WO2023232567A1 - Tretkurbel, insbesondere fahrradtretkurbel, mit kurbelarmkörper aus einteiliges spritzgus kunststoff - Google Patents

Tretkurbel, insbesondere fahrradtretkurbel, mit kurbelarmkörper aus einteiliges spritzgus kunststoff Download PDF

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WO2023232567A1
WO2023232567A1 PCT/EP2023/063845 EP2023063845W WO2023232567A1 WO 2023232567 A1 WO2023232567 A1 WO 2023232567A1 EP 2023063845 W EP2023063845 W EP 2023063845W WO 2023232567 A1 WO2023232567 A1 WO 2023232567A1
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WO
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crank
pedal
arm body
crank arm
length
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Application number
PCT/EP2023/063845
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Inventor
Andreas Hermey
Michael OTREBOWSKI
Original Assignee
Igus Gmbh
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/0005—Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor using fibre reinforcements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
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    • B29L2031/3091—Bicycles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62K—CYCLES; CYCLE FRAMES; CYCLE STEERING DEVICES; RIDER-OPERATED TERMINAL CONTROLS SPECIALLY ADAPTED FOR CYCLES; CYCLE AXLE SUSPENSIONS; CYCLE SIDE-CARS, FORECARS, OR THE LIKE
    • B62K19/00—Cycle frames
    • B62K19/02—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members
    • B62K19/16—Cycle frames characterised by material or cross-section of frame members the material being wholly or mainly of plastics

Definitions

  • the invention relates to a pedal crank, in particular a bicycle pedal crank, with a crank arm body which is at least predominantly made of plastic.
  • a pedal crank comprises, at a first end, a crank end region with a shaft receptacle for fastening to a crankshaft, in particular a bicycle bottom bracket or the like. , wherein the shaft holder is arranged coaxially to an imaginary crank axis of rotation.
  • the pedal crank has a pedal end region for attaching a pedal to the crank arm body, the pedal being rotatably attached about an imaginary pedal axis of rotation.
  • the pedal end area in particular according to a conventional design, can have an axle holder for a separate pedal axle, or also a pedal axle made in one piece with the crank arm.
  • a generic pedal crank was proposed in patent DE 10 2014 103 701 B3.
  • an elongated hollow core made of a first fiber-reinforced plastic is provided, which has a metal receiving sleeve at each end for receiving the bottom bracket shaft or .
  • the pedal axle carries.
  • the hollow core with the receiving sleeves is wrapped with carbon fiber threads in the axial direction and then encapsulated with a second fiber-reinforced plastic in a plastic injection molding tool.
  • This design allows for a low weight compared to a metal pedal crank.
  • the production is very complex, cost-intensive and the pedal crank can only be recycled to a very limited extent.
  • a first object of the present invention is therefore to propose a pedal crank, in particular a bicycle pedal crank, with a crank arm body which is at least predominantly made of plastic, which can be produced in a simpler, more cost-effective process, in particular using plastic injection molding technology and / or is easier to recycle plastic or can be made from recycled plastic.
  • the object is initially achieved in that the crank arm body is produced as a one-piece injection-molded part made of plastic, in particular of a fiber-reinforced plastic.
  • the crank arm body can be produced in the form of a monolithic body and/or with the same material in a simple one-stage injection molding process.
  • the object is further achieved in that at least one of the two following design measures is implemented, with both being preferably provided in combination, namely: i) a design in which the crank end region is dimensioned such that the shaft receptacle has an inner diameter of at least 25 %, preferably at least 30%, of the crank length of the crank arm body; and/or ii) a design in which the crank arm body along a widening longitudinal section of the body, which has a length of at least 50%, preferably at least 66% of the crank length, has an increasing cross-sectional dimension, in particular increasing overall height, as seen in the direction from the pedal end area to the crank end area / or width perpendicular to the longitudinal extent.
  • the widening longitudinal section can in particular adjoin the crank end region or merge into it.
  • the widening longitudinal section can if necessary. Expand starting from the pedal end area or at a short distance from it relative to the crank length.
  • Particularly preferred is the design of the crank arm body which combines both of the above-mentioned measures in combination, since in this way the comparatively large crank end area is connected to a smaller crank end area in a material-saving manner while achieving good stability values and a long service life.
  • both design measures i) and ii) are claimed independently of one another as being relevant to the invention.
  • the comparatively large diameter of the receptacle in particular a receptacle with a suitable geometry for a positive connection, can e.g. B. can be measured as the inner root diameter of the holder or e.g. B. also as the smallest measurable free diameter of the recording.
  • Large mounting diameters are mechanically advantageous both in the case of a positive connection with the crankshaft and a force-fitting connection with the crankshaft, as well as in a positive and force-fitting connection with the crankshaft.
  • crank arm body which points upwards when the pedal crank is positioned forward
  • underside is defined, which points downwards when the pedal crank is positioned forward.
  • the contour discussed below is shown in particular as a side view along the crank axis of rotation or Pedal rotation axis or in longitudinal section perpendicular to crank axis of rotation or To understand the axis of rotation of the pedal.
  • the contour of the upper side in the widening longitudinal section at least the contour of the upper side, at least in a first crank-side partial section, follows an envelope curve which has an increasing slope towards the crank end region, in particular a constantly increasing slope. It is preferably provided here that in the widening longitudinal section the contour of the upper side and the contour of the underside each follow a corresponding envelope curve, at least in the first crank-side section, which has an increasing gradient towards the crank end region, in particular a constantly increasing gradient.
  • the envelope curve is understood to mean in particular the imaginary generating curve, which corresponds to the contour line.
  • the contour of the top and/or bottom can also extend beyond the first crank-side partial section, i.e. H .
  • a symmetrical design of the crank arm body which can be produced using injection molding technology, is preferred, so that the crank arm body can be used as a common part for both the left crank and the right crank of a bicycle.
  • the contour of the top side is preferably symmetrical to the contour of the bottom side, particularly in a side view along the crank axis of rotation or Pedal rotation axis or in longitudinal section perpendicular to the crank axis of rotation or Pedal rotation axis.
  • the terms top and bottom can be interchanged depending on use on the right or left crank.
  • crank arm body as a whole is designed to be mirror-symmetrical to an imaginary plane through the crank axis of rotation and the pedal axis of rotation, so that an identical part can be used for both cranks.
