DE3425558A1

DE3425558A1 - Schalt-tretkurbeltrieb fuer fahrraeder

Info

Publication number: DE3425558A1
Application number: DE19843425558
Authority: DE
Inventors: Masashi Izumi Osaka Nagano
Original assignee: Shimano Industrial Co Ltd
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1985-01-31
Also published as: JPH0137358Y2; FR2548998B1; FR2548998A1; US4594910A; JPS6015074U

Description

MAUERKIBCHERSTRASSE 45 8000 MÜNCHEN 80

Anwaltsakte 33 598 VI

Shimano Industrial Company Limited Osaka, Japan

Schalt-Tretkurbeltrieb für Fahrräder

Diese Erfindung umfaßt einen Schalt-Tretkurbeltrieb für ein Fahrrad und insbesondere einen solchen Schalt-Tretkurbeltrieb für ein Fahrrad, der mehrere Kettenräder und einen Kurbeltrieb aufweist, mit einer Kurbelwelle und einem Paar Kurbelarmen, wobei die Kettenräder dazu eingerichtet sind, an einer Anzahl von Streben angebracht zu werden, welche bezüglich der Kurbelwelle sich radial auswärts erstreckend angeordnet sind.

Herkömmlicherweise weist der Schalt-Tretkurbeltrieb für ein Fahrrad ein Zwischenstück mit fünf oder sechs Streben auf, die mit regelmäßigen Winkelzwischenräumen angeordnet sind und am Kurbelarm oder der Kurbelwelle

■(089)9882 72-74 , , Telex 524 560 BCRG d Bankkonten: Bayer Vereinsbank München 453100 (BLZ 700202 70)

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befestigt sind, sowie mehrere Kettenräder, die an den Streben derart angebracht sind, daß die Antriebskraft, die durch das Treten der Pedale erzeugt wird, von den Streben auf die Antriebskette über das Kettenzahnrad übertragen wird.

Solche Streben sind allerdings ungeachtet der Lage eines jeden Kurbelarmes angeordnet, wobei mindestens fünf oder sechs Streben verwendet werden.

Deshalb entspricht das Gewicht eines herkömmlichen Schalt-' Tretkurbeltriebes der Anzahl der Streben, was für ein Fahrrad nachteilig ist, welches leicht gebaut sein soll.

Es wird jener Tatsache Aufmerksamkeit gewidmet, daß die Antriebskraft, die auf das Treten der Pedale zurückgeht, entsprechend der Winkelphase bzw. Winkellage eines 3^- den Kurbelarmes veränderlich ist, so daß die Antriebskraft dann einen Mindestwert erreicht, wenn die Kurbelarme an den vertikalen Totpunkten oder in deren Nähe angeordnet sind, dagegen einen Höchstwert erreicht, wenn jeder Kurbelarm um einen bestimmten Winkel (üblicherweise 70 bis 130°) vor dan oberen Totpunkt versetzt ist; angesichts dieser Tatsache werden erfindungsgemäß nur vier Streben verwendet. /

Die vorliegende Erfindung nutzt, in anderen Worten, die oben erwähnte Änderung der Antriebskraft und berücksichtigt die Lagezuordnung zwischen dem Kurbelarm und der

Strebe, so daß nur vier Streben verwendet werden.

Es ist ein Ziel der Erfindung, einen Schalt-Tretkurbeltrieb mit weniger Streben zu erreichen, um Gewicht zu verringern, und der in der Lage ist, die Kettenräder selbst dann stabil abzustützen, wenn das Kettenrad mit dem großen Durchmesser und jenes mit einem kleineren Durchmesser in der Zähnezahl stark unterschiedlich sind. Diese Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei Hauptstreben in zwei Paaren unter einem Phasenunterschied von etwa 180° bzw. um 180° versetzt angeordnet und als Hauptstreben verwendet sind, daß der Winkel zwischen jedem Strebenpaar größer als jener zwischen den Streben eines jeden Paares ist, daß die Hauptstreben an der Kurbeleinrichtung derart befestigt sind, daß jeder Kurbelarm zwischen jeweils einem Paar von Streben angeordnet ist, und daß zwei kurze Hilfsstreben mit Montageabschnitten für die Kettenräder mit größerem Durchmesser zwischen jedem Paar Hauptstreben angeordnet und durch die Verbindungssegmente abgestützt sind, die sich in Umfangsrichtung von den äußersten Enden benachbarter Streben ausgehend erstrecken.

