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Die
Erfindung betrifft einen Tretkurbelantrieb für durch Muskelkraft betriebene
Geräte,
insbesondere Fahrzeuge und Trainingsgeräte, wie Fahrräder, Dreiräder, Fahrradheimtrainer,
Tretboote und dergleichen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs
1 genannten Merkmalen.
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Es
ist bekannt, bei durch Muskelkraft betriebenen Geräten, so
bei Fahrrädern,
Tretkurbelantriebe einzusetzen, die im Wesentlichen aus zwei um 180° versetzt
zueinander angeordnete Tretkurbeln bestehen, die einerseits jeweils
ein Pedal besitzen und andererseits mit einer Tretlagerwelle kraftschlüssig in
Verbindung stehen. Dabei ist die Tretlagerwelle innerhalb eines
Gehäuses
drehbar gelagert angeordnet, das in den Rahmen des Fahrrades integriert
ist. Gleichzeitig steht die eine Tretkurbel – das ist in Fahrtrichtung
grundsätzlich
die auf der rechten Seite angeordnete Tretkurbel – unmittelbar
oder mittelbar, so über
die Tretlagerwelle, ebenfalls kraftschlüssig mit einem Kettenrad in
Verbindung, das die über
die Tretkurbeln aufgebrachte Antriebskraft über eine Kette auf ein Ritzel
und damit zugleich auf das Hinterrad des Fahrrades überträgt. Dabei
wird die Antriebskraft durch Umwandlung der Muskelkraft des Fahrers
in Bewegungsenergie aufgebracht, wobei die Übertragung der Muskelkraft
auf den Tretkurbelantrieb über die
Pedale erfolgt und zwar zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt
bei Abwärtsbewegung
der jeweiligen Tretkurbel und somit bei Drehung des Kettenrades
um einen Drehwinkel von 180°.
Dabei wird das brauchbare Drehmoment jedoch im Wesentlichen nur
im Bereich eines Drehwinkels erzeugt, der zwischen 0° und 150° liegt.
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Als
nachteilig hat sich bei diesen Tretkurbelantrieben unter anderem
gezeigt, dass bei der Abwärtsbewegung
der jeweiligen Tretkurbel ein sich verändernder Hebelarm entsteht,
der in der oberen Ausgangslage, also bei 0°, gleich Null ist, bis zum Erreichen
der Horizontalen bei 90° auf
ein Maximum ansteigt und bis zur unteren Stellung bei 180° wieder auf
Null abfällt.
Daraus aber resultiert, dass diese Tretkurbelantriebe mit einem
schlechten Wirkungsgrad arbeiten und gleichzeitig bei diesen Tretkurbelantrieben
das Verhältnis
der am Pedal einer jeden Tretkurbel durch Muskelkraft aufgebrachten
Antriebskraft zur durch das Kettenrad abgegebenen Antriebskraft
nicht optimal ist.
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Um
zumindest teilweise diese Nachteile zu vermeiden, ist es bei Fahrrädern aber
auch schon bekannt, anstatt eines kreisrunden Kettenrades Kettenräder einzusetzen,
die von der kreisrunden Form abweichen und dabei beispielsweise
oval ausgebildet sind. Hierbei nehmen die Tretkurbeln zu dem oval ausgebildeten
Kettenrad eine bestimmte Stellung ein, so dass eine vorteilhafte
Hebelwirkung entsteht. Dadurch sind die Voraussetzungen dafür geschaffen, dass
in der günstigsten
Stellung der Tretkurbeln auch der Hebelarm zwischen dem Kettenrad
und der Kette vergrößert ist.
Daraus ergibt sich, dass bei längeren Fahrten
durch das Vermeiden einer gleichförmigen Bewegung der Beine des
Fahrers Ermüdungserscheinungen
reduziert werden, da eine Entlastung der Muskeln der Beine des Fahrers
erfolgt, so dass schließlich
auch längere
Berganstiege durch den Fahrer leichter bewältigt werden.
