.

Das Hebelsystem der alten Pedale ist nicht darauf ausgerichtet mit seinen physikalischen Eigenschaften bezogen auf die Kraftübertragungen für den Fahrrad Vortrieb die technisch möglichen Vorteile des Hebelgesetzes in seiner Konstruktion zu realisieren.The lever system of the old pedals is not designed to realize the technically possible advantages of the lever law in its design with its physical properties related to the power transmission for the bicycle's propulsion.

Diese Pedalentwicklungen besitzt eine Kraft- und Lastarmebene die konstruktiv über die Pedalachse miteinander verbunden sind. Zugleich ist ihre Konstruktion so ausgelegt, dass der von der Pedal Achse auf den Pedal Arm mit einem konstanten Winkel übertragene Kraftvektor in seiner Wirkungsrichtung verstärkend für den Fahrrad Vortrieb genutzt wird!These pedal developments have a force and load arm level that are structurally connected to each other via the pedal axle. At the same time, its construction is designed in such a way that the force vector transmitted from the pedal axle to the pedal arm at a constant angle is used to strengthen the direction of the bicycle's propulsion!

Die Kraftübertragung an den Innovativen Pedalen, beginnt mit dem Niedertreten des Beines auf den mittels eines Gewichtes das am Lastarm montiert ist, hochgestellten Kraftarmes der in eine waagerechte Position gedrückt wird. Das Niedertreten wird konstruktiv so gestaltet, dass es in der Fahrtrichtung erfolgt. Dieses Hebelprinzip zum Vorteil des Lastarmes ist technisch dafür ausgelegt, dass in der waagerechten Position des Fußes eine Kraftwirkung mit dem aktiven Bein hervorgegangen aus den mit dem Gewicht erzeugten Wirkungen. In der hinteren, passiven Position des Fußes am Pedal gibt es die Gewichtswirkung der Beine. Dieser Wechsel erfolgt periodisch zwischen den linken und rechten Pedalen während ihres kreisförmigen Umlaufes an der Tretlagerachse.The power transmission on the innovative pedals begins with the leg stepping down onto the power arm, which is raised using a weight that is mounted on the load arm and is pressed into a horizontal position. Stepping down is designed so that it occurs in the direction of travel. This lever principle to the advantage of the load arm is technically designed so that in the horizontal position of the foot, a force effect on the active leg arises from the effects generated by the weight. In the rear, passive position of the foot on the pedal there is the weight effect of the legs. This change occurs periodically between the left and right pedals during their circular rotation on the bottom bracket axis.

Mit der in den Hebel Wirkungen der alten, Kraft neutralen Pedalen wird nur einmal während des Niedertretens der Pedale der Wirkungsgrad „1“ infolge der sich veränderten Winkelstellungen am Pedal Arm erreichbar. Infolge der mit einem von der Waagerechten abweichenden Winkel der wirkenden Kräfte von dem Innovativen Pedal auf die Pedalachse und weiter im Kraftfluss auf die Pedal Arme werden die Summen der Winkelstellungen die den Wirkungsgrad von „1“ durchlaufen auf der vorderen aktiven Seite der Pedal Arme für den Fahrrad Vortrieb mit den Innovativen Pedalen „zweimal“ erreicht.With the lever effects of the old, force-neutral pedals, efficiency “1” can only be achieved once when the pedals are depressed due to the changed angular positions on the pedal arm. As a result of the forces acting from the innovative pedal on the pedal axis and further in the flow of force to the pedal arms with an angle that deviates from the horizontal, the sums of the angular positions that pass through the efficiency of "1" are on the front active side of the pedal arms for the Bicycle propulsion achieved “twice” with the innovative pedals.

Aus diesen Kraftwirkungen und den physikalischen Werten der Pedale und des Pedal Armes kann mit einer Optimierungsrechnung an der Pedalkonstruktion die maximale Kraftwirkung für die Fahrrad Beschleunigung errechnet und gestaltet werden. Zur Struktur der Pedale gehört, das auf der Kraftarmebene an der Seite zum Pedal Arm ein Seitenschutz der den Kontakt des Fußes mit dem Pedal Arm verhindert.From these force effects and the physical values of the pedals and the pedal arm, the maximum force effect for bicycle acceleration can be calculated and designed using an optimization calculation on the pedal construction. The structure of the pedals includes a side guard on the power arm level on the side of the pedal arm that prevents the foot from coming into contact with the pedal arm.

