DE102019101806A1

DE102019101806A1 - Pedalkurbel mit längenverstellung

Info

Publication number: DE102019101806A1
Application number: DE102019101806.4A
Authority: DE
Inventors: Antonius Georg Rossberger
Original assignee: TQ Systems GmbH
Current assignee: TQ Systems GmbH
Priority date: 2019-01-25
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Vorrichtung für eine automatische Längenverstellung einer Pedalkurbel mit einer Tretwelle, einem ersten Bereich, der auf der Tretwelle gelagert ist und einem zweiten Bereich, der in Bezug auf einen Abstand von der Tretwelle einstellbar ist, und der einen Befestigungsbereich für ein Pedal aufweist. Eine Verstellvorrichtung mit einem Motor und einer Motorsteuerung ist zum Bewegen des zweiten Bereichs relativ zu dem ersten Bereich vorgesehen wobei die Verstellvorrichtung einen elektrischen Motor aufweist.

Description

Der Gegenstand der vorliegenden Beschreibung bezieht sich auf verstellbare Pedalkurbeln, wobei die Längenverstellung mechanisch oder motorgesteuert erfolgen kann. Insbesondere kann die Längenvorstellung auch automatisch erfolgen, und zwar in Abhängigkeit von Benutzereingaben oder auch von äußeren Parametern oder Messgrößen. Die Längenverstellung kann beispielsweise von einem Fahrzustand abhängig sein, der mechanisch oder durch einen Sensor erfasst wird, wobei die Längenverstellung der beiden Pedalkurbeln vorteilhafterweise miteinander synchronisiert sein kann.
Insbesondere ist eine Längenverstellung der Pedalkurbeln gemäß der vorliegenden Beschreibung für Elektrofahrräder geeignet. Weiterhin eignet sich die Längenverstellung für handelsübliche Zweiräder aber auch für Tandems, Liegeräder und drei- oder vierrädrige Lastenfahrräder und Kettcars.
Die Auslegung eines Fahrrads in Bezug auf Rahmengröße und - geometrie und Kurbelarmlänge ist wesentlich mitbestimmend für eine effiziente und ergonomische Nutzung eines Fahrrads.
In den meisten Fällen sind die Käufer eines Fahrrads heutzutage darauf angewiesen, ein Fahrrad mit einer festen Kurbellänge, beispielsweise 170 mm oder 175 mm, zu kaufen oder zu bestellen. Auch wenn dies im Einzelfall eine akzeptable Lösung sein kann, stellt sich die Situation für einen Fahrradverleih bereits anders dar.
Auch für Trainingsgeräte kann es wünschenswert sein, die Kurbellänge an individuelle Bedürfnisse anpassen zu können. Hinzu kommt, dass es auch vorteilhaft sein kann, eine Kurbellänge während der Fahrt automatisch zu verändern, beispielsweise in Abhängigkeit von Parametern wie Fahrgeschwindigkeit, Tretfrequenz, ausgeübtes Tretmoment, Steigung oder Kurbelposition. Die letztere Möglichkeit kann dazu beitragen, einen Totpunkt zu überwinden und so zu einem gleichmäßigeren Antrieb beizutragen.
Die vorliegende Beschreibung offenbart einen verbesserten Kurbelverstellmechanismus für Pedalkurbeln, der beispielsweise die oben genannten Vorteile oder auch weitere Vorteile bieten kann.
Gemäß einer ersten Ausführungsform offenbart die vorliegende Beschreibung eine Vorrichtung für eine automatische Längenverstellung einer Pedalkurbel, insbesondere eines Fahrrads oder Elektrofahrrads.
Die Vorrichtung weist eine Tretwelle und einen ersten Bereich, der auf der Tretwelle gelagert ist, wobei der erste Bereich fest mit der Tretwelle verbunden sein kann.
Ein zweiter verstellbarer Bereich der Längenverstellvorrichtung ist in Bezug auf einen Abstand von der Tretwelle einstellbar. Dieser zweite verstellbare Bereich weist und einen Befestigungsbereich für ein Pedal auf. Insbesondere kann der zweite verstellbare Bereich in radialer Richtung verschiebbar sein.
Weiterhin weist die Vorrichtung zur Längenverstellung eine Verstellvorrichtung zum Bewegen des zweiten Bereichs relativ zu dem ersten Bereich auf, wobei die Verstellvorrichtung einen elektrischen Motor aufweist.
Eine Steuerung der Längenverstellvorrichtung ist mit dem elektrischen Motor und mit einer Stromversorgung oder Batterie elektrisch verbunden.
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform weist die Steuerung einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Fahrzustandes auf, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Steigung, Fahrmodus, Tretmoment oder Tretwellenwinkel.
Der Sensor ist mit dem Mikroprozessor verbunden ist, wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den Motor in Abhängigkeit von dem Fahrzustand anzusteuern. Insbesondere kann die Steuerung zu der Ansteuerung eingerichtet sein, in dem der Mikroprozessor geeignete Soft- und/oder Hardware aufweist. Durch die Ansteuerung des Motors wird der zweite Bereich bewegt und die Länge der Pedalkurbel verändert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuerung einen Anschluss zum Empfangen von Benutzereinstellungen auf, wobei die Benutzereinstellungen insbesondere ein oder mehrere vordefinierte Kurbellängen beinhalten können oder Signale, die die Steuerung dazu veranlassen, die vordefinierten Kurbellängen einzustellen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der erste Bereich eine Führungsschiene auf, wobei der zweite Bereich an zwei gegenüberliegenden Seiten in der Führungsschiene gelagert ist. Beispielsweise kann die Führungsschiene zwei gegenüberliegende Nuten aufweisen, die in Bewegungsrichtung verlaufen, wobei dazu passende Zapfen des zweiten Bereichs in die Nuten eingreifen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist in dem ersten Bereich ein Schneckenrad vorgesehen, das mit dem Motor verbunden ist, wobei der zweite Bereich eine Zahnstange aufweist, in die das Schneckenrad eingreift. Anstatt einer Zahnstange kann der zweite Bereich auch ein Gewinde aufweisen, in das das Schneckenrad eingreift. Das Schneckengewinde hat eine hohe Selbsthemmung, so dass nur geringe Kräfte aufgewandt werden müssen, um den zweiten Bereich in Position zu halten.