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Soll
jedoch bei dieser Ausbildung des Kettenrades ohne eine Kettenspanneinrichtung
ausgekommen werden, die nicht nur störanfällig, sondern auch kompliziert
und somit kostenungünstig
ist, so muss auch das angetriebene Kettenrad exzentrisch gelagert
werden. Daraus ergibt sich jedoch, dass es erforderlich ist, eine
eindeutige Zuordnung der Winkelstellungen der Kettenräder des
Kettenantriebes vorzunehmen. Diese ist jedoch bei einem Wiederauflegen
der Kette nicht sichergestellt.
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Die
Druckschriften
DE 417
318 C und
FR
2 693 973 A1 zeigen Fahrradantriebe, bei denen die Tretkurbel
exzentrisch zu einen Kettenradlager läuft. Hierzu ist die Sekundärkurbel
längsverschieblich
mit dem Kettenradlager verbunden. Die
WO 01/21 473 A1 zeigt eine weitere Tretkurbel,
bei welcher der Tretkurbelarm über
einen Teilkreis radial verlängerbar
ist. Bei diesen bekannten Fahrradantrieben soll durch eine Verlängerung
des Hebelarmes das Drehmoment vergrößert werden.
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Bei
den bekannten Anordnungen ist nachteilig, dass jeweils ein oberer
und unterer Totpunkt durchlaufen wird, bei dem keinerlei Drehmoment
erzeugt wird.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen Tretkurbelantrieb für durch
Muskelkraft betriebene Geräte, insbesondere
Fahrzeuge und Trainingsgeräte,
wie Fahrräder,
Dreiräder,
Fahrradheimtrainer, Tretboote und dergleichen entsprechend dem Oberbegriff
von Anspruch 1 zu schaffen, der eine Erhöhung der Effektivität beim Antrieb
von durch Muskelkraft betriebenen Geräten durch Optimierung des Verhältnisses der
an den Pedalen aufgebrachten Muskelkraft zur durch das Kettenrad
an die Kette abgegebenen Antriebskraft gewährleistet, wobei bei unkomplizierter und
somit kostengünstiger
Ausbildung gleichzeitig Einfluss darauf zu nehmen ist, dass bei
längeren Fahrten
Ermüdungserscheinungen
des Fahrers reduziert werden und auch längere Berganstiege durch Entlastung
der Muskeln der Beine des Fahrers durch diesen leichter bewältigt werden
können.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen
Tretkurbelantrieb mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch,
dass die Tretkurbeln nach Art einer Schubstange in ihrer Achsrichtung
verschiebbar gelagert sind und in ihrem äußeren Abschnitt mit einer aus
zwei durch ein Gelenk miteinander verbundenen Hebeln, wobei das
Gelenk ein Zusammenlegen der Hebel nach unten ermöglicht, ein
Durchbiegen nach oben jedoch verhindert, bestehenden, mit ihrem
zweiten Ende schwenkbar gelagerten Führungsstange derart in Wirkverbindung
stehen, dass ausgehend von einer Ausgangslage der jeweiligen Tretkurbel
am oberen Totpunkt bei Einwirkung einer vertikalen Kraft und der
daraus resultierenden Bewegung der jeweiligen Tretkurbel nach unten
im Zusammenwirken mit der durch die Führungsstange auf die jeweilige
Tretkurbel nach vorn wirkenden Kraft bei fortschreitender Drehung
der jeweiligen Tretkurbel bis 180° ein
Drehmoment um die Tretlagerwelle erzeugbar ist, das sich aus der
Addition von zwei anteiligen Drehmomenten zusammensetzt, wobei die
Summe beider anteiligen Drehmomente über den Pedalweg von 180° nahezu konstant
ist, wird im Wesentlichen erreicht, dass eine gleichmäßige, lückenlose
Kettenzugkraft gewährleistet
wird.
