DE19927362A1

DE19927362A1 - Crank drive for bicycles etc., with connecting axis consisting of two parts

Info

Publication number: DE19927362A1
Application number: DE1999127362
Authority: DE
Inventors: Rolf Karl Bell
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-06-16
Filing date: 1999-06-16
Publication date: 2001-01-04

Abstract

The crank drive consists of two cranks axially opposite each other, connected to each other by a connecting axis and driving the bicycle drive system. The connecting axis is split. It consists of two parts (2, 2'), which can be coupled to each other by the coupling segments (3, 3') connected to them and by equalizing elements (4, 4')

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb zum Antrieb von Fortbewegungs mitteln wie beispielsweise Fahrräder, Dreiräder, Behindertenfahrzeuge u. a.The invention relates to a crank mechanism for driving locomotion means such as bicycles, tricycles, vehicles for the disabled and. a.

Kurbeltriebe sind aus dem täglichen Leben bekannt. Sie bestehen aus zwei gegenüberliegend angeordneten Kurbeln, die gegeneinander um 180° versetzt sind. Diese sind durch eine in einem Gehäuse gelagerten Achse miteinander verbunden. Beispielsweise kann das Gehäuse Teil eines Fahrrad rahmens sein. An einer Kurbel ist ein Abtriebselement befestigt. Die an den Kurbeln eingeleitete Kraft wird mittels der Achse auf das Abtriebselement übertragen und hier durch geeignete Übertragungsglieder wie Ketten oder Riemen weitergeleitet.Crank drives are known from everyday life. They consist of two Opposite cranks, which are 180 ° against each other are offset. These are through an axle mounted in a housing connected with each other. For example, the housing can be part of a bicycle be a frame. An output element is attached to a crank. The Andes Crank force is applied to the output element by means of the axis transmitted and here by suitable transmission links such as chains or Belt passed on.

Problems

Bedingt durch die Kurbelumdrehung um 360° und bedingt dadurch, daß nur die Kurbelbereiche in Tretrichtung, in der Regeln von oben nach unten, zu Krafteinleitungen nutzbar sind, liegen zyklische Kraftflüße in einem Bereich von 180° vor.Due to the crank rotation through 360 ° and due to the fact that only the crank areas in the pedaling direction, as a rule from top to bottom Cyclic force flows are in one area of 180 ° before.

Stehen die Kurbeln nach oben oder unten, dann sind aufgrund der fehlenden Hebelarme die Momente null. Maximale Momente entstehen nur dann, wenn die Kurbeln senkrecht zur Krafteinleitung stehen. Im Normalfall stehen die Kurbeln dann waagerecht. Die entstehenden Momente und deren zyklischer Verlauf sind in Fig. 6 dargestellt. Die durchschnittliche Kraftausnutzung liegt bei 60%.If the cranks are up or down, the moments are zero due to the lack of lever arms. Maximum moments only arise when the cranks are perpendicular to the application of force. The cranks are then usually horizontal. The resulting moments and their cyclical course are shown in FIG. 6. The average use of force is 60%.

