DE1061210B

DE1061210B - Pedal cranks on bicycles

Info

Publication number: DE1061210B
Application number: DEST13359A
Authority: DE
Inventors: Oscar Stettler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-01-26
Filing date: 1958-01-20
Publication date: 1959-07-09

Description

Tretkurbelgetriebe an Fahrrädern Die Erfindung bezieht sich auf ein für Fahrräder bestimmtes Tretkurbelgetriebe mit auf Kreisbahnen umlaufenden Pedalen.Pedal crank on bicycles The invention relates to a Pedal crank gear intended for bicycles with pedals rotating on circular paths.

Sind die Pedale in gebräuchlicher Weise stets um 180° zueinander versetzt, so ergibt sich der Nachteil, daß die Muskeln des Hüftgelenkes und die Muskeln des Kniegelenkes beim Treten nicht gleichmäßig zusammenarbeiten. Um eine bessere Gleichmäßigkeit in der Leistung beider Muskeln zu erzielen, ist eine bestimmte Höhe der Sattelstellung erforderlich. Dies ist dann der Fall, wenn Ober- und Unterschenkel bei tiefster Lage des Pedals jeweils einen Winkel von etwa 140° einschließen. Diese tiefe Sattelstellung bringt aber den Nachteil, daß die Muskelleistung, die bei jeder Tretbewegung erzeugt werden kann, verhältnismäßig klein ist. je höher der Sattel gestellt wird, desto mehr müssen die Beine beim Treten gestreckt werden und desto größer ist die bei jeder Tretbewegung erzeugbare Muskelleistung.If the pedals are usually offset by 180 ° to each other, so there is the disadvantage that the muscles of the hip joint and the muscles of the The knee joint does not work together evenly when pedaling. For better evenness To achieve in the performance of both muscles is a certain height of the saddle position necessary. This is the case when the upper and lower legs are deepest Enclose the position of the pedal in each case an angle of about 140 °. This low saddle position but has the disadvantage that the muscle power generated with every pedaling movement can be, is relatively small. the higher the saddle is placed, the more the more the legs have to be stretched when pedaling and the greater the at muscle power that can be generated with every pedaling movement.

Durch die Erfindung wird es möglich, eine wenigstens annähernd gleichmäßige Muskelbewegung auch bei höher eingestelltem Sattel, d. h. bei größerer Leistungsfähigkeit der Hüftgelenk- und der Kniemuskeln, zu erzielen.The invention makes it possible to produce an at least approximately uniform Muscle movement even with the saddle set higher, d. H. with greater efficiency the hip and knee muscles.

In an sich bekannter, jedoch zu einem anderen Zweck vorgeschlagener Weise sind beim Tretkurbelgetriebe nach der Erfindung die beiden Tretkurbeln uin ihre gemeinsame Drehachse in Bezug aufeinander beweglich und je mittels eines Lenkers mit einem zum Antrieb des Fahrrades dienenden Kettenrad wirkungsverbunden, das um eine außerhalb der genannten Drehachse der Tretkurbeln liegende, zu dieser Drehachse jedoch parallele Achse am Tretlager drehbar gelagert ist. Gegenüber den bekannten Kurbelgetrieben dieser Art liegt das Neue gemäß der Erfindung im wesentlichen darin, daß die Drehachse des Kettenrades gegenüber der Drehachse der Tretkurbeln nach unten versetzt ist, damit -bei konstanter Drehgeschwindigkeit des Kettenrades die Winkelgeschwindigkeit der Tretkurbeln in der» oberen Hälfte ihrer Bewegungsbahn größer ist als in der unteren.In itself known, but proposed for a different purpose Way, the two cranks are uin in the crank mechanism according to the invention their common axis of rotation movable in relation to one another and each by means of a link operatively connected to a sprocket serving to drive the bicycle, which is around one lying outside of said axis of rotation of the pedal cranks to this axis of rotation however, the parallel axis is rotatably mounted on the bottom bracket. Compared to the known Crank drives of this type, the novelty according to the invention lies essentially in that the axis of rotation of the sprocket relative to the axis of rotation of the pedal cranks down is offset so that the angular speed at constant speed of rotation of the sprocket the cranks in the »upper half of their trajectory is larger than in the lower.