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Lückenlos
deshalb, weil beim Erreichen des unteren Totpunktes der einen Tretkurbel
bei bis dahin voller Kettenzugkraft sofort die volle Kettenzugkraft der
sich im oberen Totpunkt befindlichen zweiten Tretkurbel einsetzt.
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Dabei
ergibt sich im kraftwirksamen Bereich vom oberen Totpunkt bis zum
unteren Totpunkt des jeweiligen Pedals gegenüber dem Halbkreis herkömmlicher
Tretkurbelantriebe durch die schwenkbar gelagert angeordnete Führungsstange
im Zusammenwirken mit der jeweiligen, in ihrer Achsrichtung verschiebbar
gelagerten Tretkurbel bei ihrem aus dem Verschieben resultierenden
Eintauchen eine flachere Pedalkurve und damit ein um zirka 26 %
kürzerer
Arbeitsweg bei gleicher Pedalkraft und gleicher resultierender Gesamtkettenzugkraft
gegenüber
herkömmlichen
Tretkurbelantrieben. Das bedeutet, dass zusätzlich zur lückenlosen,
gleichmäßigen Kettenzugkraft
auch ein erheblicher Leistungsgewinn erzielt wird.
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Dieses
wird bei relativ einfacher und damit kostengünstiger Ausbildung des Tretkurbelantriebes ermöglicht,
wobei durch diesen auch Einfluss darauf genommen wird, dass bei
längeren
Fahrten Ermüdungserscheinungen
des Fahrers reduziert werden und eine Entlastung der Muskeln der
Beine des Fahrers erfolgt, wenn längere Berganstiege zu bewältigen sind.
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Ausgehend
von dem gemäß der Erfindung aus
zwei anteiligen Drehmomenten durch Addition sich zusammenset zenden,
um die Tretlagerwelle erzeugten Drehmoment besteht dieses aus einem
ersten Anteil, der durch Multiplikation der Normalkraft der Führungsstange
mit dem Hebelarm, das heißt der
gedachten Verbindung senkrecht zur Führungsstange von dieser zur
Tretlagerachse gebildet ist, und aus einem zweiten Anteil, der durch
Multiplikation der auf die Tretkurbel wirkenden Kraft mit dem Abstand
zwischen der Tretkurbel und einer vertikal durch die Tretlagerachse
verlaufenden Linie gebildet ist. Bei Betätigung des erfindungsgemäß ausgebildeten
Tretkurbelantriebes werden die nach Art einer Schubstange verschiebbar
gelagerten Tretkurbeln jeweils durch die aus zwei Hebeln bestehende
Führungsstange
in Drehrichtung des Kettenrades in allen zwischen 0° und 90° liegenden
Positionen auf Druck und in allen zwischen 90° und 180° liegenden Positionen auf Zug
beansprucht. Dabei steht das freie Ende des einen Hebels der Führungsstange
mit einem Festlager gelenkig in Verbindung, während das zweite Ende dieses
Hebels über
ein Gelenk mit dem zweiten Hebel der Führungsstange verbunden ist, wobei
das freie Ende dieses Hebels gelenkig mit der jeweiligen, nach Art
einer Schubstange verschiebbar gelagerten Tretkurbel in Verbindung
steht. Bei dieser Ausbildung der Führungsstange ist das Festlager,
mit dem das freie Ende des einen Hebels der Führungsstange gelenkig in Verbindung
steht, in den Rahmen des Fahrzeuges integriert.
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Um
eine kraftschlüssige
Verbindung der Tretkurbel mit dem Kettenrad beziehungsweise mit der
Tretlagerwelle trotz der verschiebbaren Lagerung der nach Art einer
Schubstange verschiebbaren Tretkurbeln zu gewährleisten, ist gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung jeder der nach Art einer Schubstange
verschiebbar gelagerten Tretkurbeln eine Gleiteinrichtung zugeordnet,
die jeweils eine der Tretkurbeln verschiebbar aufnimmt und mit der
Tretlagerwelle unmittelbar oder mittelbar kraftschlüssig verbunden
ist. Vorteilhaft erfolgt dabei auf der Seite, auf der das Kettenrad
angeordnet ist, eine mittelbare Verbindung der Gleiteinrichtung
mit der Tretlagerwelle, indem die Gleiteinrichtung mit dem Kettenrad kraftschlüssig verbunden
ist.
