DE3319736C2

DE3319736C2 - Schaltbarer Tretkurbeltrieb

Info

Publication number: DE3319736C2
Application number: DE3319736A
Authority: DE
Inventors: Masashi Izumi Osaka Nagano
Original assignee: Shimano Industrial Co Ltd
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1982-06-01
Filing date: 1983-05-31
Publication date: 1993-01-28
Anticipated expiration: 2003-06-01
Also published as: DE3319736A1; US4522610A; US4522610B1; FR2527542B1; FR2527542A1; DE3348078C2

Abstract

Eine Tretkurbelanordnung für ein Fahrrad mit einer Tretkurbelwelle, einem Paar Tretkurbelarme und wenigstens einem vorderen Kettenrad bildet zusammen mit einem hinteren Kettenrad und einer Antriebskette einen Tretkurbelantrieb für das Fahrrad. Das vordere Kettenrad hat eine elliptische oder sonstwie unrunde Form mit variablem Teilungsdurchmesser und ist in einer derartigen Anordnung mit den Tretkurbelarmen verbunden, daß der für die Übertragung des Drehmoments vom Kettenrad auf die Antriebskette wirksame Teilungsdurchmesser des Kettenrads im wesentlichen am kleinsten ist, wenn das von den Beinen durch Treten der Pedale erzeugte Drehmoment am größten ist, und der wirksame Teilungsdurchmesser im wesentlichen am größten ist, wenn das Drehmoment am kleinsten ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen schaltbaren Tretkurbeltrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einem solchen bekannten, schaltbaren Tretkurbeltrieb (CH-PS 2 82 923) ist ein einziges ovales Kettenrad vorgesehen, dessen kürzere Hauptachse bei Normalbetrieb etwa parallel zu den Tretkurbelarmen liegt. Wenn man die obere Totpunktlage des Tretkurbeltriebes mit 0° bezeichnet, dann übt ein Radfahrer die größtmögliche Pedalkraft etwa im Bereich eines Kurbelwinkels von 90° aus. Bei der beschriebenen Anordnung ist dann, wenn die größte Pedalkraft ausgeübt werden kann, auch die größte Übersetzung wirksam. Für besondere Fälle, etwa für die Bergfahrt, ist aber beim bekannten Tretkurbeltrieb das Kettenrad um 90° verschwenkbar, so daß es im Berggang eine Lage einnimmt, in welcher seine große Hauptachse auf die Tretkurbelarme ausgerichtet ist. In diesem Falle ist der größtmöglichen Pedalkraft die kleinste Übersetzung zugeordnet, wobei man davon ausgeht, daß beim Hinwegschieben der Pedale über die Totpunkte, also dann, wenn der Radfahrer ohnehin kaum eine nennenswerte Kraft auf die Tretkurbeln aufzubringen vermag, das größte Übersetzungsverhältnis vorliegt.
Wie Untersuchungen der Anmelderin ergeben haben, hat es sich jedoch herausgestellt, daß der bekannte, schaltbare Tretkurbeltrieb im Normalgang, also in jener Lage, in welcher das Kettenrad mit seiner kleinen Hauptachse auf die Kurbelarme ausgerichtet ist, zwar die physische Kraft des Radfahrers gut nutzt, jedoch zu einer verhältnismäßig hohen physiologischen Belastung des Radfahrers führt. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den eingangs genannten, bekannten Tretkurbeltrieb dahingehend weiterzubilden, daß er physiologisch kraftsparender ist, mit anderen Worten, daß ein Radfahrer in einem längeren Zeitraum und im Normalgang eine größere Fahrstrecke zurückzulegen vermag, als dies mit dem eingangs genannten, bekannten Tretkurbeltrieb der Fall ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Hierbei ist für den Normalgang ein zweites, ebenfalls ovales, größeres Kettenrad vorgesehen, dessen größere Hauptachse ebenfalls wie jene des kleineren Kettenrades auf die Tretkurbelarme ausgerichtet ist, und zwar im Gegensatz zu einem ebenfalls bekannten schaltbaren Tretkurbeltrieb (FR-PS 24 40 863), bei welchem ebenfalls zwei gleich orientierte ovale Kettenräder auf der Tretkurbelachse sitzen, aber nicht mit ihrer längeren, sondern mit ihrer kürzeren Hauptachse etwa auf die Tretkurbelarme ausgerichtet sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Radfahrer in der 90°-Tretkurbelstellung in erster Linie nicht nur mit größerer Kraft, sondern insbesondere auch mit einer größeren Geschwindigkeit ein Pedal niederzutreten vermag. Bei bekannten Tretkurbeltrieben aber fällt im Normalgang die Tretgeschwindigkeit in der 90°-Kurbelstellung ab, während die aufzubringende Kraft ansteigt.
