DE69109681T2

DE69109681T2 - Ungleichförmige drehmomentübertragungsvorrichtungen wie fahrradtretkurbeln.

Info

Publication number: DE69109681T2
Application number: DE69109681T
Authority: DE
Inventors: Stefan Karp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-06
Filing date: 1991-08-05
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2011-08-06
Also published as: AU8296791A; GB2246829A; GB9017226D0; WO1992002404A1; EP0541622A1; DE69109681D1; CN1043979C; ATE122303T1; CN1058756A; US5324238A; JPH05509272A; EP0541622B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mechanismen, die aufgrund der durch die benutzten kinematischen Systeme auferlegten Beschränkungen nicht in der Lage sind, ein gleichförmiges Drehmoment zu übertragen.
Ein klassisches Beispiel für ein solches System ist das Kettenrad eines Fahrrades mit seiner linken und rechten Tretkurbel und deren Pedalen.
Jedes einer senkrecht abwärtsgerichteten Kraft ausgesetztes Pedal wendet ein Drehmoment auf den Rotationsmittelpunkt der Tretburbel auf, das in seiner Größe zwischen einem Maximalwert, bei dem die Tretkurbel waagerecht ist, und einem Nullwert variiert, bei dem die Tretkurbel senkrecht ist.
Die konventionelle Übertragung dieses ungleichförmigen Drehmoments von der Tretkurbel auf das Hinterrad des Fahrrades erfolgt über ein Kettenrad zum Hinterrad des Fahrrades. Dieses letztere Kettenrad kann das erhaltene Drehmoment nur im Uhrzeigersinn übertragen und wird somit als Freilaufrad bezeichnet, da es ein Drehmoment nicht gegen den Uhrzeigersinn überträgt.
Dieses ungleichförmige Drehmoment wird bei jeder vollständigen Umdrehung der Tretkurbeln zweimal auf das Kettenrad übertragen, von der rechten Kurbel während der ersten 180º oder während der letzten halben Umdrehung.
Aus der FR-A-867861 ist bekannt, die Drehmomentungleichförmigkeit durch Empfangen und zeitweiliges Speichern der elastischen Umlaufenergie in dem Kettenrad zu minimieren, wenn jede Tretkurbel ein signifikantes Drehmoment liefert, Energie, die zu dem Zeitpunkt, an dem die Tretkurbeln das geringste Drehmoment liefern, nahezu unverzüglich auf den Kettenradkranz zurückgegeben wird.
Dieses Dokument beschreibt ein Drehmoment-Übertragungsrad mit einem Innenring und einem Außenring sowie einer Mehrzahl von winkelmäßig voneinander beabstandeten, elastisch verformbaren Rippen, wobei jede Rippe so angeordnet ist, daß ein Ende mit dem Innenring und das andere Ende mit dem Außenring verbunden ist, wobei die Rippen eine Rotation des Außenrings relativ zu dem Innenring zulassen, wenn ein Drehmoment durch das Rad übertragen wird. Es sind jedoch gemäß diesem Dokument zusätzlich steife Rippen zum Abstützen eines Ringes auf dem anderen vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung dienen nur die genannten elastisch verformbaren Rippen als Stütze zwischen den genannten Ringen.
Eine solche Ausgestaltung empfängt und speichert für eine begrenzte Zeit auf einfache Weise eine Umfangsverformung und somit Energie, wenn Tretkurbeln ein großes Drehmoment abgeben, und gibt den größten Teil derselben Energie als Drehmoment an den Kettenradkranz zurück, wenn die Tretkurbeln ein kleines Drehmoment abgeben.
Durch die Ausdehnung der Verwendung eines ausgewählten Polymers auf nahezu das gesamte Kettenrad ergeben sich die folgenden zusätzlichen Vorteile: Die Last wird auf mehr Kettenradzähne verteilt als im Falle von Metallkettenrädern; eine beträchtliche Gewichtseinsparung; kein Korrosionsschutz erforderlich; keine Schmierung erforderlich; die Kette wird geschont; eingebaute Kettenschutzvorrichtungen; großzügige Farbauswahl, somit ästhetisch ansprechend und dabei doch technisch und kommerziell wettbewerbsfähig.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlicher beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Frontansicht des Kettenrades, von dem nur einige Zähne 10 und radiale Rippen 12, 12a und 12b des Kettenrades gezeigt sind (Zeichnung entspricht der Industrienorm für technische Zeichnungen);
Fig. 2 eine Seitenansicht von Fig. 1 mit der oberen Hälfte im Schnitt (Schnitt X-X);
Fig. 3 eine teilweise Seitenansicht eines Satzes mit drei Kettenrädern, bei dem die Kettenradzähne 10 permanent oder abnehmbar direkt oder indirekt über Kettenradringe 32, 34, 36 am Kettenradkranz 22 befestigt werden können. Die Figur zeigt auch den Kettenschutz 38, der permanent oder abnehmbar an dem größten Kettenradring befestigt werden kann.
In Fig. 1 ist die Tretkurbel 14 in der Position dargestellt, in der sie das maximale Drehmoment über die mittlere Metallplatte 18, die Kettenradnabe 20, die Radialrippen 12, 12a und 12b, den Kettenradkranz 22 und die Kettenradzähne 10 auf die Kette 16 übertragen kann. Die Wahl der Radialrippengeometrie 12, 12a und 12b hängt von der Belastung der Kettenräder, den verfügbaren Herstellungsmaterialien und -verfahren und in gewissem Maße auch von der Vorliebe des Benutzers ab.
Bei dem Kettenradkranz 22 können die Kettenradzähne 10 entweder, wie in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt, wo ein einzelnes Kettenrad ohne Kettenradschutz dargestellt ist, einstückig mit dem Kettenradkranz 22 ausgebildet oder, wie in Fig. 3 gezeigt, die sich auf Ausgestaltungen mit mehreren Kettenrädern bezieht, auf das Kettenrad montierbar sein.
Die gestrichelten Linien 24 und 26 zeigen stark vergrößert die Positionen, die die Zähne 10 und die Rippen 12, 12a und 12b während des Fahrens des Fahrrades jeweils einnehmen würden.
Jede Position liegt gut innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials, d.h. wenn die Tretkurbel 14 die vertikale Position A erreicht, dann befinden sich die elastisch verschobenen Kettenzähne 10 und die Radialrippen 12, 12a und 12b wieder in ihren normalen unbelasteten Positionen. Um dies zu ermöglichen, muß ein im Uhrzeigersinn wirkendes Drehmoment auf die die Tretkurbel 14 stützende Kette 16 einwirken, und zwar während der Phase des raschen Absinkens des Drehmoments auf Null.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Breite der Radialrippen 12, 12a und 12b gleichförmig zunimmt, bis sie die Breite der Kettenradnabe 20 erreicht, daß die mittlere Metallplatte 18 einstückig mit dem Kettenrad als Einsatz ausgebildet ist und daß sich in dem Raum 28 zwischen benachbarten Rippen 12, 12a und 12b keinerlei Polymer befindet.
Aus Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Radialrippen 12, 12a und 12b bei den aus mehreren Kettenrädern bestehenden Sätzen mit denen des in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten einzelnen Zahnrads nahezu identisch sind, um die angwandten Drehmomenteigenschaften zu verbessern. Die Figur zeigt auch den Kettenschutz 38, der an dem größten Kettenrad des Satzes 32 befestigt ist; eine solche Befestigung ist auch im Falle des einzelnen Kettenrads möglich.
Für eine wirtschaftliche Herstellung hat die mittlere Metallplatte 18 ein kleines Führungsloch 30, bis bekannt ist, mit welcher Tretkurbelkonfiguration sie verbunden werden sollte.
Ein Satz mit einem oder mit mehreren Kettenrädern, die gemäß der vorliegenden Erfindung geplant und hergestellt wurden, sollte die Drehmomentübertragungseigenschaft solcher Mechanismen verbessern.

