CH685485A5 - Tretkurbelantrieb. - Google Patents

Description

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CH 685 485 A5

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Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Tretkurbelantrieb für mobile oder ortsfeste Maschinen zur Umsetzung der Beinkraft von wenigstens einer Person, welcher Antrieb pro Person ein im Maschinenrahmen eingebautes Tretlager mit zwei ein Pedal aufweisenden Tretkurbeln, endlose, flexible Zugmittel zur Übertragung der Antriebskraft auf eine Antriebsachse und einen Leerlauf umfasst.

Insbesondere für Fahrräder oder dgl. verwendete Tretkurbelantriebe sind in vielen Ausführungsformen bekannt. Diese können normalerweise kein gleich-massiges Drehmoment auf das Hinterrad übertragen. Wenn die Tretkurbeln und die Unterschenkel des Fahrers etwa auf einer Linie liegen, wird ein toter Punkt durchlaufen. Dann nimmt das Drehmoment des Tretkurbelantriebs kontinuierlich zu, bis bei einem etwa rechten Winkel zwischen der belasteten Tretkurbel und dem Unterschenkel des Fahrers ein Maximum durchlaufen wird. Darauf nimmt das Drehmoment wieder ab, unten wird ein zweiter toter Punkt durchlaufen. Für das Drehmoment der andern Tretkurbel gilt Entsprechendes.

Dieser Nachteil ist durch die Anbringung zusätzlicher Aggregate, insbesondere von Seilzügen, zu beheben versucht worden. Dabei entstanden jedoch nicht nur teure und kompliziert funktionierende, sondern im Erscheinungsbild nicht mehr einem üblichen Fahrrad entsprechende Vorrichtungen, weiche sich im täglichen Gebrauch nicht durchsetzen konnten.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, einen Tretkurbelantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher - mit Ausnahme eines oberen und unteren Totpunktes - mit Beinkraft während einer vollen Umdrehung der Tretkurbel ein annähernd gleichmässiges Drehmoment erzeugen lässt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Tretkurbeln jedes Tretlagers im peripheren Bereich je eine Leerlaufrolle aufweisen, im Maschinenrahmen zwei frei drehbar gelagerte, starr miteinander verbundene Kurbelräder angeordnet sind, und zwei endlose, von wenigstens einer Spannrolle gespannte Zugorgane über je eine Leerlaufrolle und ein Kurbelrad geführt sind, wobei die Leerlaufrollen bei der Übertragung eines durch Fussdruck ausgeübten Drehmoments eingerastet sind. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Die Ausübung eines Drehmoments erfolgt ausschliesslich durch Beinkraft, wobei es gleichgültig ist, in welcher Richtung die Tretkurbel gedreht wird. Die Kurbelräder werden bei Vorwärts- und Rückwärtsbewegungen der Tretkurbeln in derselben Richtung gedreht.

In der Praxis sind die flexiblen, jedoch nicht elastischen Zugorgane vorzugsweise Ketten, insbesondere einfache Hülsen- oder Rollenketten, oder Zahnriemen mit einseitiger Verzahnung.

Die optimale Länge eines Zugorgans kann mit einfachen Versuchen ermittelt oder berechnet werden, sie ist insbesondere abhängig von der Länge der Tretkurbeln, dem maximalen Abstand zwischen

Kurbelrad und Leeriaufrolle und deren Durchmessern. Die theoretisch möglich minimale Länge eines Zugorgans ist dessen gespannte Länge zwischen Kurbelrad und Leerlaufrolle bei maximalem Abstand, ohne Einwirkung einer Spannrolle.

Die maximale Länge des endlosen Zugorgans ist theoretisch unbeschränkt, sie erstreckt sich jedoch in der Praxis nicht über den Bereich des Maschinenrahmens hinaus. Vorzugsweise liegt die Länge eines Zugorgans bei der 1,2- bis 2fachen Länge der erwähnten theoretisch möglich minimalen Länge.

Leerlaufrollen, welche in der einen Richtung frei drehen, in der andern Richtung jedoch durch einen Einschnappmechanismus oder dgl. blockiert sind, werden beispielsweise im Fahrradbau seit langem verwendet und sind dem Fachmann hinreichend bekannt.

