DE102005016500B4

DE102005016500B4 - Kurbeltrieb

Info

Publication number: DE102005016500B4
Application number: DE200510016500
Authority: DE
Inventors: Ranko Tomic
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-04-11
Filing date: 2005-04-11
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2025-04-12
Also published as: DE102005016500A1

Abstract

Kurbeltrieb mit einem Drehkranz (4) und mindestens einer Kurbel (3), einem Endloskraftübertragungselement (6), einer Umlenkrolle (13), die durch ein federndes Element (16) als Energiespeicherdämpfer (10) auf das Arbeitstrum eines Endloskraftübertragungselementes(6) wirkt, gekennzeichnet dadurch, dass eine Teleskophalterung (11, 12, 14) als Führung mindestens einer Druckfeder als federndes Element (16) vorgesehen ist, wobei die auf das Gewicht und die Muskelkraft des Radfahrers abgestimmte Kraft der Druckfeder (16) über die Umlenkrolle auf das Arbeitstrum im Antriebsmodus des Endloskraftübertragungselementes (6) im wesentlichen in Richtung quer zur und auf die Verbindungslinie zwischen der Kurbel (3) und einem Abtriebsritzel (5) zu wirkt.

Description

Technisches Gebiet:
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Kurbeltriebes. Die Wirkungsgradverbesserung wird durch ein Dämpfungselement erzielt, das als Energiesammler wirkt, wodurch es zu einer Vergleichmäßigung der Übertragung geradliniger Kräfte auf eine Drehscheibe zur Umwandlung in Rotationsenergie kommt.

Stand der Technik:

Kurbeltriebe, die eine geradlinige Kraftbewegung in Rotationsenergie übertragen, werden mit einer Kraft beaufschlagt, die in etwa einer Sinusfunktion entspricht, weil es bei jeder Umdrehung zwei Totpunkte gibt, wo die beaufschlagende Kraft in Linie mit dem Drehpunkt der Kraftübertragungsscheibe und dem Anlenkpunkt der Kraft liegt. Nach einem 90°-Schwenk vom Totpunkt wiederum wirkt die volle Hebelübersetzung. Um Kurbeltriebe zu optimieren war es bisher nötig, einen Kompromiß zu finden zwischen der Kraftübertragung bei voller Hebellänge und einem Drehwinkel zwischen dem Totpunkt und der vollen Hebelwirkung, sodaß der Totpunkt bei einem angenommenen Mindestmoment nahe dem Totpunkt überwunden werden konnte.

Aus DE 101280 C ist eine Vorrichtung bekannt, die die Überwindung des Totpunktes eines Kurbeltriebes eines Fahrrades erleichtert und die die Übertragung der geradlinigen Ursprungskraft auf die Pedale in die Drehbewegung über den Drehkreis verteilt. Ein derartiger Kurbeltrieb besteht im Prinzip aus einer Kurbel, die an einem Drehkranz einer Übertragungsscheibe angreift, wobei über den Drehkranz eine Antriebskette antreibbar ist, die die übertragene Kraft an ein angetriebenes Ritzel abgibt. Die Kette wird über ein Ablenkelement geleitet, das mit einer kraftnachgiebigen Vorrichtung verbunden ist, die die Spannung des Endloselements im Betrieb vergleichmäßigt.

Weitere, die Pedalwirkung vergleichmäßigende Vorrichtungen sind aus FR925.001A und US6,092,821A bekannt. Bei diesen Vorrichtungen wird Pedalkraft über einen Hilfszahnkranz im 90° Takt des Hauptzahnkranzes auf eine Feder übertragen beziehungsweise von ihr abgegeben.

Aus DE 199 42 413 A1 ist eine Ausgleichsfeder direkt an den Pedalen angelenkt.

