NL2011337C2

NL2011337C2 - CHAIN WHEEL AND CRANKE COMPOSITION WITH SUCH CHAIN WHEEL.

Info

Publication number: NL2011337C2
Application number: NL2011337A
Authority: NL
Inventors: Gilbert Storme
Original assignee: Non Stop Webshops B V
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-03-02
Also published as: WO2015030576A1

Abstract

A chainwheel intended for a crank assembly of a bicycle, home trainer, go-cart or like human-powered device provided with a crank assembly, wherein the chainwheel is non-circular and is point-symmetrical about an imaginary central point and comprises eight successive, different zones A-D, A'-D', wherein the fifth through eighth zones A'-D' correspond to the first through fourth zones A-D, respectively, in that these fifth through eighth zones A'-D' are point-symmetrical relative to these first through fourth zones A-D, wherein zones pass through particular curves which are accurately defined and wherein the angular position of the chainwheel relative to the crank is also accurately defined, such that the peak load of the knee joint is minimized, while the crank power that can be provided is optimized.

Description

Titel: Kettingwiel alsmede cranksamenstel voorzien van een dergelijk kettingwielTitle: Chain wheel and crank assembly provided with such a chain wheel

De uitvinding heeft betrekking op een kettingwiel voor een fiets, een hometrainer, een skelter of een dergelijk van een cranksamenstel voorzien, door de mens te bekrachtigen inrichting.The invention relates to a chain wheel for a bicycle, an exercise bike, a go-kart or the like, provided with a crank assembly that can be powered by man.

AchtergrondBackground

Uit de praktijk is natuurlijk het cirkelvormige kettingwiel van fietsen bekend. Ook zijn uit de praktijk reeds verschillende niet cirkelvormige kettingwielen als kettingvoorblad van een fiets bekend. US-5,549,314 beschrijft het meest nauwkeurig een nietcirkelvormige kettingwiel. Bij deze publicatie wordt een kettingwiel verschaft dat puntsymmetisch is ten opzichte van een denkbeeldig middelpunt en de omtrek kan worden verdeelt in eerste helft en een tweede helft die zich elk over een boogsegment van 180° uitstrekken. Elke helft op zich is weer opgedeeld in vijf verschillende zones. Zoals in kolom 2, regels 23 van de Amerikaanse octrooiaanvrage is het onderliggende principe van het daarin beschreven kettingwiel, dat “the force to be provided is proportional to the muscular force that the user may provide”. Het achterliggende principe van het uit de octrooipublicatie bekende ketting wiel kan als volgt worden samengevat. Eerst is van een bij een cirkelvormig kettingwiel het verloop van aandrijfkoppel gemeten als functie van de hoekstand van de crank. Dit aandrijfkoppel is niet constant omdat er verschillende factoren zijn die de door de fietser op een pedaal uit te oefenen kracht beïnvloeden. Bovendien is natuurlijk de hoekstand van de cranks en de richting van de door de gebruiker op de trappers uitgeoefende kracht van grote invloed op het aandrijfkoppel dat wordt de gebruiker op de trapas wordt uitgeoefend en dat bepaalt uiteindelijk de trekkracht op de ketting. Bijvoorbeeld: wanneer de uitgeoefende kracht op het pedaal precies verticaal neerwaarts zou zijn gericht en de crank zich ook in de verticale stand bevinden, dan is het aandrijfkoppel dat wordt uitgeoefend en dus de aandrijfkracht die het kettingwiel op de ketting uitoefent nihil. Echter, wanneer de crank bij een precies verticaal uitgeoefende kracht op de trapper zich in een horizontale stand bevindt, dan is het uitgeoefende aandrijfkoppel maximaal. Nu oefent een fietser niet een constante kracht uit en is deze variabele kracht ook zeker niet telkens verticaal gericht. Ook het gewicht van de benen, de dynamische krachten die optreden als gevolg van het versnellen en vertragen van de massa van de onder- en bovenbenen, de stand van de benen bij de verschillende hoekstanden van de cranks leiden tot variatie in het resulterende aandrijfkoppel. Met andere woorden, in sommige standen van een crankarm, wordt bij een cirkelvormig kettingwiel een geringer aandrijfkoppel geleverd dan in andere standen van die crankarm. Door de straal van het kettingwiel te variëren, kan bij een variabel aandrijfkoppel dat door de fietser worden geleverd, toch een min of meer constante kracht op de ketting worden uitgeoefend. Dus als bij een bepaalde stand van de crankarm de door de gebruiker te leveren aandrijfkoppel klein is, dient, wanneer wordt gekozen voor toepassing van het principe van de Amerikaanse publicatie, de straal van het kettingwiel in het aangrijppunt van de ketting klein te worden gekozen, terwijl. Wanneer bij een bepaalde stand van de crankarm het door de gebruiker te leveren aandrijfkoppel groot is, zal de straal van het kettingwiel in het aangrijppunt van de ketting relatief groot dienen te worden gekozen. Deze principiële keus leidt tot een bepaald kettingwiel dat over verschillende zones beschikt en waarbij de crankarmen in een bepaalde hoek ten opzichte van die zones zijn georiënteerd. Die zones zijn gedefinieerd in het Amerikaanse octrooi. SAMENVATTING VAN DE uitvindingOf course, the circular chain wheel of bicycles is known from practice. Various non-circular sprockets are already known from practice as a chain cover for a bicycle. US 5,549,314 most accurately describes a non-circular sprocket. With this publication, a sprocket is provided which is point symmetrical with respect to an imaginary center and the circumference can be divided into first half and a second half, each of which extends over an arc segment of 180 °. Each half in itself is divided into five different zones. As in column 2, lines 23 of the American patent application, the underlying principle of the chainwheel described therein is that "the force to be provided is proportional to the muscular force that the user may provide". The underlying principle of the chain wheel known from the patent publication can be summarized as follows. First, the course of driving torque of a circular sprocket was measured as a function of the angular position of the crank. This drive torque is not constant because there are several factors that influence the force to be exerted by the cyclist on a pedal. Moreover, of course, the angular position of the cranks and the direction of the force exerted by the user on the pedals has a great influence on the driving torque that the user is exerted on the bottom bracket and that ultimately determines the tensile force on the chain. For example: if the force exerted on the pedal were precisely directed downwards and the crank were also in the vertical position, the driving torque exerted and therefore the driving force exerted by the sprocket on the chain is zero. However, if the crank is in a horizontal position with a precisely vertically exerted force on the pedal, then the applied driving torque is maximum. Now a cyclist does not exert a constant force and this variable force is certainly not always directed vertically. Also the weight of the legs, the dynamic forces that occur as a result of the acceleration and deceleration of the mass of the lower and upper legs, the position of the legs at the different angular positions of the cranks lead to variation in the resulting driving torque. In other words, in some positions of a crank arm, a lower drive torque is supplied with a circular sprocket wheel than in other positions of that crank arm. By varying the radius of the chain wheel, with a variable driving torque supplied by the cyclist, a more or less constant force can nevertheless be exerted on the chain. So if at a certain position of the crank arm the drive torque to be supplied by the user is small, when the principle of the American publication is chosen, the radius of the sprocket in the chain engagement point should be chosen to be small, while. If at a certain position of the crank arm the drive torque to be supplied by the user is large, the radius of the sprocket in the chain engagement point will have to be chosen relatively large. This basic choice leads to a certain sprocket wheel that has different zones and in which the crank arms are oriented at a certain angle with respect to those zones. Those zones are defined in the US patent. SUMMARY OF THE INVENTION

