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Einleitung
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Die Anmeldung betrifft ein Sicherheits-Klickpedalsystem gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1 sowie einen Pedalkörper gemäß Nebenanspruch 18 und eine Schuhplatte gemäß Nebenanspruch 19.
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Stand der Technik und Nachteile
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Seit langem ist bekannt, dass zur verbesserten Übertragung der Kraft des Fahrers eines muskelbetriebenen Fahrzeugs wie insbesondere eines Fahrrads eine feste Verbindung zwischen Schuh und Pedal vorteilhaft ist. Während in Sonderfällen wie dem so genannten Bahnrad-Zeitfahren eine Verbindung akzeptabel ist, die während des gesamten Rennens unlösbar ist, ist dies sowohl für andere Renndisziplinen wie dem Mountainbikesport, und erst Recht im Alltag keine praktikable Lösung, wo sowohl ein oft häufiges Auf- und Absteigen unvermeidbar ist, als auch unvorhergesehene Stürze auftreten können. In beiden Fällen ist es zur Vermeidung von Verletzungen unerlässlich, dass der Schuh schnell und sicher vom Pedal abgekoppelt werden kann.
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Aus diesem Grunde wurden zunächst „Clips”, körbchenförmige Halterungen aus Metall und Lederriemen, an Spitze bzw. Seiten des Pedals befestigt, in welche der Schuh einschiebbar war. An der Unterseite des Schuhs wurde häufig eine Platte befestigt, die an ihrer Außenseite eine Kerbe aufwies. Diese Kerbe war so platziert, dass diese auf der Hinterkante der Oberseite des Pedals saß. Wurde nun der Riemen festgezogen, konnte der Schuh nicht mehr vom Pedal entfernt werden. Nachteilig an dieser Lösung war unter anderem, dass der Fahrer zum Festziehen wie zum Lösen des Riemens diesen manuell betätigen musste, was grundsätzlich unbequem und insbesondere bei Stürzen kaum möglich war.
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Daher wurden in der 80er Jahren des 20. Jahrhunderts so genannte Sicherheitspedalsysteme, engl. „clipless pedals”, entwickelt, bei denen die Körbchenkonstruktion vollständig entfiel. Stattdessen wird eine Schuhplatte, engl. „cleat”, vorgesehen, welche im Bereich des Ballens mit der Unterseite des Schuhs verschraubt wird. Die Schuhplatte wirkt auf form- und/oder kraftschlüssige Weise mit einem Pedalkörper zusammen, aus welchem sie, typischerweise im Wege einer Schwenk- oder Rotationsbewegung des Fußes, auslösbar ist.
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Während erste Bautypen noch dem Rennradsport vorbehalten waren, wie z. B. das von Look
® konstruierte und in der Druckschrift
FR 2 556 687 A1 beschriebene Pedal, bot die Fa. Shimano
® ab dem Jahre 1990 das in der Druckschrift
JP 2 128 987 A offenbarte so genannte „SPD”
®-Pedal an, dessen System sich zunächst im Mountainbikesport etablierte, wenig später im Rennsport Fuß fasste und heutzutage auch an vielen Alltagsfahrrädern zu finden ist. Dieses System wurde seither kontinuierlich weiterentwickelt und stellt bis heute den Standard in Sachen Funktion und Haltbarkeit, insbesondere im Bereich der Mountainbikepedale, dar.
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Bei diesem System wie auch anderen konkurrierenden Systemen sitzt der Pedalkörper unter dem Schuh. Die Schuhplatte ist in einer Sohlenaussparung des Profils unmittelbar mit der Laufsohle des Schuhs befestigt. In diesen Bauraum greifen lediglich die mit der Schuhplatte interagierenden Haltevorrichtungen ein. In diese greift eine typischerweise haken- oder klammerförmige Haltevorrichtung ein, welche von einer Feder in Position gehalten wird. Die Haltevorrichtung ragt dabei verhältnismäßig weit über den übrigen Pedalkörper nach oben hinaus. Zum Einklinken wird der Schuh von oben auf das Pedal gedrückt, wobei die Feder nachgibt und die Haltevorrichtung aus ihrer Ruheposition drückt.
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Anzumerken ist, dass sich die Haltevorrichtung bei diesem System aus ihrer Ruheposition drücken lässt, was unerwünscht sein kann. Sobald sich der Schuh nah genug an den Pedalkörper angenähert hat, kann die Haltevorrichtung einen oder mehrere Vorsprünge der Schuhplatte übergreifen, wobei sie, durch die Feder angetrieben, in ihre Ruheposition zurückschnellt, was durch ein charakteristisches „Klicken” hörbar ist. Daher werden solche Pedale häufig auch „Klickpedale” genannt. Zum Lösen muss der Schuh rotiert werden. Dabei drücken weitere Vorsprünge der Schuhplatte die Haltevorrichtung entgegen der Federkraft auf, bis Schuhplatte und Schuh freigegeben werden.
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Wenngleich im Laufe der Jahre immer wieder Optimierungen an den Materialien und der Geometrie vorgenommen wurden, gab es bis auf eine Ausnahme keinen grundsätzlich neuen Ansatz, um die wesentlichsten Parameter, nämlich Gewicht und Bauhöhe, signifikant zu reduzieren. Dies ist insofern bemerkenswert, da ein geringeres Systemgewicht des Rades, wozu das Pedal einen nicht unerheblichen Teil beisteuert, rechnerisch nachweisbar höhere Fahrgeschwindigkeiten zulässt. Die Bauhöhe eines Pedals beeinflusst die Fahreigenschaften eines Rads sogar in zweierlei Hinsicht: Je näher der Fahrer mit dem Fuß an der Pedalachse steht, desto besser ist die Kraftübertragung, da der Fuß bei jeder Pedalumdrehung die Kippneigung des Pedales nach vorn oder hinten stabilisieren muss. Daraus resultiert ein – ebenfalls rechnerisch nachweisbarer – erhöhter Kraftaufwand, der nicht für den Vortrieb genutzt werden kann. Außerdem ermöglicht eine Verringerung der Bauhöhe eines Pedals eine positive Veränderung der Geometrie des Rades, indem der Sattel um den Wert abgesenkt werden kann, der an der Bauhöhe des Pedals gegenüber einem herkömmlichen Pedal eingespart wurde. Auf diese Weise wird im Ergebnis ein niedrigerer Schwerpunkt und ein geringerer Luftwiderstand erreicht.
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Anstrengungen, um die Bauhöhen zu minimieren, führten bisher lediglich zu Verbesserungen in einem eher marginalen Bereich. Da zudem bekannte und bewährte Techniken beibehalten wurden, resultierten die Verringerungen von Lagerabmessungen und Achsdimensionen in einer Verschlechterung von Funktion und Dauerhaltbarkeit.
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Einen radikal neuen Ansatz verfolgt die Fa. Crank Brothers
® bei der Konstruktion von Fahrradpedalen nach dem in der Druckschrift
US 7 225 703 B2 offenbarten Konzept. Dieses zeichnet sich vor allem dadurch aus, das es keine spezifische Ober- oder Unterseite aufweist, sondern insgesamt vier um 90 Grad versetzte, vollkommen gleichwertige Einrastpositionen bietet. Der Antrieb des Auslösemechanismus' wird durch eine zentrale Spiralfeder zur Verfügung gestellt, die um den Pedalkörper gewickelt ist und dadurch gleichzeitig auch als Auflagefläche für die Schuhplatte dient.
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Derartige Pedale erreichen ein erstaunlich niedriges Gewicht sowie eine hervorragende Verschmutzungsresistenz, was insbesondere bei Mountainbikepedalen einen wichtigen Aspekt darstellt. Allerdings sind bei diesem System Probleme mit der Haltbarkeit der Lagerung bekannt, die Aufgrund der spezifischen Bauweise auch nicht dauerhaft zu lösen sind. Außerdem erreicht das Ein- und Ausrasten bei dieser Bauweise nicht annähernd den Komfort und die Qualität, die vom o. g. SPD- oder ähnlichen Systemen bekannt ist.
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Ein erstes wesentliches Problem betrifft demnach die Bereitstellung eines robusten Pedalsystems mit gutem Komfort bei haltbarer Lagerung.
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Ein weiteres wesentliches Problem betrifft die Bauhöhe insbesondere von Mountainbikepedalen. Mountainbikeschuhe besitzen im Gegensatz zu Rennradschuhen eine Gummiprofilsohle. Diese ist auf die Kunststoffzwischensohle (Laufsohle) aufgeklebt, an welche die Schuhplatte angeschraubt wird. An dieser Stelle besitzt die Gummisohle eine entsprechende Aussparung, so dass die Schuhplatte unmittelbar auf der Kunststoffzwischensohle sitzt. Lediglich diejenigen Komponenten der Haltevorrichtung des Pedals, welche direkten Kontakt mit der Schuhplatte haben, greifen in die Aussparung der Gummisohle ein. Alle übrigen, beweglichen Teile des Pedals sowie die Lagerung befinden sich unterhalb der Profilsohle des Schuhs. Dadurch ist die Bauhöhe auf ein Mindestmaß festgelegt.