Anstatt eines Schneckenrades kann in dem ersten Bereich auch ein Stirnrad vorgesehen ist, das mit dem Motor verbunden ist, und wobei der zweite Bereich mindestens eine Zahnstange aufweist, in die das Stirnrad eingreift. Zusätzlich kann ein Ratschenmechanismus vorgesehen sein, um das Stirnrad in Position zu halten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der erste Bereich eine drehbare Scheibe mit einer exzentrischen Bohrung auf, in der die Tretwelle gelagert ist, wobei die drehbare Scheibe mechanisch mit dem Motor verbunden ist, und wobei der zweite Bereich auf der drehbaren Scheibe gelagert ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Beschreibung eine weitere Vorrichtung für eine automatische Lageverstellung einer Tretwelle eines Fahrrads, insbesondere eines Elektrofahrrads. Durch die Lageverstellung kann der Tretwelle kann ein Effekt erreicht werden, der zur Längenverstellung der Kurbelwelle ähnlich ist.
Bei dieser Vorrichtung ist ein drehbarer Bereich wie eine Scheibe oder ein Zylinder in einem Bereich eines Fahrradrahmens gelagert. Dieser drehbare Bereich weist eine exzentrische Bohrung zur Aufnahme einer Tretwelle auf, die in der exzentrischen Bohrung des drehbaren Bereichs gelagert ist.
Weiterhin ist eine Verstellvorrichtung bzw. ein Aktuator zum Bewegen des drehbaren Bereichs relativ zu dem ersten Bereich vorgesehen, wobei die Verstellvorrichtung einen elektrischen Motor aufweist. Eine Steuerung zur Ansteuerung des elektrischen Motors ist mit dem elektrischen Motor und mit einer Stromversorgung wie einer Batterie elektrisch verbunden.
Beispielsweise kann die Steuerung über einen Bedienhebel oder -knopf Signale empfangen, die eine Abtriebswelle des Motors bis zu einer vordefinierten Winkelposition drehen. In einer einfacheren Ausführung kann die Winkelverstellung bis zu dem vordefinierten Winkel auch durch einfaches An- und Abschalten des Motors bewirkt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Steuerung einen Mikroprozessor oder Mikrokontroller und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Fahrzustandes aufweist, wobei der Sensor mit dem Mikropozessor verbunden ist, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den drehbaren Bereich in Abhängigkeit von dem Fahrzustand zu bewegen und dadurch eine Winkelposition der Tretwelle zu verändern.
Beispielsweise kann die Tretwelle durch die Winkelverstellung beim Anfahren oder beim Bergauffahren in eine ergonomisch günstige Position gebracht werden, wobei der Sensor die Fahrsituation automatisch erkennt.
Zur stabilen Befestigung der drehbaren Scheibe kann die Vorrichtung insbesondere einen Aufnahmezylinder aufweisen, der mit Rohren eines Fahrradrahmens verschweißt ist, in dem die drehbare Scheibe angeordnet ist, wobei der drehbare Bereich einen Gewindering aufweist, und die ein Schneckenrad aufweist, das in den Gewindering eingreift, und das mit dem Motor verbunden ist, wobei das Schneckenrad und der Motor in einem Motorgehäuse angeordnet sind, das mit dem Aufnahmezylinder verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart die vorliegende Beschreibung eine weitere Vorrichtung für die Vorrichtung für eine automatische Längenverstellung einer Pedalkurbel eines Fahrrads, insbesondere eines Elektrofahrrads. Bei dieser Vorrichtung sind die beiden verstellbaren Pedalkurbeln mit einem gemeinsamen Aktuator verbunden, der zwischen den Pedalkurbeln angeordnet ist, wobei der Aktuator stationär an einem Gehäuse befestigt ist.
Die Längenverstellvorrichtung weist eine Tretwelle und eine an einem ersten Ende der Tretwelle angeordnete erste Pedalkurbel auf, wobei die Pedalkurbel einen festen Bereich und einen radial beweglichen Bereich aufweist.
Weiterhin ist eine zweite Pedalkurbel an einem zweiten Ende der Tretwelle angeordnete zweite Pedalkurbel, die die einen festen Bereich und einen radial beweglichen Bereich aufweist.
Ein stationäre mit einem Gehäuse verbundener Aktuator zur Erzeugung einer Axialbewegung entlang einer Axialrichtung der Tretwelle ist im Bereich der Tretwelle aber außerhalb der Tretwelle vorgesehen.
Eine mit dem Aktuator mechanisch verbundene EntkoppelungsVorrichtung sorgt für eine Entkopplung der Axialbewegung von einer Rotation der Tretwelle. Beispielsweise kann eine solche Entkopplungsvorrichtung durch eine Schaltgabel-Schaltmuffe Verbindung oder durch eine Hydraulik bereitgestellt werden.
Eine auf der Tretwelle angeordnete Übertragungs-Vorrichtung überträgt die Axialbewegung in Richtung auf den beweglichen Bereich der ersten Pedalkurbel und in Richtung auf den beweglichen Bereich der zweiten Pedalkurbel.
Eine auf der Tretwelle angeordnete und mit dem beweglichen Bereich der ersten Pedalkurbel verbundene erste Umlenkungsvorrichtung lenkt die axiale Bewegung entlang der Tretwelle in eine radiale und senkrecht zur Tretwelle gerichtete Bewegung des beweglichen Bereichs der ersten Pedalkurbel um.
