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Die vorliegende Erfindung betrifft ein mechanisches Element, und insbesondere eine Kurbel, die mit einem Pedal eines Fahrrads verbunden ist, oder eine Kurbel, die mit einem Griffdrehungsdrehkörper verbunden ist, und ein Fahrrad, das diese Kurbel benutzt.
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Ein Ende einer Kurbel, die einen Drehkörper dreht, ist an der Welle eines Drehkörpers fixiert, und das andere Ende ist mit einem Element verbunden, das Kraft auf einen Griff und ein Pedal usw. ausübt. Ein Drehmoment T, das den Drehkörper dreht, wird berechnet, indem die Länge der Kurbel, die einer Armlänge entspricht, mit der Menge der Kraft multipliziert wird, die auf das Ende der Kurbel ausgeübt wird. Dies wird anhand der folgenden Formel ausgedrückt.
T = F × L, wobei F die Kraft ist und L die Armlänge ist.
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Wie anhand der Formel erkennbar, ist es möglich, mithilfe derselben Kraft ein größeres Drehmoment zu erhalten, wenn die Länge der Kurbel erhöht wird. Wird dies auf ein Fahrrad angewandt, ist es möglich, die Geschwindigkeit des Fahrrads zu erhöhen und eine Steigung leichter hinauf zu fahren, da mit derselben Kraft ein größeres Drehmoment erzielt wird.
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Obwohl es möglich ist, durch Erhöhen der Länge der Kurbel ein größeres Drehmoment zu erzielen, nimmt der Drehradius entsprechend zu, und der Arm oder das Bein, der bzw. das den Drehkörper dreht, weicht von seinem normalen Bewegungsbereich ab, was das Drehen der Kurbel schwierig macht und zu Ermüdung und mangelnder Bequemlichkeit führt.
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Die Kurbel kann beispielsweise eine Fahrrad-Kurbel sein, die mit einem Pedal eines Fahrrads verbunden ist, oder eine Kurbel, die mit einem Griff eines Drehkörpers verbunden ist, der manuell gedreht wird. Während der Benutzung der Kurbeln wird nur in einem vorbestimmten Drehabschnitt des gesamten Drehabschnitts, in dem sich die Kurbel dreht, Kraft ausgeübt. Bei der Fahrrad-Kurbel beispielsweise wird das Drehmoment erzielt, indem das Pedal nur dann mit den Füßen getreten wird, wenn sich das Pedal innerhalb des gesamten Drehabschnitts abwärts bewegt.
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In diesem Fall lässt sich ein größeres Drehmoment erzielen, wenn die Länge der Kurbel in dem Abschnitt zunimmt, in dem Kraft ausgeübt wird, um den Drehkörper zu drehen, während die Länge der Kurbel in dem Abschnitt abnimmt, in dem keine Kraft ausgeübt wird, das heißt, in einem Leerlaufabschnitt, so dass für den Fall, dass der Drehradius abnimmt, der Arm oder das Bein nicht vom normalen Bewegungsbereich abweicht und die Drehung mühelos erfolgt.
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Ein Beispiel zum Erzielen eines größeren Drehmoments durch das Verändern der Länge der Kurbel wurde in der
KR 10 2002 0 071 553 A offenbart, um die oben beschriebene technische Aufgabe zu erfüllen. Das Patent, das eine Vorrichtung zum Drehen eines Kurbelntyps mit einer variierenden Länge vorschlägt, ist nicht nur kompliziert, sondern weist auch eine große Anzahl von Teilen auf, wodurch sich die Herstellungskosten erhöhen und die Montage an vorhandenen Fahrrädern schwierig sein kann.
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Aus der
US 6 341 946 B1 ist eine Kurbelkonstruktion bekannt, bei der die Länge der Kurbel über deren Drehung relativ zum Fahrradrahmen gesteuert wird.
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Ferner verwenden Fahrräder mit einer Gangschaltung, die zum Erzielen eines größeren Drehmoments dient, mehrere Zahnräder, um eine Steigung leichter hinauf zu fahren; obwohl hierbei das Drehmoment zunimmt und es möglich ist, eine Steigung leicht hinauf zu fahren, ist es notwendig, die Geschwindigkeit durch Schalten der Gänge zu reduzieren, um ein großes Drehmoment zu erreichen, weshalb die Geschwindigkeit zwangsläufig abnimmt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Kurbel bereitzustellen, die ergonomisch hinsichtlich des Kraftbedarfs bei der Drehbewegung eines Drehkörpers verbessert ist und dabei ein großes Drehmoment erzielt.