  • the crank arm body can run essentially in a straight line in a plane perpendicular to it, or, depending on the desired Q factor, it can also curve laterally outwards from the crank end area to the pedal end area.
  • the crank arm body can be designed with a crank length between 150mm and 190mm inclusive, in particular between 170mm and 175mm inclusive.
  • the first design measure i) has the.
  • the shaft receptacle preferably has a mean diameter of at least 37.5 mm, the mean diameter in particular representing the mean value between the inner root circle diameter and the outer tip circle diameter of the shaft receptacle, the mean diameter of the shaft receptacle particularly preferably being at least 50 mm.
  • the average diameter also corresponds to the inner diameter of the receptacle.
  • the shaft holder particularly preferably has an inner diameter, measured for example as the root diameter or free incircle diameter, of at least 37.5 mm.
  • an overall height is considered below as a dimension between the top and bottom, in particular as the outside-outside dimension perpendicular to the longitudinal extent.
  • the overall length is understood in the direction of the longitudinal extension.
  • a (construction) width or (Construction) depth is understood in the direction perpendicular to the plane of the overall length and height.
  • crank arm body has a minimum overall height of at least 40mm, especially at the pedal end area, and a maximum overall height, between the top and bottom, especially at the crank end area, of at least 150% of the smallest overall height.
  • the largest overall height can in particular be the overall height which corresponds to an outer diameter of an annular basic shape of the crank end region.
  • the largest overall height is preferably >70mm up to >90mm, particularly at the crank end area.
  • the overall height of the crank arm body is at least in the crank-side longitudinal section, i.e. H . continuously increases over a length of at least 50%, preferably at least 66%, of the crank length, in particular from the pedal end area to the crank end area.
  • the overall height can increase in particular in a monotonically increasing manner, preferably in a strictly monotonically increasing manner.
  • the expansion or An increase in the overall height can, particularly preferably, be provided from the pedal end area to the crank end area in accordance with an envelope curve with a constantly increasing slope.
  • the envelope curve can be determined in particular using the draw triangle method and then rounded.
  • tension triangle method see MATTHECK, C. ; BETHGE, K.
  • Materials science and materials engineering development, production, testing, properties and applications of technical materials, 2005, 36. Jg. , No . 11, S. 748-749.
  • MATTHECK, C Hidden design laws of nature: optimal shaping without a computer. Germany: Research Center Düsseldorf, 2006; or ACHENBACH, M. , et al. Development of efficient, easy-to-use design principles for technical components modeled on nature. BMBF final report, 2010. The teachings of one or all of these sources will be discussed regarding: the draw triangle method is incorporated herein by reference.
  • At least three or more than three draw triangles are preferably created and the transitions between the long sides of the draw triangles or Adjacent surfaces are preferably rounded using a tangent function or an ellipse function.
  • the crank arm body has a recess, in particular a through opening, in a central longitudinal section between the crank end area and the pedal end area, at least on one side, which extends in the direction of the longitudinal extension and divides the widening longitudinal section into two essentially Strands extending in the longitudinal direction are divided or divided.
  • the recess or Passage opening can in particular be provided at least in the widening longitudinal section or over a predominant portion of it.
  • favorable force ratios can be achieved - for example.
  • With reduced material expenditure it can be achieved that the torque that is generated on the pedal is at least partially transmitted in one strand primarily as a compressive force in the crank end area. This is based on the theory of bar structures in mechanics, in which bars only absorb tension or pressure, and the connections of the bars (nodes) represent friction-free joints.
  • the recess or The strands formed by the breakthrough can be seen as two rods, which form a triangular structure with the larger crank end area. So, depending on the spatial position of the crank, vertical force at the pedal end area can flow from the pedal end area into the crank end area as the imaginary predominant tensile force in the upper strand and as the imaginary predominant compressive force in the lower strand. This is particularly favorable for plastics, because plastics are typically assumed to have a higher compressive strength than the tensile strength, typically around 30% higher.
  • the shape of the recess or The passage opening can be determined in different ways, e.g. B. through computer-aided procedures, such as the so-called approach.
  • Soft kill option see BAUMGARTNER, A. ; HARZHEIM, Lothar ; MATTHECK, Claus. SKO (soft kill option): the biological way to find an optimal structure topology. International Journal of Fatigue, 1992, 14. Jg. , No . 6, p. 387-393.
  • crank arm body When designing the crank arm body, the design principle of increasing the stiffness of hollow bodies through partition walls or be used through bracing.
  • the crank arm body has at least four struts running from the pedal end area to the crank end area, with two outer struts preferably covering the top or Underside form and / or preferably two inner struts the o. g. Recess, in particular Limit passage opening.
  • all struts can follow a curve corresponding to the envelope, i.e. H . a curve that has an increasing slope towards the crank end area, in particular a constantly increasing slope.
  • the struts can therefore limit one of two strands in pairs and effect a significant proportion of the power transmission.
  • the strands can e.g. B. also have a cross-section open on one side and be designed in the manner of a U-beam or C-beam, with both struts each as a flange or Belt and a bridge connecting them.
  • Two struts from the pedal end area to the crank end area preferably run in pairs approximately parallel to one another, with a widening recess or Passage opening between them.
  • Envelope curve is provided so that the contour of the top and/or bottom from the pedal end area to the crank end area follows an envelope curve which is at least in a crank-side section, from e.g. B. about 25%-33% of the crank length, has a steadily increasing gradient and in a middle section that lies between a pedal-side section and a crank-side section, and z. B. measures approximately 25%-33% of the crank length, has a steadily increasing gradient, with the middle section transitioning steadily and smoothly into the crank-side section.
  • the crank-side section and the middle section together preferably extend over a length of at least 50%, in particular at least 66% of the crank length.
  • the remaining pedal-side section also merges steadily and smoothly into the middle section and/or has a steadily increasing slope.
  • the envelope curve which the contour of the top or bottom follows, and/or which the struts are preferably selected at least in a crank-side section so that the crank arm body on this envelope has a length-related expansion of at least 0.15 per unit length along the crank length.
  • the expansion is measured in the direction perpendicular to the longitudinal extension and the axes of rotation or the plane spanned by them, i.e. in the direction of the overall height.
  • an increase in the overall height of approximately 0.3 per unit length is achieved between the top and bottom, i.e. along the longitudinal extent, the overall height near the crank end area becomes at least 0.3mm wider per 1mm.
