DE102005009129A1

DE102005009129A1 - Kurbelarm, insbesondere Pedalarm, und Tretlager

Info

Publication number: DE102005009129A1
Application number: DE200510009129
Authority: DE
Inventors: Werner Kilian
Original assignee: KILIAN IRMGARD
Current assignee: KILIAN IRMGARD
Priority date: 2005-03-01
Filing date: 2005-03-01
Publication date: 2006-09-07

Abstract

Es wird ein Kurbelarm, insbesondere ein Pedalarm, beschrieben, dessen erstes Ende (24) an einer Kurbelwelle (10) befestigbar ist und an dessen zweitem Ende (28) eine Kurbelkraft angreift. Um den Herstellungs- und Wartungsaufwand gering zu halten und dennoch eine Effizienzsteigerung beim Betätigen des Kurbelarms zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Kurbelarm (16, 18) im Wesentlichen aus zwei Schenkeln (20, 22) gebildet ist, die einen Winkel (alpha) miteinander einschließen. Dabei liegt der Verbindungsbereich zwischen den beiden Schenkeln (20, 22) bezüglich der Vorwärtsdrehrichtung (D) vor der Verbindungslinie (D), welche zwischen der Drehachse der Kurbelwelle (10) und dem Kurbelkraftangriffspunkt (B) verläuft. Ein Tretlager enthält einen derartigen Kurbelarm bzw. einen derartigen Pedalarm (16, 18).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbelarm, dessen erstes Ende an einer Kurbelwelle befestigbar ist und an dessen zweitem Ende eine Kurbelkraft angreift, sowie ein Tretlager für ein Fahrrad.
Es sind Tretantriebe für Fahrräder bekannt, bei denen im Fahrradrahmen eine im wesentlichen horizontal verlaufende Tretlagerwelle gelagerten ist. An beiden Enden der Tretlagerwelle ist je ein Pedalarm drehfest befestigt, welche axial von der Tretlagerachse abstehen. Die beiden als Pedalkurbeln wirkenden Pedalarme sind um 180° zueinander versetzt. Jeder Pedalarm trägt an seinem äußeren, freien Ende ein Pedal, welche um die Tretlagerachse eine zentrische Kreisbewegung ausführen. Die Pedale lassen sich jeweils um eine parallel zur Tretlagerwelle verlaufende Pedalachse relativ zum Pedalarm verdrehen. An der Tretlagerwelle ist ein Kettenrad drehfest montiert, das die über das Pedal und den Pedalarm eingeleitete Kurbelkraft über eine Antriebskette an ein Zahnrad des Hinterrads überträgt.
Bei den erwähnten Tretantrieben ist bei einer oberen Position des Pedals der Pedalarm senkrecht ausgerichtet. Hierbei ist ein Totpunkt gegeben, weil die von dem Tretenden aufgebrachte Kraft im wesentlichen senkrecht einlang des Pedalarms eingeleitet wird und kein nennenswertes Drehmoment hervorruft. Zur Vermeidung dieses Nachteils wurden Tretantriebe vorgeschlagen, bei welchen die Tretkurbel lediglich in Winkelbereichen auf- und abbewegt werden, in denen eine Kraftübertragung möglich ist.