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Um die Bauhöhe zu verringern wurde vorgeschlagen, die Mechanik der Haltevorrichtung aus dem Pedalkörper in die Schuhplatte zu verlagern, so z. B. bei dem in der Druckschrift
EP 0 515 542 B1 gezeigten Pedal der Fa. Bebop
® und dem Pedal der Fa. Speedplay
® (
DE 695 22 925 T2 ). Statt der sonst üblichen Konstruktionen mit Achsen, Spiralfedern und Anpressplatten bestehen die Haltevorrichtungen im Wesentlichen aus einer einzigen oder zwei voneinander unabhängigen Blattfedern. Dies vereinfacht die Konstruktion und reduziert das Gewicht.
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Versuche haben jedoch ergeben, dass die von der Fa. Bebop vorgeschlagene Konstruktion der Haltevorrichtung verhältnismäßig empfindlich auf Verschmutzung reagiert, weshalb sie als Mountainbike-Pedal weniger geeignet ist. Das von der Fa. Speedplay vorgeschlagene Pedal ist ausschließlich als Rennradpedal konzipiert. Beiden Konstruktionen ist gemeinsam, dass aus der Verlagerung der Haltevorrichtung in die Schuhplatte ein entsprechend großes Bauvolumen derselben resultiert. Zudem ist die Gefahr von Verschmutzungen der in der Schuhplatte angeordneten, beweglichen Teile im Betrieb jenseits reiner Straßenrennen nachteilig. Des Weiteren sind Beschädigungen dieser Teile beispielsweise beim Treppensteigen oder beim Laufen auf unebenem Terrain wahrscheinlich.
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Ein weiteres Problem betrifft die Belastung der üblicherweise als Pedalachse bezeichneten Komponente. Je weiter das Lager von der Tretkurbel entfernt ist, desto höher sind die resultierenden Lagerkräfte und die Durchbiegung dieser Achse. Mit Ausnahme des von Time
® beanspruchten Rennradpedals (
EP 1 377 496 B1 ) muss alleine die im Pedalkörper drehbar angeordnete und vorliegend Spannwelle genannte Komponente über einen Bereich von wenigen Millimetern bis mehreren Zentimetern die vollständige Kraft aufnehmen, die über den Pedalkörper auf die Kurbel übertragen wird.
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Ein weiteres Problem der bekannten, insbesondere für Mountainbikes geeigneten Pedale besteht in der geringen Kontaktfläche zwischen Schuhplatte und Pedalkörper. Bei diesen Pedalen sind alle metallischen Kontaktpunkte oder -flächen auf die Verbindung zwischen Schuhplatte und Haltevorrichtung beschränkt. Die Kontaktpunkte liegen nah beieinander, und die Kontaktflächen sind im Allgemeinen sehr klein. Dies führt zu hohen mechanischen Belastungen. Um einen guten Stand auf dem Pedal zu erreichen, wird versucht, eine Aufstandsfläche von der Gummisohle auf die Metalloberfläche zu erreichen. Diese Aufstandsfläche kann nicht optimal ausgeführt werden. Da kein verbindlicher Standard existiert, sind das Sohlendesign und das Design der Pedale typischerweise nicht aufeinander abgestimmt. Somit kommt es entweder, wenn die Gummiprofilsohle zu hoch ist, zu einer zu großen Reibung beim Ausklinken aus dem Pedal (bis hin zur Verhinderung des Einrastens), oder es kommt, wenn die Gummiprofilsohle zu niedrig ist und keinen Kontakt zum Pedal bekommt, zu überhaupt keinem Kontakt zwischen Gummiprofilsohle und Pedal, was in den besagten hohen Belastungen resultiert.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass das Potenzial der (wünschenswerten) weiteren Verringerung der Bauhöhe und/oder des Gewichts für Pedale der bekannten Bauarten praktisch ausgeschöpft ist. Gleiches gilt für eine mögliche Verringerung der benötigten Einzelteile, was sich ebenfalls positiv auf Gewicht und Kosten auswirken würde.
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Aufgabe der Erfindung und Lösung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht demnach in der Bereitstellung eines Sicherheits-Klickpedalsystems, nachfolgend kurz „System” genannt, welches die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile vermeidet.
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Demnach soll das System ein geringe Bauhöhe aufweisen und ein geringes Gewicht haben, und die Anzahl der benötigten Teile soll möglichst gering sein, was zu geringeren Kosten führt.
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Die Lagerung soll eine hohe Haltbarkeit aufweisen, ohne dass dies zu Lasten der Bauhöhe und/oder des Gewichts geht.
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Zudem soll das System verschmutzungsunempfindlich sein, um sowohl beim Mountainbikesport als auch im Alltag einen sicheren Betrieb zu erlauben.
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Die Aufgabe wird durch ein Sicherheits-Klickpedalsystem gemäß Anspruch 1 sowie einen Pedalkörper gemäß Nebenanspruch 18 und eine Schuhplatte gemäß Nebenanspruch 19 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren zu entnehmen.
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Beschreibung
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Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, dass es nötig ist, jegliche die Bauhöhe begrenzenden Teile in geeigneter Weise neu zu anzuordnen, ohne die Gefahr verschmutzungsbedingter Probleme zu erhöhen. Dies betrifft konkret die Teile der Haltevorrichtung und denjenigen Teil der Lagerung, welcher den Hauptteil der Kraft überträgt. Zudem muss ein Material Verwendung finden, welches bei geringem Volumen höchstmögliche Festigkeit bietet.
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Die Erfindung wird nachfolgend detailliert erläutert, wobei ggf. auf die Figuren Bezug genommen wird. Richtungsangaben wie „vorn”, „hinten”, „oben” oder „unten” beziehen sich auf die Lage eines typischen Pedals während der Benutzung, wobei klar ist, dass das Pedal auch in einer anderen Position verwendbar ist. Der Begriff „Seite” bezieht sich dabei, wenn nicht anders angegeben, auf die Ober- oder Unterseite eines einzelnen Pedals, und nicht etwa auf ein rechtes oder linkes Pedal.
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Es sei ferner auf die Skizze in der 1 unten verwiesen, welche zur Verdeutlichung der Richtungen wichtige Ebenen anzeigt. Die „Sagittalebene” S ist die Ebene, die senkrecht auf der Drehachse D des Pedalkörpers 1 steht und in etwa durch die Mitte des Pedalkörpers 1 verläuft, die „Transversalebene” T ist die Ebene, auf welche ein Betrachter in einer Draufsicht von oben/unten blickt; die nicht dargestellte „Frontalebene” ist die auf den vorgenannten Ebenen senkrecht stehende.
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Das erfindungsgemäße Sicherheits-Klickpedalsystem ist primär für Fahrräder konzipiert, lässt sich jedoch selbstverständlich auch mit anderen muskelbetriebenen oder zumindest beinmuskelkraftunterstützten Fahrzeugen oder Geräten (Pedelecs, Liegeräder, Trikes, Spinning-Bikes, Rehageräte) verwenden.
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Es umfasst einen „Pedalkörper”, eine mit ihm fest verbundene „Pedalachse”, und eine „Schuhplatte”. Der Pedalkörper bildet das Grundgerüst, an oder in dem die übrigen, nachfolgend zu beschreibenden Komponenten montiert sind. Die Pedalachse ist fest mit dem Pedalkörper verbunden und typischerweise einstückig mit diesem ausgebildet, kann aber auch als separates Bauteil vorliegen. Sie dient der Aufnahme der Lagerung sowie der drehbar gelagerten Spannwelle, welche der Verbindung z. B. zu einer Tretkurbel dient.
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Der Pedalkörper und die Schuhplatte sind zum formschlüssigen Zusammenwirken geeignet. Dies bedeutet, dass diese Komponenten geometrische Merkmale (Vorsprünge, Hinterschneidungen, Eingriffsmöglichkeiten, ...) aufweisen, die es erlauben, ein unerwünschtes Lösen von Schuhplatte und Pedalkörper zuverlässig zu verhindern.
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Ferner ist vorgesehen, dass Pedalkörper und Schuhplatte durch relative Rotation in eine erste Position formschlüssig miteinander verbindbar und durch entgegengesetzte relative Rotation in eine zweite Position wieder voneinander lösbar sind. Die erste Position wird daher nachfolgend auch als „Fixierposition” oder Position A, und die zweite Position als „Auslöseposition” oder Position B bezeichnet.
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Die relative Rotation entspricht einer Drehbewegung um eine Rotationsachse, welche senkrecht auf einer Trittfläche des Pedals steht. Für den Fall einer horizontalen Ausrichtung der Trittfläche entspricht dies einer Drehbewegung um die Senkrechte. Erzeugt wird diese Rotation typischerweise durch eine Fersen-Schwenkbewegung des Schuhs, mit welchem die Schuhplatte fest, bevorzugt mittels einer oder mehrerer Schrauben, verbunden ist. Vorzugsweise werden dazu zwei Schrauben gemäß dem SPD-Standard von Shimano verwendet, der bei allen MTB-Systemen zum Einsatz kommt.
