DE19800360A1 - Freilauftretkurbel, insbesondere für Fahrräder und Ergometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Freilauftretkurbel nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Weiter betrifft die Erfindung ein Fahrrad oder ein medizinisches Übungs­ gerät nachdem Oberbegriff des Patentanspruchs 12.

Fahrräder weisen üblicherweise einen Freilauf in der Hinterachsnabe auf. Dadurch ist eine Entkopplung der Tretkurbeln bzw. der Pedale von der sich drehenden Nabe in einer Drehrichtung möglich.

Aus der Österreichischen Patentschrift AT 178 803 ist weiter bekannt, beide Tretkurbeln eines Fahrrades mit einem Freilauf nach Art einer fe­ derbelasteten Sperrklinke zu versehen, wo durch es ermöglicht werden soll, das Fahrrad neben dem üblichen Rundantrieb auch nach Art eines Pendelantriebs anzutreiben.

Aus der Zeitschrift Radmarkt Nr. 11/1992, S. 69 ist ein sogenanntes Multifunktionsfahrrad bekannt, bei dem ebenfalls beide Tretkurbeln jeweils über einen Freilauf von der Hinterachsnabe und voneinander entkoppelbar sind, wodurch die Pedale völlig unabhängig voneinander drehbar oder in Ruhestellung haltbar sind.

Wenngleich diese bekannten Fahrräder mit Freilauftretkurbeln dazu ge­ eignet sind, von Benutzern mit dauernden oder zeitweiligen Behinderun­ gen, insbesondere mit Bewegungseinschränkungen, beispielsweise nach Knie- oder Hüftoperationen, benutzt zu werden, weisen sie den signifi­ kanten Nachteil auf, daß nach dem Treten eines Pedales in die unterste Stellung dieses aktiv wieder nach oben bewegt werden muß. Dazu weisen die bekannten Fahrräder Haken, Bügel oder Riemen an den Pedalen auf, in die der jeweilige Benutzer mit seinem Fuß schlüpfen muß, so daß beim Heben des Fußes das Pedal mitgenommen wird. Gerade für behinderte oder bewegungseingeschränkte Benutzer ist dies beim Betrieb eines derartigen Fahrrades, insbesondere bei einem Sturz, nicht ungefährlich und führt leicht zu einem Unsicherheitsgefühl.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es die Aufgabe der vorlie­ genden Erfindung, eine Freilauftretkurbel zu schaffen, die diese Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Freilauftretkurbel nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Freilauftretkurbel gemäß der Erfindung, insbesondere für Fahrräder und medizinische Übungsgeräte, weist einen Kurbelarm auf, der im Be­ reich seines ersten Endes mit einem Betätigungselement in Form eines Pedals oder dergleichen versehen ist. Der Begriff "Pedal" ist dabei erfin­ dungsgemäß nicht auf ein Element beschränkt, das mit den Füßen betätigt wird, vielmehr sollen darunter auch Betätigungselemente fallen, die mit anderen Körperteilen, insbesondere den Händen betätigt werden. So ist auch die Freilaufkurbel der Erfindung zur Anwendung bei medizinischen Geräten oder auch Fitnessgeräten bestimmt, die mit einem beliebigen Körperteil betätigt werden, solange eine Dreh- bzw. Kurbelbewegung erfolgt.

Im Bereich seines zweiten Endes ist der Kurbelarm in an sich bekannter Weise über einen Freilauf an einer Tretlagerwelle derart befestigbar, daß bei Drehung der Kurbel in einer ersten Richtung ein Drehmoment auf die Tretlagerwelle übertragbar ist und in der Drehgegenrichtung eine Drehmo­ mententkopplung erfolgt.

Erfindungsgemäß weist die Freilaufkurbel mindestens einen am zweiten Ende des Kurbelarmes angeordneten Gewichtskörper auf, der derart geformt, dimensioniert und positioniert ist, daß bei Entlastung des Betäti­ gungselementes ein selbsttätiges Verschwenken des Kurbelarms in eine Ruheposition erfolgt, in der der Kurbelarm vom Tretlager im wesentlichen nach oben, bezogen auf die Richtung der Gewichtskraft, verläuft.

