DE3720364C2 - Kurbelgetriebe fuer fahrraeder, dreiraeder oder dergl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelgetriebe für Fahrräder, Drei­ räder oder dergleichen gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Kurbelantriebe sind seit mehr als 100 Jahren bekannt und bei den üblicherweise anzutreffenden Fahrrädern, Dreirädern, Tretbooten und anderen pedalgetriebenen Fahrzeugen unver­ ändert beibehalten worden. Vor allem bei Fahrrädern hat es vielfältige Bemühungen gegeben, die von dem Fahrer auf das Pedal ausgeübte Kraft in ein erhöhtes Drehmoment umzusetzen, so daß entweder bei einem vorgegebenen Kraftaufwand des Fahrers ein erhöhtes Antriebsmoment erzielt oder aber eine bestimmte Antriebsleistung mit einem geringeren Kraftaufwand erreicht wird. Eine bekannte Maßnahme besteht darin, eine längere Pedalkurbel zu verwenden, um so aufgrund des größeren Hebels das erzeugte Drehmoment zu vergrößern. Dieser Verlän­ gerung der Pedalkurbel sind jedoch durch die Beinlänge des Fahrers enge Grenzen gesetzt, so daß die größte in der Praxis verwendbare Pedalkurbel eine Länge von etwa 170 mm hat.

Da sich bei einem zentrisch kreisrunden Tritt der Hebelarm der Pedalkurbel aus dem vorstehend genannten Grund nicht weiter erhöhen läßt, sind andere Wege beschritten worden, um zu einer günstigeren Umsetzung der Trittkraft des Fahrers zu gelangen. In der AT-PS 5 698 ist bereits vor sehr langer Zeit vorgeschlagen worden, die Pedalkurbel aus zwei durch einen Exzenter gegeneinander verschiebbaren Armen auszu­ bilden, so daß das zugehörige Pedal eine exzentrische Kreis­ bewegung um das Tretlager ausführt. Der mit dem Pedal ver­ sehene vordere Arm der Kurbel ist dabei verschieblich in dem hinteren, fest mit der Tretlagerachse verbundenen Arm der Kurbel geführt und greift mit einem Zapfen in einen Exzen­ terring ein, der die zur Tretlagerachse exzentrische Kreisbe­ wegung erzwingt. Der feststehende Exzenterring ist so ange­ ordnet, daß die Kurbel in der horizontalen, in Fahrtrichtung weisenden Stellung ihre größte Länge hat, so daß der Hebel­ arm des Pedals im Augenblick der größten Trittkraft sein Ma­ ximum erreicht und das hervorgerufene Drehmoment maximiert ist. Dieser bekannte Kurbelmechanismus hat mehrere Nachteile. Da der mit dem Pedal versehene Arm der Kurbel verschieblich in dem gabelförmigen anderen Arm der Kurbel geführt ist, wird er in der senkrechten, nach unten weisenden Lage, in der der Fahrer eines Fahrrades häufig mit seinem gesamten Gewicht auf dem Pedal steht, lediglich von dem Zapfen ge­ halten, der in den Exzenterring eingreift. Da das Pedal senk­ recht von der Pedalkurbel wegweist, entstehen vor allem in dieser Lage sehr große Biegekräfte, die als Torsionsmoment den Exzenterring derart belasten, daß dieser den Belastungen nicht standhalten kann. Außerdem bedingt die Tretkurbelver­ längerung einen um die Verlängerung vergrößerten Abstand des Vorderrades vom Tretlager, was den über viele Jahre entwickelten Fahrradrahmenbau ungünstig verändert.

Ein weiterer entscheidender Nachteil dieses bekannten Kurbel­ mechanismus liegt darin, daß durch diesen die Balance eines Fahrers erheblich beeinträchtigt ist. Während ein zentrischer Rundtritt des Pedals um das Tretlager das Gleichgewicht des Fahrers fördert, weshalb Fahrradartisten mit sehr kleinen Übersetzungen fahren, so daß durch häufiges zentrisches Rund­ treten ihr Gleichgewicht auf dem Fahrrad stabilisiert wird, bewirkt ein exzentrischer Trittkreis eine erheblich gestörte Balance des Fahrers, so daß ein mit dem bekannten Kurbel­ mechanismus ausgestattetes Zweirad nicht die erforderliche Sicherheit bietet. Mit einem exzentrischen Trittkreis läßt sich daher das Problem einer besseren Umsetzung der Tritt­ kraft nicht lösen.