  • This can apply in particular to the crank-side section of, for example, approximately 25%-33% of the crank length, with a smaller length-related expansion being selected in the middle section of, for example, approximately 25%-33% of the crank length.
  • crank arm body is preferably not manufactured as a solid body, but rather in the form of a profile with a cross-section open on one side.
  • the crank arm body preferably has a side wall and is designed, at least in the area between the crank end area and the pedal end area, as a one-piece hollow profile structure with a cross-section that is open on one side, in particular towards the inside.
  • the side wall can preferably be stiffened by a strut arrangement with a plurality of longitudinal struts which run along the longitudinal extent.
  • transverse ribs can be provided which run transversely and/or obliquely to the longitudinal struts.
  • the longitudinal struts of the hollow profile structure run in Essentially in the longitudinal direction and connect the crank end area and the pedal end area in a force-transmitting manner.
  • the crank end region can be designed as a crank head with a substantially annular basic shape and/or with an outer diameter of at least 50mm, in particular at least 70mm.
  • the crank arm body can be attached to the crank end area around the shaft holder, for example.
  • B. have a solid material ring or an annular strut structure, in particular as a double ring with two ring struts running around the crank axis of rotation at a radial distance and which are stiffened by transverse ribs, the solid material ring or the annular strut structure preferably has a greater overall depth, in the axial direction or the crankshaft axis, as the widening longitudinal section.
  • the shaft receptacle can be designed to be open at least on one side, and in particular as a through opening, which is open and accessible on both sides through the side wall.
  • the shaft receptacle is preferably designed for a form-fitting connection with the crankshaft and can for this purpose in particular be designed with a receptacle with significantly more than four inner surfaces or even one compared to the typical square.
  • the shaft holder can be designed in particular:
  • an internal toothing preferably in the form of a splined toothing, cycloidal toothing or involute toothing;
  • a constant-thickness receptacle i.e. a receptacle with a cross-section similar to a constant-thickness receptacle
  • - or also for a feather key or one-sided flat surface or with D cut are also within the scope of the invention.
  • the shaft holder can be conical, analogous to a splined shaft, or cylindrical and can be locked in a suitable manner to prevent axial loosening, e.g. B. also through an adhesive connection.
  • the shaft holder can also be connected to the crankshaft by force connection.
  • the crank end area around the shaft holder can be designed in the form of a clamping ring with a screw connection or the like.
  • the crank arm body can have an annular or circular disk-shaped solid material area arranged coaxially to the pedal axis.
  • a laterally protruding pedal axle can be made in one piece with this area.
  • the pedal axle is preferably connected to the side wall by a rounded cross-sectional transition running around the pedal axle.
  • the pedal end area or Solid material area form a receptacle for a separate pedal axle, in particular for a positive connection with the pedal axle.
  • the pedal end area can also be designed with an annular strut structure.
  • the crank arm body can be made as a one-piece injection molded part from a fiber-reinforced base plastic.
  • the reinforcing fibers used are in particular with, preferably with a fiber length of 0.05mm to 5mm, particularly preferably 0.1mm to 2.5mm.
  • thermoplastic base plastic made of polyethylene (PE) or polyamide (PA), particularly preferably made of recycled regranulate, is preferably used.
  • PE polyethylene
  • PA polyamide
  • PEEK polyetheretherketone
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PSU polysulfone
  • PEI polyetherimide
  • PTFE polytetrafluoroethene
  • thermoplastic base plastic Particular preference is given to using a recycled and/or easily recyclable plastic, at least for the thermoplastic base plastic. This can also apply to the reinforcing fibers.
  • the proposed design of the crank arm body can ensure that the crank arm body has an elastic vertical deformation of ⁇ 20% of the crank length, in particular ⁇ 10% of the crank length, measured in a horizontal assembly position under a static load of 1500 Nm on the pedal axle on the pedal axle.
  • What is meant here is a test based on the principle of static strength testing on the drive in accordance with standard EN 14776:2005 (Section 4.13.6), whereby when the pedal axle is loaded with 1500 Nm and the crank is unloaded horizontally, the crank arm body has a maximum deformation in such a way that the pedal axle is shifted vertically downwards by a distance of less than 20%, in particular ⁇ 10% of the crank length. This is achieved with a load lasting at least 60 seconds.
  • FIG.1A-1D a crank arm body according to a first exemplary embodiment in a side view from the outside (FIG.1A) with design lines, in a perspective view (FIG.1B) and in a side view from the inside (FIG. IC) and in an enlargement on the right from FIG. Crank End Section IC (FIG. ID) ;
  • FIG.2A-2C a crank arm body according to a second exemplary embodiment in a perspective view (FIG.2A), in a front view from the front (FIG.2B) and in a partial side view from the inside (FIG.2C) of the pedal end area; and
  • FIG.3A-3B as an exemplary spline (also plug-in spline) for the recording of the crank end area, which is only shown purely schematically as cylindrical in FIG.1-2, for a positive connection to a crankshaft, here for example with a cycloid tooth profile (FIG.3A) or an involute tooth profile (FIG.3B).
  • FIGS. 1-2 show a crank arm body 100; 200 for a bicycle pedal crank, which can be produced integrally using injection molding technology as a one-piece injection molded part made of a fiber-reinforced base plastic, e.g. made of PA-66 base polymer with short fibers of 0.1 mm to 2.5 mm, particularly preferably from a recycled PA regranulate.
  • a fiber-reinforced base plastic e.g. made of PA-66 base polymer with short fibers of 0.1 mm to 2.5 mm, particularly preferably from a recycled PA regranulate.
  • the crank arm body 100; 200 has a crank end region 11 at a first end with a shaft receptacle 13 for attaching to a crankshaft (not shown).
  • the shaft holder 13 is arranged coaxially to the imaginary crank axis of rotation Al and is only indicated schematically as cylindrical in FIG. 1-2.
  • Cross sections that are suitable for a positive connection with a profile shaft are preferred, such as those shown in FIG.3A-3B, for example a cycloid tooth profile 313 (FIG.3A) or a Involute tooth profile 314 (FIG. 3B) for the specific shape of the shaft holder 13.
  • Other shapes and/or a frictional connection are also within the scope of the invention.
