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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Tretkurbel für einen Tretkurbelantrieb
für Fahrräder oder dergleichen, bestehend aus einem Kurbelarm und einem Pedalträgerarm,
die mittels eines am Pedalträgerarm angeordneten Steuerzapfens zur Verstellung der
wirksamen Tretkurbellänge im Verlaufe des Trethubes gegeneinander verschiebbar sind.
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Aus der CH-PS 224823 und der EP-A 93201 sind bereits Antriebsvorrichtungen
für Fahrräder oder dergleichen bekannt, bei denen die Tretkurbellänge über einen
Steuerzapfen derart verändert wird, daß sich beim Abwärtsbewegen ein vergrößerter
und beim Aufwärtsbewegen ein verkürzter Hebelarm ergibt. Obwohl solche Tretkurbeltriebe
in den vergangenen Jahrzehnten bereits mehrfach vorgeschlagen worden sind, haben
sich diese Antriebserleichterungen bisher nicht durchsetzen können, wobei der Grund
wohl darin gelegen haben mag, daß diese Antriebe und die entsprechenden Tretkurbeln
verhältnismäßig schwer und aufwendig gebaut werden mußten, damit die Einzelteile
der Tretkurbeln den auftretenden hohen Belastungen ohne zu hohen Verschleiß standhielten.
Eine solchc Bauweise verunzierte jedoch die Fahrräder. so daß der Markt diese Lösungen
nicht angenommen hat.
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Die bei den bekannten Konstruktionen auftretenden Kräfte in der Tretkurbel
waren dabei so hoch, daß dies
zu einer erheblichen Schwergängigkeit des Antriebes
führte, so daß der durch Verstellung des Hebelarms erzielte Gewinn an Leichtgängigkeit
durch Reibung wieder aufgezehrt wurde. Es kommt hinzu, daß bei der Übertragung der
Steuerbewegung auf den Steuerzapfen der Tretkurbel auf Letzteren starke Torsionskräfte
einwirken, die von der Linearführung zwischen Kurbelarm und Pedalträgerarm der Tretkurbel
aufgefangen werden müssen. Die Linearführung muß aus diesem Grunde nicht nur zur
Aufnahme der Kippkräfte zwischen Pedalträgerarm und Kurbelarm durch das Antriebsmoment,
sondern auch zur Aufnahme der auf den Steuerzapfen einwirkenden Torsionskräfte ausgelegt
sein, was einen sehr stabilen und damit, wie bisher notwendig, schweren Aufbau erfordert.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tretkurbel
für einen Tretkurbelantrieb für Fahrräder oder dergleichen vorzuschlagen, die einen
robusten und dennoch leichten Aufbau ermöglicht und dabei einen leichtgängigen Betrieb
gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kurbelarm
und der Pedalträgerarm mit Kugellaufbahnen versehen und mit entsprechender Kugelfüllung
verschiebbar gegeneinander gelagert sind, daß -zur Vermeidung von Blockierungen
durch Wandern der Kugeln infolge der Kurbelbewegung - die zwischen den Kugellaufbahnen
des Kurbelarms und des Pedalträgerarms angeordneten Kugeln mittels eines Kugelkäfigs
in Längsrichtung der Tretkurbel geführt sind und daß der Kugelkäfig durch eine Fixiervorrichtung
in einem bestimmten Bereich der Kugellaufbahnen gehalten wird.
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Zur Steuerung des Kugelkäfigs ist eine zweckmäßige Ausgestaltung
der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelkäfig sich über je eine Druckfeder
zwischen zwei Endanschlägen am Pedalträgerarm abstützt und eine den verschiedenen
Auszügen des Pedalträgerarms aufgrund der auftretenden Federkräfte entsprechende
Gleichgewichtslage einnimmt. Dies läßt sich gemäß einer weiteren Ausführungsform
auf einfache Weise dadurch gestalten, daß der Pedalträgerarm mit einer als Sackloch
ausgebildeten Längsbohrung versehen ist, die mit einem Längsschlitz und am anderen
Ende mit einem Verschlußstück versehen ist, daß in dieser Längsbohrung zwischen
zwei Druckfedern ein Führungsstift gelagert ist und daß ein an dem Führungsstift
angeordneter Führungszapfen durch den Längsschlitz in eine Ausnehmung am Kugelkäfig
eingreift.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 Eine
perspektivische Ansicht einer kompletten Tretkurbel gemäß der Erfindung; Fig. 2
den Tretkurbelarm der Tretkurbel nach Fig. 1 im auseinandergebauten Zustand; Fig.
