EP3478562A1 - Zahnrad für ein fahrradgetriebe - Google Patents

Zahnrad für ein fahrradgetriebe

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Publication number
EP3478562A1
EP3478562A1 EP17737522.7A EP17737522A EP3478562A1 EP 3478562 A1 EP3478562 A1 EP 3478562A1 EP 17737522 A EP17737522 A EP 17737522A EP 3478562 A1 EP3478562 A1 EP 3478562A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gear
pitch diameter
crank
support plate
central shaft
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17737522.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tobias Spröte
Stefan Schubert
Marcus Rochlitzer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Moeve Bikes GmbH
Move Bikes GmbH
Original Assignee
Moeve Bikes GmbH
Move Bikes GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority claimed from DE102016112132.0A external-priority patent/DE102016112132A1/de
Application filed by Moeve Bikes GmbH, Move Bikes GmbH filed Critical Moeve Bikes GmbH
Publication of EP3478562A1 publication Critical patent/EP3478562A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F16H35/00—Gearings or mechanisms with other special functional features
    • F16H2035/003—Gearings comprising pulleys or toothed members of non-circular shape, e.g. elliptical gears

Definitions

  • the invention relates to a gear according to the preamble of
  • Claim 1 standing features.
  • the gear is used by the cyclist over
  • Power transmission means is positively placed on the gear and can be in particular a chain or a toothed belt.
  • crank arm are surrounded by a common crankcase, wherein the pedal crank is supported within a common crankcase by means of a guide roller on a likewise arranged in the crankcase guide rail.
  • the guide roller runs freely and with lateral play on the guide rail, so that anyway non-circular feeling of pedaling in the circumferential direction of the gear due to the free-running
  • the invention therefore an object of the invention to a gear
  • the outer contour Under the outer contour is a connecting line understood by the respective pitch diameter of adjacent teeth.
  • the outer contour corresponds to the line of one placed on the gear Power transmission means, such as a chain or a
  • the pitch diameter corresponds to the respective pitch circle diameter between two adjacent
  • the gear has four equal segments, the maximum pitch diameter and the minimum
  • the segments are aligned point-symmetrically.
  • the segments are formed by a horizontal x-axis, which is parallel to the ground level, and a vertical y-axis intersecting it at right angles, the intersection of both axes being arranged in the center of symmetry.
  • a second and fourth segment exclusively dividing diameters are present, which are a length between the maximum
  • Adjacent teeth may each have different pitch diameters.
  • the pitch diameter changes from tooth to tooth and there are no adjacent teeth with the same
  • the respective pitch diameter of a tooth is preferably determined by means of a spline interpolation between the maximum and minimum pitch diameter.
  • Pitch diameter to minimum pitch diameter > 1, 30. The larger the ratio, the closer they get to each other
  • the invention is also realized on a bicycle transmission, comprising a central shaft which is opposite a fixed one
  • Frame member is rotatably mounted about a central bearing axis, a concentrically arranged around the central shaft and fixedly connected to the frame member first sun gear, and at least a first, with respect to the frame member rotating gear assembly, wherein the gear assembly
  • a support plate comprises, whose first portion rotatably connected to the central shaft and at the second
  • Section a planetary gear is rotatably mounted about its planetary gear bearing axis, wherein the planetary gear is the first
  • crank arm to which the crank arm is pivotally mounted and which via a pendulum arm relative to the Supported support plate, wherein the pendulum arm is pivotally mounted on the support plate and the crank, and
  • a pedal is expediently attached, via which the cyclist by means of muscle power
  • the gear is designed so that during one revolution of the gear maximum pedal speeds and minimum pedal speeds are aligned as possible.
  • the aim is a ratio between the maximum pedal speed and the minimum pedal speed ⁇ 2.00.
  • a revolution of the gear changes the position of the crank to the gear.
  • the minimum pitch diameter is aligned in the direction of rotation by an angle ß offset to a running between the central bearing axis and the planetary gear bearing axis connecting line.
  • the angle ⁇ is arranged in a range of the y-axis, that is, a range of reduced pedal speed, and serves to increase the pedal speed in this range, thereby approximating a constant pedal speed from below.
  • the angle ⁇ may be between 1 ° and 15 °, more preferably 3 ° and 7 °, most preferably 4 ° and 6 °.
  • Gearing arrangement cooperates, wherein the second gear assembly is arranged offset by 180 ° to the first gear assembly and comprises a support plate, the first portion rotatably connected to the Connected central shaft and at the second portion of a planetary gear is rotatably mounted, the planet gear meshes with the second sun gear and the planet gear rigidly engages a crank arm, and a crank on which the crank arm pivotally mounted and which is supported via a pendulum arm relative to the support plate, said of the
  • Fig. 1 a side view of an inventive
  • Fig. 2 a partially broken side view of an attached to a bicycle transmission gear
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the bicycle transmission according to FIG. 2.
  • FIG. 1 shows a side view of a toothed wheel 10 with an oval outer contour 11.
