DE3831511A1 - Tretkurbel aus leichtmetall fuer ein fahrrad - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tretkurbel aus Leichtmetall für ein Fahrrad mit einer Aufnahme­ lochung für den Kurbelwellenzapfen der Welle des Tretlagers und einer Aufnahmelochung für eine Pedalachse, wobei die in der Montage­ stellung relativ innenliegende Stirnfläche im wesentlichen eben und parallel zur Drehebene der Tretkurbel ausgerichtet ist.

Derartige Tretkurbeln aus Leichtmetall, insbe­ sondere aus Aluminium sind bekannt. Die bisher üblichen Tretkurbeln sind im wesentlichen symmetrisch ausgebildet und weisen üblicher­ weise rechteckige Querschnitte über ihren gesamten Längsverlauf auf. Es ist auch schon aus optischen Gründen vorgesehen worden, die Längskanten der Tretkurbel zu brechen, wobei aber weitere Kanten in den Übergangsbereichen gebildet worden sind.

Diese bekannte Ausbildung ist insofern nachteilig, als relativ viel Material eingesetzt werden muß, um eine hohe Lebensdauer der Tretkurbel zu gewährleisten.

Da aber die Massen der Tretkurbel bei der Benutzung des Fahrrades ständig mitbewegt werden müssen, ist die relativ schwergewichtige Ausbildung gemäß Stand der Technik nachteilig.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Tretkurbeln gattungsgemäßer Art insbesondere aus Aluminium zu schaffen, die eine höhere Lebensdauer bei gleichzeitiger Verringerung des Material­ einsatzes gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, daß die außenliegende Stirnfläche schmaler als die innenliegende Stirnfläche ausgebildet ist und die die beiden Stirnflächen verbindenden Seitenwandungen über gerundete Kanten in die schmale Stirnfläche übergehen.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, daß die schmale Stirnfläche um die Pedalachsen­ aufnahmelochung und um die Wellen-Aufnahmelochung jeweils einen zur innenliegenden Stirnfläche parallelen Bereich aufweist und im dazwischen liegenden Bereich absatzfrei eingeschnürt ist, wobei die Seitenwandungen stufenlos von der außenliegenden Stirnfläche in die innenliegende Stirnfläche übergehen.

Weiterhin ist bevorzugt, daß die Einschnürung bezüglich der Länge der Tretkurbel asymmetrisch angeordnet ist, wobei deren schmalster Bereich näher an der Pedalachsenlochung liegt.

Eine bevorzugte Variante besteht darin, daß der schmalste Bereich in unmittelbarer Nähe der Pedalachsenlochung liegt.

Besonders bevorzugt ist ferner, daß die Ein­ schnürung bezüglich der Längsmittelachse der Tretkurbel asymmetrisch zur in Drehrichtung hinten liegenden Seitenwandung der Tretkurbel verschoben angeordnet ist.

Dabei ist vorteilhaft, wenn die schmalste Stelle der Einschnürung in unmittelbarer Nähe der Wellen-Aufnahmelochung ausgebildet ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, daß die außenliegende Stirnfläche an der schmalsten Stelle ihrer Einschnürung schmaler ist als einem Viertel der Breite der innenliegenden Stirnfläche entspricht.

Auch wird als vorteilhaft angesehen, daß das Höhe : Breite-Verhältnis im Bereich der Auf­ nahmelochungen größer als 1 ist.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, daß die Tretkurbel sich von der Pedalaufnahmelochung zur Wellen-Aufnahmelochung stufenlos verbreiternd ausgebildet ist.

Eine bevorzugte Weiterbildung besteht darin, daß an der Tretkurbel sternförmig um die Wellen­ aufnahmebohrung gerichtete Arme angeformt sind, deren freie Enden mit einem Kettenrad bzw. einer Kettenradgarnitur verbindbar sind, wobei die Enden der Arme in einer parallel zur Drehebene der Tretkurbel nach relativ innen versetzten Ebene liegen.

Dabei ist bevorzugt, daß die Arme von deren innenliegender Stirnfläche zu deren außen­ liegender hin verjüngt sind.

Eine bevorzugte Variante wird darin gesehen, daß fünf Arme gleichmäßig um die Wellen- Aufnahmebohrung verteilt angeformt sind.

Desweiteren ist vorteilhaft, wenn die Tretkurbel mittig zwischen zwei Armen radial abstrebend angeformt ist.