Das körperliche Leistungsvermögen eines Radfahrers wird daher im Normalgang durch den erfindungsgemäßen Tretkurbeltrieb besser genutzt, obwohl bei einem Kurbelwinkel von 90° auf den ersten Blick eine scheinbar ungünstigere Kraftverteilung vorliegt, da eine Person durch rasches Niedertreten des Pedals mit kleinerer Kraft eine höhere Leistung aufzubringen vermag als durch langsames Niedertreten mit größerer Kraft.
Gemäß bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung sind die größeren Hauptachsen bevorzugt nicht genau auf die Tretkurbelarme ausgerichtet, sondern gegenüber diesen versetzt, wie dies grundsätzlich, jedoch aufgrund ande -rer Überlegungen, bereits aus der obengenannten FR-PS 24 40 863 bekannt war.
Es ist zwar bereits bekannt (FR-PS 8 80 851), bei einem unrunden Kettenrad die Tretkurbelachse etwa auf dessen große Hauptachse ausgerichtet, aber gegenüber dieser um einen Winkel versetzt anzuordnen, doch diese Maßnahme dient der vollen Nutzung der nur teilweise vorgesehenen Verzahnung, nicht der besseren physiologischen Nutzung der Körperkraft des Fahrers.
Bei einer Tretkurbelanordnung mit mehreren Kettenrädern wird das den kleineren Durchmesser aufweisende Kettenrad gewöhnlich für die Fahrt bergauf oder auf schlechten Straßen verwendet, in Fällen also, in denen es auf geringere Geschwindigkeit bei größerem Drehmoment ankommt, während das den größeren Durchmesser aufweisende Kettenrad für die Fahrt auf guten Straßen oder bergab verwendet wird, wo es auf größere Geschwindigkeit und höhere Leistung ankommt. Bei der Verwendung des kleineren Kettenrads nimmt der Fahrer häufig eine im wesentlichen aufrechte Haltung ein, während er sich bei Verwendung des größeren Kettenrads zumeist vornüber beugt. Daraus ergibt sich, daß der den größten Durchmesser aufweisende Bereich des kleineren Kettenrads in bezug auf den den kleinsten Durchmesser aufweisenden Bereich des größeren Kettenrads im Vorwärts-Drehsinn der Kurbelarme vorwärts versetzt werden muß, damit jedes Kettenrad entsprechend den unterschiedlichen Betriebsbedingungen zweckmäßig benutzt werden kann.
Bei Überschreitung des oberen Totpunkts eines Tretkurbelarms beim Treten der Pedale ist der Winkel zwischen der oberen Körperhälfte des Fahrers und dem betreffenden Bein desselben bei aufrecht sitzender Haltung des Fahrers größer als bei vornüber gebeuter Haltung, wodurch das maximale Drehmoment beim Treten der Pedale in aufrechter Haltung zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wird. Dementsprechend wird das maximale Drehmoment beim Treten der Pedale in vornüber gebeugter Haltung erst zu einem späteren Zeitpunkt erreicht. Aus diesem Grunde sind die dem maximalen Drehmoment zugeordneten Bereiche der Kettenräder im Sinne der Vorwärtsdrehung relativ zueinander phasenversetzt. Dementsprechend ist der den größten Durchmesser aufweisende Bereich des kleineren Kettenrads gemäß der Erfindung vorzugsweise um einen Winkel von 5 bis 15°, insbesondere von 10°, in bezug auf den den größten Durchmesser aufweisenden Bereich des größeren Kettenrads versetzt.
Die Beziehung zwischen dem größten und dem kleinsten Durchmesser der Kettenräder liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 1,06 und 1,20. Bei Verwendung zweier Kettenräder beträgt diese Beziehung beim größeren Kettenrad vorzugsweise 1,06 und beim kleineren Kettenrad 1,09.
