-
In ihrer Länge veränderliche Tretkurbel für Fahrräder Es ist bekannt,
die Tretkurbel von Fahrrädern in ihrer Länge veränderlich auszugestalten, damit
sich die Länge des Kurbelweges bei Veränderung der Tretkraft selbsttätig verändert
und auf diese Weise eine Kraftersparnis erreicht wird. Hierbei ist die Tretkurbel
entgegen der Kraft einer Feder in einem mit der Kurbelwelle verbundenen hohlen Arm
radial verschiebbar geführt, der über die Drehachse der Kurbelwelle hinaus verlängert
und mit einer durchgehenden Aussparung versehen ist, in deren einen Hälfte die Tretkurbel
geführt und in deren anderer Hälfte eine an der Tretkurbel angreifende Feder angeordnet
ist. Dieser Raum reicht jedoch nicht aus, um eine genügend große und starke Feder
unterzubringen.
-
Zur Vermeidung dieses Nachteiles gibt die Erfindung die Lehre, die
in dem hohlen Arm radial verschiebbar geführte Tretkurbel hohl auszubilden und in
ihrem Innern eine Zugfeder anzuordnen. Auf diese Weise kann die Feder wesentlich
länger bemessen werden als bisher. Darüber hinaus kann im Sinne der Erfindung noch
weiterer Raum für die Federung gewonnen «-erden, wenn man eine zweite Feder außen
an dem hohlen Arm anbringt und sie über eine Führung mit der ersten in der hohlen
Tretkurbel untergebrachten Feder verbindet. Diese zweite Feder ist zweckmäßig von
einer Kappe oder Hülse umschlossen, die mit dem hohlen Arm aus einem Stück bestehen
kann.
-
Um die Reibung zwischen der Tretkurbel und dem sie aufnehmenden hohlen
Arm möglichst gering zu halten, sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zwischen
beiden Teilen Wälzkörper vorgesehen, die an allen Berührungsflächen durch einen
dem Querschnitt der beiden Teile angepaßten Käfig gehalten sind. Die hohle Tretkurbel
hat im allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt, infolgedessen erhält der zwischen
dieser und dem hohlen Arm vorgesehene Käfig ebenfalls ein rechteckiges Hohlprofil
und an allen Seitenflächen Ausnehmungen zur Aufnahme der Wälzkörper. Hierfür eignen
sich besonders zylindrische Wälzkörper, sogenannte Nadellager, von möglichst kleinem
Durchmesser, um den Raum zwischen der Tretkurbel und dem hohlen Arm gering zu halten.
Es empfiehlt sich, diesen Vierkantkäfig an der der Achse der Kurbelwelle zugewendeten
Seite zu verlängern. damit die Tretkurbel auch im ausgezogenen Zustand gut geführt
und durch die V ierkantflächen gegen Verklemmen oder Schiefstellen gesichert ist.
-
In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
veranschaulicht. In dieser zeigt Fig. 1 den Längsschnitt einer Tretkurbel mit einer
Feder in der Ruhestellung, Fig.2 den Längsschnitt einer Tretkurbel mit zwei Federn
in der Ruhestellung, Fig. 3 den Schnitt der gleichen Tretkurbel in ausgezogenem
Zustand, Fig. 4 den Schnitt einer anderen Ausführungsform der Tretkurbel im ausgezogenen
Zustand, Fig. 5 und 6 die Kräfteverhältnisse bei eingeschobener und ausgezogener
Tretkurbel, Fig. 7 den Längschnitt des Käfigs für die Wälzkörper, Fig. 8 den Querschnitt
in der Ebene B-B der Fig. 7, Fig. 9 die Ansicht des Käfigs von unten, Fig. 10 den
Käfig im Schnitt C-C der Fig. 9, Fig. 11 den Arbeitsweg der Tretkurbel in schematischer
Darstellung.
-
In den Fig. 1 bis 6 deutet die Linie A-A die Lage des Drehpunkts der
nicht gezeichneten Kurbelwelle an, mit der ein hohler Arm 1 fest, z. B. durch Verschweißen
oder Vernieten, verbunden ist. Der Arm 1 ist in Fig. 1 in waagerechter Lage gezeichnet
und wird in der bei Fahrrädern üblichen Weise in Richtung des Uhrzeigersinns gedreht.