  • the crank arm body 100; 200 a pedal end region 12 for attaching a pedal (not shown) which can be rotated about an imaginary pedal rotation axis A2 to the crank arm body.
  • the pedal end area 12 can include an axle holder 14 (FIG. 1A-1D) for a separate pedal axle or a pedal axle 24 made in one piece with the crank arm (FIG. 2A-2C), which is then preferably connected to a solid material area 27, which is provided centrally around the pedal axis of rotation is, is connected (FIG.2C).
  • the crank end region 11 is dimensioned such that the shaft receptacle 13 has a relatively large inner diameter, namely an inner diameter DI which is at least 25%, preferably at least 30% of the crank length K of the crank arm body (distance between the axes of rotation Al and A2 is).
  • crank arm body 100; 200 along a widening longitudinal section 15, which adjoins or merges into the crank end region 11, and which has a length of at least 50%, preferably at least 66% of the crank length K, a cross-sectional dimension, in particular overall height, increasing from the pedal end region 12 to the crank end region (11). H perpendicular to the longitudinal extension.
  • the crank length K can be, for example, 175mm, with an inner diameter or base circle diameter or incircle diameter DI, for example, approx. 60mm of the mount 13; 313; 314 and with a minimum height Hmin at the pedal end area 12 of approx. 50mm and a maximum height Hmax at the crank end area 11 or at the transition to this from approx. 90-95mm.
  • the shaft receptacle 13 should have a mean diameter (DM) of at least 37.5mm, with the mean diameter in particular representing the mean value between the inner root circle diameter (DI) and outer tip circle diameter (DA) of the shaft receptacle (see FIG. 3A). .
  • the overall height H increases at least in a crank-side longitudinal section 15-1, but preferably over a crank-side longitudinal section 15-1 and a central longitudinal section 15-2 of approx. 33% of the crank length, from the pedal end area 12 to the crank end area 11 increases steadily, in particular monotonically increasing.
  • a through opening 19 is provided, which extends in the direction of the longitudinal extension and divides the widening longitudinal section 15 into two strands 20A, 20B.
  • the crank arm body has four struts 21A, 21B, 22A, 22B running from the pedal end area to the crank end area, with two outer struts 21A, 22A preferably covering the top 16 and .
  • Form the bottom 17 and two inner struts 21B, 22B limit the through opening 19. All struts 21A, 21B, 22A, 22B are designed to follow an envelope curve, which has an increasing slope towards the crank end area, in particular a constantly increasing slope.
  • the struts 21A, 21B, 22A, 22B are made in one piece with transverse ribs 25 which run transversely and/or obliquely to the longitudinal struts and form a bracing structure which is made in one piece with an outer side wall 23 so that the crank arm body 100; 200 as one piece Hollow profile structure is designed with a cross-section open on one side.
  • An annular strut structure 26 is provided on the crank end region 11 around the shaft receptacle 13. Instead of the solid material area 27, this can also be provided on the pedal end area 12.
  • the crank arm body 100; 200 can maintain an elastic vertical deformation of in particular ⁇ 10% of the crank length when mounted in a horizontal position under a static load of 1500 Nm on the pedal axle. Further details and features can be found in the attached drawings themselves.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tretkurbel umfassend einen Kurbelarmköper (100; 200) der zumindest überwiegend aus Kunststoff hergestellt ist, wobei der Kurbelarmköper an einem ersten Ende einen Kurbelendbereich (11) mit einer Wellenaufnahme (13) zum Befestigen an einer Kurbelwelle aufweist und an einem zweiten Ende einen Pedalendbereich (12) zum Anbringen eines um eine gedachte Pedaldrehachse (A2) drehbaren Pedals am Kurbelarmkörper aufweist. Erfindungsgemäß ist der Kurbelarmköper (100; 200) als einteiliges Spritzgussteil aus Kunststoff hergestellt und der Kurbelendbereich (11) ist so dimensioniert, dass die Wellenaufnahme (13) einen inneren Durchmesser (DI) aufweist der mindestens 25% der Kurbellänge des Kurbelarmköpers beträgt und/oder der Kurbelarmköper (100; 200) weist entlang eines aufweitenden Längsabschnitts (15), welcher an den Kurbelendbereich (11) angrenzt oder in diesen übergeht und welcher eine Länge von mindestens 50% der Kurbellänge (K) hat, eine vom Pedalendbereich (12) zum Kurbelendbereich (11) zunehmende Querschnittsabmessung (H) senkrecht zur Längserstreckung auf.

Description

TRETKURBEL, INSBESONDERE FAHRRADTRETKURBEL, MIT KURBELARMKÖRPER AUS EINTEILIGES SPRITZGUS KUNSTSTOFF
Die Erfindung betri f ft eine Tretkurbel , insbesondere eine Fahrrad-Tretkurbel , mit einem Kurbelarmköper der zumindest überwiegend aus Kunststof f hergestellt ist .
Eine Tretkurbel umfasst an einem ersten Ende einen Kurbelendbereich mit einer Wellenaufnahme zum Befestigen an einer Kurbelwelle , insbesondere eines Fahrrad-Tretlagers oder dgl . , wobei die Wellenaufnahme koaxial zu einer gedachten Kurbeldrehachse angeordnet ist . An einem zweiten Ende hat die Tretkurbel einen Pedalendbereich zum Anbringen eines Pedals am Kurbelarmkörper, wobei das Pedal um eine gedachte Pedaldrehachse drehbar angebracht ist . Hierzu kann der Pedalendbereich, insbesondere nach konventioneller Bauart eine Achsenaufnahme für eine separate Pedalachse , oder auch eine einteilig mit dem Kurbelarm hergestellte Pedalachse aufweisen .
Eine gattungsgemäße Tretkurbel wurde im Patent DE 10 2014 103 701 B3 vorgeschlagen . Hierbei ist ein länglicher Hohlkern aus einem ersten faserverstärkten Kunststof f vorgesehen, welcher an seinen Enden j e eine metallische Aufnahmehülse zur Aufnahme der Tretlagerwelle bzw . der Pedalachse trägt . Der Hohlkern mit den Aufnahmehülsen wird mit Kohlef aserf äden in Axialrichtung umwickelt und danach mit einem zweiten faserverstärkten Kunststof f in Kunststof fspritzguss-Werkzeug umspritzt . Diese Bauweise ermöglicht zwar ein geringes Gewicht gegenüber einer Tretkurbel aus Metall . Die Herstellung ist aber sehr aufwendig, kostenintensiv und die Tretkurbel zudem nur sehr bedingt einem Recycling seiner Bestandteile zuführbar .