Der Grund für Vorstehendes liegt darin, daß die normalen Drehzahlen für das kleinere Kettenrad zwischen etwa 60 und 80 U/min und für das größere Kettenrad zwischen etwa 70 und 90 variieren, wobei für die gleiche Leistung das maximale Drehmoment bei niedrigerer Geschwindigkeit, d. h. bei einer kleineren Drehzahl zunimmt bei hoher Geschwindigkeit, d. h. bei größeren Drehzahlen abnimmt und nahe den oberen und unteren Totpunkten der Tretkurbelarme gleich Null ist. Deshalb ist beim kleineren Kettenrad das Verhältnis zwischen größtem und kleinstem Drehmoment größer als beim größeren Kettenrad, so daß die Muskelkraft des Fahrers optimal genutzt und die physische Belastung des Fahrers dabei gleichwohl verringert wird.
Im folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vorderansicht einer Tretkurbelanordnung in einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 1 in verkleinertem Maßstab,
Fig. 3 eine schematisierte Darstellung der Beziehungen zwischen dem Drehwinkel eines Tretkurbelarms und dem vom Bein des Fahrers erzeugten Drehmoment,
Fig. 4 eine schematisierte Darstellung der Beziehungen zwischen dem Drehwinkel eines Kettenrads und seinem örtlichen Radius,
Fig. 5 eine schematisierte Seitenansicht von Kettenrädern in einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 6 eine schematisierte Seitenansicht eines Tretkurbeltriebs im Gebrauchszustand,
Fig. 7 eine nur teilweise ausgeführte Seitenansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 8 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Drehwinkel eines Tretkurbelarms und dem vom Bein des Fahrers ausgeübten Drehmoment und
Fig. 9 eine grafische Darstellung der Beziehungen zwischen dem Drehwinkel eines Kettenrads und dem örtlichen Durchmesser desselben.
Eine in der Zeichnung dargestellte Tretkurbelanordnung hat eine Tretkurbel 1 mit einer Welle 11, welche an beiden Enden Paßstücke 11 a und 11 b für die Befestigung jeweils eines Tretkurbelarms 12 bzw. 13 aufweist, und ferner ein eine kleinere Anzahl von Zähnen aufweisendes erstes Kettenrad 2 und ein eine größere Anzahl von Zähnen aufweisendes zweites Kettenrad 3, welche zusammen an einer radial vom Nabenteil 12 a des einen Tretkurbelarms 12 abstehenden Tragscheibe 14 befestigt sind und über eines von welchen wahlweise eine Antriebskette geführt werden kann. Die Kettenräder 2 und 3 haben jeweils einen Scheibenkörper 21 bzw. 31, welcher entlang seinem Umfang mit einer Anzahl von Zähnen 22 bzw. 32 bestückt ist, und sind über mehrere Verbinder 4 mit -einander verbunden.
In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist das die größere Anzahl von Zähnen aufweisende zweite Kettenrad 3 in herkömmlicher Weise kreisrund ausgeführt, während das die kleinere Anzahl von Zähnen aufweisende erste Kettenrad 2 unrund bzw. ellipsenförmig ist, so daß sein mit den Zähnen 21 bestückter Umfang einen verschieden großen Teilungs -durchmesser hat, so daß bei der durch Betätigung der Tretkurbel 1 bewirkten Drehung des ersten Kettenrads 2 das von den Beinen des Fahrers erzeugte und durch das Kettenrad auf die Antriebskette übertragene Drehmoment variiert.
Wie man in Fig. 2 erkennt, hat das elliptische erste Kettenrad 2 eine längere und eine kürzere Achse, welche sich unter einem rechten Winkel schneiden. Das erste und das zweite Kettenrad 2 bzw. 3 sind in folgender Weise in bezug auf die Tretkurbelarme 12 und 13 angeordnet:
Der technische Grundgedanke für diese Anordnung besteht gemäß der Erfindung darin, daß der Teilungsdurchmesser des ersten Kettenrads 2 bei der Drehung der Tretkurbelarme 12 und 13 im wesentlichen am kleinsten ist, wenn das vom Bein erzeugte Drehmoment am größten ist, und am größten ist, wenn das vom Bein erzeugte Drehmoment am kleinsten ist. Dementsprechend sind die Tretkurbelarme 12 und 13, wie in Fig. 2 dargestellt, in bezug auf den durch einen Pfeil Z angedeuteten Drehsinn der Tretkurbel relativ zur längeren Achse X des ersten Kettenrads 2 rückwärts versetzt, so daß bei Überschreitung der oberen und unteren Totpunkte durch die Tretkurbelarme 12 und 13 und Eintritt derselben in den Bereich, in welchem das größte Drehmoment erzielbar ist, der kleinste Teilungsdurchmesser des ersten Kettenrads 2 in Wirkung tritt, um damit das Übertragungsverhältnis vom vorderen Kettenrad auf das hintere Kettenrad zu verkleinern und damit die Winkelgeschwindigkeit der Pedale zu erhöhen. Befinden sich die Tretkurbelarme dagegen im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts 0 ₁ bzw. 0 ₂, in welchem nur ein kleines Drehmoment erzielbar ist, so tritt der den größten Teilungsdurchmesser aufweisende Bereich des ersten Kettenrads 2 in Wirkung, um das genannte Übertragungsverhältnis zu vergrößern und die Winkelgeschwindigkeit der Pedale zu verringern.
