AT408742B - Leg muscle powered apparatus - Google Patents

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AT408742B
AT408742B AT0067499A AT67499A AT408742B AT 408742 B AT408742 B AT 408742B AT 0067499 A AT0067499 A AT 0067499A AT 67499 A AT67499 A AT 67499A AT 408742 B AT408742 B AT 408742B
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Roland Dr Pawlik
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Roland Dr Pawlik
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62MRIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
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Abstract

Leg muscle powered apparatus, preferably a bicycle, comprising a frame 1, a saddle 6, two cranks 2, nonrotatably attached to either end of a crankshaft 12. The end of each crank 2 is rotatably connected to a rigid coupler. A pedal 5 is rotatably mounted on one end of the coupler and a rocker 3 is rotatably mounted on the other end. The rocker is in turn with its other end secured, by means of a hinge 13, to the frame 1. The hinge 13 is situated behind the connecting line g between crankshaft 12 and the tip of the saddle 6. The individual drive elements are arranged in a specific configuration needed for the purposes of the invention. This arrangement is characterized in that the ratio between coupler length L2 and rocker length L1 is between 0.6 and 1 and in that the connecting line from the crankshaft centre 24 to the rocker pivot 34 forms an obtuse angle between 90 and 140 degrees with the connecting line between the crankshaft centre 24 and the pedal axle centre 45. The resultant drive mechanism is biomechanically advantageous in that it provides particularly favourable working conditions for the leg muscles. Particularly high propulsive power can therefore be applied to the drive. <IMAGE>

Description

AT 408 742 BAT 408 742 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein beinmuskelbetriebenes Gerät, vorzugsweise Fahrrad, mit einem Rahmen, einem sich nach vorne verjüngenden Sitz (Sattel), zwei Tretkurbeln, drehfest beiderseits an einer Tretkurbelwelie befestigt, wobei das Ende jeder Tretkurbel drehbar mit einer starren Koppel verbunden ist, an derem einen Ende drehbar ein Pedal und an derem anderen Ende drehbar eine Schwinge gelagert ist, die ihrerseits mit ihrem anderen Ende mittels eines Drehgelenks am Rahmen befestigt ist, wobei das Drehgelenk hinter der Verbindungslinie zwischen Tretkurbelwelle und vorderstem Punkt des Sattels liegt.The invention relates to a leg-muscle-operated device, preferably a bicycle, with a frame, a tapered seat (saddle), two pedal cranks, non-rotatably fastened on both sides to a pedal crank, the end of each pedal crank being rotatably connected to a rigid coupling one end of which is rotatably a pedal and at the other end of which a rocker is rotatably mounted, which in turn is attached to the frame at its other end by means of a swivel joint, the swivel joint being located behind the connecting line between the crankshaft and the foremost point of the saddle.

Eine der Konstruktionen, die auf eine höhere Leistungswirksamkeit abzielen, ist in der Patentschrift US 5 172 926 A ausgeführt. Die Pedalbahn ergibt sich als nahezu ellipsenförmig mit deutlicher vertikaler Ausrichtung. Diese Erfindung kann somit jener Gruppe von Erfindungen zugeordnet werden, bei denen die Pedalführung näherungsweise oder vollständig linear in Richtung der Verbindungslinie vom Hüftgelenk zur Kurbelachse erfolgt. Als Argument für die Vorteilhaftigkeit einer solchen Pedalführung wird meist ins Treffen geführt, daß, wenn das Pedal linear von der Hüfte wegbewegt wird, die größte antriebswirksame Kraft aufgebracht werden kann.One of the constructions aimed at higher efficiency is described in US Pat. No. 5,172,926. The pedal track is almost elliptical with a clear vertical orientation. This invention can thus be assigned to that group of inventions in which the pedal guidance takes place approximately or completely linearly in the direction of the connecting line from the hip joint to the crank axis. As an argument for the advantage of such a pedal guide, the most common argument is that when the pedal is linearly moved away from the hip, the greatest driving force can be applied.

Neuere biomechanische Erkenntnisse (Pawlik, „Biomechanik des Radfahrens“, Dissertation 1992) zeigen jedoch, daß diese Argumentation Denkfehler beinhaltet, und jedenfalls mit einer solchen Pedalbahn keine Leistungssteigerung gegenüber der herkömmlichen Kreisbahn zu erzielen ist. Im Gegenteil: Entsprechend einem Ergebnis der Dissertation sollte eine leistungswirksame Pedalbahn eher eine liegende Ellipsenform aufweisen.However, more recent biomechanical findings (Pawlik, "Biomechanics of Cycling", dissertation 1992) show that this reasoning contains mistakes in thinking, and in any case, with such a pedal track no increase in performance compared to the conventional circular track can be achieved. On the contrary: According to a result of the dissertation, a pedal track with effective performance should have a lying elliptical shape.

Auch gemäß der Patenschrift CH 635639 A5 liegt die Hauptachse der Pedalellipse zu stark in vertikaler Position. In der dargestellten Konfiguration des Antriebs wird also das angestrebte Erfindungsziel der Leistungssteigerung nicht erreicht.According to patent specification CH 635639 A5, the main axis of the pedal ellipse is too strong in the vertical position. In the configuration of the drive shown, the desired invention goal of increasing performance is therefore not achieved.

Gemäß der DE 32 41 142 A1 ist die Schwinge durch eine Kulisse ersetzt, die einer unendlich langen Schwinge entsprechen würde und die in Fig. 2 eingezeichnete Pedalbahn nicht erzeugen kann.According to DE 32 41 142 A1, the rocker is replaced by a backdrop which would correspond to an infinitely long rocker and which cannot produce the pedal track shown in FIG. 2.

Der hier eingereichten Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, mit dem beschriebenen Antriebsmechanismus durch geeignete Wahl seiner Parameter (z.B. Längenverhältnisse, Winkel der Koppel) eine für größtmögliche Leistungsabgabe optimale Tretbewegung zu realisieren.The invention submitted here is therefore based on the task of realizing an optimal pedaling movement for the greatest possible power output with the drive mechanism described by suitable selection of its parameters (e.g. length ratios, coupling angle).

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der Antriebsmechanismus und seine Anordnung innerhalb des beinmuskelbetriebenen Gerätes in spezieller Weise konfiguriert ist. Charakteristisch für diese Anordnung ist, daß das Verhältnis zwischen Koppellänge und Schwingenlänge zwischen 0.6 und 1 liegt und die Verbindungslinie Tretkurbeldrehpunkt - Schwingendrehpunkt mit der Verbindungslinie Tretkurbeldrehpunkt - Pedaldrehpunkt einen stumpfen Winkel zwischen 90 und 140 Grad einschließt.The invention achieves the object in that the drive mechanism and its arrangement within the leg muscle-operated device is configured in a special way. It is characteristic of this arrangement that the relationship between the coupling length and the rocker arm length lies between 0.6 and 1 and the connecting line pedal crank pivot point - swing arm pivot with the connecting line pedal crank pivot point - pedal pivot point includes an obtuse angle between 90 and 140 degrees.

Durch die erfindungsgemäße Konfiguration des beschriebenen Antriebsmechanismus kann die Maximalleistungsabgabe des Pedalierenden, beispielsweise Radsportlers, gesteigert werden. In einer noch unveröffentlichten Dissertation von Thomas Angeli wurde in ausführlichen, wissenschaftlichen Leistungsvergleichstests eine Steigerung der erzielbaren Maximalleistung von durchschnittlich 5,2 % gegenüber dem konventionellen, kreisförmigen Fahrradantrieb festgestellt. Da die Leistungssteigerung nach einer Vorbelastung, sozusagen im bereits ermüdeten Zustand des Radfahrers prozentuell (18.3%) noch höher ausfiel, kann geschlossen werden, daß die erfindungsgemäße Konfiguration des Antriebs ein geringeres Koordinationsvermögen des Radfahrers erfordert.The configuration of the drive mechanism described according to the invention allows the maximum power output of the pedaling person, for example a cyclist, to be increased. In an as yet unpublished dissertation by Thomas Angeli, an increase in the achievable maximum performance of 5.2% on average was found in extensive, scientific performance comparison tests compared to the conventional circular bicycle drive. Since the increase in performance after a preload, as it were in the already fatigued condition of the cyclist in percent (18.3%) was even higher, it can be concluded that the configuration of the drive according to the invention requires less coordination ability of the cyclist.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand, beispielhaft in Form eines Fahrrads, dargestellt. Es zeigenThe subject matter of the invention is shown in the drawing, for example in the form of a bicycle. Show it

Fig. 1 Das Fahrrad in einer SeitenansichtFig. 1 The bike in a side view

Fig. 2 ausschnittsweise den Antriebsmechanismus, seine Lage zum Sattel, und die entstehende PedalbahnFig. 2 detail of the drive mechanism, its location to the saddle, and the resulting pedal track

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie lll-lll der Fig. 1, wobei für ein besseres Verständnis der Antriebsmechanismus selbst vollständig dargestellt ist, und andere, für die Erfindung unwesentliche Teile wie Lenker und Sattel nicht dargestellt sind.Fig. 3 is a section along the line III-III of Fig. 1, the drive mechanism itself being shown completely for a better understanding, and other parts which are not essential to the invention, such as the handlebar and saddle, are not shown.

Zwei Kurbeln (2,2') sind drehbar gegenüber dem Fahrradrahmen (1) gelagert. Die Verbindung zwischen der rechtsseitig und linksseitig gelegenen Kurbel stellt die Lagereinheit (7) dar, die Drehachse ist 12. In bekannter Weise wird die Drehbewegung der Kurbeln über ein Kettenblatt (8), das über einen Kurbelstern (9) fest mit der rechtsseitigen Kurbel (2) verbunden ist, und eine Kette an 2Two cranks (2,2 ') are rotatably mounted with respect to the bicycle frame (1). The connection between the right-hand and left-hand crank is the bearing unit (7), the axis of rotation is 12. In a known manner, the rotation of the cranks is via a chainring (8), which is fixed to the right-hand crank via a crank star (9) ( 2) and a chain to 2

Claims (3)

AT 408 742 B das Hinterrad übertragen. Weiters befindet sich auf jeder Seite des Fahrradrahmens je ein Schwingarm (3,3'), welcher ebenfalls zum Fahrradrahmen (1) (Lagerachse 13) drehbar gelagert sind. Kurbeln und Schwingarme sind über je eine Koppel (4,4') gelenkig miteinander verbunden (Gelenksachsen 34, 3'4',24,2'4'), wobei die beiden Koppeln wie in Fig. 1 ersichtlich, beispielsweise eine Plattenform aufweisen können. Die Fahrradpedale (5,5') sind an den Koppeln (4,4') befestigt, und wie üblich drehbar gelagert (Lagerachsen 45 und 4'5'). Sie beschreiben bei Antrieb des Antriebsmechanismus eine näherungsweise ellipsenförmige Bahn (p). Die Lagerstellen des Antriebsmechanismus sind wie folgt ausgebildet: Die Lagerachsen (10,10') sind fest mit den Kurbeln (2,2') verbunden, im dargestellten Fall (Fig. 3) in den Kurbeln (2,2') eingeschraubt. Ein Wälzlager (11) stellt die reibungsarme Lagerung zu den Koppeln (4,4') dar. Die Lagerachsen (15,15') sind starr mit den Schwingarmen (3,3') verbunden, im dargestellten Fall (Fig. 3) in den Schwingarme eingepreßt. Je zwei Wälzlager (16, 17, 16', 17') stellen die reibungsarme Lagerung zu den Koppeln (4,4') dar. Die Achsen (12, 12') sind starr mit dem Fahrradrahmen (1) verbunden, im dargestellten Fall (Fig.3) in diesen eingeschraubt. Je zwei Wälzlager (13,14,13', 14') stellen die reibungsarme Lagerung zu den Schwingarmen (3,3') dar. Die Drehgelenke zwischen Schwingarmen und Rahmen sowie zwischen Schwingarmen und Koppeln sind deswegen vorteilhaft über je zwei Wälzlager (13, 14, 13',14',16,17,16',17') auszubilden, damit die Koppeln eben geführt werden und trotz der außermittig angreifenden Pedalkräfte nicht aus der Bewegungsebene kippen. Ferner ist es vorteilhaft, die beiden Koppeln (4,4') im oberen Bereich, soferne es die Forderung nach Kollisionsfreiheit gegenüber den Kurbeln (2,2') erlaubt, wie in Fig. 3 ersichtlich, nach innen in Richtung Rahmenmitte zu kröpfen, damit die Beine des Radfahrers den wünschenswerten Freiraum bekommen und nicht bei jeder Kurbelumdrehung an den Koppeln (4,4') streifen. PATENTANSPRÜCHE: 1. Beinmuskelbetriebenes Gerät, vorzugsweise Fahrrad, mit einem Rahmen (1), einem sich nach vorne verjüngenden Sitz (Sattel 6), zwei Tretkurbeln (2), drehfest beiderseits an einer Tretkurbelwelle (12) befestigt, wobei das Ende jeder Tretkurbel (2) drehbar mit einer starren Koppel verbunden ist, an derem einen Ende drehbar ein Pedal (5) und an derem anderen Ende drehbar eine Schwinge (3) gelagert ist, die ihrerseits mit ihrem anderen Ende mittels eines Drehgelenks (13) am Rahmen (1) befestigt ist, wobei das Drehgelenk (13) hinter der Verbindungslinie (g) zwischen Tretkurbelwelle (12) und vorderstem Punkt des Sattels (6) liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Koppellänge (L2) und Schwingenlänge (L1) zwischen 0.6 und 1 liegt und die Verbindungslinie Tretkurbeldrehpunkt (24) - Schwingendrehpunkt (34) mit der Verbindungslinie Tretkurbeldrehpunkt (24) - Pedaldrehpunkt (45) einen stumpfen Winkel zwischen 90 und 140 Grad einschließt.AT 408 742 B transfer the rear wheel. Furthermore, there is a swing arm (3,3 ') on each side of