In ähnlicher Weise lenkt eine auf der Tretwelle angeordnete und mit dem beweglichen Bereich der zweiten Pedalkurbel verbundene zweite Umlenkungsvorrichtung die axiale Bewegung in eine radiale Bewegung des beweglichen Bereichs der zweiten Pedalkurbel um.
Des Weiteren ist eine Steuerung mit dem elektrischen Aktuator und mit einer Stromquelle, wie beispielsweise einer Batterie, elektrisch verbunden ist. Insbesondere kann der Aktuator einen elektrischen Motor aufweisen.
Für eine zielgerichtete Ansteuerung des Aktuators kann die Vorrichtung weiterhin einen Mikroprozessor oder -controller und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Fahrzustandes aufweisen, wobei der Sensor mit dem Mikropozessor verbunden ist, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den Aktuator gemäß dem Fahrzustand anzusteuern.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Entkoppelungsvorrichtung eine Schaltstange, eine Schaltgabel und eine Schaltmuffe aufweist.
Zur effizienten Übertragung der Axialbewegung kann die auf der Tretwelle angeordnete Übertragungsvorrichtung insbesondere eine erste Aktuatorstange und eine zweite Aktuatorstange aufweisen, die jeweils mit der Entkoppelungsvorrichtung verbunden sind.
Gemäß einem spezifischen Ausführungsbeispiel weisen die an den Enden der Tretwelle befestigten Umlenkungsvorrichtungen jeweils eine Zahnstange, ein Stirnrad und eine Schraube auf, wobei die Schraube in ein Gewinde eingreift, das in dem jeweiligen beweglichen Teil der ersten Pedalkurbel beziehungsweise der zweiten Pedalkurbel vorgesehen ist. Die Zahnstange ist jeweils als ein Bereich der Übertragungsvorrichtung bzw. der Aktuatorstange ausgebildet.
Zur stabilen Befestigung der Längenverstellung können die festen Bereiche der Pedalkurbeln insbesondere jeweils eine Führungsschiene aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Tretwelle als eine Vollwelle ausgebildet, die an dem ersten Ende ein erstes Gewinde und an dem zweiten Ende ein zweites Gewinde aufweist. Der feste Bereich der ersten Pedalkurbel ist an dem ersten Gewinde festgeschraubt ist und der feste Bereich der zweiten Pedalkurbel ist an dem zweiten Gewinde festgeschraubt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die insbesondere für elektrisch angetriebene Fahrräder geeignet ist, ist ein Tretwellen-Freilauf auf der Tretwelle angeordnet, wobei radial innerhalb des Tretwellen-Freilaufs eine Durchbohrung vorgesehen ist, durch die die Übertragungsvorrichtung beziehungsweise die Aktuatorstange hindurchgeführt ist.
Der Gegenstand der Beschreibung wird im Folgenden unter Bezug auf die nachstehenden Figuren weiter erläutert.

1 zeigt einen ersten Pedalkurbel-Verstellmechanismus, bei dem eine Pedalkurbel einen festen und einen beweglichen Teil aufweist und ein Schneckenrad zum Verschieben des beweglichen teils in einer Führungsschiene,
2 zeigt einen ersten Arretierungsmechanismus für die Pedalkurbel von 1,
3 zeigt einen zweiten Arretierungsmechanismus für die Pedalkurbel von 1,
4 zeigt einen zweiten Pedalkurbel-Verstellmechanismus mit einem Zahnstangengetriebe zum Verschieben eines beweglichen Teils in einem Schlitz des festen Teils,
5 zeigt eine Querschnittsansicht des Pedalkurbel-Verstellmechanismus von 4,
6 zeigt einen dritten Pedalkurbel-Verstellmechanismus, wobei die Pedalkurbel ein festes und ein bewegliches Teil aufweist, und wobei der feste Teil ein Schneckenrad aufweist, dass in ein Gewinde des beweglichen Teils eingreift,
7 zeigt einen vierten Pedalkurbel-Verstellmechanismus mit einer exzentrisch angeordneten Bohrung, wobei die Kurbel über eine drehbare Scheibe exzentrisch auf einer Tretwelle gelagert ist,
8 zeigt einen Antrieb zum Rotieren der drehbaren Scheibe von 7,
9 zeigt einen fünften Pedalkurbel-Verstellmechanismus mit einem Kolben-Verstellmechanismus, wobei der bewegliche Teil in einer Führungsschiene gelagert und mit einem Ende einer Kolbenstange verbunden ist,
10 zeigt einen sechsten Pedalkurbel-Verstellmechanismus mit einer exzentrischen Bohrung, wobei ein Kurbel exzentrisch an einem drehbaren Zylinder gelagert ist, der polygonale Endstücke zum Arretieren der Winkelstellung aufweist,
11 zeigt einen siebenten Pedalkurbel-Verstellmechanismus mit einer exzentrischen Bohrung, wobei ein Verstellmotor an einem Fahrradrahmen vorgesehen ist,
12 zeigt eine zweite Ansicht des Pedalkurbel-Verstellmechanismus von 11,
13 zeigt einen weiteren Pedalkurbel-Verstellmechanismus, bei dem ein Antrieb in Axialrichtung in eine radiale Längenänderung der Kurbeln umgesetzt wird,
14 zeigt eine Zahnstangenanordnung des Verstellmechanismus von 13,
15 zeigt eine Querschnittsansicht des Verstellmechanismus von 13 entlang dem Querschnitt A-A,
16 zeigt eine Abwandlung des Verstellmechanismus von 13, die für ein Elektrofahrrad geeignet ist,
17 zeigt eine weitere Abwandlung des Verstellmechanismus von 13, bei der die Tretwelle als Vollwelle ausgebildet ist, und
18 zeigt eine weitere Abwandlung des Verstellmechanismus von 13, bei der die Umwandlung in die Längenänderung durch einen Hebelmechanismus bewirkt wird.

In der folgenden Beschreibung werden Einzelheiten bereitgestellt, um die Ausführungsbeispiele der Beschreibung zu erläutern. Es soll jedoch für den Fachmann erkenntlich sein, dass die Ausführungsbeispiele auch ohne solche Einzelheiten praktisch umgesetzt werden können.