Dies bedeutet mit anderen Worten, daß nach dem Betätigen des Pedales und durch ein Anheben beispielsweise des betätigenden Fußes und der damit verbundenen Entlastung des Pedales aufgrund er Gewichtskraft des Gewichtskörpers ein selbsttätiges Hochschwenken des Pedales in eine oberste Ruheposition erfolgt, ohne daß es eines aktiven Eingreifen eines Benutzers bedarf, insbesondere ohne daß eine durch Bügel, Riemen oder Haken bewirkte Verbindung zwischen Fuß und Pedal notwendig ist.

Nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Ge­ wichtskörper bezüglich der Tretlagerachse im wesentlichen diametral gegenüber dem Betätigungselement angeordnet. Dies bedeutet insbesonde­ re, daß eine einfache Gestaltung einer erfindungsgemäßen Freilauftretkur­ bel dadurch erreicht werden kann, daß das Moment aus der Masse des Gewichtskörpers x dem Abstand des Massenmittelpunktes des Gewichts­ körpers von der Tretlagerachse zumindest geringfügig größer gewählt wird als das Moment aus der Masse des Abschnittes des Kurbelarms, der das Betätigungselement trägt, x dem Abstand dieses Massenmittelpunktes von der Tretlagerachse. Dabei wird durch die Masse des Gewichtskörpers und den Abstand seines Massenmittelpunktes von der Tretlagerachse das Rückstellmoment bestimmt.

In einfachster Weise liegen Massenmittelpunkt des Gewichtskörpers und Massenmittelpunkt des Kurbelarmabschnitts mit dem Betätigungselement einander bezüglich der Tretlagerachse genau diametral gegenüber. Da­ durch ergibt sich ein Schwenk- bzw. Rückstellwinkel von genau 180°. Dabei ergibt sich jedoch bei einer untersten Pedalstellung ein instabiler Totpunkt, an dem theoretisch kein selbsttätiges Rückschwenken erfolgt. Vorzugsweise ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung daher in der Stellung des Kurbelarmes, in der das Betätigungselement seine unterste Position erreicht, der Massenschwerpunkt des Gewichtskörpers seitlich gegenüber der Tretlagerachse derart versetzt, daß aufgrund des dadurch wirkenden Momentes die Rückstellung des Kurbelarms erfolgt. Gleichzei­ tig ergibt sich bei dieser Gestaltung eine obere Ruhestellung des Betäti­ gungselementes, die in Tretrichtung nach vorne versetzt ist, wodurch eine günstige Bewegungseinleitung erfolgt.

Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Gewichts­ körper in seiner Position, insbesondere in seinem seitlichen Versatz ver­ änderbar. Dadurch kann in einfacher Weise der Rückschwenkwinkel des Kurbelarmes und damit der Hub des Betätigungselementes nach den je­ weiligen Erfordernissen eingestellt werden.

Nachteilig bei einem fest angeordneten Gewichtskörper ist, daß aufgrund der Hebelverhältnisse dieser eine relativ große Masse aufweisen muß. Diese kann durchaus im Bereich zwischen ein und zwei Kilogramm liegen. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist daher der Gewichtskörper am Kurbelarm in einer Radialebene der Tretla­ gerachse zumindest geringfügig beweglich angeordnet. Dadurch kann auf einfache Weise der seitliche Versatz dynamisch, d. h. während der Kurbel­ bewegung, verändert werden, so daß sich bei Beginn der Rückschwingbe­ wegung des Kurbelarmes ein hohes Rückstellmoment ergibt, das im Verlauf der Rückschwingbewegung abnimmt und schließlich gegen Null geht. Dies ermöglicht Gewichtskörper mit geringerer Masse.

In beliebiger Weise kann der Gewichtskörper beispielsweise in einer ent­ sprechenden Führung des zweiten Endes des Kurbelarmes verschiebbar geführt sein. Nach einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Freilauftretkurbel der Erfindung jedoch einen im Be­ reich des zweiten Endes des Kurbelarmes angeordneten im wesentlichen geschlossenen gehäuseartigen Kasten auf, in dem mindestens ein Ge­ wichtskörper zumindest in einer Radialebene der Tretlagerachse beweglich angeordnet ist. Die Führung des Gewichtskörpers erfolgt dabei im we­ sentlichen durch die Kasteninnenwände.

Wenngleich grundsätzlich ein einziger verschiebbarer Gewichtskörper im gehäuseartigen Kasten durchaus denkbar ist, sind nach einer bevorzugten Ausführung der Erfindung im gehäuseartigen Kasten eine Vielzahl von Gewichtskörpern nach Art einer Schüttung beweglich angeordnet. Da­ durch ergibt sich eine einfache und damit kostengünstige Bauweise und eine einfache und kontinuierliche Rückstellmomentenveränderung.