Soll bei vollen Kurbelumdrehungen eine genügend hohe Bodenfreiheit gegeben sein, muß der Durchstieg, diesen bestimmt die Kurbellagerung im Gehäuse, entsprechend hoch angeordnet sein. Das führt bei Kindern und namentlich bei älteren Menschen, die teilweise unter eingeschränkter Bewe gungsfreiheit leiden zu erheblichen Schwierigkeiten sich auf das Fahrrad zu setzen. Durch die Unsicherheit steigt die Unfallgefahr im Straßenverkehr. Die gleiche Gruppe zeigt auch Unsicherheiten, wenn die Kurbeln in senk rechter Position stehen. Beim Anfahren an Haltestellen wie Ampeln, passiert es teilweise bei ungenügender Bewegungskoordination, daß die Kurbel, die in der oberen Anfahrposition steht, nach hinten getreten wird. Das hat zur Folge, daß bei Rädern mit Freilauf ein Durchtreten nach hinten/unten passiert oder bei Rädern ohne Freilauf unfreiwillig gebremst wird, wobei die Kurbel in höchster Position stehen bleibt. Der Lenker wird verrissen und es entsteht eine kritische Situation. Da die Kurbeln beim halten meist in einer ungüns tigen Anfahrposition stehen, wird ein unruhiger Aufwand betrieben, diese in ein günstige Position zu bringen. Auch hier entstehen Unsicherheiten bei allen beteiligten Verkehrsteilnehmern.Should have a sufficiently high ground clearance at full crank turns the access must be given, this determines the crank bearing in the Housing, be arranged accordingly high. That leads to children and especially among older people, some of whom have restricted mobility Freedom of movement suffers from considerable difficulties in approaching the bicycle put. Uncertainty increases the risk of accidents on the road. The same group also shows uncertainties when the cranks are lowered right position. Happens when starting at stops such as traffic lights it is partly with insufficient coordination of movement that the crank, which in is in the upper approach position, is stepped backwards. That has to As a result, there is a backward / downward passage on bicycles with freewheel or is involuntarily braked on bikes without freewheel, the crank in remains in the highest position. The handlebar is torn and it is created a critical situation. Because the cranks when holding mostly in a bad way standing approach position, a restless effort is made, this in to bring a favorable position. Here too, uncertainties arise for everyone involved road users.

Wird eine der Kurbeln in die zum Anfahren bevorzugte obere bis waagerechte Position gebracht, dann passiert es Kindern mit mangelnder Koordination häufig, daß beim Anfahren die hintere Kurbel gegen das Standbein stößt, was in der Regel einen Sturz zur Folge hat.If one of the cranks is in the preferred upper to horizontal position for moving off Positioned, it happens to children with a lack of coordination often that the rear crank hits the main leg when starting, which usually results in a fall.

Task

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Kraftausnutzung zu ver bessern, die Durchstiegshöhe zu verringern und die Kurbelstellungen zu je dem Zeitpunkt so zu gestalten, daß das Unfallrisiko minimiert wird. Darüber hinaus soll der Fahrkomfort verbessert und der eingeschränkten Bewegungs freiheit älterer Menschen Rechnung getragen werden.It is an object of the present invention to ver the force utilization better to decrease the step height and the crank positions each the time so that the risk of accidents is minimized. About that In addition, the driving comfort should be improved and the restricted movement freedom of the elderly.

solution

Als Lösung wird ein Kurbeltrieb vorgeschlagen, bei dem die Kurbeln 1 bzw. 1' permanent in der Richtung stehen, die für die Krafteinleitung relevant ist. In der Regel ist das die Position in Fahrtrichtung, also vorne. Zur besseren Kraftausnutzung werden die Kurbeln 1 bzw. 1' wechselweise zyklisch in einem beliebigen Winkelbereich um die Stellung der maximalen Momentenerzeu gung bewegt. As a solution, a crank mechanism is proposed in which the cranks 1 and 1 'are permanently in the direction that is relevant for the application of force. As a rule, this is the position in the direction of travel, i.e. at the front. For better power utilization, the cranks 1 and 1 'are alternately moved cyclically in any angular range around the position of the maximum torque generation.