De onderhavige uitvinding gaat uit van een ander principe bij het ontwerp van het niet-cirkelvormige kettingwiel. Bij een gegeven aantal omwentelingen per minuut is gezocht naar een kettingwiel vorm waarmee twee doelen worden verwezenlijkt, te weten: 1. uitgaande van een bepaald te leveren vermogen, werden de piekbelastingen van de heup- en kniegewrichten en spieren bepaald en werd het ontwerp van kettingwiel en de positie van de crank ten opzichte van het kettingwiel geoptimaliseerd om deze piekbelastingen te minim ah seren; en 2. uitgaande van bepaalde piekbelastingen van de heup- en kniegewrichten die optreden bij een cirkelvormig kettingwiel bij 90 omwentelingen per minuut, werd het ontwerp van het kettingwiel en de positie van de crank ten opzichte van het kettingwiel geoptimahseerd om het gemiddelde vermogen dat per omwenteling wordt geleverd te optimaliseren.The present invention is based on a different principle in the design of the non-circular sprocket. For a given number of revolutions per minute, a chain wheel shape was sought with which two goals were achieved, namely: 1. starting from a certain power to be delivered, the peak loads of the hip and knee joints and muscles were determined and the design of the chain wheel and optimized the position of the crank with respect to the sprocket to minimize these peak loads; and 2. assuming certain peak loads of the hip and knee joints that occur with a circular sprocket at 90 revolutions per minute, the design of the sprocket and the position of the crank with respect to the sprocket were optimized to the average power per revolution is delivered to optimize.

Volgens de uitvinding wordt op basis van deze criteria een kettingwiel verschaft bestemd voor een cranksamenstel van een fiets, hometrainer, skelter of dergelijk van een cranksamenstel voorzien, door de mens te bekrachtigen inrichting, waarbij het voorkettingwiel nietcirkelvormig is en, punt-symmetrisch is rond een denkbeeldig centraal punt en is voorzien van: • bevestigingsmiddelen voor bevestiging van het kettingwiel aan een crank van een cranksamenstel, waarbij de crank een denkbeeldige cranklijn heeft die zich uitstrekt in een langsrichting van de crank en loopt van een rotatiehartlijn van de crank, waarop tevens het denkbeeldige centrale punt is gelegen, in de richting van een vrij uiteinde van de crank alwaar een trapper met de crank kan worden verbonden.According to the invention, on the basis of these criteria, a sprocket is provided intended for a crankset assembly of a bicycle, exercise bike, go-kart or the like provided with a crankset assembly, a man-energized device, the front sprocket wheel being non-circular and point-symmetrical about a imaginary central point and is provided with: • fastening means for attaching the sprocket to a crank of a crank assembly, the crank having an imaginary crank line extending in a longitudinal direction of the crank and running from a rotational axis of the crank, on which also the imaginary central point is located, in the direction of a free end of the crank where a trapper can be connected to the crank.