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Diese Aufgabe der Erfindung wird durch die in den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4 angegebenen Merkmale gelöst.
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Ein Drehkörper dreht leichter, indem die Länge der Kurbel in einem Krafteinwirkungsabschnitt erhöht wird, die sich in einem Abschnitt ohne Krafteinwirkung leicht dreht, indem die Länge der Kurbel zur Reduzierung des Drehradius gesenkt wird, und die sich leicht dreht, ohne dass ein Arm oder ein Bein von einem normalen Bewegungsbereich abweicht, so dass keine Ermüdung auftritt. Die Drehung wird erleichtert, indem die Länge erhöht wird, wenn durch das Treten eines Kurbelnpedals ein Drehmoment erzielt wird, und indem die Länge reduziert wird, wenn kein Drehmoment erzielt wird und Leerlauf vorliegt; auf diese Weise wird die einfahrbare/ausfahrbare Kurbel mit der oben beschriebenen Funktion als Antriebs-Kurbel eines Fahrrads benutzt.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung benutzt einen zylinderförmigen Nocken. Der zylinderförmige Nocken ist drehbar in einem beweglichen Arm angeordnet, eine Kurbel dreht sich um eine Drehwelle, und wenn sich die Kurbel um die Drehwelle dreht, dreht sich ein Pedal in entgegengesetzter Richtung zur Kurbel, und ein Paar Kegelräder mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 dient dazu, das Drehmoment, das sich durch die Drehung des Pedals ergibt, auf den zylinderförmigen Nocken zu übertragen. Als Kegelräder kommen ein gerades Winkelgetriebe mit einem Verzahnungsverhältnis von 1:1 und einem Axialwinkel von 90° sowie ein Spiralkegelradgetriebe in Frage. Wenn sich die Kurbel in diesem Fall um eine Umdrehung dreht, dreht sich auch das Pedal um eine Umdrehung, und auch der zylinderförmige Nocken dreht sich um eine Umdrehung. Die Kurbel fährt aus, wenn das Pedal getreten wird, um ein Drehmoment zu erzielen, und die Kurbel fährt ein, wenn Leerlauf vorliegt und kein Drehmoment erzielt wird, derart, dass sich mit einer Umdrehung der Kurbel der bewegliche Arm ein Mal in Längsrichtung vom fest angeordneten Arm fort und wieder zu diesem hin bewegt.
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Bei dieser Konfiguration wird die Bereitstellung eines Schmiermittels oder die Anordnung eines Linearlagers an den Drehteilen bevorzugt, um die Reibung zu reduzieren und anhand von Lagern oder einem Lagermetall für gleichmäßiges Gleiten zu sorgen.
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Die ausfahrbare Kurbel der vorliegenden Erfindung kann mit der gleichen Kraft ein größeres Drehmoment erzielen, da die Kurbel in einem Abschnitt ausfährt, in dem Kraft einwirkt, und in einem Abschnitt ohne Krafteinwirkung leicht drehen kann, da die Kurbel einfährt und der Drehradius abnimmt. Ferner weicht ein Arm oder ein Bein aufgrund der Abnahme des Drehradius nicht von einem während der Benutzung normalen Bewegungsbereich ab, weshalb sich die Drehung leicht durchführen lässt und die Benutzung bequem ist.
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Die ausfahrbare Kurbel der vorliegenden Erfindung weist einen äußerst einfachen Aufbau und Betrieb auf, weshalb sie sich als eine Antriebs-Kurbel eignet, die mit dem Pedal eines Fahrrads verbunden ist. Ein Fahrrad, das mit der einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel ausgestattet ist, kann ein größeres Drehmoment auf eine Antriebseinheit anwenden, wobei eine Antriebs-Kurbel von gleicher Größe wie bei üblichen Fahrrädern benutzt wird, wodurch es möglich ist, unter Aufwendung der gleichen Kraft einen Steigung schneller hinauf zu fahren.