Leerlaufzahnkränze für Hülsen- oder Rollenketten und Leerlaufscheiben mit dem Zahnriemen entsprechender, umlaufender Nut in der Aussenfläche gewährleisten auch bei geringer Spannung eine schleif-freie Übertragung des Drehmoments ohne grosse Reibverluste.

Nach einer ersten Variante sind die Leerlaufrollen auf der Achse der Pedalen angeordnet, zwischen der Auflagefläche für einen Fuss und der Tretkurbel.

Nach einer zweiten Variante sind die Leerlaufrollen in einem auf der Achse der Pedalen frei drehbaren, beispielsweise gabelförmigen Schwenkarm angeordnet. Beim Drehen des Tretkurbelantriebs und insbesondere beim Übergang vom Freilauf der Leerlaufrolie zu deren Blockierung ändert sich die Neigung des Schwenkarms gegenüber der Vertikalen. Die Länge des Schwenkarms muss zwangsläufig grösser als der Radius der Leerlaufrolle sein und liegt vorzugsweise unter der Hälfte, insbesondere unter einem Drittel, der Länge einer Tretkur-bel.

Die wegen der Übertragung des Drehmoments starr miteinander verbundenen Kurbelräder können einstückig ausgebildet sein. Im einen Grenzfall bilden die beiden Kurbelräder einen zylinderförmigen Körper, mit in axialem Abstand angeordneten Führungsmitteln für die Zugorgane. Einfachheitshalber wird auch hier von zwei Kurbelrädern gesprochen. Im andern Grenzfall ist zwischen den Kurbelrädern das Material bis auf eine Verbindungswelle oder -hülse abgetragen.

Die beiden Kurbelräder können auch über ein Rohrstück miteinander verbunden sein, in welches eine Achse einführbar ist.

Schliesslich können die Kurbelräder einzeln drehfest mit einer Antriebs- oder mit einer frei drehenden Achse verbunden oder einstückig mit dieser ausgebildet sein.

Nach einer besonderen Ausführungsform können die einstückig ausgebildeten oder starr miteinander verbundenen Kurbelräder über ein Übersetzungsgetriebe an sich bekannter Bauart auf eine Antriebsachse einwirken. Derart können im Zusammenwirken mit dem Durchmesserverhältnis von Kurbelrad und Leerlaufrolle in einem weiten Bereich Über-und Untersetzungen eingestellt werden.

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Zu einer sicheren, wirkungsvollen Kraftübertragung vom Zugorgan auf ein Kurbelrad ist ein minimaler Umschlingungswinkel notwendig. Dieser beträgt vorzugsweise wenigstens 150°, insbesondere wenigstens 180°. Der Umschlingungswinkel wird zweckmässig durch wenigstens eine direkt oder indirekt am Maschinenrahmen montierte Umlenkrolle pro Kurbelrad vergrössert.

Bei einer Drehung von einem Totpunkt zum andern ist die Distanz der Leerlaufrolle zum Kurbelrad um die doppelte Länge einer Tretkurbel unterschiedlich, weshalb die Zugorgane stets mit wenigstens je einer Spannrolle gespannt sind. Die Spannrollen sind über eine Spannvorrichtung am Maschinenrahmen gehaltert, beispielsweise über eine Zugfeder oder einen unter Federdruck stehenden Schwenkarm.

Nach einer Weiterausbildung der Erfindung ist der Tretkurbelantrieb so ausgestaltet, dass die Antriebsachse nicht coaxial mit der Drehachse der starr miteinander verbundenen Kurbelräder verläuft, sondern parallel versetzt über ein flexibles Antriebsorgan verbunden ist. Die Kurbelräder umfassen ein einstückig ausgebildetes oder starr verbundenes Antriebsrad, auf welchem das vorzugsweise als Kette oder Zahnriemen ausgebildete Antriebsorgan anliegt. Dieses endlose, flexible Antriebsorgan verläuft weiter über ein Leerlaufantriebsrad, welches coaxial auf die Antriebsachse einwirkt. Diese Antriebsachse ist beispielsweise die hintere Radachse eines Fahrrades.