Das von einem Bein während einer Umdrehung eines Kurbelarms 12 oder 13 ausgeübte Drehmoment variiert in der in Fig. 3 gezeigten Weise.
Im Bereich der Längeren Achse X des ersten Kettenrads 2 wird das Übertragungsverhältnis zum hinteren Kettenrad G größer und die Winkelgeschwindigkeit der Pedale verringert sich, während sie bei kleinerem Übertragungsverhältnis zunimmt.
Entsprechend dem Vorstehenden tritt in der Stellung, in welcher der Tretkurbelarm 12 oder 13 in Vorwärtsrichtung um einen Winkel zwischen etwa 30 und 170° über den oberen Totpunkt hinweg gedreht ist und das größte Drehmoment erzielbar ist, der kleinste Teilungsmesser der mit der Antriebskette in Eingriff befindlichen Zähne in Wirkung, um das Übertragungsverhältnis vom ersten Kettenrad 2 auf das hintere Kettenrad G zu verkleinern und damit die Winkelgeschwindigkeit des Pedals zu erhöhen. Dadurch verbessert sich die Leistung in dem Bereich, in welchem das größte Drehmoment erzielbar ist, und das Treten der Pedale wird dem Geschwindigkeitsmuster der Beinbewegung angepaßt. Befinden sich die Tretkurbelarme 12 und 13 in dem Bereich, in welchem nur ein kleinerer Drehmoment erzielbar ist, d. h. also im Bereich des oberen und des unteren Totpunkts 0 ₁ bzw. 0 ₂, tritt der den größeren Teilungsdurchmesser aufweisende Bereich des ersten Kettenrads 2 in Wirkung, um das Übertragungsverhältnis zwischen dem ersten Kettenrad 2 und dem hinteren Kettenrad zu vergrößern und damit die Winkelgeschwindigkeit der Pedale zu verkleinern, so daß sich in dem Bereich, in welchem nur ein kleines Drehmoment erzielbar ist, obgleich keine Leistung erzielt wird, die Geschwindigkeit erhöht, um die Belastung der Beinmuskeln des Fahrers zu verringern und das Treten der Pedale dem Geschwindigkeitsmuster der Beinbewegung anzupassen, so daß sich die physische Belastung des Fahrers verringert.
Auf diese Weise wird der effektive Durchmesser des Kettenrads in dem Bereich, in welchem das größere Drehmoment erzielt wird, d. h. also zwischen den oberen und unteren Totpunkten der Tretkurbelarme 12 und 13, am kleinsten, und die Winkelgeschwindigkeit der Pedale erhöht sich entsprechend, so daß die größtmögliche Leistung erzielbar ist.
Wegen der Beziehung: Leistung = Drehmoment x Winkelgeschwindigkeit bedeutet dies daß sich das Drehmoment pro Arbeitseinheit verringert. Da ferner die Bewegung des Beins in dem genannten Bereich zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt beschleunigt wird, ist das Treten der Pedale dem Geschwindigkeitsmuster der pendelartigen Beinbewegung weitgehend angepaßt.
Da der effektive Durchmesser des Kettenrads in dem Bereich, in welchem nur ein kleineres Drehmoment erzielbar ist, d. h. also in der Nähe der oberen und unteren Totpunkte der Tretkurbelarme 12 und 13, am größten wird, während sich die Winkelgeschwindigkeit der Pedale verringert, wird nur eine geringe Leistung erzeugt, der Einfluß auf die insgesamt geleistete Arbeit ist jedoch gering, da in diesem Bereich ohnehin kein großes Drehmoment zur Wirkung kommt. Dafür führt die verringerte Leistung zu einer Verringerung der physischen Belastung des Fahrers, und die Beinbewegung verlangsamt sich in diesem Bereich, so daß das Treten der Pedale dem Geschwindigkeitsmuster der Beinbewegung angepaßt ist.