  • the outer contour 1 1 surrounds the gear 10 in
  • a force transmission means such as a chain or a toothed belt.
  • teeth 12a, 12b On the outer contour 1 1 are circumferentially formed teeth 12a, 12b, which in a mounted gear 10 in operative engagement with the Transfer power transmission.
  • the outer contour 1 1 in FIG. 1 is displaced equidistantly inward at all points, but corresponds in terms of its curvature profile to the course through an individual pitch diameter 0 of adjacent teeth 12 a, 12 b.
  • the gear 10 has four circumferentially uniformly distributed mounting holes 25 through which the gear 10 with a
  • Support plate 31 of a gear assembly 30 of a bicycle transmission 20 is connected (see Fig. 2).
  • the bicycle transmission 20 comprises a central shaft 21 which is rotatable about the central bearing axis 23, coaxial with a stationary one
  • Sun gear 24 is stored.
  • the central shaft 21 extends through a fixed frame member 22, via which the bicycle transmission 20 is permanently connected to a bicycle frame 40.
  • the gear assembly 30 which includes the support plate 31 and a rotatably mounted therein in a first portion 31 a planetary gear 32.
  • the planet gear 32 is in permanent operative engagement with the sun gear 24 and rotates together with the support plate 31 about its peripheral surface.
  • Planetary gear 32 is formed a crank arm 34 which rotatably rotates together with the planetary gear 32 and pivotally mounted on an upstanding pedal crank 35 (see Fig. 3).
  • the pedal crank 35 is also connected in the direction of its free end via a pendulum arm 36 with the support plate 31, wherein the pendulum arm 36 pivotally engages both the pedal crank 35 and at a second portion 31 b of the support plate 31.
  • the gear 10 can be in four
  • Divide segments 13a, 13b, 13c, 13d each spanning an angle of 90 ° about a center of symmetry M.
  • the segments 13a, 13b, 13c, 13d are divided by an x-axis running horizontally in the image plane, which is oriented on the ground level or road surface, and a vertical y-axis extending 90 ° thereto.
  • the orientation of the x-axis and y-axis refers to the position of those shown in FIGS. 2 and 3 illustrated central shaft 21, wherein the center of symmetry M is aligned with the central bearing axis 23 of the central shaft 21.
  • the gear 10 rotates together with the segments 13a, 13b, 13c, 13d due to its fixed attachment to the central shaft 21 in synchronism therewith.
  • the first segment 13a is located in the illustration of Fig. 1 in the image plane top right. This is followed by the second segment 13b, the third segment 13c and the fourth segment 13d opposite to
  • the first segment 13a and the third segment 13b are each formed with a maximum pitch diameter 0max and a minimum pitch diameter 0min.
  • Pedal velocity v max is the minimum around the y axis for the purpose of increasing the minimum pedal velocities v min
  • the central bearing axis 23 and a planetary gear bearing axis 33 are exactly superimposed and aligned with the y-axis.
  • the connecting line 37 passes exactly through the central bearing axis 23 and the
  • Planetenradlagerachse 33 serves as a reference for the applied thereto angle ß.
  • the outer contour 1 1 in the region of the second segment 13b and the fourth segment 13d has between adjacent teeth 12a, 12b a changing pitch diameter 0, whose length between the maximum pitch diameter 0 max and the minimum
  • Frame member 22 recognize fixed first and second sun gear 24, which are arranged on both outer sides of the frame member 22. Both sun gears 24 are fixedly connected via a hollow cylinder 26 and designed as a one-piece, integral unit. Under a one-piece, integral unit is a nondestructive non-separable connection understood. Within the hollow cylinder 26 concentrically extends the central shaft 21, which adjacent to the sun gears 24 by means of one
  • Central shaft bearing 27 is rotatably mounted. Due to the axial direction of the central shaft 21 as far as possible outside, coaxially disposed within the sun gears 24 central shaft bearing 27 acting on the central shaft 21 tilting moments can be particularly well absorbed
  • the support plate 31 is rotatably mounted, which performs a circular rotational movement together with the central shaft 21 during operation of the bicycle transmission 20.
  • the connection of the support plate 31 with the central shaft 21 takes place in the centrally arranged in the support plate 31, the first portion 31 a.
  • a second section 31 b is externally provided, in which the planet gear 32 is rotatably mounted relative to the support plate 31.
  • crank arm 34 is either rotationally fixed or integrally formed integrally.
  • the crank arm 34 is in the radial direction relative to the
  • Planetenradwelle 32 a engages rotatably on the pedal crank 35 at.
  • Fig. 3 shows as well as Fig. 2, the cranks 35 and the respective associated gear assembly 30 in an extended position in which the crank arm 34, starting from the Planetenradwelle 32a of the planetary gear 32 radially inwardly in the direction of the central shaft 21 shows.
  • the free end of the crank 35 is thereby in a maximum extended position.