Aus der DE-PS 92 281 ist ein Kurbelgetriebe für Fahrräder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt, bei dem die zentrische Kreisbewegung der Tretkurbeln über zugehörige Führungsstangen auf ein jeweiliges Gleitteil übertragen wird, das in einer Gleitkurbel verschieblich gehalten ist und eine exzentrische Kreisbewegung um eine Antriebsachse aus­ führt. Bei dieser bekannten Ausführungsform sind drei hinter­ einander angeordnete Wellen vorgesehen und über Kupplungs­ stangen antriebsmäßig miteinander verbunden, was den Nach­ teil hat, daß die hierdurch langgestreckte Anordnung bei einem herkömmlichen Fahrradrahmen nicht verwendbar ist, da der erforderliche Platz nicht zur Verfügung steht. Außerdem hat das bekannte Kurbelgetriebe den Nachteil, daß es den erforderlichen glatten runden Tritt nicht gewährleistet, so daß zwangsläufig Trittstörungen hervorgerufen werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die auf die Pedalkurbel aufgebrachte Kraft nach Durchlauf durch die obere Totpunkt­ lage von der Führungsstange zunächst als Druckkraft auf die Gleitkurbel übertragen wird, wobei die Druckkraft zu­ nehmend in eine Biegebelastung der Führungsstange übergeht, deren Maximum etwa in der horizontal nach vorne weisenden Stellung der Gleitkurbel erreicht wird. Anschließend wird die Trittkraft in zunehmendem Maße als Zugkraft auf die Gleitkurbel übertragen. Durch die Biegebelastung wird die an beiden Enden gelagerte Führungsstange durchgebogen, wo­ durch sich ihre Länge ändert, so daß ein glatter Rundtritt ausgeschlossen ist. Die auf die Gleitkurbel übertragenen, ständig wechselnden Druck- und Zugkräfte führen außerdem dazu, daß der in der Gleitkurbel ausgebildete Schlitz in kürzester Zeit ausgeschlagen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kurbelgetriebe für Fahrräder, Dreiräder oder der­ gleichen der betrachteten Art so zu verbessern, daß der Kraftaufwand zum Antrieb des Fahrzeugs wesentlich verringert ist, wobei das Kurbelgetriebe eine ausreichende Stabilität aufweisen soll, um den einwirkenden Belastungen zuverlässig standzuhalten, und wobei bewährte Rahmenkonstruktionen des Fahrzeugs im wesentlichen beibehalten werden sollen. Außer­ dem soll das Kurbelgetriebe einen glatten Rundtritt der Pedalkurbeln ermöglichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteil­ hafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen gekennzeichnet.

Bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe ist das Gleitteil auf einem feststehenden Exzenterring geführt, der derart oberhalb der Tretlagerachse angeordnet ist, daß sich die Antriebsachse sowohl oberhalb als auch in Fahrzeugläns­ richtung hinter der Tretlagerachse befindet, wobei die auf die Pedalkurbel aufgebrachte Kraft in der Führungsstange ausschließlich eine Zugkraft hervorruft, die auf das Gleit­ teil übertragen wird. Diese Anordnung bewirkt, daß die auf die Pedalkurbel aufgebrachte Kraft praktisch ohne Kraft­ verlust auf die Gleitkurbel übertragen wird, deren Gleit­ teil im gesamten Kraftübertragungsbereich von der Führungs­ stange den Exzenterring entlang gezogen wird. Dies ermöglicht einen vollkommen glatten runden Tritt, der zudem durch den feststehenden Exzenterring, auf dem die Gleitkurbel mit einem Führungsschlitten sitzt, gefördert wird.