Het kettingwiel wordt gekenmerkt: • door vier opeenvolgende, verschillende zones, aan te duiden als, gezien in omtreksrichting, opeenvolgend een eerste zone A, een tweede zone B die aansluit op de eerste zone A, een derde zone C die aansluit op de tweede zone B, en een vierde zone D die aansluit op de derde zone C, waarbij de eerste tot en met vierde zones A-D zich uitstrekken over een hoekbereik van 180 graden; en • door vier opeenvolgende, verschillende zones, aan te duiden als, gezien in omtreksrichting, opeenvolgend een vijfde zone A’ die aansluit op de vierde zone D, een zesde zone B’ die aansluit op de vijfde zone A’, een zevende zone C’ die aansluit op de zesde zone B’ en een achtste zone D’ die met het ene uiteinde aansluit op de zevende zone C’ en met het andere uiteinde op de eerste zone A, waarbij de vijfde tot en met achtste zones A-D’ corresponderen met, respectievelijk de eerste tot en met vierde zones A-D doordat deze vijfde tot en met achtste zones A’-D’ puntsymmetrisch zijn ten opzichte van die eerste tot en met vierde zones A-D om het genoemde denkbeeldige centrale punt; • doordat de derde en zevende zones C en C’ elk worden gevormd door een cirkelsegment met een straal R die de maximale diameter van het kettingwiel bepaalt, waarbij een grote as (e. large axis) van het kettingwiel zich van het midden van de cirkelsegmentvormige, derde zone C naar het midden van de cirkelsegmentvormige, zevende zone C’ uitstrekt en waarbij het midden van de grote as het denkbeeldige centrale punt is en tevens het middelpunt vormt van de cirkelsegmenten die de derde en de zevende zone C, C’ bepalen, waarbij de cirkelsegmenten elk een hoekbereik doorlopen van 42° ± 3°; • doordat de vierde zone D een hoekbereik doorloopt van 19° ± 3° en waarbij de curve van die zone D wordt bepaald door een functie die bekend is als een spiraal van archimedes, waarbij de straaltoename die de vierde zone D doorloopt gezien vanaf de vijfde zone A’ naar de derde zone C 31% bedraagt, zodanig dat de afstand tot het denkbeeldige middelpunt bij de overgang van de vierde zone D naar de vijfde zone A’ 0,76 maal de genoemde straal R is; • door dat de tweede zone B een hoekbereik doorloopt van 79° ± 3° en waarbij de curve van die zone B wordt bepaald door een functie die bekend is als een spiraal van archimedes, waarbij de straaltoename die de tweede zone B doorloopt gezien vanaf de eerste zone A naar de derde zone C 31% bedraagt, zodanig dat afstand tot het denkbeeldige middelpunt bij de overgang van de tweede zone B naar de eerste zone A 0,76 maal de genoemde straal R is, • doordat de eerste zone A een hoekbereik doorloopt van 40° ± 3°, waarbij de eerste zone A wordt gevormd door een rechte lijn, waarbij een kleine as (e. small axis) van het kettingwiel wordt gevormd door een loodlijn op de rechte lijn die de zone A bepaalt en die als één eindpunt het denkbeeldige middelpunt heeft en als ander eindpunt het snijpunt met de rechte lijn heeft, waarbij de kleine as (SA) een hoek insluit met het deel van de grote as dat zich uitstrekt tussen het denkbeeldige middelpunt en de derde zone C, welke hoek ligt in het bereik van 112° ± 3°; • door dat de bevestigingsmiddelen voor het bevestigen van de crank aan het kettingwiel zodanig zijn uitgevoerd dat in althans één bevestigde toestand van het kettingblad op de crank de denkbeeldige crankhartlijn een hoek insluit met het deel van de grote as dat zich uitstrekt tussen het denkbeeldige middelpunt en de derde zone C, welke hoek 67° ± 3° bedraagt; en • door dat het deel van de kleine as dat zich uitstrekt vanaf het denkbeeldige middelpunt naar de eerste zone A met de crankhartlijn een hoek insluit van 45° ± 3°.The sprocket is characterized by: • designating four consecutive, different zones as, viewed in circumferential direction, successively a first zone A, a second zone B that connects to the first zone A, a third zone C that connects to the second zone B, and a fourth zone D which connects to the third zone C, wherein the first to fourth zones AD extend over an angle range of 180 degrees; and • by designating four consecutive, different zones, as viewed in circumferential direction, successively a fifth zone A 'which connects to the fourth zone D, a sixth zone B' which connects to the fifth zone A ', a seventh zone C 'connecting to the sixth zone B' and an eighth zone D 'connecting one end to the seventh zone C' and with the other end to the first zone A, the fifth to eighth zones A-D ' correspond to the first to fourth zones AD, respectively, in that said fifth to eighth zones A'-D 'are point symmetrical with respect to said first to fourth zones AD about said imaginary central point; • in that the third and seventh zones C and C 'are each formed by a circle segment with a radius R that determines the maximum diameter of the sprocket, with a large axis (e. Large axis) of the sprocket moving away from the center of the circle segment , third zone C extends to the center of the circle segment-shaped, seventh zone C 'and where the center of the major axis is the imaginary central point and also forms the center of the circle segments defining the third and seventh zones C, C', the circle segments each passing through an angle range of 42 ° ± 3 °; • because the fourth zone D traverses an angle range of 19 ° ± 3 ° and where the curve of that zone D is determined by a function known as an archimedes spiral, where the radius increase that the fourth zone D traverses seen from the fifth zone A 'to the third zone C is 31%, such that the distance to the imaginary center point at the transition from the fourth zone D to the fifth zone A' is 0.76 times the said radius R; • that the second zone B traverses an angle range of 79 ° ± 3 ° and where the curve of that zone B is determined by a function known as an archimedes spiral, where the radius increase that the second zone B traverses when viewed from the the first zone A to the third zone C is 31%, such that the distance from the imaginary center at the transition from the second zone B to the first zone A is 0.76 times the said radius R, because the first zone A is an angular range extends from 40 ° ± 3 °, the first zone A being formed by a straight line, where a small axis (e. small axis) of the sprocket is formed by a perpendicular to the straight line that defines the zone A and which one endpoint has the imaginary center and the other endpoint has the intersection with the straight line, the minor axis (SA) enclosing an angle with the part of the major axis that extends between the imaginary center and the third zone C, which angle lies in hey t range of 112 ° ± 3 °; By the attachment means for attaching the crank to the sprocket being designed such that in at least one attached state of the chainring on the crank the imaginary crank axis encloses an angle with the part of the large axis extending between the imaginary center and the third zone C, which angle is 67 ° ± 3 °; and • that the portion of the minor axis extending from the imaginary center to the first zone A encloses an angle of 45 ° ± 3 ° with the crank axis.