  • Crank arm 34 can also assume a rotated position by 180 ° and thereby the free end of the crank 35 is in a retracted position. In this position, which is not shown here, the teeth 12a, 12b engage effectively within the angle ⁇ in the force transmission means, whereby the maximum pedal speed v max present in this area is reduced.
  • cranks 35 At the free end of the cranks 35 is in the illustration of FIG. 3 by way of example each attached a pedal 38, which by means of a
  • Pedallagers 39 relative to the associated pedal crank 35 is rotatably mounted.
  • the pedal bearing 39 has a relative to the pedal crank 35 fixed bearing axis.

Abstract

Es wird ein Zahnrad (10) für ein Fahrradgetriebe (20) beschrieben, aufweisend eine Außenkontur (11) mit daran ausgebildeten Zähnen (12a, 2b), wobei die Außenkontur (11) von einem maximalen Teilungsdurchmesser (∅max) sowie einem minimalen Teilungsdurchmesser (∅min) aufgespannt ist, keine Symmetrieachsen aufweist und ausschließlich punktsymmetrisch zu ihrem Symmetriezentrum (M) ausgeformt ist. Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad (10) zu entwickeln, welches das Trittgefühl eines Fahrradgetriebes (20) verbessert. Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Außenkontur (11) in jedem Punkt eine Änderung ihrer Krümmung aufweist.

Description

Zahnrad für ein Fahrradgetriebe
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Zahnrad gemäß der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 stehenden Merkmale.
Üblicherweise dient das Zahnrad dazu, das vom Radfahrer über
Tretkurbeln aufgebrachte Drehmoment mittels eines
Kraftübertragungsmittels an das Hinterrad zu übertragen. Das
Kraftübertragungsmittel ist formschlüssig auf das Zahnrad aufgelegt und kann insbesondere eine Kette oder ein Zahnriemen sein.
Aus der DE 20 2004 006 544 U1 ist ein ovales, vorzugsweise elliptisch geformtes Zahnrad bekannt, welches Ermüdungserscheinungen des Radfahrers durch eine Erhöhung des Wirkungsgrades vermindern soll. Die Form des Zahnrades soll aufgrund seiner Form an die durch Muskelkraft der Beine erzeugte Schubbewegung angepasst sein. Als nachteilig hat sich jedoch erwiesen, dass das bekannte Zahnrad einerseits nur marginal den Wirkungsgrad verbessert und andererseits ein unrundes Trittgefühl vermittelt, da der Fuß bei einer Umdrehung der Tretkurbel
unterschiedlichen Beschleunigungen ausgesetzt ist.
Die DE 10 2013 000 689 A1 und die WO 2015/030576 offenbaren ebenfalls unrunde Zahnräder, die in Umfangsrichtung mehrfach
segmentiert sind und innerhalb des jeweiligen Segmentes einen konstanten Krümmungsradius mit einer daraus resultierenden gleichen Krümmung der Außenkontur aufweisen. Lediglich im Übergangspunkt zwischen benachbarten Segmenten wechselt der konstante
Krümmungsradius eines ersten Segmentes zu einem anderen Krümmungsradius eines zweiten Segmentes, so dass sich nur in diesen Übergangspunkten die Krümmung der Außenkontur ändert. Sobald einer dieser Übergangspunkte in das ziehende Trum einer auf dem Zahnrad aufliegenden Kette eingreift, spürt der Radfahrer eine deutliche Änderung der Pedalgeschwindigkeit, was als unangenehm und störend
wahrgenommen wird.
Der Effekt des unrunden Trittgefühls ist auch aus anderen Getrieben bekannt, mit denen versucht wurde, den Wirkungsgrad zu verbessern. Ein derartiges Getriebe beschreibt die DE 10 2010 033 21 1 B4, bei welchem ein Planetenrad auf einem feststehenden Sonnenrad abläuft und zusammen mit dem Planetenrad ein Kurbelarm rotiert, welcher drehbar an einer Tretkurbel gelagert ist. Das Sonnenrad, Planetenrad und der
Kurbelarm sind von einem gemeinsamen Kurbelgehäuse umgeben, wobei sich die Tretkurbel innerhalb eines gemeinsamen Kurbelgehäuses mittels einer Führungsrolle an einer ebenfalls im Kurbelgehäuse angeordneten Führungsschiene abstützt. Die Führungsrolle läuft frei und mit seitlichem Spiel auf der Führungsschiene ab, so dass ohnehin unrunde Trittgefühl in Umfangsrichtung des Zahnrades aufgrund der frei laufenden
Führungsrolle noch verstärkt wird.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein Zahnrad zu
entwickeln, welches das Trittgefühl eines Fahrradgetriebes verbessert.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die zwischen allen benachbarten Punkten der Außenkontur vorhandene Änderung der Krümmung führt zu einer verringerten Änderung der
Pedalgeschwindigkeit während des Tretens.
Unter der Außenkontur wird eine Verbindungslinie durch den jeweiligen Teilungsdurchmesser benachbarter Zähne verstanden. Die Außenkontur korrespondiert mit der Linie eines auf dem Zahnrad aufgelegten Kraftübertragungsmittels, beispielsweise einer Kette oder eines
Zahnhemens.