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Da die ausfahrbare Kurbel der vorliegenden Erfindung einen äußerst einfachen Aufbau aufweist, lassen sich ihre Größe und ihr Gewicht reduzieren, und ihre Herstellungskosten sind gering. Daher lässt sie sich ohne Weiteres als eine Pedal-Kurbel einsetzen, wobei sie an ein Pedal eines Fahrrads gekoppelt ist, oder an einen Drehgriff eines Drehkörpers, der manuell betätigt wird.
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1 ist eine Ansicht, die die Konfiguration einer einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel zeigt, wobei die Kurbel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zum Antreiben eines Fahrrads benutzt wird.
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3 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel zeigt, die einen zylinderförmigen Nocken benutzt.
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4 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines zylinderförmigen Nockens zeigt.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb einer einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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6 ist eine Ansicht, die die Konfiguration eines Endnockens oder eines Taumelscheibennockens zeigt.
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7 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel zeigt, die einen Endnocken benutzt.
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8 ist eine Querschnittansicht, die die Konfiguration einer einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel mit einem zylinderförmigen Nocken gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Erste Ausführungsform
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Eine einfahrbare/ausfahrbare Kurbel, die einen zylinderförmigen Nocken verwendet, wie in 1 gezeigt, weist Folgendes auf: eine Kurbel, die aus einem fest angeordneten Arm 1 besteht, der an eine Drehwelle eines Drehkörpers gekoppelt ist, eine Kurbel mit einem beweglichen Arm 2, der in dem fest angeordneten Arm 1 gleitet, einen zylinderförmigen Nocken 3, der sich im beweglichen Arm 2 dreht, ein Pedal 4, das mit einem freiliegenden Ende des beweglichen Arms 2 verbunden ist, und ein Paar Kegelräder 5, die auf die Welle des zylinderförmigen Nockens 3 bzw. die Welle des Pedals 4 gesetzt sind.
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Ein Beispiel, in dem die einfahrbare/ausfahrbare Kurbel 1, 2 mit einem zylinderförmigen Nocken 3 der oben beschriebenen Konfiguration gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt.
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Der fest angeordnete Arm 1 weist, wie in 3 gezeigt, einen fest angeordneten Armkörper 11 auf, dessen eines Ende einen Ansatz aufweist, der an die Drehwelle gekoppelt ist, und dessen anderes Ende eine Bohrung aufweist, in die der bewegliche Arm 2 zum Einfahren/Ausfahren eingeführt ist. Eine Nockenführung 13 ragt an einer Seite des fest angeordneten Armkörpers 11 nach innen vor. Der Ansatz 12 des fest angeordneten Arms 1 ist mittels eines Keils 14 (nicht dargestellt) an die Kurbel gekoppelt, um ein Drehmoment auf die Drehwelle zu übertragen. Vorzugsweise weist die Nockenführung 13 an dem Abschnitt, an dem sie in Kontakt mit einer Führungsnut 32 oder einem Führungsvorsprung 33 des unten beschriebenen zylinderförmigen Nockens 3 tritt, eine Rolle auf oder ist geschmiert, um die Reibung an der Führungsnut 32 oder dem Führungsvorsprung 33 zu reduzieren.
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Der fest angeordnete Arm 1 kann ein kreisförmiges Rohr mit einem kreisförmigen Querschnitt sein, doch er benötigt eine Vorrichtung wie beispielsweise einen Keil, der eine Axialdrehung verhindert, während er gleichzeitig ein Einfahren und Ausfahren in Längsrichtung zulässt, und es kann sich auch um ein Rohr mit einem polygonalen Querschnitt handeln, wobei allerdings ein viereckiges Rohr mit einem viereckigen Querschnitt hinsichtlich Herstellung, Materialbeschaffung und Kosten bevorzugt wird. Das viereckige Rohr ist besser geeignet, da sich der bewegliche Arm 2, der in den fest angeordneten Arm 1 eingeführt ist, nicht dreht, auch wenn keine besondere Anti-Drehvorrichtung benutzt wird.
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Vorzugsweise ist an der Innenwand des fest angeordneten Arms 1 eine Rollkugel 15 oder ein Linearlager angeordnet, damit der bewegliche Arm gleichmäßig gleitet.
