DE3624625A1 - Tretkurbelantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Tretkurbelantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Tretkurbelantriebe sind am Fahrzeugrahmen mon­ tiert. Aus der DE-PS 4 17 318 ist ein Tretkurbelantrieb bekannt, bei dem die Hebellänge des Antriebskurbelarms am Kettenrad derart verändert werden kann, daß für die Betriebsphase, in der beim Niedertreten eines Pedals eine maximale Kraft aufgebracht werden kann, auch eine maximale Länge des Kurbelarms zur Verfügung steht, so daß das aufgebrachte Drehmoment einen größtmöglichen Wert erhält. Bei diesem Tretkurbelantrieb ist der An­ triebskurbelarm am Kettenrad als ein die Trittkraft der Pedale übertragendes Gleitstück ausgebildet, welches in einer Führung am Kettenrad verschiebbar gelagert ist. Ein Pedal ist direkt an diesem Gleitstück montiert. Die Pedalachse ist ferner an einem Lenker montiert, der sich um eine Achse verdrehen kann, die nicht mit der Achse des Kettenrades zusammenfällt. Dadurch wird die ge­ wünschte Gleitsteuerung des Pedals ermöglicht.

Aus der DE-OS 31 33 813 ist ein Tretkurbelantrieb der vorstehend beschriebenen Art bekannt, bei welchem im Bereich des vorderen Tretkurbelhalbkreises eine Verlän­ gerung des Hebelarmes erfolgt. Die Gleitführung er­ streckt sich dabei über das gesamte Kettenrad durch den Kettenradmittelpunkt hindurch und das Gleitstück steht mit einem Pedalantrieb in Antriebsverbindung, dessen Tretkurbelwelle unterteilt ist, wobei an zumindest einer Tretkurbelwelle ein Kurbelarm drehfest montiert ist, der das Gleitstück trägt. Der Abstand zwischen der Ketten­ radachse und der Tretkurbelwelle ist gleich der Länge des Kurbelarms. Die beiden Tretkurbelwellen sind über einen Kettenantrieb miteinander verbunden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Tretkurbelantrieb derart zu gestalten, daß die Erzeugung des für den Fahrbetrieb erforderlichen Drehmo­ mentes in jeder Phase optimal einstellbar ist und daß durch Fertigungs- oder Wartungsfehler oder Verschmutzun­ gen bedingte Betriebserschwerungen oder -störungen sicher ausgeschaltet werden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des Patentanspruchs gelöst.

Die kombinierten Merkmale beeinflussen, fördern und er­ gänzen sich gegenseitig derart, daß die im folgenden dargelegte technische Gesamtwirkung erzielt wird. Mit nur wenigen zusätzlichen und einfach herzustellenden und am Fahrzeug zu montierenden Bauteilen, wird es dem Fah­ rer ermöglicht, die volle Tretkraft während des vorderen Tretkurbelhalbkreises über einen optimal verlängerten Hebelarm unter Verstärkung der Tretkraft auf das Ketten­ rad zu übertragen. Wenn das Pedal, dessen Kraft über den Kurbelarm auf das Kettenrad übertragen wird, in seine untere Totpunktlage getreten ist, kann ein weiterer An­ trieb über das andere Pedal und die Kupplung erfolgen. Das Gleitstück bewegt sich dabei durch die Achse des Kettenrades hindurch, wobei in dieser Phase der Hebelarm der Gleitführung fortlaufend vermindert wird und den Wert Null annimmt und danach wieder ansteigt. Durch die Kupplung des nicht mit dem Kurbelarm verbundenen Pedals mit dem Kettenrad kann aber zusätzlich direkt von diesem Pedal ein Drehmoment auf das Kettenrad übertragen wer­ den, so daß die Verminderung der Drehmomentenübertragung vom Kurbelarm auf die Gleitführung in dieser Phase kom­ pensiert wird. Ferner wird durch diese Kupplung das Kettenrad zusammen mit der Gleitführung zwangsläufig weitergedreht, wodurch ein störungsfreies Durchlaufen des Gleitstückes durch die Kettenradachse auch bei Fer­ tigungstoleranzen, bei Wartungsfehlern und bei starken Verschmutzungen und damit schlechter Gleitung zwangsläu­ fig sichergestellt ist.