Da im Rahmen der Erfindung ein kreisrundes Zahnrad ausgeschlossen ist, wird anstelle eines Teilkreisdurchmessers der Begriff eines
Teilungsdurchmessers verwendet. Der Teilungsdurchmesser entspricht dem jeweiligen Teilkreisdurchmesser zwischen zwei benachbarten
Zähnen.
Vorzugsweise weist das Zahnrad vier gleichgroße Segmente auf, wobei der maximale Teilungsdurchmesser und der minimale
Teilungsdurchmesser durch ein erstes und drittes Segment verlaufen und das erste sowie dritte Segment um das Symmetriezentrum
punktsymmetrisch ausgerichtet sind. Die Segmente sind durch eine horizontale x-Achse, welche parallel zur Geländeoberkante verläuft, und eine diese rechtwinklig schneidende vertikale y-Achse gebildet, wobei der Schnittpunkt beider Achsen im Symmetriezentrum angeordnet ist.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind in einem zweiten und vierten Segment ausschließlich Teilungsdurchmesser vorhanden, die eine Länge zwischen dem maximalen
Teilungsdurchmesser und dem minimalen Teilungsdurchmesser aufweisen.
Zweckmäßigerweise ist zwischen dem maximalen Teilungsdurchmesser und dem minimalen Teilungsdurchmesser des ersten und dritten
Segmentes ein Winkel α von 50° bis 70°, besonders bevorzugt 55° bis 65°, ganz besonders bevorzugt 58° bis 62° aufgespannt. Sofern das Zahnrad an einem Fahrradgetriebe installiert ist, liegt hierdurch der maximale Teilungsdurchmesser in einem Bereich der zu erwartenden höchsten Pedalgeschwindigkeiten. Durch die entsprechende Wahl des Winkels α sind die Pedalgeschwindigkeiten in den Bereichen einer Pedalstellung rings um die x-Achse verringert und nähern sich dadurch von oben einer angestrebten konstanten Pedalgeschwindigkeit an.
Benachbarte Zähne können jeweils unterschiedliche Teilungsdurchmesser aufweisen. Insofern ändert sich der Teilungsdurchmesser von Zahn zu Zahn und es sind keine benachbarten Zähne mit gleichem
Teilungsdurchmesser vorhanden. Der jeweilige Teilungsdurchmesser eines Zahnes ist vorzugsweise mittels einer Spline-Interpolation zwischen dem maximalen und minimalen Teilungsdurchmesser ermittelt.
Günstigerweise beträgt das Verhältnis von maximalem
Teilungsdurchmesser zu minimalem Teilungsdurchmesser >1 ,30. Je größer das Verhältnis ist, desto weiter nähern sich die
Pedalgeschwindigkeiten während eines Umlaufes einer Konstanten an. Dem dimensionslosen Wert sind allerdings nach oben bautechnische Grenzen am Fahrrad gesetzt.
Die Erfindung ist auch an einem Fahrradgetriebe verwirklicht, aufweisend eine Zentralwelle, welche gegenüber einem feststehenden
Rahmenelement um eine Zentrallagerachse drehbar gelagert ist, ein konzentrisch um die Zentralwelle angeordnetes und fest mit dem Rahmenelement verbundenes erstes Sonnenrad, und mindestens eine erste, gegenüber dem Rahmenelement rotierende Getriebeanordnung, wobei die Getriebeanordnung
eine Trägerplatte umfasst, deren erster Abschnitt drehfest mit der Zentralwelle verbunden und an deren zweitem
Abschnitt ein Planetenrad um seine Planetenradlagerachse drehbar gelagert ist, wobei das Planetenrad das erste
Sonnenrad kämmt und an dem Planetenrad starr ein
Kurbelarm angreift, sowie
eine Tretkurbel, an welcher der Kurbelarm drehgelenkig gelagert ist und welche über einen Pendelarm gegenüber der Trägerplatte abgestützt ist, wobei der Pendelarm an der Trägerplatte und der Tretkurbel drehgelenkig gelagert ist, und
wobei das Zahnrad ortsfest zu der Zentralwelle angeordnet ist.
An einem freien Ende der Tretkurbel(n) ist sinnvollerweise ein Pedal angebracht, über welches der Radfahrer mittels Muskelkraft ein
Drehmoment auf die jeweilige Tretkurbel aufbringt. Das Zahnrad ist derart ausgebildet, dass während einer Umdrehung des Zahnrades maximale Pedalgeschwindigkeiten und minimale Pedalgeschwindigkeiten möglichst angeglichen sind. Angestrebt ist ein Verhältnis zwischen der maximalen Pedalgeschwindigkeit und der minimalen Pedalgeschwindigkeit < 2,00. Vorteilhafterweise ändert sich während eines Umlaufes des Zahnrades die Position der Tretkurbel zu dem Zahnrad.
