DE19741709A1 - Eine Fahrrad-Gangschaltung, bei der nicht der Gang, sondern die Trittfrequenz pro Minute gezählt wird - Google Patents

Description

Eine Fahrrad-Gangschaltung, bei der nicht der Gang, sondern die Trittfrequenz pro Minute ausgewählt wird.

Es ist bekannt, daß Fahrradfahrer sich einer Gang­ schaltung bedienen, um mit der für sie bequemsten Trittfrequenz vorwärts zu kommen. Welches die be­ quemste Trittfrequenz für einen Radfahrer ist muß jeder für sich selbst entscheiden. Sie ist indivi­ duell verschieden.

Nur Radsportler kennen ihre persönliche Trittfre­ quenz und wählen den Gang hiernach aus, während der Normal-Fahrradfahrer erst einen anderen Gang auswählt, wenn er merkt, daß das Treten zu schwer wird oder zu leicht.

Der im Patentanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, daß die meisten Radfahrer ihre ideale Trittfrequenz nicht kennen und immer erst dann einen anderen Gang wählen, wenn ihnen das Treten zu schwer fällt oder zu leicht. Ob der gewählte Gang dann der Optimale ist, merken sie erst nach ein paar weiteren Umdrehungen der Tret­ kurbel.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch aufgeführte automatische Trittfrequenz-Gang­ schaltung für Fahrräder wie folgt gelöst:
Zum Stand der Technik gehören Fahrradcomputer, die die Trittfrequenz pro Minute zählen. Die Erfindung beruht darauf, nicht nur die Tritt­ frequenz pro Minute zu messen und anzuzeigen, sondern aus der Trittfrequenz Rückschlüsse darauf zu führen, ob der jeweils eingelegte Gang zur optimalen Trittfrequenz führt.

Dazu ist es notwendig, die Zeit einer ganzen Tretkurbelumdrehung in alle Einzelheiten zu zerlegen (siehe Fig. 1). Hierzu ist es wiederum notwendig, die Zeitdauer einer Tret­ kurbelumdrehung auf die hundertstel Sekunde genau zu messen. Der Fahrradcomputer muß also nicht wie z.Zt. üblich auf die Sekunde genau anzeigen, sondern wie eine Stoppuhr auf die hundertstel Sekunde. Eine so genaue Zeitmessung ist nicht mit Magneten, sondern nur mit Hilfe eines kleinen Kontaktdrahtes möglich, der bei jeder Umdrehung die genaue Dauer dem Fahrrad­ computer meldet. Der Fahrradcomputer wiederum muß in der Lage sein, bei jeder Kurbelum­ drehung, also innerhalb von 0,5 Sekunden die Berechnungen durchzuführen.

Da der Fahrradcomputer die Daten durch ein Computerprogramm auswertet, handelt es sich somit zum Teil auch um eine programmbezogene Erfindung.

Das von einem Fachmann (Programmierer) zu schreibende Programm muß vor der Fahrt fol­ gende Daten abfragen:

• 1. die gewünschte Trittfrequenz pro Minute. Der eingegebene Wert muß zwischen 30 u. 90 liegen, z. B. 57. Der eingegebene Wert ist der Divisor von 60 um auf die Zeitdauer einer Kurbelumdrehung zu kommen. (60 : 57=1,05 Sekunden).
• 2. die Mindestgeschwindigkeit. Erst wenn diese erreicht ist, soll die automatische Gangschal­ tung anfangen zu arbeiten. (Grund: Es soll un­ nötiges schalten, wie z. B. hinunterschal­ ten in den kleinsten Gang beim anfahren oder beim Fahren mit Schrittgeschwindig­ keit vermieden werden, weil hierbei keine optimale Trittfrequenz benötigt wird. Die Mindestgeschwindigkeit sollte in flachen Gegenden knapp unter der Durchschnitts­ geschwindigkeit u. bei bergigen Strecken eher Schrittgeschwindigkeit betragen. Zur Prüfung der Mindestgeschwindigkeit ist daher ein Tachometer notwendig, der die Geschwindigkeit ständig meldet. (siehe Fig. 2).
• 3. den Gang, auf den die Gangschaltung einge­ stellt ist.
  Der Computer muß errechnen können, von welchem Übersetzungsverhältnis er ausgehen muß und welche Gänge zur Verfügung stehen. Wenn er z. B. im niedrigsten Gang ist, kann er die Trittfrequenz nicht mehr optimieren.

Während der Fahrt mißt der Computer die Zeit­ dauer einer jeden Kurbelumdrehung auf die hundertstel Sekunde und errechnet, ob die pro­ zentuale Abweichung zur Idealzeit durch eine prozentuale Änderung des Übersetzungsver­ hältnisses (ausgehend von dem jeweils aktuellen Übersetzungsverhältnis des Ganges in dem sich die Gangschaltung gerade befindet) wieder ausgeglichen werden kann, um wieder in die ideale Trittfrequenz zu kommen.

In der Fig. 4 sind die einzelnen Rechen­ schritte des Programms einer später noch beschriebenen 5-Gang-Kettenschaltung aufgezeichnet.

Als technisches Problem gestaltet sich, wie der Fahrradcomputer, wenn er errechnet hat, daß in einen anderen Gang geschaltet werden soll, er dieses mechanisch umsetzen kann. Das Patent bezieht sich nicht auf diesen mechanischen Vorgang, da dies als Stand der Technik angesehen wird.

