DE3720364A1 - Kurbelgetriebe fuer fahrraeder, dreiraeder oder dergl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgetriebe für Fahrräder, Drei­ räder oder dergleichen mit vorzugsweise zwei um 180° zueinan­ der versetzten Pedalkurbeln, die jeweils mit einem Endabschnitt auf einer gemeinsamen Tretlagerachse gehalten sind und deren anderer Endabschnitt mit einem Pedal versehen ist, das um die Tretlagerachse eine zentrische Kreisbewegung ausführt, die vor­ zugsweise auf einen Zahnkranz des hinteren Antriebsrades des Fahrrads oder dergleichen übertragen wird.

Kurbelgetriebe dieser Art sind seit mehr als 100 Jahren be­ kannt und bei den üblicherweise anzutreffenden Fahrrädern, Dreirädern, Tretbooten und anderen pedalgetriebenen Fahrzeugen unverändert beibehalten. Vor allem bei Fahrrädern hat es viel­ fältige Bemühungen gegeben, die von dem Fahrer auf das Pedal ausgeübte Kraft in ein erhöhtes Drehmoment umzusetzen, so daß entweder bei einem vorgegebenen Kraftaufwand des Fahrers ein erhöhtes Antriebsmoment erzielt oder aber eine bestimmte An­ triebsleistung mit einem geringeren Kraftaufwand erreicht wird. Eine bekannte Maßnahme besteht darin, eine längere Pedalkurbel zu verwenden, um so aufgrund des größeren Hebels das erzeugte Drehmoment zu vergrößern. Dieser Verlängerung der Pedalkurbel sind jedoch durch die Beinlänge des Fahrers enge Grenzen gesetzt, so daß die größte in der Praxis ver­ wendbare Pedalkurbel eine Länge von etwa 170 mm hat.

Da sich bei einem zentrisch kreisrunden Tritt der Hebelarm der Pedalkurbel aus dem vorstehend genannten Grund nicht weiter erhöhen läßt, sind andere Wege beschritten worden, um zu einer günstigeren Umsetzung der Trittkraft des Fahrers zu gelangen. In der AT-PS 5698 ist bereits vor sehr langer Zeit vorgeschlagen worden, die Pedalkurbel aus zwei durch einen Exzenter gegeneinander verschiebbaren Armen auszu­ bilden, so daß das zugehörige Pedal eine exzentrische Kreis­ bewegung um das Tretlager ausführt. Der mit dem Pedal ver­ sehene vordere Arm der Kurbel ist dabei verschieblich in dem hinteren, fest mit der Tretlagerachse verbundenen Arm der Kurbel geführt und greift mit einem Zapfen in einen Exzen­ terring ein, der die zur Tretlagerachse exzentrische Kreisbe­ wegung erzwingt. Der feststehende Exzenterring ist so ange­ ordnet, daß die Kurbel in der horizontalen, in Fahrtrichtung weisenden Stellung ihre größte Länge hat, so daß der Hebel­ arm des Pedals im Augenblick der größten Trittkraft sein Ma­ ximum erreicht und das hervorgerufene Drehmoment maximiert ist. Dieser bekannte Kurbelmechanismus hat mehrere Nachteile. Da der mit dem Pedal versehene Arm der Kurbel verschieblich in dem gabelförmigen anderen Arm der Kurbel geführt ist, wird er in der senkrechten, nach unten weisenden Lage, in der der Fahrer eines Fahrrades häufig mit seinem gesamten Gewicht auf dem Pedal steht, lediglich von dem Zapfen ge­ halten, der in den Exzenterring eingreift. Da das Pedal senk­ recht von der Pedalkurbel wegweist, entstehen vor allem in dieser Lage sehr große Biegekräfte, die als Torsionsmoment den Exzenterring derart belasten, daß dieser den Belastungen nicht standhalten kann. Außerdem bedingt die Tretkurbelver­ längerung einen um die Verlängerung vergrößerten Abstand des Vorderrades vom Tretlager, was den über viele Jahre entwickelten Fahrradrahmenbau ungünstig verändert.

