DE9204330U1

DE9204330U1 - Tretkurbeltrieb für Fahrräder oder dergleichen

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Publication number: DE9204330U1
Application number: DE9204330U
Authority: DE
Original assignee: Sts Antriebe & Geraete & Co Kg 26419 Schortens De GmbH
Current assignee: Sts Antriebe & Geraete & Co Kg 26419 Schortens De GmbH
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-07-29
Anticipated expiration: 2002-04-01
Also published as: WO1993019976A1

Description

EISENFÜHR, SPEISER & PARTNER

Drernen · München

Patentanwalt

European Patent Attorneys

Dipl.-Ing. Günther Eisenführ Dlpl.-Ing. Dieter K. Speiser Dr.-Ing. Werner W. Rabus Dipl.-lng. Jürgen Brügge* Dipl.-Ing. Jürgen Klinghardt

European Patent Attorney Dlpl.-Phys. R. Michael Janotte

Patentanwalt
Dlpl.-lng.Thomas Heun

Rechtsanwalt
L'lrlch H. Sander

Ihr Zeichen Unser Zeichen Bremen

STS Antriebe ... S 1702 30. März 1992

Neuanme1dung

STS Antriebe & Geräte GmbH & Co KG
Im Gewerbegebiet 20, 2948 Schortens 1

Tretkurbeltrieb für Fahrräder oder dergleichen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Tretkurbeltrieb für Fahrräder oder dergleichen mit Tretkurbeln, deren wirksame Länge durch einen Verstellmechanismus im Betrieb beim Abwärtsbewegen vergrößert und beim Aufwärtsbewegen verkleinert wird.

Ein solcher Tretkurbeltrieb ist bereits aus der
EP-Bl-215 938 bekannt. Der dort beschriebene Antrieb war nach dem theoretischen, physikalischen Optimum ausgelegt, d.h., der größte Kurbelarm war im Bereich von

JB/cm

.Martinistrasse 24 · D-28OO Bremen 1 · Telefon (M 2 I -3635-O · P=i.v O411-363333 Telex 244020 fepatd ■ Daiex-P4342l O432I

90° gegenüber dem oberen Totpunkt, in Antriebsrichtung gemessen, vorgesehen. Die hierbei mit den Pedalen beschriebene Bewegungskurve führte jedoch dazu, daß diese Bewegung von Fahrern, insbesondere bei den ersten Versuchen, als ungleichmäßig empfunden wurde und nicht zu einer optimalen Kraft- und Leistungsentfaltung führte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Tretkurbeltrieb dahingehend zu verbessern, daß sich eine harmonische Antriebskurve bei optimaler Leistungsentfaltung ergibt.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Maximum der wirksamen Länge der Tretkurbeln im Winkelbereich von 135° ± 30°, gemessen in Antriebsrichtung vom oberen Totpunkt der Pedallage, liegt. Vorzugsweise liegt das Maximum im Winkelbereich von 135° ± 15°.

Da das Tretverhalten der Fahrer verschieden ist und auch die Lage der Pedale gegenüber der Sitzposition bei verschiedenen Fahrradtypen und -größen variieren kann, ist gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Maximum der wirksamen Länge der Tretkurbeln innerhalb eines begrenzten Verstellbereiches verstellbar. Der Verstellbereich ist vorzugsweise so bemessen, daß er bei 135° ± 45°, gemessen vom oberen Totpunkt der Pedallage, liegt; in diesem Fall ist es auch möglich, den theoretischen Maximalpunkt von 90°, z.B. für Versuchszwecke, einzuschließen.

Die Verstellung kann in der Weise erfolgen, daß z.B. bei Einrichtung des Verstellmechanismus die eingestellte Position stufenlos justierbar ist. Es ist jedoch auch

möglich, im Betrieb des Fahrrades die Verstellung stufenlos, oder aber in Rastschritten, über einen Betätigungshebel durchzuführen, um z.B. während einer längeren Fahrt das Antriebsverhalten den jeweiligen Bedürfnissen anzupassen.