Eine weitere bevorzugte Variante besteht darin, daß vier Arme um die Wellen-Aufnahmebohrung ange­ ordnet sind, wobei jeweils zwei symmetrisch zur Mittellängsachse der Tretkurbel angeformt sind, die miteinander einen Winkel von etwa 70° und mit der Mittellängsachse einen Winkel von etwa 55° einschließen.

Eine weitere Variante wird darin gesehen, daß die Tretkurbel durch zwei mit Abstand nebeneinander angeordnete etwa radiale Speichen gebildet ist, die an den Aufnahmelochungen zur Bildung der Lochungen zusammengeführt sind, und daß an den Wellenaufnahmeteil drei Arme zur Halterung des Kettenrades gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnet sind, deren einer mittig zwischen den Speichen der Tretkurbel radial gerichtet verläuft.

Schließlich wird noch als besonders vorteilhaft angesehen, daß die Wellen-Aufnahmebohrung und der mit dieser verbindbare Wellenzapfen oval ausgebildet sind.

Die erfindungsgemäße Ausbildung stellt eine Tretkurbel zur Verfügung, die asymmetrisch profiliert ist, was aus der Überlegung resultiert, daß die Belastungen der Kurbel beim Fahrrad­ fahren unsymmetrisch sind.

Die Belastung einer Tretkurbel bei der bestimmungs­ gemäßen Benutzung ist unsymmetrisch, weil in der vorderen Stellung der Kurbel die höchste Last wirkt, in der hinteren und oberen Stellung dagegen wesentlich kleinere Kräfte auftreten.

Die Belastung der Kurbel setzt sich aus einer Überlagerung von Torsionsmomenten und einseitiger Biegung zusammen.

Duktile Werkstoffe, wie Aluminium, verhalten sich gegenüber Druck- und Zugkräften völlig unterschiedlich, insbesondere wenn diese Kräfte periodisch wie beim Radfahren auftreten. Durch die erfindungsgemäße Kurbel ist hierauf Rücksicht genommen worden.

Durch die gewählte asymmetrische Querschnitts­ ausbildung wird eine gleichmäßige Spannungsver­ teilung erreicht, wobei insbesondere Spannungs­ spitzen abgebaut werden.

Bei den erfindungsgemäßen Tretkurbeln ist eine hohe Lebensdauer sichergestellt, wobei eine Gewichtsersparnis von etwa 16% gegenüber bisher üblichen Tretkurbeln erreicht wird. Untersuchungen an den erfindungsgemäßen Tret­ kurbeln haben ergeben, daß durch die entsprechende asymmetrische Profilierung die Spitzen der Zugspannungen abgebaut werden konnten, woraus sich im wesentlichen die Lebensdauererhöhung ergibt. Dieser Tatsache liegt die Überlegung zugrunde, daß unter wechselnden Lasten ein Bruch der Tretkurbel nur im Zugspannungsbereich auftritt.

Druckspannungen gefährden dieses dynamisch belastete Bauteil sehr wenig.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung, insbesondere auch die asymmetrische Profilierung, ergibt sich also eine hohe Belastbarkeit bei gleichzeitiger Materialersparnis.

Um Ermüdungsbrüche zu vermeiden, die grundsätzlich an der Oberfläche der Tretkurbel beginnen, ist weiteres wesentliches Ziel der Erfindung, gerade hier Spannungsüberhöhungen zu vermeiden. Es hat sich herausgestellt, daß es nicht aus­ reicht, eine sehr glatte Oberfläche durch Polieren des Bauteiles zu erreichen. Vielmehr ist es besonders wichtig, auf sehr weiche und stufenfreie Querschnittsübergänge bei der Gestaltung der Tretkurbel zu achten, wobei insbesondere scharfe Kanten oder dergleichen vermieden werden müssen.

Zur Verbindung der Tretkurbel mit der entsprechenden Kurbelwelle ist es üblich, eine Vierkantaus­ bildung am Ende der Welle vorzusehen, auf welchen Vierkant die Kurbel mit einer entsprechenden Vierkantausnehmung aufgeschoben wird. Gegenüber der früher üblichen Keilverbindung ist diese Anordnung vorteilhaft, wobei aber infolge der scharfkantigen Ecken des Vierkant­ loches in der Kurbel in diesem Bereich sehr hohe Spannungsspitzen auftreten.