Er ragt an beiden Seiten über seinen Drehpunkt, der zugleich der Drehpunkt der Kurbelwelle
ist, hinaus und bildet so eine genügend lange Aufnahme für die Tretkurbel 2, die
auf Wälzkörpern 3, wie Nadeln oder Kugeln, leicht verschiebbar in dem hohlen Arm
1 gleitend geführt ist. Die Wälzkörper 3 sind in einem Käfig 4 geführt, dessen zweckmäßige
Ausgestaltung in den weiter unten erläuterten Fig. 7 bis 10 veranschaulicht ist.
-
Der Käfig 4 gibt der Tretkurbel 2 in dem hohlen Arm 1 eine zuverlässige
Führung und dient außerdem im ausgezogenen Zustand dazu, in Verbindung mit Anschlägen
20 und 22 des hohlen Armes 1 und einem Anschlag 21 der Tretkurbel 2 deren Endlage
in dem hohlen Arm 1 festzulegen. Der Anschlag 22 an der linken Seite des hohlen
Armes 1 begrenzt in dessen Ruhestellung gemäß Fig.1 die Endlage der Tretkurbel 2.
-
In der hohlen Tretkurbel 2 ist bei 7 eine Schraubenfeder 5 verankert,
deren anderes Ende 8 an dem hohlen
Arin 1 befestigt ist. Es ist
ersichtlich, daß unter diesen Umständen ein großer Raum für die Feder 5 vorhanden
ist und daß auch die Tretkurbel 2 besonders in Verbindung mit dem Käfig 4 eine genügend
lange Führung hat.
-
-Man kann gemäß Fig.2 noch weiteren Raum für die Federung gewinnen,
wenn man das Ende 8 der Feder 5 nicht an dem hohlen Arm 1 unmittelbar befestigt.
sondern es mittels einer Kette 11, z. B. einer (iallschen Kette nach Art einer Fahrradkette,
über ein hctteiirad 12 mit dem Ende 10 einer zweiten Feder 6 verbindet, deren anderes
Ende 9 an der Außenseite des hohlen Armes 1 verankert ist. Wenn nun von der Stellung
nach Fig. 2 ausgehend die hohle Tretkurbel 2 unter Einwirkung einer kraftvollen
Beanspruchung nach rechts ausgezogen wird, dehnen sieh beide Federn 5 und 6, und
die Dehnung verteilt sich auf die leiden Federn entsprechend ihren Längen und Federkonstanten.
Dabei gleitet die Kette 11 entsprechend der Dehnung der Feder 6 über das Kettenrad
12 hinin den hohlen Arm 1 hinein, so daß das mit der Kette 11 verbundene
Ende 8 der Feder 5 sich etwas nach rechts verschiebt, bis schließlich bei der höchsten
Beanspruchung und vollem Auszug (las Ende 10 der Feder 6 bis an das Kettenrad 12
herangerückt ist und somit das Ende 8 der Feder 5 so weit vom Kettenrad 12 entfernt
ist, wie es die Länge der Kette 11 zuläßt. Verringert sich die auf die Tretkurbel
2 ausgeübte Kraft, so werden beide Federn 5 und 6 entlastet und ziehen sich wieder
zusammen, wobei das an die Kette 11 angehängte Ende 10 der Feder 6 ebenso weit nach
rechts zurückgeht, wie das mit der Kette 11 verbundene Ende 8 der Feder 5 sich nach
links bewegt, bis bei völliger Entspannung der Federn die ganze Vorrichtung wieder
in die Ruhestellung nach Fig.2 zurückgekehrt ist.
-
Die Endstellung der Fig.3 nimmt die Tretkurbel nur bei völliger Belastung
ein. Bei Zwischenbelastungen werden Zwischenstellungen eingenommen.
-
Der Drehpunkt der Kurbelwelle kann, wie in Fig. 1 -ezeigt, in dem
Schnittpunkt der Lini A-4 finit der Mittellinie der Tretkurbel 2 liegen. Er kann
aber auch ttwas außerhalb dieses Schnittpunkts auf der Linie A-A !legen.
-
Die an der Außenseite des hohlen Armes angeordi:ete Feder 6 ist durch
eine Schutzkappe oder Hülse 13 gegen mechanische Beschädigung und Verschmutzunflen
geschützt. Dabei kann diese Schutzkappe oder Hülse 13 in irgendeiner Weise an der
Außenseite des hohlen Armes 1 angebracht sein. Man kann sie aber auch mit dem hohlen
Arm 1 zusammen aus einem Stuck herstellen, wenn z. B. der hohle Arm 1, wie in Fig.