Als nächstliegender Stand der Technik wird die DE 101280 C betrachtet. Diese Vorrichtung weist mehrere Nachteile auf: Die Kraftrichtung der Ausgleichsfeder ist nicht auf den Hauptdrehkranz ausgerichtet, die Feder liegt frei im Bereich der Beine des Radfahrers und der Spannweg des Hilfskranzes ist wegen der Hebelanlenkung gering und nicht anpaßbar. Die vorliegende Erfindung setzt sich zum Ziel, diese Nachteile zu vermeiden und eine praktische Konstruktion anzugeben.

Gewisse Ähnlichkeiten, wenn auch zur Lösung anderer Aufgaben gehen aus den Dokumenten DE 94 20 206 U1 FR 1 378 296 A und JP 09-118287 A hervor. Hiervon behandelt DE 94 20 206 U1 die Vermeidung des Abspringens der Kette bei plötzlich auftretenden schwingungsbedingten Verkürzungen des Abstandes zwischen der Freigabe der Antriebskette von dem Antriebszahnrad und der Aufnahme in das Schaltwerk Der Kettenspanner jenes Gebrauchsmusters wirkt auf das Untertrum oder Rücklauftrum der Kette. Die französische Patantschrift FR 1 378 296 A zeigt wiederum einen Kettenspanner, der verhindern soll, dass die Kette abspringt, nämlich dann, wenn gebremst wird und das Obertrum durchhängt. Das Obertrum bildet in dieser Situation nicht das Arbeitstrum. Diese Vorrichtung verfügt nicht über eine Teleskophalterung und nicht über eine Druckfeder. Die japanische Patentschrift JP 09-118287 A gibt einen Signalgeber an, der die Kettenspannung misst. Durch diese Erfindung soll dem Radfahrer angezeigt werden, dass die Kettenspannung einen bestimmten Wert über- oder unterschreitet und ihm die Entscheidung abnehmen, in einen anderen Gang zu schalten.

Beschreibung der Erfindung:

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die die Überwindung des Totpunktes eines Kurbeltriebes erleichtert und die die Übertragung der geradlinigen Ursprungskraft in die Drehbewegung über den Drehkreis verteilt und somit eine größere Grundkraft erlaubt.

Ein Kurbeltrieb gemäß der Erfindung besteht im Prinzip aus einer Kurbel, die an einem Drehkranz einer Übertragungsscheibe angreift, wobei über den Drehkranz ein Endloskraftübertragungselement, zum Beispiel eine Antriebskette, antreibbar ist, die die übertragene Kraft an eine angetriebene Scheibe, z.B. ein Ritzel, abgibt. Sie ist in Anspruch 1 definiert.

Gemäß der Erfindung wird das Endloselement über Ablenkelemente geleitet, von denen mindestens eines mit einer kraftnachgiebigen Vorrichtung verbunden ist, die die Spannung des Endloselements im Betrieb vergleichmäßigt. Die kraftnachgiebige Vorrichtung kann als Dämpfungselement bezeichnet werden, das Kraftspitzen speichert, die entstehen, wenn die Kurbel rechtwinkelig zur geradlinigen Ursprungskraft steht, und Kraft abgibt, wo wegen des ungünstigen Übertragungswinkels der Ursprungskraft auf die Kurbel weniger Energie zugeführt wird.

Das Endloselement wird über eine Umlenkrolle geführt, die durch ein kraftspeicherndes Element, zum Beispiel eine oder mehrere Federn, beaufschlagt wird. Bei hohem Drehmoment, also im Bereich der zur geradlinigen Ursprungskraft rechtwinkeligen Kurbelposition, wird ein Teil der Ursprungkraft auf das kraftspeichernde Element übertragen, zuerst dort gehalten, bis die Kurbelposition sich dem Totpunkt nähert, und dann an das Endloselement zurückgegeben. Durch diese Kraftdämpfung wird erreicht, daß eine gleichmäßigere und insgesamt stetigere Kraft auf die Kurbel übertragen wird.