Hierbei müssen die Winkel oberhalb nicht zwingend gleich den Winkeln unter halb des Maximaldrehmomentes sein. Die Kurbeln 1 bzw. 1' sind jeweils mit einer gelagerten Verbindungsachse 2 bzw. 2' verbunden. Zur wechselweisen zyklischen Bewegungsübertragung sind die Verbindungsachsen 2 bzw. 2' durch Kopplungssegmente 3 bzw. 3' sowie durch Ausgleichselemente 4 bzw. 4' drehbar miteinander verbunden. Die im Gehäuse 5 fest positionierten aber drehbar gelagerten Ausgleichselemente 4 bzw. 4' bestimmen die Position der Kurbeln 1 bzw. 1'. An einer der Verbindungsachsen 2 sind Verbindungsteile 6 und 6' befestigt, die so gestaltet sind, daß die Bewegungsfreiheit des beliebigen Winkels gegenüber den entsprechenden Kopplungssegmenten 3 bzw. 3' gegeben ist. Die Kopplungssegmente 3 bzw. 3' werden in ihren Endpositionen durch Stopper 13, 13', 14 und 14' die mit dem Gehäuse 5 verbunden sind, gestoppt. Eine Winkelbewegung um eine bevorzugte Position ist gewährleistet. Die Verbindungsteile 6 bzw. 6' haben die Aufgabe, das eingeleitete Moment der entsprechenden Kurbel 1 über die Verbindungsachse 2 auf einen Halter 7 weiterzuleiten. Der zweite Halter 7' ist direkt mit der Verbindungsachse 2' und der zweiten Kurbel 1' verbunden. Auf den Haltern 7 bzw. 7' sind eins oder mehrere Übertragungselemente 8 bzw. 8' angeordnet, die mittels Elementenachsen 9 bzw. 9' fest positioniert aber drehbar gelagert sind. Die Übertragungselemente 8 bzw. 8' werden jeweils durch Federn 10 bzw. 10', die an den Haltern 7 bzw. 7' befestigt sind, in Position gehalten. Die Übertragungselemente 8 bzw. 8' und die Nuten der Halter 7 bzw. 7', in denen die Übertragungselemente 8 bzw. 8' sitzen, sind so ausgebildet, daß sie in der kraftrelevanten Richtung eine formschlüssige Verbindung darstellen. In der nicht kraftrelevanten Richtung können die Übertragungselemente 8 bzw. 8' gegen die Federkräfte der Federn 10 bzw. 10' kippen, so daß die form schlüssige Verbindung unterbrochen wird. Beim Kippen der Übertragungsele mente 8 bzw. 8' werden die Federn 10 bzw. 10' gegen die Halter 7 bzw. 7' gespannt, so daß sie beim Einsatz in der kraftrelevanten Richtung in die Arbeitsposition gedrückt werden und sofort eine formschlüssige Verbindung herstellen. Auf der Verbindungsachse 2', die mit dem zweiten Halter 7' direkt verbunden ist, ist eine innenverzahnte Zahnhülse 11 frei drehbar gelagert. Die Zahnhülse 11 wird gegenüber dem Gehäuse 5 durch eine Lagerung abgestützt. Die Innenverzahnung der Zahnhülse 11 und die Übertragungsele mente 8 bzw. 8', die in diese Zähne eingreifen, sind so ausgebildet, daß sie in der kraftrelevanten Richtung eine formschlüssige Verbindung herstellen. Here, the angles above do not necessarily have to be equal to the angles below half the maximum torque. The cranks 1 and 1 'are each connected to a mounted connection axis 2 and 2 '. For alternating cyclical motion transmission, the connecting axes 2 and 2 'are rotatably connected to one another by coupling segments 3 and 3 ' and by compensating elements 4 and 4 '. The compensating elements 4 and 4 'fixedly positioned in the housing 5 but rotatably mounted determine the position of the cranks 1 and 1 '. On one of the connecting axes 2 connecting parts 6 and 6 'are attached, which are designed so that the freedom of movement of any angle is given relative to the corresponding coupling segments 3 and 3 '. The coupling segments 3 and 3 'are stopped in their end positions by stoppers 13 , 13 ', 14 and 14 'which are connected to the housing 5 . An angular movement around a preferred position is guaranteed. The connecting parts 6 and 6 'have the task of forwarding the initiated torque of the corresponding crank 1 via the connecting axis 2 to a holder 7 . The second holder 7 'is connected directly to the connecting axis 2 ' and the second crank 1 '. One or more transmission elements 8 and 8 'are arranged on the holders 7 and 7 ', which are fixedly positioned but rotatably supported by means of element axes 9 and 9 '. The transmission elements 8 and 8 'are held in position by springs 10 and 10 ', respectively, which are fastened to the holders 7 and 7 ', respectively. The transmission elements 8 and 8 'and the grooves of the holder 7 and 7 ', in which the transmission elements 8 and 8 'sit, are designed so that they represent a positive connection in the force-relevant direction. In the non-force-relevant direction, the transmission elements 8 and 8 'can tilt against the spring forces of the springs 10 and 10 ', so that the positive connection is interrupted. When tilting the elements 8 and 8 ', the springs 10 and 10 ' are tensioned against the holders 7 and 7 ', respectively, so that they are pressed into the working position when used in the force-relevant direction and immediately produce a positive connection. On the connecting axis 2 ', which is directly connected to the second holder 7 ', an internally toothed toothed sleeve 11 is freely rotatable. The toothed sleeve 11 is supported relative to the housing 5 by a bearing. The internal toothing of the toothed sleeve 11 and the transmission elements 8 and 8 ', which engage in these teeth, are designed so that they produce a positive connection in the force-relevant direction.