1 zeigt einen Pedalkurbel-Verstellmechanismus 10. Eine Führungsschiene 13 umgibt ein festes Teil 11 und ein bewegliches Teil 12 von entgegengesetzten Seiten. Ein seitlicher Bereich 17 der Führungsschiene weist ein Schneckenrad 15 auf, das in eine Zahnstange 16 eingreift, die an dem beweglichen Teil 12 befestigt ist. Weiterhin weist der seitliche Bereich 17 einen Gleichstrommotor 18 auf, der mit einer Steuerung 19 über elektrisch leitfähige Pfade 20 verbunden ist.
Insbesondere können die elektrisch leitfähigen Pfade 20 einen Schleifring/Bürstenkontakt aufweisen, wodurch der Motor 18 auf der rotierenden Kurbel 8 mit der Steuerung 19 verbunden werden kann. Die Steuerung 19 ist elektrisch mit einer Batterie 21 verbunden.
Der feste Teil 11 ist auf einer Tretwelle 22 über einen Vierkant 23 gelagert. Ein Antriebszahnrad 24 ist auf der Tretwelle gelagert. Der bewegliche Teil 12 der verstellbaren Pedalkurbel 10 weist ein Gewinde 9 zum Befestigung eines Pedals auf.
Die Steuerung 19 ist mit Sensoren verbunden, die in 1 nicht gezeigt sind. Die Sensoren können unter anderem einen Spannungssensor, einen Stromsensor, einen Drehzahlsensor und einen Drehmomentsensor aufweisen.
Währen eines Betriebs eines Fahrrads steuert die Steuerung 19 den Motor 18 an, und der Motor 18 dreht das Schneckenrad 15 bis die Länge der Kurbel 10 auf eine geeignete vorbestimmte Länge eingestellt ist. Zum Beispiel kann die Länge der Kurbel 10 während einer Startphase oder beim langsamen Fahren auf eine größere Länge eingestellt sein, und sie kann beim Fahren mit Reisegeschwindigkeit oder beim schnellen Fahren auf eine kürzere Länge eingestellt sein.
Gemäß der vorliegenden Beschreibung kann der kürzere Hebelarm bei einer kürzeren Kurbellänge durch einen Motorantrieb kompensiert werden, wobei der Motorantrieb durch einen elektrischen Motor bereitgestellt sein kann, der mechanisch mit der Tretwelle 22 verbunden ist.
In Allgemeinen kann die Kurbellänger umso kürzer eingestellt werden, je höher die Trittfrequenz ist. Bei einer höheren Trittfrequenz wird die Pedalkraft zunehmend durch die Trittfrequenz bereitgestellt und weniger durch das eingeleitete Drehmoment. Wenn die Kurbellänge verkürzt wird, wird das Fahren bei hohen Trittfrequenzen bequemer.
Bei einer verstellbaren Kurbel gemäß der vorliegenden Beschreibung wird die Kurbellänge gemäß einem Fahrzustand bzw. einer Fahrcharakteristik angepasst, wie beispielsweise einer Drehzahl. Die automatische Kurbellängenverstellung kann durch eine mechanische Vorrichtung, wie einer Fliehkraftregelung, und/oder durch eine elektronische Vorrichtung mit einem Aktuator bereitgestellt werden.
Die oben erwähnte Längenverstellung der Kurbel kann auch mit einem Längenverstellmechanismus gemäß der 4 bis 9 bewirkt werden. In 1 ist nur eine Kurbel 8 von zwei Pedalkurbeln gezeigt. Vorzugsweise ist die Pedalkurbel an der gegenüberliegenden Seite, die in 1 nicht gezeigt ist, auch verstellbar und die Längenverstellungen der ersten Pedalkurbel 8 und der zweiten Pedalkurbel sind miteinander synchronisiert. Insbesondere kann die zweite Pedalkurbel mit derselben oder einer ähnlichen Vorrichtung eingestellt werden.
Die 2 und 3 zeigen Beispiele von Arretierungsvorrichtungen. Durch Verwendung eines Arretierungsmechanismus kann der bewegliche Teil 12 in einer festen Position gehalten werden. Die Arretierungsvorrichtungen der 2 und 3 greifen in den beweglichen Teil 12 ein. Alternativ dazu kann ein Arretierungsmechanismus auch in Teile des Antriebs, wie zum Beispiel in das Schneckenrad 15 eingreifen.
2 zeigt eine erste Arretierungsvorrichtung für die Pedalkurbel 8 von 1. Die Arretierungsvorrichtung weist eine erste Zahnstange 25 und eine zweite Zahnstange 26 auf. Die Zahnstangen 25, 26 können aufeinander zubewegt werden, bis sie ineinander eingreifen, oder sie können voneinander wegbewegt werden, um eine Bewegung des beweglichen Teils 12 entlang einer Längsrichtung zu ermöglichen.
Die 3 zeigt eine zweite Arretierungsvorrichtung für die Pedalkurbel 8 von 1, die einen Pin 27 aufweist, in einer Querrichtung bewegbar ist, und eine entsprechende Öffnung 28. Der Pin 27 kann in die Öffnung 28 hinein- und aus der Öffnung 28 hinausbewegt werden, um das bewegliche Teil 12 in einer festen Position zu arretieren oder um eine Bewegung des beweglichen Teils 12 in einer Längsrichtung zu ermöglichen.
Die 4 zeigt einen zweiten Pedalkurbel-Verstellmechanismus 10' mit einer Pedalkurbel 8', die einen festen Teil 11' und einen beweglichen Teil 12' aufweist. Ein Zahnrad 31 eines Zahnstangengetriebes erstreckt sich durch einen Schlitz 30 an dem beweglichen Teil 12' und greift in Zahnstangen 36, 37 des beweglichen Teils 12' ein.