Die Lehre aus DE 10 2014 103 701 B3 geht davon aus , dass eine kostengünstige , automatisierbare Herstellung der Tretkurbel vollständig in Kunststof f spritzgusstechnik, aufgrund von unzureichenden Stabilitätswerten nicht erzielbar sei . Problematisch ist bei Fahrrad-Tretkurbeln insbesondere der Übergang von der Tretkurbel auf die Welle , d . h . der Kurbelendbereich . Dieser ist im bestimmungsgemäßen Gebrauch sehr hohen Belastungen und einer hohen Zahl von Lastwechseln unterworfen . Typische Drehmomente liegen im Straßenradsport über l O ONm, beim Anfahren z . T . zu 500Nm, daher kommt es hier bedingt durch starke Belastung und Lastwechsel häufig zu einem Ermüdungsbruch . Zudem muss eine Fahrrad-Tretkurbel auch der statischen Gewichtsbelastung entsprechend eines auf nur einer von beiden Kurbeln stehenden Fahrers standhalten .
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mithin, eine Tretkurbel vorzuschlagen, insbesondere eine Fahrrad- Tretkurbel , mit einem Kurbelarmköper der zumindest überwiegend aus Kunststof f hergestellt ist , der sich in einem einfacheren kostengünstigeren Verfahren, insbesondere in Kunststof f-Spritzgusstechnik herstellen lässt und/oder leichter einem Kunststof f-Recycling zuführbar ist bzw . aus recyceltem Kunststof f herstellbar ist .
Diese Aufgabe wird mit einer Tretkurbel mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst .
Bevorzugte Gestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen .
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe zunächst dadurch gelöst , dass der Kurbelarmköper als einteiliges Spritzgussteil aus Kunststof f , insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststof f , hergestellt ist . Der Kurbelarmköper kann dabei in Art eines monolithischen Körpers und/oder materialeinheitlich in einem einfachen einstufigen Spritzgussverfahren hergestellt werden .
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner dadurch gelöst , dass zumindest eine der beiden nachfolgenden Gestaltungsmaßnahmen wird, wobei vorzugweise beide in Kombination vorgesehen werden, nämlich : i ) eine Gestaltung, bei welcher der Kurbelendbereich so dimensioniert ist , dass die Wellenaufnahme einen inneren Durchmesser aufweist der mindestens 25% , vorzugsweise mindestens 30% der Kurbellänge des Kurbelarmköpers beträgt ; und/ oder ii ) eine Gestaltung, bei welcher der Kurbelarmköper entlang eines aufweitenden Längsabschnitts des Körpers , welcher eine Länge von mindestens 50% , vorzugsweise mindestens 66% der Kurbellänge hat , eine in Richtung vom Pedalendbereich zum Kurbelendbereich gesehen zunehmende Querschnittsabmessung, insbesondere zunehmende Bauhöhe und/oder Baubreite senkrecht zur Längserstreckung aufweist .
Der aufweitende Längsabschnitt kann insbesondere an den Kurbelendbereich angrenzen oder in diesen übergehen . Der aufweitende Längsabschnitt kann ggf . bereits vom Pedalendbereich oder in relativ zur Kurbellänge kurzem Abstand hiervon ausgehend aufweiten . Besonders bevorzugt wird Gestaltung des Kurbelarmköpers , welche beide vorgenannten Maßnahmen in Kombination vereint , da hierdurch der vergleichsweise groß bauende Kurbelendbereich mit einem kleiner bauenden Kurbelendbereich materialsparend unter Erzielung guter Stabilitätswerte und hoher Lebensdauer verbunden wird . Beide Gestaltungsmaßnahmen i ) und ii ) werden j edoch unabhängig voneinander als erfindungserheblich beansprucht .
Durch die erfindungsgemäße Dimensionierung der Wellenaufnahme am Kurbelendbereich können mit einem vergleichsweise einfachen, einteigen Spritzgussteil sehr hohe Drehmomente auf die Kurbelwelle übertragen werden, ohne dass es besonderer metallischer Einsätze und/oder einer besonderen Faserumwicklung um die Endbereiche bzw . Einsätze bedarf , welche im Stand der Technik mehrfach vorgeschlagen wurde . Der vergleichsweise große Durchmesser der Aufnahme , insbesondere einer Aufnahme mit geeigneter Geometrie für eine Formschlussverbindung, kann z . B . als innerer Fußkreis- Durchmesser der Aufnahme gemessen werden oder z . B . auch als kleinster messbarer freier Durchmesser der Aufnahme . Große Aufnahmedurchmesser sind sowohl bei formschlüssiger Verbindung mit der Kurbelwelle als auch kraf tschlüssiger Verbindung mit der Kurbelwelle , als auch bei form- und kraf tschlüssiger Verbindung mit der Kurbelwelle mechanisch vorteilhaft .
Am Kurbelarmköper wird zum Zweck der Erläuterung eine Oberseite definiert , welche bei nach vorn stehender Tretkurbel nach oben weist , und eine Unterseite definiert , welche bei nach vorn stehender Tretkurbel nach unten weist . Nachfolgend erörterte Kontur ist insbesondere als in Seitenansicht entlang der Kurbeldrehachse bzw . Pedaldrehachse bzw . im Längsschnitt senkrecht zur Kurbeldrehachse bzw . Pedaldrehachse betrachtet zu verstehen .
In einer bevorzugten Weiterbildung der zweiten Gestaltungsmaßnahme ii ) oben ist vorgesehen, dass im aufweitenden Längsabschnitt zumindest die Kontur der Oberseite , zumindest in einem ersten kurbelseitigen Teil- Abschnitt , einer Hüllkurve folgt , welche eine zum Kurbelendbereich hin zunehmende Steigung, insbesondere stetig zunehmende Steigung aufweist . Hierbei ist vorzugsweise vorgesehen, dass im aufweitenden Längsabschnitt die Kontur der Oberseite und die Kontur der Unterseite j eweils zumindest im ersten kurbelseitigen Abschnitt , einer entsprechenden Hüllkurve folgen, die eine zum Kurbelendbereich hin zunehmende Steigung, insbesondere stetig zunehmende Steigung aufweist . Als Hüllkurve wird dabei insbesondere die gedachte generierende Kurve verstanden, welche mit der Konturlinie übereinstimmt .