Der vorstehend beschriebene Tretlagerantrieb mit separater Antriebsachse umfasst, insbesondere bei der Verwendung für ein Fahrrad, eine Kette als endloses Antriebsorgan, wenigstens je einen Zahnradkranz als Antriebsrad und als Leerlaufantriebsrad, z.B. als Freilauf mit Klinke ausgebildet, oder als Starrlaufantriebsrad. Bei mehr als einem Zahnradkranz ist ein Kettenwechsler üblicher Bauart vorgesehen. Selbstverständlich kann auch die verschobene Antriebsachse eine Übersetzungsnabe aufweisen, zusätzlich oder alternativ zu einem Kettenwechsler.

Anstelle eines zusätzlichen flexiblen Antriebsorgans kann bei der Weiterausbildung, wie später im Detail gezeigt wird, ein endloses Zugorgan über eine Leerlaufrolle, das Kurbelrad und das Leerlaufantriebsrad geführt, und von wenigstens einer Spannrolle gespannt sein.

Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass mit Ausnahme von zwei gegenüberliegenden Totpunkten das Drehmoment während einer vollen Umdrehung der Tretkurbel annähernd gleich gross ist. Bereits etwa 10° nach dem Totpunkt kann mit der Antriebsachse praktisch das volle Drehmoment erreicht und bis etwa 10° vor dem andern Totpunkt aufrechterhalten werden. Dies ist vor allem bei einem Fahrrad von nicht zu unterschätzender Bedeutung.

Der erfindungsgemässe Tretkurbelantrieb eignet sich, neben der bereits erwähnten Verwendung als Fahrradantrieb, in Fahrzeugen zu Land und zu Wasser oder in der Luft ganz allgemein, beispielsweise für sogenannte Pedaloboote. Hier sind Tretkurbelantriebe für zwei Personen nebeneinander angeordnet, welche auf die gleiche Drehachse einwirken. Bei einem Tandem-Fahrrad dagegen sind zwei am gleichen Rahmen hintereinander angeordnete Tretlager für den gemeinsamen Antrieb befestigt.

Weitere Anwendungen im stationären Maschinenbau sind beispielsweise Tretkurbelantriebe für Notstromgeneratoren oder Lüftungsanlagen in Schutzräumen. Diese Lösungen sind erst recht interessant, wenn in einem Notfall der Strom ausfallen sollte.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine teilweise Ansicht eines Tretkurbelantriebes, wobei eine Hälfte gezeichnet ist,

Fig. 2 eine teilweise Seitenansicht eines Tretkurbelantriebes,

Fig. 3 eine teilweise Ansicht eines Tretkurbelantriebes für ein Fahrrad, wobei nur die rechte Hälfte gezeichnet ist, und

Fig. 4 eine Variante eines Fahrradantriebs, mit einem über das Hinterrad geführten Zugorgan.

Der in Fig. 1 dargestellte Tretkurbelantrieb ist in einen lediglich symbolisch angedeuteten Maschinenrahmen 10 eingebaut.

Der Tretkurbelantrieb umfasst in z.B. bei Fahrrädern üblicher Weise ein Tretlager 12, zwei Tretkurbeln 14 und zwei frei drehbare Pedale 16. Die Drehmomentübertragung von der Tretkurbel 14 zum Tretlager 12 erfolgt in an sich bekannter Weise durch eine Keilkurbel oder einen konischen Vierkant.

An der Pedalenachse 18 ist ein frei drehbarer Schwenkarm 20 angeordnet, auf welchem endständig eine Leerlaufrolle 22 gelagert ist.

Über eine Achse 24 ist im Maschinenrahmen 10 ein Kurbelrad 26 gelagert, welches über die Achse 24 starr mit einem in Blickrichtung hinteren, nicht sichtbaren Kurbelrad verbunden ist.

Ein über die Leerlaufrolle 22 und das Kurbelrad 26 geschlungenes Zugorgan 28 ist von einer schwebenden Spannrolle 30 gespannt. Die Drehmomentübertragung für den Antrieb erfolgt von der arretierten Leerlaufrolle 22 über das Zugorgan 28 zum Kurbelrad 26. Eine im vorliegenden Fall als Zugfeder ausgebildete Spannvorrichtung 32 ist am Maschinenrahmen 10 und an der Achse 34 der Spannrolle 30 eingehängt.