Die 5 zeigt eine Querschnittsansicht des Pedalkurbel-Verstellmechanismus 10' von 4. Wie in 5 am besten erkennbar ist, ist das Zahnrad 31 mit einer ersten Rillenscheibe verbunden, die mit einer zweiten Rillenscheibe 38 über ein Zugmittel, wie einem Riemen oder einer Kette verbunden ist.
Die zweite Rillenscheibe 38 ist mit einem Motor 18' verbunden, der über eine Bürste 39 und einen Schleifring 40 mit einer Stromquelle verbunden ist, die auf einer festen Achse eines Elektrofahrrads verbunden ist, das in 5 nicht gezeigt ist.
6 zeigt einen dritten Pedalkurbel-Verstellmechanismus 10' mit einer Pedalkurbel 8'', die einen festen Teil 11'' und einen beweglichen Teil 12'' aufweist. Ein angetriebenes Schneckenrad 15' ist auf dem festen Teil 11' angeordnet, der wie ein Rohrknie geformt ist. Das Schneckenrad 15' greift in ein Gewinde 42 des beweglichen Teils 12' ein. Pins 43 des beweglichen Teils 12'' greifen in Führungsbohrungen 44 des festen Teils 11' ein.
7 zeigt einen vierten Pedalverstell-Mechanismus 10'" mit einem Exenter-Verstellmechanismus 43, wobei ein Kurbelgriff 44 einer Pedalkurbel 8'''' über einer drehbare Scheibe 45 auf einer Tretwelle 22 exzentrisch gelagert ist.
8 zeigt eine Vorrichtung zum Drehen der drehbaren Scheibe 45 von 7. Eine innere Fläche 46 des Kurbelgriffs 44 weist eine gewundene Kontur 47 auf, in die Zähne 48 der drehbaren Scheibe 45 eingreifen. Eine Welle 49 verbindet die drehbare Scheibe 45 mit einem Motor 18.
Während einer Verstellung der Kurbellänge dreht der Motor 18 die drehbare Scheibe und bewegt sie vorwärts und rückwärts, so dass die Zähne 48 in der gewundenen Kontur 45 gleiten. Dadurch wird die drehbare Scheibe 45 relativ zu dem Kurbelgriff 44 gedreht und die Position der Tretwelle 22 wird relativ zu dem Kurbelgriff 44 rotiert. Dies ist am besten in 7 erkennbar, in der auch die Längenänderung für Rotationen der rotierbaren Scheibe 45 um 0, 90 und 180 Grad gezeigt ist.
9 zeigt einen fünften Pedalverstellmechanismus 10'''' mit einem Koben-Verstellmechanismus 50, wobei ein beweglicher Teil 12''' einer Pedalkurbel 8'''' in einer Führungsschiene 51 gelagert ist und mit einem Ende 52 einer Kolbenstange 53 verbunden ist.
Die 10 bis 12 zeigen weitere Pedalkurbel-Verstellmechanismen. Anders als die Ausführungsformen der 1 bis 11 verändern die Vorrichtungen der 9 bis 12 nicht eine effektive Länge einer Pedalkurbel. Stattdessen wird eine Lage der Tretwelle in Bezug auf den Fahrradrahmen verändert. Somit verändern die Ausführungsbeispiele der 9 bis 12 einen Gesamt-Hebelarm, der durch das Bein des Fahrers und die Pedalkurbel gebildet wird.
10 zeigt einen sechsten Pedalkurbel-Verstellmechanismus 10^(v) mit einem Exzenter-Verstellmechanismus. Ähnliche wie in dem Ausführungsbeispiel von 7 und 8 ist eine Tretwelle 55 exzentrisch in einem drehbaren Zylinder 56 angeordnet. Der drehbare Zylinder 56 weist polygonale Endstücke 57 zum Fixieren einer Winkelstellung auf. Die Tretwelle 55 ist in einer Bohrung 58 gelagert, die in dem drehbaren Zylinder 56 vorgesehen ist. Ein Befestigungsteil 61 für eine Pedalkurbel, die in 10 nicht gezeigt ist, ist in einer zweiten Bohrung 62 des rotierbaren Zylinders angeordnet.
Ein erster Motor 18 ist zum Rotieren des drehbaren Zylinders 56 vorgesehen, und ein zweiter Motor ist zum Bewegen der polygonalen Endstücke in eine Arretierungsposition und aus der Arretierungsposition hinaus vorgesehen. Der erste Motor 18 ist mit einem Zahnrad 63 über eine Welle 64 verbunden. Das Zahnrad 63 greift in eine Verzahnung 65 ein, die auf einem Umfang des drehbaren Zylinders 56 vorgesehen ist. Die Motoren 18 und 60 sind elektrisch mit einer Steuerung 19 verbunden, die mit einer Batterie 21 verbunden ist.
Die 11 und 12 zeigen einen siebenten PedalVerstellmechanismus 10^(VI) mit einer exzentrisch angeordneten Bohrung, bei der ein Verstellmotor 18 auf einem Fahrradrahmen angeordnet ist. Der Pedalkurbel-Verstellmechanismus 10^(VI) weist einen festen Bereich 11''' und einen drehbaren Bereich 12''' auf. Der feste Bereich 11''' weist ein Aufnahmerohr 67 auf, das an Rohre 68 eines Fahrradrahmens angeschweißt ist, und ein Motorgehäuse 70. Der drehbare Bereich 12''' weist einen ersten Zylinderbereich 73 mit einer exzentrischen Bohrung 72 und einen zweiten Zylinderbereich 71 auf.
Ein Schneckenrad 15'' ist an einem Motor 18 befestigt und in dem Motorgehäuse 70 angeordnet. Das Schneckenrad 15''' greift in einen Gewindering 74 ein, der auf den Zylinderbereich 73 aufgeschraubt ist. Der Motor 18 ist elektrisch mit einer Steuerung 19 verbunden, die wiederum mit einer Batterie 21 verbunden ist. Eine Tretwelle 22 ist in der exzentrischen Bohrung 72 vorgesehen. Während des Betriebes dreht der Motor 18 die exzentrische Bohrung 72 in eine vorbestimmte Lage.
