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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 2 24 823 und der EP-A 93 201 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 solche 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 auf
einfache Weise aus kostengünstigen Materialien herstellbar ist, 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
aus einem im wesentlichen U-förmigen Grundprofil mit in beiden Schenkeln innen angeordneten
Kugellaufbahnen besteht, daß der Pedalträgerarm an zwei einander gegenüberliegenden
Seiten mit Kugellaufbahnen versehen ist, an einer freien Seitenfläche den Steuerzapfen
trägt und mit entsprechender Kugelfüllung in dem Kurbelarm verschiebbar gelagert
ist, und daß die offenen Flächen des Kurbelarms durch ein mit einem Langloch für
den Steuerzapfen versehenes Abdeckprofil und durch Endkappen verschlossen sind.
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Diese Bauweise hat den Vorteil, daß zum größten Teil preiswertes
Profilmaterial verwendet werden kann, was zu einer erheblichen Herstellkostenersparnis
bei dennoch guter Qualität führt.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, daß das Grundprofil des Kurbelarms an den Außenseiten der U-Schenkel
mit über die gesamte Länge durchgehenden Längsnuten versehen ist, daß das Abdeckprofil
profilmäßig durchgehend im wesentlichen U-förmig mit herumgezogenen Schenkeln ausgebildet
und daß die Schenkel des Abdeckprofils in die Längsnuten einsetzbar und das Abdeckprofil
auf das Grundprofil in Längsrichtung aufschiebbar ist. Nach dem Ineinanderschieben
von Grundprofil und Abdeckprofil werden diese zweckmäßigerweise unlösbar miteinander
verbunden, um einen kastenförmigen Kurbelarm mit außerordentlich hoher Stabilität
zu bilden. Diese Bauweise hat den weiteren Vorteil, daß alle Profile des Kurbelarms
als Meterware bezogen werden können, ohne daß nach dem Abschneiden auf Maß noch
wesentliche Bearbeitungsvorgänge erforderlich sind.
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Zur Übertragung der Drehkräfte auf die Drehkurbelachse ist eine Tretkurbelnuß
erforderlich, die gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung an der Außenseite
des Abdeckprofils angeschweißt oder angelötet ist.
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Eine Abdichtung des aus dem Kurbelarm herausgeführten Pedalträgerarms
ist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung eine Dichtkappe vorgesehen,
deren Abdichtbereich auf das zum Pedalträgerarm zeigende Ende des Grundprofils aufschiebbar
ist, weiterhin ist eine Lasche der Dichtkappe in einer weiteren Längsnut des Grundprofils
um dieses herumgeführt und am anderen Ende mit einer Abwinklung versehen, an die
ein das andere Ende des Grundprofils abdichtender Deckel anschraubbar ist. Diese
Maßnahmen unterstüt-
zen das Ziel. an dem in Meterware beziehbaren Grundprofil nach
dem Ablängen im wesentlichen keine weiteren Bearbeitungsvorgänge vornehmen zu müssen.
Zur Verbesserung der Abdichtung der Tretkurbel ist die Öffnung des Abdichtbereiches
der Dichtkappe zweckmäßigerweise dem Profil des Pedalträgerarms angepaßt und mit
einer Dichtung versehen.
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Um die Leichtgängigkeit der Kugelführung zwischen dem Kurbelarm und
dem Pedalträgerarm zu verbessern, und um insbesondere Blockierungen durch ein Wandern
der Kugeln infolge der Kurbelbewegung zu vermeiden, ist eine besonders zweckmäßige
Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß 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. 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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Eine Abdichtung des aus dem Kurbelarm herausgeführten Steuerzapfens
erfolgt zweckmäßigerweise dadurch, daß das Langloch im Abdeckprofil von innen durch
mindestens eine mit einem Langloch versehene, verschiebbare Dichtlamelle abgedichtet
ist, die zwischen dem Abdeckprofil und einem Absatz des Grundprofils und dem Pedalträgerarm
angeordnet ist. Um mit möglichst wenigen Dichtlamellen, insbesondere nur einer einzigen
auszukommen, ist eine besonders vorteilhafte Ausführungsform dadurch gekennzeichnet,
daß die zum Langloch im Abdeckprofil zeigende Fläche des Pedalträgerarms als ebene
Fläche in der gleichen Höhe wie der Absatz des Grundprofiles liegt und zusammen
mit diesem eine Abdichtfläche für die Dichtlamelle bildet. Dadurch, daß der Innenraum
im Abdeckprofil unter der Tretkurbelnuß freigehalten ist, kann sich die Dichtlamelle
bis in diesen Bereich unter der Tretkurbelnuß erstrecken, so daß ein sehr großer
Abdeckbereich zwischen Pedalträgerarm und Dichtlamelle gegeben ist.