Die Gewichtskörper können beispielsweise aus sandartigen Raumelemen­ ten bestehen. Um jedoch bei kleinster Bauform ein ausreichendes Rück­ stellmoment zu erzielen, bestehen gemäß einem weiteren Ausführungsbei­ spiel die Gewichtskörper aus Bleikugeln.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der gehäuseartige Kasten zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Dabei kann diese Flüssigkeit selbst den Gewichtskörper oder einen Teil davon darstellen. Vorzugsweise ist diese Flüssigkeit eine Dämpfungsflüssigkeit, insbesonde­ re eine ölartige Dämpfungsflüssigkeit zur Vermeidung von Betriebsgeräu­ schen und diskontinuierlichen Rückstellmomentveränderungen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Position der Betä­ tigungselemente bezüglich der Längsachse des Kurbelarmes veränderbar. Dadurch ist zum einen das notwendige Rückstellmoment beeinflußbar und zum anderen eine Möglichkeit zur Anpassung an verschiedenste Benutzer­ anforderungen gegeben.

Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrrad oder medizinisches Übungsgerät mit zwei beidseitig des Fahrrades oder Übungsgerätes einander gegen­ überliegenden über eine Tretlagerwelle verbundenen Tretkurbeln, wobei mindestens eine der Tretkurbeln als Freilauftretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgeführt ist. Vorzugsweise sind jedoch beide Tretkurbeln als Freilauftretkurbeln nach einem der vorstehenden Ansprü­ che ausgeführt. Dadurch sind in einfacher Weise sowohl eine herkömmli­ che Betätigung nach Art eines Fahrradrundantriebes als auch ein Pendel­ hubantrieb möglich. Weiter sind beide Kurbeln völlig unabhängig vonein­ ander betätigbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand lediglich Ausführungsbeispiele darstellender Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung in seitlicher Ansicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Freilauftretkurbel;

Fig. 2 die Freilauftretkurbel nach Fig. 1 in teilweise auf­ gebrochener Ansicht von oben;

Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Ansicht den Tretlagerbereich eines Fahrrades mit zwei Freilauf­ tretkurbeln in Pendelhubstellung;

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Freilauftretkurbel mit beweglichem Ge­ wichtskörper in perspektivischer Ansicht;

Fig. 5 den Gewichtskörper des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4 ebenfalls in perspektivischer Ansicht;

Fig. 6 in schematischer teilweise aufgebrochener seitlicher Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freilauftretkurbel; und

Fig. 7 das Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 in teilweise aufgebrochener Ansicht von oben.

Die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Freilauftretkurbel 1 weist einen Kurbel­ arm 2 auf, an dessen ersten Ende 3 ein Betätigungselement 4 in Form eines drehbar befestigten Pedales angeordnet ist. Im Bereich seines zweiten Endes 5 ist der Kurbelarm 2 an der Tretlagerwelle 6 eines nicht dargestellten Fahrrades über einen Freilauf 7 derart befestigt, daß bei Drehung der Kurbel in Richtung des Pfeiles F eine Drehmomentübertra­ gung auf die Tretlagerwelle 6 erfolgt, während in der Gegenrichtung eine Drehmomententkopplung und damit ein Freilauf erfolgt. Der Freilauf 7 ist in einer entsprechenden Ausnehmung 8 des Kurbelarms 2 angeordnet und mit seinem Innenring 9 drehfest mit der Tretlagerwelle 6 verbunden.

Im Bereich seines zweiten Endes 5 ist am Kurbelarm 2 ein Gewichtskörper 10 angeordnet und dort mittels zweier Inbusschrauben 11 und 12 befe­ stigt. Der Gewichtskörper 10 weist zusammen mit den Bereichen des Kurbelarmes 2, die in der Darstellung nach Fig. 1 rechts der Vertikallinie 13 liegen, einen Massenschwerpunkt 14 auf, der in der in Fig. 1 gezeigten Mittelstellung um die Strecke S gegenüber der Vertikalachse 15 seitlich versetzt ist. Dadurch entsteht ein Rückstellmoment um die Tretlagerachse in Richtung des Pfeiles G. Entgegen diesem Rückstellmoment wirkt ein Gewichtsmoment um die Tretlagerachse in Richtung des Pfeiles F auf­ grund des Gewichtes des Kurbelarmes 2 und des Betätigungselementes 4. Um erfindungsgemäß ein selbsttätiges Rückstellen der Feilauftretkurbel in die obere Ruheposition zu erreichen, muß das Gewicht des Gewichtskör­ pers derart gewählt und positioniert werden, daß das Rückstellmoment zumindest geringfügig größer als das Gewichtsmoment ist.