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Der bewegliche Arm 2 ist in den fest angeordneten Arm 1 eingeführt und bewegt sich in Längsrichtung hin und her, wie in 3 gezeigt, und die Querschnittform des beweglichen Arms 2 ist die eines Quadrats, eines Vielecks oder eines Kreises, entsprechend der Querschnittform des fest angeordneten Arms 1, und an einer Seite ist ein Schlitz 22 ausgebildet, damit sich die Nockenführung 13 des fest angeordneten Arms 1 hin und her bewegen kann. Ferner ist an einem Ende des beweglichen Armkörpers 21 eine Kupplungsöffnung 23 für den zylinderförmigen Nocken 3 ausgebildet, an die das Ende des zylinderförmigen Nockens 3 (im Folgenden beschrieben) gekoppelt ist, ein Lager 24, das den zylinderförmigen Nocken 3 drehbar fixiert, ist darin angeordnet, und eine Kupplungsöffnung 25 für die Drehwelle, in der die Welle des Dreharms 41 angeordnet ist, ist am anderen Ende des beweglichen Armkörpers 21 ausgebildet.
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Da die Kraft sowohl in Axialrichtung als auch in Lateralrichtung zur Achse auf das Lager 24 einwirkt, kann es eine Kombination aus einem Radiallager, das eine Laterallast aufnimmt, und einem Drucklager sein, das eine Axiallast aufnimmt, oder ein Kompositlager, das eine kegelförmige Rolle benutzt, um sowohl die Axiallast als auch die Laterallast aufzunehmen. Das Lager 24 kann auch durch ein Lager des Lagerbuchsen- und Scheibentyps ersetzt werden.
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Das Lager 24 kann unmittelbar im beweglichen Arm 2 angeordnet sein, wenn der fest angeordnete Arm 1 und der bewegliche Arm 2 einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen; allerdings kann das Lager 24 auch an einer Fixierplatte 26 fixiert sein, wobei die Fixierplatte 26 im beweglichen Arm 2 angeordnet sein kann, wenn der Querschnitt nicht kreisförmig ist.
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Der zylinderförmige Nocken 3 weist, wie in 4 gezeigt, eine spiralförmige Führungsnut 32 (siehe (a) aus 4) oder einen Führungsvorsprung 33 (siehe (b) aus 4) an der Seite des Zylinders 31 auf, derart, dass die Nockenführung 13 des fest angeordneten Arms 1 mit der Führungsnut 32 oder dem Führungsvorsprung 33 in Eingriff steht. Ein Kupplungsvorsprung 34, der in die Kupplungsöffnung 23 des zylinderförmigen Nockens 3 des beweglichen Arms 2 eingesetzt ist, ist an der Vorderseite des zylinderförmigen Nockens 3 ausgebildet, und an der Hinterseite ist eine Nockenwelle 35 ausgebildet, an der das unten beschriebene Kegelrad 5 angeordnet ist.
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Die Form der Führungsnut 32 oder des Führungsvorsprungs 33 an der Seite des Zylinders 31 des zylinderförmigen Nockens 3 ist ähnlich geformt wie übliche Nocken, und die Neigung der Führungsnut 32 oder des Führungsvorsprungs 33 wird unter Berücksichtigung des Einfahrens und Ausfahrens des beweglichen Arms 2 entsprechend dem Drehwinkel des zylinderförmigen Nockens 3 festgelegt. Wenn die vorliegende Erfindung für eine Antriebs-Kurbel eines Fahrrads benutzt wird, das durch die Beinkraft einer Person angetrieben wird, dreht sich der zylinderförmige Nocken 3 mit relativ hoher Geschwindigkeit, weshalb es wirkungsvoll ist, die Führungsnut 32 derart auszulegen, dass der bewegliche Arm 2 über einen langen Zeitraum ausfährt, während sich die Kurbel dreht und den vorderen Halbkreis erreicht, wie durch ein Umkreis-L unter (e) in 5 gezeigt, wobei eine Person das Pedal 4 tritt, um ein größeres Drehmoment zu erzielen.