-4 gezeigt, genügend breit ist, um sowohl die Tretkurbel 2 mit der Feder 5 als auch
die Feder 6 zu umschließen. Die Hohlräume zurAufnahme der Federn 5.6 können runden
oder eckigen Querschnitt haben. ebenso kann der Gesamtquerschnitt des hohlen Armes
1 oval eder rechteckig sein. In der Zeichnung ist dieser Querschnitt nicht
dargestellt, weil seine Form keinen fluß auf die Erfindung hat. An Stelle der Kette
11 mit Kettenrad 12 kann auch ein Drahtseil mit einer Rolle oder ein äquivalentes
:Maschinenelement Anwendung f=inden, das zweckmäßig mit in die Hohlrätuile des hohlen
Armes 1 einbezogen wird.
-
Wenn sich die Tretkurbel 2 in ihrer ausgezogenen Stellung in der Endlage
nach Fig.3 und 4 befindet, schließen die Anschläge 20 und 21 den Käfig 4 ein und
begrenzen so die Verschiebung der Tretkurbel.
-
In Fig. 5 und 6 ist die Kräfteverteilung an der Tretkurbel 2 und dein
hohlen Arm 1 bei eingeschobener und ausgezogener Tretkurbel 2 in Diagramm for in
dargestellt.
-
Bei eingeschobener Tretkurbel 2 nach Fig. 1 oder 2 wirkt am Ende der
Tretkurbel 2 die kleinere Irraft P1, deren Gegenkraft Po im Drehpunkt der Kurbelwelle
wirkt und ebenso groß ist wie Pl. Der Abstand der Kraft P1 vom Drehpunkt der Kurbelwelle
werde mit h bezeichnet. Dann ist das wirksame Drehmoment an der Kurbelwelle P1 *
l1. Da die Tretkurbel iiüer die Wälzkörper 3 des Käfigs 4 auf den hohlere Arin 1
einwirkt, ergibt sich bei einem Abstand a zwischen den Wälzkörpern ein Kräftepaar
P', das der Be(lingung geneigt: P'- a=Pl * h. Das entsprechende Kräftepaar P" bei
der unter der Wirkung der größeren Kraft P2 ausgezogenen Tretkurbel (Feg. 3 und
4), die mit dem Hebelarm l., (Al)-stand des Pedaldrehpunkts vom Drehpunkt der Kurbelwelle)
wirkt, muß der Bedingung genügen: P... a - P2 . 12-Es ist ohne weiteres
ersichtlich, daß P., größer ist als P1, weil die Tretkurbel nur unter einer größeren
Beanspruchung aus ihrer Anfanglage nach Fig. 1 und? in die Endstellung nach Fig.
3 und 4 gelangt. Des ,weiteren ist offensichtlich, daß der wirksame Hebelarm 1,
größer ist als der Hebelarm l1. Daß der Drehpunkt der Kurbelwelle bei eingezogener
Tretkurbel nach Fig. 1 und 2 zwischen den Angriffsptuikten des Wälzlagers und bei
ausgezogener Tretkurbel 2 außerhalb dieser Angriffspunkte liegt. ist für die Übertragung
der Drehmomente unerheblich. Es ist auch unerheblich, ob er bei Zwischenstellungen
finit einem dieser Angriffspunkte zusammenfällt. Auch die Anordnung der zweiten
Feder 6 außerhalb der Achse der Tretkurbel stört das Kräfteverhältnis nicht, weil
das Gegenlager der Feder 6 bei 9 nicht außerhalb des geschlossenen Svsteins liegt.
-
In Fig. 7 bis 10 ist ein für den Erfindungsgedanken besonders geeigneter
Käfig 4 dargestellt. Wenn der hohle Arm 1 und die verschiebbare Tretkurbel 2 rechteckigen
Querschnitt haben, besteht der Käfig 4 aus einem Vierkantrohr mit verschiedenen
Querschlitzen 7.6, 17, 18, 19 zur Aufnahme der lose eingelegten Wälzkörper. Unter
Annahme einer Wandstärkc des Vierkantrohres von 1 mm sind die verschiedenen Ouerschlitze
16, 17, 18, 19 etwa 2 inin breit und 1,5 mm tief bemessen, während die zu verwendenden
Lagernadeln einen Durchmesser von 2 mm haben. In diesem Falle ragen die Lagernadeln
beiderseits 0,5 mm Tiber die Wand des Vierkantrolires hinaus und können sich daher
sowohl auf der Innenwand des hohlen Armes 1 als auch auf der Außenseite der Tretkurbel
2 abwälzen. Das Vierkantrohr hat außer den Schlitzen für die \Tadeln noch einen
Schlitz 23 und eine kurze Ausnehmung 15, die beide in Verbindung mit Stiften oder
Zapfen an dem hohlen Arm bzw. an der Tretkurbel als Anschläge dienen.