Aus diesem Grunde schlägt die Erfindung vor, daß zur Verbindung der Tretkurbel mit der Welle ein ovaler Zapfen bzw. eine ovale Auf­ nahme vorgesehen wird, woraus sich eine Material­ ersparnis am Kopf der Tretkurbel ergibt, da mit geringeren Spannungen gerechnet werden kann. Bei der Ausbildung der Tretkurbel, die mit dem Kettenrad oder einer Kettenradgarnitur verbunden wird, werden heute üblicherweise Kettenräder eingesetzt, die einen Lochkreis aufweisen, dessen Löcher auf den Umfang symmetrisch in gleichen Abständen angeordnet sind. Die Befestigungspunkte des Tretkurbel­ sterns sind entsprechend gleichmäßig verteilt. Da aber die auf das Kettenblatt von der Kette wirkenden Kräfte sehr unsymmetrisch sind, ist diese Ausbildung nicht zu bevorzugen. Nur in den jeweils vorderen Stellungen der Pedale treten hohe Kettenkräfte auf, die bei starkem Schräglauf der Kette eine Querkraft auf das Kettenblatt wirken lassen. Es gibt aber Zwischenkurbelstellungen, bei denen regel­ mäßig keine Kettenkraft wirkt, so daß die Arme des Kurbelsterns im Querschnitt dieser Krafteinwirkung Rechnung tragen sollen. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Tretkurbeln mit asymmetrischem Kurbelstern lösen diese Aufgabe hervorragend.

Die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung insbesondere der Vierarmausbildung stellt sicher, daß die Kettenkräfte optimal in die Tretkurbel eingeleitet werden können.

Auch die Querschnittsgestaltung der Arme des Kurbelsternes ist so gewählt, daß sie die erforderlichen Spannungen und Kräfte aufnehmen können, aber nur so viel Material eingesetzt wird, wie tatsächlich notwendig ist. Auch hier ergibt sich, daß die Arme des Kurbel­ sterns asymmetrisches Querschnittsprofil auf­ weisen sollten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Tretkurbel mit und ohne Kettenrad;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in gleicher Darstellung;

Fig. 3 eine weitere Variante in gleicher Darstellung;

Fig. 4 in Variante in Ansicht mit unter­ schiedlichen Schnittdarstellungen.

Gegendstand der Erfindung ist eine Tretkurbel 1, 11, 2, 12, 3, 13, 4 aus Aluminium für Fahrräder.

Jede Tretkurbel weist eine Aufnahmelochung 5 für den Kurbelwellenzapfen der Welle des Tret­ lagers des Fahrrades und eine Aufnahmelochung 6 für eine Pedalachse auf.

Die in der Montagestellung relativ innenliegende Stirnfläche (in der Zeichnung auf der nicht­ dargestellten Rückseite der Tretkurbel) ist im wesentlichen eben und parallel zur Drehebene der Tretkurbel ausgerichtet. Allen Ausführungsformen ist gemeinsam, daß die außen­ liegende Stirnfläche 7, 17 bzw. 8, 18 bzw. 9, 19 bzw. 10 schmaler als die innenliegende in der Zeichnung nicht dargestellte Stirnfläche ausgebildet ist, wobei die die beiden Stirnflächen verbindenden Seitenwandungen über gerundete Kanten in die schmale Stirnfläche übergehen. Desweiteren weist die schmale Stirnfläche ebenso wie die relativ innenliegende, nichtdar­ gestellte Stirnfläche um die Pedalachsenaufnahme­ lochung und um die Wellenaufnahmelochung jeweils einen zur innenliegenden Stirnfläche parallelen Bereich auf.

Der zwischen diesen Aufnahmelochungen angeordnete Bereich ist absatzfrei eingeschnürt, was insbe­ sondere für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 sowie Fig. 4 zutrifft. Allen Ausführungs­ formen ist gemeinsam, daß die Seitenwandungen stufenlos von der außenliegenden Stirnfläche in die innenliegende Stirnfläche übergehen. Es ist bei allen in der Zeichnung dargestellten Kanten darauf geachtet, daß keine wirklichen scharfen Kanten gebildet sind, sondern daß sämtliche Kanten gerundet sind, also gerundete Übergänge darstellen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist die Einschnürung der außenliegenden Stirnfläche bezüglich der Länge der Tretkurbel asymmetrisch angeordnet, wobei sich deren schmalster Bereich näher an der Pedalachsenlochung befindet und zwar nahezu in unmittelbarer Nähe der Pedalachsen­ lochung.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die Einschnürung der schmalen Stirnfläche bezüglich der Längsmittelachse der Tretkurbel asymmetrisch zur in Drehrichtung hintenliegenden Seitenwandung der Tretkurbel verschoben angeordnet. Dabei befindet sich die schmalste Stelle der Einschnürung in unmittelbarer Nähe der Wellen- Aufnahmelochung.

Bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2 und 4 ist die außenliegende Stirnfläche an der schmalsten Stelle ihrer Einschnürung schmaler als einem Viertel der Breite der innenliegenden Stirnfläche entspricht. Das Höhe : Breite-Verhältnis der Tretkurbel im Bereich der Aufnahmelochungen ist bei allen Auführungsformen größer als 1, vorzugsweise im Bereich von 2:1.

Wie insbesondere bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 ersichtlich, ist dort vorgesehen, daß die Tretkurbel sich von der Pedalaufnahmelochung zur Wellen-Aufnahmelochung stufenlos verbreiternd ausgebildet ist.

In den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 bis 3 ist sowohl eine Tretkurbel 1, 2, 3 ohne Kettenradgarnitur als auch eine dazugehörige Tretkurbel 11, 12, 13 mit Kettenradgarnitur, bestehend aus zwei koaxial angeordneten neben­ einander befindlichen Kettenrädern, dargestellt. An jeder Tretkurbel 11, 12, 13 sind sternförmig um die Wellen-Aufnahmebohrung 5 gerichtete Arme 20, 21, 22 angeformt, deren freie Enden mit einem Kettenrad 23 in üblicher Weise verbind­ bar sind. Dabei liegen die Enden der Arme, wie an sich bekannt, in einer parallel zur Drehebene der Tretkurbel nach relativ innen versetzten Ebene. Die Arme 20 bis 22 sind von der innenliegenden Stirnfläche zu deren außenliegender Stirnfläche hin verjüngt ausge­ bildet. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind fünf Arme 21 gleichmäßig um die Wellen- Aufnahmebohrung 5 verteilt angeformt.

Die Tretkurbel 12 ist dabei mittig zwischen zwei Armen radial abstrebend angeformt.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist eine relativ zur Wellen-Aufnahmebohrung 5 asymmetrische Anordnung der Arme 20 vorgesehen. Dabei sind jeweils zwei Arme 20 symmetrisch zur Mittellängsachse der Tretkurbel angeformt, welche Arme miteinander einen Winkel von etwa 70° und mit der Mittellängsachse der Tretkurbel einen Winkel von etwa 55° einschließen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist die Tretkurbel 13 durch zwei mit Abstand nebeneinander angeordnete, etwa radiale Speichen 24 gebildet, die an den Aufnahmelochungen 5 bzw. 6 zur Bildung dieser Lochungen zusammen­ geführt sind.

An den Wellen-Aufnahmeteil sind drei Arme zur Halterung des Kettenrades bzw. der Ketten­ radgarnitur 23 gleichmäßig auf den Umfang verteilt angeordnet, deren einer mittig zwischen den Speichen 24 der Tretkurbel 13 radial gerichtet verläuft.

Wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich, ist die Wellen-Aufnahmebohrung 5 als Vierkant­ aufnahme ausgebildet.

Erfindungsgemäß soll diese Wellen-Aufnahmebohrung ebenso wie der mit dieser verbindbare, nicht­ dargestellte Wellenzapfen oval ausgebildet sein, um unter Materialeinsparung eine höhere Lebensdauer zu erzielen.

ln Zeichnungsfigur 4 sind zusätzlich noch Querschnitte der Tretkurbel 4 an unterschied­ lichen Stellen gezeigt. Die in der Zeichnung angegebene Länge L entspricht dem Maß 40 und der Schnitt A-B entspricht der Querschnittskontur an dieser Stelle. Die anderen Querschnitte sind in entsprechenden Abständen L vorgenommen.

Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern im Rahmen der Offenbarung vielfach variabel.

Alle neuen, in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarten Einzel- und Kombinationsmerkmale werden als erfindungswesentlich angesehen.