In der nicht kraftrelevanten Richtung kippen die Übertragungselemente 8 bzw. 8' bedingt durch die Drehbewegung und die Ausbildung der Verzahnung der Zahnhülse 11 gegen die Federkräfte der Federn 10 bzw. 10', so daß keine formschlüssige Verbindung entsteht. Der Abtrieb 12 ist mit der Zahnhülse 11 verbunden und hat die Aufgabe, die Momente an Übertragungsglieder wie Ketten oder Riemen weiterzuleiten.In the non-force-relevant direction, the transmission elements 8 and 8 'tilt due to the rotational movement and the formation of the toothing of the toothed sleeve 11 against the spring forces of the springs 10 and 10 ', so that no positive connection is produced. The output 12 is connected to the toothed sleeve 11 and has the task of transmitting the moments to transmission links such as chains or belts.

Dadurch daß die Kurbeln 1 bzw. 1' zyklisch in einem beliebigen Winkelbereich < 180° um die Stellung der maximalen Momentenerzeugung bewegt werden, folgt eine höhere Kraftausnutzung. Wie im anhängenden Ausführungsbeispiel gezeigt, wird die Kraftausnutzung bei ±45° = 90° um die maximale Momen tenstellung um 27% erhöht, so daß ein Absolutwert von 87%, wie in Fig. 7 gezeigt, erreicht wird. Die Kraftausnutzung weicht unwesentlich ab, wenn sich die Kurbeln 1 bzw. 1' zum Beispiel im Winkelbereich von + 55° bis -35° = 90° bewegen. Hierbei wird ein Absolutwert von rund 86% erreicht.Characterized in that the cranks 1 and 1 'are cyclically moved in any angular range <180 ° around the position of the maximum torque generation, a higher use of force follows. As shown in the appended embodiment, the force utilization at ± 45 ° = 90 ° is increased by the maximum torque position by 27%, so that an absolute value of 87%, as shown in FIG. 7, is achieved. The use of force deviates insignificantly if the cranks 1 and 1 'move, for example, in the angular range from + 55 ° to -35 ° = 90 °. An absolute value of around 86% is achieved.

Bei dieser Kurbelstellung kann der Durchstieg, der durch die Lagerung des Kurbeltriebs und die Auslenkung der Kurbeln 1 bzw. 1' bestimmt wird, wesentlich tiefer gelegt werden, nämlich auf die Position, die die Kurbeln heute zur notwendigen Bodenfreiheit benötigen. Es ist auch nicht mehr möglich, daß eine zum Anfahren ungeeignete Kurbelstellung gegeben ist. Der eingeschränkten Bewegungsfreiheit älterer Menschen ist durch die Kurbel stellung vorne, dem tiefergelegten Durchstieg und einem eingeschränkten Arbeitsbereich = Winkelbereich Rechnung getragen. Diese Kurbelanordnung läßt ein ruhiges Fahren und Verweilen der Extremitäten speziell für Touren fahrer zu. Insgesamt wird das Fahrverhalten verbessert und das Unfallrisiko erheblich gesenkt. With this crank position, the step-through, which is determined by the mounting of the crank mechanism and the deflection of the cranks 1 and 1 ', can be set much lower, namely to the position that the cranks need today for the necessary ground clearance. It is also no longer possible for the crank position to be unsuitable for starting. The restricted freedom of movement of older people is taken into account by the crank position at the front, the lowered step-through and a restricted working area = angular range. This crank arrangement allows quiet driving and lingering of the extremities especially for touring drivers. Overall, driving behavior is improved and the risk of accidents is significantly reduced.