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Für die Ausbildung
der die Tretkurbeln verschiebbar aufnehmenden Gleiteinrichtung sind
die verschiedensten Varianten möglich.
Gemäß einer
bevorzugten Ausbildung besteht die die Tretkurbeln verschiebbar
aufnehmende Gleiteinrichtung jedoch aus zwei in Achslängsrichtung
der Tretkurbeln angeordneten Rollenpaaren, wobei die Rollen eines
jeden Rollenpaares mit Abstand zueinander angeordnet sind, zwischen
denen die Tretkurbeln bei ihrer Verschiebung geführt werden. Vorteilhaft ist,
wenn ausgehend von zwei Rollenpaaren das eine Rollenpaar beispielsweise
oberhalb und das zweite Rollenpaar unterhalb der Tretlagerwelle
angeordnet wird. Dabei besitzen die Rollen der Rollenpaare an ihrer äußeren Umfangsfläche eine
Nut, so dass ein sicheres Führen der
Tretkurbeln bei ihrem Verschieben gewährleistet ist.
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Damit
bei der Verschiebung der Tretkurbeln Reibungsverluste auf ein Minimum
reduziert werden, und somit durch die Muskelkraft des Fahrers praktisch
keine zusätzlichen
Kräfte
aufzubringen sind, sollten die Rollen der Rollenpaare durch Lager
gebildet werden, wobei zweckmäßigerweise
Rollen-, Kegelrollen-, Kugel- oder
Wälzlager
vorgesehen sind.
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Die
die Tretkurbeln verschiebbar aufnehmende Gleiteinrichtung kann aber
auch eine Gleitschiene sein, die durch einen Hohlkörper gebildet
ist. Damit bei der Führung
der verschiebbar gelagerten Tretkurbeln innerhalb des die Gleitschiene
bildenden Hohlkörpers
ebenfalls geringe Reibungsverluste auftreten, sollte aber auch bei
dieser Ausbildung der Gleiteinrichtung die Führung innerhalb des Hohlkörpers zumindest
teilweise im Zusammenwirken mit Rollen erfolgen.
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Unabhängig davon,
wie die die Tretkurbeln verschiebbar aufnehmende Gleiteinrichtung
ausgebildet ist, ist diese auf der dem Kettenrad gegenüberliegenden
Seite auf einem Tragkörper
nach Art einer Platte oder eines Steges angeordnet, über den
die Gleiteinrichtung unmittelbar mit der Tretlagerwelle kraftschlüssig verbunden
ist.
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Damit
die nach Art einer Schubstange verschiebbar gelagerten Tretkurbeln
in allen Positionen, die sie bei einem Drehwinkel zwischen 180° und 360° einnehmen
und die ihrer Grundstellung entsprechen, in dieser arretiert sind,
besitzen die nach Art einer Schubstange verschiebbar gelagerten
Tretkurbeln auf ihrer den Pedalen abgewandten Seite einen Anschlag,
durch den die jeweilige Tretkurbel in dieser Grundstellung im Zusammenwirken
mit dem unterhalb der Tretlagerwelle angeordneten Rollenpaar der Gleiteinrichtung
oder aber bei Ausbildung der Gleiteinrichtung als Gleitschiene mit
dieser arretiert ist.