Die Kontur der Oberseite und/oder Unterseite kann auch über den ersten kurbelseitigen Teil-Abschnitt hinaus , d . h . in weiteren dem Pedalendbereich näheren Abschnitten einer entsprechenden Hüllkurve folgen .
Bevorzugt ist eine symmetrische Gestaltung des in Spritzgusstechnik herstellbaren Kurbelarmköper, sodass der Kurbelarmköper als Gleichteil sowohl für die linke Kurbel , als auch die rechte Kurbel eines Fahrrads verwendbar ist . Hierbei ist bevorzugt die Kontur der Oberseite , symmetrisch zur Kontur der Unterseite , insbesondere in Seitenansicht entlang der Kurbeldrehachse bzw . Pedaldrehachse bzw . im Längsschnitt senkrecht zur Kurbeldrehachse bzw . Pedaldrehachse . Insoweit sind die Begri f fe Oberseite und Unterseite j e nach Verwendung an der rechten oder linken Kurbel vertauschbar . In einer bevorzugten Aus führung ist der Kurbelarmköper insgesamt spiegelsymmetrisch zu einer gedachten Ebene durch Kurbeldrehachse und Pedaldrehachse gestaltet , sodass für beide Kurbel ein Gleichteil verwendbar ist . Der Kurbelarmkörper kann in einer Eben senkrecht dazu im wesentlichen geradlinig, oder j e nach gewünschtem Q-Faktor, vom Kurbelendbereich zum Pedalendbereich auch nach seitlich außen gekrümmt verlaufen .
Der Kurbelarmköper kann mit einer Kurbellänge zwischen einschließlich 150mm bis einschließlich 190mm, insbesondere zwischen einschließlich 170mm bis 175mm, ausgeführt sein .
Hinsichtlich der absoluten Abmessungen zur o . g . ersten Gestaltungsmaßnahme i ) hat die . Bevorzugt hat die Wellenaufnahme einen mittleren Durchmesser von mindestens 37 , 5mm, wobei der mittlere Durchmesser insbesondere den Mittelwert zwischen innerem Fußkreis-Durchmesser und äußerem Kopfkreis-Durchmesser der Wellenaufnahme darstellt , wobei der mittlere Durchmesser der Wellenaufnahme besonders bevorzugt mindestens 50mm beträgt . Im Falle einer kreis zylindrischen Aufnahme entspricht der mittlere Durchmesser auch dem inneren Durchmesser der Aufnahme . Besonders bevorzugt hat die Wellenaufnahme einen inneren Durchmesser, etwa gemessen als Fußkreis-Durchmesser oder freier Inkreis-Durchmesser, von zumindest 37 , 5mm .
Zur Erläuterung wird nachfolgend eine Bauhöhe als Abmessung zwischen Oberseite und Unterseite , insbesondere als Abmessung Außen-Außen senkrecht zur Längserstreckung betrachtet . Zur Erläuterung wird vorliegend also die Bauhöhe in Richtung senkrecht zu einer Ebene betrachtet , die durch die Drehachsen und die Längserstreckung (=Richtung der Kurbellänge ) aufgespannt wird . Die Baulänge wird in Richtung der Längserstreckung verstanden . Eine (Bau- ) Breite bzw . (Bau- ) Tiefe wird entsprechend in Richtung senkrecht zur Ebene der Baulänge und Bauhöhe verstanden .
Günstige Stabilitätswerte können mit einem Spritzgussteil erreicht werden, wenn der Kurbelarmköper eine kleinste Bauhöhe , hat von mindestens 40mm insbesondere am Pedalendbereich aufweist und eine größte Bauhöhe , zwischen Oberseite und Unterseite , insbesondere am Kurbelendbereich von mindestens 150% der kleinsten Bauhöhe aufweist . Die größte Bauhöhe kann insbesondere die Bauhöhe sein, welche einem Außendurchmesser einer ringförmigen Grundform des Kurbelendbereichs entspricht . Bevorzugt beträgt die größte Bauhöhe insbesondere > 70mm bis zu > 90mm, insbesondere am Kurbelendbereich .
Günstige Stabilitätswerte können weiter unter Berücksichtigung der vorgenannten Hüllkurve erreichten werden, wenn die Bauhöhe des Kurbelarmköpers zumindest in dem kurbelseitigen Längsabschnitt , d . h . über eine Länge von mindestens 50% , vorzugsweise mindestens 66% , der Kurbellänge , stetig zunimmt , insbesondere vom Pedalendbereich bis zum Kurbelendbereich . Dabei kann die Bauhöhe insbesondere monoton steigend, vorzugsweise streng monoton steigend, zunehmen . Die Aufweitung bzw . Zunahme der Bauhöhe kann, besonders bevorzugt vom Pedalendbereich bis zum Kurbelendbereich entsprechend einer Hüllkurve mit stetig zunehmender Steigung vorgesehen sein .
Die Hüllkurve kann insbesondere nach der Methode der Zugdreiecke bestimmt und anschließend gerundet werden . Zur Zugdreieckmethode sei beispielhaft verwiesen auf MATTHECK, C . ; BETHGE , K . Zur Plausibilität der Methode der Zugdreiecke . Materialwissenschaft und Werkstof f technik : Entwicklung, Fertigung, Prüfung, Eigenschaften und Anwendungen technischer Werkstof fe , 2005 , 36 . Jg . , Nr . 11 , S . 748-749 . ; MATTHECK, C . Verborgene Gestaltgesetze der Natur : Optimal formen ohne Computer . Deutschland : Forschungs zentrum Karlsruhe , 2006 ; oder ACHENBACH, M . , et al . Entwicklung von ef fi zienten, einfach anzuwendenden Konstruktionsprinzipien für technische Bauteile nach dem Vorbild der Natur . BMBF Abschlussbericht , 2010 . Die Lehren einer oder aller dieser Quellen wird bzgl . der Zugdreieckmethode per Verweis hierin einbezogen . Hierbei werden vorzugsweise mindestens drei oder mehr als drei Zugdreiecke angelegt und die Übergänge zwischen den Langseiten der Zugdreiecke bzw . zu angrenzenden Flächen werden dabei vorzugweise mittels einer Tangens funktion oder einer Ellipsenfunktion gerundet . Die Kontur bzw . Hüllkurve kann insbesondere durch den Tangens (x=0 . . . . 1 , 32 ) oder auch eine Achtel-Ellipse angenähert werden .