function

Das Pedal der Kurbel 1 wird mit Kraft beaufschlagt und bewegt sich nach unten um den Drehpunkt der gelagerten Verbindungsachse 2. Die Kraft und die Drehbewegung I werden von der Verbindungsachse 2 einerseits auf das Kopplungssegment 3 und andererseits auf die Verbindungsteile 6 und 6' übertragen. Über die Verbindungsteile 6 und 6' werden die Antriebskraft/ Drehbewegung I auf den Halter 7 übertragen. Das entsprechend ausgebil dete Übertragungselement 8, das durch die Elementenachse 9 ortsfest aber drehbar im Halter 7 gelagert ist und durch die Feder 10 in Betriebsposition gedrückt ist, stellt durch die speziell ausgebildete Aufnahme im Halter 7 eine formschlüßige Verbindung dar. Das Übertragungselement 8 ist so ausgebildet, das es in die entsprechend ausgebildete Verzahnung der Zahnhülse 11 eingreift und auch hier eine formschlüßige Verbindung herstellt. Die Antriebskraft/Drehbewegung leitet über auf die frei drehbar gelagerte Zahnhülse 11 und weiter auf den mit ihr verbundenen Abtrieb 12.The pedal of the crank 1 is acted upon by force and moves downward around the pivot point of the mounted connecting axis 2 . The force and the rotational movement I are transmitted from the connecting axis 2 on the one hand to the coupling segment 3 and on the other hand to the connecting parts 6 and 6 '. The driving force / rotary movement I are transmitted to the holder 7 via the connecting parts 6 and 6 '. The corresponding ausgebil Dete transmission element 8 , which is fixed by the element axis 9 but rotatably mounted in the holder 7 and is pressed by the spring 10 in the operating position, is a positive connection through the specially designed receptacle in the holder 7. The transmission element 8 is designed so that it engages in the correspondingly formed toothing of the toothed sleeve 11 and also produces a positive connection here. The driving force / rotary movement passes over to the freely rotatable toothed sleeve 11 and further to the output 12 connected to it .

Die Rückführkraft/Drehbewegung I wird vom Kopplungssegment 3 auf die ortsfest im Gehäuse 5 aber um die eigenen Achsen drehbar gelagerten Ausgleichselemente 4 und 4' übertragen. Es findet eine Drehrichtungsumkehr statt, Drehbewegung II = - Drehbewegung I. Die Rückführkraft und die Drehbewegung II werden über das Kopplungssegment 3' und die Verbin dungsachse 2' auf den Halter 7' übertragen. Das Übertragungselement 8', das gleich dem Übertragungselement 8 im Halter 7' mit entsprechendem Frei raum gelagert ist, wird bei der Drehbewegung II aus der Verzahnung der Zahnhülse 11, die sich mit Drehbewegung I dreht, gegen die Federkraft der Feder 10' aus der Verzahnung herausgedrückt. Der formschlüssige Kraftnuß ist unterbrochen. Weiterhin wird über die Verbindungsachse 2' die Kurbel 1' mit der Rückholkraft/Drehbewegung II in die obere Ausgansposition bewegt. Die Kopplungssegmente 3 und 3' werden durch Stopper 13, 13', 14 und 14' in ihrer Winkelbewegung begrenzt. The return force / rotary movement I is transmitted from the coupling segment 3 to the compensating elements 4 and 4 'which are mounted in a stationary manner in the housing 5 but are rotatable about their own axes. There is a reversal of the direction of rotation takes place, rotational movement II = - rotational movement I. The return force and the rotational movement II are transmitted via the coupling segment 3 'and the connec tion axis 2 ' to the holder 7 '. The transmission element 8 ', which is the same as the transmission element 8 in the holder 7 ' with a corresponding free space, is in the rotary movement II from the toothing of the toothed sleeve 11 , which rotates with rotary movement I, against the spring force of the spring 10 'from the toothing pushed out. The form-fitting power nut is interrupted. Furthermore, the crank 1 'is moved into the upper starting position with the return force / rotary movement II via the connecting axis 2 '. The coupling segments 3 and 3 'are limited in their angular movement by stoppers 13 , 13 ', 14 and 14 '.

In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt:An exemplary embodiment is shown in the figures. It shows:

Fig. 1 Kurbeltrieb gesamt ohne Lagerungen Fig. 1 crank mechanism total without bearings

Fig. 2 Wie Fig. 1, aber Zahnhülse 11 als Halbschale je Hal ter 7 bzw. 7' ein Übertragungselement 8 bzw. 8' und ohne Stopper 13, 13', 14, 14' Fig. 2 Like Fig. 1, but toothed sleeve 11 as a half-shell per Hal ter 7 or 7 'a transmission element 8 or 8 ' and without stopper 13 , 13 ', 14 , 14 '

Fig. 3 Wie Fig. 2, aber ohne Kurbel 1', ohne Übertragungs element 8' und ohne Abtrieb 12 Fig. 3 As shown in FIG. 2, but without crank 1 ', without transmission element 8' and without output 12

Fig. 4 Ausschnitt des Halters 7 und der Zahnhülse 11 mit ei nem Anordnungsbeispiel eines Übertragungselementes 8 in Rückführstellung Fig. 4 section of the holder 7 and the toothed sleeve 11 with egg NEM arrangement example of a transmission element 8 in the return position

Fig. 5 Wie Fig. 4, aber Übertragungselement 8 in form schlüssiger Stellung Fig. 5 Like Fig. 4, but transmission element 8 in a positive position

Fig. 6 Durchschnittliche Kraftausnutzung bei herkömmlichen Kurbeltrieben Fig. 6 Average power utilization in conventional crank drives

Fig. 7 Durchschnittliche Kraftausnutzung bei einer Winkelbewe gung von beispielsweise + 45° bis -45° um die Stellung der maximalen Momentenerzeugung. Fig. 7 Average force utilization with an angular movement of, for example, + 45 ° to -45 ° around the position of the maximum torque generation.

Claims

1. crank drive, consisting of two axially opposite cranks, which are coupled together by a connecting axis and which drive an output, characterized in that the connecting axis is separated and consists of parts 2 and 2 '.

2. According to claim 1, characterized in that the connecting axes 2 and 2 'through the connected coupling segments 3 and 3 ' and the compensating elements 4 and 4 'are rotatably coupled together.

3. According to claim 2, characterized in that the compensating elements 4 and 4 'on the housing 5 are fixed but rotatably mounted and thus determine the positions of the cranks 1 and 1 ' and their opposite rotation.

4. According to claim 3, characterized in that the connecting axis 2 'transmits the torque to the holder 7 '.

5. According to claim 4, characterized in that the holder 7 and 7 'receive the transmission elements 8 and 8 ', the element axes 9 and 9 ', the springs 10 and 10 ' and transmit the torques.

6. According to claim 5, characterized in that the transmission elements 8 and 8 'by the element axes 9 and 9 ' are fixed in position but rotatably, the moments are transmitted and returned by the springs 10 and 10 'or held in position become.

7. According to claim 6, characterized in that the transmission elements 8 and 8 'and the holder 7 and 7 ' are designed so that they produce a torque connection to the toothed sleeve 11 in one direction of rotation and in the opposite direction of rotation by tilting on the element axes 9 and 9 'interrupt the torque connection.

8. According to claim 7, characterized in that the coupling segments 3 and 3 'are designed so that they allow a radially opposite angular movement relative to the connecting parts 6 and 6 ' and by the stoppers 13 , 13 'and 14 and 14 ' in their Angular movements can be limited.

9. According to claim 8, characterized in that the connecting parts 6 and 6 'relative to the coupling segment 3 ' allow a radially opposite angular movement and the torque of the connecting axis 2 to the holder 7 transmitted.

10. According to claim 9, characterized in that the cranks 1 and 1 'are in the same direction.

11. According to claim 10, characterized in that the toothed sleeve 11 is connected to the output 12 and transmits the torques to the output.