3 einen Querschnitt durch die Tretkurbel nach Fig. 1, wobei die einzelnen Teile
der Übersichtlichkeit halber mit deutlichem Spiel gezeichnet sind; Fig. 4 eine perspektivische
Ansicht eines Abdeckprofils für die Tretkurbel nach Fig. 1; Fig. 5 eine perspektivische
Ansicht eines Pedalträgerarms der Tretkurbel nach Fig. 1 im auseinandergezogenen
Zustand der Einzelteile: Fig. 6 die Tretkurbel nach Fig. 1, teilweise geschnitten,
zur Darstellung der Kugelführung in drei verschiedenen Stellungen des Pedalträgerarms;
Die in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Tretkurbel 51 besteht aus einem Kurbelarm 52 und
einem darin verschiebbar
gelagerten Pedalträgerarm 2. Die Tretkurbel
51 ist mit einer Tretkurbelnuß 8 mittels eines lnnenvierkantprofils (siehe Fig.
4) auf ein Vierkantprofil einer (nicht gezeigten) Tretkurbelachse eines Fahrrades
aufsteckbar und mit dieser verschraubbar. Am Ende des Pedalträgerarms 2 ist eine
Gewindebohrung 53 vorgesehen, in die eine Achse einer Pedale einschraubbar ist.
Das Bezugszeichen 53 wird nachfolgend mit Pedalachse bezeichnet.
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Der Pedalträgerarm 2 ist gegenüber dem Kurbelarm 52 in Längsrichtung
verschiebbar, um bei der Abwärtsbewegung des Trethubes einen längeren Hebelarm (zwischen
der Pedalachse 53 und der Tretkurbelnuß 8) zwecks Erhöhung des Drehmoments zu bewirken,
während bei der Aufwärtsbewegung der Tretkurbel 51 der Hebelarm verringert wird,
um beim Treten nicht so weit ausholen zu müssen.
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Der Kurbelarm 52 besteht aus einem Grundprofil 1, das einen im wesentlichen
U-förmigen Querschnitt hat.
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Auf der Innenseite des Grundprofils 1 sind einander gegenüberliegende
Kugellaufbahnen 6 vorgesehen. Der Pedalträgerarm 2 ist zwischen den beiden Schenkeln
des Grundprofils 1 angeordnet und weist auf einander gegenüberliegenden Seiten ebenfalls
halbkreisförmige Kugellaufbahnen 6a auf. Zwischen diesen Kugellaufbahnen 6 und 6a
sind Kugeln 10 angeordnet, die durch einen Kugelkäfig 80 in einer bestimmten Lage
in Längsrichtung der Tretkurbel gehalten werden.
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Das (in Fig. 3 gesehen) nach oben offene Grundprofil 1 wird durch
ein Abdeckprofil 3 verschlossen, und zwar auf die Weise, daß das Grundprofil über
die gesamte Länge in beiden Schenkeln mit Längsnuten 9 versehen ist, in die entsprechend
herumgezogene Schenkel 27 des Abdeckprofils 3 von beiden Seiten eingreifen. Das
Abdeckprofil 3 (siehe auch Fig. 4) ist hierzu im wesentlichen U-förmig im Querschnitt
aufgebaut, wobei sich die bereits erwähnten Schenkel 27 in Fortsetzung der U-Schenkel
befinden. Auf diese Weise ist es möglich, das Abdeckprofil 3 auf das Grundprofil
1 aufzuschieben auf stabile Weise miteinander zu verbinden. Dieser Verbund kann
dadurch noch verbessert werden, daß beide Teile unlösbar miteinander verbunden,
z. B. verschweißt, verlötet oder verklebt werden, um auf diese Weise eine außerordentlich
stabile Kastenträgerkonstruktion zu bilden. Das Grundprofil 1, das Abdeckprofil
3 und der Pedalträgerarm 2 können aus gezogenem Material als Meterware bestehen,
von dem entsprechende Stücke abgeschnitten werden.