Diese Erfindung ist, in anderen Worten, so ausgebildet, daß jedes Paar Hauptstreben, die auf die oben erwähnte Weise angeordnet sind, in einem Bereich angeordnet ist, in welchem die größere Antriebskraft zuverlässig vom Kurbelarm auf das Kettenrad übertragen wird, und daß die oben erwähnten Hilfsstreben das Kettenrad mit größerem

Durchmesser an seinen Lagen zwischen den Hauptstreben abstützen, in anderen Worten, jenenLagen, die den vertikalen Totpunkten der Kurbelarme entsprechen, wobei der Schalt-Tretkurbeltrieb insgesamt leichter wird und eine stabile Abstützung eines jeden Kettenrades ermöglicht ist.

Die obigen und andere Ziele der Erfindung werden aus der folgenden, detaillierten Beschreibung und den folgenden Beispielen noch näher ersichtlich.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen

Schalt-Tretkurbeltriebes, Fig. 2 die Ansicht eines Schnitts, der längs Linie IJr-H

in Fig. 1 vorgenommen wurde, Fig. 3 eine Rückansicht lediglich eines Zwischenstücks,

und
Fig. 4 eine Ansicht, die längs Linie IV-IV in Fig. 3 vorgenommen wurde.

Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen; der Schalt-Tretkurbeltrieb weist drei Kettenräder G₁ bis G-. auf, die unrund und nahezu elliptisch sind, sowie unterschiedlich in der Zähnezahl sind und einen größeren, mittleren bzw. kleineren Durchmesser aufweisen, sowie einen Kurbeltrieb 1, der dreistückig ausgebildet

-fr ·

ist und eine Kurbelwelle 11 sowie zwei Kurbelarme 12 und 13, und zwar einen ersten und zweiten Kurbelarm, aufweist. Die Kettenräder G₁ bis G₃ sind an die Kurbelwelle 11 über ein Zwischenstück 4 angebaut, welches eine Verstrebung 5 aufweist, die sich radial auswärts bezüglich der Kurbelwelle 11 erstreckt.

Die Kurbelwelle 11 ist drehbar am Kurbellagerträger des Fahrrads über Lager 3 abgestützt, und der erste und zweite Kurbelarm 12 und 13 sind an den Enden der Kurbelwelle 11 einander gegenüberliegend befestigt, während das Zwischenstück 4 am Ende des einen Kurbelarmes 12 durch eine Befestigung, etwa durch Verstemmen, befestigt ist.

Die Verstrebung 5 weist vier Hauptstreben 51 bis 54 auf, die auf zwei Paare aufgeteilt sind, welche jeweils mit einem Abstand von etwa 180° bezüglich der Kurbelwelle 11 und rund um diese symmetrisch angeordnet sind, sowie zwei kurze Hilfsstreben 6, die zwischen jedem Paar angeordnet sind und Montageabschnitte 61 und 62 für das Kettenrad G₁ mit dem größeren Durchmesser und das Kettenrad G₀ mit dem mittleren Durchmesser aufweisen. Die Winkel zwischen den Streben 51 und 54 sowie 52 und 53 sind größer ausgebildet als jene zwischen den Streben 51 und 52 sowie 53 und 54, wobei die Streben 51 bis 54 am Kurbeltrieb 1 derart

befestigt sind, daß der erste und zweite Kurbelarm zwischen den Streben 51 und 54 sowie den Streben 52 und 53 angeordnet ist. Verbindungssegmente 7, die sich in Umfangsrichtung des Zwischenstücks 4 erstrecken, sind zwischen jeder Hilfsstrebe 6 und den Streben 51 und 54, die dieser benachbart sind, sowie der anderen Hilfsstrebe und den Streben 52 und 53, die jener benachbart sind, vorgesehen und tragen jeweils die Hilfsstreben 6.

