DE8104546U1 - Fahrrad-tretgetriebe - Google Patents

Description

Udo Schlagwein ,

Patentanwalt
Lindenwefl 7d - Tel.: (06032) 85065 + 84827

D-6350 Bad Nauheim (Steinfurth)

Hans H. Fehl u. Reinhard FEhI 6*+23 LJartenberg 1

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Fahrrad-Tretgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrrad-Tretgetriebe, bestehend aus einem Tretlager und ztuei ein Kettenrad antreibenden Tretkurbeln mit jeweils einem Pedal, welches am freien Ende der Tretkurbel befestigt ist. Solche Fahrrad-Tretgetriebe sind bei allen gebräuchlichen Fahrrädern vorgesehen.

Bei den bisher bekannten Fahrrad-Tretgetrieben sind die Pedale drehbar unmittelbar auf einer fes^t mit dem jeujeiligen Tretkurbelende verbundenen Pedalachse angeordnet. Befindet sich eine Tretkurbel in uuaagerechter Position, SD uiird beim Fahrradfahren über das Pedal die Fußkraft in einem Winkel von 9 D^D zur Tretkurbel eingeleitet. Dadurch steht die gesamte FuBkraft als Antriebskraft zur Verfügung. Befindet sich die Tretkurbel jedoch in einer senkrechten Stellung, sd kann über das Pedal gar kein Drehmoment auf das Kettenrad ausgeübt werden,weil alle Kräfte vom Pedal in Richtung der Tretkurbel nutzlos zum Tretkurbellager geleitet werden. In den Zuischenstellungen der Tretkurbeln zwischen der Senkrechten und der Waagerechten werden entsprechend der üJinkelposition nur Teilkräfte der aufgebrachten Fußkraft als Antriebskraft genutzt. Es ergibt sich somit, daß bei Fahrrädern mit herkömmlichen Fahrrad-Tretgetriebe nur ein Teil der Fußkraft zur Erzeugung des Vortriebs genutzt werden kann.

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: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrrad-Tretgetriebe der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß der für den Vortrieb nutzbare Anteil der aufgebrachten Fußkraft größer wird als bei den bisher bekannten Fahrrad-Tretgetrieben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung schwingt das Pedal unmittelbar nach Erreichen des oberen Totpunktes der Tretkurbel beschleunigt nach vorne in Fahrtrichtung. Dadurch

1D uird die Fußkraft nicht mehr senkrecht, sondern zur tangentialen Richtung hin abgelenkt in das Fahrrad-Tretgetriebe eingeleitet. Diese Ablenkung erreicht kurz nach dem oberen Totpunkt ihr Maximum, findet aber won der 90°-Stellung der Tretkurbel bis zum unteren Totpunkt praktisch nicht mehr statt. Dadurch tritt im ersten Quadranten eine. Kraftverstärkung auf, die derart groß ist, daß sie vor allem beim Bergauffahren mit einem Fahrrad, welches das erfindungsgemäße Fahrrad-Tretge'triebe aufweist, deutlich spürbar ist. Hiervon abgesehen vermag man am oberen Tot-

2D punkt durch das Schwingen des Pedals Schwung zu hDlen, was den Tretvorgang erleichtert.

Durch die hängende Lagerung der Pedale gemäß der Erfindung tritt zunächst beim Benutzer ein verändertes Fahrgefühl auf. An den anderen Bewegungsablauf gewähnt man sich allerdings sehr rasch. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Pedale spielt im Gegensatz zur bisherigen Gestaltung von Fahrrad-Tretgetrieben die Fußwinkelstellung eine große Rolle, weil dadurch das Maß des Ausschwenkens der Pedale bestimmt wird. Der Fahrradfahrer setzt zur Erzeugung des Vortriebs nicht nur seine Gberschenkelmuskeln, sondern zusätzlich die Fußmuskeln ein, was bekanntlich beim Gehen auch der Fall ist und einen günstigeren

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■ Bewegungsablauf darstellt als der bisherige beim Fahrradfahren .