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Während bei
dem erfindungsgemäß ausgebildeten
Tretkurbelantrieb bei Drehung des Kettenrades und damit der Tretkurbeln
in einem Winkelbereich von 180° bis
270° die
Tretkurbeln über
die Pedale noch durch eine relativ geringe Zugkraft belastet werden
und dadurch eine stabile Position einnehmen, die der Grundstellung
entspricht, werden im Winkelbereich von 270° bis 360° die Tretkurbeln nicht mehr
durch Zugkräfte
belastet. Um trotzdem bei diesem Drehwinkel eine stabile Position
einzunehmen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung dem Gelenk, über das
beide Hebel der Führungsstange
verbunden sind, eine segmentartige Führung in Form eines Kreisringsegmentes
zugeordnet, die im Bereich des Drehwinkels von 270° bis 360° angeordnet
ist und in diesem Winkelbereich das Gelenk auf einem Kreisbogen
verschiebbar aufnimmt. Während
dabei die den nach Art einer Schubstange verschiebbar gelagerten
Tretkurbeln zugeordneten, segmentartigen Führungen in Form eines Kreisringsegmentes
zur Aufnahme des die beiden Hebel der Führungsstange verbindenden Gelenkes
in den Rahmen des Fahrzeuges integriert sind, ist bei dieser Integration
die der Führungsstange
der Tretkurbel zugeordnete, segmentartige Führung in Form eines Kreisringsegmentes,
die auf der Seite angeordnet ist, auf der das Kettenrad vorgesehen
ist, im Bereich des äußeren Umfanges
des Kettenrades angeordnet, derart, dass dieses dabei teilweise überdeckt
wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
in den Unteransprüchen
genannten Merkmalen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Tretkurbelantrieb für
ein durch Muskelkraft betriebenes Fahrrad;
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2a bis
f ein Kettenrad mit der diesem zugeordneten Tretkurbel des Tretkurbelantriebes
nach 1 in mehreren, bei einem Drehwinkel im Bereich von
0°bis 150° eingenommenen
Positionen;
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3a bis
f das Kettenrad mit der diesem zugeordneten Tretkurbel des Tretkurbelantriebes nach 1 in
mehreren, bei einem Drehwinkel im Bereich von 180° bis 330° eingenommenen
Po sitionen und
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4 eine
Darstellung des Bewegungsverlaufes der dem Kettenrad des Tretkurbelantriebes nach 1 zugeordneten
Tretkurbel bei einem Drehwinkel von 360°.
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Der
Tretkurbelantrieb für
ein Fahrrad nach 1 besitzt zwei um 180° versetzt
zueinander angeordnete Tretkurbeln 1, 2, von denen
die Tretkurbel 1 mittelbar kraftschlüssig mit einem kreisrunden
Kettenrad 3 verbunden ist, das unmittelbar kraftschlüssig mit
der Tretlagerwelle 4 in Verbindung steht, die in einem
Gehäuse 5 des
Rahmens 6 angeordnet ist. Die Tretkurbel 2 steht
unmittelbar mit der Tretlagerwelle 4 kraftschlüssig in
Verbindung. Jede Tretkurbel 1, 2 besitzt ein Pedal 7, 8,
die der Übertragung
der Muskelkraft dienen, die ausgehend vom oberen Totpunkt 9 bei
der Abwärtsbewegung
der jeweiligen Tretkurbel 1, 2 in Richtung des
unteren Totpunktes 10 bei gleichzeitiger Drehung des Kettenrades 3 bei
Erzeugung eines Drehmomentes in Antriebsenergie umgewandelt wird.
Diese wird vom Kettenrad 3 über eine Kette 11 auf
ein nicht weiter dargestelltes Ritzel und damit auf das Hinterrad
des Fahrrades übertragen.