In der Zeichnung schließen die Streben 51 und 52 zwischeneinander einen Winkel von etwa 60° ein, und die Streben 53 und 54 sind unter demselben Winkel zwischeneinander und symmetrisch zur Strebe 51 bzw. 52 angeordnet. Die jeweiligen Streben 51 bis 54 sind an jener Seitenfläche vorgesehen, die dem zweiten Kurbelarm 13, gegenüberliegt, wobei die Montageabschnitte 41, 42 und 43 für das Kettenrad Gw G- und G₃ mit dem größeren, mittleren und kleineren Durchmesser vorspringen und radial einwärts abgestuft angeordnet sind.

Jeder Kurbelarm 12 oder 13 ist an einem etwa mittleren Abschnitt eines Winkels von etwa 120° zwischen den Streben 51 und 54 oder 52 und 53 derart angeordnet, daß dann, wenn der Kurbelarm 12 oder 13 die vorderste Drehlage erreicht/ wenn ein Radfahrer die größte Antriebs-

kraft erzeugt, jedes Paar Streben 51 und 52 oder 53 und 54 aufwärtsgerichtet sind, um die maximale Antriebskraft auf die Antriebskette zu übertragen.

Die jeweiligen Streben 51 bis 54 sind radial nach hinten und in Gegenrichtung zu den vorspringenden Montageabschnitten 41 bis 43 geneigt. Die Kettenrad-Montagelagen an den Montageabschnitten 41 bis 4 3 sind bezüglich der Kurbelwelle 11 senkrecht eingestellt, um dadurch das Auftreten einer axialen Verformung bzw. Verspannung zu vermeiden, wobei diese ihrerseits in ihrer axialen Länge verkürzt ist, um zur Abnahme im Gewicht der Streben beizutragen. Es ist bevorzugt, zwischen den äußersten Enden der jeweiligen Streben bis 54 Verstärkungen 8 vorzusehen, welche diese verbinden, jedoch nicht unverzichtbar sind.

Jede Hilfsstrebe 6 ist an einem etwa mittleren Abschnitt zwischen den Streben 51 und 54 und zwischen dem Streben 52 und 53 vorgesehen und gerade noch lange genug, um die Montageabschnitte 61 und 62 zu liefern bzw. die Verbindungsabschnitte 7 zu tragen.

Die Kettenrad-Montageabschnitte 61 und 62 an jeder Hilfsstrebe 6 sind in Lagen vorgesehen, welche den beiden Kettenrädern G₁ und G„ mit dem größeren Durchmesser gegenüberliegen, und sind radial zum Zwischenstück 4 abgestuft angeordnet.

Die Verbindungssegmente 7 zum Tragen der Hilfsstreben 6 sind bevorzugt zusammen mit den Verstärkungen 8 ringartig geformt, wobei sie eine verstärkende, gegenseitige Verbindung der Streben 51 bis 54 bilden.

Die Kettenräder G und G„ sind an den Montageabschnitten 61 und 62 derart angebracht, daß dann, wenn die Kurbelarme 12 und 13 die vertikale Drehlage erreichen, wenn ein Radfahrer die geringste Antriebskraft erzeugt, eine Hilfsstrebe 6 nach oben gerichtet ist, wobei sie die kleinste Antriebskraft von dem Kettenrad G₁ mit dem größten oder dem Kettenrad G„ mit dem mittleren Durchmesser auf die Antriebskette über die schräg nach oben gerichteten Streben 51 und 54, die oberen Verbindungssegmente 7 und die Hilfsstrebe 6 überträgt.

Die Kettenräder G., G„ und G₃ sind jeweils etwa elliptisch geformt, mit einem Abschnitt mit kleinerem Wälzkreisdurchmesser sowie einem Abschnitt mit größerem Wälzkreisdurchmesser, und an das Zwischenstück 4 derart angebaut, daß dann, wenn der Fuß eines Radfahrers durch das Treten in die Pedale das größte Drehmoment erzeugt, die Zahnraddurchmesser der Zahnräder G₁ , G~ und G-. nahezu den Mindestwert erreichen,, und dann, wenn das Drehmoment den Mindestwert erreicht, nahezu den Höchstwert erreichen.