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Das Pedal 4 ist, wie in Fig. gezeigt, aus einer Pedalplatte 42 an einer Pedalwelle 41 ausgebildet, und die Pedalwelle 41 ist durch das hintere Ende des beweglichen Arms 2 hindurch montiert. Die Pedalplatte 42 ist über einen Keil montiert, damit sie sich nicht relativ zur Pedalwelle 41 dreht.
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Das Pedal 4 wird ein Griff, und die Pedalwelle 41 wird eine Griffwelle, wenn die vorliegende Erfindung nicht auf ein Fahrrad, sondern auf einen manuellen Drehkörper angewandt wird, wird jedoch aus Gründen der Einfachheit trotzdem als Pedal 4 bzw. Pedalwelle 41 bezeichnet.
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Wie in 3 gezeigt, ist eines der beiden Kegelräder 5 an der Nockenwelle des zylinderförmigen Nockens 3 montiert, und das andere ist an der Pedalwelle 41 des Pedals 4 montiert. Das Paar Kegelräder 5 weist die gleiche Anzahl an Zähnen auf und besteht aus zwei Kegelrädern 5 mit senkrechten Achsen. Wenn sich die Pedalwelle 41 um eine Umdrehung dreht, dreht sich daher auch der zylinderförmige Nocken 3 um eine Umdrehung.
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Als Kegelradgetriebe der vorliegenden Erfindung kommen verschiedene Kegelradpaare mit einander überschneidenden Achsen in Frage, beispielsweise ein gerade verzahntes Kegelradgetriebe, ein Spiralkegelradgetriebe, ein Null-Kegelradgetriebe und ein Getrieberadpaar mit nicht parallelen und einander nicht schneidenden Achsen, beispielsweise ein gekreuztes Spiralgetriebe und ein Hypoidgetriebe, und beinhaltet alle Getriebe der gleichen Funktion, unabhängig von ihrer Bezeichnung. Bei diesen Getrieben wird ein Kegelradpaar mit einem Verzahnungsverhältnis von 1:1 und einander schneidenden Achsen als Winkelgetriebe bezeichnet und eignet sich für die vorliegende Erfindung, da es sich leicht herstellen und beschaffen lässt und seine Kosten gering sind.
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Obwohl nicht für die einzelnen Teile beschrieben, ist es offensichtlich zu bevorzugen, wenn die Reibung an allen sich drehenden Teilen minimiert wird, indem ein Lager angeordnet wird oder eine Schmierung erfolgt.
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Im Folgenden soll der Betrieb der einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel mit der oben beschriebenen Konfiguration beschrieben werden.
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Während das Pedal 4 und die Pedalplatte 42 von einem Arm oder Bein gedreht werden, dreht sich die gesamte Kurbel um die Drehwelle des Drehkörpers, wobei die Pedalplatte 42 von einem Arm oder einem Fuß gehalten wird, ohne sich zu drehen, und die Kurbel aus dem fest angeordneten Arm 1 und dem beweglichen Arm 2 zusammengesetzt ist und sich das Pedal 4 ein Mal um die Pedalwelle 41 dreht, derart, dass sich das Pedal 4 und die Kurbel 1, 2 relativ zueinander um eine Umdrehung drehen. Mit der Drehung wird der zylinderförmige Nocken 3 von dem Paar Kegelräder 5 um eine Umdrehung gedreht, und während der zylinderförmige Nocken 3 um eine Umdrehung gedreht wird, bewegt sich die Führungsnut 32 oder der Führungsvorsprung 33 an der Nockenführung 13 des fest angeordneten Arms 1 entlang, derart, dass sich der zylinderförmige Nocken 3 und der bewegliche Arm 2, dessen Bewegung in der Nockenwelle eingeschränkt ist, nacheinander ein Mal hin und her bewegen, wie in 5 gezeigt.