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Demgemäß sind (in der ersten Position) Kräfte bestimmter Richtungen zwischen Schuhplatte und Pedalkörper übertragbar. Insbesondere sind dies die typischerweise im Rahmen des Fahrbetriebes entstehenden Kräfte und deren Richtungen. Vornehmlich sind dies Kräfte, welche die Schuhplatte in senkrechter oder annähernd senkrechter Richtung vom Pedalkörper abzuheben versuchen, sowie Kräfte, die in etwa in sowie entgegen der Fahrtrichtung weisen; außerdem Kräfte, die zu einem lateralen (in oder entgegen der Richtung der Drehachse des Pedals verlaufenden) Abrutschen führen würden. Vereinfacht gesprochen sind dies sämtliche linear wirkenden Kräfte, wobei die Kräfte, welche die Schuhplatte auf das Pedal drücken, naturgemäß ohnehin von diesem aufgenommen werden („Trittkräfte”).
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Im Gegensatz dazu müssen nicht sämtliche rotatorischen Kräfte formschlüssig übertragen werden. Dies gilt insbesondere für diejenige Rotation, welche zu einem Auslösen des Pedals führt (siehe weiter unten). Die übrigen, auf die Schuhplatte wirkenden Rotationskräfte (seitliches Kippen, Nicken) sollten hingegen vorzugsweise ebenfalls mittels Formschluss von ihr auf den Pedalkörper übertragbar sein, ohne dass sich diese Komponenten voneinander lösen.
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Durch Rotation in die zweite Position sind Schuhplatte und Pedalkörper voneinander lösbar, so dass auch keine der o. g. Kräfte mehr übertragbar sind, mit Ausnahme der reinen Trittkräfte.
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Die Schuhplatte weist mindestens ein „Auslöse-Ende” mit mindestens einem „Auslöse-Vorsprung” auf.
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Analog dazu weist der Pedalkörper mindestens einen „Auslöse-Bügelbereich” auf, der geeignet ist, den entsprechenden Vorsprung, vorliegend Auslöse-Vorsprung genannt, zu überfassen. Der Begriff „Bügelbereich” deutet an, dass es sich hier um eine eher bügelförmige, längliche Geometrie handelt. „Überfassen” bedeutet, dass sich der jeweilige Vorsprung unterhalb der Unterseite des (ggf. jeweiligen) Bügels befindet, so dass der Bügelbereich das Abheben der Schuhplatte formschlüssig verhindert.
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Die zum Auslösen vorgesehenen Geometrien weisen bewegliche Komponenten auf, da sie der Haltevorrichtung (Freigabemechanismus) zugeordnet sind.
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Daher ist vorgesehen, dass der mindestens eine Auslöse-Bügelbereich mindestens ein bewegliches „Rückhalteelement” mit mindestens einem „Rückhaltebereich” umfasst. Der Rückhaltebereich kann demnach auch nur einen Teil des Rückhalteelementes ausmachen. Es sei angemerkt, dass Rückhalteelement (und damit auch Rückhaltebereich) dem Pedalkörper zugeordnet sind.
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Der Rückhaltebereich ist in der ersten Position (auch Fixierposition genannt) derart gelagert, dass durch ihn das Lösen der Schuhplatte vom Pedalkörper aufgrund Überfassens des Auslöse-Vorsprungs blockierbar ist, und er ist – im Wege der Rotation in die zweite Position (auch Auslöseposition genannt) – derart vermittels eines Auslösebereiches der Schuhplatte verschiebbar, dass durch ihn die Schuhplatte vom Pedalkörper aufgrund mangelnden Überfassens des Auslöse-Vorsprungs lösbar ist. Mit anderen Worten, der Rückhaltebereich verhindert in der Fixierposition das Lösen der Schuhplatte, indem er ihren Auslöse-Vorsprung überfasst. Bewegt sich der Rückhaltebereich jedoch in die Auslöseposition, gibt er den Auslöse-Vorsprung frei, so dass sich die Schuhplatte vom Pedalkörper lösen kann.
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Bevorzugt weist der Auslöse-Bügelbereich ein Rückhalteelement auf. Nach einer anderen Ausführungsform weist er zwei Rückhalteelemente auf.
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Außerdem ist vorgesehen, dass mindestens der Rückhaltebereich des Rückhalteelements, vorzugsweise jedoch das gesamte Rückhalteelement, einen „Antrieb” umfasst, welcher zumindest den Rückhaltebereich, vorzugsweise jedoch wiederum das gesamte Rückhalteelement, aus der zweiten Position (Auslöseposition) in die erste Position (Fixierposition) zu bewegen sucht. Mit anderen Worten, der Antrieb führt dazu, dass der Rückhaltebereich bzw. das gesamte Rückhalteelement von sich aus immer dazu strebt, die Fixierposition einzunehmen, in welcher Schuhplatte und Pedalkörper formschlüssig miteinander verbunden sind bzw. werden können.
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Ferner ist das mindestens eine Rückhalteelement im Pedalkörper angeordnet. Das bedeutet, dass sich das Rückhalteelement, zumindest jedoch dessen Rückhaltebereich, innerhalb der Umhüllenden des Pedalkörpers befindet. Eine solche Konstruktion unterscheidet sich somit von einer Vielzahl der bekannten Pedalkörper, bei denen das Rückhalteelement, welches typischerweise als ein mit einer Feder vorgespanntes, haken- oder klammerförmiges Element ausgebildet ist, auf den Pedalkörper aufgesetzt ist, diesen also überragt, und nicht innerhalb seiner Grenzen, gewissermaßen innerhalb seines (durchlässig/offen gestalteten) „Gehäuses” angeordnet ist.
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Ebenfalls ist vorgesehen, dass der Auslöse-Bügelbereich einen kraft- und/oder stoffschlüssig mit dem Pedalkörper verbundenen „Trittbereich” umfasst, welcher das Rückhalteelement schützt. Auf diese Weise ist das Rückhalteelement keinerlei Tritt- oder Stoßkräften (z. B. durch Anfahren von Hindernissen) aussetzbar. Zudem führt der Trittbereich das Rückhalteelement, stellt also sicher, dass sich das Rückhalteelement nur in gewünschter Art und Weise bewegen kann. Schließlich sichert der Trittbereich das Rückhalteelement gegen Herausheben, so dass es nicht in ungeeigneter Weise ausbrechen kann; insbesondere sind hier vom Pedalkörper weg weisende Kräfte genannt, welche das Rückhalteelement andernfalls abreißen könnten, was eine entsprechend stabilere (und somit schwerere) Konstruktion des Rückhalteelements nötig machen würde.
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Erfindungsgemäß ist das Rückhalteelement 10 eine (elastische) Blattfeder, und der Antrieb ist durch ihre Federkraft bereitgestellt, indem die Blattfeder in der ersten Position A weniger stark verformt ist als in der zweiten Position B, und sich selbsttätig in die erste Position A zu bewegen sucht. Auf diese Weise werden Bauteile eingespart, die Montage vereinfacht sich, und durch Variation der Federgeometrie und/oder des Federmaterials kann die Federsteifigkeit und somit die Auslösehärte variiert werden.
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Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass die Blattfeder genau ein Endstück mit einer zur Aufnahme eines Fixierelements oder zum Zusammenwirken mit einem solchen geeigneten Geometrie aufweist.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion weist demnach eine Reihe bekannter Komponenten auf (Pedalkörper, Pedalachse, Schuhplatte), verlegt jedoch das Rückhalteelement, welches für die Bereitstellung des Formschlusses in der Fixierposition wesentlich ist, in den Pedalkörper hinein und schützt es durch einen Trittbereich. Auf diese Weise kann die Konstruktion des Rückhalteelements verkleinert werden, seine Funktion bleibt gesichert, und die Schuhplatte trägt keinerlei bewegliche Teile, so dass auch sie klein, leicht und verschmutzungsunempfindlich bleibt. Als Folge davon kann sie flach ausgestaltet werden, was sich positiv auf Bauhöhe und Gewicht des Pedalsystems auswirkt.
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Nach einer Ausführungsform umfasst ein erfindungsgemäßes Sicherheits-Klickpedalsystem je Pedalseite zwei der vorstehend genannten und nachfolgend im Detail beschriebenen Auslösemechanismen. Das bedeutet, dass die Schuhplatte zwei Auslöse-Enden mit je einem Auslöse-Vorsprung, und der Pedalkörper zwei Auslöse-Bügelbereiche mit je mindestens einem Rückhalteelement aufweist. Ein auf diese Weise konstruiertes Pedal hat demnach in und entgegen der Fahrrichtung einen als Auslösemechanismus funktionierenden Bereich. Der weiter unten detailliert dargelegte Auslöse-Bügelbereich des Pedalkörpers sowie die entsprechend an der Schuhplatte vorzusehenden Geometrien sind demnach je Pedalseite (z. B. Oberseite) doppelt (gespiegelt) vorhanden. Es ist vollkommen klar, dass der Pedalkörper zusätzlich auf seiner anderen Seite (z. B. Unterseite) ebenso mit dem erfindungsgemäßen Zweck dienenden Komponenten ausgestattet sein kann (beidseitig verwendbares Pedal).
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Es ist jedoch bevorzugt, dass ein erfindungsgemäßes Pedalsystem je Pedalseite (Ober- bzw. Unterseite) nur einen einzigen Auslösemechanismus aufweist. Die Schuhplatte weist dann zusätzlich zum o. g. „Auslöse-Ende” mit mindestens einem „Auslöse-Vorsprung” nunmehr noch ein „Fixier-Ende” mit einem „Fixier-Vorsprung” auf. Das Fixier-Ende dient demnach der Fixierung der Schuhplatte am Pedalkörper, und die dafür vorgesehene Geometrie der Schuhplatte wird als Fixier-Vorsprung bezeichnet.
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Analog dazu weist der Pedalkörper neben dem „Auslöse-Bügelbereich” nunmehr noch einen „Fixier-Bügelbereich” auf, der jeweils geeignet ist, den entsprechenden Vorsprung, also den Fixier-Vorsprung bzw. den Auslöse-Vorsprung, zu überfassen. „Überfassen” bedeutet wieder, dass sich der jeweilige Vorsprung unterhalb der Unterseite des jeweiligen Bügels befindet, so dass der jeweilige Bügelbereich das Abheben der Schuhplatte formschlüssig verhindert.
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Die zum Fixieren vorgesehenen Geometrien sind im wesentlichen unbeweglich. Die zum Auslösen vorgesehenen Geometrien weisen auch bewegliche Komponenten auf, da sie dem Freigabe- oder Auslösemechanismus zugeordnet sind.
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Bevorzugt ist die Kombination aus einem Fixier- und einem Auslöse-Bügelbereich je Pedal und Seite. Die nachfolgenden Ausführungen erfolgen daher im Hinblick auf diese bevorzugte Kombination. Es ist jedoch klar, dass das (insbesondere in Bezug auf die Komponenten des Auslösemechanismus') Gesagte auch für den Fall von zwei Auslösemechanismen je Pedal und Seite Gültigkeit besitzt, wobei die Übertragung der erfindungsgemäßen Lehre den Fachmann vor keine größeren Probleme stellt.
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Für den Fall der bevorzugten Kombination aus Fixier- und Auslösekomponenten ist der (das Rückhalteelement umfassende) Auslöse-Bügelbereich besonders bevorzugt entgegen der „Fahrtrichtung”, also hinten bzw. in Richtung der Ferse eines die Schuhplatte tragenden Schuhs angeordnet. Es ist jedoch ebenso möglich, dass der Auslöse-Bügelbereich nach vorn weist, und der Fixierbereich am hinteren (gegenüberliegenden) Ende des Pedals angeordnet ist. Die hinten liegende Anordnung des Auslöse-Bügelbereichs ist zu bevorzugen, weil sie zum einen dem Bild entspricht, welches der Nutzer aus dem Stand der Technik kennt, aber auch, weil die hinten liegende Position für die beweglichen Teile einen besseren Schutz bedeutet. Zudem erlaubt diese Anordnung eine Platzierung der zum Fixieren/Auslösen relevanten Rotationsachse im vorderen Bereich des Pedals, insbesondere vor der Pedalachse. Daraus resultieren sowohl ein besserer Komfort als auch geringere Hebelkräfte beim Auslösen.
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Figurenbeschreibung
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Nachfolgend wird die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen anhand der Figuren genauer beschreiben. Die in den Figuren gezeigten Komponenten sind, sofern nicht bilateral (rechts/links) verwendbar, auf ein rechtes Pedal und eine dazugehörige Schuhplatte bezogen. Hierbei zeigt:
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1 einen erfindungsgemäßen Pedalkörper mit einer Pedalachse und einem Rückhalteelement sowie einer geeigneten Schuhplatte in perspektivischer Explosionsansicht;
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2 die Komponenten der 1 im Zusammenbau in Fixierposition;
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3 den Zusammenbau der 2 in Auslöseposition;
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4 den Zusammenbau der 2 in einer Seitenansicht;
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5 eine erste Ausführungsform eines Rückhalteelements;
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6 eine zweite Ausführungsform eines Rückhalteelements;
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7 eine Draufsicht auf die Ausführungsform der 6;
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8 eine dritte Ausführungsform eines Rückhalteelements;
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9 eine für diese dritte Ausführungsform geeignete Schuhplatte;
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10 eine vierte Ausführungsform eines Rückhalteelements;
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11 eine für diese vierte Ausführungsform geeignete Schuhplatte;
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12 einen Schnitt entlang der Sagittalebene durch einen Pedalkörper mit Pedalachse, Schuhplatte und einem gemäß 6 und 7 ausgestalteten Rückhalteelement;
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13 eine Seitenansicht einer Schuhplatte gemäß 1, 2, 3, 4 und 12;
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14 eine Draufsicht auf eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pedalkörpers mit Pedalachse;
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15 eine Schnittansicht der Ausführungsform aus 14 mit zusätzlicher Schuhplatte und Spannwelle.
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßer Pedalkörper 1 mit einer Pedalachse 2 und einem Rückhalteelement 10 sowie einer geeigneten Schuhplatte 3 in perspektivischer Explosionsansicht gezeigt. Dieselben Komponenten zeigt die Ansicht der 2 im Zusammenbau. 4 zeigt diesen Zusammenbau in einer Vorderansicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind nur die auf der Oberseite befindlichen Elemente mit Bezugszeichen versehen; wie aus den Figuren ersichtlich finden sich für den dargestellten und bevorzugten Fall, dass das Pedal beidseitig (oben und unten) die gleichen Elemente aufweist, also beidseitig benutzbar ist, die gleichen Elemente auf der Unterseite wieder. Zudem werden bereits eingeführte Bezugszeichen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht durchgängig wiederholt dargestellt.
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Wie ersichtlich ist die Pedalachse 2 mit dem Pedalkörper 1 integriert ausgestaltet, mithin fest mit diesem verbunden. Die in den beiden Figuren gezeigte Position der Komponenten entspricht der ersten (Fixier-)Position A. Die Schuhplatte 3 ist formschlüssig mit dem Pedalkörper verbindbar, da sie entsprechende geometrische Merkmale aufweist, welche mit dem Pedalkörper 1 zusammenwirken.
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Hierzu weist die Schuhplatte 3 ein Fixier-Ende 4 mit einem Fixier-Vorsprung 5 und ein Auslöse-Ende 6 mit mindestens einem Auslöse-Vorsprung 7 auf. Analog dazu weist der Pedalkörper 1 einen Fixier-Bügelbereich 8 und einen Auslöse-Bügelbereich 9 auf.
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Die beiden Bügelbereiche 8, 9 sind jeweils dazu geeignet, den entsprechenden Vorsprung 5, 7 der Schuhplatte 3 zu überfassen, was insbesondere in der 2 und (bezüglich des Auslöse-Bügelbereiches 9) in der 4 gut zu erkennen ist.
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Der Auslöse-Bügelbereich 9 weist ein bewegliches Rückhalteelement 10 mit mindestens einem Rückhaltebereich 11 auf. In der in den 1, 2 und 4 gezeigten ersten Position A ist dieser derart gelagert, dass durch ihn das Lösen der Schuhplatte 3 vom Pedalkörper 1 aufgrund Überfassens des Auslöse-Vorsprungs 7 blockierbar ist.
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In der 3 ist die zweite Position B (Auslöseposition) von Pedalkörper 1 und Schuhplatte 3 gezeigt (Komponenten etwas verkleinert und Pedalachse 2 nur teilweise dargestellt). Demnach ist der Rückhaltebereich 11 im Wege der Rotation um die Rotationsachse R (Lage nur beispielhaft dargestellt) in die zweite Position B derart vermittels eines Auslösebereiches 12 der Schuhplatte 3 verschoben, dass die Schuhplatte 3 vom Pedalkörper 1 aufgrund mangelnden Überfassens des Auslöse-Vorsprungs 7 lösbar ist. Mit anderen Worten, durch Rotation der Schuhplatte 3 drückt deren Auslöse-Vorsprung 12 den Rückhaltebereich 11 des Rückhalteelements 10 vom Zentrum des Pedalkörpers 1 weg (bei einem hinten liegenden Auslöse-Bügelbereich 9 nach hinten), so dass der zunächst noch überfasste Auslöse-Vorsprung 7 der Schuhplatte 3 nicht mehr überfasst wird, so dass sich die Schuhplatte 3 vom Pedalkörper 1 lösen kann.
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Das in den 1 bis 4 dargestellte Rückhalteelement 10 ist beweglich gelagert und elastisch ausgestaltet. Somit weist es einen immanenten Antrieb auf, welcher zumindest den (für die Funktion des Haltens/Lösens relevanten) Rückhaltebereich 11 in die erste Position A zu bewegen sucht. Es ist klar, dass die Bewegung sich insbesondere auf den Rückhaltebereich 11 bezieht, und dass das Rückhalteelement 10 ansonsten soweit im Pedalkörper 1 fixiert (festgelegt) sein muss, dass es im Betrieb nicht herausfällt oder seine Einbauposition verlässt. Wie in 1 und 4 gezeigt, sind die Geometrien des Auslöse-Bügelbereichs 9 vom Pedalkörper 1 und die Geometrie des Rückhalteelements 10 einander angepasst.
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Das Rückhalteelement 10 ist im Pedalkörper 1 angeordnet, also innerhalb seiner Umhüllenden. Zudem umfasst der Auslöse-Bügelbereich 9 einen (vorliegend stoffschlüssig) mit dem Pedalkörper 1 verbundenen Trittbereich 13, welcher das Rückhalteelement 10 schützt. Der Trittbereich 13 ist demnach zwischen Rückhalteelement 10 und dem Schuh eines Fahrers (jeweils nicht dargestellt) angeordnet. Optional kann der Trittbereich 13 (für den in der 1 bis 4 gezeigten Fall) auch die nach hinten gerichtete Seite des Rückhalteelements 10 schützen, indem er zusammen mit dem Pedalkörper einen Hohlraum bildet, welcher nach Außen weitgehend geschlossen ist. Auf diese Weise ist ein noch besserer Schutz des Rückhalteelements 10 gegeben, allerdings mit dem Nachteil etwas höheren Gewichts.
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In der 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform des als Blattfeder ausgestalteten Rückhalteelements 10 gezeigt. Demnach weist die Blattfeder einen bevorzugt bogenförmigen Mittelteil 14, und an einem Ende einen zum Bogenzentrum C (oder, sofern kein Bogen und demnach auch kein Zentrum vorhanden ist, zum gedachten Pedalzentrum) weisenden ersten Knick 16 auf. Optional weist sie, wie dargestellt, am anderen Ende einen ebenfalls zum Bogenzentrum C (bzw. Pedalzentrum) weisenden zweiten Knick 17 auf. Mindestens am ersten Knick 16 ist ein Endstück 18 angeordnet, welches eine Bohrung 19, oder eine andere, zur Aufnahme eines (nicht gezeigten, dem Pedalkörper zugeordneten) Fixierelements oder zum Zusammenwirken mit einem solchen geeignete Geometrie trägt. Das Fixierelement dient der Befestigung bzw. Festlegung des Rückhalteelements 10 im Pedalkörper 1, so dass dieses im Betrieb nicht herausfallen kann.
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Der Knick 16 und/oder 17 kann gemäß Definition auch einen Winkel von 0° aufweisen, so dass das Mittelteil 14 gerade in das Endstück 18 bzw. das gegenüberliegende Ende des Rückhalteelements 10 übergeht.
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Es ist ferner möglich, dass das Rückhalteelement 10 nur ein Ende gemäß obiger Definition, ggf. mit Endstück etc., sowie das Mittelteil 14 aufweist, jedoch nicht den in der Fig. gezeigten Bereich des anderen Endes („kurze Feder”). Ein derartiges Rückhalteelement ist besonders gut geeignet, wenn das Auslösen der Schuhplatte durch reine Rotation (ohne Anheben) realisiert werden soll. Für den beispielhaften Fall einer Kombination aus hinten liegendem Auslösemechanismus und vorne liegenden Fixierelementen ist klar, dass das Endstück 18 so angeordnet sein sollte, dass es beim Auswärtsrotieren der Schuhplatte nicht im Weg ist, indem es zur Tretkurbel zeigt.
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Außerdem ist es möglich, dass zwei (kurze) Rückhalteelemente vorgesehen sind, von denen jedes ein Mittelteil 14 aufweist, oder die Bereiche aufweisen, welche sich zu einem geteilten Mittelteil ergänzen, und die besonders bevorzugt spiegelverkehrt ausgestaltet sind und sich von den Rändern des Pedalkörpers in Richtung seiner Sagittalebene erstrecken. Die dort befindlichen Enden dienen dem Kontakt mit der Schuhplatte.
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Nach der in der 5 gezeigten Ausführungsform ist das als Blattfeder ausgestaltete Rückhalteelement 10 flach ausgebildet. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt insbesondere darin begründet, dass sie als lediglich zweidimensionales Gebilde vorliegt und somit einfach herzustellen und daher kostengünstig ist. Es ist klar, dass der Pedalkörper (vgl. 1 bis 4) entsprechend ausgestaltet sein muss, um die flache Blattfeder aufzunehmen und beweglich zu lagern.
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Nach einer weiteren, in der 6 gezeigten Ausführungsform ist das ebenfalls als Blattfeder ausgestaltete Rückhalteelement 10 dreidimensional ausgebildet und weist einen bogenförmigen, nunmehr jedoch zumindest teilweise gekröpften (nach oben versetzen) Mittelteil 14 mit einer Ausbuchtung 15 auf, weist ferner wiederum an einem Ende einen zum Bogenzentrum C weisenden ersten Knick 16, und am anderen Ende einen ebenfalls zum Bogenzentrum C weisenden zweiten Knick 17 sowie ein an den ersten Knick 16 anschließendes, nunmehr bevorzugt um 90 Grad nach unten abgewinkeltes, Endstück 18 mit einer zum Zusammenwirken mit einem Fixierelement geeigneten Geometrie wie beispielsweise einer Bohrung 19 auf.
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Diese Ausführungsform weist den Vorteil einer größeren Gesamtlänge auf, was größeren Spielraum bei der Gestaltung ihrer Federkennlinie erlaubt. Ferner kann der gekröpfte Teil des Rückhalteelements 10 tiefer im Pedalkörper 1 platziert werden, so dass eine größere Auslösefreiheit erreichbar ist, als es bei nicht gekröpften, langen Blattfedern möglich wäre.
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Die geometrischen Merkmale sind zur Verdeutlichung nochmals als Draufsicht in der 7 gezeigt.
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Wie ebenfalls aus den 5 bis 7 ersichtlich ist es bevorzugt, dass der bogenförmige Mittelteil 14 mindestens eine, wie dargestellt bevorzugt zentrale, bevorzugt bogenförmige Ausbuchtung 15 zur Aufnahme des hierfür als Nase bzw. Aussparung gestalteten Auslösebereichs 12 der Schuhplatte 3 in der ersten Position A auf (zur Schuhplatte vgl. 1, 2, 9, 11, 13). Diese Ausbuchtung kann einstufig oder, wie in der 6 ersichtlich, auch zweistufig sein.
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Die Ausbuchtung kann „positiv” ausgestaltet sein, also zur Aufnahme einer hervorstehenden Geometrie der Schuhplatte geeignet sein („Nase”, 5 bis 7), oder sie kann „negativ” ausgestaltet sein, also selber hervorstehen und zur Aufnahme durch eine zurückfallende Geometrie der Schuhplatte geeignet sein („Aussparung”, 10, s. u.).
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Nachfolgendes Beispiel betrifft eine „positive” Ausbuchtung, die mit einer „Nase” zusammenwirkt.
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Die Breite der Ausbuchtung 15 ist demnach dabei mindestens so breit wie der Auslösebereich 12 zu gestalten, damit dieser mit ihr zusammenwirken kann. Wird die Ausbuchtung 15 jedoch breiter gestaltet, so erhält die Schuhplatte 3 in der ersten Position (Fixierposition) ein rotatorisches Spiel. Dies kann je nach Einsatzgebiet vorteilhaft sein. Auf diese Weise lässt sich rotatorisches Spiel von bis zu 25 Grad erreichen, wobei ein Wert von 8 Grad in beide Richtungen bevorzugt ist.
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Es ist klar, dass im umgekehrten Fall, also einer „negativen” Ausbuchtung (s. 10), die mit einer „Aussparung” zusammenwirkt, umgekehrt-analog zu verfahren ist. Die negative Ausbuchtung darf dann höchstens so breit wie die Aussparung sein.
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Wenn Ausbuchtung 15 und Auslösebereich 12 asymmetrisch zueinander ausgebildet sind, kann erreicht werden, dass das rotatorische Spiel in die eine Richtung (beispielsweise in eine Richtung, in welcher das Fixierende 4 der Schuhplatte 3 sich wie in 3 gezeigt in die zweite Position B bewegt) größer ist als in die entgegengesetzte Richtung. Dies kann sinnvoll sein, da ein relativ weites Auswärtsrotieren des an der Schuhplatte 3 angebrachten Schuhs gewünscht sein kann, während ein Einwärtsrotieren aufgrund der Kollisionsgefahr mit der Tretkurbel eng begrenzt sein sollte. Es ist dabei klar, dass Ausbuchtung 15, Auslösebereich 12, oder beide asymmetrisch in Bezug auf die Sagittalebene des Pedalkörpers angeordnet sein können.
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In der 8 ist ein weiteres, als Blattfeder ausgestaltetes Rückhalteelement 10 gezeigt. Dieses weist, im Gegensatz zu den Rückhalteelementen, die in den vorhergehenden Figuren dargestellt sind, keine (ohnehin optionale, positive oder negative) Ausbuchtung 15 im Mittelteil 14 auf. Stattdessen weist der erste Knick 16 eine erste Auslösefläche 16' und der zweite Knick 17 eine zweite Auslösefläche 17' auf. Diese Flächen bilden jeweils mit dem Mittelteil 14 einen stumpfen Auslösewinkel α (nur der am ersten Knick 16 befindliche Winkel ist mit Bezugszeichen versehen). Nach dieser Ausführungsform ist demnach kein Platz vorhanden, um eine hervorstehende Geometrie der Schuhplatte (wie der einzige Auslösebereich 12 der in der 1 und 2 gezeigten Schuhplatte 3) aufzunehmen. Ebenso ragt kein Teil des Rückhalteelements 10 in den Auslösebereich des Auslöse-Endes der Schuhplatte hinein (s. folgende Figur).
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Daher ist hierfür eine teilweise anders geformte Schuhplatte vorzusehen, wie sie beispielsweise in der 9 gezeigt ist. Diese Schuhplatte 3 weist, jeweils seitlich am Auslösevorsprung 7 angeordnet, einen ersten Auslösebereich 12A sowie vorzugsweise auch einen zweiten Auslösebereich 12B auf, wobei das Auslöse-Ende 6 keine (als Auslösebereich dienende) „Nase”, wie in 1 und 2 gezeigt, sondern einen durchgehenden, an der Spitze des Auslösebereichs 12' befindlichen Absatz aufweist.
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Im Hinblick auf ein rechtes Pedal sollte zumindest derjenige Auslösevorsprung 12A und die entsprechende Auslösefläche 17' vorhanden sein, da mit ihnen ein Auslösen durch Rotation nach Außen (von einer Tretkurbel weg) realisierbar ist. Für ein linkes Pedal gilt sinngemäß das Umgekehrte.
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Die beiden Auslöseflächen 16', 17' sind unter Rotation der Schuhplatte 3 mittels der beiden Auslösebereiche 12A, 12B kontaktierbar und somit aus ihrer Ruheposition auslenkbar, wobei klar ist, dass, in Abhängigkeit der Rotationsrichtung, nur das eine Paar 12A/17' oder das andere Paar 12B/16' in Kontakt kommt. Da die Auslöseflächen 16', 17' Teil des Rückhaltebereiches 11 sind, der wiederum Teil des Rückhalteelements 10 ist, führt die Rotation der Schuhplatte 3 zu einem Verschieben (und/oder ggf. Dehnen) mindestens des Rückhaltebereichs 11, so dass der Auslöse-Vorsprung 7 nicht mehr vom Rückhaltebereich 11 überfasst wird, und die Schuhplatte 3 freigegeben wird.
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Die übrigen Merkmale des in der 8 gezeigten Rückhalteelements 10 entsprechen denen des in der 6 und 7 gezeigten, weshalb auf eine Wiederholung verzichtet wird. Gleiches gilt für die übrigen Komponenten der in der 9 gezeigten Schuhplatte 3 im Hinblick auf die in der 1 und 2 dargestellte Schuhplatte.
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Eine weitere Blattfeder ist in der 10 gezeigt. Im Unterschied zu den vorhergehenden Ausführungsformen weist diese in ihrem bogenförmigen Mittelteil 14 eine „negative” Ausbuchtung 15 auf, welche in Richtung des Bogenzentrums C (und somit des nicht gezeigten Pedalzentrums) ausgebildet ist. Ferner weist sie an einem Ende einen zum Bogenzentrum C hin weisenden ersten Knick 16, und am anderen Ende einen ebenfalls zum Bogenzentrum C hin weisenden zweiten Knick 17 auf. An ihrem an den Knick 16 anschließenden Endstück 18 ist eine Geometrie (Bohrung 19) vorgesehen, welche zum Zusammenwirken mit einem Fixierelement (nicht gezeigt) geeignet ist.
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Die zugehörige Schuhplatte 3 ist in der 11 dargestellt. Während ihr Fixier-Ende 4 wie bei den übrigen vorgeschlagenen Schuhplatten ausgebildet ist, weist sie an ihrem Auslöse-Ende 6 einen Auslöse-Vorsprung 7 auf, der in etwa die Breite des Mittelteils 14 der zugehörigen Blattfeder hat, und der an seinen beiden Außenkanten jeweils einen Kantenvorsprung trägt. An der Unterkante des Auslöse-Vorsprungs 7 ragt der Auslösebereich 12 hervor.
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Die 12 zeigt einen Schnitt entlang einer zur Sagittalebene parallelen Ebene durch einen Pedalkörper 1 mit Pedalachse 2, Schuhplatte 3 und als Blattfeder gemäß 6 und 7 ausgestaltetem Rückhalteelement 10.
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Bevorzugt entspricht der in der gezeigten Schnittansicht gemessene Abstand D1 zwischen dem Fixier-Ende 4 der Schuhplatte 3, ohne den dort angeordneten Fixier-Vorsprung 5, und dem ihr entgegengesetzt angeordneten Auslöse-Ende 6 dem Abstand D2 zwischen den (in dieser Schnittansicht) zur Pedalachse 2 weisenden Innenseite 8' des Fixier-Bügelbereichs 8 und der Innenseite 13' des Trittbereichs 13. Alternativ unterschreitet D1 den Wert D2 geringfügig, bevorzugt um 0,2 mm.
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Somit ist ein fester Sitz von Schuhplatte 3 im Pedalkörper 1 gewährleistet, wobei kleinere Schmutzpartikel im jeweiligen Spalt unbedenklich sind. Zudem sind die Kräfte beim Einrasten relativ hoch, so dass nicht zu harter Schmutz zerrieben wird und nach unten herausfällt.
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Wie aus der 1 ersichtlich ist es ferner bevorzugt, dass das Fixier-Ende 4 der Schuhplatte 3, nicht hingegen ihr Fixier-Vorsprung 5 (dieser muss größer sein, um übergriffen werden zu können), einen Fixier-Außenkonturabschnitt 20 aufweist, der dem Negativ eines Fixier-Innenkonturabschnitts 21 des Fixier-Bügelbereichs 8 entspricht. Mit anderen Worten, die Fixier-Spitzen von Schuhplatte und Pedalkörper weisen im Wesentlichen die gleiche Kontur auf.
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Auf diese Weise liegen die Schuhplatte 3 und der Fixier-Bügelbereich 8 des Pedalkörpers 1 im Betrieb (also in der ersten Position A) entlang besagter Konturen 20, 21 aneinander, was eine besonders gute Kraftübertragung sicherstellt und die Gefahr des Herausreißens der Schuhplatte 3 vom Pedalkörper 1 minimiert.
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Besonders bevorzugt weisen der Fixier-Außenkonturabschnitt 20 und der Fixier-Innenkonturabschnitt 21 eine Kreisbogensegment-Form auf, so dass Schuhplatte 3 und Pedalkörper 1 unter Berührung der beiden Konturen 20, 21 relativ zueinander geführt rotierbar sind. „Geführt” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Relativbewegung nach Art einer Kulissensteuerung erfolgt, also geometrisch vorbestimmt ist. Auch diese Art der Konturform ist beispielsweise in der 1 erkennbar.
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Ebenfalls in der 1 erkennbar ist, dass nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein Auslöse-Innenkonturabschnitt 13'' (gestrichelter Doppelpfeil) der Innenseite 13' des Trittbereichs 13 derjenigen Kurve K entspricht (punktierter Doppelpfeil), entlang welcher die Spitze 12' des Auslösebereichs 12 der Schuhplatte 3 im Wege der Rotation bewegbar ist.
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In analoger Form gilt dies auch für die in der 9 gezeigte Schuhplatte 3, deren Spitze 12' in den entsprechenden Auslöse-Innenkonturabschnitt 13'' der entsprechenden Blattfeder (8) eingepasst ist, entlang welchem die Spitze 12' geführt rotierbar ist.
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Der Vollständigkeit halber ist der Innenkonturabschnitt 13'' auch in die Blattfeder gemäß 7 eingezeichnet.
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In der 13 ist eine Seitenansicht einer Schuhplatte 3 gemäß 1, 2, 3, 4 und 12 dargestellt. Demnach weist die Schuhplatte 3 eine ebene Oberseite und eine in Längsrichtung L (Pfeilrichtung weist zum Fixier-Ende 4 nach vorne) gestufte Unterseite auf, deren (in Längsrichtung L gesehen) zentrale Fläche 22 als Pedalachsenauflage dient. Ferner sind das Auslöse-Ende 6 und das diesem entgegengesetzt angeordnete Fixier-Ende 4 (bzw. das weitere Auslöse-Ende, wenn die Schuhplatte für zwei Auslöse-Mechanismen gedacht ist) dicker als der dazwischen liegende zentrale Bereich 23, so dass sich in der gezeigten Seitenansicht der Schuhplatte 3 eine mittige Aussparung ergibt, welche der teilweisen Aufnahme der Pedalachse 2 dient (vgl. 12). Es sei darauf hingewiesen, dass der „zentrale Bereich” 23 nicht mit der „zentralen Fläche” 22 zu verwechseln ist; letztere begrenzt den zentralen Bereich 23 nach unten hin.
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Die gleiche Abstufung ergibt sich auch für die anderen Schuhplattenformen, die vorliegend jedoch nicht erneut dargestellt sind.
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Als Resultat dieser Geometrie kann die Schuhplatte 3 sehr flach ausgestaltet werden, und die Bauhöhe des erfindungsgemäßen Pedalsystems fällt sehr gering aus.
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Nach einer weiteren Ausführungsform weist der Pedalkörper 1 im Auslöse-Bügelbereich 9 und/oder im (vorliegend vorhandenen) Fixier-Bügelbereich 8 einen „negativen” (nach innen/unten/zur Pedalachse hin weisenden) oder „positiven” (nach außen/oben/von der Pedalachse weg weisenden) Versatz auf. Dieser Versatz kann auch als „Abflachung” bzw. „Aufstockung” bezeichnet werden.
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Ein doppelt-positiver Versatz in beispielsweise am Pedalkörper 1 in der 1 erkennbar. Sowohl der vorne liegende Fixier-Bügelbereich 8, als auch der hinten liegende Auslöse-Bügelbereich 9 ist nach oben versetzt. Als Resultat davon ist auch das entsprechend passende Rückhalteelement 10 in seinem Mittelteil nach oben versetzt ausgestaltet.
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Es ist klar, dass die Abmaße, insbesondere die in vertikaler Richtung gemessenen Dickenmaße von Schuhplatte 3 und Pedalkörper 1, gut aufeinander abgestimmt sein müssen, um eine bestmögliche Funktion bei kleinstem Bauraum zu gewährleisten.
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Daher entspricht, wie in 12 und 13 gezeigt, die (vertikal von der Ebene der Oberseite an gemessene) Dicke 6H des Auslöse-Endes 6 der Schuhplatte 3 der Summe aus Dicke 13H des Trittbereichs 13 und Dicke 10H des Rückhaltebereichs 11 des Rückhalteelements 10 (und somit der Dicke des gesamten Auslöse-Bügelbereichs) zuzüglich der Dicke 7H des (dort anzuordnenden) Auslöse-Vorsprungs 7, und optional (wie dargestellt) zu- bzw. abzüglich des Maßes eines dort ggf. vorhandenen negativen bzw. positiven Versatzes des Auslöse-Bügelbereichs 9 sowie optional (wie ebenfalls dargestellt) abzüglich einer ersten Zugabe Z1.
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Mit anderen Worten, die Dicke 6H des Auslöse-Endes 6 der Schuhplatte 3 ist mindestens so groß, dass die Schuhplatte 3 den Rückhaltebereich 11 des Rückhalteelements 10 untergreifen kann.
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Gut zu erkennen ist, wie der Rückhaltebereich 11 den Auslöse-Vorsprung 7 (in der 12 ohne Bezugszeichen) in der dargestellten ersten Position übergreift.
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Ferner entspricht die Dicke 4H des Fixier-Endes 4 der Schuhplatte 3 der Dicke 8H des (vorliegend vorhandenen) Fixier-Bügelbereichs zuzüglich der Dicke 5H des (dort anzuordnenden) Fixier-Vorsprungs 5, und optional ebenfalls zu- bzw. abzüglich des Maßes eines dort ggf. vorhandenen negativen bzw. positiven Versatzes des Fixier-Bügelbereichs 8, sowie optional (wie dargestellt) abzüglich einer zweiten Zugabe Z2.
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Mit anderen Worten, die Dicke 4H des Auslöse-Endes 4 der Schuhplatte 3 ist mindestens so groß, dass die Schuhplatte 3 den Fixier-Bügelbereich 8 des Pedalkörpers 1 untergreifen kann.
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Die erste Zugabe Z1 bzw. die zweite Zugabe Z2 sind dazu vorgesehen, damit der Kunststoff einer (nicht gezeigten) Schuhsohle, der sich typischerweise im Bereich um die Schuhplatte vorwölbt, zu keiner Blockade aufgrund zu hoher Reibung am Pedalkörper führt. Durch geeignetes Wählen der Zugaben kann erreicht werden, dass eine Schuhsohle im Betrieb mit der Oberseite des Pedalkörpers 1, insbesondere dem Fixier- und dem Auslöse-Bügelbereich 8, 9 bündig abschließt.
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Vorteilhafterweise ist an der zentralen Fläche 22 an der Unterseite der Schuhplatte 3 eine optionale Gummierung angeordnet (nicht dargestellt). Die Gummierung entkoppelt somit die Unterseite der Schuhplatte 3 von der Oberseite der Pedalachse und beseitigt so das von anderen Pedalsystemen häufig bekannte Klappern.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pedalsystems ist die Schuhplatte 3 im Pedalkörper 1 aus ihrer zweiten Position B heraus kollinear zur Drehachse D des Pedalkörpers 1 linear verschiebbar. Besonders bevorzugt ist sie bei einem rechten Pedal nach rechts, bei einem linken Pedal nach links verschiebbar. Das bedeutet, dass ein Ablösen der Schuhplatte 3 vom Pedalkörper 1 ohne ein Abheben möglich ist.
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Zwar ist ein Auslösen prinzipiell auch bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen durch reine Rotation möglich. Allerdings muss die Schuhplatte nach dem Auslösen aus dem Pedal „herausgehoben” werden. Dies kann jedoch beispielsweise vermieden werden, wenn die Unterkante des Auslöse-Vorsprungs 7 jederzeit (also auch in der Position B und während des linearen Verschiebens) unterhalb des Rückhaltebereichs 11 liegt.
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Analog dazu sollte die Unterseite des Fixier-Vorsprungs 5 jederzeit (also auch in der Position B und während des linearen Verschiebens) unterhalb desjenigen Teils des Fixier-Bügelbereichs 8 liegen, der in der Position A zum Fixieren der Schuhplatte 3 dient (Mittelteil des Fixier-Bügelbereichs 8).
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Alternativ formuliert muss, in der in 12 gezeigten Seitenansicht, nach erfolgter Einnahme der in 3 gezeigten zweiten Position, die Projektion des seitlichen Profils der Schuhplatte 3 weiterhin für einen Betrachter vollständig sichtbar sein. Somit lässt sich die rotierte Schuhplatte 3 in Richtung des Betrachters bewegen, ohne am Pedalkörper 1 hängen zu bleiben.
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Die (in der Seitenansicht der 12 und 13 gemessene) Länge der zentralen Fläche 22 muss so groß sein, dass auch in der Position B keine Kollision der Übergänge 22' zwischen zentralem Bereich 23 und den Unterseiten der beiden Endbereiche 4 und 6 der Schuhplatte 3 mit der Pedalachse 2 auftritt.
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Allgemein formuliert, sind die Geometrien von Schuhplatte 3 und Pedalkörper 1 so gestaltet, dass die Schuhplatte 3 durch eine reine Rotationsbewegung um ihre Rotationsachse R nicht nur von der ersten Position A in die zweite Position B überführbar und somit auslösbar, sondern mittels einer gleitenden (und nicht abhebenden) Bewegung vollständig vom Pedalkörper lösbar ist. Umgekehrt ist die Schuhplatte 3 durch ein entgegengesetztes seitliches „Aufgleiten” sowie eine nachfolgende reine Rotationsbewegung um ihre Rotationsachse R von der zweiten Position B in die erste Position A überführbar und somit am Pedalkörper fixierbar.
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Insbesondere bei Verwendung eines gekröpften oder noch besser kurzen Rückhalteelements 10 („kurze Feder”, s. o.), bei welchem das zum Fixieren des Rückhalteelements 10 im Pedalkörper 1 dienende Ende mit Endstück 18, so angeordnet ist, dass es beim Auswärtsrotieren der Schuhplatte 3 nicht im Weg ist, und/oder in Verbindung mit positiven Versatzen ist der Schuh somit ohne Abheben komplett aus dem Bereich des Pedalköpers 1 zu entfernen, was eine einfachere Handhabung insbesondere in schwierigen Fahrsituationen erlaubt.
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Nachfolgend wird detailliert auf die Geometrie der Pedalachse 2 eingegangen. Hierzu zeigt 14 eine Draufsicht auf eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Pedalkörpers 1 mit Pedalachse 2, und 15 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A, wobei in dieser Ansicht zusätzlich eine Schuhplatte 3 und die Spannwelle 30 dargestellt sind.
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Demnach ist die Pedalachse 2 als bevorzugt rotationssymmetrischer Hohlkörper aufgebaut. Es ist klar, dass auch andere, beispielsweise quadratische oder rechteckige, Querschnittsformen möglich sind („Kastenprofil” statt „Rohrprofil”), und dass die Pedalachse 2 auch geometrische Merkmale wie Vorsprünge, Bohrungen und dergleichen aufweisen kann, die nicht zur (bevorzugt rotationssymmetrischen) Grundform der Pedalachse 2 zu zählen sind.