Die vorliegende Erfindung kann insbesondere vorteilhaft bei einem Tretkurbeltrieb gemäß der EP-Bl-215 938 angewandt werden, bei dem jede der Tretkurbeln aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen (Kurbelarm und Pedalträgerarm) besteht, wobei der Pedalträgerarm mittels eines daran angeordneten Steuerzapfens gegenüber dem Kurbelarm verschoben wird, bei dem pro Tretkurbel als Verstellmechanismus eine exzentrisch zur Tretkurbelachse angeordnete Lageranordnung vorgesehen ist, deren feststehendes Lagerteil am Rahmen gehaltert ist und auf deren drehbarem Lagerteil der Steuerzapfen drehbar gelagert ist und beim Umlauf eine gegenüber der Tretkurbelachse exzentrische Kreisbahn beschreibt. Bei diesem bekannten Tretkurbeltrieb ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung das feststehende Lagerteil in einer solchen Relativlage am Rahmen gehaltert, daß das Maximum der exzentrischen Kreisbahn im Bereich von 135° ± 30°, insbesondere 135° ± 15°, gegenüber dem oberen Totpunkt der Pedallage liegt. Bei einem solchen Tretkurbeltrieb sind die feststehenden Lagerteile jedes der Bewegungsmechanismen vorzugsweise mittels je einer Trägerscheibe beiderseits des Rahmens im Bereich der Tretlager gehaltert. Zur leichten Verstellung bzw. Justage des Verstellmechanismus weisen die Trägerscheiben vorzugsweise Langlöcher auf und sind durch entsprechende Befestigungsmittel verstellbar am Rahmen befestigt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine perspektivische Ansicht der Zuordnung der einzelnen Teile des erfindungsgemäßen Tretkurbeltriebes in auseinandergezogener Darstellung;

Fig. 2 ein schematisches Bewegungsdiagramm des erfindungsgemäßen Tretkurbeltriebes in vier verschiedenen Stellungen A, B, C und D;

Fig. 3 eine modifizierte Trägerscheibe zur verstellbaren Halterung;

Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise geschnitten, einer bevorzugten Lageranordnung für den Verstellmechanismus; und

Fig. 5 einen Schnitt durch die Anordnung nach Fig. 4.

In der Darstellung nach Fig. 1 ist ein Ausschnitt aus einem Fahrradrahmen im Bereich des Tretlagers gezeigt und mit dem Bezugszeichen 61 versehen. An diesem Rahmen 61 ist mittels einer Trägerscheibe 39 eine Lageranordnung 54 befestigt, die in Fig. 1 als Ring-Kugellager ausgebildet ist. Einzelheiten der Befestigung werden später im Detail erläutert.

Die Lageranordnung 54 hat ein feststehendes Lagerteil und ein drehbares Lagerteil 56, und auf letzterem ist eine Lagerbuchse 55 zur Aufnahme eines Steuerzapfens einer Tretkurbel 51 befestigt. Die Tretkurbel 51 besteht aus einem Kurbelarm und einem Pedalträgerarm 2, der an seinem Ende mit einer Gewindebohrung versehen ist, in die ein Pedal (nicht gezeigt) einschraubbar ist. Das Bezugszeichen 53 kennzeichnet hier die Pedalachse. An

dem Kurbelarm 52 ist eine Tretkurbelnuß 8 angeordnet, die einen Innenvierkant aufweist, der auf einen entsprechenden Außenvierkant einer Tretkurbelachse 22 aufsteckbar und durch Verschrauben befestigbar ist.

Dieser bisher beschriebene Tretkurbeltrieb ist (in der Zeichnung der Fig. 1) auf der linken Seite des Tretlagers angeordnet. Auf der rechten Seite (in der Zeichnung) des Tretlagers, und zwar hinter dem aus den Teilen 39a und 64 bestehenden Kettenschutzkasten, befindet sich eine ähnliche Anordnung eines Tretkurbeltriebes mit einer Lageranordnung 54 und einer Tretkurbel 51. Dieser Tretkurbeltrieb ist in der Zeichnung der Einfachheit halber jedoch nicht dargestellt; er arbeitet jedoch in der gleichen Weise.