Vorzugsweise ist der minimale Teilungsdurchmesser im Drehsinn um einen Winkel ß versetzt zu einer zwischen der Zentrallagerachse und der Planetenradlagerachse verlaufenden Verbindungslinie ausgerichtet. Der Winkel ß ist in einem Bereich der y-Achse angeordnet, das heißt einem Bereich einer verminderten Pedalgeschwindigkeit, und dient dazu, die Pedalgeschwindigkeit in diesem Bereich zu erhöhen und dadurch einer konstanten Pedalgeschwindigkeit von unten anzunähern.
Der Winkel ß kann zwischen 1 ° und 15°, besonders bevorzugt 3° und 7°, ganz besonders bevorzugt 4° und 6° betragen.
Bei einem Fahrradgetriebe hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn ein zweites Sonnenrad vorgesehen ist, welches mit einer gegenüber dem Rahmenelement rotierenden zweiten
Getriebeanordnung zusammenwirkt, wobei die zweite Getriebeanordnung um 180° zu der ersten Getriebeanordnung versetzt angeordnet ist und eine Trägerplatte umfasst, deren erster Abschnitt drehfest mit der Zentralwelle verbunden und an deren zweitem Abschnitt ein Planetenrad drehbar gelagert ist, das Planetenrad das zweite Sonnenrad kämmt und an dem Planetenrad starr ein Kurbelarm angreift, sowie eine Tretkurbel, an welcher der Kurbelarm drehgelenkig gelagert und welche über einen Pendelarm gegenüber der Trägerplatte abgestützt ist, wobei der
Pendelarm an der Trägerplatte und der Tretkurbel drehgelenkig gelagert ist. Folglich weist das Fahrradgetriebe sinnvollerweise zwei
Getriebeanordnungen auf, die beide auf die gemeinsame Zentralwelle wirken. Hieraus resultiert der Vorteil, dass der Radfahrer mit beiden Beinen treten kann.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung nachfolgend anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen die
Fig. 1 : eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes
Zahnrad;
Fig. 2: eine teilweise durchbrochene Seitenansicht auf ein an einem Fahrradgetriebe angebautes Zahnrad und
Fig. 3: einen Längsschnitt durch das Fahrradgetriebe gemäß Fig. 2.
Die Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht auf ein Zahnrad 10 mit einer ovalen Außenkontur 1 1 . Die Außenkontur 1 1 umgibt das Zahnrad 10 in
Umfangsrichtung vollständig und gibt die Linie eines hier nicht gezeigten Kraftübertragungsmittels vor, wie zum Beispiel einer Kette oder eines Zahnriemens. An der Außenkontur 1 1 sind umlaufend Zähne 12a, 12b ausgebildet, die bei einem montierten Zahnrad 10 in Wirkeingriff mit dem Kraftübertragungsmittel gelangen. Aus Darstellungsgründen ist die Außenkontur 1 1 in Fig. 1 an allen Punkten äquidistant nach innen verschoben, entspricht hinsichtlich ihres Krümmungsverlaufes jedoch dem Verlauf durch einen individuellen Teilungsdurchmesser 0 benachbarter Zähne 12a, 12b.
Das Zahnrad 10 weist vier in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilte Befestigungsöffnungen 25 auf, über die das Zahnrad 10 mit einer
Trägerplatte 31 einer Getriebeanordnung 30 eines Fahrradgetriebes 20 verbindbar ist (siehe Fig. 2).
Das Fahrradgetriebe 20 umfasst eine Zentralwelle 21 , die drehbar um die Zentrallagerachse 23, koaxial innerhalb eines feststehenden
Sonnenrades 24 gelagert ist. Dabei durchragt die Zentralwelle 21 ein feststehendes Rahmenelement 22, über welches das Fahrradgetriebe 20 dauerhaft mit einem Fahrradrahmen 40 verbindbar ist.
Um das Sonnenrad 24 rotiert die Getriebeanordnung 30, welche die Trägerplatte 31 und ein darin in einem ersten Abschnitt 31 a drehbar gelagertes Planetenrad 32 umfasst. Das Planetenrad 32 steht im permanenten Wirkeingriff mit dem Sonnenrad 24 und rotiert zusammen mit der Trägerplatte 31 um dessen Umfangsfläche. An dem
Planetenrad 32 ist ein Kurbelarm 34 ausgebildet, der drehfest zusammen mit dem Planetenrad 32 rotiert und drehgelenkig an einer nach oben ragenden Tretkurbel 35 befestigt ist (siehe Fig. 3). Die Tretkurbel 35 ist in Richtung ihres freien Endes über einen Pendelarm 36 ebenfalls mit der Trägerplatte 31 verbunden, wobei der Pendelarm 36 drehgelenkig sowohl an der Tretkurbel 35 als auch an einem zweiten Abschnitt 31 b der Trägerplatte 31 angreift.