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Damit
bei diesem Tretkurbelantrieb bei der Abwärtsbewegung der Tretkurbeln 1, 2 eine
gleichmäßige, lückenlose
Kettenzugkraft gewährleistet wird,
indem beim Erreichen des unteren Totpunktes 10 der Tretkurbel 1 bei
bis dahin voller Kettenzugkraft sofort die volle Kettenzugkraft
der sich im oberen Totpunkt 9 befindlichen anderen Tretkurbel 2 einsetzt und
gleichzeitig eine flachere Pedalkurve und damit ein um etwa 26 kürzerer Arbeitsweg
bei gleicher Pedal kraft erzielt wird, was auch insgesamt mit einem erheblichen
Leistungsgewinn verbunden ist, sind die Tretkurbeln 1, 2 nach
Art einer Schubstange verschiebbar gelagert. Dabei stehen die Tretkurbeln 1, 2 jeweils
mit einer aus zwei Hebeln 12, 13 bestehenden Führungsstange 14 in
Verbindung, durch die die Tretkurbeln 1, 2 bei
ihrer Abwärtsbewegung
in jeder Position abgestützt
werden. Um dieses zu ermöglichen,
ist das freie Ende 15 des einen Hebels 12 der Führungsstange 14 mit
einem in den Rahmen 6 des Fahrrades integrierten Festlager 16 schwenkbar
verbunden, während
das zweite Ende 17 dieses Hebels 12 über ein
Gelenk 18 mit dem zweiten Hebel 13 der Führungsstange 14 verbunden
ist. Das freie Ende 19 des Hebels 13 steht gelenkig
mit der jeweiligen, nach Art einer Schubstange verschiebbar gelagerten
Tretkurbel 1, 2 in Verbindung. Dabei ist das Gelenk 18, wie
nicht weiter dargestellt, vorteilhaft so ausgebildet, dass ausgehend
von einer exzentrischen Anordnung des Gelenkes 18 ihre
untere Kontaktfläche
ein Durchbiegen der Führungsstange 14 nach
oben bei einer Druckbeanspruchung, die zwischen 0° und 90° erfolgt,
verhindert. Dagegen liegen bei einer Zugbeanspruchung, die zwischen
90° und
180° erfolgt,
die Gelenke der Hebel 12, 13 und damit der Führungsstange 14 in
einer Ebene. Bei dieser Beanspruchung öffnet sich die untere Kontaktfläche des
Gelenkes 18 und begünstigt
ein Zusammenlegen der Hebel 12, 13 der Führungsstange 14 hinter
dem unteren Totpunkt 10.
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Unter
Berücksichtigung
dieser Ausbildung der Tretkurbeln 1, 2 und der
Zuordnung der mit diesen in Wirkverbindung stehenden Führungsstangen 14 bewegt
sich die jeweilige Tretkurbel 1, 2 aus ihrer Ausgangslage
am oberen Totpunkt 9 bei Einwirkung einer vertikalen Kraft
nach unten. Gleichzeitig wird die jeweilige Tretkurbel 1, 2 durch
die schwenkbar gelagerte Führungsstange 14 nach
vorn gedrückt. Dadurch
wird ein Drehmoment um die Tretlagerwelle 4 erzeugt. Mit
fortschreitender Drehung um die Tretlagerwelle 4 addiert
sich zu dem Drehmoment, das sich aus dem Produkt der Normalkraft
D der Führungsstange 14 und
dem Hebelarm b, das heißt
der gedachten Verbindung senkrecht zur Führungsstange 14 von
dieser zur Tretlagerachse – siehe
hierzu 2b bis 2f – ein zusätzlicher
Drehmomentanteil, der sich aus dem Produkt der auf die Tretkurbel 1, 2 wirkenden
Kraft F und dem Abstand a zwischen der Tretkurbel 1, 2 und
einer vertikal durch die Tretlagerachse verlaufenden Linie ergibt – siehe
ebenfalls 2b bis 2f. Bei
geeigneter Anpassung der geometrischen Verhältnisse lässt sich erreichen, dass die
Summe beider Drehmomentanteile über
den Pedalweg von 180° nahezu
konstant ist.
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Da
die Tretkurbeln 1, 2 im Winkelbereich von 270° bis 360° durch Zugkraft
nicht mehr belastet werden, wird zur Aufrechterhaltung der stabilen
Position der Tretkurbeln 1, 2 in diesem Winkelbereich
das Gelenk 18 der Führungsstange 14 von
einer am Rahmen 6 des Fahrrades befestigten, segmentartigen Führung 20 in
Form eines Kreisringsegmentes aufgenommen, in der das Gelenk 18 auf
einem Kreisbogen im Winkelbereich von 270° bis 360° verschiebbar ist.