Es wurde immer wieder versucht, Verbesserungen an Tretlager mit den zugehörigen Pedalarmen vorzunehmen, um das Radfahren leichter und einfacher zu gestalten. Beispielsweise schlägt die DE 199 27 733 A1 einen Tretantrieb für Fahrräder vor, der eine ergonomisch günstige Kraftübertragung ermöglichen soll. Zu diesem Zweck sind die Tretarme jeweils über einen Freilauf mit der Tretlagerachse gekoppelt und lassen sich in einem begrenzten Winkelbereich hin- und herbewegen. An den freien Enden der Tretarme sind längselastische Pedalarme angelenkt, die sich beim Treten des zugeordneten Pedals teleskopartig verlängern und beim Entlasten des Pedals die gespeicherte Energie abgeben und den Tretarm sowie den Pedalarm in eine unbelastete Ausgangsstellung zurückbewegen. Es handelt sich hierbei um eine technisch relativ aufwendige Lösung, die einen hohen Herstellungs- und Wartungsaufwand erfordert.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 94 16 176.3 geht eine Tretvorrichtung hervor, bei der ein frei rotierender Schwenkarm direkt an einem mit dem Tretlager verbundenen Antriebsarm befestigt ist. Am Schwenkarm ist ein Pedal drehbar montiert. Auch diese Lösung erfordert einen erhöhten Herstellungs- und Wartungsaufwand.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, einen Kurbelarm, insbesondere einen Pedalarm, sowie ein Tretantrieb der eingangs genannten Art anzugeben, durch welche die vorgenannten Probleme überwunden werden. Insbesondere soll ein Kurbelarm angegeben werden, der gegenüber einem konventionellen Kurbelarm keinen nennenswert erhöhten Herstellungs- und Wartungsaufwand erfordert. Es soll eine Effizienzsteigerung beim Betätigen des Kurbelarms durch eine bessere Nutzung der Hebelgesetze unter Berücksichtigung der ergonomischen Gegebenheiten erfolgen. Der bei konventionellen Kurbelarmen auftretende Totpunkt bei senkrecht stehendem Kurbelarm soll weitest möglich eliminiert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Demgemäss ist ein erstes Ende des Kurbelarms an einer Kurbelwelle befestigbar. An dem zweiten, freien Ende des Kurbelarms greift eine Kurbelkraft, beispielsweise eine Tretkraft an, welche den Kurbelarm dreht. Erfindungsgemäß ist der Kurbelarm nicht geradlinig, sondern wird im wesentlichen aus zwei Schenkeln gebildet, die einen Winkel miteinander einschließen. Dabei liegt der Verbindungsbereich zwischen den beiden Schenkeln bezüglich der Vorwärtsdrehrichtung des Kurbelarms vor der Verbindungslinie zwischen der Drehachse der Kurbelwelle einerseits und dem Kurbelkraftangriffspunkt andererseits.

Es hat sich bei Versuchen herausgestellt, dass der erfindungsgemäße Kurbelarm wegen einer besseren Nutzung der Hebelgesetze unter Berücksichtigung der ergonomischen Gegebenheiten eine Effizienzsteigerung ermöglicht. Der bei konventionellen Kurbelarmen zu beobachtende Totpunkt kann weitgehend eliminiert werden, so dass auch in der höchsten Position des Pedals eine senkrecht wirkende Kraft auf die Kurbelwelle übertragen werden kann und sich somit eine längere Kraftphase pro Umdrehung ergibt.

Erfindungsgemäß ist der Kurbelarm als Winkelhebel ausgebildet und kann im wesentlichen eine L-Form aufweisen, wobei die beiden Schenkel jeweils geradlinig sind und der Schnittpunkt der beiden Schenkel bezüglich der Umdrehungsrichtung vorne liegt.

Die strenge Geradlinigkeit der beiden Schenkel ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Vielmehr kann es auch von Vorteil sein, wenn lediglich ein an der Kurbelwelle befestigbarer erster Endbereich des ersten Schenkels hinsichtlich der Drehachse in radialer Richtung ausgerichtet ist und wenn dieser erste Endbereich mit der Ausrichtung des der Kurbelkrafteinleitung zugewandten zweiten Endbereichs des zweiten Schenkels einen Winkel einschließt.

Die Länge des ersten Schenkels wird als Länge zwischen der Drehachse der Kurbelwelle einerseits und dem Schnittpunkt, der durch die Ausrichtung des ersten und zweiten Endbereichs gebildet wird, andererseits definiert. Die Länge des zweiten Schenkels wird als Länge zwischen dem Angriffspunkt der Kraft, beispielsweise der Drehachse eines Pedals, einerseits und dem genannten Schnittpunkt andererseits definiert.