Claims

1. Drehmoment-Übertragungsrad mit einem Innenring (20) und einem Außenring (22) sowie einer Mehrzahl von winkelmäßig voneinander beabstandeten, elastisch verformbaren Rippen (12), wobei jede Rippe so angeordnet ist, daß ein Ende mit dem Innenring und das andere Ende mit dem Außenring (22) verbunden ist, wobei die genannten Rippen eine Rotation des Außenrings relativ zu dem Innenring (20) zulassen, wenn Drehmoment durch das Rad übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nur die genannten Rippen als Stütze zwischen den genannten Ringen wirken.

2. Drehmoment-Übertragungsrad nach Anspruch 1, wobei die Rippen einstückig mit einem oder mit beiden der genannten Ringe (20, 22) ausgebildet sind.

3. Drehmoment-Übertragungsrad nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Rippen (12) radial von dem Innenring (20) verlaufen.

4. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Rippen tangential zu einem Bezugskreis verlaufen, der den gleichen oder einen geringeren Durchmesser hat als der Innenring (20) und der konzentrisch zu diesem verläuft.

5. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippen gebogen sind.

6. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippen (12) S-förmig sind.

7. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Flexibilität der Rippen (12) derartig ist, daß die Achse des Außenrings (22) in einem Winkel relativ zur Achse des Innenrings (20) abgelenkt werden kann.

8. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Rad ein Kettenrad ist.

9. Drehmoment-Übertragungsrad nach Anspruch 8, wobei die Zähne (10) einstückig an den Außenring (22) angeformt sind.

10. Drehmoment-Übertragungsrad nach Anspruch 8 oder 9, wobei weitere Zahnsätze an der Seite des Außenringes (22) montiert sind.

11. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei das Kettenrad für ein Fahrrad ist.

12. Drehmoment-Übertragungsrad nach Anspruch 11, wobei ein Kettenschutz (38) an dem Außenring (22) befestigt ist.

13. Drehmoment-Übertragungsrad nach Anspruch 12, wobei der Kettenschutz (38) einstückig mit dem Außenring (22) ausgebildet ist.

14. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rippen aus einem Polymer ausgebildet sind.

15. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein oder beide Ringe (20, 22) aus einem Polymer ausgebildet sind.

16. Drehmoment-Übertragungsrad nach einem der Ansprüche 8 bis 13, wobei das gesamte Kettenrad aus einem Polymer ausgebildet ist.