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Die Kurbel ist eingefahren, wie in (a) aus 5 gezeigt, wenn das Pedal 4 sich in der Position „a” unter (e) aus 5 befindet, wobei es sich um die hintere horizontale Position handelt, und da keine Kraft auf das Pedal 4 einwirkt, fährt die Kurbel langsam aus, wie unter (b) gezeigt, während das Pedal 4 den oberen Abschnitt durchläuft, wobei es sich um die Position „b” unter (e) handelt, und die Kurbel ist maximal ausgefahren, wie in (c) gezeigt, wenn das Pedal 4 die Position „c” unter (e) erreicht, wobei die Kurbel sich in der vorderen horizontalen Position befindet und eine hohe Kraft auf das Pedal 4 einwirkt, woraufhin die Kurbel langsam einfährt, wie unter (d) gezeigt, während das Pedal 4 den unteren Abschnitt durchläuft, wobei es sich um die Position „d” handelt, derart, dass die Kurbel in die Position „a” unter (e) zurückkehrt, in der sie maximal eingefahren ist. Dieser Vorgang wiederholt sich, wobei die Kurbel maximal ausgefahren ist, wenn sie die Position erreicht, in der während einer Umdrehung des Pedals 4 die größte Kraft auf das Pedal 4 einwirkt, womit das Einfahren und Ausfahren wiederholt werden.
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Bei der Benutzung der einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel der vorliegenden Erfindung ist die Ortslinie des Pedals 4 die Kurve, die in (e) aus 5 mit „J” bezeichnet ist, wobei der Radius bei Krafteinwirkung größer ist als die Ortslinie L der Kurbel, wenn die Kurbel maximal eingefahren ist, wodurch ein hohes Drehmoment angewandt wird, während der Radius dann, wenn keine Kraft einwirkt, kleiner ist als die Ortslinie K der Kurbel, wenn die Kurbel maximal ausgefahren ist, wodurch sich der Drehradius reduziert.
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Zweite Ausführungsform
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Die oben beschriebene einfahrbare/ausfahrbare Kurbel kann anstelle des zylinderförmigen Nockens 3 durch einen Endnocken 3-1 oder einen Taumelscheibennocken 3-2 implementiert werden. Eine Kontaktfeder 6-1 ist notwendig, um die Nockenfläche und eine Nockenführung 13 in engem Kontakt zu halten und auf diese Weise den Endnocken 3-1 oder den Taumelscheibennocken 3-2 zu benutzen.
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Der Endnocken 3-1 weist die unter (a) aus 6 gezeigte Form auf und ist ein Nocken, der hergestellt ist, indem eine Drehwelle an einen Nockenkörper gekoppelt ist, der ausgebildet wird, indem ein Ende eines Rohres oder eines Zylinders von bestimmter Dicke mit einem Winkel abgeschnitten wird, wobei eine Nockenführung 13 in engem Kontakt mit der Abschrägung steht. Während sich der Endnocken 3-1 um die Nockenwelle dreht, wird der Endnocken 3-1 von der Nockenführung 13, die an einem fest angeordneten Arm 1 fixiert ist, hin und her bewegt, wodurch ein beweglicher Arm 2 im Endnocken 3-1 einfährt/ausfährt, während er sich gleitend hin und her bewegt.
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Der Taumelscheibennocken 3-2 weist die unter (b) aus 6 gezeigte Form auf und ist ein Nocken, der hergestellt ist, indem eine kreisförmige Taumelscheibe mit einem Winkel an eine Drehwelle gekoppelt ist, wobei eine Nockenführung 13 in engem Kontakt mit der Fläche der kreisförmigen Taumelscheibe steht. Der Betriebsmechanismus des Taumelscheibennockens 3-2 ist derselbe wie der des Endnockens 3-1.
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Ein Ausführungsbeispiel, wobei der Endnocken 3-1 auf die einfahrbare/ausfahrbare Kurbel der vorliegenden Erfindung angewandt wird, ist in 7 gezeigt, wobei der Endnocken 3-1 anstelle des zylinderförmigen Nockens 3 im beweglichen Arm 2 angeordnet ist, und eine Kontaktfeder 6 bzw. 6-1 angeordnet ist, um den Endnocken 3-1 in Kontakt mit der Nockenführung 13 zu halten. Die Kontaktfeder 6 bzw. 6-1 kann außerhalb der Kurbel angeordnet sein, wie unter (a) aus 7 gezeigt (Kontaktfeder 6), oder innerhalb der Kurbel angeordnet sein, wie unter (b) aus 7 gezeigt (Kontaktfeder 6-1).