Zur Gewichtseinsparung bei zugleich günstigem Kraftfluss kann vorgesehen sein, dass der Kurbelarmköper in einem mittleren Längsabschnitt zwischen Kurbelendbereich und Pedalendbereich, mindestens einseitig eine Aussparung, insbesondere eine Durchgangsöf fnung, aufweist , welche in Richtung der Längserstreckung erstreckt ist und den aufweitenden Längsabschnitt in zwei im Wesentlichen in Längsrichtung erstreckte Stränge aufteilt bzw . einteilt .
Die Aussparung bzw . Durchgangsöf fnung kann dabei insbesondere zumindest auch im aufweitenden Längsabschnitt oder über einen überwiegenden Anteil desselben vorgesehen sein . Durch eine näherungsweise oder echte mechanische Aufteilung in zwei Stränge können günstige Kraftverhältnisse erzielt werden - es kann bspw . bei reduziertem Materialaufwand erreicht werden, dass Drehmoment das am Pedal erzeugt wird zumindest anteilig in einem Strang primär als Druckkraft in den Kurbelendbereich übertragen wird . Hierbei sei an die Theorie der Stabtragwerke der Mechanik gedacht , bei welcher Stäbe nur Zug oder Druck aufnehmen, und die Verbindungen der Stäbe (Knoten) reibungs freie Gelenke darstellen . In einer ersten, idealisierten Näherung können im Sinne einer Stabtragwerk-Betrachtung die durch Ausnehmung bzw . Durchbruch gebildeten Stränge als zwei Stäbe gesehen werden, welche mit dem größer dimensionierten Kurbelendbereich sozusagen einen Dreiecksverband bilden . So kann vertikale Kraft am Pedalendbereich, j e nach Raumlage der Kurbel als gedacht überwiegende Zugkraft in dem oberen Strang und als gedacht überwiegende Druckkraft im unteren Strang vom Pedalendbereich in den Kurbelendbereich fließen . Dies ist besonders für Kunststof fe günstig, denn es wird für Kunststof fe ganz typisch eine gegenüber der Zugfestigkeit höhere Druckfestigkeit , typisch von um 30 % höher angenommen .
Die Formgebung der Aussparung bzw . des Durchgangsöf fnung kann auf unterschiedliche Arten bestimmt werden, z . B . durch computergestützte Verfahren, etwa den Ansatz der sog . Soft Kill Option, siehe BAUMGARTNER, A. ; HARZHEIM, Lothar ; MATTHECK, Claus . SKO ( soft kill option) : the biological way to find an optimum structure topology . International Journal of Fatigue , 1992 , 14 . Jg . , Nr . 6 , S . 387-393 .
Bei der Gestaltung des Kurbelarmköper kann das Konstruktionsprinzips der Stei figkeitserhöhung von Hohlkörpern durch Zwischenwände bzw . durch Verstrebung zum Einsatz kommen .
In bevorzugter Gestaltung hat der Kurbelarmköper mindestens vier vom Pedalendbereich zum Kurbelendbereich verlaufende Streben aufweist , wobei vorzugsweise zwei äußere Streben die Oberseite bzw . Unterseite bilden und/oder vorzugsweise zwei innere Streben die o . g . Aussparung, insbesondere Durchgangsöf fnung begrenzen . Hierbei können insbesondere alle Streben einer Kurve entsprechend der Hüllkurve folgen, d . h . einer Kurve die eine zum Kurbelendbereich hin zunehmende Steigung aufweist , insbesondere ein stetig zunehmende Steigung .
Die Streben können somit paarweise einen von zwei Strängen begrenzen und einen wesentlichen Anteil der Kraftübertragung bewirken . Die Stränge können z . B . auch einen einseitig of fenen Querschnitt haben und in Art eines U-Trägers oder C- Trägers ausgeführt sein, mit beiden Streben j eweils als Flansch bzw . Gurt und einem diese verbindenden Steg .
Je zwei Streben vom Pedalendbereich zum Kurbelendbereich verlaufen bevorzugt paarweise näherungsweise parallel zueinander, mit einer aufweitenden Aussparung bzw . Durchgangsöf fnung dazwischen .
In bevorzugter Anwendung der o . g . Hüllkurve ist vorgesehen, dass die Kontur der Oberseite und/oder Unterseite vom Pedalendbereich zum Kurbelendbereich einer Hüllkurve folgt die zumindest in einem kurbelseitigen Abschnitt , von z . B . etwa 25%-33% der Kurbellänge , eine stetig zunehmende Steigung aufweist sowie in einem mittleren Abschnitt , der zwischen einem pedalseitigen Abschnitt und kurbelseitigen Abschnitt liegt , und z . B . etwa 25%-33% der Kurbellänge misst , eine stetig zunehmende Steigung aufweist , wobei der mittlere Abschnitt stetig und glatt in den kurbelseitigen Abschnitt übergeht . Der kurbelseitige Abschnitt und der mittlere Abschnitt erstrecken sich gemeinsam bevorzugt über eine Länge von zumindest 50% , insbesondere zumindest 66% der Kurbellänge .
Vorzugsweise geht auch der verbleibende pedalseitige Abschnitt stetig und glatt in den mittleren Abschnitt über und/oder hat eine stetig zunehmende Steigung.
Die Hüllkurve, welcher die Kontur der Ober- bzw. Unterseite folgt, und oder welche die Streben ist bevorzugt zumindest in einem kurbelseitigen Abschnitt so gewählt, dass der Kurbelarmkörper an dieser Hüllkurve eine längenbezogene Aufweitung von mindestens 0,15 pro Längeneinheit entlang der Kurbellänge aufweist. Die Aufweitung wird dabei in Richtung senkrecht zur Längserstreckung und den Drehachsen bzw. der durch diese auf gespannten Ebene, d.h. in Richtung der Bauhöhe gemessen. Insgesamt wird somit zwischen Ober- und Unterseite eine Aufweitung der Bauhöhe von ca. 0,3 pro Längeneinheit erzielt, d.h. entlang der Längserstreckung wird die Bauhöhe nahe dem Kurbelendbereich pro 1mm mindestens 0,3mm breiter. Dies kann insbesondere für den kurbelseitigen Abschnitt, von z.B. etwa 25%-33% der Kurbellänge gelten, wobei im mittleren Abschnitt von z.B. etwa 25%-33% der Kurbellänge eine geringere längenbezogene Aufweitung gewählt ist.