Auf der in Fig. 2 durch das Rahmenelement 22 verdeckten Rückseite ist ein weiteres Sonnenrad 24 angeordnet, welches auch mit einer zugehörigen Getriebeanordnung 30 gekoppelt ist und dem Radfahrer ein beidseitiges Treten ermöglicht. Von der rückseitigen Getriebeanordnung ist in Fig. 2 lediglich die nach unten vorstehende Tretkurbel 35 zu sehen. Beide Getriebeanordnungen 30 sind identischen Aufbaus und um 180° zueinander versetzt angeordnet, wie in Fig. 3 gezeigt ist.
Wie in Fig. 1 erkennbar ist, lässt sich das Zahnrad 10 in vier
Segmente 13a, 13b, 13c, 13d unterteilen, die jeweils einen Winkel von 90° um ein Symmetriezentrum M aufspannen. Die Segmente 13a, 13b, 13c, 13d sind durch eine in der Bildebene horizontal verlaufende x-Achse, die sich an der Geländeoberkante oder Fahrbahn orientiert, und einer 90° hierzu verlaufenden, vertikalen y-Achse geteilt. Die Ausrichtung der x- Achse und y-Achse bezieht sich auf die Position der in den Fign. 2 und 3 dargestellten Zentralwelle 21 , wobei das Symmetriezentrum M mit der Zentrallagerachse 23 der Zentralwelle 21 fluchtet. Das Zahnrad 10 dreht sich zusammen mit den Segmenten 13a, 13b, 13c, 13d aufgrund seiner ortsfesten Anbringung zu der Zentralwelle 21 synchron mit dieser.
Das erste Segment 13a befindet sich in der Darstellung der Fig. 1 in der Bildebene oben rechts. Diesem schließen sich das zweite Segment 13b, das dritte Segment 13c und das vierte Segment 13d entgegen dem
Uhrzeigersinn an. Aufgrund der punktsymmetrischen Ausbildung der Außenkontur 1 1 sind auch die Segmente 13a, 13b, 13c, 13d
punktsymmetrisch zueinander angeordnet.
Das erste Segment 13a und das dritte Segment 13b sind jeweils mit einem maximalen Teilungsdurchmesser 0max und einem minimalen Teilungsdurchmesser 0min ausgebildet. Der maximale
Teilungsdurchmesser 0max und der minimale Teilungsdurchmesser 0min stehen dabei nicht rechtwinklig wie bei einer Ellipse aufeinander, sondern schneiden sich unter einem Winkel α < 90°. Gemäß des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels beträgt der Winkel α = 61 ,25°. Hierdurch wird erreicht, dass sich eine maximale Pedalgeschwindigkeit vmax rings um die x-Achse insbesondere im Vergleich zu einem kreisrunden Zahnrad verringert. Die in Fig. 2 angedeuteten maximalen
Pedalgeschwindigkeiten vmax sind jedoch immer noch annähernd doppelt so hoch wie minimale Pedalgeschwindigkeiten vmin.
Zusätzlich zu einer Verringerung der maximalen
Pedalgeschwindigkeit vmax ist zum Zwecke einer Erhöhung der minimalen Pedalgeschwindigkeiten vmin rings um die y-Achse der minimale
Teilungsdurchmesser 0min um einen Winkel ß im Drehsinn 14 des
Zahnrades 10 versetzt zu einer Verbindungslinie 37 ausgerichtet. In der gezeigten senkrechten Stellung der Tretkurbeln 35 gemäß Fig. 2 stehen die Zentrallagerachse 23 und eine Planetenradlagerachse 33 exakt übereinander und fluchten mit der y-Achse. Die Verbindungslinie 37 verläuft genau durch die Zentrallagerachse 23 sowie die
Planetenradlagerachse 33 und dient als Bezugsgröße für den daran anzutragenden Winkel ß.
Die Außenkontur 1 1 im Bereich des zweiten Segmentes 13b und des vierten Segmentes 13d weist zwischen benachbarten Zähnen 12a, 12b einen wechselnden Teilungsdurchmesser 0 auf, dessen Länge zwischen dem maximalen Teilungsdurchmesser 0max und dem minimalen
Teilungsdurchmesser 0min des ersten und dritten Segmentes 13a, 13c liegt.
Der in Fig. 3 gezeigte Längsschnitt lässt das bezüglich des
Rahmenelementes 22 feststehende erste und zweite Sonnenrad 24 erkennen, welche auf beiden äußeren Seiten des Rahmenelementes 22 angeordnet sind. Beide Sonnenräder 24 sind über einen Hohlzylinder 26 fest verbunden und als einstückig, integrale Baueinheit ausgeführt. Unter einer einstückig, integralen Baueinheit wird eine zerstörungsfrei nicht separierbare Verbindung verstanden. Innerhalb des Hohlzylinders 26 verläuft konzentrisch die Zentralwelle 21 , welche angrenzend zu den Sonnenrädern 24 mittels jeweils eines
Zentralwellenlagers 27 drehbar gelagert ist. Aufgrund der in axialer Richtung der Zentralwelle 21 möglichst weit außen, koaxial innerhalb der Sonnenräder 24 angeordneten Zentralwellenlager 27 können besonders gut auf die Zentralwelle 21 wirkende Kippmomente aufgenommen werden
An beiden axialen Endabschnitten der Zentralwelle 21 ist drehfest die Trägerplatte 31 angebracht, welche im Betrieb des Fahrradgetriebes 20 zusammen mit der Zentralwelle 21 eine kreisförmige Drehbewegung ausführt. Die Verbindung der Trägerplatte 31 mit der Zentralwelle 21 erfolgt in dem zentrisch in der Trägerplatte 31 angeordneten, ersten Abschnitt 31 a. In radialer Richtung der Trägerplatte 31 ist außenliegend ein zweiter Abschnitt 31 b vorgesehen, in welchem das Planetenrad 32 drehbar gegenüber der Trägerplatte 31 gelagert ist.