Bei Versuchen wurde gefunden, dass der genannte Winkel, der zwischen den Ausrichtungen des ersten und zweiten Endbereichs liegt, vorzugsweise weniger als 90° beträgt. Ein bevorzugter Winkelbereich liegt zwischen 82° und 86°. Als besonders geeignet hat sich ein Winkel von ungefähr 84° herausgestellt.

Vorzugsweise sind der erste, an der Kurbelwelle befestigbare Schenkel und/oder der zweite Schenkel, an dem die Kurbelkraft angreift, im wesentlichen gradlinig ausgebildet und miteinander starr verbunden sind.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Schenkel kürzer als der zweite Schenkel. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Länge des ersten Schenkels zur Länge des zweiten Schenkels ein Verhältnis annimmt, dass zwischen 1 : 0,30 und 1 : 0,60 und insbesondere bei ungefähr 1 : 0,45, liegt.

Der erfindungsgemäße Kurbelarm ist vielseitig anwendbar und ist bevorzugt bei Tretantrieben für Fahrräder, Tretboote und dergleichen einsetzbar. Vorzugsweise ist der Kurbelarm ein Pedalarm, dessen erstes Ende an einer Tretlagerwelle befestigbar ist und an dessen zweitem Ende ein Pedal drehbar montiert ist.

Bei einem üblichen Abstand zwischen der Tretlagerwelle und dem Pedal von ca. 175 mm ist es von Vorteil, wenn der erste Schenkel eine Länge von ungefähr 75 mm aufweist.

Die Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen Tretantrieb für ein Fahrrad oder dergleichen mit zwei gegeneinander um 180° versetzt angeordneten Pedalarmen, die jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind.

Anhand der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt, werden nachfolgend die Erfindung sowie weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung näher beschrieben und erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Tretlagerantrieb mit einem auf einer Tretlagerwelle 10 drehfest montierten Antriebszahnrad 12. Die Tretlagerwelle 10 ist auf übliche Weise in einem Fahrradrahmen gelagert, was nicht näher dargestellt wurde. Über das Antriebszahnrad 12 ist eine Antriebskette 14 gelegt, die auf übliche Weise die Kraft vom Antriebszahnrad 12 auf ein nicht dargestelltes kleineres Zahnrad der Hinterachse des Fahrrads überträgt.
An beiden Enden der Tretlagerwelle 10 ist jeweils ein Pedalarm 16, 18 drehfest montiert. Wie aus der Figur ersichtlich, sind die Pedalarme hinsichtlich der Tretlagerwelle 10 relativ zueinander um 180° versetzt ausgerichtet. Die beiden Pedalarme 16, 18 sind gleichartig ausgebildet. Jeder Pedalarm 16, 18 enthält zwei Schenkel 20, 22. Der Pedalarm 16 ist im Bereich 24 des ersten Endes seines ersten Schenkels 20 an der Tretlagerwelle 10 auf übliche Weise befestigt. Dieser Bereich steht von der Tretlagerwelle in radialer Richtung ab. Im Bereich 26 des zweiten Endes des zweiten Schenkels 22 ist ein Pedal 28 auf übliche Weise drehbar montiert. Die jeweils beiden anderen Endbereiche der Schenkel 20, 22 sind miteinander starr verbunden.
Die beiden Schenkel 20, 22 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen geradlinig ausgebildet. Sie nehmen zueinander einen Winkel α von 85° ein, so dass der Pedalarm 16, 18 im wesentlichen eine L-Form aufweist. Hierbei ist der Winkel zwischen der Ausrichtung des ersten Endbereiches 24 des ersten Schenkels 20 und des zweiten Endbereiches 26 des zweiten Schenkels 22 maßgeblich.
Die Drehachse A der Tretlagerwelle 10 und die Drehachse B des Pedals 28 sind parallel zueinander ausgerichtet. Der Abstand zwischen diesen beiden Drehachsen A und B beträgt, wie üblich, 175 mm. Der Abstand zwischen der Drehachse A der Tretlagerwelle 10 und dem Schnittpunkt C der beiden Schenkel 20 und 22, d. h. die Länge des ersten Schenkels 20, beträgt 75 mm.
Hinsichtlich der Drehrichtung D des Antriebsrades 12 liegt der Schnittpunkt C der beiden Schenkel 20, 22 vor der Verbindungslinie E, welche zwischen der Drehachse A der Tretlagerwelle 10 und der Drehachse B des Pedals 28 verläuft.
Mit dem hier beschriebenen Tretlager wurden an einem Fahrrad mit einem 28" Rad Versuche durchgeführt und der Krafteinsatz im Vergleich zu einem konventionellen, geraden Kurbelarm gemessen. Dabei ergab sich bei gleichem Krafteinsatz für den erfindungsgemäßen Pedalarm ein um etwa 100% erhöhtes Drehmoment am Traktionspunkt. Dies entspricht einer Kraftersparnis von 50% gegenüber einem konventionellen, geraden Pedalarm. Bei einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 2,55 wird bei einem 28" Rad der gesamte effektive Wirkungsgrad von 22,5 auf ca. 45% erhöht.
Auch wenn die Erfindung lediglich anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, erschließen sich für den Fachmann im Lichte der vorstehenden Beschreibung sowie der Zeichnung viele verschiedenartige Alternativen, Modifikationen und Varianten, die unter die vorliegende Erfindung, wie sie durch die Patentansprüche definiert ist, fallen. Beispielsweise können die beiden Schenkel eine von der dargestellten geradlinigen Form abweichende Form haben und sich ausgehend von dem ersten Ende 24 des ersten Schenkels zu dem zweiten Ende 26 des zweiten Schenkels in einem Bogen erstrecken.