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In dem Abdeckprofil 3 ist ein Langloch 7 vorgesehen, durch das ein
Steuerzapfen 25 (Fig. 3) hindurchgeführt und mit dem Pedalträgerarm 2 verschraubt
ist. Dieser Steuerzapfen 25 dient zur Verschiebung des Pedalträgerarms 2 gegenüber
dem Kurbelarm 52 zwecks Veränderung des Hebelarmes zwischen der Pedalachse 53 und
der Tretkurbelnuß 8. Die Steuerung des Steuerzapfens 25 wird hier nicht näher beschrieben,
weil diese nicht zur vorliegenden Erfindung gehört.
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Das Grundprofil 1 weist auf seiner geschlossenen Seite eine Längsnut
26 auf, die zur Aufnahme einer Lasche 36 einer Dichtkappe 4 dient. Diese Dichtkappe
4 weist am Pedalende einen Abdichtbereich 20 auf, aus dem der Pedalträgerarm 2 herausgeführt
ist und der eine Öffnung mit einem Profil entsprechend dem Profil des Pedalträgerarms
2 aufweist. Zusätzlich ist in dieser Öffnung noch eine (nicht gezeigte) Dichtung
vorhanden.
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Der Endbereich 20 weist weiter ein Profilstück ähnlich dem Profil
des Abdeckprofils 3 auf, das in die entsprechenden Längsnuten 9 des Grundprofils
1 eingeschoben werden kann. Nach dem Aufschieben des Abdichtberei-
ches 20 auf das
Grundprofil 1 ist dieses einwandfrei abgeschlossen, ohne daß besondere Schraubverbindungen
erforderlich wären. Die Dichtkappe 4 ist an ihrem anderen Ende in Verlängerung der
Lasche 36 mit einer Abwinkelung 28 versehen, die beim Aufschieben des Abdichtbereiches
20 auf das Grundprofil 1 etwas angehoben werden muß. Nach vollständigem Aufschieben
der Dichtkappe 4 umfaßt die Abwinkelung 28 das Grundprofil. Danach wird ein Deckel
5 durch eine Schraube 78 in einer Gewindebohrung 19 in der Abwinkelung 28 festgeschraubt.
Durch diesen Deckel 5 wird das andere Ende des Kurbelarms 52 verschlossen.
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Die Tretkurbelnuß 8 ist an der Außenfläche des Abdeckprofils 3 durch
Schweißen oder dergleichen befestigt. Somit kann das Grundprofil 1 als Profilmaterial
im wesentlichen vorgefertigt werden, ohne daß eine nachträgliche Bearbeitung erforderlich
ist. In dem Grundprofil list ein Schraubenloch 21 vorgesehen, durch die eine Verbundschraube
24 hindurchgeführt und in das Ende einer (nicht gezeigten) Tretkurbelachse zwecks
Befestigung der Tretkurbelnuß 8 eingeschraubt werden kann. Dieses Schraubenloch
21 wird durch die Lasche 36 abgedeckt.
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Um während der vollen Umdrehung der Tretkurbel 51 eine leichtgängige
Verschiebung des Pedalträgerarms 2 gegenüber dem Kurbelarm 52 zu gewährleisten,
ist es erforderlich, daß die Kugeln 10 in ihren Kugellaufbahnen 6, 6a bei Belastung
frei rollen können. Da die Druckbelastung während der Rotation der Tretkurbel 51
jedoch nicht gleichbleibend ist - sie tritt im wesentlichen nur während der Abwärtsbewegung
der Tretkurbel 51 auf - führen die Kugeln 10 nicht nur eine reine Rollbewegung aus,
sondern haben durch ihr Eigengewicht sowie durch die Fliehkraft die Tendenz, ihre
Lage über die Rollbewegung hinaus zu verändern. Sie würden vom Drehpunkt der Tretkurbel
51 nach außen wandern, nach einigen Umdrehungen den äußeren Endpunkt in den Kugellaufbahnen
6, 6a erreicht haben und beim nächsten Krafthub eine weitere Schubbewegung völlig
blockieren, bevor der Pedalträgerarm 2 gegenüber dem Kurbelarm 52 in die äußere
Endstellung verschoben worden ist, wenn nicht besondere Vorkehrungen getroffen worden
wären, die das Wandern der Kugeln über mehrere Umdrehungen der Tretkurbel 51 verhinderten.