Die 13 bis 18 zeigen weitere Ausführungsbeispiele für Anordnungen zur Längenverstellung von Pedalkurbeln. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird mittels einer Schaltgabel/Schaltmuffe-Verbindung eine Längsbewegung entlang einer axialen Richtung erzeugt, die dann mit einem Zahnradgetriebe oder mit Hebeln in eine radiale Bewegung der Pedalkurbeln umgesetzt wird. Durch diese Anordnungen sind die Radialbewegungen der beiden Pedalkurbeln mechanisch miteinander synchronisiert.
Statt einem Verstellmotor kann auch eine Fliehkraftregelung vorgesehen sein. In diesem Fall ist es zweckmäßig die Kraft der Fliehkraftregelung zu verstärken, um daraus eine ausreichende Verstellkraft zu erzeugen. Dies kann beispielsweise durch eine Hydraulik bewirkt werden.
Weiterhin kann die Axialbewegung statt durch einen Verstellmotor auch durch die weiter oben erwähnte Hydraulik erzeugt werden, beispielsweise eine mit Öl betrieben Hydraulik. Dadurch kann eine gute Entkoppelung von der Drehbewegung erreicht werden.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ein Druck von einer hydraulischen Leitung auf einen innerhalb der Tretwelle oder an der Tretwelle befindlichen Kolben übertragen, der in axialer Richtung angeordnet ist. Die Bewegung des Kolbens erzeugt eine Bewegung in axialer Richtung, die in eine Radialbewegung der Tretkurbeln umgelenkt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind an der Tretwelle Ringdichtungen vorgesehen, die ein seitliches Austreten der Flüssigkeit verhindern oder begrenzen.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 13 ist eine Schaltmuffe 67 auf einer Tretwelle 22' in einer Führung angeordnet. Die in 13 nicht gezeigte Führung kann beispielsweise durch eine Verzahnung mit axial ausgerichteten Nuten gebildet werden. Die Schaltmuffe 67 ist in Fahrtrichtung links und rechts jeweils mit Aktuatorstangen 68, 69 verbunden.
Die Aktuatorstangen 68, 69 sind jeweils mit einem Verstellmechanismus 10^(VII) verbunden, der in der Ausschnittvergrößerung von 14 in weiteren Einzelheiten gezeigt ist. Die Pedalkurbeln 8 sind jeweils in einer radialen Führungsschiene 13' angeordnet, der auf der Tretwelle 22' befestigt ist. Eine Schaltgabel 70 ist auf einer Stange 71 angeordnet, die mit einem Motor 18 mechanisch verbunden ist.
Weiterhin ist auf der Tretwelle 22' ein Abtriebszahnrad 22' angeordnet, über das ein Abtriebsdrehmoment ausgeleitet werden kann, was beispielsweise über eine hier nicht gezeigte Kette erfolgen kann.
Wie in 14 am besten erkennbar ist, weist die Pedalkurbel 8 ein Gewinde 42' auf. Eine Schraube 15'' greift in das Gewinde 42' der Pedalkurbel 8 ein. Die Schraube 15'' weist ein Stirnrad 72 auf, das in einen gezahnten Bereich 16' der Aktuatorstange 68 eingreift. Der gezahnte Bereich 16' der Aktuatorstange bildet eine Zahnstange 16'.
Die entsprechende Verstellmechanismus 10^(VII) auf der gegenüberliegenden Seite ist entsprechend zu dem in 14 gezeigten Verstellmechanismus 10^(VII) aufgebaut. Die auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Verstellmechanismen 10^(VII) sind jeweils so aufgebaut, dass sich die auf gegenüberliegenden Seiten angeordneten Pedalkurbeln 8 bei einer Bewegung der Aktuatorstangen 68, 69 in die gleiche Richtung jeweils beide nach außen oder bei nach innen bewegen. Und zwar bewegen sich die Pedalkurbeln um den gleichen Betrag nach außen oder nach innen.
Eine gleichgerichtete Bewegung der Pedalkurbeln 8 kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sich die Stirnräder 72 auf einer jeweils anderen Seite der jeweiligen Aktuatorstange 68, 69 befinden, wodurch sie sich in entgegengesetzte Richtungen drehen. Alternativ dazu können die Gewinde auf gegenüberliegenden Seiten auch zueinander spiegelbildlich ausformt sein.
15 zeigt eine Querschnittsansicht der Anordnung von 13 entlang der Querschnittslinie A-A in der, von innen nach außen, die Tretwelle 22', das Abtriebszahnrad 24, die Schaltmuffe 67, die Schaltgabel 70 und die Schaltstange 71 erkennbar sind. In dem Abtriebszahnrad 24 ist eine Bohrung 80 vorgesehen, durch die die Aktuatorstange 69 durch das Abtriebszahnrad 24 hindurch zu der Pedalkurbel 8 hindurchgeführt ist.
Anstelle einer Mechanik mit Schaltmuffe und Schaltstange kann auch eine Hydraulik verwendet werden, wodurch ebenfalls die Axialbewegung von der Drehbewegung entkoppelt wird. In Analogie zum Schaltgetriebe werden diese Bauteile als Schaltmuffe und Schaltstange bezeichnet, obwohl sie in dem Zusammenhang der vorliegenden Ausführungsbeispiele als Betätigungsmuffe und Betätigungsstange wirken und anstelle eines Schaltvorgangs eine stufenlose Verstellung der Pedalkurbeln bewirken.
Weiterhin können zur Verringerung der Reibung bei der Entkoppelung der Axialbewegung des mit dem Gehäuse verbundenen Aktuators von der Drehbewegung der Tretwelle ein oder mehrere Wälz- bzw. Kugellager eingebaut sein.