Dementsprechend läßt sich die Leistung in dem Bereich verbessern, in welchem das größere Drehmoment erzielt wird, so daß insgesamt eine höhere Leistung erzielbar ist und das Treten der Pedale dem Geschwindigkeitsmuster angepaßt wird, wodurch sich der Energieaufwand für das Treten der Pedale sowie die physische Belastung des Fahrers verringern und ein zügiges Treten der Pedale ermöglicht ist.
In dem Fall, daß das Verhältnis zwischen der längeren Achse des ersten Kettenrads zur kürzeren Achse desselben 1,1 : 1 beträgt und unter der Annahme, daß das größte Drehmoment 30 kg/m und das kleinste Drehmoment 5 kg/m beträgt, liegt das Verhältnis der Winkelgeschwindigkeit gegenüber einem kreisrunden Kettenrad bei 0,95 im Bereich der längeren Achse und bei 1,05 im Bereich der kürzeren Achse. Bei dem Kettenrad 2 entspricht der Bereich der längeren Achse dem Bereich, in welchem nur ein kleines Drehmoment erzeugt wird, und der Bereich der kürzeren Achse dem Bereich, in welchem das größte Drehmoment erzielt wird, wobei sich bei Verwendung des Kettenrads 2 aus der Beziehung: Leistung = Drehmoment mal Geschwindigkeit ein größtes Drehmoment von 28,5 kg/m und ein kleinstes Drehmoment von 5,25 kg/m ergibt.
Damit erhöht sich also das Drehmoment im Bereich der längeren Achse um 0,25 kg/m, während es sich im Bereich der kürzeren Achse um einen deutlich größeren Betrag, nämlich um 1,5 kg/m verringert. Auf diese Weise läßt sich also das größte Drehmoment in seinem Meßwert um 5 bis 8% verrin -gern, woraus sich eine Gesamtverringerung des Drehmoments bei einem vollen Tretzyklus, selbst bei einer Zunahme des kleinsten Drehmoments, von etwa 2 bis 3% ergibt. Darüber hinaus läßt sich die Bewegung des Beins über den größten Teil des Tretzyklus dem Geschwindigkeitsmuster anpassen, wodurch sich der Energieaufwand für das Treten der Pedale spürbar verringert. So verringerte sich der mittels eines Elektromyogramms ermittelte integrierte Meßwert um 2 bis 3%.
Das eine elliptische Form und eine kleinere Anzahl von Zähnen aufweisende erste Kettenrad 2 ist in bezug auf die Kurbelarme so angeordnet, daß beim kleinsten effektiven Teilungsdurchmesser das größte Drehmoment erzeugt wird und umgekehrt, und findet Verwendung zum Fahren des Fahrrads mit einem größeren Drehmoment und niedriger Geschwindigkeit, beispielsweise bergauf oder auf schlechten Straßen. Bei einer derartigen Fahrweise wird die Masse des Beins des Fahrers gewöhnlich knapp jenseits des oberen Totpunkts des jeweiligen Tretkurbelarms beschleunigt, wobei auf das Pedal kaum ein nennenswertes Drehmoment ausgeübt wird, obgleich der Muskel tatsächlich Energie abgibt. Demgegenüber verzögert sich die Bewegung des Beins bei Annäherung an den unteren Totpunkt des Tretkurbelarms, wobei noch ein gewisses Drehmoment auf das Pedal einwirkt, obgleich der Muskel dabei inaktiv ist. Dementsprechend sind die den kleinsten und den größten Durch -messer aufweisenden Bereiche des Kettenrads 2 in bezug auf die Stellungen für die Ausübung des größten bzw. des kleinsten Drehmoments gegenüber dem Tretkurbelarm 12 vorzugsweise um etwa 15±5° im normalen Vorwärts-Drehsinn versetzt.
Außerdem liegt das Verhältnis zwischen der längeren Achse X und der kürzeren Achse Y des ersten Kettenrads 2 in der beschriebenen Ausführungsform im Bereich zwischen 1,07 und 1,20, wobei die längere Achse X kürzer ist als der effektive Durchmesser des zweiten Kettenrads 3.
Wie man in Fig. 1 und 6 erkennt, ist die die Tretkurbelarme 12, 13 und Kettenräder 2, 3 tragende Tretkurbelwelle 11 mittels Kugellagern 5 in einem zum Fahrradrahmen F gehörigen Tretlager 6 gelagert. Eine Antriebskette C ist über ein hinteres Kettenrad G sowie über das erste oder zweite vordere Kettenrad 2 bzw. 3 geführt und vervollständigt damit den Tretkurbeltrieb des Fahrrads.