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Wenn die Kontaktfeder 6 außerhalb der Kurbel angeordnet ist, sind ein Federbockschlitz 61 und ein Federbock 62 an einer Seite des fest angeordneten Arms 1 ausgebildet, an der die Nockenführung 13 nicht angebracht ist, und im beweglichen Arm 2 ist ein Federbock 63 ausgebildet, derart, dass der Federbock 63 des beweglichen Arms 2 sich im Federbockschlitz 61 hin und her bewegen kann. Außerdem sind die beiden Enden der Kontaktfeder 6 jeweils an Federbock 62 bzw. Federbock 63 fixiert.
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Wie unter (a) aus 7 gezeigt, zieht die Kontaktfeder 6 den beweglichen Arm 2 zum fest angeordneten Arm 1, wenn es sich bei der Kontaktfeder 6 um eine Spannfeder handelt, derart, dass die Abschrägung des Endnockens 3-1 im beweglichen Arm 2 in engem Kontakt mit der Nockenführung 13 gehalten wird, die am fest angeordneten Arm 1 angebracht ist. Während sich der Endnocken 3-1 dreht und der bewegliche Arm 2 ausfährt, wird die Kontaktfeder 6 gedehnt, und wenn sich der Endnocken 3-1 weiter dreht und der bewegliche Arm 2 einfährt, wird der bewegliche Arm 2 durch die Rückstellkraft der Kontaktfeder 6 zurück in den fest angeordneten Arm 1 gezogen. Dieselbe Wirkung lässt sich erreichen, wenn die Kontaktfeder 6 eine Druckfeder ist und der fest angeordnete Arm 1 den beweglichen Arm 2 verschiebt, derart, dass die Abschrägung des Endnockens 3-1 in engem Kontakt mit der Nockenführung 13 gehalten wird.
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Beim Anordnen der Kontaktfeder 6-1 in der Kurbel, wie unter (b) aus 7 gezeigt, ist es möglich, zwischen dem fest angeordneten Arm 1 und dem beweglichen Arm 2 im fest angeordneten Arm 1 eine oder mehrere Zugfedern, also Kontaktfedern 6-1, anzuordnen, derart, dass der bewegliche Arm 2 zum fest angeordneten Arm 1 hin gezogen wird und die Abschrägung des Endnockens 3-1 im beweglichen Arm 1 in engem Kontakt mit der Nockenführung 13 gehalten wird, die am fest angeordneten Arm 1 angebracht ist.
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Dies ist ein Beispiel für die Ersetzung des zylinderförmigen Nockens 3 durch den Endnocken 3-1, doch lässt sich dieselbe Wirkung auch mithilfe des Taumelscheibennockens 3-2 anstelle des Endnockens 3-1 erzielen.
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Dritte Ausführungsform
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt eine Kurbel einen zylinderförmigen Nocken 3-11, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, wobei aber der zylinderförmige Nocken 3-11 nicht im beweglichen Arm, sondern im fest angeordneten Arm angeordnet ist.
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Die einfahrbare/ausfahrbare Kurbel mit einem zylinderförmigen Nocken 3-11 gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wie in 8 gezeigt, weist Folgendes auf: eine Kurbel, die aus einem fest angeordneten Arm 1-1 besteht, der an eine Drehwelle eines Drehkörpers gekoppelt ist, und einem beweglichen Arm 2-1, der außerhalb des fest angeordneten Arms 1-1 gleitet, einen zylinderförmigen Nocken 3-11, der sich im fest angeordneten Arm 2-1 dreht, ein Pedal (nicht dargestellt), das mit dem Ende des beweglichen Arms 2-1 verbunden ist, und ein Paar Kegelräder 5, die jeweils auf die Welle des zylinderförmigen Nockens 3-11 bzw. die Welle des Pedals gesetzt sind.