Durch die in den Ansprüchen Z und 3 angegebenen günstigen Uleiterbildungen der Erfindung wird der Bewegungsablauf bei Benutzung eines Fahrrads mit dem erfindungsgemäßen Fahrrad-Tretgetriebe optimiert.

Die beim Fahren.auftretende Relativbewegung zwischen der Fußspitze und der Tretfläche des erfindungsgemäß gestalteten Pedals kann besonders leicht geschehen, wenn das Pedal wie in Anspruch *+ angegeben, ausgestaltet ist.

Besonders guten Halt findet der Fuß, wenn die Trittfläche gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung fußseitig konkav geformt ist.

Wenn das Pedal mit seinem Pedalarm einstückig aus AIuminiumdruckguß oder einem vergleichbaren Werkstoff hergestellt werden soll, dann ist die in Anspruch S angegebene Ausgestaltung der Erfindung günstig. Das Pedal kann jedocn einfacher gestaltet werden, wenn wie in Anspruch 7 angegeben, das Pedalachslager in einem Gehäuse 2D der Tretkurbel vorgesehen ist.

Der Bewegungsablauf bei Benutzung eines mit dem Fahrrad-Tretgetriebe gemäß der Erfindung ausgestatteten Fahrrads kann begrenzt verändert werden durch die in An- * spruch B angegebenen Maßnahmen.

Um den Aufstieg auf ein Fahrrad mit dem erfindungsgemäßen Fahrrad-Tretgetriebe zu erleichtern, kann es zweckmäßig sein, sich der im Anspruch 9 angegebenen Maßnahmen zu bedienen, was allerdings im Regelfall nicht notwendig

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sein uiitd, schließlich steigen Reiter auch über einen pendelnden Steigbügel auf ihr Pferd.

Für die Zulassung im öffentlichen Straßenverkehr ist es notwendig, Fahrradpedale mit Rückstrahlerelementen auszustatten. Dies kann zweckmäßigerweise uiie im Anspruch 10 angegeben, erfolgen.

Wenn, ujie das im Anspruch 11 angegeben ist, die Trittfläche der Pedale relativ/ zum Pedalarm verstellbar ist, dann kann der Trittflächenwinkel entsprechend den Wünschen 1G des Fahrradbenutzers optimiert werden.

Günstig ist es auch,die Trittfläche elastisch zu gestalten, ujeil sie sich dann der Fußform anpassen kann.

Die Pedale können natürlich auch als Bügel oder Schuh ausgebildet sein, was jedoch nicht näher^erläutert ist.

Die Erfindung läßt zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten zu. Das Grundprinzip der Erfindung und eine konkrete Ausgestaltung sowie Kurv/en zur Erläuterung der Funktionsweise sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

D Es zeigen :

Fig. 1 Eine schematische Ansicht auf ein Fahrrad-Tretgetriebe gemäß der Erfindung

Fig. 2 Eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäß gestaltetes Pedal für das Fahrrad-Tretgetriebe gemäß Figur 1

Fig. 3 Eine Ansicht won vorn auf das Pedal gemäß Figur 2

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Fig. U Ein Diagramm, uielches die Abhängigkeit des Ausschuenkiuinkels des erfindungsge+ mäßen Pedals won der Winkelstellung der Tretkurbel zeigt.

Fig. 5 Ein Diagramm, welches die nutzbare Kraft

in Abhängigkeit von der Winkelstellung der Tretkurbel zeigt.

Die Figur 1 zeigt ein Fahrrad-Tretgetriebe 1, uielches ein Kettenrad 2 und zwei Tretkurbeln 3,^ hat. Diese Tretkurbeln 3,^ stehen sich, wie bei Fahrrad-Tretgetrieben üblich, genau gegenüber. An dem freien "Ende der unteren Tretkurbel k ist ein Pedal 5 pendelnd befestigt. Auf gleiche Ueise ist ein Pedal 6 am freien Ende der oberen Tretkurbel 3 pendelnd angebracht. Jedes Pedal besteht aus einer Tritt-. fläche 7 und einem Pedalarm B, ujübei der Pedalarm S und die Trittfläche 7 vDrzugsueise eine starre Einheit bilden, zumindest aber nur begrenzt zueinander beweglich sind.

Zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufs ist das obere 0 Pedal 6 in einer solchen Position dargestellt, die bei Benutzung eines Fahrrads mit dem erfindungsgemaBen Fahrrad-Tretgetriebe eintritt. Zwischen der Tretkurbel 3 und dem Pedalarm B ist ein winkel alpha eingezeichnet. Links oberhalb der Tretkurbel 3 und dem Pedalarm B ist die mit dem Fuß auf die Trittfläche 7 ausgeübte Pedalkraft F p_ed • und die tangential zum Kettenrad 2 ausgerichtete, für den V/ortrieb nutzbare Kraft F |\|_Utz eingezeichnet. Ebenfalls dargestellt ist die bei der Kräftezerlegung entstehende nutzlose, radialgerichtete Kraft F _rad·.

In den Figuren 2,3 ist eine beispielhafte Ausgestaltung

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eines Pedals 5 bzuj G dargestellt. Die Tretfläche 7 des Pedals ist zum Fuß hin konkav/ ausgebildet und verjüngt sich nach vorn. Diese Trittfläche 7 reicht wan der Fußspitze bis etwa zur Fußmitte. Der rückwärtige Teil 9 der Trittfläche 7 ist beispielsweise geriefelt, damit der Fuß dort festen Halt findet. Der vordere Teil 11 der Trittfläche 7 sdII vorzugsweise glatt sein, damit die Fußspitze sich relativ zur Trittplatte 7 bewegen kann. Unterhalb der Trittplatte 7 ist nach rückwärts hin ein Rückstrahl-1D element 12 angebracht.

Der Pedalarm ß bildet mit der Trittfläche 7 eine Einheit und ist großflächig ausgebildet. Er geht nach oben hin in eine Pedalachsenlagerung 13 über. In ihr ist eine Pedalachse 1 i+ drehbar gelagert. Diese braucht nur in ein Gewindeloch im Tretkurbelende eingeschraubt zu werden, um das Ped-al 5 bzw 6 dart zu befestigen.

Figur 2,3 zeigen auch einen bügeiförmigen Vorsprung 15 im Bereich des Pedallagers 13. Auf diesen Vorsprung 15 kann man treten, wenn man sich auf das Fahrrad schwingen 2D will. Man vermeidet dadurch, sich auf ein pendelndes Pedal stellen zu müssen.

Alternativ ist es möglich, am Tretkurbelende jeweils ein Gehäuse vorzusehen, in welches ein Achslager anzuordnen ist. In einem solchen Fall kann das Pedal eine starre Achse aufweisen.

Zur Verdeutlichung des Bewegungsablaufs des erfindungsgemäßen Fahrrad-Tretgetriebes sei nunmehr auf die Figuren 1, k und 5 Bezug genommen. Ist der obere Totpunkt von der Tretkurbel 3 erreicht, so schwingt das Pedal 8, wie in 3G der Zeichnung dargestellt, nach vorn. Dabei entsteht

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zwischen der Tretkurbel 3 und dem Arm θ des Pedals 7 Ein Dinkel alpha. Erfahrungsgemäß liegt dieser schon unmittelbar nach Erreichen des oberen Totpunktes bei 15°. Dadurch beträgt die tangentiale Kraftkamponente F Mutz 5 der auf das Pedal 6 wirkenden Fußkraft Fp_ec:

F Nutz= F Ped χ sin alpha

Also bei alpha = 15Q F Mutz = F" Ped ^x Q»²⁶· Hierzu im Gegensatz ist die nutzbare Kraft F Mutz'bei einem herkömmlichen Tretgetriebe am oberen Totpunkt G, 1D da die Pedalkraft in Richtung der Tretkurbel eingeleitet uji rd.

{I Der Winkel alpha nimmt bis zur waagerechten Stellung der

)i Tretkurbel 3 nach Erreichen seines maximalen LJertes kurz

1 nach dem oberen Totpunkt langsam ab. Anschließend sind

f 15 die l/erhältnisse wie bei einem üblichen Tretgetriebe.