Überraschenderweise zeigt sich, daß mit dem beschriebenen Tretkurbelgetriebe durch die ungleichförmigen Pedalbewegungen die Hüft- und die Kniegelenkmuskeln auch bei hoher Sattelstellung verhältnismäßig gleichmäßig an- und abschwellend beansprucht werden, so daß eine gute Leistungsabgabe und eine geringere Ermüdung des Fahrers bei ein und derselben Sattelstellung möglich sind.Surprisingly, it turns out that with the pedal crank mechanism described Due to the irregular pedal movements, the hip and knee joint muscles too when the saddle is in a high position, the load increases and decreases relatively evenly so that good power output and less driver fatigue are possible with one and the same saddle position.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung folgen aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in welcher beispielsweise eine Ausführungsform des Tretkurbelgetriebes gemäß der Erfindung veranschaulicht ist. Fig. 1 zeigt das Tretkurbelgetriebe in Seitenansicht; Fig. 2 ist ein Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 bei einer anderen Stellung der Tretkurbeln; Fig. 3 veranschaulicht in schematischer Darstellung die Bewegung des Ober- und Unterschenkels eines Beines beim Antrieb des Tretkurbelgetriebes gemäß Fig. 1 und 2.Further advantages and features of the invention follow from the claims, the description and the drawing, in which, for example, an embodiment of the pedal crank according to the invention is illustrated. Fig. 1 shows this Crank mechanism in side view; Fig. 2 is a section along the line II-II in Fig. 1 with a different position of the cranks; Fig. 3 illustrates in schematic representation of the movement of the thigh and lower leg of a leg when driving the crank mechanism according to FIGS. 1 and 2.

In einem am Fahrrad fest angeordneten Tretkurbellager 120 (Fig. 2) ist eine Achse 22 mit Hilfe von Kugellagern 23 und 24 in an sich bekannter Weise drehbar gelagert. Nur das eine Ende der Achse 22 bildet einen Zapfen 25, auf dem eine Tretkurbel 126 mittels eines Stiftes 27 befestigt ist. Vom anderen Ende der Achse 22 her ist eine Axialbohrung in diese eingearbeitet, in welche eine Achse 28 drehbar eingesetzt ist. Die Achse 28 ist mit einer Umfangsnut 29 versehen, in welche zwei in die Achse 22 eingetriebene Querstifte 30 eingreifen, Wodurch die Achse 28 gegen axiale Verschiebung gesichert ist. Auf dem nach außen ragenden Ende der Achse 28 ist eine zweite Tretkurbel 131 mit Hilfe eines Stiftes 32 befestigt. Durch Verdrehung der Achse 28 in der Hohlachse 22 können die beiden Tretkurbeln 126 und 131 in Bezug aufeinander bewegt werden. An den freien Enden der Kurbeln 126 und 131 sind in an sich bekannter Weise Pedale 41 und 51 drehbar angeordnet.In a pedal crank bearing 120 fixedly arranged on the bicycle (Fig. 2) is an axle 22 with the help of ball bearings 23 and 24 in a manner known per se rotatably mounted. Only one end of the axis 22 forms a pin 25 on which a pedal crank 126 is attached by means of a pin 27. From the other end of the Axis 22 ago an axial bore is incorporated into this, in which an axis 28 is inserted rotatably. The axis 28 is provided with a circumferential groove 29, in which engage two transverse pins 30 driven into the axle 22, whereby the Axis 28 is secured against axial displacement. On the end that protrudes outward A second crank 131 is attached to the axle 28 with the aid of a pin 32. By rotating the axis 28 in the hollow axis 22, the two cranks can 126 and 131 are moved with respect to each other. At the free ends of the cranks Pedals 41 and 51 are rotatably arranged in a manner known per se 126 and 131.