Ein weiterer entscheidender Nachteil dieses bekannten Kurbel­ mechanismus liegt darin, daß durch diesen die Balance eines Fahrers erheblich beeinträchtigt ist. Während ein zentrischer Rundtritt des Pedals um das Tretlager das Gleichgewicht des Fahrers fördert, weshalb Fahrradartisten mit sehr kleinen Übersetzungen fahren, so daß durch häufiges zentrisches Rund­ treten ihr Gleichgewicht auf dem Fahrrad stabilisiert wird, bewirkt ein exzentrischer Trittkreis eine erheblich gestörte Balance des Fahrers, so daß ein mit dem bekannten Kurbel­ mechanismus ausgestattetes Zweirad nicht die erforderliche Sicherheit bietet. Mit einem exzentrischen Trittkreis läßt sich daher das Problem einer besseren Umsetzung der Tritt­ kraft nicht lösen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kurbelgetriebe für Fahrräder, Dreiräder oder dergleichen der eingangs genannten Art, also mit einem zentrischen Tritt­ kreis der Pedale so zu verbessern, daß der Kraftaufwand zum Antrieb des Fahrzeugs verringert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe sind die Pedal­ kurbeln antriebsmäßig mit jeweils einer zusätzlich angeord­ neten Gleitkurbel verbunden, die eine exzentrische Drehbe­ wegung um eine Antriebslagerachse ausführt. Damit nimmt die auf der Tretlagerachse sitzende Pedalkurbel die Be­ lastungen auf, die sich aus der auf das rechtwinklig von der Pedalkurbel abstehende Pedal ausgeübten Trittkraft er­ geben, so daß hier keine Stabilitätsprobleme auftreten. Die zusätzlich angeordnete Gleitkurbel, die nicht durch um die Kurbelachse wirkende Biegemomente belastet wird, vergrößert den Hebelarm der eigentlichen Antriebskraft, wodurch das Antriebsmoment um das Antriebslager erhöht wird. Dies hat zur Folge, daß ohne Abkehr von dem zentrischen Trittkreis der Pedale unter Vermeidung jeglicher Stabilitäts­ probleme der zum Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Kraft­ aufwand erheblich verringert werden kann.

Auf der Antriebslagerachse sitzt ein Zahnkranz, der durch die Drehbewegung der Gleitkurbel angetrieben wird und antriebs­ mäßig mit dem Zahnkranz des Antriebsrades verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist hierzu eine Verbindung in Kettenform vorgesehen.

Die Gleitkurbel sollte jeweils aus einem Führungsteil, das fest mit der Antriebslagerachse verbunden ist, und einem darin verschieblich gehaltenen Vorderteil bestehen, dessen vorderer Endabschnitt mit dem vorderen Endabschnitt der zu­ gehörigen Pedalkurbel verbunden ist. Hierzu ist zweckmäßiger­ weise eine Führungsstange an den beiden Kurbeln angelenkt.

Das gleitfähige Vorderteil der Gleitkurbel ist nach einem weiterenVorschlag der Erfindung mit einem Führungsschlitten verbunden, beispielsweise über einen Lagerzapfen. Der Führungsschlitten wird auf dem feststehenden kreisförmigen Exzenterring geführt, wozu zweckmäßigerweise ein Rollen- oder Kugellager vorgesehen ist. Der kreisförmige Exzenterring er­ zwingt somit eine Kreisbewegung des Vorderteils der Gleit­ kurbel, die exzentrisch zu dem Antriebslager verläuft.

Damit die Trittkraft in ein maximales Antriebsmoment umge­ setzt wird, hat die Gleitkurbel dann die maximale Länge, d. h. den größten Hebelarm um die Antriebslagerachse, wenn sich die Pedalkurbel in der waagerechten, nach vorne weisen­ den Stellung befindet, in der die einwirkende Trittkraft des Fahrers am größten ist.

Mit großem Vorteil wird vorgeschlagen, daß der auf der Antriebs­ lagerachse sitzende Zahnkranz fest mit der Achse verbunden ist und mit einem auf der Tretlagerachse angeordneten Zahnkranz in Antriebsverbindung steht, zweckmäßigerweise über eine Kette. Der letztgenannte Zahnkranz sollte wiederum mit einem Kettenrad verbunden sein, das zusammen mit dem Zahnkranz frei drehbar auf der Tretlagerachse sitzt. Das Kettenrad steht wiederum zweck­ mäßigerweise über eine Kette mit dem Zahnkranz des hinteren An­ triebsrades des Fahrrads oder dergleichen in Antriebsverbindung. Der auf der Antriebslagerachse sitzende Zahnkranz sollte größer als der Zahnkranz der Tretlagerachse sein, so daß infolge dieses gesteigerten Übersetzungsverhältnisses das Kettenrad in seiner Größe beibehalten werden kann, was anderenfalls unerwünschte rahmenbauliche Veränderungen erforderlich machen würde. Dies ist ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kurbelgetriebes gegenüber den bisher üblichen Kurbelgetrieben dieser Art, die ein zum z. B. bei Rennrädern erforderliches großes Übersetzungsverhältnis durch ein besonders großes Ketten­ rad hervorrufen, was wiederum zu Festigkeitsproblemen des Ket­ tenrades führt und die oben angesprochenen baulichen Verän­ derungen des Fahrradrahmens erforderlich machen kann. Diese Schwierigkeiten sind bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe vermieden.