Met een aldus uitgevoerd kettingwiel dat op de hierboven gedefinieerde wijze is georiënteerd ten opzichte van de crank wordt, bij een gegeven gemiddeld crankvermogen dat per omwenteling wordt geleverd, de piekbelasting in knie-extensor-spieren (dat zijn de meest blessuregevoelige spieren bij het fietsen) met 9,2% verminderd ten opzichte van een cirkelvormig kettingwiel waarmee hetzelfde gemiddelde crankvermogen per omwenteling wordt geleverd. Bovendien wordt met een kettingwiel volgens de uitvinding bij eenzelfde belasting van de gewrichten, dat wil zeggen wanneer dezelfde gewrichtsmomenten als bij een cirkelvormig kettingwiel door een gebruiker worden geleverd bij het niet-cirkelvormige kettingwiel, 2,7% meer crankvermogen geleverd dan bij een cirkelvormig kettingwiel. Bij het kettingwiel dat bekend is uit het Amerikaanse octrooi is de piekbelasting van de knie-extensor-spieren enkele procenten minder verminderd ten opzichte van het cirkelvormige kettingwiel dan het kettingwiel volgens de uitvinding. De crankvermogenswinst ten opzichte van het cirkelvormige kettingwiel is bij het kettingwiel uit het Amerikaanse octrooi ook minder dan bij het kettingwiel volgens de uitvinding. Met het kettingwiel volgens de uitvinding wordt derhalve gemiddeld genomen een hoger vermogen geproduceerd dan een cirkelvormig kettingwiel en ook een hoger gemiddeld vermogen dan bij het kettingwiel bekend uit de hiervoor genoemde Amerikaanse publicatie. Bovendien is de piekbelasting van de meest blessuregevoelige spieren die optreden bij het kettingwiel volgens de uitvinding is aanzienlijk minder dan bij een cirkelvormig kettingwiel en zijn ook significant minder dan bij het kettingwiel dat bekend is uit het Amerikaanse octrooi.With a sprocket wheel thus designed that is oriented with respect to the crank in the above-defined manner, with a given average crank power supplied per revolution, the peak load in knee extensor muscles (these are the most injury-sensitive muscles when cycling) reduced by 9.2% compared to a circular sprocket that delivers the same average crank power per revolution. Moreover, with a sprocket according to the invention, with the same joint load, that is, when the same joint moments as with a circular sprocket are supplied by a user with the non-circular sprocket, 2.7% more crank power is supplied than with a circular sprocket . In the chain wheel known from the American patent, the peak load of the knee extensor muscles is reduced by a few percent compared to the circular chain wheel than the chain wheel according to the invention. The crank power gain relative to the circular sprocket is also less with the sprocket from the US patent than with the sprocket according to the invention. Therefore, with the sprocket according to the invention, on average, a higher power is produced than a circular sprocket and also a higher average power than with the sprocket known from the aforementioned American publication. Moreover, the peak load of the most injury-prone muscles that occur with the sprocket according to the invention is considerably less than with a circular sprocket and are also significantly less than with the sprocket known from the American patent.

Nadere uitwerkingen zijn beschreven in de volgconclusies en zullen hierna, aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld dat is getoond in de figuren, nader worden verduidelijkt.Further elaborations are described in the subclaims and will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment shown in the figures.

KORTE BESCHRIJVING VAN DE FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Fig. 1 toont een zijaanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding;FIG. 1 shows a side view of an exemplary embodiment according to the invention;

Fig. 2 toont een schematisch zij-aanzicht van een kettingwiel met crank waarin de verschillende zones zijn getoond en de diverse hoeken;FIG. 2 shows a schematic side view of a chain wheel with crank showing the different zones and the various angles;

Fig. 3 toont een grafiek waarin het crankvermogen van een cirkelvormig kettingwiel is getoond alsmede het crankvermogen van een kettingwiel volgens de uitvinding bij gelijke momenten in de gewrichten van de gebruiker; enFIG. 3 shows a graph showing the crank power of a circular sprocket as well as the crank power of a sprocket according to the invention at equal moments in the joints of the user; and

Fig. 4 toont een grafiek waarin de belasting van de heup en de knie bij van een cirkelvormig kettingwiel en van een kettingwiel volgens de uitvinding is uitgezet bij een gehjk totaal geleverd crankvermogen per omwenteling.FIG. 4 shows a graph in which the load on the hip and the knee of a circular sprocket and of a sprocket according to the invention is plotted at a balanced total delivered crank power per revolution.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVINGDETAILED DESCRIPTION