-
Aus Fig. 7 bis 10 ist erkennbar, daß der Käfig 4 links der Linie D-D
eine Verlängerung 25 aufweist und an der Oberseite mit zwei Schlitzen 17 sowie an
seiner Unterseite mit zwei Schlitzen 16 versehen ist. An der Rückseite und der Vorderseite
(res Käfigs 4 sind je zwei Schlitze 18 und 19 angebracht. Die Verlängerung 25 besitzt
zusätzlich zwei Schlitze 24. Außerdem sind an der Unterseite des Käfigs ein Schlitz
23 mit dem Anschlag 14 sowie ein Anschlag 15 angeordnet.
Die Arbeitsweise
des Käfigs 4 ist dadurch gegeben, daß er in seinem Innern die Tretkurbel 2 führt
und zusammen mit dieser im Innern des hohlen Armes 1 gleitet. Die unter verhältnismäßig
geringer Beanspruchung stehende seitliche Führung ist durch die Nadeln in den Schlitzen
18 und 19 gewährleistet. Die auch unter verhältnismäßig geringer Beanspruchung stehende
Führung beim Aufwärtsgehen der Tretkurbel wird durch die Nadeln in den Schlitzen
16 und 17 bewirkt, wobei die Nadeln in den beiden Schlitzen 17 am rechten Ende des
Käfigs 4 unter größter Belastung stehen. Beim Abwärtsgehen der Tretkurbel 2 dagegen
ist die Führung einer starken Beanspruchung ausgesetzt, die zusätzlich von den -Nadeln
in den Schlitzen 24 aufgenommen wird.
-
Der Schlitz 23 gestattet ein Hin- und Hergleiten eines Anschlagstiftes,
der am linken Ende der Tretkurbel 2 zu denken ist. In der ausgezogenen Stellung
der Tretkurbel 2 liegt ihr Anschlagstift gegen das Ende 14 des Schlitzes 23 an.
-
Andererseits ist am rechten Ende des hohlen Armes 1 ebenfalls ein
Anschlagstift zu denken, gegen den der Käfig 4 mit seiner Ausnehmung 15 an seinem
rechten Ende anstößt, wenn die Tretkurbel 2 ganz ausgezogen ist. Der Anschlag 15
begrenzt also die Endlage des Käfigs 4 nach außen, und der Anschlag 14 die Endlage
der Tretkurbel 2 im Käfig 4, beide Anschläge 14 und 15 zusammen begrenzen also die
Endstellung der Tretkurbel 2 in der ausgezogenen Lage.
-
In Fig. 11 ist in Form eines Polardiagramms die Bahn des Pedaldrehpunkts
aufgezeichnet. Es sei angenommen, daß sich die Kurbelwelle im Sinne des Uhrzeigers
rechtsherum dreht. In ihrer oberen Stellung (oberer Totpunkt) nimmt die Tretkurbel
2 die eingezogene Stellung nach Fig. 1 bzw. 2 ein. `Mährend nun unter gewisser Kraftein-,virkung
die Kurbelwelle rechtsherum gedreht wird, bewirkt die aufgewendete Tretkraft ein
allmähliches Ausziehen der Tretkurbel 2 aus dem hohlen Arm 1 bis zu einer Zwischenstellung,
wie in der zweiten Stellung des Polardiagramms gezeigt ist. Schließlich erreicht
die Krafteinwirkung in der dritten Stellung des Polardiagramms ihren Höchstwert,
und die Tretkurbel 2 nimmt jetzt die Stellung nach Fig. 3 bzw. 4 ein und überträgt
hierbei die größte Kraft P2 mit dem größten Hebelarm 1.,. Schließlich ergibt die
Aufzeichnung der verschiedenen Stellungen eine Kurve, wie in der Fig. 11 dargestellt
ist. Da dank der erfindungsgemäßen Anordnung das über den Mittelpunkt der Kurbelwelle
radial überstehende Ende des hohlen Armes 1 nicht allszu groß zu sein braucht, wirkt
es auch beim Fahren nicht störend.