An dem bezüglich des Rahmenelementes 22 äußeren Ende einer Planetenradwelle 32a des Planetenrades 32 ist der Kurbelarm 34 entweder drehfest angebracht oder integral, einstückig ausgeformt. Der Kurbelarm 34 steht in radialer Richtung gegenüber der
Planetenradwelle 32a vor und greift drehbeweglich an der Tretkurbel 35 an.
Die Krafteinleitung in das Fahrradgetriebe 20 erfolgt über dessen zwei Tretkurbeln 35 der jeweiligen Getriebeanordnungen 30, welche das Fahrradgetriebe 20 in axialer Richtung der Zentralwelle 21 nach außen begrenzen. Die Fig. 3 zeigt wie auch die Fig. 2 die Tretkurbeln 35 und die jeweils zugehörige Getriebeanordnung 30 in einer gestreckten Stellung, in welcher der Kurbelarm 34 ausgehend von der Planetenradwelle 32a des Planetenrades 32 radial nach innen in Richtung der Zentralwelle 21 zeigt. Das freie Ende der Tretkurbel 35 befindet sich hierdurch in einer maximal ausgefahrenen Position. Um ein gleichmäßigeres Trittgefühl mit einer möglichst konstanten Pedalgeschwindigkeit zu erreichen, greift in dieser ausgestreckten Stellung das Zahnrad 10 mit seinem um den Winkel ß versetzten minimalen Teilungsdurchmesser 0min wirksam in das nicht gezeigte Kraftübertragungsmittel ein und erhöht dadurch die in diesem Bereich vorhandene minimale Pedalgeschwindigkeit vmin.
Aus dem Längsschnitt der Fig. 3 wird auch deutlich, dass der
Kurbelarm 34 auch eine um 180° gedrehte Stellung einnehmen kann und sich dadurch das freie Ende der Tretkurbel 35 in einer eingefahrenen Position befindet. In dieser -hier nicht gezeigten- eingefahrenen Position greifen die Zähne 12a, 12b innerhalb des Winkels α wirksam in das Kraftübertragungsmittel ein, wodurch die in diesem Bereich vorhandene maximale Pedalgeschwindigkeit vmax verringert wird.
An dem freien Ende der Tretkurbeln 35 ist in der Darstellung von Fig. 3 beispielhaft jeweils ein Pedal 38 befestigt, welches mittels eines
Pedallagers 39 gegenüber der zugehörigen Tretkurbel 35 drehbar gelagert ist. Das Pedallager 39 weist eine bezüglich der Tretkurbel 35 ortsfeste Lagerachse auf.
Bezugszeichenliste
Zahnrad
Außenkontur
a,b Zähne
a erstes Segment Zahnrad
b zweites Segment Zahnrad
c drittes Segment Zahnrad
d viertes Segment Zahnrad
Drehsinn Zahnrad Fahrradgetriebe
Zentralwelle
feststehendes Rahmenelement
Zentrallagerachse
Sonnenrad
Befestigungsöffnung
Hohlzylinder
Zentralwellenlager Getriebeanordnung
Trägerplatte
a erster Abschnitt Trägerplatte
b zweiter Abschnitt Trägerplatte
Planetenrad
a Planetenradwelle
Planetenradlagerachse
Kurbelarm
Tretkurbel
Pendelarm
Verbindungslinie Planetenradlagerachse-Zentrallagerachse 38 Pedal
39 Pedallager
40 Fahrradrahmen α Winkel zwischen 0max und 0min ß Winkel zwischen Verbindungslinie und 0
0 Teilungsdurchnnesser
0max maximaler Teilungsdurchmesser
0min minimaler Teilungsdurchmesser
M Symmetriezentrum
vmax maximale Pedalgeschwindigkeit vmin minimale Pedalgeschwindigkeit x horizontale Achse
y vertikale Achse

Claims

Patentansprüche
1 . Zahnrad (10) für ein Fahrradgetriebe (20), aufweisend eine
Außenkontur (1 1 ) mit daran ausgebildeten Zähnen (12a, 12b), wobei die Außenkontur (1 1 ) von einem maximalen
Teilungsdurchmesser (0max) sowie einem minimalen
Teilungsdurchmesser (0min) aufgespannt ist, keine
Symmetrieachsen aufweist und ausschließlich punktsymmetrisch zu ihrem Symmetriezentrum (M) ausgeformt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Außenkontur (1 1 ) in jedem Punkt eine Änderung ihrer Krümmung aufweist.