Nachfolgend soll nun die Kinematik des erfindungsgemäßen Tretkurbeltriebes unter Bezug auf die Fig. 2 beschrieben werden. In dieser Darstellung stellt das Bezugszeichen 75 den Mittelpunkt der Lageranordnung 54 dar, der gegenüber der Tretkurbelachse 22 beim Fahrrad nach vorn und unten (in Fig. 2 nach rechts unten) verlagert ist. Die Lagerbuchse 55 mit dem darin gelagerten Steuerzapfen 25 beschreibt bei Drehung des drehbaren Lagerteils 56 eine Kreisbahn, die in Fig. 2 durch eine strichpunktierte Linie 76 angedeutet ist. Der Pedalträgerarm 2 wird also über den auf ihm angeordneten Steuerzapfen 25 gegenüber dem Kurbelarm 52 und damit der Tretkurbelachse 22 im Verlaufe eines Kurbelhubes verschoben, und es ergeben sich im Verlaufe einer Tretkurbelumdrehung verschiedene Hebelarme zwischen der Pedalachse und der Tretkurbelachse.

In der hinteren Position A der Tretkurbel ist der Pedal-

trägerarm 2 in den Kurbelarm 52 eingezogen, so daß sich nur ein kurzer Hebelarm 1_A ergibt. In den Zwischenstellungen B und C ist der Pedalträgerarm 2 bereits ausgefahren, so daß sich längere Hebelarme 1_B bzw. l_c ergeben. In der Position D ist der Pedalträgerarm 2 voll ausgefahren, und es ergibt sich der größte Hebelarm 1_D.

Die Pedalachse 53 beschreibt gegenüber der Tretkurbelachse 22 eine im wesentlichen exzentrische Kreisbahn, die dazu führt, daß beim Fahren mit dem Fahrrad oder dergleichen bei der niedergehenden Bewegung der Pedale ein größerer Hebelarm zur Verfügung steht, während beim Rückholen der Pedale ein geringerer Weg beschritten werden muß.

Die Position D mit dem maximalen Hebelarm 1_D liegt auf einer strichpunktierten Linie 48, die gegenüber dem oberen Totpunkt T₀ einen Winkel 50 von 135° bildet.

In Fig. 3 ist eine besondere Ausführungsform der in Fig. 1 nur grob dargestellten Trägerscheibe 39 zu sehen, die zur Halterung der Lageranordnung 54 am Rahmen 61 dient. Die in Fig. 3 gezeigte Trägerscheibe 39b weist zwei um die Tretkurbelachse 22 kreisbogenförmige Langlöcher 49 auf, um die Befestigung der Trägerscheibe 39b am Rahmen 61 um einen begrenzten Winkelbereich vestellbar zu machen. Die Befestigungsmittel sind hier jedoch nicht im einzelnen gezeigt. In der Zeichnung ist strichpunktiert die Lageranordnung des Verstellmechanismus angedeutet, und die strichpunktierte Linie 48 gibt das Maximum der wirksamen Länge 1 der Tretkurbel 51 (Fig. 1 und 2) an. Die Lageranordnung 54 kann entsprechend der strichpunktierten Linie 48 um den mittleren Winkel von 135° nach beiden Seiten um je 30°, also um einen gesamten Winkel

47 von ± 30° geschwenkt und mittels der Langlöcher 49 am Rahmen 61 in jeder beliebigen Position innerhalb dieses Bereiches 47 befestigt werden.

Diese Verstellbarkeit der Lageranordnung 54, also des Verstellmechanismus für die Kurbelarmlänge der Tretkurbeln, kann derart erfolgen, daß diese Verstellung zum Zwecke der einmaligen Justage erfolgt. Es ist jedoch auch möglich, einen Mechanismus vorzusehen (nicht gezeigt) , mit dem über einen Betätigungshebel die Verstellung während des Betriebs des Fahrrades oder dergleichen erfolgt, und zwar kann dies entweder stufenlos oder aber in Rastschritten erfolgen.

Der anfangs angegebene Winkel von 135° gegenüber dem oberen Totpunkt T₀ (in Antriebsrichtung gesehen) kann natürlich innerhalb eines gewissen Bereiches schwanken. Dieser Winkel beträgt vorzugsweise 135° ± 30°, bevorzugt wird jedoch ein Bereich von 135° ± 15°. Für den Fall, daß dieser Winkel 50 verstellbar ist, bietet es sich an, eine Verstellmoglichkeit um den mittleren Winkel von 135° um ± 45° vorzusehen, um an einem Ende des Bereiches das Maximum der Kurbelarmlänge auf 90° zu legen, um z.B. entsprechende Versuche vornehmen zu können, auch wenn bei diesem Winkel die Tretbewegung nicht so glatt ist wie bei einem Winkel von 135°.