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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; Fig. 7 Darstellungen ähnlich der Fig. 6 zur Erläuterung der verschiedenen
Stellungen der Dichtlamelle, wobei der Übersichtlichkeit halber Kugeln und Kugelkäfig
fortgelassen sind; und Fig. 8 eine Draufsicht auf den Tretkurbelarm in ähnlichen
Stellungen wie in Fig. 7 zur Erläuterung der verschiedenen Positionen der Dichtlamelle.
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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
I 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 Steuerznpfen 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 Abdichtbereiches 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 1 ist 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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In den Fig. 7 und 8 sind nun Einzelheiten der Abdichtung des Langloches
7 im Abdeckprofil 3 nach außen gezeigt. Wie auch in Fig. 3 zu sehen, ist zwischen
einem Absatz 23 des Grundprofils 1 und der (in Fig. 3) oberen, ebenen Fläche des
Tretkurbelarms 2 einerseits und der inneren Fläche des Abdeckprofils 3 andererseits
eine Dichtlamelle 11 vorgesehen, die ein Langloch 12 aufweist, damit der Steuerzapfen
25 herausgeführt werden kann. Wie bereits erwähnt, sind in Fig. 3 die einzelnen
Teile nur der Übersichtlichkeit halber mit großem Spiel gezeichnet. Selbstverständlich
liegt die Dichtlamelle 11 auf dem Absatz 23 und der oberen Fläche des Pedalträgerarms
2 auf und berührt außerdem die Innenseite des Abdeckprofils 3, um eine einwandfreie
Abdichtung zu gewährleisten.
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In der Stellung nach den Fig. 7a und 8a befindet sich der Pedalträgerarm
2 im eingefahrenen Zustand, und der aus dem Langloch 12 der Dichtlamelle 11 herausragende
Steuerzapfen 25 hat diese in die äußerste (in den Figuren) rechte Position verschoben.
Dadurch, daß die Tretkurbelnuß 8 mit dem Abdeckprofil 3 außen verschweißt ist, ist
der darunterliegende Raum für das Verschieben der Dichtlamelle 11 frei. In dieser
Position nach den Fig. 7a und 8a ist das Innere des Kurbelarms 52 nach außen hin
also abgedichtet.
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Nachdem der Pedalträgerarm 2 etwas nach links verschoben worden ist
(siehe Fig. 7b und 8b), bleibt die Dichtlamelle 11 zunächst in ihrer ersten Position,
solange der Steuerzapfen 25 noch nicht gegen das Ende des
Langloches 12 anstößt.
Auch in dieser Position erfolgt eine einwandfreie Abdichtung. Wird der Pedalträgerarm
2 weiter nach links bewegt, so nimmt der Steuerzapfen 25 über das Ende des Langloches
12 die Dichtlamelle 11 nach links mit und dichtet in der linken Endstellung (siehe
Fig. 7c und 8c) den über dem rechten Ende des Pedalträgerarms 2 liegenden Freiraum
nach oben hin zum Langloch 7 des Abdeckprofils 3 ab. Bei der Bewegung des Pedalträgerarms
2 nach rechts erfolgt die Mitnahme der Dichtlamelle 11 in umgekehrter Reihenfolge.
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Somit ist eine im Verhältnis zur Gesamtlänge des Kurbelarms 52 lange
Öffnung 7 durch eine einzige Dichtlamelle 11 in Verbindung mit der als ebene Fläche
ausgebildeten Innenseite des Pedalträgerarms 2 ausreichend abgedichtet.
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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.