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Wie
aus der 1 weiterhin hervorgeht, ist den
nach Art einer Schubstange verschiebbar gelagerten Tretkurbeln 1, 2 jeweils
eine Gleiteinrichtung 21 zugeordnet, die jeweils eine der
Tretkurbeln 1, 2 verschiebbar aufnimmt. Dabei
steht die eine Gleiteinrichtung 21 kraftschlüssig mit
dem Kettenrad 3 in Verbindung, während die der zweiten Tretkurbel 2 zugeordnete,
nicht weiter dargestellte Gleiteinrichtung 21, wie ebenfalls
nicht weiter dargestellt ist, über
einen Tragkörper
unmittelbar mit der Tretlagerwelle 4 kraftschlüssig verbunden
ist. Gebildet wird die Gleiteinrichtung 21 durch zwei Rollenpaare 22, 23,
wobei die Rollen 24, 25 eines jeden Rollenpaares 22, 23 mit Abstand
zueinander angeordnet sind und dabei die Tretkurbeln 1, 2 bei
ihrer Verschiebung führen.
Zur eindeutigen Führung
besitzen die Rollen 24, 25 an ihrer äußeren Umfangsfläche eine
Nut. Zur Arretierung der nach Art einer Schubstange verschiebbar
gelagerten Tretkurbeln 1, 2 in ihrer Grundstellung
ist diesen ein Anschlag 26 zugeordnet, der bei Vornahme der
Arretierung mit dem unterhalb der Tretlagerwelle 4 angeordneten
Rollenpaar 23 zusammenwirkt.
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In
den 2a bis 2f ist
das Kettenrad 3 sowie die mit diesem kraftschlüssig über die
Gleiteinrichtung 21 verbundene, nach Art einer Schubstange verschiebbar
gelagerte Tretkurbel 1 mit ihrer Führungs stange 14 in
Positionen dargestellt, die ausgehend von der Grundstellung gemäß 2a um
jeweils 30° versetzt
sind.
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Während in
allen zwischen 0° und
90° liegenden
Positionen, also in dem Bereich, der durch die Darstellung gemäß 2a und 2d begrenzt ist,
die nach Art einer Schubstange verschiebbar gelagerte Tretkurbel 1 durch
die aus den beiden Hebeln 12, 13 bestehende Führungsstange 14 in
Drehrichtung des Kettenrades 3 – 1 – auf Druck
beansprucht wird, erfolgt eine Beanspruchung der nach Art einer
Schubstange verschiebbar gelagerten Tretkurbel 1 durch
die Führungsstange 14 auf
Zug in allen Positionen, die zwischen der Darstellung nach 2d und 3a liegen.
Diese sind beispielhaft aus den 2e und 2f ersichtlich.
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Die 2b bis 2f zeigen
aber auch, dass jede Position der Tretkurbel 1, ausgehend
von der auf die Tretkurbel 1 wirkenden Kraft F, mit einem jeweils
veränderten
Abstand a zur Tretlagerwelle 4 verbunden ist. Andererseits
gehört
zu der Normalkraft D der Führungsstange 14,
wie ebenfalls aus den 2b bis 2f hervorgeht,
ein Hebelarm b um die Tretlagerachse, der sich ebenfalls von Position
zu Position ändert.
Daraus ergibt sich, dass um die Tretlagerwelle 4 ein Drehmoment
erzeugbar ist, das durch Addition von zwei in jeder Position der
Tretkurbel 1 veränderten
anteiligen Drehmomenten gebildet wird. Während ein erstes anteiliges
Drehmoment durch Multi plikation der Normalkraft D der Führungsstange 14 mit
dem Hebelarm b um die Tretlagerachse gebildet wird, wird das zweite
anteilige Drehmoment durch Multiplikation der auf die Tretkurbel 1 wirkenden
Kraft F mit dem Abstand a zur Tretlagerwelle 4 gebildet.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des
Tretkurbelantriebes ergibt sich durch Addition der beiden anteiligen
Drehmomente ein Drehmoment, das über
den Pedalweg von 180° nahezu
konstant ist.
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Hat
die Tretkurbel 1 die Position gemäß 3a erreicht,
so tritt die Tretkurbel 2 – 1 – in Funktion.
Wie aus den 3b bis 3f entnommen
werden kann, wird somit in dem Bereich zwischen 180° und 360° die Führungsstange 14 nicht mehr
wirksam. Alle Positionen, die die Tretkurbel 1 in diesem
Bereich einnimmt, entsprechen ihrer Grundstellung, die sie noch
einnimmt, wenn sie die Position gemäß 2a eingenommen
hat.
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Während dabei
in allen Positionen gemäß 3b bis 3d,
und zwar bis zum Erreichen der Position nach 3d, die
Tretkurbel 1 durch die geringe auf das Pedal 7 wirksame
Muskelkraft des Fahrers in ihrer Grundstellung gehalten wird, wird
diese Grundstellung in den Positionen, die die Tretkurbel 1 gemäß 3d bis 3f einnimmt,
und im weiteren Verlauf, bis sie die Position gemäß 2a erreicht hat,
gewährleistet,
indem das Gelenk 18 der Führungsstange 14 von
der segmentartigen Führung 20 verschiebbar
aufgenommen wird.
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Dem
in der Darstellung nach 4 gezeigten Bewegungsverlauf
der Tretkurbel 1 ist in einer Zusammenfassung entnehmbar,
dass sich die wirksame Hebellänge
der Tretkurbel 1 bei ihrer Drehung von 0° bis 90° zunächst kontinuierlich
stetig zunehmend verkürzt
und sich anschließend,
bis sie ihre Position nach einem Drehwinkel von 180° eingenommen
hat, kontinuierlich stetig zunehmend wieder vergrößert. Wird
beispielsweise davon ausgegangen, dass die wirksame Hebellänge der
Tretkurbel 1 in der Grundstellung 175 mm beträgt, dass
die aus gleich langen Hebeln 12, 13 bestehende
Führungsstange 14 eine
Länge von
149,2 mm besitzt und an der Tretkurbel 1 in einem Abstand
von 80 mm zum Pedal 7 angelenkt ist, so ergibt sich ein
Effektivitätsfaktor
von 1,265, der sich unter anderem auf den zurückgelegten Weg des Pedals 7 bei
einer Umdrehung der Tretkurbel 1 auswirkt. Der Darstellung
in 4 kann weiterhin entnommen werden, dass bei jeder
weiteren Drehung der Tretkurbel 1 zwischen 180° bis 360° diese ihre
Grundstellung beibehält,
wobei sich das Gelenk 18 der Führungsstange 14 in
allen Positionen, die die Tretkurbel 1 zwischen 0° und 360° einnimmt, auf
einem Kreisbogen bewegt.
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Aus
der Darstellung in 4 resultiert aber auch, dass
unter Berücksichtigung
des Effektivitätsfaktors
von 1,265 durch die schwenkbar gelagerte Führungsstange 14 im
Zusammenwirken mit der in ihrer Achsrichtung verschiebbar gelagerten
Tretkurbel 1 bei ihrem aus dem Verschieben resultierenden Eintauchen sich
eine besonders flache Pedalkurve und damit ein um etwa 26 kürzerer Arbeitsweg
ergibt. Dabei wird durch den Tretkurbelantrieb unter Berücksichtigung
des über
den Pedalweg von 180° im
Wesentlichen konstanten, aus der Addition der beiden anteiligen
Drehmomente sich ergebenden Drehmomentes eine gleichmäßige, lückenlose
Kettenzugkraft erreicht, was gleichzeitig mit einem erheblichen Leistungsgewinn
verbunden ist.