2. Zahnrad (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnrad (10) vier gleichgroße Segmente (13a, 13b, 13c, 13d) aufweist, wobei der maximale Teilungsdurchmesser (0max) und der minimale Teilungsdurchmesser (0min) durch ein erstes sowie drittes Segment (13a, 13c) verlaufen und das erste und dritte
Segment (13a, 13c) um das Symmetriezentrum (M)
punktsymmetrisch ausgerichtet sind.
3. Zahnrad (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zweiten und vierten Segment (13b, 13d) ausschließlich Teilungsdurchmesser (0) vorhanden sind, die eine Länge zwischen dem maximalen Teilungsdurchmesser (0max) und dem minimalen Teilungsdurchmesser (0min) aufweisen.
4. Zahnrad (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem maximalen Teilungsdurchmesser (0max) und dem minimalen Teilungsdurchmesser (0mm) des ersten und dritten Segmentes (13a, 13c) ein Winkel (a) von 50° bis 70°, besonders bevorzugt 55° bis 65°, ganz besonders bevorzugt 58° bis 62° aufgespannt ist.
5. Zahnrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die benachbarten Zähne (12a, 12b) jeweils unterschiedliche Teilungsdurchmesser (0) aufweisen.
6. Zahnrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verhältnis von maximalem
Teilungsdurchmesser (0max) zu minimalem
Teilungsdurchmesser (0min) >1 ,30 beträgt.
7. Kombination eines Fahrradgetriebes (20) mit einem Zahnrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrradgetriebe (20)
eine Zentralwelle (21 ) aufweist, welche gegenüber einem feststehenden Rahmenelement (22) um eine
Zentrallagerachse (23) drehbar gelagert ist,
ein konzentrisch um die Zentralwelle (21 ) angeordnetes und fest mit dem Rahmenelement (22) verbundenes erstes Sonnenrad (24), und
mindestens eine erste, gegenüber dem Rahmenelement (22) rotierende Getriebeanordnung (30), wobei die
Getriebeanordnung (30)
eine Trägerplatte (31 ) umfasst, deren erster
Abschnitt (31 a) drehfest mit der Zentralwelle (21 ) verbunden und an deren zweitem Abschnitt (31 b) ein Planetenrad (32) um seine
Planetenradlagerachse (33) drehbar gelagert ist, wobei das Planetenrad (32) das erste Sonnenrad (24) kämmt und an dem Planetenrad (32) starr ein
Kurbelarm (34) angreift, sowie eine Tretkurbel (35), an welcher der Kurbelarm (34) drehgelenkig gelagert ist und welche über einen Pendelarm (36) gegenüber der Trägerplatte (31 ) abgestützt ist, wobei der Pendelarm (36) an der Trägerplatte (31 ) und der Tretkurbel (35) drehgelenkig gelagert ist,
und wobei das Zahnrad (10) ortsfest zu der Zentralwelle (21 ) angeordnet ist.
8. Kombination nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Teilungsdurchmesser (0mm) im Drehsinn (14) um einen Winkel (ß) versetzt zu einer zwischen der Zentrallagerachse (23) und der Planetenradlagerachse (33) verlaufenden
Verbindungslinie (37) ausgerichtet ist.
9. Kombination nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (ß) zwischen 1 ° und 15°, besonders bevorzugt 3° und 7°, ganz besonders bevorzugt 4° und 6° beträgt.
10. Kombination nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass sich während eines Umlaufes des
Zahnrades (10) die Position der Tretkurbel (35) zu dem
Zahnrad (10) ändert.
1 1 . Kombination nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, dass ein zweites Sonnenrad (24) vorgesehen ist, welches mit einer gegenüber dem Rahmenelement (22) rotierenden zweiten Getriebeanordnung (30) zusammenwirkt, wobei die zweite Getriebeanordnung (30) um 180° zu der ersten
Getriebeanordnung (30) versetzt angeordnet ist und
eine Trägerplatte (31 ) umfasst, deren erster Abschnitt (31 a) drehfest mit der Zentralwelle (21 ) verbunden und an deren zweitem Abschnitt (31 b) ein Planetenrad (32) drehbar gelagert ist, das Planetenrad (32) das zweite Sonnenrad (24) kämmt und an dem Planetenrad (32) starr ein Kurbelarm (34) angreift, sowie
eine Tretkurbel (25), an welcher der Kurbelarm (34) drehgelenkig gelagert und welche über einen Pendelarm (36) gegenüber der Trägerplatte (31 ) abgestützt ist, wobei der Pendelarm (36) an der Trägerplatte (31 ) und der
Tretkurbel (35) drehgelenkig gelagert ist.
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