Das Lexstungsverhalten des erfindungsgemäßen Tretkurbeltriebes kann weiter auf einfacher Weise an die Bedürfnisse der Bedienungsperson angepaßt werden, wenn der Steuerzapfen 25 gegenüber dem Pedalträgerarm 2 in verschiedenen Stellungen angeordnet werden kann, was durch mehrere Bohrungen 58 (Fig. 2) erleichtert wird. Wird der Steuerzapfen 25 in die in Fig. 3 angedeutete Bohrung 58

eingeschraubt, so verlängert sich der Hebelarm der Tretkurbel um einen geringen Betrag; dieser Betrag muß jedoch auch bei der Rückholbewegung mit aufgebracht werden.

Während die in Fig. 1 dargestellte Lageranordnung 54 ein einziges Ring-Kugellager ist, zeigen die Fig. 4 und 5 eine bevorzugte Lageranordnung 83, deren Einzelheiten nachfolgend beschrieben und die anstelle der Lageranordnung 54 der Fig. 1 eingesetzt werden kann. Die Lageranordnung 83 besteht aus einem feststehenden, inneren Lagerteil 29, das mit einer Öffnung 84 über die Tretkurbelachse 22 geschoben und an dem Fahrradrahmen 61 befestigt wird. Der Mittelpunkt der Lageranordnung 83 ist dabei gegenüber der Tretkurbelachse 22 bzw. der Öffnung 84 wie in Fig. 2 versetzt. Ein drehbares Lagerteil 3 0 trägt auf Lagerzapfen 32 Lagerrollen 33, die auf einer ringförmigen Lagerbahn 31 des feststehenden Lagerteils 29 abrollen. Anstelle der drei Lagerrollen 33 können auch vier oder mehr Lagerrollen vorgesehen sein; es sind jedoch mindestens drei Rollen erforderlich, die gleichmäßig um den Umfang verteilt sind, um eine einwandfreie Fixierung des drehbaren Lagerteils 3 0 gegenüber dem feststehenden Lagerteil 29 zu gewährleisten.

Zwischen den Lagerrollen 33 sind Freiräume 35 vorhanden, in denen eine Lagerbuchse 34 zur Lagerung des Steuerzapfens 25 angeordnet ist. Diese Anordnung der Lagerbuchse und des Steuerzapfens 25 kann in etwa der gleichen Ebene wie die Lagerrollen 33 erfolgen, was zu einer wesentlich kompakteren Bauweise des Tretkurbeltriebes führt. Die Lagerrollen 33 sind vorzugsweise als auf den Lagerzapfen 32 aufgesteckte Wälzlager ausgebildet.

Die Befestigung des Tretkurbeltriebes, d.h. insbesondere der Lageranordnungen 54 (bzw. der Lageranordnungen 83 nach den Fig. 4 und 5) zu beiden Seiten des Rahmens ist in den Fig. 1 und 3 zu sehen. Zur radialen Fixierung der Lageranordnungen 54 bzw. 83 werden auf die beiden Enden eines Tretlagerrohres 40 je eine Trägerscheibe 39, 39a bzw. 39b mit einer darin befindlichen Ausnehmung bzw. 62 aufgeschoben. Die Ausnehmungen 60 bzw. 62 sind umgebörtelt und für einen festen Sitz auf den Enden des Tretlagerrohrs 40 angepaßt. Die für die rechte Seite (in Fig. 1 gesehen) vorgesehene Trägerscheibe 39a stellt gleichzeitig einen inneren Teil eines Kettenschutzkastens dar. Zur axialen Fixierung der Lageranordnungen an dem Rahmen 61 ist eine (nicht gezeigte) Schellenanordnung vorgesehen, die hier jedoch nicht weiter beschrieben werden muß.

Auch wenn das erfinderische Prinzip in Verbindung mit einem Tretkurbelantrieb beschrieben und beansprucht wurde, so kann es selbstverständlich auch bei anderen Antrieben mit einer Kurbel veränderlicher Länge, z.B. bei Handkurbelantrieben, Verwendung finden.