Wenn sich die Pedalkurbel in der vertikalen oberen Totpunkt­ lage befindet, in der am ehesten eine Trittstörung auftreten kann, befindet sich bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe die Gleitkurbel bereits in einer Schräglage, in der ihre Tot­ punktlage bereits überschritten ist, da sich die Antriebs­ achse sowohl oberhalb als auch in Fahrzeuglängsrichtung hinter der Tretlagerachse befindet. Dies hat den Vorteil, daß bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe die Neigung zu einer Trittstörung in der oberen Totpunktlage erheblich verringert ist, da die Totpunktlage der Pedalkurbel durch die bereits überschrittene Totpunktlage der Gleitkurbel praktisch aufgehoben ist.

Der Exzenterring wird bei dem erfindungsgemäßen Kurbelge­ triebe oberhalb der Tretlagerachse befestigt, wo an einem herkömmlichen Rahmen bewährter Bauart der erforderliche Raum zur Verfügung steht, so daß keinerlei Änderungen an dem Rahmen erforderlich sind, die die Fahreigenschaften des Fahrrades beeinträchtigen könnten. Da die Führungsstange ausschließlich eine Zugkraft auf das Gleitteil der Gleit­ kurbel ausübt und diese Kraft ohne weiteres von dem Exzen­ terring aufgenommen werden kann, hat das erfindungsgemäße Kurbelgetriebe außerdem eine ausreichende Stabilität, um allen durch die Kraftübertragung auf die Gleitkurbel ent­ stehenden Belastungen zuverlässig standzuhalten.

Die Gleitkurbel vergrößert den Hebelarm der eigentlichen Antriebskraft, wodurch das Antriebsmoment um das Antriebs­ lager erhöht wird. Auf der Antriebsachse sitzt ein Zahn­ kranz, der durch die Drehbewegung der Gleitkurbel ange­ trieben wird und antriebsmäßig mit dem Zahnkranz des An­ triebsrades verbunden ist. Der zum Antrieb des Fahrzeugs erforderliche Kraftaufwand ist ohne Abkehr von dem zen­ trischen Trittkreis der Pedale erheblich verringert.

Damit die Trittkraft in ein maximales Antriebsmoment um­ gesetzt wird, hat die Gleitkurbel zweckmäßigerweise dann die maximale Länge, d. h. den größten Hebelarm, um die Antriebsachse, wenn sich die Pedalkurbel in der waagerechten, nach vorne weisenden Stellung befindet, in der die einwirkende Trittkraft des Fahrers am größten ist.

Bei der im Patentanspruch 5 angegebenen zweckmäßigen Ausbildung kann der auf der Antriebsachse sitzende Zahnkranz größer als der Zahnkranz der Tretlagerachse sein, so daß infolge dieses gesteigerten Übersetzungsverhältnisses das auf der Tretlagerachse angeordnete Kettenrad in seiner Größe beibehalten werden kann, was anderenfalls unerwünschte rahmenbauliche Veränderungen erforderlich machen würde. Dies ist weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Kurbelgetriebes gegenüber den bisher üblichen Kurbelgetrieben dieser Art, die ein z. B. bei Rennrädern erforderliches großes Übersetzungsverhältnis durch ein besonders großes Ketten­ rad hervorrufen, was wiederum zu Festigkeitsproblemen des Ket­ tenrades führt und die oben angesprochenen baulichen Verän­ derungen des Fahrradrahmens erforderlich machen kann. Diese Schwierigkeiten sind bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe vermieden.

Die Verbindung der zu beiden Seiten des Fahrradrahmens vorgesehenen Exzenter­ ringe über Laschen miteinander und mit dem Rahmen sorgt auf einfache Weise für eine ausreichende Stabilität der Exzenterringe.

Mit großem Vorteil wird schließlich vorgeschlagen, daß die Gleitkurbel im gestreckten Zustand eine Länge von etwa 240 mm hat. Im Vergleich zu der Länge der bisher verwendeten Pedal­ kurbeln, die maximal etwa 170 mm beträgt, ergibt sich hier­ mit ein erheblich größerer Hebelarm, der das von einer vor­ gegebenen Trittkraft erzeugte Antriebsmoment um etwa 40% erhöht. Zweckmäßigerweise sollte die Pedalkurbel eine Länge von etwa 165 mm haben.