Ein zum Antrieb des Fahrrades dienendes Kettenrad 55 ist mit Hilfe vorn Kugellagern 157 am einen Ende des Tretlagers 120 drehbar gelagert. Wie Fig. 1 zeigt, ist die geometrische Drehachse 63 des Kettenrades 55 exzentrisch in bezug auf die gemeinsame, geometrische Drehachse 62 der Kurbeln 126 und 131 angeordnet. Denkt man sich eine Ebene 61, welche die Drehachse 62 der Tretkurbeln enthält und durch den nicht dargestellten Sattel des Fahrrades bzw. das Hüftgelenk des Fahrers geht, so ist die Drehachse 63 des Kettenrades 55 in Richtung dieser Ebene um eine gewisse Strecke gegenüber der Achse 62 nach unten versetzt. Zweck und Wirkungsweise der beschriebenen Exzentrizität der Achsen 62 und 63 sind weiter unten erläutert.A sprocket 55 serving to drive the bicycle is provided with the aid front ball bearings 157 at one end of the bottom bracket 120 rotatably mounted. As Fig. 1 shows, the geometric axis of rotation 63 of the sprocket 55 is eccentric with respect to it arranged on the common, geometric axis of rotation 62 of the cranks 126 and 131. If you imagine a level 61, which the Axis of rotation 62 of the cranks contains and through the saddle, not shown, of the bicycle or the hip joint of the driver goes, the axis of rotation 63 of the sprocket 55 is in the direction of this Level offset by a certain distance with respect to the axis 62 downwards. purpose and the effect of the described eccentricity of the axes 62 and 63 continue explained below.

' In der Mittelpartie der Tretkurbel 131 ist mit Hilfe eines Zapfens 65 ein Lenker 66 schwenkbar angelenkt, der ferner mittels eines Zapfens 67 mit dem Kettenrad 55 in Verbindung steht. Dem Zapfen 67 diametral gegenüber liegt ein weiterer Zapfen 68, der einen zweiten Lenker 69 mit dem Kettenrad 55 verbindet. Das andere Ende des Lenkers 69 steht mittels eines Zapfens 70 schwenkbar mit einem Arm 71 in Verbindung, der an der Achse 22 auf nacht näher dargestellte Weise befestigt ist und zwangläufig zusammen mit der Tretkurbel 126 umläuft. Die beiden Zapfen 65 und 70 haben den gleichen Abstand von der Drehachse 62 der Tretkurbeln. Mit Hilfe der Lenker 66 und 69 sind die Tretkurbeln mit dem Kettenrad 55 gekuppelt, so daß beim Umlaufen der Tretkurbeln das Kettenrad 55 angetrieben wird. Die Lenker 66 und 69 sind derart ausgebildet und angeordnet, daß die Tretkurbeln 126 und 131, wenn sie um 180° zueinander versetzt sind, -wenigstens annähernd in die Ebene 61 zu liegen kommen.'In the middle of the crank 131 is with the help of a pin 65, a handlebar 66 is pivotably articulated, which is also connected to the by means of a pin 67 Sprocket 55 is in communication. Another is located diametrically opposite the pin 67 Pin 68 which connects a second link 69 to the sprocket 55. The other The end of the link 69 is pivotable by means of a pin 70 with an arm 71 in Connection which is attached to the axis 22 in the manner shown in more detail at night and inevitably rotates together with the crank 126. The two pins 65 and 70 have the same distance from the axis of rotation 62 of the pedal cranks. With the help of Handlebars 66 and 69, the cranks are coupled to the sprocket 55 so that when The sprocket 55 is driven around the pedal cranks. The handlebars 66 and 69 are designed and arranged such that the cranks 126 and 131 when they are offset from one another by 180 °, -at least approximately to lie in the plane 61 come.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Tretkurbelgetriebes ist wie folgt: die Exzentrizität des Kettenrades 55 gegenüber der Drehachse 62 der Tretkurbeln hat eine ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit jeder der Tretkurbeln 126 und 131 bei konstanter Drehgeschwindigkeit des Kettenrades zur Folge, und zwar ist die Winkelgeschwindigkeit der Kurbeln 126 und 131 in der oberen Hälfte ihrer Bewegungsbahn größer als in der unteren. Bei jeder vollen Umdrehung des Kettenrades 55 führen die Kurbeln 126 und 131 demnach eine relative Schwenkbewegung zueinander aus. Weil die obere Tretkurbel sich rascher bewegt als die untere, kommen die Pedale 41 und 51 auf gleiche Höhe zu liegen, wenn sie sich unterhalb der Drehachse 62 befinden. Die Längsrichtungen der beiden Tretkurbeln 126 und 131 schließen dann einen nach unten offenen Winkel von weniger als 180° ein, wie Fig. 1 zeigt. Je nach der Exzentrizität der Achsen 62 und 63 voneinander wird der genannte Winkel größer oder kleiner. Bei den praktisch in Frage kommenden Ausführungsformen wird er zwischen 130 und 175° betragen. Die Größe dieses Winkels richtet sich nach der Höhenlage des Sattels. Je höher der Sattel eingestellt ist, d. h. je mehr die Beine beim Treten gestreckt werden, desto spitzer sollte der genannte Winkel zwischen den Tretkurbeln sein; um eine möglichst gleichmäßige Beanspruchung der Hüft- und Kniegelenkmuskeln zu erzielen.The mode of operation of the described pedal crank gear is as follows: the eccentricity of the sprocket 55 relative to the axis of rotation 62 of the pedal cranks each of the cranks 126 and 131 has a non-uniform angular velocity at a constant speed of rotation of the sprocket, namely the angular speed the cranks 126 and 131 in the upper half of their trajectory larger than in the lower. With each full revolution of the sprocket 55, the cranks 126 and lead 131 accordingly from a relative pivoting movement to one another. Because the upper crank moves faster than the lower one, the pedals 41 and 51 come to the same height to lie when they are below the axis of rotation 62. The longitudinal directions the two pedal cranks 126 and 131 then close an angle that is open at the bottom of less than 180 °, as FIG. 1 shows. Depending on the eccentricity of the axes 62 and 63 from each other, said angle becomes larger or smaller. With the practical In the embodiments in question, it will be between 130 and 175 °. the The size of this angle depends on the altitude of the saddle. The higher the saddle is set, d. H. the more the legs are stretched when pedaling, the more pointed should be the said angle between the cranks; to be as uniform as possible To achieve stress on the hip and knee joint muscles.