Zu beachten ist, dass der geringste Abstand der Pedale von der Fahrstraße so gewählt wird, dass ein Bodenkontakt nicht erfolgt. Wird das Pedalgewicht teilweise mit Blei hergestellt kommt die unterschiedliche Dichte von 44% zugunsten des Bleies im Vergleich mit dem Eisen für die Verkleinerung der Abmessungen des Gewichtes an der in Rede stehenden Innovation zum Ausdruck. Das Gewicht an den Versuchspedalen wurde von einem Eisenwürfel mit der Kantenlänge von 65mm der in zwei Schritten auf eine Quader von 24 x 65 x 65mm verkleinert wurde bestimmt. Im nach unten geneigtem Bereich dieses Gewichtes ist ein zur Kraft Arm Ebene paralleles Metall Teil montiert, das beim Niedertreten des Kraftarmes beide Ebenen durch den vorderen aktiven Fuß in der Waagerechten im Sinne eines Widerlagers fixiert wird.It should be noted that the pedals are as close as possible to the road so that they do not come into contact with the ground. If the pedal weight is partly made with lead, the difference in density of 44% in favor of lead compared to iron is reflected in the reduction of the dimensions of the weight in the innovation in question. The weight of the test pedals was determined by an iron cube with an edge length of 65mm, which was reduced in two steps to a cuboid measuring 24 x 65 x 65mm. In the downwardly inclined area of this weight, a metal part is mounted parallel to the power arm level, which is fixed in the horizontal direction in the sense of an abutment when the power arm is stepped down on both levels by the front active foot.

Vorteilhaft für den Gewichtskörper ist, dass die in Richtung der Straßenoberfläche zeigende Seite eine gerundete, ungleichförmige gewölbte Oberfläche hat. Damit wird erreicht, dass der tief liegende Teil des Gewichtes im niedergetretenen Zustand der Pedale diese in einer mehr oder weniger waagerechten Position fixiert. Mit einer entsprechenden Masseverteilung am Gewicht ist es möglich, mit der Formgebung des Gewichtes die Pedal Konstruktion in ihrer Herstellung zu vereinfachen.What is advantageous for the weight body is that the side facing the road surface has a rounded, non-uniform, curved surface. This ensures that the low-lying part of the weight fixes the pedals in a more or less horizontal position when the pedals are depressed. With an appropriate mass distribution of the weight, it is possible to simplify the production of the pedal construction by shaping the weight.

Diese Pedale kann damit konstruktiv aus wenigen Teilkomponenten bestehen, die um die Pedalachse angeordnet sind.These pedals can therefore consist of a few structural components that are arranged around the pedal axis.

Mit diesen Pedalen verändert sich die Wirkungsrichtung der Kraftvektoren die von unterschiedlichen Ebenen auf die Pedal Arme übertragen werden.With these pedals, the direction of action of the force vectors, which are transmitted from different levels to the pedal arms, changes.

Das neue Pedal besteht aus fünf Wirkungsebenen.The new pedal consists of five levels of effect.

Dazu gehört die:

1. Wirkungsebene des mit einem Kugellager hergestellten Kraftarmes
2. Pedalachse
3. Wirkungsebene des Lastarmes
4. Gewichtsebene und
5. die im niedergetretenen Zustand des Kraftarmes eine Waagereche erzeugt mit der der Kraftübertragungswinkel am Pedal Arm entsteht.

This includes:

1. Level of action of the power arm made with a ball bearing
2. Pedal axle
3. Level of action of the load arm
4. Weight level and
5. which creates a horizontal rake when the power arm is depressed, which creates the power transmission angle on the pedal arm.