In anderen Worten, in jenem Bereich, in welchem das höchste Drehmoment erreicht wird, ist der Zahnraddurchmesser verringert, um die Umfangsgeschwindigkeit des Tretens in die Pedale zu erhöhen, um mit dem Geschwindigkeitsschema der Fußbewegung des Radfahrers im oben genannten Bereich übereinzustimmen und die Leistung (Drehmoment · Geschwindigkeit) zu verbessern. In jenem Bereich, in welchem nur ein Mindestdrehmoment erreicht wird, d.h. in der Nähe der vertikalen Totpunkte der Kurbelarme 12 und 13, nimmt der Zahnraddurchmesser zu, um die Umfangsgeschwindigkeit der Pedalbewegung zu verringern, und stimmt mit dem Geschwindigkeitsschema des Fußes des Radfahrers im oben genannten Bereich überein, wobei die Leistung insgesamt verbessert wird, die abgegebene Muskelleistung (Energieverbrauch) verringert wird, die physische Belastung des Radfahrers entlastet wird und ein glattes Treten in die Pedale ermöglicht wird.

Im einzelnen sind, wie in Fig. 1 gezeigt, die Lagen mit den größten Zahnraddurchmesser in der Nähe des oberen und unteren Totpunkts angeordnet, entsprechend den Abschnitten mit dem größten Zahnraddurchmesser, während die Lagen für die kleinsten Zahnraddurchmesser in jenem Bereich angeordnet sind, in welchem das höchste Drehmoment abgegeben wird, wobei die Abschnitte mit größtem Zahnraddurchmesser nahe den oberen und unteren Tot-

punkten an die Hilfsstreben 6 angebracht sind und die Abschnitte mit kleinstem Zahnraddurchmesser an den Streben 51, 52, 53 bzw. 54 angebracht sind, so daß das größte Drehmoment auf die Abschnitte mit kleinstem Zahnraddurchmesser über die Streben 51 bis 54 und das kleinste Drehmoment auf die Abschnitte mit größtem Zahnraddurchmesser durch die Hilfsstreben 6 übertragen wird.

Die Streben 51 bis 54, die auf die oben erwähnte Weise aufgebaut sind, sind gegenseitig durch die Verbindungssegmente 7 zwischeneinander verstärkt, so daß sie leicht gebaut sein können. Die Verbindungssegmente 7, die nur die Mindestdrehmomentabgabe durch den Radfahrer auf das Kettenrad über die Hilfsstreben 6 übertragen müssen, sind klein in der Abmessung und leicht, so daß das Ge.** wicht des Zwischenstücks 4 gemeinsam mit der Verring©« rung der Anzahl der Streben verringert ist. Die jeweiligen Kettenräder G₁ bis G- sind an den vier Streben 51 bis 54 zur übertragung der maximalen Antriebskraft getragen, und die Kettenräder G. und G₂ mit dem größeren und dem mittleren Durchmesser sind an ihren Abschnitten mit dem größten Durchmesser durch die Hilfsstreben 6 getragen. Somit sind die Kettenräder G. bis G₃ stabil abgestützt und können jederzeit die Antriebskraft auf die Antriebskette übertragen. Dementsprechend ist der Schalt-Tretkurbeltrieb insgesamt leicht,

und die Hilfsstreben müssen jeweils nur den Abschnitt mit dem größten Z:ihnraddurchmesser tragen, wobei sie in der Länge bis auf ein Mindestmaß verringert und ebenfalls im Gewicht verringert sind, wobei gleichzeitig ein ansprechendes, ordentliches Aussehen erzielt wird.

Die Hilfsstreben können auch nur das Kettenrad G₁ mit dem größeren Durchmesser tragen. Es können auch runde Kettenräder verwendet werden, und deren Anzahl ist nicht auf drei beschränkt.