Die zu beiden Seiten des Fahrradrahmens vorgesehenen Exzenter­ ringe sollten über Laschen miteinander und mit dem Rahmen ver­ bunden sein, womit auf einfache Weise für eine ausreichende Stabilität der Exzenterringe gesorgt sein kann.

Mit großem Vorteil wird schließlich vorgeschlagen, daß die Gleitkurbel im gestreckten Zustand eine Länge von etwa 240 mm hat. Im Vergleich zu der Länge der bisher verwendeten Pedal­ kurbeln, die maximal etwa 170 mm beträgt, ergibt sich hier­ mit ein erheblich größerer Hebelarm, der das von einer vor­ gegebenen Trittkraft erzeugte Antriebsmoment um etwa 40% erhöht. Zweckmäßigerweise sollte die Pedalkurbel eine Länge von etwa 165 mm haben.

Bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe ist der zentrische Trittkreis der Pedale beibehalten, wobei das Tretlager die Belastungen übernimmt, die aus den Biegemomenten herrühren, die von den als Kragarmen wirkenden Pedalen auf die Pedal­ kurbeln ausgeübt werden. Die Gleitkurbeln setzen die Tritt­ kraft in ein maximales Antriebsmoment um, ohne daß Stabilitäts­ probleme bei den Exzenterringen auftreten können. Um ein glattes und leichtes Gleiten des Vorderteils gegenüber dem Führungsteil der Gleitkurbel sicherzustellen, kann mit Vor­ teil vorgesehen sein, daß das Vorderteil auf Rollen- oder Kugellagern auf dem Führungsteil gelagert ist.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevor­ zugten Ausführungsform sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kurbel­ getriebes in einer Stellung, in der die Pedal­ kurbel und die Gleitkurbel waagerecht nach vorne weisen, wobei zusätzlich eine rückwärtige Lage im linken Teil der Figur angedeutet ist und

Fig. 2 eine Vorderansicht des Kurbelgetriebes gemäß Fig. 1.

Das erfindungsgemäße Kurbelgetriebe ist auf weitgehend schema­ tische Weise im Zusammenhang mit einem Fahrrad dargestellt, von dem in den Figuren ein Rahmen 1 angedeutet ist. Das Kurbel­ getriebe weist eine Pedalkurbel 2 auf, die um eine Tretlager­ achse 3 drehbar ist und an ihrem freien Endabschnitt mit einem Pedal 4 versehen ist, das in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Das Pedal 4 ist über einen Bolzen 5 praktisch biegesteif mit der Pedalkurbel 2 verbunden. Der Bolzen 5 durchgreift eine Führungsstange 6, die mit ihrem anderen Endabschnitt an dem gleitfähigen Vorderteil 7 einer Gleitkurbel 8 angelenkt ist. Die Gleitkurbel 8 besteht außerdem aus einem hinteren Führungs­ teil 9, auf dem das Vorderteil 7 über Kugellager 10 gleitfähig gehalten ist. Das Führungsteil 9 ist fest mit einer Antriebs­ lagerachse 11 verbunden, auf der ferner ein Zahnkranz 12 sitzt, der ebenfalls mit der Antriebslagerachse 11 drehfest verbun­ den ist.

Das Vorderteil 7 der Gleitkurbel 8 ist über einen Zapfen 13 mit einem Schlitten 14 verbunden, der mittels Kugellager 15 auf einem Exzenterring 16 geführt wird, der eine exzentrische Kreisbewegung des Vorderteils 7 um die Antriebslagerachse 11 erzwingt, wenn das Pedal 4 eine zentrische Kreisbewegung um die Tretlagerachse 3 ausführt.

Der Zahnkranz 12 ist über eine Kette 17 mit einem Zahnkranz 18 verbunden, der seinerseits fest an einem Kettenrad 19 angesetzt ist, das über eine Kette 20 mit einem nicht darge­ stellten Zahnkranz des Hinterrades des Fahrrads verbunden ist. Der Zahnkranz 18 und das mit diesem fest verbundene Kettenrad 19 sitzen frei drehbar auf der Tretlagerachse 3.