Bei dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe ist der zentrische Trittkreis der Pedale beibehalten, wobei das Tretlager die Belastungen übernimmt, die aus den Biegemomenten herrühren, die von den als Kragarmen wirkenden Pedalen auf die Pedal­ kurbeln ausgeübt werden. Die Gleitkurbeln setzen die Tritt­ kraft in ein maximales Antriebsmoment um, ohne daß Stabilitäts­ probleme bei den Exzenterringen auftreten können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand der Zeichnung dargelegt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kurbel­ getriebes in einer Stellung, in der die Pedal­ kurbel und die Gleitkurbel waagerecht nach vorne weisen, wobei zusätzlich eine rückwärtige Lage im linken Teil der Figur angedeutet ist und

Fig. 2 eine Vorderansicht des Kurbelgetriebes gemäß Fig. 1.

Das erfindungsgemäße Kurbelgetriebe ist auf weitgehend schema­ tische Weise im Zusammenhang mit einem Fahrrad dargestellt, von dem in den Figuren ein Rahmen 1 angedeutet ist. Das Kurbel­ getriebe weist eine Pedalkurbel 2 auf, die um eine Tretlager­ achse 3 drehbar ist und an ihrem freien Endabschnitt mit einem Pedal 4 versehen ist, das in Fig. 1 schematisch angedeutet ist. Das Pedal 4 ist über einen Bolzen 5 praktisch biegesteif mit der Pedalkurbel 2 verbunden. Der Bolzen 5 durchgreift eine Führungsstange 6, die mit ihrem anderen Endabschnitt an dem gleitfähigen Gleitteil 7 einer Gleitkurbel 8 angelenkt ist. Die Gleitkurbel 8 besteht außerdem aus einem Führungs­ teil 9, auf dem das Gleitteil 7 über Kugellager 10 gleitfähig gehalten ist. Das Führungsteil 9 ist fest mit einer Antriebs­ achse 11 verbunden, auf der ferner ein Zahnkranz 12 sitzt, der ebenfalls mit der Antriebsachse 11 drehfest verbun­ den ist.

Das Gleitteil 7 der Gleitkurbel 8 ist über einen Zapfen 13 mit einem Schlitten 14 verbunden, der mittels Kugellager 15 auf einem Exzenterring 16 geführt wird, der eine exzentrische Kreisbewegung des Gleitteils 7 um die Antriebsachse 11 erzwingt, wenn das Pedal 4 eine zentrische Kreisbewegung um die Tretlagerachse 3 ausführt.

Der Zahnkranz 12 ist über eine Kette 17 mit einem Zahnkranz 18 verbunden, der seinerseits fest an einem Kettenrad 19 angesetzt ist, das über eine Kette 20 mit einem nicht darge­ stellten Zahnkranz des Hinterrades des Fahrrads verbunden ist. Der Zahnkranz 18 und das mit diesem fest verbundene Kettenrad 19 sitzen frei drehbar auf der Tretlagerachse 3.

Im linken Teil der Fig. 1 ist eine rückwärtige Stellung des Kurbelgetriebes angedeutet, wobei hier die Bezugszeichen der Bauteile mit einem zusätzlichen "a" versehen sind. Außer­ dem ist mit 21 die Kreisbahn angedeutet, auf der der Verbin­ dungspunkt zwischen der Führungsstange 6 und dem Gleitteil 7 der Gleitkurbel 8, also der Angriffspunkt der Trittkraft an der Gleitkurbel, umläuft.

Aus Fig. 2 ist zu ersehen, daß die beiden Exzenterringe 16 über Laschen 22 und 23 miteinander und mit dem Rahmen 1 ver­ bunden sind. Die Zahnkränze 12 und 18 sowie das Kettenrad 19 befinden sich an der rechten Seite des Fahrrads.

Aus Fig. 1 ist schließlich zu ersehen, daß sich die Gleit­ kurbel 8 ebenso wie die Pedalkurbel 2 in der waagerechten, nach vorne weisenden Stellung befindet, wenn sie ihre größte Länge aufweist. Der Mittelpunkt 24 des Exzenterrings 16 be­ findet sich vertikal über der Tretlagerachse 3, so daß sich die Umläufe der Gleitkurbel 8 und der Pedalkurbel 2 nicht gegenseitig beeinträchtigen können. Die Bezugszeichen 25 und 26 bezeichnen Kreise für den Umlauf des Kopfendes des Führungs­ teils 9 sowie des unteren Anlenkpunktes der Führungsstange 6.