Wie aus dem obigen ersichtlich ist, verstärkt der auf die obige Weise aufgebaute Schalt-Tretkurbeltrieb die Streben durch die Verbindungssegmente, welche die Hilfsstreben tragen, und gemeinsam mit der Verringerung der Anzahl der Streben sind diese auch leichter ausgebildet, wobei sie gleichzeitig stabil die Kettenräder tragen und stets zuverlässig die Antriebskraft auf die Antriebskette übertragen.

Während ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Verwendung spezieller Ausdrücke beschrieben wurde, dient die Beschreibung jedoch nur erläuterndem Zweck, und es wird darauf hingewiesen, daß Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne daß man den Grundgedanken oder Umfang der Erfindung verläßt.

Claims

BERG · STAPF -. SGiHWABF" PATENTANWÄLTE : "--MAUERKlRCfIERSTRASSE 45 8000 MÜNCHEN 80 Anwaltsakte 33 598 VI Shimano Industrial Company Limited Osaka, Japan Schalt-Tretkurbeltrieb für Fahrräder Ansprüche

1. Schalt-Tretkurbeltrieb, mit einer Anzahl von Kettenrädern und einem Kurbeltrieb, der eine Kurbelwelle und ein Paar Kurbelarme aufweist, wobei die Kettenräder an einer Anzahl von Streben angebracht sind, welche radial bezüglich der Kurbelwelle auswärts weisend angeordnet sind,
dadurch gekennzeichn et, daß die Streben vier Hauptstreben (51, 52/ 53, 54) aufweisen,

I die in Paaren angeordnet sind,die mit einem Abstand von etwa 180° und symmetrisch zueinander rund um die Kurbelwelle (11) angeordnet sind, und welche Montagabschnitte (41, 42, 43) für jedes der Kettenräder (G₁, G₃, G₃)

« (089) 9882 72-74. Telex: 524560 BERG d Bankkonten: Bayer. Vereinsbank München 453100 (BLZ 70020270)

Telegramme (cable): Vl /B/WATelekopierer: (089) 983049 Hypo-Bank München 4410122850 (BLZ 70020011) Switt Code: HYPO DE M

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aufweisen, sowie zwei kurze Hilfsstreben (6), welche zwischen jedem Strebenpaar angeordnet sind und Montageabschnitte (61, 62) von allen Kettenrädern für mindestens eines mit einem größeren Durchmesser aufweisen, und daß der Winkel zwischen den Strebenpaaren(51, 52 und 53, 54) größer ist als jlener zwischen den Streben (51 und 52; 53 und 54) in jedem Paar, wobei die Kurbelarme (12, 13) zwischen den Strebenpaaren angeordnet sind und sich Verbindungssegmente (7) in Umfangsrichtung des Kettenrades (G₁, G₂, G_) erstrecken und die Hilfsstreben (6) tragen, wobei sie zwischen den Hilfsstreben und den Hauptstreben (51, 52, 53, 54) diesen benachbart angeordnet sind.

2. Schalt-Tretkurbeltrieb für ein Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstreben (51, 52, 53, 54) bei jedem Strebenpaar (51, 52 und 53, 54) zwischeneinander Verstärkungssegmente (8) aufweisen, die sich in Umfangsrichtung des Kettenrades (G₁, G„ G_) erstrecken, und daß die Verbindungssegmente (7) und die Verstärkungssegmente (8) in einer ringartigen Form verbunden sind.

3. Schalt-Tretkurbeltrieb für ein Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettenräder (G₁, G₂, G.0 jeweils unrund und etwa elliptisch sind und Abschnitte mit einem kleineren sowie Abschnitte

mit einem größeren Weltkreis aufweisen, und daß die Kettenräder mit den Kurbelarmen (12, 13) derart zusammengebaut sind, daß dann, wenn der Fuß eines Radfahrers ein maximales Drehmoment während des Tretens der Pedale erzeugt, der Durchmesser eines jeden Kettenrades ein Minimum erreicht, und dann, wenn das Drehmoment ein
Minimum erreicht, der Zahnraddurchmesser des Kurbeltriebes etwa ein Maximum annimmt.