Die Kupplungen können beispielsweise Zahnradgetriebe oder dergleichen sein. Es hat sich als vorteilhaft er­ wiesen, die phasenstarren Kupplungen als Kettengetriebe auszubilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der fol­ genden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Tretkur­ belantriebes in verschiedenen Betriebslagen und

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines Tretkur­ belantriebes.

Die Bauteile des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Tret­ kurbelantriebes werden am Fahrzeugrahmen, beispielsweise am Fahrradrahmen montiert. Für eine klarere Darstellung wurden diese Rahmenteile in den Figuren nicht dargestellt.

Fig. 1 zeigt das bei Fahrzeugen mit Kettenantrieben üb­ liche Kettenrad 1, dessen Zahnkranz schematisch bei 2 dargestellt ist. Um dieses Kettenrad 1 ist beispiels­ weise bei Fahrrädern eine Kette gespannt, die zum Hin­ terrad verläuft. Dieses Kettenrad 1 ist bei Fahrrädern mittels einer Kettenradachse 3 am Rahmen unterhalb des Sattels montiert.

Am Kettenrad 1 ist drehfest mit diesem eine Gleitführung 4 montiert, die sich über das gesamte Kettenrad 1 hinweg und durch die Mitte des Kettenrads 1 hindurch erstreckt, wobei diese Gleitführung 4 die Kettenradachse 3 schnei­ det. In Fahrtrichtung vor der Kettenradachse 3 ist am Fahrzeugrahmen ein Trittpedalantrieb montiert. Dieser Trittpedalantrieb weist zwei getrennte, koaxiale Tret­ kurbelwellen 6, 6′ auf, wie insbesondere die Fig. 2 zeigt. Diese Tretkurbelwellen sind ebenfalls an einem Rahmenbauteil des Fahrzeugs, beispielsweise an einem Rohrrahmenabschnitt eines Fahrrades, montiert. Die Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf den Tretkurbelantrieb, und zwar von der rechten Seite der Fig. 2 aus gesehen.

Wie in Fig. 1 zu erkennen, ist an der in Fig. 2 rechts dargestellten Tretkurbelwelle 6 ein Tretkurbelarm 5 mon­ tiert, der das Pedal 9 trägt. Der in Fig. 1 gestrichelt dargestellte, nach hinten sich erstreckende Tretkurbel­ arm 5′ ist an der Tretkurbelwelle 6′ auf der gegenüber­ liegenden Seite des Rahmens befestigt.

An der einen Tretkurbelwelle 6 ist drehfest mit dieser ein Kurbelarm 7 montiert. Am freien Ende des Kurbelarmes 7 ist ein Gleitstück 8 gelagert, welches in einem kraft­ übertragenden Eingriff mit der Gleitführung 4 steht.

Wenn die Gleitführung 4 als Gleitschiene ausgebildet ist, kann das Gleitstück 8 ein Gleitstein sein, der in dieser Gleitschiene gleitet. Es können aber auch andere Ausführungsformen vorgesehen sein, beispielsweise kann die Gleitführung 4 eine stab- oder stangenförmige Führung sein, wobei dann das Gleitstück 8 eine Gleitmuffe oder Gleitgabel ist.

In Fig. 1 ist schematisch bei 10 eine phasenstarre Kupplung dargestellt, mit der die Tretkurbelwelle 6 auf der einen Seite des Kettenrades 1 mit der koaxial ver­ laufenden Tretkurbelwelle 6′ auf der anderen Seite des Kettenrades 1 drehfest oder phasenstarr verbunden ist. Diese phasenstarre Kupplung 10 kann ein Zahnradgetriebe oder ein ähnliches Getriebe sein. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die phasenstarre Kupplung 10 ein Zahnrad 12 auf, welches an der Tretkur­ belwelle 6 drehfest montiert ist und ein Zahnrad 12′, welches an der Tretkurbelwelle 6′ drehfest montiert ist. Bei dieser Ausführungsform ist am Rahmen eine Welle 14 gelagert, an deren beiden Enden Zahnräder 13 und 13′ montiert sind, die mit den zugeordneten Zahnrädern 12 und 12′ fluchten. Diese Zahnräder 13 und 13′ stehen mit den Zahnrädern 12 und 12′ über Antriebsketten 15 und 15′ in Antriebsverbindung. Durch diese phasenstarre Kupplung 10 nimmt der eine Tretkurbelarm 5 den anderen Tretkur­ belarm 5′ und umgekehrt während des Betriebes mit.