Figuren 1 en 2 tonen een uitvoeringsvoorbeeld van een kettingwiel volgens de uitvinding. Figuur 1 toont een praktisch uitvoeringsvoorbeeld en figuur 2 toont schematisch op welke wijze het kettingwiel 12 is voorzien van verschillende zones en op welke wijze de crank is georiënteerd ten opzichte van deze zones. Het kettingwiel 12, dat aan de omtrek is voorzien van een vertanding, is bestemd voor een cranksamenstel 10 van een fiets, hometrainer, skelter of dergelijk van een cranksamenstel voorzien, door de mens te bekrachtigen inrichting. Het kettingwiel 12 is niet-cirkelvormig en is punt-symmetrisch rond een denkbeeldig centraal punt M. Het kettingwiel 12 is voorzien van bevestigingsmiddelen 14, 16, 18, 20, 22 voor bevestiging van het kettingwiel 12 aan een crank 24 van een cranksamenstel 10. De crank 24 heeft een denkbeeldige cranklijn CA die zich uitstrekt in een langsrichting van de crank 24 en loopt van een rotatieharthjn van de crank 24, waarop tevens het denkbeeldige centrale punt M is gelegen, in de richting van een vrij uiteinde 24a van de crank 24 alwaar een trapper 26 met de crank 24 kan worden verbonden. Het kettingwiel 12 wordt gekenmerkt: • door vier opeenvolgende, verschillende zones, aan te duiden als, gezien in omtreksrichting, opeenvolgend een eerste zone A, een tweede zone B die aansluit op de eerste zone A, een derde zone C die aansluit op de tweede zone B, en een vierde zone D die aansluit op de derde zone C, waarbij de eerste tot en met vierde zones A-D zich uitstrekken over een hoekbereik van 180 graden; • door vier opeenvolgende, verschillende zones, aan te duiden als, gezien in omtreksrichting, opeenvolgend een vijfde zone A’ die aansluit op de vierde zone D, een zesde zone B’ die aansluit op de vijfde zone A, een zevende zone C’ die aansluit op de zesde zone B’ en een achtste zone D’ die met het ene uiteinde aansluit op de zevende zone C’ en met het andere uiteinde op de eerste zone A, waarbij de vijfde tot en met achtste zones A-D’ corresponderen met, respectievelijk de eerste tot en met vierde zones A-D doordat deze vijfde tot en met achtste zones A-D’ puntsymmetrisch zijn ten opzichte van die eerste tot en met vierde zones A-D om het genoemde denkbeeldige centrale punt M; • door dat de derde en zevende zones C en C’ elk worden gevormd door een cirkelsegment met een straal R die de maximale diameter van het kettingwiel 12 bepaalt, waarbij een grote as LA (e. large axis) van het kettingwiel 12 zich van het midden CM van de cirkelsegmentvormige, derde zone C naar het midden C’M van de cirkelsegmentvormige, zevende zone C’ uitstrekt en waarbij het midden van de grote as LA het denkbeeldige centrale punt M is en tevens het middelpunt vormt van de cirkelsegmenten die de derde en de zevende zone C, C’ bepalen, waarbij de derde en de zevende zone C, C’ elk een hoekbereik doorlopen van 42° ± 3°; • door dat de vierde zone D een hoekbereik doorloopt van 19° ± 3° en waarbij de curve van die zone D wordt bepaald door een functie die bekend is als een spiraal van archimedes, waarbij de straaltoename die de vierde zone D doorloopt gezien vanaf de vijfde zone A’ naar de derde zone C 31% bedraagt, zodanig dat de afstand tot het denkbeeldige middelpunt bij de overgang van de vierde zone D naar de vijfde zone A’ 0,76 maal de genoemde straal R is; • door dat de tweede zone B een hoekbereik doorloopt van 79° ± 3° en waarbij de curve van die zone B wordt bepaald door een functie die bekend is als een spiraal van archimedes, waarbij de straaltoename die de tweede zone B doorloopt gezien vanaf de eerste zone A naar de derde zone C 31% bedraagt, zodanig dat afstand tot het denkbeeldige middelpunt bij de overgang van de tweede zone B naar de eerste zone A 0,76 maal de genoemde straal R is, • door dat de eerste zone A een hoekbereik doorloopt van 40° ± 3°, waarbij de eerste zone A wordt gevormd door een rechte lijn, waarbij een kleine as SA (e. small axis) van het kettingwiel 12 wordt gevormd door een loodlijn op de rechte lijn die de zone A bepaalt en die als één eindpunt het denkbeeldige middelpunt M heeft en als ander eindpunt het snijpunt met de rechte lijn heeft, waarbij de kleine as SA een hoek insluit met het deel van de grote as LA dat zich uitstrekt tussen het denkbeeldige middelpunt M en de derde zone C, welke hoek hgt in het bereik van 112° ± 3°; • door dat de bevestigingsmiddelen 14-22 voor het bevestigen van de crank 24 aan het kettingwiel 12 zodanig zijn uitgevoerd dat in althans één bevestigde toestand van het kettingblad 12 op de crank 24 de denkbeeldige crankhartlijn CA een hoek insluit met het deel van de grote as LA dat zich uitstrekt tussen het denkbeeldige middelpunt M en de derde zone C, welke hoek 67° ± 3° bedraagt; en • door dat het deel van de kleine as SA dat zich uitstrekt vanaf het denkbeeldige middelpunt M naar de eerste zone A met de crankhartlijn CA een hoek insluit van 45° ± 3°.Figures 1 and 2 show an exemplary embodiment of a sprocket wheel according to the invention. Figure 1 shows a practical exemplary embodiment and Figure 2 shows schematically how the sprocket 12 is provided with different zones and how the crank is oriented with respect to these zones. The sprocket 12, which is provided with a toothing on its circumference, is intended for a crankset assembly 10 of a bicycle, an exercise bike, a go-kart or the like with a crankset assembly provided with a human-powered device. The sprocket 12 is non-circular and is point-symmetrical about an imaginary central point M. The sprocket 12 is provided with fastening means 14, 16, 18, 20, 22 for attaching the sprocket 12 to a crank 24 of a crank assembly 10. The crank 24 has an imaginary crank line CA extending in a longitudinal direction of the crank 24 and running from a rotation center of the crank 24, on which also the imaginary central point M is located, in the direction of a free end 24a of the crank 24 where a trapper 26 can be connected to the crank 24. The sprocket 12 is characterized by: four consecutive, different zones, indicated as, viewed in circumferential direction, successively a first zone A, a second zone B which connects to the first zone A, a third zone C that connects to the second zone B, and a fourth zone D which connects to the third zone C, wherein the first to fourth zones AD extend over an angle range of 180 degrees; • by designating four consecutive, different zones, as viewed in circumferential direction, successively a fifth zone A 'which connects to the fourth zone D, a sixth zone B' which connects to the fifth zone A, a seventh zone C 'which connects to the sixth zone B 'and an eighth zone D' which connects with one end to the seventh zone C 'and with the other end to the first zone A, the fifth to eighth zones A-D' corresponding to the first to fourth zones AD, respectively, in that said fifth to eighth zones A-D 'are point symmetrical with respect to said first to fourth zones AD about said imaginary central point M; • that the third and seventh zones C and C 'are each formed by a circle segment with a radius R that determines the maximum diameter of the sprocket 12, with a large axis LA (e. Large axis) of the sprocket 12 moving away from the center CM of the circle segment-shaped, third zone C to the center C'M of the circle-segment-shaped, seventh zone C 'and where the center of the major axis LA is the imaginary central point M and also forms the center of the circle segments forming the third and determining the seventh zone C, C ', the third and seventh zones C, C' each passing through an angular range of 42 ° ± 3 °; • that the fourth zone D traverses an angle range of 19 ° ± 3 ° and the curve of that zone D is determined by a function known as an archimedes spiral, where the radius increase that the fourth zone D traverses when viewed from the fifth zone A 'to the third zone C is 31%, such that the distance to the imaginary center point at the transition from the fourth zone D to the fifth zone A' is 0.76 times the said radius R; • that the second zone B traverses an angle range of 79 ° ± 3 ° and where the curve of that zone B is determined by a function known as an archimedes spiral, where the radius increase that the second zone B traverses when viewed from the first zone A to the third zone C is 31%, such that the distance from the imaginary center at the transition from the second zone B to the first zone A is 0.76 times the said radius R, • because the first zone A is a angular range of 40 ° ± 3 °, the first zone A being formed by a straight line, a small axis SA (e. small axis) of the sprocket 12 being formed by a perpendicular to the straight line defining the zone A and which has as one end point the imaginary center point M and as another end point has the intersection with the straight line, the small axis SA enclosing an angle with the part of the large axis LA extending between the imaginary center point M and the third zone C, what how k hgt in the range of 112 ° ± 3 °; • that the fastening means 14-22 for fastening the crank 24 to the sprocket 12 are designed such that in at least one fastened state of the chainring 12 on the crank 24 the imaginary crank axis CA encloses an angle with the part of the large axis LA extending between the imaginary center M and the third zone C, which angle is 67 ° ± 3 °; and by the part of the minor axis SA extending from the imaginary center M to the first zone A with the crank axis CA enclosing an angle of 45 ° ± 3 °.

In een uitvoeringsvorm, waarvan een voorbeeld is getoond in figuur 1, kunnen de bevestigingsmiddelen 14-22 zijn ingericht voor het monteren van het kettingwiel 12 op de crank 24 in ten minste twee verschillende rotatieve posities, zodanig dat het kettingwiel 12, en daarmee ook de zones A-D en A’-D’ daarvan, onder verschillende hoeken ten opzichte van de crankhartlijn CA kan worden bevestigd.In an embodiment, an example of which is shown in Figure 1, the fixing means 14-22 can be adapted to mount the sprocket 12 on the crank 24 in at least two different rotational positions, such that the sprocket 12, and hence also the zones AD and A'-D 'thereof, can be attached at different angles to the crank axis CA.

In een uitvoeringsvorm, waarvan een voorbeeld is getoond in figuur 1, kunnen de ten minste twee verschillende rotatieve posities een hoekverdraaiing van het kettingwiel 12 ten opzichte van de crankhartlijn CA verschaffen van 8°.In an embodiment, an example of which is shown in Figure 1, the at least two different rotational positions can provide an angular rotation of the sprocket 12 relative to the crank axis CA of 8 °.

In een uitvoeringsvorm, waarvan een voorbeeld is getoond in figuur 1, kunnen de bevestigingsmiddelen 14-22 vijf verschillende posities verschaffen. Zoals bekend is de rechter crank van een fiets in het algemeen voorzien van een aantal zich in radiale richting uitstrekkende kettingblad-montagearmen 28, 30, 32, 34, 36. Een conventioneel kettingwiel of kettingblad is in het algemeen voorzien van vijf, met de kettingblad-montagearmen 28, 30, 32, 34, 36 corresponderende montage-openingen. Bij het uitvoeringsvoorbeeld is in plaats hiervan het kettingwiel 12 voorzien van vijf series van elk vijf montageopeningen 14-22, waarbij elke serie van vijf montage-openingen 14-22 is geassocieerd met een daarbij behorende kettingblad-montagearm 28, 30, 32, 34, 36. Naburige montageopeningen 14-22 zijn binnen een serie van vijf montage-openingen, gezien in omtreksrichting, 8° ten opzichte van elkaar versprongen.In an embodiment, an example of which is shown in Figure 1, the fastening means 14-22 can provide five different positions. As is known, the right-hand crank of a bicycle is generally provided with a number of radially extending chainring mounting arms 28, 30, 32, 34, 36. A conventional sprocket or chainring is generally provided with five, with the chainring mounting arms 28, 30, 32, 34, 36 corresponding mounting openings. In the exemplary embodiment, the chain wheel 12 is instead provided with five series of five mounting openings 14-22, each series of five mounting openings 14-22 being associated with an associated chainring mounting arm 28, 30, 32, 34, 36. Neighboring mounting openings 14-22 are offset 8 ° with respect to each other within a series of five mounting openings, viewed in the circumferential direction.

In het in figuur 1 getoonde uitvoeringsvoorbeeld zijn de hoeken tussen de crankhartlijn CA en het deel LAi van grote as LA dat zich tussen het denkbeeldige middelpunt M en de derde zone C uitstrekt, in de verschillende rotatieve posities waarin het kettingwiel 12 op de crank 24 kan worden gemonteerd als volgt gekozen: 67°, 75°, 83°, 91° en 99°.In the exemplary embodiment shown in Figure 1, the angles between the crank center line CA and the large axis LA part LAi extending between the imaginary center point M and the third zone C are in the different rotational positions in which the sprocket 12 can be positioned on the crank 24 are mounted as follows: 67 °, 75 °, 83 °, 91 ° and 99 °.