I Dieser Sachverhalt wurde in der Figur k dargestellt, in

I der der Winkel alpha als Funktion der Tratkurbelstellung

p- eingetragen ist. Die Figur 5 zeigt die nutzbare Kraft in

I Abhängigkeit won der Tretkurbelstellung. Als Kurve a wurde

p 2D der Kraftverlauf bei einem normalen Fahrrad-Tretgetriebe

f: gezeichnet, alsoeine exakte Sinus-Kurve. Die Kurve b,

" welche den Kraftverlauf bei dem erfindungsgemäßen Fahrrad-Tretgetriebe zeigt, unterscheidet sich von der Kurve a

^; dadurch, daß sie im Bereich von D-9Q⁰ oberhalb der Kurve

Γ 25 a verläuft.

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Zusammenfassung · I

Bei herkömmlichen Fahrrad-Tretgetrieben ist die nutzbare Kraft das Produkt aus der Pedalkraft und der Winkelstellung der Tretkurbel zur Senkrechten und deshalb am oberen Totpunkt D und in waagerechter Stellung der Tretkurbel gleich der aufgebrachten Fußkraft. Diese nutzbare Kraft uiird im

Bereich zuischen TretkurbelstellungEn von D und 9G gemäß der Erfindung dadurch vergrößert, daß die Pedals (5, 6) fest oder begrenzt beweglich mit einem starren Pedalarm (B) verbunden sind und daß der Pedalarm ' (ö) jeweils pendelnd 1G am freien Ende der zugeordneten Tretkurbel (3, k) aufgehangen ist.

(Figur

Claims (1)

1. ■ · P φ

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   -a-

   Schutzarysprüche

   1. Fahrrad-Tretgetriebe bestehend aus einem Tretlager und zwei, ein Kettenrad antreibenden Tretkurbeln mit jeweils einem Pedal, welches am freien Ende der Tretkurbel befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pedale (5,6) fest ader begrenzt beweglich mit einem starren Pedalarm (B) verbunden sind und daß der Pedalarm (S) jeweils pendelnd am freien Ende der zugeordneten Tretkurbel (3,^) auf-G gehangen ist.

   2. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Pedale (5,6) eine Trittfläche (7) haben, welche großflächig zur Stützung des Fußes von der Fußspitze bis etwa zur Fußmitte ausgebildet ist.

   3. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß die Trittfläche (7) rückseitig mit hohem Reibwert, vorderseitig jedoch leicht gleitfähig ausgebil-

   2D det ist.

   k. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß in die Trittfläche vorderseitig mehrere LJalzen mit parallel zur Trittflächenebene verlaufenden Drehachsen angeordnet sind.

   5. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß die Trittfläche fußseitig konkav geformt ist.

   6. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der

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   folgenden dadurch gekennzeichnet daß im Pedalarm (B) an seinem der Trittfläche (7) gegenüberliegenden Ende eine Pedalachse (14) drehbar gelagert ist, welche mit einem Gewinde zum Einachrauben in ein Gewindeloch der Tretkurbel (3,5) versehen ist.

   7. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 Dder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß jede Tretkurbel (3,4) außenseitig ein Lagergehäuse mit einem Pedalachslager aufweist und die Pedalachse fest am Pedalarm (B) befestigt ist.

   B. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 Dder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß die Trittfläche (7) gegen Federkraft begrenzt relativ/ zum Pedalarm (8) beweglich ist.

   9. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß an dem Pedalarm (B) in Höhe des Tretkurbelendes ein nach außen gerichteter Uorsprung (15) vorgesehen ist.

   2D 1D. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß unterhalb der Trittfläche ein Rückstrahlerelement angeordnet ist.

   11. Fahrrad-Tretgetriebe nach Anspruch 1 oder einem der folgenden dadurch gekennzeichnet daß die Trittfläche (7) der Pedale (5,6) in ihrer Winkelstellung zum Pedalarm (B) verstellbar ist.

   12. Fahrrad-Tretgetriehe nach Anspruch 1 oder einem der Folgenden dadurch gekennzeichnet

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   Hans H. Fehl u. Reinhard Fehl 6ί»23 lUartenberg 1

   -1D-tlaB die Trittfläche (7) elastisch verformbar ist,