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Bei dem fest angeordneten Arm 1-1 ist ähnlich wie bei demjenigen aus der ersten Ausführungsform ein Ansatz 12-1, der an einer Drehwelle angebracht ist, an einem Ende eines fest angeordneten Armkörpers 11-1 ausgebildet, und das andere Ende des fest angeordneten Armkörpers 11-1 ist in den beweglichen Arm 2-1 eingeführt, eine zylindrische Nockenöffnung 16-1 ist darin ausgebildet, um den zylinderförmigen Nocken 3-11 aufzunehmen, und eine Kupplungsöffnung 17-1 für den zylinderförmigen Nocken 3-11, in die das Ende des zylinderförmigen Nockens 3-11 eingesetzt ist, ist am Boden der zylindrischen Nockenöffnung 16-1 ausgebildet. Außerdem ist an einer Seite des fest angeordneten Armkörpers 11-1 ein Schlitz 13-1 ausgebildet, derart, dass eine Nockenführung 22-1 des beweglichen Arms 2-1 sich hin und her bewegen kann, und es wird bevorzugt, dass eine Abdeckungsplatte 14-1 mit Schrauben 15-1 befestigt ist, um den Einlass der Nockenöffnung 16-1 abzudecken, wenn der zylinderförmige Nocken 3-1 angekoppelt wurde.
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Der bewegliche Arm 2-1 deckt den fest angeordneten Arm 1-1 ab und bewegt sich relativ zum fest angeordneten Arm 1-1 hin und her, und die Nockenführung 22-1, die am Schlitz 13-1 des fest angeordneten Arms 1-1 in eine Führungsnut 32 des zylinderförmigen Nockens 3-11 eingesetzt ist, ragt an einer Seite des beweglichen Armkörpers 21-1 nach innen vor.
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Der zylinderförmige Nocken 3-11 weist die gleiche Form auf wie in der ersten Ausführungsform, weist jedoch in der Mitte eine Keilöffnung 31-1 auf, in die eine Keilwelle des Kegelradgetriebes eingesetzt ist. Außerdem wird bevorzugt, dass jeweils Lager 32-1, bei denen es sich um ein Traglager und ein Drucklager handelt, vor und hinter dem zylinderförmigen Nocken 3-11 angeordnet sind, um die Drehung zu erleichtern. Die Nockenführung 22-1 des beweglichen Arms 2-1 steht in Eingriff mit der Führungsnut 32 oder dem Führungsvorsprung des zylinderförmigen Nockens 3-11.
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Eine Pedalwelle ist an die Welle von einem der beiden Kegelräder 5 gekoppelt, und eine Keilwelle 51-1, die in die Keilöffnung 31-1 des zylinderförmigen Nockens 3-11 eingesetzt ist, ist an das andere Kegelrad gekoppelt.
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Der Betrieb der Kurbel gemäß diesem Ausführungsbeispiel entspricht demjenigen der ersten Ausführungsform. Allerdings bewegt die Nockenführung 22-1 des beweglichen Arms 2-1 den beweglichen Arm 2-1 relativ zum fest angeordneten Arm 1-1, während sie sich im der Führungsnut 32 des zylinderförmigen Nockens 3-11 bewegt und sich im fest angeordneten Arm 1-1 dreht, wodurch die Kurbel eingefahren/ausgefahren wird.
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Ein Fahrrad, das mit der einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel der vorliegenden Erfindung anstelle des Pedalgelenks ausgestattet ist, lässt sich anhand eines üblichen Fahrrads erzielen, das mit einem Vorder- und einem Hinterrad, einem Rahmen mit einem Sattel, einem Lenker, der die Laufrichtung des Fahrrads durch Ändern der Richtung des Vorderrads anpasst, einer Pedal-Kurbel, an die das Pedal des Fahrrads gekoppelt ist, und einem Getriebe, das ein Drehmoment vom Pedalgelenk auf das Hinterrad überträgt, ausgestattet ist.
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Da bei einem Fahrrad, das mit der einfahrbaren/ausfahrbaren Kurbel der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, Kraft auf das Pedal 4 ausgeübt werden kann, während die Kurbel maximal ausgefahren ist, lässt sich ein großes Drehmoment erzielen. Außerdem ist der Drehradius im Vergleich zur Ortslinie K der maximal ausgefahrenen Kurbel reduziert, wie bei der Ortslinie J oder der Ortslinie L, wenn keine Kraft ausgeübt wird, wodurch die Drehung erleichtert wird.
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Die vorliegende Erfindung lässt sich als ein mechanisches Element wie z. B. ein Pedalelement einsetzen, wo anstelle des Pedals 4 eines Fahrrads ein Drehgriff eines Drehkörpers an einer Kurbel gekoppelt ist, der manuell betätigt wird.