An der Ketten-Zulaufseite der vorderen Kettenräder 2, 3 ist ein Umwerfer D angeordnet, mittels dessen die Kette C wahlweise auf das erste oder zweite vordere Kettenrad 2 bzw. 3 umlenkbar ist. Durch die Beinarbeit des Fahrers werden die vorderen Kettenräder 2, 3 in Drehung versetzt, wobei das erzeugte Drehmoment vom jeweiligen Kettenrad 2 oder 3 über die Antriebskette C auf das hintere Kettenrad G übertragen wird.
In einer anderen Ausführungsform kann das erste Kettenrad 2 die Form einer Ellipse haben, deren längere und kürzere Achsen einander nicht in einem rechten Winkel schneiden, beispielsweise die Form einer punktsymmetrischen Ellipse wie in Fig. 5 dargestellt. Es kommt also lediglich darauf an, daß das erste Kettenrad unrund und ungefähr elliptisch ist.
In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform hat das erste Kettenrad 2 zweiundvierzig Zähne, denen entsprechend dem vom Bein des Fahrers ausübbaren, variierenden Drehmoment verschiedene Teilungsdurchmesser zugeordnet sind. Dabei ist dem ersten und dem zweiundvierzigsten Zahn G 1 bzw. G 42 und den gegenüberliegenden Zähnen G 21 und G 22 der der längeren Achse A entsprechende größte Durchmesser zugeordnet, während dem neunten und dem zehnten Zahn G 9 bzw. G 10 und den gegenüberliegenden Zähnen G 30 und G 31 der der kürzeren Achse B entsprechende kleinste Durchmesser zugeordnet ist. Im Bereich der im durch einen Pfeil X angegebenen Drehsinn auf den ersten Zahn G 1 folgenden dritten und vierten Zähne G 3 bzw. G 4 sowie im Bereich der diesen gegenüberliegenden Zähne G 24 und G 25 ist eine relativ schnelle Abnahme des effektiven Teilungsdurchmessers D zu erkennen, während der Teilungsdurchmesser D im Bereich der Zähne G 14 bis G 17 und im Bereich der diesen gegenüberliegenden Zähne G 35 bis G 38 stetig zunimmt.
In der beschriebenen Ausführungsform ist die Änderung des effektiven Teilungsdurchmessers D somit auf die Änderung des von den Beinen ausgeübten Drehmoments abgestimmt. Dabei ist berücksichtigt, daß die Änderung des Drehmoments vom kleinsten zum größten Wert steiler verläuft als in umgekehrter Richtung, so daß sich die Beine des Fahrers beim Treten der Pedale gleichförmig bewegen.
In Fig. 5 sind die Tretkurbelarme in ausgezogenen Linien nahe ihrer Totpunktstellung und in gestrichelter Darstellung in einer im Vorwärts-Drehsinn um 75° dazu versetzten Stellung gezeichnet.
In anderen Ausführungsformen kann nur ein einziges vorderes Kettenrad verwendet werden, oder das erste und das zweite Kettenrad können beide von elliptischer Form sein, wie in Fig. 7 dargestellt. In dieser Figur hat ein eine kleinere Anzahl von Zähnen aufweisendes elliptisches erstes Kettenrad eine längere und eine kürzere Achse X ₁ bzw. Y ₁, und ein eine größere Anzahl von Zähnen aufweisendes zweites Kettenrad 3 hat eine längere und eine kürzere Achse X ₂ bzw. Y ₂.
Wie in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind die beiden Kettenräder 2 und 3 in bezug auf die Tretkurbelarme 12 und 13 derart angeordnet, daß ihr effektiver Durchmesser am kleinsten ist, wenn sich die Tretkurbelarme im Bereich des größten erzielbaren Drehmoments, d. h. im Bereich zwischen etwa 30° und 170° jenseits ihres jeweiligen oberen Totpunkts befinden, so daß sich die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelarme in diesem Bereich erhöht. Im Bereich der oberen und unteren Totpunkte der Tretkurbelarme 12 und 13, in welchem das kleinste Drehmoment erzielbar ist, ist der größte effektive Durchmesser der Kettenräder wirksam, um die Winkelgeschwindigkeit in diesem Bereich zu verringern. Darüber hinaus ist in dieser Ausführungsform der der längeren Achse X ₁ entsprechende größte Durchmesser des ersten Kettenrads 2 gegenüber dem der längeren Achse X ₂ entsprechenden größten Durchmesser des zweiten Kettenrads 3 um ein Stück im Vorwärts-Drehsinn versetzt.