Die Erfindung läßt sich sehr vorteilhaft verwenden mit Kurbelantrieben von Fahrrädern, Rollstühlen, Tretbooten, Rikschas und dergleichen. Die Anmeldung soll jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt sein, sondern für jede Art von Kurbeltrieb in Frage kommen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1: Seitenansicht am Beispiel eines Fahrrades;
2: Ansicht von oben des Fahrradrahmens nach 1;
3: Dämpfungselement als Energiesammler in Seitenansicht am Beispiel eines Fahrrades.
Beschreibung der Zeichnungen:
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese an Hand der Zeichnungen erläutert, die ein Anwendungsbeispiel als Fahrrad darstellen.
Ein anzutreibendes Gerät, hier ein Fahrrad, weist einen Rahmen (1) und mindestens ein Rad (2) auf. Das Rad (2) wird über ein Ritzel (5) durch ein Endloskraftübertragungselement (6), hier eine Kette, angetrieben. Die Kette wiederum wird über einen Drehkranz (4) und die dazugehörige Kurbel (3) durch Treten angetrieben. Die 1 zeigt die Kurbel in der Position, in der die Hebelwirkung bei einer vertikalen Ursprungskraft am größten ist, die durch eine auf dem Ende der Kurbel stehende Person aufgebracht wird.
Eine Umlenkrolle (7) lenkt die Kette (6) nach unten aus, um für den Kurbeltrieb (10) Platz zu schaffen.
Der Energiespeicherdämpfer (10) beinhaltet eine teleskopisch in einem Zylinder (11) oder dergleichen geführte Kolbenstange (12) mit einer Umlenkrolle (13), die das Obertrum der Kette im spitzen Winkel α umlenkt. Der Energiespeicherdämpfer (10) weist an seinem oberen Ende eine Führungsvorrichtung (14) auf, in der über mindestens einem Führungsstab (15) mindestens eine Spiralfeder (16) eingesetzt ist, die auf die Kette (6) spannend wirkt. Der Energiespeicherdämpfer (10) ist durch eine obere Halterung (17) am Rahmen (1) und durch eine untere Halterung (18) an einer Platte (19) befestigt, die einen Teil der hinteren Gabel (20) des Fahrrades ersetzt.
Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, den Energiespeicherdämpfer (10) so anzuordnen, daß die Kolbenstange (12) parallel zum aufsteigenden Teil des Kettenobertrums verläuft und so nah wie möglich hinter diesem.
Die Stärke der mindestens einen Feder (16) ist in Abhängigkeit vom Gewicht und der Muskelkraft des Radfahrers zu wählen. Ein schwererer Fahrer braucht eine stärkere Feder als ein leichter. Der Federweg sollte etwas geringer sein als der Radius des Drehkranzes.
Von Vorteil ist ferner ein Kettenspanner, der am Untertrum der Kette angreift und verhindert, daß sich das Untertrum der Kette entspannt und die Kette durchhängt.
Im Einzelnen kann eine erfindungsgemäße Konstruktion wie folgt aussehen:
Der für die Erfindung angepaßte Fahrradrahmen (1) weist zumindest auf der Kettenseite anstelle des vorderen Teiles der hinteren Gabel (20) eine Metallplatte (19) auf, die vorteilhaft aus 4 mm starkem Edelstahl gefertigt sein kann. Zwischen der Metallplatte (19) und der anderen Seite der hinteren Gabel ist eine Trägerplatte (21) für einen Kettenabstandshalter (7a) vorzusehen. Die Metallplatte (19) weist zwei Schlitzbohrungen (22) auf, die in Verbindung mit ebenfalls zwei Schlitzbohrungen im unteren Halteelement (18) eine genaue Justierung des Leistungskraftverstärkers (10) erlauben. Hierbei ist ein Satz Schlitzbohrungen horizontal, der andere vertikal orientiert. Am Halteelement (18), einer Metallplatte mit geeigneten Maßen, ist ein Teleskopzylinder (11) gegebenenfalls durch Schweißen befestigt. Als zweite Halterung weist der Energiespeicherdämpfer (10) eine obere Halteplatte (17) auf, an der mindestens zwei Konsolen (23) befestigt sind. Sie wird mit geeigneten Mitteln, zum Beispiel einer Schelle (24, 3), am Mittelteil des Fahrradrahmens (1) befestigt. In seinem oberen Teil hat der Energiespeicherdämpfer (10) einen Federschlitten (14, 15, 25, 26), der mit dem Zylinder (11) zusammenwirkt und eine reibungsarme Federbewegung erlaubt.