Der Umschlingungswinkel des Kurbelrades 26 wird vergrössert, indem über eine ebenfalls im Maschinenrahmen 10 gelagerte Achse 36 frei drehbare Umlenkrolle 38 das Zugorgan 28 gegen das Kurbelrad 26 geführt ist.

In Fig. 2 sind weitere Details des Tretkurbelantriebs sichtbar, insbesondere bezüglich des Tretlagers 12 mit zwei Tretkurbeln 14 und Pedalen 16 und der Kurbelräder 26. Diese Kurbelräder 26 sind überein Rohrstück 40 starr miteinander verbunden. Einstückig mit einem Kurbelrad 26 ausgebildet ist ein innenseitiges Antriebsrad 42, in Fig. 1 nicht sichtbar, welches der Weiterleitung des den Kurbelrädern 26 übermittelten Drehmoments dient.

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Nach der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind die Leerlaufrollen 22 coaxial mit den Pedalen 16 angeordnet.

Gemäss Fig. 3 ist das Drehmoment des Antriebsrads 42 (Fig. 2) auf das Hinterrad 44 eines Fahrrads zu übertragen. Dies erfolgt mittels eines endlosen, flexiblen Antriebsorgans 46, beispielsweise als Rollenkette ausgebildet. Dieses Antriebsorgan 46 umschlingt weiter das Leerlaufantriebsrad 48 des Hinterrads 44. Das Hinterrad 44 und das Leerlaufantriebsrad 48 sind auf derselben Achse 50 angeordnet.

In der Ausführungsform nach Fig. 4 erfolgt die Übertragung des Drehmoments der in Blickrichtung hinteren Seite analog Fig. 1 von der hinteren, unten gezeichneten Leerlaufrolle 22 über das hintere Zugorgan 28 auf das nicht sichtbare hintere Kurbelrad.

Von der vorderen, oben gezeichneten Leerlaufrolle 22 wird das Drehmoment über ein Zugorgan 28' auf das Kurbelrad 26 und gleichzeitig auf das Leerlaufantriebsrad 48 des Hinterrads 44 übertragen. Das Zugorgan 28' wird von zwei auf einem schwenkbaren Arm 62 gelagerten, endständigen Spannrollen 30, welche gleichzeitig Kettenwechsler für Übersetzungszahnkränze sein können, gespannt. Der im Mittelpunkt um eine Achse 64 schwenkbare Arm 62 ist am Rahmen 10 gehaltert und über eine Spiralfeder 66 gespannt.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Tretkurbelantrieb arbeitet wie folgt:

Der auf das Pedal 16 abgestützte, nicht dargestellte menschliche Fuss wird mit Muskelkraft nach unten gedrückt, in Richtung des Pfeils 52 üblicherweise nach vorne, aber auch in Richtung des Pfeils 54 nach hinten. In beiden Bewegungsrichtungen blockiert die nach unten gedrückte, in Fig. 2 linke Leerlaufrolle 22 und nimmt das sie umschlingende Zugorgan 28 mit. Dadurch wird das Kurbelrad 26 sowohl bei einer Vorwärts- als auch bei einer Rückwärtsbewegung der Tretkurbeln 14 in der gleichen Richtung des Pfeils 56 gedreht. Damit wird die Drehbewegung ohne Phasenverschiebung auf das betreffende Zugorgan 28 übertragen, weiches die gleichzeitig im Uhrzeigersinn drehende Leerlaufrolle 22 der anderen Tretkurbel 14 im Freilauf dreht.

Bei der folgenden halben Umdrehung des Tretlagers wird die vorher im Freilauf drehende Leerlaufrolle 22 blockiert, der Vorgang wiederholt sich sinngemäss, das Kurbeirad 26 wird wiederum in Richtung des Pfeils 56 gedreht.

Beide Kurbelräder 26, also auch das in Fig. 1 hintere, nicht sichtbare, sind mit der Achse 24 starr verbunden, welche im vorliegenden Fall Antriebsachse ist.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 3 wird das Drehmoment der Kurbelräder 26 auf das Antriebsrad 42 (Fig. 2), von dort auf das Antriebsorgan 46 und das Leerlaufantriebsrad 48 übertragen, dank des meist als Kette oder Zahnriemen ausgebildeten Antriebsorgans 46 ohne Phasenverschiebung. Das Leerlaufantriebsrad 48 wird in derselben, mit dem Pfeil 58 angedeuteten Richtung wie die Kurbelräder 26 gedreht. Über die Achse 50 wird das Drehmoment auf das coaxiale Hinterrad 44 des Fahrrads

übertragen, welches sich in Richtung des Pfeils 60 dreht.

