Tretkurbelgetriebe an Fahrrädern Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein für Fahrräder bestimmtes Tretkurbelgetriebe mit Pedalen.
Sind die Pedale in gebräuchlicher Weise stets, um 180e zueinander versetzt, so ergibt sich der Nachteil, dass die Muskeln des Hüftgelenkes und die Muskeln des Kniegelenkes beim Treten nicht gleichmässig zu sammenarbeiten. 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, verhält- nismässig klein ist.
Je höher der Sattel gestellt wird, desto mehr müssen die Beine beim Treten gestreckt werden und desto grösser ist die bei jeder Tretbewe- gung erzeugbare Muskelleistung.
Durch die vorliegende Erfindung wird es möglich, eine wenigstens annähernd gleichmässige Muskelbe wegung auch bei höher eingestelltem Sattel, d. h. bei grösserer Leistungsfähigkeit der Hüftgelenk- und der Kniemuskeln, zu erzielen.
In an sich bekannter, jedoch zu einen anderen Zweck vorgeschlagener Weise sind beim erfindungs- gemässen Tretkurbelgetriebe die beiden Tretkurbeln um 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 ge nannten Drehachse der Tretkurbeln liegende, zu dieser Drehachse jedoch parallele Achse am Tretlager dreh bar gelagert ist. Gegenüber den bekannten Kurbelge trieben dieser Art liegt das Neue gemäss der Erfindun trieben dieser Art liegt das.
Neue gemäss der Erfindung darin, dass die Drehachse des, Kettenrades gegenüber der Drehaxe. der Tretkurbeln nach unten versetzt ist, damit bei konstanter Drehgeschwindigkeit des Ketten rades die Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeln in der obern Hälfte ihrer Bewegungsbahn grösser ist als in der untern.
Überraschenderweise zeigt sich, dass mit dem beschriebenen Tretkurbelgetriebe durch die ungleich förmigen Pedalbewegungen die Hüft- und die Kniege- lenkmuskeln auch bei hoher Sattelstellung verhältnis- mässig gleichmässig an- und abschwellend bean sprucht werden, so dass eine gute Leistungsabgabe und eine geringere Ermüdung des Fahrers bei einer und derselben Sattelstellung möglich sind.
In der Zeichnung ist rein beispielsweise eine Aus- führungsforen des Tretkurbelgetriebes gemäss der Erfindung veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt das Tretkurbelgetriebe in Seitenan sicht.
Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-11 in Fig. 1 bei einer andern Stellung der Tretkurbeln. Fig. 3 veranschaulicht in schematischer Darstel lung die Bewegung des Ober- und des Unterschen kels eines Beines. beim Antrieb des Tretkurbelgetrie- bes gemäss Fig. 1 und 2.
In einem am Fahrrad fest angeordneten Tretkur bellager 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 andern Ende der Achse 22 her ist eine Axialbohrung in diese eingearbeitet, in welche eine Achse 28 drehbar ein gesetzt ist.
Die Achse 28 ist mit einer Umfangsnut 29 versehen, in welche zwei in die Achse 22 einge triebene 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<B>131</B> mit Hilfe eines Stiftes 32 be festigt. Durch Verdrehung der Achse 28 in der Hohl achse 22 können die beiden Tretkurbeln<B>126</B> und 131 in Bezug aufeinander bewegt werden. An den freien Enden der Kurbeln <B>126</B> und<B>131</B> sind in an sich bekannter Weise Pedale 41 und 51 drehbar angeordnet.
Ein zum Antrieb des Fahrrades dienendes Ket tenrad 55 ist mit Hilfe von Kugellagern 157 am einen Ende des Tretlagers 120 drehbar gelagert. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist die geometrische Drehachse 63 des Kettenrades 55 exzentrisch, jedoch parallel 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 Tretkur- beln enthält und durch die Mitte des nicht dargestell ten Sattels 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 Axe 62 nach unten versetzt. Zweck und Wirkungsweise der beschrieb nen Exzentrizität der Achsen 62 und 63 sind weiter unten erläutert.
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 nicht näher dargestellte Weise befestigt ist und zwangsläu fig zusammen mit der Tretkurbel 126 umläuft.
Die beiden Zapfen 65 und 70 haben den gleichen Ab stand 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 ange ordnet, dass die Tretkurbeln 126 und 131, wenn sie um 1800 zueinander versetzt sind, wenigstens annä hernd in die Ebene 61 zu liegen kommen.
Die Wirkungsweise des beschriebenen Tretkurbel getriebes ist wie folgt : die Exzentrizität des Ketten rades 55 gegenüber der Drehaxe 62 der Tretkurbeln hat eine ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit jeder der Tretkurbeln 126 und 131 bei konstanter Drehge schwindigkeit des Kettenrades zur Folge, und zwar ist die Winkelgeschwindigkeit der Kurbeln <B>126</B> und 131 in der obern Hälfte ihrer Bewegungsbahn grösser als in der untern. 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 bei den Tretkurbeln <B>126</B> und 131 schliessen dann einen nach unten offenen Winkel von weniger als 180 ein, wie Fig. 1 zeigt. Je nach der Exzentrizität der Axen 62 und 63 voneinander wird der genannte Winkel grösser oder kleiner. Bei den praktisch in Frage kommenden Ausführungsformen wird er zwischen 1300 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 ge nannte Winkel zwischen den Tretkurbeln sein, um eine möglichst gleichmässige Beanspruchung der Hüft- und Kniegelenkmuskeln zu erzielen.
Der Einfluss der beschriebenen Pedalbewegung auf den Fahrer ist in Fig. 3 veranschaulicht. Es ist angenommen, das Fahrrad habe eine konstante Ge schwindigkeit und das Kettenrad 55 drehe sich somit gleichförmig. Mit 1, 2 ... 8 sind in. Fig. 3 mehrere in gleichen Zeitabständen aufeinander folgende Stel lungen eines Pedals bei einem vollständigen Umlauf dargestellt. Entsprechend der ungleichförmigen Dreh geschwindigkeit der zugehörigen Tretkurbel, z. B. <B>131,</B> liegen die Punkte 7, 8, 1, 2 und 3 weiter aus= einander als die Punkte 3, 4, 5, 6 und 7.
In der bereits erwähnten Ebene 61 befindet sich das Hüft gelenk des Fahrers, das in Fig. 3 mit 80 bezeichnet ist. Durch gerade Linien 81 und 82 sind in Fig. 3 der Oberschenkel bzw. der Unterschenkel des Fahrers schematisch dargestellt. Beim Treten bewegt sich das die beiden Schenkel 81 und 82 miteinander ver bindende Kniegelenk auf einem zum Hüftgelenk 80 konzentrischen Kreisbogen durch die Punkte 11, 12, ... 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 auf bringen, 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 Win kels E, während die vom Kniegelenkmuskel aufzu bringende Leistung etwa der Änderung des Winkels F entspricht (Fig. 3).
Es zeigt sich, dass bei der be schriebenen, ungleichförmigen Pedalbewegung die Hüft- und Kniegelenkmuskeln verhältnismässig gleich mässig anschwellend und abschwellend beansprucht werden, woraus. sich eine erhöhte Leistung und ge ringere Ermüdung der Muskeln ergibt.
Das beschriebene Tretkurbelgetriebe ermöglicht demnach ein angenehmeres, weniger ermüdendes Fahren bzw. eine grössere Fahrleistung hinsichtlich Geschwindigkeit und Dauer als bei üblichen Kurbel antrieben mit stets 180 zueinander versetzen Kur beln.
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 der Mitte des. Sattels des Fahrrades hin durchgeht.
Die Lage der gedachten Ebene, in welche die Tretkurbeln jeweils zu liegen kommen, wenn sie 180e zueinander versetzt sind, kann übrigens unab hängig von der Lage der exzentrischen Kettenradachse 63 gewählt werden durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Lenker 66 und 69, insbesondere durch entsprechendes Versetzen der Zapfen 67 und 68.
Es ist klar, dass die Erfindung nicht an die in der Zeichnung veranschaulichte Konstruktion des Tretkurbelgetriebes gebunden ist. Bei einer nicht ge zeigten 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 aus wechselbar an der genannten Scheibe befestigt.
Um zwei gleiche Tretkurbeln üblicher Ausführung ver wenden 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 ihrer seits die genannte Tretkurbel trägt.