Aufgrund des seitlichen Versatzes S bzw. T ist in der stabilen oberen Ruheposition das Betätigungselement in einer Position, die in Pfeilrich­ tung F gegenüber der Vertikalen nach vorne versetzt ist. Mittels der Inbusschrauben 11 und 12 kann der Gewichtskörper 10 in seiner Position und damit der Versatz S bzw. T eingestellt werden. Damit ist eine einfa­ che Einstellmöglichkeit sowohl für die Höhe des Rückstellmomentes als auch für die obere Ruheposition des Betätigungselementes 4 gegeben.

In Fig. 3 ist schematisch der Tretlagerbereich 16 eines Fahrrades mit zwei Freilauftretkurbeln 1 in Pendelhubstellung gezeigt. Dabei sind zwei im wesentlichen identische Freilauftretkurbeln 1 auf beiden Seiten des Fahr­ rads einander gegenüberliegend angeordnet.

Fig. 4 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine Freilauf­ tretkurbel 101 mit einem Kurbelarm 102, an dessen ersten Ende 103 ein nicht dargestelltes Betätigungselement angeordnet ist. Im Bereich seines zweiten Endes 105 ist eine Ausnehmung 108 angeordnet, die zur Aufnah­ me eines nicht dargestellten Freilaufs und zur Befestigung auf einer eben­ falls nicht dargestellten Tretlagerwelle dient. Im Bereich des zweiten Endes 105 des Kurbelarms 102 ist ein Gewichtskörper 110 beweglich am Kurbelarm 102 befestigt, wie insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich wird, weist der Gewichtskörper 110 einen Führungszapfen 117 auf, der an der konkaven Innenfläche 118 des Gewichtskörpers 110 angeordnet ist und in eine entsprechende Führungsnut 119 im Kurbelarm 102 hintergriffartig eingreift. Die Innenfläche 118 ist dabei formkomplementär zur Außenflä­ che 120 des zweiten Endes 105 des Kurbelarmes 102 ausgebildet. Die beiden Flächen 118 und 120 sind als Gleitflächen ausgebildet.

Wird nun beim Niedertreten des Pedales in Richtung des Pfeiles F der Kurbelarm nach unten bewegt, erfolgt aufgrund der Massenträgheit des Gewichtskörpers 110 eine Relativbewegung zwischen den Gleitflächen 118 und 120, wie dies durch die Pfeile V und W angedeutet ist, bis der Ge­ wichtskörper 110 an einem ersten in der Fig. 4 nicht ersichtlichen Ende 121 der Führungsnut 119 zur Anlage gelangt und mitgenommen wird. Aufgrund der exzentrischen Anordnung der Tretlagerachse zur Achse der Verschwenkbewegung des Gewichtskörpers 110 wandert dabei der Mas­ senschwerpunkt des Gewichtskörpers nach außen, bezogen auf die Tretla­ gerachse. Wenn nun bei weiterer Drehung der Kurbel diese in ihre unter­ ste Stellung gelangt und die Belastung durch den Benutzer aufgehoben wird, erfolgt durch den Gewichtskörper 110 über den Anschlage 121 die Einleitung eines verhältnismäßig großen anfänglichen Rückstellmomentes, das zu einer schnellen dynamischen Rückstellung der Kurbel in die obere Ruhestellung führt. Zur Dämpfung können im Bereich der Anschläge beispielsweise Elastomerelemente zur Anwendung gelangen.

Bei dem in den Fig. 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Freilauftretkurbel 201 ist im Bereich des zweiten Endes 205 des Kurbelarms 202 ein gehäuseartiger Kasten 222 befestigt, in dem eine Vielzahl von Gewichtskörpern 210 in Form von Bleikugeln nach Art einer Schüttung angeordnet sind. Im übrigen ist der Innenraum des Kastens 222 mit einer ölartigen Dämpfungsflüssigkeit gefüllt.