16 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das für ein Elektrofahrrad mit einem Hilfsantrieb geeignet ist. Hierbei ist ein Innenring 81 eines Tretwellenfreilaufs 75 auf der Tretwelle 22' ausgebildet. Radial nach außen schließt sich ein Außenring 76 des Tretwellenfreilaufs 75 an, der gleichzeitig als Abtriebs-Hohlwelle 76 ausgebildet ist, auf der das Abtrieszahnrad 24 angeordnet ist.
Die Abtriebshohlwelle 76 bildet gleichzeitig einen Innenring eines Motor-Freilaufs 77. Ein Außenring 78 des Motor-Freilaufs 77 weist eine Zähnung auf, in die ein Getriebezahnrad 79 eingreift. Das Getriebezahnrad 79 stellt eine letzte Getriebestufe eines hier nicht gezeigten Getriebes dar, dass von einem hier nicht gezeigten Elektromotor angetrieben wird.
Das Getriebezahnrad 79 ist nur als beispielhaft für eine letzte Getriebestufe gezeigt. Die letzte Getriebestufe kann auch durch einen anderen Bestandteil eines Untersetzungsgetriebes gebildet werden, wie beispielsweise durch ein Sonnenrad, einen Planetenträger oder ein Hohlrad eines Planetengetriebes oder ein Innenrad oder ein Außenrad eines harmonischen Pin- oder Kettengetriebes. Weiterhin kann sich der Motorfreilauf 77 im Drehmomentfluss näher an dem Motor befinden als in 16 gezeigt. Die Tretwelle 22' kann insbesondere auch als Vollwelle ausgebildet sein.
Ähnlich wie das Abtriebszahnrad 24 in den Ausführungsbeispielen der vorhergehenden 13 und 14 ist der Innenring des Tretwellenfreilaufs bzw. die Welle, auf der sich der Innenring des Tretwellenfreilaufs befindet, an einer Stelle mit einer Bohrung versehen und die Aktuatorstange 69 ist durch die Bohrung hindurchgeführt.
17 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in der die Tretwelle 22' als eine Vollwelle 22'' ausgebildet ist. Insbesondere können die Merkmale von 17 auch mit denen von 16 kombiniert werden.
In der Tretwelle 22'' sind Gewinde vorgesehen, an die die festen Teile des Verstellmechanismus angeschraubt sind, wobei „fest“ im Sinne von „fest mit der Tretwelle verbunden“ zu verstehen ist. Als ein optionales Merkmal kann die Schraube 15'' zur zusätzlichen seitlichen Stabilisierung und zur Vermeidung von Vibrationen in der Tretwelle 22' gelagert sein.
18 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, in der eine Umlenkung von der axialen in die radiale Bewegungsrichtung durch einen Hebelmechanismus bewirkt wird.
Obwohl die obige Beschreibung viele Einzelheiten enthält, sollen diese nicht so aufgefasst werden, dass sie den Schutzbereich der Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich zur Veranschaulichung voraussichtlicher Ausführungsformen. Insbesondere sollen oben angegebene Vorteile der Ausführungsbeispiele nicht so aufgefasst werden, dass sie den Schutzbereich der Ausführungsformen einschränken, sondern lediglich zur Erläuterung möglicher Ziele, wenn die beschriebenen Ausführungsbeispiele in die Praxis umgesetzt werden. Demgemäß soll der Schutzbereich der Ausführungsbeispiele durch die Patentansprüche und ihre Äquivalente bestimmt werden, und nicht durch die bereitgestellten Beispiele.
Bezugszeichenliste

9 8,8',8",8' ",8"": Pedalkurbel Gewinde
10, 10'', 10''', 10"", 10^(v), 10^(VI), 10^(VII), 10^(VIII): Pedalkurbel-Verstellmechanismus
11: fester Teil
12: beweglicher Teil
13: Führungsschiene
15,: 15' Schneckenrad
16: Zahnstange
17: seitlicher Bereich
18,: 18' Motor
19: Steuerung
22: Tretwelle
23: Vierkant
24: Antriebszahnrad
25: Zahnstange
26: Zahnstange
30: Schlitz
31: Zahnrad
35: Rillenscheibe
36: Zahnstange
37: Zahnstange
38: Rillenscheibe
39: Bürste
40: Schleifring
42: Gewinde
43: Exzenter-Verstellmechanismus
44: Kurbelgriff
45: drehbare Scheibe
46: innere Fläche
47: gewundene Kontur
48: Zähne
49: Welle
50: Kolben-Verstellmechanismus
51: Führungsschiene
52: Ende des Kolbens
53: Kolben
55: Tretwelle
60: Motor
61: feste Achse
63: Zahnrad
64: Welle
65: Verzahnung
66: Hebel
67: Schaltmuffe
68: Aktuatorstange
69: Aktuatorstange
70: Schaltgabel
71: Schaltstange
72: Stirnrad
73: Zylinderbereich
74: Gewindering
75: Tretwellenfreilauf
76: Abtriebshohlwelle
77: Motor-Freilauf
78: Außenring des Motor-Freilaufs
79: Getriebezahnrad
80: Bohrung
81: Innenring Tretwellen-Freilauf

Claims

Vorrichtung für eine automatische Längenverstellung einer Pedalkurbel, aufweisend: - eine Tretwelle, - einen ersten Bereich, der auf der Tretwelle gelagert ist, - einen zweiten Bereich, der in Bezug auf einen Abstand von der Tretwelle einstellbar ist, und der einen Befestigungsbereich für ein Pedal aufweist, - eine Verstellvorrichtung zum Bewegen des zweiten Bereichs relativ zu dem ersten Bereich, wobei die Verstellvorrichtung einen elektrischen Motor aufweist, - eine Steuerung, die mit dem elektrischen Motor elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerung einen Mikroprozessor und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Fahrzustandes aufweist, der mit dem Mikropozessor verbunden ist, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den Motor in Abhängigkeit von dem Fahrzustand anzusteuern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Steuerung einen Anschluss zum Empfangen von Benutzereinstellungen aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Bereich eine Führungsschiene aufweist, und wobei der zweite Bereich in der Führungsschiene gelagert ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei in dem ersten Bereich ein Schneckenrad vorgesehen ist, das mit dem Motor verbunden ist, und wobei der zweite Bereich eine Zahnstange aufweist, in die das Schneckenrad eingreift.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei in dem ersten Bereich ein Schneckenrad vorgesehen ist, das mit dem Motor verbunden ist, und wobei der zweite Bereich ein Gewinde aufweist, in die das Schneckenrad eingreift.
Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei in dem ersten Bereich ein Stirnrad vorgesehen ist, das mit dem Motor verbunden ist, und wobei der zweite Bereich eine Zahnstange aufweist, in die das Stirnrad eingreift.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der erste Bereich eine drehbare Scheibe mit einer exzentrischen Bohrung aufweist, in der die Tretwelle gelagert ist, wobei die drehbare Scheibe mechanisch mit dem Motor verbunden ist, und wobei der zweite Bereich auf der drehbaren Scheibe gelagert ist.
Vorrichtung für eine automatische Lageverstellung einer Tretwelle, aufweisend: - einen drehbaren Bereich, der in einem Bereich eines Fahrradrahmens gelagert ist, und der eine exzentrische Bohrung aufweist, - eine Tretwelle, die in der exzentrischen Bohrung des drehbaren Bereichs gelagert ist, - eine Verstellvorrichtung zum Bewegen des drehbaren Bereichs relativ zu dem ersten Bereich, wobei die Verstellvorrichtung einen elektrischen Motor aufweist, - eine Steuerung, die mit dem elektrischen Motor elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei die Steuerung einen Mikroprozessor und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Fahrzustandes aufweist, wobei der Sensor mit dem Mikropozessor verbunden ist, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den drehbaren Bereich in Abhängigkeit von dem Fahrzustand zu bewegen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 9 oder Anspruch 10, die einen Aufnahmezylinder aufweist, in dem die drehbare Scheibe angeordnet ist, wobei der drehbare Bereich einen Gewindering aufweist, und die ein Schneckenrad aufweist, das in den Gewindering eingreift, und das mit dem Motor verbunden ist, wobei das Schneckenrad und der Motor in einem Motorgehäuse angeordnet sind, das mit dem Aufnahmezylinder verbunden ist.
Vorrichtung für eine automatische Längenverstellung einer Pedalkurbel, aufweisend: - eine Tretwelle, - eine an einem ersten Ende der Tretwelle angeordnete erste Pedalkurbel, die einen festen Bereich und einen radial beweglichen Bereich aufweist, - eine an einem zweiten Ende der Tretwelle angeordnete zweite Pedalkurbel, die die einen festen Bereich und einen radial beweglichen Bereich aufweist, - einen Aktuator zur Erzeugung einer Axialbewegung entlang einer Axialrichtung der Tretwelle, - eine mit dem Aktuator mechanisch verbundene Entkoppelungs-Vorrichtung zur Entkopplung der Axialbewegung von einer Rotation der Tretwelle, - eine auf der Tretwelle angeordnete Übertragungs-Vorrichtung zur Übertragung der Axialbewegung in Richtung auf den beweglichen Bereich der ersten Pedalkurbel und in Richtung auf den beweglichen Bereich der zweiten Pedalkurbel, - eine auf der Tretwelle angeordnete und mit dem beweglichen Bereich der ersten Pedalkurbel verbundene erste Umlenkungsvorrichtung zur Umlenkung der axialen Bewegung in eine radiale Bewegung des beweglichen Bereichs der ersten Pedalkurbel, - eine auf der Tretwelle angeordnete und mit dem beweglichen Bereich der zweiten Pedalkurbel verbundene zweite Umlenkungsvorrichtung zur Umlenkung der axialen Bewegung in eine radiale Bewegung des beweglichen Bereichs der zweiten Pedalkurbel, - eine Steuerung, die mit dem elektrischen Aktuator elektrisch verbunden ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12, wobei die Vorrichtung einen Mikroprozessor und mindestens einen Sensor zur Erfassung eines Fahrzustandes aufweist, der mit dem Mikropozessor verbunden ist, und wobei die Steuerung dazu eingerichtet ist, den Aktuator gemäß dem Fahrzustand anzusteuern.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Entkoppelungsvorrichtung eine Schaltstange, eine Schaltgabel und eine Schaltmuffe aufweist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 12 oder Anspruch 13, wobei die Entkoppelungsvorrichtung einen hydraulischen Antrieb aufweist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Übertragungsvorrichtung eine erste Aktuatorstange und eine zweite Aktuatorstange aufweist, die jeweils mit der Entkoppelungsvorrichtung verbunden sind.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei die Umlenkungsvorrichtungen jeweils eine Zahnstange, ein Stirnrad und eine Schraube aufweisen, wobei die Schraube in ein Gewinde eingreift, das in dem jeweiligen beweglichen Teil der ersten Pedalkurbel beziehungsweise der zweiten Pedalkurbel vorgesehen ist, und wobei die Zahnstange jeweils als ein Bereich der Übertragungsvorrichtung ausgebildet ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die festen Bereiche der Pedalkurbeln jeweils eine Führungsschiene aufweisen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 18, wobei die Tretwelle als eine Vollwelle ausgebildet ist, die an dem ersten Ende ein erstes Gewinde und an dem zweiten Ende ein zweites Gewinde aufweist, und wobei der feste Bereich der ersten Pedalkurbel an dem ersten Gewinde festgeschraubt ist und der feste Bereich der zweiten Pedalkurbel an dem zweiten Gewinde festgeschraubt ist.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei eine Tretwellen-Freilauf auf der Tretwelle angeordnet ist, und wobei radial innerhalb des Tretwellen-Freilaufs eine Durchbohrung vorgesehen ist, durch die die Übertragungsvorrichtung hindurchgeführt ist.