Der Einfluß der beschriebenen Pedalbewegung auf den Fahrer ist in Fig. 3 veranschaulicht. Es ist angenommen, das Fahrrad habe eine konstante Geschwindigkeit und das Kettenrad 55 drehe sich somit gleichförmig. Mit 1, 2 bis 8 sind in Fig. 3 mehrere in gleichen Zeitabständen aufeinanderfolgende Stellungen eines Pedals bei einem vollständigen Umlauf dargestellt. Entsprechend der ungleichförmigen Drehgeschwindigkeit der zugehörigen Tretkurbel, z. B. 131, liegen die Punkte 7, 8, 1, 2 und 3 weiter auseinander als die Punkte 3, 4, 5, 6 und 7. In der bereits erwähnten Ebene 61 befindet sich das Hüftgelenk des Fahrers, das in Fig. 3 mit 80 bezeichnet ist. Durch gerade Linien 81 und 82 sind in Fig. 3 der Oberschenkel und der Unterschenkel des Fahrers schematisch dargestellt. Beim Treten bewegt sich. das die beiden Schenkel 81 und 82 miteinander verbindende Kniegelenk auf einem zum Hüftgelenk 80 konzentrischen Kreisbogen durch die Punkte 11, 12 bis 18. Befindet sich das Pedal in der Stellung 2, so nimmt das Kniegelenk seine höchste Lage 12 ein. Die tiefste Lage 16 des Kniegelenkes wird dann erreicht, wenn sich das Pedal in der Stellung 6 befindet. Beim Umlauf des Pedals gemäß dem Pfeil R in Fig. 1 und 3 kann das eine Bein des Fahrers durch Strecken des Kniegelenkes Arbeit zum Antrieb des Fahrrades aufbringen, solange sich das entsprechende Pedal etwa von der Stellung 1 bis zur Stellung 5 bewegt. Die vom Hüftgelenkmuskel -beim Treten aufzubringende Leistung entspricht ungefähr der Änderung des Winkels E, während die vom Kniegelenkmuskel aufzubringende Leistung etwa der Änderung des Winkels F entspricht (Fig. 3). Es zeigt sich, daß bei der beschriebenen, ungleichförmigen Pedalbewegung die Hüft- und Kniegelenkmuskeln verhältnismäßig gleichmäßig anschwellend und abschwellend beansprucht werden, woraus sich eine erhöhte Leistung und geringere Ermüdung der Muskeln ergibt.The influence of the described pedal movement on the driver is in Fig. 3 illustrates. It is assumed that the bike has a constant speed and the sprocket 55 thus rotates smoothly. With 1, 2 to 8 in Fig. 3 several positions of a pedal which follow one another at equal time intervals shown in one complete cycle. Corresponding to the uneven speed of rotation the associated crank, z. B. 131, points 7, 8, 1, 2 and 3 are further apart than points 3, 4, 5, 6 and 7. Located in the already mentioned level 61 the driver's hip joint, which is denoted by 80 in FIG. 3. By straight Lines 81 and 82 in Figure 3 are the driver's thighs and lower legs shown schematically. Moves when pedaling. that the two legs 81 and 82 connecting knee joint on a to the hip joint 80 concentric Arc through points 11, 12 to 18. If the pedal is in the position 2, the knee joint assumes its highest position 12. The lowest position 16 of the knee joint is reached when the pedal is in position 6. When circulating of the pedal according to the arrow R in Fig. 1 and 3 can one leg of the driver through Stretching the knee joint bring up work to drive the bicycle as long as you can the corresponding pedal moves approximately from position 1 to position 5. The ones from Hip joint muscle - power to be exerted when pedaling corresponds approximately to the change of the angle E, while the power to be applied by the knee joint muscle is about Change in the angle F corresponds (Fig. 3). It turns out that with the described, uneven pedal movement the hip and knee joint muscles relatively evenly swelling and decongesting stress, resulting in increased performance and results in less muscle fatigue.