An dem Rahmen 1 sind im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kurbelgetriebe keine baulichen Veränderungen erforderlich, wo­ durch andernfalls die Fahreigenschaften beeinträchtigt würden. Dies trifft auch dann zu, wenn die Gleitkurbel im gestreckten Zustand eine größere Länge als 240 mm hat, was ohne weiteres möglich ist.

Claims (9)

1. Kurbelgetriebe für Fahrräder, Dreiräder oder dergleichen mit zwei um 180° zueinander versetzten Pedalkurbeln, die je­ weils mit einem Endabschnitt auf einer Tretlagerachse ge­ halten sind und deren anderer Endabschnitt mit einem Pedal versehen ist, das um die Tretlagerachse eine zentrische Kreis­ bewegung ausführt, die vorzugsweise auf einen Zahnkranz des hinteren Antriebsrades des Fahrrades oder dergleichen über­ tragen wird, wobei die Pedalkurbeln über je eine an ihren Enden mit Gelenken versehene Führungsstange mit einem Gleit­ teil verbunden sind, das in einer auf einer gegenüber der Tretkurbelachse versetzt gelagerten Antriebsachse angeord­ neten Gleitkurbel verschieblich gehalten ist, so daß das Gleitteil eine exzentrische Kreisbewegung um die Antriebs­ achse ausführt und dabei einen auf der Antriebsachse ange­ ordneten Zahnkranz antreibt, der antriebsmäßig mit dem Zahn­ kranz des Antriesbsrades verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitteil (7) der Gleitkurbel (8) mit einem Führungsschlitten (14) verbunden ist, der auf einem fest­ stehenden Exzenterring (16) geführt ist, und daß der Ex­ zenterring (16) oberhalb der Tretlagerachse (3) angeordnet ist, derart, daß sich die Antriebsachse (11) sowohl ober­ halb als auch in Fahrradlängsrichtung hinter der Treglager­ achse (3) befindet, so daß die auf die Pedalkurbel aufge­ brachte Kraft in der Führungsstange (6) ausschließlich eine Zugkraft hervorruft, die auf das Gleitteil (7) über­ tragen wird.

2. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkurbel (8) jeweils aus einem Führungsteil (9), das fest mit der Antriebsachse (11) verbunden ist, und dem in dem Führungsteil gleitfähig gehaltenen Gleitteil (7) besteht, dessen vorderer Endab­ schnitt über die angelenkte Führungsstange (6) mit dem vor­ deren Endabschnitt der zugehörigen Pedalkurbel (2) ver­ bunden ist.

3. Kurbelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenterring (16) eine Kreisform hat.

4. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkurbel (8) ihre maximale Länge aufweist, wenn sich die Pedalkurbel (2) in der waagerechten, nach vorne weisenden Stellung befindet.

5. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der auf der Antriebsachse (11) angeordnete Zahnkranz (12) drehfest mit der Antriebsachse (11) verbunden ist und mit einem auf der Tretlagerachse (3) angeordneten Zahnkranz (18) in Antriebs­ verbindung steht, der mit einem Kettenrad (19) verbunden ist, das zusammen mit dem Zahnkranz (18) frei drehbar auf der Tretlagerachse (3) gehalten ist und mit dem Zahnkranz des Antriebsrades des Fahrrades oder dergleichen in An­ triebsverbindung steht.

6. Kurbelgetriebe nach einem, der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnkränze (12, 18) und das Kettenrad (19) über Ketten (17, 20) miteinander ver­ bunden sind.

7. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Exzenterringe (16) über Laschen (22, 23) miteinander verbunden sind.

8. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitkurbel (8) im ge­ streckten Zustand eine Länge von etwa 240 mm hat.

9. Kurbelgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Mittelpunkt des Ex­ zenterrings (16) vertikal über der Tretlagerachse (3) be­ findet.