Claims

Kurbelarm, dessen erstes Ende (24) an einer Kurbelwelle (10) befestigbar ist und an dessen zweitem Ende (28) eine Kurbelkraft angreift, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarm (16, 18) im wesentlichen aus zwei Schenkeln (20, 22) gebildet ist, die einen Winkel (α) miteinander einschließen, wobei der Verbindungsbereich zwischen den beiden Schenkeln (20, 22) bezüglich der Vorwärtsdrehrichtung (D) vor der Verbindungslinie (E), welche zwischen der Drehachse der Kurbelwelle (10) und dem Kurbelkraftangriffspunkt (B) verläuft, liegt.
Kurbelarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der an der Kurbelwelle (10) befestigbare Endbereich (26) des ersten Schenkels hinsichtlich der Drehachse (A) in radialer Richtung ausgerichtet ist und mit der Ausrichtung des der Kurbelkrafteinleitung zugewandten Endbereichs (26) des zweiten Schenkels (22) einen Winkel (α) einschließt.
Kurbelarm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) weniger als 90° beträgt.
Kurbelarm nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) Werte zwischen 82° und 86° einnimmt und vorzugsweise ungefähr 84° beträgt.
Kurbelarm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, an der Kurbelwelle (10) befestigbare Schenkel (20) und/oder der zweite Schenkel (22), an dem die Kurbelkraft angreift, im wesentlichen gradlinig ausgebildet und miteinander starr verbunden sind.
Kurbelarm nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (20) kürzer als der zweite Schenkel (22) ist.
Kurbelarm nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des ersten Schenkels (20) zur Länge des zweiten Schenkels (22) ein Verhältnis einnimmt, dass zwischen 1 : 0,30 und 1 : 0,60 und insbesondere bei ungefähr 1 : 0,45, liegt.
Kurbelarm nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarm ein Pedalarm (16, 18) ist, dessen erstes Ende an einer Tretlagerwelle (10) befestigbar ist und an dessen zweitem Ende ein Pedal (28) drehbar montiert ist.
Kurbelarm nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (20) eine Länge von ungefähr 75 mm aufweist und der Umfangskreis, auf dem sich das Pedal (28) bewegt, einen Durchmesser von ungefähr 350 mm hat.
Tretantrieb für ein Fahrrad oder dergleichen mit einer Tretlagerwelle (10) und zwei Pedalarmen (16, 18), die jeweils nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind.