DE102013010951B4

DE102013010951B4 - Tretkurbelantrieb einer Maschine, insbesondere eines Fahrrads

Info

Publication number: DE102013010951B4
Application number: DE102013010951.5A
Authority: DE
Inventors: Viktor Glushko
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2016-07-28
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: DE202014003803U1; DE102013010951A1

Abstract

Das Kurvengetriebe des Fahrrads besteht aus der Kurvenscheibe, der einseitige Schwingfederrollhebel und die Zugfeder, installiert an der linken Fahrradseite. Der Schwingfederrollhebel ist an dem an dem Rahmen unbeweglich untergebrachten Hebelachsen drehbar angebracht. Die Hebelrolle befindet sich an dem Sattelumkehrpunkt der Kurvenkontur der Kurvenscheibe.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tretkurbelantrieb einer Maschine, insbesondere eines Fahrrads, aufweisend eine Überholkupplung. Die einfachsten herkömmlichen Tretkurbelantriebe bestehen meistens aus zwei an der Kurbelwelle befestigten Tretkurbeln und einer getriebenen Welle. Die Kurbelwelle und getriebene Welle sind mittels eines Getriebes, meist Kettengetriebes, und einer Überholkupplung miteinander verbunden. In der Zug- und Schubphase der runden Tretbewegung, in Winkelbereichen von oberem und unterem Totpunkt der Kurbeln können die geringsten Kräfte, öfter niedriger als notwendig, entwickelt sein, so dass man bei Tretbewegung ermüdet wird. Die Anwendung der entwickelten Tretkurbelantriebe mit speziellen Kettenblättern z. B. des DE 692 17 979 T2 verschärft diesen Nachteil, da man in Winkelbereichen am oberen und unteren Totpunkt die Kurbel- und Beinbewegung beschleunigen muss.
In der Druckschrift CN 2 092 486 U und WO 2014/011 075 A1 werden Vorrichtungen zum Erleichtern der Rotation der Pedale bei moderaten und hohen Drehzahlen, welche Überholkupplungen aufweisen, dargestellt. Dazu ist ein ellipsenförmiger/-ähnlicher Nocken an der Kettenblattwelle symmetrisch befestigt. Eine an dem Fahrradrahmen festgehaltene Achse trägt einen geradlinigen Hebel. Eine an dem Hebel angebrachte Walze wirkt infolge der Zugkraft des Hebels mit einem Nocken im Wechsel. Jede Vorrichtung der erwähnten Bauart weist niedrige Effektivität auf, da eine nach außen gewölbte Kontur des Nockens keine Positionierung des Pedals in der Startposition sichert und eine produktive Wechselwirkung zwischen der Walze und dem Nocken in großen Umgebungen der Scheitelpunkte der Kontur absetzt. Des Weiteren fehlt der Vorrichtung eine Justierung der Druckkraft der Walze. Der geradlinige Hebel ist zudem nicht immer ergonomisch.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines ergonomischen Tretkurbelantriebs, der effizienteren Einsatz von Muskelkraft durch die Unterstützung in schwachen Phasen der Tretbewegung rechtzeitig in den Tretzyklus bringen kann.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß kann die Drehung der Kurvenscheibe in der Zugphase/Zug- und Schubphase/Zug-, Hub- und Schubphase des Tretzyklus unterstützt sein. Die Kurvenkontur kann mindestens einen Sattelumkehrpunkt aufweisen. Mindestens ein Sattelumkehrpunkt der Kurvenkontur der Kurvenscheibe die Hebelrolle und die Kurbel in einem Anfangspunkt der Druckphase des Tretzyklus können gleichzeitig verlaufen. Mindestens ein Scheitelumkehrpunkt der Kurvenkontur der Kurvenscheibe die Hebelrolle und die Kurbel in der Druckphase des Tretzyklus einen gemeinsamen Endpunkt können aufweisen. Der Scheitelpunkt kann im Bogen eines Radius von 0–6 mm liegen. Ein Krümmungshalbmesser der Kurvenkontur an dem Sattelumkehrpunkt kann größer als ein Außenradius einer Hebelrolle sein. Eine den Kraftschluss der Hebelrolle des