Das beschriebene Tretkurbelgetriebe ermöglicht demnach ein angenehmeres, weniger ermüdendes Fahren bzw. eine größere Fahrleistung hinsichtlich Geschwindigkeit und Dauer als bei üblichen Kurbelantrieben mit stets 180° zueinander versetzten Kurbeln.The described pedal crank gear enables a more pleasant, less tiring driving or a greater driving performance in terms of speed and duration than with conventional crank drives always offset by 180 ° to each other Cranks.

Gegebenenfalls ist es vorteilhaft, die Drehachse 63 des Kettenrades 55 gegenüber der Ebene 61 noch um eine kleine Strecke in Fahrtrichtung nach vorn zu verlegen. Bei gleicher Anordnung und Ausbildung der Lenker 66 und 69 wie beim dargestellten und beschriebenen Beispiel sind dann die Tretkurbeln 126 und 131 jeweils in dem Moment um 180° zueinander versetzt, wenn sie in eine gedachte Ebene zu liegen kommen, die durch die Drehachse 62 der Tretkurbeln und hinter dem Sattel des Fahrrades hindurchgeht. Die Lage der gedachten Ebene, in welche die Tretkurbeln jeweils zu liegen kommen, wenn sie 180° zueinander versetzt sind, kann übrigens unabhängig von der Lage der exzentrischen Kettenradachse 63 durch entsprechende Ausbildung und Anordnung der Lenker 66 und 69, insbesondere durch entsprechendes Versetzen der Zapfen 67 und 68 gewählt werden.It may be advantageous to use the axis of rotation 63 of the chain wheel 55 opposite level 61 a little further in the direction of travel relocate. With the same arrangement and design of the links 66 and 69 as in illustrated and described example are then the cranks 126 and 131, respectively at the moment offset by 180 ° to each other when they lie in an imaginary plane come through the axis of rotation 62 of the cranks and behind the saddle of the bike passes through. The position of the imaginary plane in which the cranks are each to If they are offset by 180 ° from one another, they can come independently, by the way of the position of the eccentric sprocket axis 63 through appropriate training and arrangement of the links 66 and 69, in particular by appropriate displacement the pins 67 and 68 can be selected.