Diese Blockierungsgefahr wird noch vergrößert durch die auf die Tretkurbel wegen
der versetzten Krafteinwirkung von den Pedalen einwirkenden Torsionskräfte.
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Fig. 5 zeigt nun die Anordnung der verschiedenen Teile zur Verhinderung
solcher Blockierungen. Die zwischen den Kugellaufbahnen 6, 6a laufenden Kugeln 10
sind in Langlöchern 79 eines Kugelkäfigs 80 angeordnet.
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Der Pedalträgerarm 2 ist mit einer Längsbohrung 13 versehen, die über
einen seitlich angebrachten Schlitz 14 zur Seite hin offen ist. Diese Längsbohrung
13 ist als Sackloch ausgebildet, in das eine erste Feder 16, ein Führungsstift 15
und eine zweite Feder 16 eingesteckt sind. Die Längsbohrung 13 ist dann durch ein
Verschlußstück 82 durch Einstecken eines Stiftes 18 in eine Querbohrung 85 verschlossen.
Der Führungsstift 15 trägt seitlich einen Führungszapfen 81, der aus dem Längsschlitz
14 herausgeführt ist und in eine Ausnehmung 17 im Kugelkäfig 80 eingreift. Durch
die Stellung des Führungsstiftes 15 wird also die Lage des Kugelkäfigs 80 in Längsrichtung
festgelegt (siehe hierzu auch Fig. 3).
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Die Fig. 6a bis 6c zeigen die einzelnen Positionen des Kugelkäfigs
80 bei verschiedenen Positionen des Pedalträgerarms 2 gegenüber dem Kurbelarm 52.
Im eingefahrenen
Zustand des Pedalträgerarms 2 (Fig. 6a) befindet
sich der Kugelkäfig 80 mit den Kugeln 10 in einer Anfangsposition, die im unbelasteten
Zustand des Lagers durch das Gleichgewicht der Federkräfte der Federn 16 zu beiden
Seiten des Führungsstiftes 15 bestimmt ist. Wird nun der Pedalträgerarm 2 unter
Belastung des Lagers gegenüber dem Kurbelarm 52 nach außen geschoben (Fig. 6 b),
so rollen die Kugeln 10 auf den Kugellaufbahnen 6, 6a ab und nehmen den Kugelkäfig
80 einschließlich Führungszapfen 81 und Führungsstift 15 mit. Die (in den Fig. 6a-6c)
rechte Feder 16 wird hierbei zusammengedrückt und die linke Feder 16 entlastet.
Ein weiteres Verschieben des Pedalträgerarms 2 unter Last in die äußere Endlage
(Fig. 6c) führt unter weiterem Abrollen der Kugeln 10 zu einem weiteren Spannen
der rechten Feder 16.
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Sobald im gespannten Zustand einer der Federn 16 die Last vom Pedalträgerarm
2 fortfällt, z. B. im unteren Totpunkt der Kurbelbewegung, entfällt auch die Belastung
der Kugeln 10 in den Kugellaufbahnen 6, 6a, so daß die gespannte Feder 16 den Kugelkäfig
80 mit den Kugeln 10 gegenüber dem Pedalträgerarm 2 wieder in die entspannte Gleichgewichtslage
zurückbringt. Durch diese vorteilhafte Kugelfixierung wird also erreicht, daß der
Kugelkäfig 80 mit den Kugeln 10 bei Entlastungen ständig in die Anfangsposition
zurückgebracht wird und somit Blockierungen sicher vermieden werden.
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Auch wenn das erfinderische Prinzip in Verbindung mit einem Tretkurbelantrieb
beschrieben und beansprucht wurde, so kann es selbstverständlich auch bei anderen
Antrieben mit einer Kurbel veränderlicher Länge, z. B. bei Handkurbelantrieben,
Verwendung finden.