Claims

Kurbeltrieb mit einem Drehkranz (4) und mindestens einer Kurbel (3), einem Endloskraftübertragungselement (6), einer Umlenkrolle (13), die durch ein federndes Element (16) als Energiespeicherdämpfer (10) auf das Arbeitstrum eines Endloskraftübertragungselementes(6) wirkt, gekennzeichnet dadurch, dass eine Teleskophalterung (11, 12, 14) als Führung mindestens einer Druckfeder als federndes Element (16) vorgesehen ist, wobei die auf das Gewicht und die Muskelkraft des Radfahrers abgestimmte Kraft der Druckfeder (16) über die Umlenkrolle auf das Arbeitstrum im Antriebsmodus des Endloskraftübertragungselementes (6) im wesentlichen in Richtung quer zur und auf die Verbindungslinie zwischen der Kurbel (3) und einem Abtriebsritzel (5) zu wirkt.
Der Kurbeltrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hub des federnden Elementes (16) etwa dem Radius des Drehkranzes (4) entspricht.
Der Kurbeltrieb gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitstrum, das zum Drehkranz laufende Trum des Endloskraftübertragungselementes (6) zu einem spitzen Winkel (α) ausgelenkt wird.
Der Kurbeltrieb gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie des Energiespeicherdämpfers (10) möglichst nah an dem auf den Drehkranz auflaufenden Teil des Obertrums des Endloskraftübertragungselementes (6) und in etwa parallel dazu verläuft.
Der Kurbeltrieb gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Abstandshalter (7a) mit Umlenkrolle (7), durch den das vom Drehkranz ablaufende Trum des Endloskraftübertragungselementes (6) so weit ausgelenkt wird, daß die Auslenkung des zum Drehkranz laufenden Trums durch den teleskopischen (11, 12) Teil zugelassen wird.
Der Kurbeltrieb gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (1) in der Art eines Fahrradrahmens zumindest auf der Kettenseite anstelle des vorderen Teiles der hinteren Gabel (20) eine Metallplatte (19) aufweist.
Der Kurbeltrieb gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Metallplatte (19) und der anderen Seite der hinteren Gabel des Rahmens in der Art eines Fahrrahmens eine Trägerplatte (21) für einen Kettenabstandshalter (7a) vorgesehen ist.
Der Kurbeltrieb gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallplatte (19) zwei Schlitzbohrungen (22) aufweist, die in Verbindung mit ebenfalls zwei Schlitzbohrungen im unteren Halteelement (18) eine genaue Justierung des Energiespeicherdämpfers (10) erlauben.
Der Kurbeltrieb gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Halteelement (18), zum Beispiel einer Metallplatte mit geeigneten Maßen, ein Teleskopzylinder (11) gegebenenfalls durch Schweißen befestigt ist und als zweite Halterung des Energiespeicherdämpfers (10) eine obere Halteplatte (17) vorgesehen ist, die zum Beispiel mittels einer Schelle (24, 3) am Mittelteil des Fahrradrahmens (1) befestigt wird.
Der Kurbeltrieb gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Federschlitten (14, 15, 25, 26) oder ein Hebelparallelogramm aufweist, die mit dem Zylinder (11) zusammenwirken und eine reibungsarme und gut geführte Federbewegung erlauben.
Der Kurbeltrieb gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß an der oberen Halteplatte (17) mindestens zwei Konsolen (23) befestigt sind, an denen die Führungselemente des Federschlittens befestigt sind.
Fahrzeug, das durch mindestens einen Tretantrieb bewegbar ist, gekennzeichnet durch einen Kurbeltrieb gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.
Fahrzeug gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß es ein Fahrrad, eine Rikscha oder ein Tretboot ist.