Claims (16)

1. Tretkurbel aus Leichtmetall für ein Fahrrad mit einer Aufnahmelochung für den Kurbelwellen­ zapfen der Welle des Tretlagers und einer Aufnahmelochung für eine Pedalachse, wobei die in der Montagestellung relativ innen­ liegende Stirnfläche im wesentlichen eben und parallel zur Drehebene der Tretkurbel ausgerichtet ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die außenliegende Stirn­ fläche (7, 17, 8, 18, 9, 19, 10) schmaler als die innenliegende Stirnfläche ausgebildet ist und die die beiden Stirnflächen verbindenden Seitenwandungen über gerundete Kanten in die schmale Stirnfläche übergehen.

2. Tretkurbel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schmale Stirnfläche um die Pedalachsenaufnahmelochung (6) und um die Wellen-Aufnahmelochung (5) jeweils einen zur innenliegenden Stirnfläche parallelen Bereich aufweist und im dazwischen liegenden Bereich absatzfrei eingeschnürt ist, wobei die Seitenwandungen stufenlos von der außenliegenden Stirnfläche in die innen­ liegende Stirnfläche übergehen.

3. Tretkurbel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnürung bezüglich der Länge der Tretkurbel asymmetrisch angeordnet ist, wobei deren schmalster Bereich näher an der Pedalachsenlochung (6) liegt (Fig. 2).

4. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schmalste Bereich in unmittelbarer Nähe der Pedalachsenlochung (6) liegt (Fig. 2).

5. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Einschnürung bezüglich der Längsmittel­ achse der Tretkurbel asymmetrisch zur in Dreh­ richtung hinten liegenden Seitenwandung der Tretkurbel verschoben angeordnet ist (Fig. 1).

6. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die schmalste Stelle der Einschnürung in unmittelbarer Nähe der Wellen-Aufnahmelochung (5) ausgebildet ist (Fig. 1).

7. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Stirnfläche (7, 17, 8, 18, 10) an der schmalsten Stelle ihrer Einschnürung schmaler ist als einem Viertel der Breite der innenliegenden Stirnfläche entspricht.

8. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Höhe : Breite-Verhältnis im Bereich der Aufnahmelochungen (5 bzw. 6) größer als 1 ist.

9. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel sich von der Pedalaufnahme­ lochung (6) zur Wellen-Aufnahmelochung (5) stufenlos verbreiternd ausgebildet ist (Fig. 2, Fig. 3).

10. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Tretkurbel sternförmig um die Wellen-Aufnahmebohrung (5) gerichtete Arme (20, 21, 22) angeformt sind, deren freie Enden mit einem Kettenrad (23) bzw. einer Kettenradgarnitur verbindbar sind, wobei die Enden der Arme in einer parallel zur Drehebene der Tretkurbel nach relativ innen versetzten Ebene liegen.

11. Tretkurbel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Arme (20, 21, 22) von deren innenliegender Stirnfläche zu deren außenliegender hin verjüngt sind.

12. Tretkurbel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß fünf Arme (21) gleichmäßig um die Wellen- Aufnahmebohrung (5) verteilt angeformt sind (Fig. 1).

13. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel mittig zwischen zwei Armen (21) radial abstrebend angeformt ist (Fig. 1).

14. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vier Arme (20) um die Wellen-Aufnahme­ bohrung (5) angeordnet sind, wobei jeweils zwei symmetrisch zur Mittellängsachse der Tretkurbel (11) angeformt sind, die mitein­ ander einen Winkel von etwa 70° und mit der Mittellängsachse einen Winkel von etwa 55° einschließen (Fig. 2) .

15. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 10, 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Tretkurbel (13) durch zwei mit Abstand nebeneinander angeordnete,etwa radiale Speichen (24) gebildet ist, die an den Aufnahmelochungen (5 bzw. 6) zur Bildung der Lochungen zusammenge­ fügt sind, und daß an den Wellenaufnahmeteil drei Arme (22) zur Halterung des Kettenrades (23) gleichmäßig auf den Umfang verteilt ange­ ordnet sind, deren einer mittig zwischen den Speichen (24) der Tretkurbel (13) radial gerichtet verläuft (Fig. 3).

16. Tretkurbel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen-Aufnahmebohrung (5) und der mit dieser verbindbare Wellenzapfen oval ausge­ bildet sind.