Dennoch sind für dieses Problem folgende Lösungen vorstellbar:

• - Mit Hilfe einer Spannfeder wird die Gang­ schaltung aufgezogen. Die von der Feder gespeicherte Energie kann der Fahrrad­ computer zum umschalten verwenden.
• - Batterien liefern die Energie um elektrisch umschalten zu können (Neuheit auf der letzten Fahrrad-Messe).
• - Über Druckluft wird die Gangschaltung be­ tätigt. (Neuheit auf der letzten Fahrrad-Messe - in ca. 2 Jahren serienreif).
• - Falls ein automatisches Umschalten nicht möglich ist, bleibt die Möglichkeit einer halbautomatischen Gangschaltung. In diesem Fall meldet sich der Fahrradcomputer beim Überschreiten der Toleranzgrenzen mit einem akustischen Signal und zeigt im Display an, in welchen Gang zu schalten wäre, um wieder in die ideale Trittfre­ quenz zu kommen. Für Kettenschaltungen ist dies vielleicht die bessere Lösung, weil beim Schaltvorgang keine Belastung auf die Kette ausgeübt werden soll. Für Schaltungen, die auch unter Belastung betätigt werden können, wäre eine voll­ automatische Schaltung optimal.

Desweiteren sollte die automatische Tritt­ frequenz-Gangschaltung auch ausgeschaltet werden können, weil sie eigentlich nur dann sinnvoll ist, wenn man sich nach einer längeren Strecke in eine bestimmte Tritt­ frequenz "eingefahren hat". Bei kürzeren Strecken hat der Radfahrer oft Schwankungen in seiner Trittfrequenz, die nicht unbedingt durch die Gangschaltung ausgeglichen werden müssen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgendem näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 die zeitliche Aufschlüsselung einer ganzen Tretkurbelumdrehung am Beispiel des 3. Ganges einer später noch be­ schriebenen 5-Gang-Kettengangschaltung;

Fig. 2 die Anbringung des Fahrradcomputers mit Trittfrequenz-Messung auf hundertstel Sekunden, Verbindung zur Gangschaltung und Verbindung zur Geschwindig­ keits-Messung;

Fig. 3 Fahrradcomputer, der die Gangschaltung steuern soll;

Fig. 4 die einzelnen Rechenschritte des Com­ puterprogramms anhand der später noch beschriebenen 5-Gang-Kettengangschaltung.

Erläuterung zu Fig. 1:
Wenn für eine volle Umdrehung der Tretkurbel im 3. Gang genau die Zeit benötigt wird, die vorher über die ideale Trittfrequenz einge­ geben wurde, entsteht keine Abweichung zur Idealzeit. Benötigt man jedoch mehr Zeit, führt dies zu einer Zeitabweichung in Richtung gegen die Tretkurbeldrehung. Ist die Abweichung nicht größer als 9% von der Idealzeit, passiert nichts, da man innerhalb der Toleranzgrenzen ist. Beträgt die Abweichung jedoch mehr als 9%, wird in den 2. Gang geschaltet, um die Dauer einer Umdrehung wieder der Idealzeit anzunähern. Bei Abweichungen von mehr als 20% wird in den 1. Gang geschaltet werden. Bei einer Abwei­ chung von mehr als 30% passiert nichts, weil der Radfahrer z. B. aufgehört hat zu treten. Das gleiche, nur mit etwas anderen Prozent­ sätzen, gilt auch für die umgekehrte Rich­ tung, wenn man weniger Zeit für eine Umdre­ hung braucht.

Die Prozentsätze sind hier individuell auf eine 5-Gang-Kettenschaltung abgestimmt, die folgende Übersetzungsverhältnisse hat:

Bei einer Tretkurbelumdrehung dreht sich das Hinterrad im:

Vom 3. Gang ausgehend (=2,5) ist das Über­ setzungsverhältnis des 4. Ganges (=2,777) um 11% höher als das des 3. Ganges. Wenn die Trittfrequenz im 3. Gang um mehr als 11% zunimmt, würde ein schalten in den 4. Gang wieder zur optimalen Trittfrequenz führen. Alle anderen in Frage kommenden Prozentsätze ergeben sich aus der fol­ genden Tabelle.

Ein schalten in folgende Gänge ist, wegen zu hoher prozentualer Abweichungen, nicht vorge­ sehen:

• - vom 1. Gang in den 4. und 5. Gang;
• - vom 2. Gang in den 5. Gang;
• - vom 5. Gang in den 1. Gang.

Claims (2)

1. Eine Fahrrad-Gangschaltung, bei der nicht der Gang, sondern die Trittfrequenz pro Minute gewählt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fahrradcomputer bei jeder Umdrehung der Tretkurbel die Trittfrequenz mit der vom Radfahrer vorgegebenen idealen Trittfrequenz vergleicht und beim Über-/Unterschreiten vorher genau bestimmter Zeitgrenzen die Gangschaltung programmgesteuert betätigt, um wieder in die ideale Trittfrequenz zu kommen.

2. Gangschaltung für Fahrräder nach Patentanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein individuell auf die Übersetzungsverhält­ nisse einer Gangschaltung abgestimmtes Computer­ programm die idealen Gänge ermittelt.