Claims

Ansprüche

1. Tretkurbeltrieb für Fahrräder oder dergleichen mit Tretkurbeln, deren wirksame Länge durch einen Verstellmechanismus im Betrieb beim Abwärtsbewegen vergrößert und beim Aufwärtsbewegen verkleinert wird, dadurch gekennzeichnet, daß

das Maximum (48) der wirksamen Länge (1) der Tretkurbeln (51) im Winkelbereich (50) von 135° ± 30°, gemessen in Antriebsrichtung vom oberen Totpunkt (T₀) der Pedallage, liegt.

2. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum (48) im Winkelbereich (50) von 135° ± 15° liegt.

3. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Maximum (48) der wirksamen Länge (1) der Tretkurbeln (51) innerhalb eines begrenzten Verstellbereiches (47) verstellbar ist.

4. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 3,

gekennzeichnet durch einen Verstellbereich (47) von 135° ± 45°, gemessen vom oberen Totpunkt (T₀) der Pedallage.

5. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung stufenlos justierbar ist.

6. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung stufenlos über einen Betätigungshebel erfolgt.

7. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung in Rastschritten über einen Betätigungshebel erfolgt.

8. Tretkurbeltrieb nach einem der vorstehenden Ansprüche,

bei dem jede der Tretkurbeln (51) aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen (Kurbelarm und Pedalträgerarm) besteht, wobei der Pedalträgerarm (2) mittels eines daran angeordneten Steuerzapfens (25) gegenüber dem Kurbelarm (52) verschoben wird,

bei dem pro Tretkurbel als Verstellmechanismus eine exzentrisch zur Tretkurbelachse (22) angeordnete Lageranordnung (54, 83) vorgesehen ist, deren feststehendes Lagerteil (57, 29) am Rahmen (61) gehaltert ist und auf deren drehbarem Lagerteil (56, 30) der Steuerzapfen (25) drehbar gelagert ist und beim Umlauf eine gegenüber der Tretkurbelachse (22) exzentrische Kreisbahn (76) beschreibt,

dadurch gekennzeichnet, daß

das feststehende Lagerteil (57) in einer solchen Relativlage am Rahmen (61) gehaltert ist, daß das Maximum (48) der exzentrischen Kreisbahn (76) im Bereich von 135° ± 30°, insbesondere 135° ± 15°, gegenüber dem oberen Totpunkt (T₀) der Pedallage liegt.

9. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung (83) aus mindestens drei auf dem drehbaren Lagerteil (3 0) gelagerten Lagerrollen (33) besteht, die radial auf einer Lagerbahn (31) des feststehenden Lagerteils (29) abrollen, und daß der Steuerzapfen (25) in einer auf dem drehbaren Lagerteil (30) angeordneten Lagerbuchse (34) im Freiraum (35) zwischen den Lagerrollen (33) etwa in

der gleichen Ebene gelagert ist.

10. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerrollen (33) als Wälzlager ausgebildet sind.

11. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerrollen (33) durch Gleitlager gelagert sind.

12. Tretkurbeltrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das feststehende Lagerteil (29) mit einer äußeren nutformigen Lagerbahn (31) versehen ist, in die die Lagerrollen (33) von außen eingreifen und auf dieser abrollen.

13. Tretkurbeltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12,

dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerzapfen (25) in dem drehbaren Lagerteil (56, 30) der Lageranordnung (54, 83) um seine Achse schwenkend, in allen anderen Ebenen jedoch abgestützt ist.

14. Tretkurbeltrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, daß im Pedalträgerarm (2) mehrere Bohrungen (58) in verschiedenen Abständen von der Pedalachse (53) angeordnet sind, in deren eine der Steuerzapfen (25) zur Auswahl des Leistungsverhaltens wahlweise einschraubbar ist.

15. Tretkurbeltrieb nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Lagerteile (57) jedes der Bewegungsmechanismen mittels je einer

Trägerscheibe (39b) beiderseits des Rahmens (61) im Bereich der Tretlager (40) gehaltert sind.

16. Tretkurbeltrieb nach den Ansprüchen 3 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheiben (39b) Langlocher (49) aufweisen und verstellbar am Rahmen (61) befestigt sind.