Das beim Treten der Pedale von den Beinen ausgeübte Drehmoment variiert in der in Fig. 8 durch ausgezogene und gestrichelte Linien dargestellten Weise.
Das erste Kettenrad 2 wird gewöhnlich für die Fahrt bergauf verwendet, d. h. also für langsame Geschwindigkeit mit großem Drehmoment, wobei der Fahrer gewöhnlich eine aufrechte Haltung einnimmt.
Deshalb ist die den Antrieb über das erste Kettenrad 2 darstellende, in Fig. 8 ausgezogen gezeichnete Drehmomentkurve hinsichtlich ihres dem größten Drehmoment entsprechenden Bereichs gegenüber der dem Antrieb über das zweite Kettenrad entsprechenden um ein Stück im Vorwärts-Drehsinn der Tretkurbel 1 versetzt. Der Versetzungswinkel ist abhängig von der Anzahl der Zähne des ersten und des zweiten Kettenrads 2 bzw. 3 und beträgt in der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform 10°.
In der in Fig. 7 gezeigten Anordnung ist die längere Achse X ₂ des zweiten Kettenrads 3 gegenüber den Tretkurbelarmen 12 und 13 im Vorwärts-Drehsinn um einen Winkel R ₂ von 5° versetzt, und die längere Achse X ₁ des ersten Kettenrads 2 ist gegenüber den Tretkurbelarmen 12 und 13 um einen Winkel R ₁ von 15° versetzt, so daß sich zwischen den beiden Kettenrädern die vorstehend genannte Vorrichtung um 10° ergibt.
Wie man in Fig. 8 und 9 erkennt, kommt beim Antrieb über jedes der Kettenräder 2 und 3 in dem Bereich, in welchem das größte Drehmoment erzielbar ist, der jeweils kleinste effektive Durchmesser zur Wirkung, so daß sich die Winkelgeschwindigkeit der Pedale entsprechend erhöht und das Treten der Pedale zur Erhöhung der Leistung dem Geschwindigkeitsmuster der Beinbewegung angepaßt ist. Demgegenüber kommt im Bereich des kleinsten Drehmoments im wesentlichen der größte Durchmesser zur Wirkung, so daß sich die Winkelgeschwindigkeit verringert. Dadurch verringert sich die Belastung der Muskeln im Vergleich zu einer Erhöhung der Winkelgeschwindigkeit ohne Leistungsabgabe. In Fig. 9 ist die Änderung des effektiven Durchmessers des ersten Kettenrads 2 in bezug auf den Drehwinkel desselben durch eine ausgezogene Kurve und die entsprechende Änderung in bezug auf das zweite Kettenrad 3 durch eine gestrichelte Kurve dargestellt.
Bei den in Fig. 7 dargestellten Kettenrädern 2 und 3 liegt das Verhältnis zwischen der jeweiligen längeren Achse X ₁ bzw. X ₂ und der jeweiligen kürzeren Achse Y ₁ bzw. Y ₂ im Bereich zwischen 1,06 und 1,20 : 1. Da die normalen Drehzahlen der Kettenräder verschieden sind und für das erste Kettenrad 2 zwischen etwa 60 und 80 und für das größere zweite Kettenrad 3 etwa zwischen 70 und 90 liegen, und da das Drehmoment an den Tretkurbelarmen im Bereich der oberen und unteren Totpunkte praktisch gleich Null ist, ist das Verhältnis zwischen dem größten und dem kleinsten Drehmoment bei gleicher Leistung bei dem mit der höheren Drehzahl arbeitenden, den größeren Durchmesser aufweisenden Kettenrad 3 kleiner als bei dem mit niedrigerer Drehzahl arbeitenden und den kleineren Durchmesser aufweisenden Kettenrad 2, so daß das Verhältnis zwischen der längeren und der kürzeren Achse X ₁ bzw. Y ₁ bei dem kleineren Kettenrad 2 vorzugsweise größer ist als das Verhältnis zwischen der längeren und der kürzeren Achse X ₂ bzw. Y ₂ bei dem größeren Kettenrad, so daß vorzugsweise X ₁ : Y ₁ = 1,09 : 1 und X ₂ : Y ₂ = 1,06 : 1.