Wie in den Fig. 1 und 2 ferner dargestellt, ist zwischen der Tretkurbelwelle 6′, an der kein Kurbelarm 7 drehfest montiert ist und dem Zahnrad 1 eine phasenstarre Kupp­ lung 11 vorgesehen. Diese phasenstarre Kupplung 11 kann ein Rädergetriebe sein. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Kettenradachse 3 ein Zahnrad 17 drehfest montiert und an der Tretkurbelwelle 6′ ist fluchtend mit diesem Zahnrad 17 ein weiteres Zahn- oder Kettenrad 16 montiert. Die beiden Zahn- oder Kettenräder 16 und 17 stehen über eine Antriebskette 18 in Antriebsverbindung. Die Bauteile 16, 17 und 18 bilden bei diesem Ausführungsbeispiel die in Fig. 1 schematisch bei 11 dargestellte phasenstarre Kupplung.

Im Betrieb bewegt sich das Gleitstück 8 auf dem Gleit­ stückumlaufkreis 19. Da der Abstand der Tretkurbelwellen 6, 6′ von der Kettenradachse 3 gleich der Länge des Kurbelarmes 7 ist, schneidet der Gleitstückumlaufkreis 19 die Kettenradachse 3. Die radialen Abmessungen der Gleitführungen 4 nach beiden Seiten der Kettenradachse 3 müssen mindestens gleich der doppelten Länge des Kurbel­ armes 7 sein, damit das Gleitstück 8 nicht aus der Gleitführung 4 heraustreten kann. Mit anderen Worten muß die Länge der Gleitführung 4 mindestens gleich der vier­ fachen Länge des Kurbelarmes 7 sein. Wie Fig. 1 zeigt, sind die Bauteile des Tretkurbelantriebes derart ausge­ legt und angeordnet, daß bei der Darstellung in Fig. 1 im vorderen Schwenkbereich 20 des Tretkurbelarmes 5 die Länge des Hebelarmes, die durch die Stellung des Gleit­ stückes 8 an der Gleitführung 4 bestimmt wird, bis zu einem Maximalwert zunimmt.

Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weist der Kurbelarm 7 eine geringere Länge auf als der Tretkurbelarm 5, so daß der von den Teilen 9, 5, 6, 7 und 8 gebildete Tritt­ pedalantrieb eine kraftverstärkende Wirkung hat. Die auf das Pedal 9 ausgeübte Trittkraft wird durch diesen Trittpedalantrieb um einen Faktor vergrößert, der gleich dem Verhältnis von Tretkurbelarm 5 zu Kurbelarm 7 ist.

Wie Fig. 1 zeigt, kann die Auslegung derart sein, daß bei waagerechter Stellung des Tretkurbelarmes 5 die Länge des Hebelarmes der Kraftübertragung, d. h. die Stellung des Gleitstücks 8 an der Gleitführung 4 maximal ist. Bei der in Fig. 1 mit ausgezeichneten Linien darge­ stellten Anordnung der Gleitschiene 4, des Tretkurbel­ armes 5, des Kurbelarmes 7 und des Gleitstücks 8 ent­ spricht dieser Hebelarm der doppelten Länge des Kurbel­ armes 7. In dieser Stellung des Tretkurbelarmes 5 er­ streckt sich der andere Tretkurbelarm 5′ auf der anderen Seite des Kettenrades 1, wie in Fig. 1 gestrichelt dar­ gestellt, waagerecht nach hinten.

Es ist offensichtlich, daß auf den maximalen Hebelarm des Tretkurbelarms 5 in der dargestellten Lage auch eine maximale Tretkraft durch den Fahrer auf das Pedal 9 aus­ geübt werden kann. Wenn das Pedal 9 bei der Verschwen­ kung längs des vorderen Schwenkkreises 19 den unteren Totpunkt 9 a erreicht, nimmt der Tretkurbelarm die mit 5 a gekennzeichnete strichpunktiert dargestellte Lage an. Der andere an der Tretkurbelwelle 6′ befestigte Tretkur­ belarm 5′ hat sich in die bei 5′ a dargestellte strich­ punktierte Lage bewegt. Das zugeordnete Pedal ist bei 9′ a gezeigt. In dieser Betriebsphase wurde durch die Kraftübertragung über den Kurbelarm 7 und das Gleitstück 8 und die Gleitführung 4 in die bei 4 a gestrichelt dargestellte Lage gebracht. Der Kurbelarm 7 hat sich dabei in die bei 7 a punktiert dargestellte Lage bewegt und das Gleitstück befindet sich in der bei 8 a darge­ stellten Stellung. Es ist zu erkennen, daß bei einer weiteren Verschwenkung sich das Gleitstück 8 a in Rich­ tung auf die Kettenradachse 3 zu bewegt, so daß der an der Gleitführung 4 a wirksame Hebelarm fortlaufend ver­ kleinert wird. Wenn sich das Gleitstück 8 a durch die Kettenradachse 3 hindurchbewegt, ist dieser Hebelarm gleich Null.