Die Kontaktfläche zwischen der Wirkungsebene des Kraftarmes und der Schuhsohle ermöglicht eine fixierende und lösbare Druckverbindung auf einer drehbaren Oberfläche. Das zweite kraftneutrale Hebelsystem am Fahrrad mit der beiden Pedal Armen und der Tretlager Achse wird für den Fahrradvortrieb mit dem Beingewicht weiterentwickelt, indem der Pedal Arm mit einem Gelenk zeigeteilt wird. Beide Pedal Arm Teile sind mit einer technischen Feder funktionell verbunden. Die Parameter der Feder sind schwächer als das Beingewicht an die hinteren Pedale ausgelegt. Das Anheben dieses Beines entlastet die gespante Feder und stellt einen gestreckten Winkel an beiden Teilen her. An diesem Pedal Arm wird beim Niedertrete des Pedals das Beingewicht und die Muskelkraft wirksam.The contact surface between the plane of action of the power arm and the shoe sole enables a fixing and releasable pressure connection on a rotatable surface. The second force-neutral lever system on the bicycle with the two pedal arms and the bottom bracket axle is being further developed for propelling the bicycle with the weight of the leg by dividing the pedal arm with a joint. Both pedal arm parts are functionally connected with a technical spring. The parameters of the spring are designed to be weaker than the leg weight on the rear pedals. Raising this leg relieves the strained spring and creates a stretched angle on both parts. When the pedal is depressed, the leg weight and muscle strength come into effect on this pedal arm.

Die Kraftwirkungen an den waagerechten Innovativen Pedalen existieren ständig. Die von der Senkrechten abweichende Verbindungslinie zwischen dem Kraft- und Lastarm erzeugt den winkligen Kraftübertrags Vektor für den Fahrrad Vortrieb.The force effects on the horizontal innovative pedals exist constantly. The connecting line between the power and load arms, which deviates from the vertical, creates the angular force transfer vector for the bicycle's propulsion.

Bezugszeichenliste für Skizze 1 bis Skizze 3List of reference symbols for sketch 1 to sketch 3

11: Niedertreten der PedaleDepress the pedals
22: Kraft Am EbeneForce on level
33: Kraft Arm PedalePower arm pedals
44: Waagerechte Ebene der Füße auf der Pedal AchsHorizontal level of the feet on the pedal axle
55: PedalachsePedal axle
66: Last Arm PedaleLast arm pedals
77: Verbindung des Last Armes mit dem GewichtConnection of the load arm to the weight
88th: Gewicht als Quader bzw. unregelmäßiger MetallkörperWeight as a cuboid or irregular metal body
99: Ebene zur Bestimmung des KraftübertragungswinkelsPlane for determining the power transmission angle
1010: Befestigung des GewichtesAttaching the weight
1111: gespannte Zugfedertensioned tension spring
1212: Tretlager Achse1Bottom bracket axle 1
1313: entspannte Zugfederrelaxed tension spring
1414: Pedal Arm GelenkPedal arm joint
1515: Drahtseil an der ZugfederWire rope on the tension spring
1616: Drahtseil BefestigungWire rope attachment
1717: Pedal Arm an der TretlagerachsePedal arm on the bottom bracket axle
1818: Pedal Arm mit PedalenPedal arm with pedals
1919: ein Beingewichta leg weight
2020: ilnovative Pedaleinnovative pedals

Claims

With their sine values, these pedals improve the force effects during the periodic revolutions of the pedal arm on the bottom bracket, generated with the leg forces, to propel the bike. Their design leads to an angular power transmission from the pedal axle to the pedal arm that deviates from the vertical. This power transmission angle is calculated constructively. The constant power transmission angle on the rotating pedals and the constantly changing angle on the pedal arms add up to a sum. The sine value of this sum determines the effectiveness of the individual forces that are used to propel the bicycle. This means that the sine value of “1” is run through twice on the depressed pedals. The new pedal has five levels of effect. This includes: 1. Level of action of the power arm 2. Pedal axle 3. Level of action of the load arm 4. Weight level and 5. which, when the power arm is depressed, creates a horizontal plane with which the power transmission angle on the pedal arm is created in a variable size. The contact surface between the plane of action of the force arm and the sole of the shoe enables a fixing pressure connection.

Both pedal arms are divided into two parts with a joint for propelling the bicycle. The two parts of the pedal arm are functionally connected with a technical spring. The parameters of the spring are weaker than the leg weight that rests on the rear innovative pedals. Raising this leg relieves the strained spring and creates a stretched angle on the two-part pedal arm. When you press down the innovative pedal, your leg weight and muscle strength come into effect on this pedal arm.