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Die Pedalachse 2 weist einen ersten Lagerbereich 24, einen Übergangsbereich 25, sowie einen zweiten Lagerbereich 26 auf, wobei der erste Lagerbereich 24 den Pedalkörper 1 durchdringt und einen konstanten ersten Außendurchmesser 24D aufweist, der kleiner oder gleich der Bauhöhe H des Pedalkörpers 1, bevorzugt ohne einen ggf. vorhandenen positiven Versatz des Auslöse-Bügelbereichs 8 und/oder (wie gezeigt) ggf. vorhandenen Fixier-Bügelbereichs 9, ist. Außerdem weist der zweite Lagerbereich 26 einen den ersten Außendurchmesser 24D um einen Faktor größer als 1 übersteigenden zweiten und bevorzugt ebenfalls konstanten oder, wie gezeigt, zum Ende hin leicht abfallenden Außendurchmesser 26D auf. Schließlich weist der Übergangsbereich 25 einen dem ersten Außendurchmesser 24D entsprechenden Startdurchmesser 25D' sowie einen Enddurchmesser 25D'' auf, der gleich oder (bevorzugt) kleiner dem zweiten Außendurchmesser 26D ist.
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Auf diese Weise kann die Bauhöhe des Pedalkörpers gering gehalten werden, während die übrige Geometrie der Pedalachse, beanspruchungsgerecht konstruiert, die Kräfte in Richtung einer (nicht gezeigten) Tretkurbel ableiten kann. Da im Bereich dieser Tretkurbel die größten Lagerkräfte auftreten, ist es vorteilhaft, die Pedalachse 2 in diesem Bereich 26 entsprechend größer zu dimensionieren, damit entsprechende Lager eingebaut werden können.
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Bevorzugt beträgt der Faktor 1,5 bis 2, und/oder der erste Außendurchmesser 24D beträgt ca. 10 mm und der zweite Außendurchmesser 26D beträgt ca. 19 mm. Ferner ist bevorzugt, dass der Enddurchmesser 25D'' kleiner als der zweite Außendurchmesser 26D ist, so dass sich am Übergang zwischen Übergangsbereich 25 und zweitem Lagerbereich 26 ein Absatz ergibt. Auch dieser Absatz ist in der 14 erkennbar.
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Bevorzugt ist, wie aus 15 ersichtlich, der erste Lagerbereich 24 zur Aufnahme eines Nadellagers 27 sowie eines ersten Rillenkugellagers 28 geeignet und weist einen ersten Anschlag 24' für ersteres auf. Außerdem ist der zweite Lagerbereich 26 zur Aufnahme eines weiteren Rillen-Kugellagers 29 geeignet und weist einen zweiten Anschlag 26' für dasselbe auf.
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Diese Art der Lagerung ist besonders vorteilhaft, da, wie erkennbar, eine besonders geringe Bauhöhe H im Bereich des Pedalkörpers 1 möglich ist, ohne Überbeanspruchungen und Lagerschaden befürchten zu müssen. Zudem liegt das Lager 29 sehr nah an einer (nicht gezeigten) Tretkurbel, was die auf die Spannwelle alleine wirkenden Biegekräfte deutlich verringert. Da die Spannwelle 30 durch die Verbindung über die Lagerung mit dem Pedalkörper 1 und der Pedalachse 2 ein statisches System darstellt, übernehmen beide zusammen die Last, und nicht etwa nur die gewöhnlich weit aus dem Pedalkörper und der Pedalachse herausragende Spannwelle alleine, wie dies bei den meisten herkömmlichen Systemen der Fall ist. Erst dadurch ist die extrem dünne und bevorzugt hohle Bauweise der Spannwelle möglich.
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Das erfindungsgemäße Pedalsystem umfasst bevorzugt ferner auch eine in der Pedalachse 2 aufnehmbare Spannwelle 30, die ebenfalls aus der 15 ersichtlich ist. Besonders bevorzugt weist diese, an ihrem pedalkörperseitigem Ende 31 beginnend, eine Gewindebohrung 32 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Fixierschraube, eine erste Aufnahmefläche 33 für das Nadellager 27 und das erste Rillenkugellager 28, eine Durchmesservergrößerung 34, eine zweite Aufnahmefläche 35 sowie einen Absatz 36 für das weitere Rillenkugellager 29, und schließlich ein Außengewinde 37 auf.
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Die Spannwelle 30 ist, wie ebenfalls gezeigt, bevorzugt hohl.
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Eine derartige Spannwelle kann, die richtige Materialwahl vorausgesetzt, bei geringstem Gewicht eine stabile und dauerfeste Konstruktion ergeben.
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Bevorzugt ist der Pedalkörper aus einem Material mit großer Festigkeit bei geringem Volumen wie Stahl oder Titan bzw. einer Legierung daraus gefertigt. Die Spannachse ist bevorzugt ebenfalls aus Titan oder einer Legierung davon gefertigt, und das Rückhalteelement 10 besteht aus Federstahl.
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Neben dem erfindungsgemäßen Sicherheits-Klickpedalsystem betrifft die Erfindung auch einen Pedalkörper 1 mit Pedalachse 2 für ein solches System alleine, oder einen Pedalkörper 1 oder eine Pedalachse 2 alleine.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Schuhplatte 3 gemäß einer der o. g. Ausführungsformen für ein Sicherheits-Klickpedalsystem.
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Wie detailliert dargelegt, weist das erfindungsgemäße Sicherheits-Klickpedalsystem eine besonders geringe Bauhöhe auf. Die Anzahl der benötigten Teile ist gering, was zu einem geringen Gewicht bei geringeren Kosten führt. Die vorgeschlagene Lagerung weist eine hohe Haltbarkeit auf, ohne dass dies zu Lasten der Bauhöhe und/oder des Gewichts geht. Schließlich ist das System verschmutzungsunempfindlich, und erlaubt sowohl beim Mountainbikesport als auch im Alltag einen sicheren Betrieb.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pedalkörper
- 2
- Pedalachse
- 3
- Schuhplatte
- 4
- Fixier-Ende
- 4H
- Dicke des Fixier-Endes
- 5
- Fixier-Vorsprung
- 5H
- Dicke des Fixier-Vorsprungs
- 6
- Auslöse-Ende
- 6H
- Dicke des Auslöse-Endes
- 7
- Auslöse-Vorsprung
- 7H
- Dicke des Auslöse-Vorsprungs
- 8
- Fixier-Bügelbereich
- 8H
- Dicke des Fixier-Bügelbereichs
- 8'
- Innenseite des Fixier-Bügelbereichs
- 9
- Auslöse-Bügelbereich
- 10
- Rückhalteelement
- 10H
- Dicke des Rückhalteelements
- 11
- Rückhaltebereich
- 12
- Auslösebereich
- 12A, 12B
- erster/zweiter Auslösebereich
- 12'
- Spitze des Auslösebereichs
- 13
- Trittbereich
- 13H
- Dicke des Trittbereichs
- 13'
- Innenseite des Trittbereichs
- 13''
- Auslöse-Innenkonturabschnitt
- 14
- Mittelteil
- 15
- Ausbuchtung
- 16
- erster Knick
- 16'
- erste Auslösefläche
- 17
- zweiter Knick
- 17'
- zweite Auslösefläche
- 18
- Endstück
- 19
- Bohrung
- 20
- Fixier-Außenkonturabschnitt
- 21
- Fixier-Innenkonturabschnitt
- 22
- zentrale Fläche
- 22'
- Übergang
- 23
- zentraler Bereich
- 23H
- Dicke der Schuhplatte im zentralen Bereich
- 24
- erster Lagerbereich
- 24'
- erster Anschlag
- 24D
- erster Außendurchmesser
- 25
- Übergangsbereich
- 25D'
- Startdurchmesser (des Übergangsbereichs)
- 25D''
- Enddurchmesser (des Übergangsbereichs)
- 26
- zweiter Lagerbereich
- 26'
- zweiter Anschlag
- 26D
- zweiter Außendurchmesser
- 27
- Nadellager
- 28
- erstes Rillenkugellager
- 29
- weiteres Rillenkugellager
- 30
- Spannwelle
- 31
- pedalkörperseitiges Ende
- 32
- Gewindebohrung
- 33
- erste Aufnahmefläche
- 34
- Durchmesservergrößerung
- 35
- zweite Aufnahmefläche
- 36
- Absatz
- 37
- Außengewinde
- A
- erste Position
- B
- zweite Position
- C
- Bogenzentrum
- D1
- Abstand
- D2
- Abstand
- L
- Längsrichtung
- H
- Bauhöhe
- R
- Rotationsachse (der Schuhplatte)
- D
- Drehachse (des Pedalkörpers)
- S
- Sagittalebene
- T
- Transversalebene
- K
- Kurve
- Z1, Z2
- erste/zweite Zugabe
- α
- Auslösewinkel