Die Auslegung der Teile kann ferner derart sein, daß wenn einer der Tretkurbelarme 5 oder 5′ den vorderen Schwenkbereich 20, der 180 umfaßt, durchläuft, die Gleitführung 4 einen Schwenkbereich von 90 überstrichen hat. Es findet somit neben einer drehmomenten Wandlung auch noch eine Drehzahlwandlung statt.

Insbesondere wird, wenn die in Fig. 1 bei 5 a und 5′ a dargestellte Lage der Tretkurbelarme erreicht ist, in der nunmehr das Pedal 9 a entlastet und das Pedal 9′ a be­ lastet wird, die phasenstarre Kupplung 10 wirksam, um vom Pedal 9′a über den Tretkurbelarm 5′, die Tretkurbel­ welle 6′ und die phasenstarre Kupplung 10 ein Antriebs­ moment auf die Tretkurbelwelle 6 und damit auf den Kur­ belarm 7 zu übertragen.

In dieser Phase wird jedoch der an der Gleitführung 4 wirksame Hebelarm fortlaufend kleiner und sogar zu Null, so daß die Momentenübertragung fortlaufend abnimmt. In dieser Phase wird die phasenstarre Kupplung 11 wirksam, die ein Drehmoment vom Tretkurbelarm 5′ über diese pha­ senstarre Kupplung 11 direkt auf das Kettenrad 1 bzw. dessen Kettenradachse 3 überträgt.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist schematisch die Stellung der Teile gezeigt, die sie in Fig. 1 bei 5 a, 5′ a, 4 a, 7 a und 8 a einnehmen. Eine auf das Pedal 9′a ausgeübte Kraft wird über den Tretkurbel­ arm 5′a und die Tretkurbelwelle 6 auf das Zahnrad 16 übertragen und mittels Kette 18 auf das Zahnrad 17, wo­ durch dann das Kettenrad 1 angetrieben wird. Der Durch­ lauf des Gleitstückes 8 durch dessen Nullage an der Kettenachse 3 erfolgt problemlos bei fortlaufender wei­ terer Kraftübertragung auf das Kettenrad 1. Ein even­ tuelles Hängenbleiben des Gleitstückes in diesem Be­ triebsbereich durch Verschmutzungen, Fehler bei der Wartung oder große Fertigungstoleranzen wird zwangsweise verhindert und es wird ein völlig stoßfreier Betrieb gewährleistet.

Claims (2)

1. Tretkurbelantrieb für das Kettenrad zwei- oder mehr­ rädriger Fahrzeuge mit Kettenantrieb, insbesondere Fahrräder, mit einer als Antriebskurbelarm am Ketten­ rad befestigten Gleitführung für ein die Trittkraft der Pedale übertragendes Gleitstück, dessen radiale Stellung an der Gleitführung durch die von den Peda­ len auf ihrem Umlaufkreis eingenommenen Stellungen gesteuert ist, wobei die Pedale an Tretkurbelarmen gelagert sind, deren Tretkurbelwelle geteilt ist und deren beide Tretkurbelwellenteile in Fahrtrichtung vor der Kettenradwelle liegen und das Gleitstück an einem Kurbelarm befestigt ist, der drehfest mit einer Tretkurbelwelle verbunden ist und der Abstand zwischen der Achse des Tretkurbellagers und derje­ nigen des Kettenrades gleich der Länge des das Gleit­ stück tragenden Kurbelarmes ist, gekennzeichnet durch die Kombination der folgenden Merkmale:

• a) daß die beiden Tretkurbelwellen (6, 6′) mit­ einander gekuppelt (10) sind und
• b) daß die den Kurbelarm nicht tragende Tretkurbel­ welle (6′) mit dem Kettenrad (1) gekuppelt (11) ist.

2. Tretkurbelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Kupplungen (10, 11) ein Zahnket­ tengetriebe (12, 13, 15, 14, 12′, 13′, 15′; 16, 17, 18) ist.