Erfolgt nun durch Betätigung eines lediglich schematisch angedeuteten Pedales 204 durch einen Benutzer in Richtung des Pfeiles F ein Ver­ schwenken des Kurbelarms in die unterste Stellung, erfolgt aufgrund der Massenträgheit der Gewichtskörper 210 eine Verschiebung der Gewichts­ körper 210 in die in der Fig. 6 gezeigte Stellung, wobei der Massen­ schwerpunkt, bezogen auf die Tretlagerachse, nach außen wandert und ein maximales Rückstellmoment erzeugt wird. Mit zunehmender Rückstellung in die obere Ruhelage erfolgt eine Verschiebung der Gewichtskörper 210 entgegen der Richtung des Pfeiles X und damit eine dynamische Vermin­ derung des Rückstellmomentes bis hin zum Ausgleich mit dem durch Kurbelarm und Pedal wirkenden Gewichtsmoment.

Wie weiter aus der Fig. 6 ersichtlich ist, weist der Kurbelarm 202 eine hintergriffartige Befestigungsnut 223 auf, in der das Betätigungselement 204 in Richtung der Kurbelarmlängsachse verschieblich ist. Dadurch kann durch Veränderung des Massenschwerpunktes das Gewichtsmoment variiert und die gesamte Vorrichtung an unterschiedlichste Benutzeranfor­ derungen angepaßt werden.

Claims (13)

1. Freilauftretkurbel, insbesondere für Fahrräder und medizinische Übungsgeräte, mit einem Kurbelarm, der im Bereich seines ersten Endes ein Betätigungselement in Form eines Pedals oder derglei­ chen aufweist und im Bereich seines zweiten Endes über einen Freilauf an einer Tretlagerwelle derart befestigbar ist, daß bei Dre­ hung der Kurbel in einer ersten Richtung ein Drehmoment auf die Tretlagerwelle übertragbar ist und in der Drehgegenrichtung eine Drehmomententkopplung erfolgt, gekennzeichnet durch mindestens einen am zweiten Ende des Kurbelarmes angeordneten Gewichtskörper, der derart geformt, dimensioniert und positioniert ist, daß bei Entlastung des Betätigungselementes ein selbsttätiges Verschwenken des Kurbelarms in eine Ruheposition erfolgt, in der der Kurbelarm vom Tretlager im wesentlichen nach oben, bezogen auf die Richtung der Gewichtskraft, verläuft.

2. Freilauftretkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtskörper bezüglich der Tretlagerachse im wesentli­ chen diametral gegenüber dem Betätigungselement angeordnet ist.

3. Freilauftretkurbel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Stellung des Kurbelarmes, in der das Betätigungselement seine unterste Position erreicht, der Massenschwerpunkt des Ge­ wichtskörpers seitlich gegenüber der Tretlagerachse derart versetzt ist, daß aufgrund des dadurch wirkenden Momentes die Rückstel­ lung des Kurbelarms erfolgt.

4. Freilauftretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtskörper in seiner Position, insbesondere in seinem seitlichen Versatz veränderbar ist.

5. Freilauftretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewichtskörper am Kurbelarm in einer Radialebene der Tretlagerachse zumindest geringfügig beweglich angeordnet ist.

6. Freilauftretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen im Bereich des zweiten Endes des Kurbelarmes angeordneten im wesentlichen geschlossenen gehäuseartigen Kasten, in dem min­ destens ein Gewichtskörper zumindest in einer Radialebene der Tretlagerachse beweglich angeordnet ist.

7. Freilauftretkurbel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß im gehäuseartigen Kasten eine Vielzahl von Gewichtskörpern nach Art einer Schüttung beweglich angeordnet sind.

8. Freilauftretkurbel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskörper aus Bleikugeln bestehen.

9. Freilauftretkurbel nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gehäuseartige Kasten zumindest teilweise mit einer Flüssig­ keit gefüllt ist.

10. Freilauftretkurbel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine Dämpfungsflüssigkeit, insbesondere eine ölartige Dämpfungsflüssigkeit ist.

11. Freilauftretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Betätigungselemente bezüglich der Längsachse des Kurbelarmes veränderbar ist.

12. Fahrrad oder medizinisches Übungsgerät mit zwei beidseitig des Fahrrades oder Übungsgerätes einander gegenüberliegenden über eine Tretlagerwelle verbundenen Tretkurbeln, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Tretkurbeln als Freilauftretkurbel nach ei­ nem der vorstehenden Ansprüche ausgeführt ist.

13. Fahrrad oder medizinisches Übungsgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beide Tretkurbeln als Freilauftretkurbeln nach einem der vor­ stehenden Ansprüche ausgeführt sind.