Es ist klar, daß die Erfindung nicht an die in der Zeichnung veranschaulichte Konstruktion des Tretkurbelgetriebes gebunden ist. Bei einer nicht gezeigten Ausführungsvariante sind die Zapfen 67 und 68 nicht direkt am Kettenrad 55 angeordnet, sondern an einer Scheibe, welche mit Hilfe mindestens eines Kugellagers am Tretlager exzentrisch und drehbar gelagert ist. Das Kettenrad ist dabei lösbar und auswechselbar an der genannten Scheibe befestigt. Um zwei gleiche Tretkurbeln üblicher Ausführung verwenden zu können, ist es vorteilhaft, den Lenker 66 nicht direkt mit der einen Tretkurbel zu verbinden, sondern mit einem nicht dargestellten Arm, welcher, analog dem Arm 71, auf der Achse 28 sitzt, die ihrerseits die genannte Tretkurbel trägt.It is clear that the invention is not related to that illustrated in the drawing Construction of the crank mechanism is bound. In an embodiment variant not shown the pins 67 and 68 are not arranged directly on the sprocket 55, but on one Disc which is eccentric with the help of at least one ball bearing on the bottom bracket and is rotatably mounted. The sprocket is detachable and replaceable on the called disk attached. To use two of the same cranks of the usual type to be able to, it is advantageous not to direct the handlebar 66 to one of the cranks to connect, but with an arm, not shown, which, analogous to the arm 71, sits on the axle 28, which in turn carries the said pedal crank.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Pedal cranks on bicycles with two around their common axis of rotation in relation to each other movable cranks, each by means of a handlebar with a sprocket used to drive the bicycle in operative connection stand,. the one lying outside of said axis of rotation of the pedal cranks, to this Axis of rotation, however, parallel axis is rotatably mounted on the bottom bracket, characterized in that that the axis of rotation (63) of the sprocket (55) opposite the axis of rotation (62) of the cranks (126 and 131) is offset below, so that at a constant speed of rotation of the sprocket (55) the angular speed of the cranks (126 and 131) in the upper half of its trajectory is greater than that of the lower half.

2. Pedal crank gear according to claim 1, characterized in that the axis (63) of the chain wheel (55) lies at least approximately in a plane (61) through the axis of rotation (62) of the Pedal cranks (126 and 131) and is intended to go through the saddle of the bicycle.

3. Pedal crank gear according to claim 1, characterized in that the axis of rotation (63) of the sprocket (55) opposite the axis of rotation (62) of the cranks (126 and 131) is also offset forward in the direction of travel, such that the axis of rotation (63) of the sprocket in the direction of travel in front of a plane (61) which is through the Axis of rotation (62) of the cranks and thought going through the saddle of the bicycle is.

4. Pedal crank gear according to claim 1, characterized in that the handlebars (66 and 69) are designed and arranged such that the cranks (126 and 131) are offset from one another by 180 ° if they are at least approximately come to lie in a plane (61) through the axis of rotation (62) of the cranks and is thought to go through the saddle of the bicycle.

5. Pedal crank gear according to Claim 1, characterized in that the links (66 and 69) are designed in this way and are arranged that the cranks (126 and 131) each then. by 180 ° to each other are offset when they come to lie at least approximately in a plane that through the axis of rotation (62) of the pedal cranks and behind the saddle of the bicycle is intended.

6. pedal crank gear according to claim 1, characterized in that the eccentricity of the axis (63) of the chain wheel (55) with respect to the axis of rotation (62) the cranks (126 and 131) is chosen so large that the ends of the cranks with the pedals (41 and 51) are then at least approximately at the same height, when the cranks have a downwardly open angle of 130 to 175 ° between them lock in.