Schwingfederrollhebels sichernde Zugfeder kann sich zwischen einer Hebelachse und Hebelrolle befinden. Ein Schwingfederrollhebel in der Form eines Winkelschwingfederrollhebels kann ausgeführt sein. Die Kurvenkontur der Kurvenscheibe weist einen ansteigenden Ast und einen absteigenden Ast auf. Ein Winkel des absteigenden Astes kann größer als ein Winkel des ansteigenden Astes der Kurvenkontur sein. Eine Druckkraft der Hebelrolle kann regulierbar sein. Eine Zugfedereinheit mit mehrere Zugfedern kann ausgeführt sein. Eine Kurvenscheibe kann als ein Umlaufnocken und ein Schwingfederrollhebel kann als ein Schalter ausgebildet sein. Ein ansteigender Ast kann in Zentralwinkel von = 70°–100° liegen.
Die Erfindung soll im nachstehenden an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Es zeigen:
1–3: Fahrräder mit Kurvengetrieben
4: Kurvengetriebe, wenn rechte Kurbel in Anfangslage der Druckphase liegt
5–7: Zwischenlagen der Kurvenscheibe und des Schwingfederrollhebels
8: Endlage der rechten Kurbel
9–11: Varianten von Kurvenscheiben
Die Kurvengetriebe 1–3 des Fahrrads 4 bestehen aus der Kurvenscheibe 5, dem Schwingfederrollhebel 6–8 und den Zugfedern 9–11, installiert an der linken Seite des Fahrrads 4. Die Zugfeder 9 sichert den Kraftschluss der Hebelrolle 12 des einseitigen Schwingfederrollhebels 6, die Zugfeder 10 des zweiseitigen Winkelschwingfederrollhebels 7, die Zugfeder 9', 11' – des zweiseitigen Schwingfederrollhebels 8 an der Kurvenscheibe 5. Die Spannung der Zugfeder 9' hängt von der Länge der Spannschraube 9'' ab. Die Schwingfederrollhebel 6–8 sind an dem Rahmen 13 unbeweglich untergebrachten Hebelachsen 14, 15 drehbar angebracht. Die Hebelrolle 12 befindet sich an dem Sattelumkehrpunkt 16 der Kurvenkontur 17 der Kurvenscheibe 5 (4). Gleichzeitig befindet sich die rechte Kurbel 18 an dem Anfangspunkt der Druckphase der Tretbewegung. Während der Druckphase der rechten Kurbel 18 entwickelt der Fahrer die größte Kraft, wirkend überwiegend senkrecht nach unten, zur Fortbewegung und dem Hub der linken Kurbel 19 zusammen mit dem Pedal 20 und dem linken Bein (5). In der Druckphase unter Druck der Kurvenscheibe 5 rollt sich die Hebelrolle 12 über den ansteigenden Ast 21 der Kurvenkontur 17 der Kurvenscheibe 5; der Schwingfederrollhebel 8 wendet sich ausgesehen im Uhrzeigersinn, dabei spannt der Schwingfederrollhebel 8 die Zugfedern 9, 11 auf. Wenn die rechte Kurbel 18 in dem Endpunkt der Druckphase ankommt, berühren sich die Hebelrolle 5 und die Kurvenkontur 17 an dem Scheitelumkehrpunkt 22 der Kurvenkontur 17 (6). Hier sind die Spannkraft der Zugfeder 9, 11 und die Druckkraft zwischen der Hebelrolle 5 und der Kurvenkontur 17 äußerst groß. In der Zugphase der rechten Kurbel 18 und der Schubphase der linken Kurbel 19 unter Druck der Hebelrolle 12 wird die Kurvenscheibe 5 angetrieben (7). Hier rollt sich die Hebelrolle 12 über den absteigenden Ast 23 der Kurvenkontur 17, solange die Hebelrolle 12 den zweiten Sattelumkehrpunkt 24 der Kurvenkontur 17 der Kurvenscheibe 5 erreicht (8). Ohne Krafteinwirkung auf die Pedale verharrt die linke Kurbel 19 stets in dieser Anfangs- und Bereitstellung, da durch die Druckwirkung der Hebelrolle 12 auf die Kurvenscheibe 5 eine freie unbeabsichtigte Kurvenscheibendrehung ausgeschlossen ist. Die Kurvenscheibe 25 mit symmetrisch gleichen ansteigenden und absteigenden Ästen 26–29 ist zentral- und axial-symmetrisch ausgeführt. Die asymmetrische Kurvenscheibe 30 weist einen in dem Zentralwinkel von α₃₀ = 80° liegenden ansteigenden Ast 31 und einen absteigenden Ast 32 auf. Die ansteigenden Äste 33, 34 der Kurvenscheibe 35 sind einander nicht gleich.
Bezugszeichenliste