Auf diese Weise kann die Muskelkraft des Fahrers effektiv genutzt werden, ohne seine physische Belastung zu erhöhen.
Bei Verwendung eines einzigen Kettenrads, welches eine größere Anzahl von Zähnen aufweist als das erste Kettenrad 2, ist die längere Achse desselben vorzugsweise in bezug auf die Tretkurbelarme 12 und 13 entgegen dem Vortwärts- Drehsinn derselben versetzt.
Ein derartiges, eine größere Anzahl von Zähnen aufweisendes einziges Kettenrad wird gewöhnlich für die schnelle Fahrt bergab oder auf ebener Straße eingesetzt, wobei die Tretkurbelarme mit hoher Geschwindigkeit und großer Kraft getreten werden. Bei einem solchen Kettenrad sind die Bereiche des kleinsten und des größten effektiven Teilungsdurchmessers in bezug auf die Bereiche, in denen das von den Beinen erzeugte Drehmoment den Höchst- bzw. Mindestwert erreicht, gegenüber den Kurbelarmen 12 und 13 vorzugsweise entgegen dem Vorwärts-Drehsinn derselben versetzt, wobei der Versetzungswinkel, ähnlich wie vorstehend beim ersten Kettenrad 2, vorzugsweise etwa 15 + 5° beträgt.
Bei Anwendung dieses Konzepts auf das zweite Kettenrad 3 in Fig. 7 ergibt sich somit ein Versetzungswinkel von 25° bis 35°.
Die Erfindung ist für Fahrräder normaler Ausführung, Kleinfahrräder und andere Ausführungen verwendbar. Anstelle der in Fig. 7 dargestellten Verwendung zweier unrunder, elliptischer Kettenräder 2 und 3 können auch in anderer Weise unrunde, d. h. nicht elliptische Kettenräder verwendet werden. Ebenso können anstelle von zwei Kettenrädern 2 und 3 auch drei oder mehr ähnliche Kettenräder vorhanden sein.
Wie man aus vorstehender Beschreibung erkennt, hat eine Tretkurbelanordnung gemäß der Erfindung wenigstens ein elliptisches oder sonstwie unrundes Kettenrad, welches in bezug auf die Tretkurbel so angeordnet ist, daß sich die Winkelgeschwindigkeit im Bereich des größeren Drehmoments erhöht und im Bereich des kleineren Drehmoments verringert, wodurch eine verbesserte Leistung beim Treten der Pedale erzielbar ist und das Treten der Pedale dem Geschwindigkeitsmuster der Beinbewegung angepaßt ist, um damit die physische Belastung des Fahrers zu verringern und ein zügiges Treten der Pedale zu ermöglichen.
Bei der Verwendung eines ersten und eines zweiten Kettenrades ist der Bereich des größten Teilungsdurchmessers des die kleinere Anzahl von Zähnen aufweisenden ersten Kettenrads in bezug auf den Bereich des größten Teilungsdurch -messers des die größere Anzahl von Zähnen aufweisenden zweiten Kettenrads im Vorwärts-Drehsinn der Tretkurbelarme vorwärts versetzt, so daß jedes Kettenrad unter den für seine Verwendung vorgesehenen Bedingungen in der günstigsten Weise arbeitet.

Claims

1. Schaltbarer Tretkurbeltrieb mit einem ovalen Berggang-Kettenrad, dessen größere Hauptachse auf die Tretkurbeln etwa ausgerichtet ist, gekennzeichnet durch ein zweites, ovales, größeres Kettenrad (3), dessen größere Hauptachse (X ₂) ebenfalls etwa auf die Tretkurbeln (12, 13) ausgerichtet ist.

2. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen (X ₁, Y ₁) des kleineren Kettenrades (2) gegenüber jenen des größeren (3) in Vorwärtsrichtung versetzt sind.

3. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachsen (X ₁, Y ₁) des kleineren Kettenrades (2) gegenüber den Tretkurbeln (12, 13) in Vorwärtsrichtung um 10° bis 20° versetzt sind.

4. Tretkurbeltrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptachse des Kleineren Kettenrades (2) gegenüber jener des größeren (3) um 5° bis 15°, vorzugsweise um 10°, versetzt ist.

5. Tretkurbeltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge der großen Hauptachse (X) und jener der kleinen Hauptachse (Y) beim kleineren Kettenrad (2) größer ist als beim größeren (3).