De uitvinding heeft niet alleen betrekking op een kettingwiel 12 maar tevens op een cranksamenstel 10 dat is voorzien van ten minste één kettingwiel 12 volgens de uitvinding en van een crank 24 die met behulp van de bevestigingsmiddelen 14-22 van het kettingwiel 12 met het kettingwiel 12 is verbonden.The invention relates not only to a sprocket 12 but also to a crank assembly 10 which is provided with at least one sprocket 12 according to the invention and with a crank 24 which with the aid of the fastening means 14-22 of the sprocket 12 with the sprocket 12 is connected.

Verder heeft de uitvinding betrekking op een fiets, een hometrainer, een skelter of een dergelijke of dergelijke, van een cranksamenstel volgens de uitvinding voorzien, door de mens te bekrachtigen inrichting.The invention further relates to a bicycle, an exercise bike, a go-kart or the like or the like, provided with a crankset assembly according to the invention, a device for human activation.

Fig. 3 toont een grafiek waarin het crankvermogen van een cirkelvormig kettingwiel is getoond alsmede het crankvermogen van een kettingwiel volgens de uitvinding bij gelijke momenten in de gewrichten van de gebruiker. Op de horizontale as is de tijd uitgezet, waarbij de tijdsperiode die is weergegeven 0,66 s is, hetgeen correspondeert met één omwenteling wanneer de omwentehngssnelheid van het crankstel 90 rpm (rotaties per minuut) is. Op de verticale as is het crankvermogen weergegeven. De curve 38 toont het verloop van het crankvermogen van het cirkelvormige kettingwiel en de curve 40 het verloop van het crankvermogen van het nietcirkelvormige kettingwiel 12 gedurende één omwenteling. Het gemiddelde crankvermogen dat wordt geleverd bij toepassing van het cirkelvormige kettingwiel is 104 W terwijl het gemiddelde crankvermogen dat wordt geleverd door het niet-cirkelvormige kettingwiel 106,8 W beraagt.FIG. 3 shows a graph showing the crank power of a circular sprocket as well as the crank power of a sprocket according to the invention at equal moments in the joints of the user. On the horizontal axis, the time is plotted, the time period shown being 0.66 s, which corresponds to one revolution when the revolution speed of the crankset is 90 rpm (rotations per minute). The crank capacity is shown on the vertical axis. The curve 38 shows the course of the crank power of the circular sprocket and the curve 40 the course of the crank power of the non-circular sprocket 12 during one revolution. The average crank power supplied when the circular sprocket is used is 104 W while the average crank power supplied by the non-circular sprocket wheel 106.8 W.

Fig. 4 toont een grafiek waarin het vermogen dat dient te worden geleverd door de heup en de knie bij een cirkelvormig kettingwiel en bij een niet-cirkelvormig kettingwiel volgens de uitvinding is uitgezet bij een gehjk totaal geleverd crankvermogen per omwenteling. Op de horizontale as is de tijd uitgezet, waarbij de tijdsperiode die is weergegeven 0,66 s is, hetgeen correspondeert met één omwenteling wanneer de omwentehngssnelheid van het crankstel 90 rpm (rotaties per minuut) is. Op de verticale as is het vermogen uitgezet dat door het kniegewricht en het heupgewricht dient te worden geleverd. Curve 42 toont het verloop van het door de heup te leveren vermogen bij toepassing van een cirkelvormig kettingwiel. Curve 44 toont het verloop van het door de knie te lveren vermogen bij toepassing van een cirkelvormig kettingwiel. Curve 46 toont het verloop van het door de heup te leveren vermogen bij toepassing van een niet-cirkelvormig kettingwiel volgens de uitvinding. Curve 48 toont het verloop van het door de knie te leveren vermogen bij topeassing van een niet-cirkelvormig kettingwiel volgens de uitvinding. Het meest blessure gevoelige gewricht bij fietsen is het kniegewricht. Uit de grafiel blijkt dat het piekvermogen bij het kniegewricht, welk piekvermogen wordt in de getoonde grafiek optreedt na 0,1 s voor het niet-cirkelvormige kettingwiel 90,8% bedraagt van het piekvermogen dat dient te worden geleverd bij een cirkelvormig kettingwiel. De kans op blessures is bij toepassing van het niet-cirkelvormige kettingwiel volgens de uitvinding dus aanzienlijk vermindert terwijl tegelijkertijd het gemiddeld geleverde vermogen is toegenomen ten opzichte van het cirkelvormige tandwiel. Beide genoemde positieve resultaten gelden overigens ook ten opzichte van het kettingwiel dat is beschreven in het eerder genoemde Amerikaanse octrooi.FIG. 4 shows a graph in which the power to be supplied by the hip and the knee with a circular sprocket and with a non-circular sprocket according to the invention is plotted with a balanced total delivered crank power per revolution. On the horizontal axis, the time is plotted, the time period shown being 0.66 s, which corresponds to one revolution when the revolution speed of the crankset is 90 rpm (rotations per minute). The power that is to be supplied by the knee joint and the hip joint is plotted on the vertical axis. Curve 42 shows the curve of the power to be supplied by the hip when a circular sprocket is used. Curve 44 shows the progression of the power to be supported by the knee when a circular sprocket is used. Curve 46 shows the development of the power to be supplied by the hip when a non-circular sprocket according to the invention is used. Curve 48 shows the development of the power to be supplied by the knee in the case of top axle assembly of a non-circular sprocket according to the invention. The most injury-sensitive joint when cycling is the knee joint. The graphile shows that the peak power at the knee joint, which peak power becomes in the graph shown, occurs after 0.1 s for the non-circular sprocket is 90.8% of the peak power to be supplied with a circular sprocket. The risk of injury when applying the non-circular sprocket according to the invention is thus considerably reduced, while at the same time the average power supplied has increased relative to the circular sprocket. Both of the aforementioned positive results also apply to the sprocket described in the aforementioned US patent.

Alhoewel de uitvinding in detail is weergegeven en beschreven onder verwijzing naar de tekening, dienen deze tekening en deze beschrijving slechts te worden beschouwd als voorbeeld. De uitvinding is niet beperkt tot de beschreven uitvoeringsvormen. Kenmerken die worden beschreven in afhankelijke conclusies kunnen met elkaar worden gecombineerd. De verwijzingscijfers in de conclusies en de figuurbeschrijving moeten niet worden uitgelegd als beperkingen van de uitvoeringsvormen tot slechts de in de figuren getoonde voorbeelden maar dienen slechts ter verduidelijking. Verschillende combinaties van uitvoeringsvormen zijn mogelijk.Although the invention has been shown and described in detail with reference to the drawing, this drawing and description should only be considered as an example. The invention is not limited to the described embodiments. Features described in dependent claims can be combined with each other. The reference numerals in the claims and the description of the figures are not to be construed as limitations of the embodiments to only the examples shown in the figures, but merely serve to clarify. Different combinations of embodiments are possible.

Claims

A chain wheel intended for a crankset assembly (10) of a bicycle, exercise bike, go-kart or the like, provided with a crankset assembly for man-energized device, wherein the sprockets (12) are non-circular and point-symmetrical about an imaginary central point (M) and is provided with: • fastening means (14, 16, 18, 20, 22) for fixing the sprocket (12) to a crank (24) of a crank assembly (10), the crank (24) has an imaginary crank line (CA) extending in a longitudinal direction of the crank (24) and running from a center of rotation of the crank (24), on which the imaginary central point (M) is also located, in the direction of a free end (24a) of the crank (24) where a trapper (26) can be connected to the crank (24); characterized by: - designating four consecutive, different zones, as viewed in circumferential direction, successively a first zone A, a second zone B which connects to the first zone A, a third zone C that connects to the second zone B, and a fourth zone D which connects to the third zone C, wherein the first to fourth zones AD extend over an angle range of 180 degrees; and • by designating four consecutive, different zones, as viewed in circumferential direction, successively a fifth zone A 'which connects to the fourth zone D, a sixth zone B' which connects to the fifth zone A, a seventh zone C ' connecting to the sixth zone B 'and an eighth zone D' connecting one end to the seventh zone C 'and the other end to the first zone A, the fifth to eighth zones A-D' corresponding with the first to fourth zones AD, respectively, in that said fifth to eighth zones A'-D 'are point symmetrical with respect to said first to fourth zones AD about said imaginary central point (M); • that the third and seventh zones C and C 'are each formed by a circle segment with a radius R that determines the maximum diameter of the sprocket (12), with a large axis (LA) (e. Large axis) of the sprocket (12) extends from the center (CM) of the circle segment-shaped, third zone C to the center (CM) of the circle-segment-shaped, seventh zone C 'and with the center of the major axis (LA) the imaginary central point (M) and is also the center of the circle segments defining the third and seventh zones C, C ', the third and seventh zones C, C' each passing through an angular range of 42 ° ± 3 °; • through that fourth zone D goes through an angle range of 19 ° ± 3 ° and where the curve of that zone D is determined by a function known as an spiral of archimedes, where the radius increase that the fourth zone D goes through seen from the fifth zone A 'to the third zone C is 31%, such that the distance to the imaginary center point at the transition from the fourth zone D to the fifth zone A' is 0.76 times the said radius R; • that the second zone B traverses an angle range of 79 ° ± 3 ° and where the curve of that zone B is determined by a function known as an archimedes spiral, where the radius increase that the second zone B traverses when viewed from the first zone A to the third zone C is 31%, such that the distance from the imaginary center at the transition from the second zone B to the first zone A is 0.76 times the said radius R, • because the first zone A is a angular range of 40 ° ± 3 °, where the first zone A is formed by a straight line, where a small axis (SA) (e. small axis) of the chain wheel (12) is formed by a perpendicular to the straight line which defines zone A and which has as one end point the imaginary center point (M) and the other end point has the intersection with the straight line, the small axis (SA) enclosing an angle with the part of the large axis (LA) that extends between the imaginary center (M) and the third zone C, which angle is in the range of 112 ° ± 3 °; • that the fastening means (14-22) for fastening the crank (24) to the sprocket (12) are designed such that in at least one fastened state of the chainring (12) on the crank (24) the imaginary crank axis ( CA) includes an angle with the part of the major axis (LA) that extends between the imaginary center (M) and the third zone C, which angle is 67 ° ± 3 °; and • that the portion of the minor axis (SA) extending from the imaginary center (M) to the first zone A with the crank axis (CA) encloses an angle of 45 ° ± 3 °.

The sprocket according to claim 1, wherein the fixing means (14-22) are adapted to mount the sprocket (12) on the crank (24) in at least two different rotational positions, such that the sprocket (12), and thus also the zones AD and A'-D 'thereof, can be attached at different angles to the crank axis (CA).

The sprocket according to claim 2, wherein the at least two different rotational positions provide an angular rotation of the sprocket (12) with respect to the crank axis (CA) of 8 °.

The sprocket according to claim 2 or 3, wherein the fixing means (14-22) provide five different positions.

The sprocket according to claim 4 also comprising the subject matter of claim 3, wherein the angles between the crank axis (CA) and the large axis part (LA) extending between the imaginary center (M) and the third zone (C) , in the various rotational positions in which the sprocket (12) can be mounted on the crank (24) are selected as follows: 67 °, 75 °, 83 °, 91 ° and 99 °.

A crank assembly comprising: • at least one sprocket (12) according to any one of the preceding claims; and • a crank (24) which is connected to the sprocket (12) by means of the fastening means (14-22) of the sprocket (12).

A bicycle provided with a crank assembly (10) according to claim 6.

An exercise bike provided with a crank assembly (10) according to claim 6.

A go-kart provided with a crank assembly (10) according to claim 6.