1: Kurvengetriebe
2: Kurvengetriebe
3: Kurvengetriebe
4: Fahrrad
5: Kurvenscheibe
6: Schwingfederrollhebel
7: Schwingfederrollhebel
8: Schwingfederrollhebel
9: Zugfeder
10: Zugfeder
11: Zugfeder
12: Hebelrolle
13: Rahmen
14: Hebelachse
15: Hebelachse
16: Sattelumkehrpunkt
17: Kurvenkontur
18: Rechte Kurbel
19: Linke Kurbel
20: Pedal
21: Ansteigender Ast
22: Scheitelumkehrpunkt
23: Absteigender Ast
24: Sattelumkehrpunkt
25: Kurvenscheibe
26: Absteigender Ast
27: Absteigender Ast
28: Absteigender Ast
29: Absteigender Ast
30: Asymmetrische Kurvenscheibe
31: Ansteigender Ast
32: Absteigender Ast
33: Ansteigender Ast
34: Ansteigender Ast
35: Kurvenscheibe

Claims

Tretkurbelantrieb einer Maschine, insbesondere eines Fahrrads, aufweisend eine Überholkupplung, einen Kurbelsatz (18), an dem eine Kurvenscheibe (5), die auf die Bewegung der Kurbel/Kurbeln (18, 19) zyklisch wirkt, befestigt ist, und einen Schwingfederrollhebel (6–8), dessen Hebelachse (14, 15) an dem Rahmen (13) der Maschine unbeweglich angebracht ist und dessen Hebelrolle (12) an einer Kurvenkontur (17) der Kurvenscheibe (5) mittels einer Zugfedereinheit angedrückt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenscheibe (5) in ihrer Drehung durch den Schwingfederrollhebel (6–8) unterstützt ist, wobei die Kurvenkontur (17) der Kurvenscheibe (15) mindestens einen Sattelumkehrpunkt (16) aufweist.
Tretkurbelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sattelumkehrpunkt (16) der Kurvenkontur der Kurvenscheibe (5), die Hebelrolle (12) und die Kurbel (18) in einem Anfangspunkt der Druckphase des Tretzyklus gleichzeitig verlaufen.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Scheitelumkehrpunkt (22) der Kurvenkontur (17) der Kurvenscheibe, die Hebelrolle (12) und die Kurbel (18) in der Druckphase des Tretzyklus einen gemeinsamen Endpunkt aufweisen.
Tretkurbelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheitelumkehrpunkt (22) im Bogen eines Radius von 0–6 mm liegt.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Krümmungshalbmesser der Kurvenkontur an dem Sattelumkehrpunkt größer als ein Außenradius einer Hebelrolle ist.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine den Kraftschluss der Hebelrolle (12) des Schwingfederrollhebels (6) sichernde Zugfeder (9, 9') zwischen einer Hebelachse (14) und Hebelrolle (12) befindet.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schwingfederrollhebel in der Form eines Winkelschwingfederrollhebels (7) ausgeführt ist.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurvenkontur der Kurvenscheibe einen ansteigenden Ast (31) und einen absteigenden Ast (32) aufweist.
Tretkurbelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Winkel des absteigenden Astes (32) größer als ein Winkel (α₃₀) des ansteigenden Astes (31) der Kurvenkontur ist.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckkraft der Hebelrolle (12) regulierbar ist.
Tretkurbelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zugfedereinheit mit mehreren Zugfedern (9, 11) ausgeführt ist.
Tretkurbelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kurvenscheibe als ein Umlaufnocken und eine Schwingfederrollhebel als ein Schalter ausgebildet ist.