In der Ausführungsform gemäss Fig. 4 kann das Antriebsorgan 46 gemäss Fig. 3 weggelassen werden. Das Zugorgan 28' überträgt das Drehmoment der einen Tretkurbel 16 direkt auf das Leerlaufantriebsrad 48 des Hinterrads 44, das andere Zugorgan 28 das Drehmoment der anderen Tretkurbel 16 über das Kurbelrad 26 und das Zugorgan 28'.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Tretkurbelantrieb für mobile oder ortsfeste Maschinen zur Umsetzung der Beinkraft von wenigstens einer Person, welcher Antrieb pro Person ein im Maschinenrahmen (10) eingebautes Tretlager (12) mit zwei ein Pedal (16) aufweisenden Jretkur-beln (14), endlose, flexible Zugmittel zur Übertragung der Antriebskraft auf eine Antriebsachse und einen Leerlauf umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Tretkurbeln (14) jedes Tretlagers (12) im peripheren Bereich je eine Leerlaufrolle (22) aufweisen, im Maschinenrahmen (10) zwei frei drehbar gelagerte, starr miteinander verbundene Kurbelräder (26) angeordnet sind, und zwei endlose, von wenigstens einer Spannrolle (30) gespannte Zugorgane (28 oder 28, 28') über je eine Leerlaufrolle (22) und ein Kurbelrad (26) geführt sind, wobei die Leerlaufrollen (22) bei der Übertragung eines durch Fussdruck ausgeübten Drehmoments eingerastet sind.

   2. Tretkurbelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gespannten Zugorgane (28, 28') Ketten oder Zahnriemen, die Leerlaufrollen (22) entsprechend Leerlaufzahnkränze oder Leerlaufscheiben mit dem Zahnriemen entsprechender, umlaufender Nut in der Aussenfläche sind, wobei diese Aussennut dem Zahnriemen entsprechende Stege hat.

   3. Tretkurbelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leerlaufrollen (22) auf den Pedalenachsen (18) oder in einem auf den Pedalenachsen (18) frei drehbaren Schwenkarm (20) angeordnet sind.

   4. Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die starr miteinander verbundenen Kurbelräder (26), einstückig ausgebildet, über ein Rohrstück (40) miteinander verbunden oder einzeln, mit einer im Maschinenrahmen (10) drehbar gelagerten Antriebsachse (24) starr verbunden sind.

   5. Tretkurbelantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die einstückig ausgebildeten oder über ein Rohrstück (40) starr verbundenen Kurbelräder (26) über ein Übersetzungsgetriebe mit der Antriebsachse (24) verbunden sind.

   6. Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Kurbelrad (26) wenigstens eine Umlenkrolle (38) am Maschinenrahmen (10) montiert ist, welche beim Kurbelrad (26) einen Umschlingungswinkel mit dem Zugorgan (28) von wenigstens 150°, vorzugsweise wenigstens 180°, gewährleistet/gewährleisten.

   7. Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannrol-

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   8. Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsrad (42) einstückig mit frei drehenden Kurbelrädern (26) ausgebildet oder starr mit ihnen verbunden ist, welches Antriebsrad (42) über ein endloses, flexibles Antriebsorgan (46), vorzugsweise eine Kette oder einen Zahnriemen, mit einem Leerlaufantriebsrad (48) für eine Antriebsachse (50) verbunden ist.

   9. Tretkurbelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Antriebsorgan (46) eine Rollenkette ist, und das Antriebsrad (42) und das Leerlaufantriebsrad (48) wenigstens je einen Zahnkranz, vorzugsweise mit einem Kettenwechsler, aufweisen.

   10. Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein gespanntes Zugorgan (28') eine Leerlaufrolle (22), ein Kurbelrad (26) und ein Leerlaufantriebsrad (48) umschlingt, wobei die Spannvorrichtung vorzugsweise als mit einer Spiralfeder (66) gespannter, schwenkbarer Arm (62) mit zwei endständigen Spannrollen (30) ausgebildet ist.

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