Im linken Teil der Fig. 1 ist eine rückwärtige Stellung des Kurbelgetriebes angedeutet, wobei hier die Bezugszeichen der Bauteile mit einem zusätzlichen "a" versehen sind. Außer­ dem ist mit 21 die Kreisbahn angedeutet, auf der der Verbin­ dungspunkt zwischen der Führungsstange 6 und dem Vorderteil 7 der Gleitkurbel 8, also der Angriffspunkt der Trittkraft an der Gleitkurbel, umläuft.

Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die beiden Exzenterringe 16 über Laschen 22 und 23 miteinander und mit dem Rahmen 1 ver­ bunden sind. Die Zahnkränze 12 und 18 sowie das Kettenrad 19 befinden sich an der rechten Seite des Fahrrads.

Aus Fig. 1 ist schließlich zu ersehen, daß sich die Gleit­ kurbel 8 ebenso wie die Pedalkurbel 2 in der waagerechten, nach vorne weisenden Stellung befindet, wenn sie ihre größte Länge aufweist. Der Mittelpunkt 24 des Exzenterrings 16 be­ findet sich vertikal über der Tretlagerachse 3, so daß sich die Umläufe der Gleitkurbel 8 und der Pedalkurbel 2 nicht gegenseitig beeinträchtigen können. Die Bezugszeichen 25 und 26 bezeichnen Kreise für den Umlauf des Kopfendes des Führungs­ teils 9 sowie des unteren Anlenkpunktes der Führungsstange 6.

An dem Rahmen 1 sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe keine baulichen Veränderungen erforderlich, wo­ durch anderenfalls die Fahreigenschaften beeinträchtigt würden. Dies trifft auch dann zu, wenn die Gleitkurbel im gestreckten Zustand eine größere Länge als 240 mm hat, was ohne weiteres möglich ist.

Claims (9)

1. Kurbelgetriebe für Fahrräder, Dreiräder oder dergleichen mit vorzugsweise zwei um 180° zueinander versetzten Pedal­ kurbeln, die jeweils mit einem Endabschnitt auf einer Tret­ lagerachse gehalten sind und deren anderer Endabschnitt mit einem Pedal versehen ist, das um die Tretlagerachse eine zentrische Kreisbewegung ausführt, die vorzugsweise auf ei­ nen Zahnkranz des hinteren Antriebsrades des Fahrrades oder dergleichen übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Pedalkurbeln (2) antriebsmäßig mit je einer Gleit­ kurbel (8) verbunden sind, die eine exzentrische Drehbe­ wegung um eine Antriebslagerachse (11) ausführt und dabei einen auf der Antriebslagerachse angeordneten Zahnkranz (12) antreibt, der antriebsmäßig mit dem Zahnkranz des Antriebs­ rades verbunden ist.

2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkurbel (8) jeweils aus einem Führungsteil (9), das fest mit der Antriebslagerachse (11) verbunden ist, und einem in dem Führungsteil gleitfähig gehaltenen Vorderteil (7) besteht, dessen vorderer Endab­ schnitt über eine angelenkte Führungsstange (6) mit dem vor­ deren Endabschnitt der zugehörigen Pedalkurbel (2) verbunden ist.

3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das gleitfähige Vorderteil (7) der Gleitkurbel (8) mit einem Führungsschlitten (14) verbunden ist, der auf einem feststehenden kreisförmigen Exzenterring (16) geführt ist.

4. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkurbel (8) ihre maximale Länge aufweist, wenn sich die Pedalkurbel (2) in der waage­ rechten, nach vorne weisenden Stellung befindet.

5. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnkranz (12) drehfest mit der Antriebslagerachse (11) verbunden ist und mit einem auf der Tretlagerachse (3) angeordneten Zahnkranz (18) in An­ triebsverbindung steht, der mit einem Kettenrad (19) ver­ bunden ist, das zusammen mit dem Zahnkranz (18) frei drehbar auf der Tretlagerachse (3) gehalten ist und mit dem Zahnkranz des Antriebsrades des Fahrrades oder dergleichen in Antriebs­ verbindung steht.

6. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkränze (12, 18) und das Kettenrad (19) über Ketten (17, 20) miteinander verbunden sind.

7. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Exzenterringe (16) über Laschen (22, 23) miteinander verbunden sind.

8. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkurbel (8) im gestreckten Zustand eine Länge von etwa 240 mm hat.

9. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mittelpunkt des Exzen­ terrings (16) vertikal über der Tretlagerachse (3) befindet.