the bicycle frame, which is also rotatably mounted to the bicycle frame (1) (bearing axis 13). Cranks and swing arms are articulated to each other via a coupling (4,4 ') (joint axes 34, 3'4', 24,2'4 '), the two couplings, as can be seen in FIG. 1, having a plate shape, for example , The bicycle pedals (5.5 ') are attached to the couplers (4.4') and, as usual, are rotatably mounted (bearing axles 45 and 4'5 '). When driving the drive mechanism, they describe an approximately elliptical path (p). The bearing points of the drive mechanism are designed as follows: The bearing axles (10, 10 ') are firmly connected to the cranks (2.2'), in the case shown (Fig. 3) screwed into the cranks (2.2 '). A roller bearing (11) represents the low-friction bearing for the couplers (4,4 '). The bearing axes (15,15') are rigidly connected to the swing arms (3,3 '), in the case shown (Fig. 3) in the swing arm pressed in. Two roller bearings (16, 17, 16 ', 17') each represent the low-friction bearing for the couplers (4,4 '). The axles (12, 12') are rigidly connected to the bicycle frame (1), in the case shown (Fig.3) screwed into this. Two rolling bearings (13, 14, 13 ', 14') each represent the low-friction bearing for the swing arms (3,3 '). The swivel joints between the swing arms and frame and between the swing arms and coupling are therefore advantageous via two rolling bearings (13, 14, 13 ', 14', 16, 17, 16 ', 17') so that the couplings are guided flat and do not tip out of the plane of movement despite the off-center pedal forces. Furthermore, it is advantageous to crank the two couplers (4,4 ') in the upper area insofar as the requirement for freedom of collision with the cranks (2,2') allows, as can be seen in FIG. 3, to crank towards the center of the frame. so that the legs of the cyclist get the desired free space and do not touch the coupling (4,4 ') with every crank turn. PATENT CLAIMS: 1. Leg muscle-operated device, preferably a bicycle, with a frame (1), a tapered seat (saddle 6), two pedal cranks (2), non-rotatably attached to a pedal crankshaft (12) on both sides, the end of each pedal crank ( 2) is rotatably connected to a rigid coupling, on the one end of which a pedal (5) is rotatably mounted and on the other end of which a rocker arm (3) is rotatably mounted, which in turn is connected to the frame (1 ) is attached, the swivel joint (13) being located behind the connecting line (g) between the pedal crankshaft (12) and the foremost point of the saddle (6), characterized in that the ratio between the coupling length (L2) and the rocker arm length (L1) is between 0.6 and 1 lies and the connecting line pedal crank pivot point (24) - swing arm pivot point (34) with the connecting line pedal crank pivot point (24) - pedal pivot point (45) includes an obtuse angle between 90 and 140 degrees. 2. Beinmuskelbetriebenes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung der Schwingarme (3,3’) am Rahmen jeweils zwei Wälzlager (13,14,13',14') beinhaltet, und die Lagerung zwischen Schwingarmen (3,3') und Koppeln (4,4') ebenfalls je zwei Wälzlager (16,17,16',17') beinhaltet.2. Leg muscle operated device according to claim 1, characterized in that the mounting of the swing arms (3,3 ') on the frame each includes two roller bearings (13,14,13', 14 '), and the bearing between the swing arms (3,3' ) and coupling (4,4 ') also each contain two roller bearings (16,17,16', 17 '). 3. Beinmuskelbetriebenes Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppeln (4,4') im Bereich der Achsen 34 bzw. 3'4' in Richtung Rahmenmitte gekröpft sind. HIEZU 2 BLATT ZEICHNUNGEN 33. leg muscle operated device according to claim 1, characterized in that the couplers (4,4 ') in the region of the axes 34 and 3'4' are cranked towards the center of the frame. THEREFORE 2 SHEET DRAWINGS 3
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