Zur Gewichtseinsparung wird der Kurbelarmkörper vorzugsweise nicht als Vollkörper hergestellt, sondern in Art eines Profils mit einseitig offenem Querschnitt.
Bevorzugt hat der Kurbelarmkörper eine Seitenwand und ist zumindest im Bereich zwischen Kurbelendbereich und Pedalendbereich als einstückige Hohlprofilstruktur mit einseitig, insbesondere nach seitlich innen, offenem Querschnitt gestaltet. Hierbei kann die Seitenwand vorzugsweise durch eine Verstrebungsanordnung versteift sein mit mehreren Längsstreben, die entlang der Längserstreckung verlaufen. Ergänzend hierzu können Querrippen vorgesehen sein die quer und/oder schräg zu den Längsstreben verlaufen.
Die Längsstreben der Hohlprofilstruktur verlaufen im Wesentlichen in Längsrichtung und verbinden kraftübertragend den Kurbelendbereich und den Pedalendbereich .
Der Kurbelendbereich kann als Kurbelkopf mit im Wesentlichen ringförmiger Grundform und/oder mit einem Außendurchmesser von mindestens 50mm, insbesondere mindestens 70mm, ausgeführt sein .
Der Kurbelarmkörper kann am Kurbelendbereich um die Wellenaufnahme z . B . einen Vollmaterialring oder eine ringförmige Verstrebungsstruktur aufweisen, insbesondere als Doppelring mit zwei mit radialem Abstand ringförmig um die Kurbeldrehachse umlaufenden Ringstreben, welche durch Querrippen verstei ft sind, wobei der Vollmaterialring bzw . die ringförmige Verstrebungsstruktur vorzugweise eine größere Bautiefe hat , in Richtung axial bzw . der Kurbelwellenachse , als der aufweitende Längsabschnitt .
Weiterhin kann im Kurbelendbereich die Wellenaufnahme zumindest einseitig of fen gestaltet sein, und insbesondere als Durchgangsöf fnung, welche durch die Seitenwand beidseitig of fen und zugänglich ist .
Die Wellenaufnahme ist vorzugsweise für eine Formschlussverbindung mit der Kurbelwelle ausgeführt ist und kann hierzu insbesondere mit einer Aufnahme mit gegenüber dem typischen Vierkant deutlich mehr als vier Innenflächen oder auch einer ausgeführt sein . Die Wellenaufnahme kann insbesondere ausgeführt sein :
- mit einer Innen-Verzahnung, vorzugsweise in Art einer Keilwellen-Verzahnung, Zykloiden-Verzahnung oder Evolventen- Verzahnung; oder
- mit einer Polygon-Aufnahme , Stern-Aufnahme oder dgl . ; oder
- mit einer Gleichdick-Aufnahme ( d . h . einer Aufnahme mit einem Querschnitt in Art eines Gleichdicks ) ; - oder auch für eine Pass feder oder einseitige Planfläche bzw . mit D-Cut . Auch andere Formschluss-Verbindungen liegen im Rahmen der Erfindung .
Die Wellenaufnahme kann konisch analog einer Keilwelle oder zylindrisch ausgeführt sein und in geeigneter Weise arretiert werden gegen axiales Lösen, z . B . auch durch eine Klebeverbindung .
Alternativ und/oder ergänzend kann die Wellenaufnahme auch durch Kraftschluss mit der Kurbelwelle verbunden werden . Hierzu kann der Kurbelendbereich um die Wellenaufnahme in Art eines Spannrings mit Verschraubung ausgeführt sein oder dgl .
Am Pedalendbereich kann der Kurbelarmkörper einen zur Pedalachse koaxial angeordneten ring- oder kreisscheibenförmigen Vollmaterialbereich aufweisen . Mit diesem Bereich kann eine seitlich vorstehende Pedalachse einteilig hergestellt sein . Hierbei ist die Pedalachse vorzugsweise durch einen um die Pedalachse umlaufenden gerundeten Querschnittsübergang an die Seitenwand angebunden . Alternativ kann der Pedalendbereich bzw . Vollmaterialbereich eine Aufnahme für eine separate Pedalachse bilden, insbesondere für eine Formschlussverbindung mit der Pedalachse . Der Pedalendbereich kann alternativ zum Vollmaterialbereich auch mit einer ringförmigen Verstrebungsstruktur ausgeführt sein .
Der Kurbelarmkörper kann als einteiliges Spritzgussteil aus einem faserverstärktem Basiskunststof f hergestellt sein . Als Verstärkungs fasern kommen insbesondere mit , bevorzugt mit einer Faserlänge von 0 , 05mm bis 5mm, besonders bevorzugt von 0 , 1mm bis 2 , 5mm zum Einsatz .
Für den in Spritzgusstechnik gefertigten Kurbelarmkörper wird bevorzugt ein thermoplastischer Basiskunststoff aus Polyethylen (PE) oder Polyamid (PA) , besonders bevorzugt aus einem recycelten Regranulat, verwendet. Alternativ bzw. Ergänzend kommen auch Polyetheretherketon (PEEK) , Polyphenylensulfid (PPS) , Polysulfon (PSU) , Polyetherimid (PEI) oder Polytetraf luorethen (PTFE) , oder ggf. auch Mischungen hieraus in Betracht.
Besonders bevorzugt wird zumindest für den thermoplastischen Basiskunststoff ein recycelter und/oder leicht recyclebarer Kunststoff verwendet. Dies kann entsprechend auch für die Verstärkungsfasern gelten.
Nebst einer hinreichenden Stabilität und Festigkeit kann mit der vorgeschlagenen Bauweise des Kurbelarmkörpers erreicht werden, dass der Kurbelarmkörper bei horizontaler Montage- Lage unter statischer Belastung mit 1500Nm an der Pedalachse eine elastische Vertikalverformung von <20% der Kurbellänge, insbesondere < 10% der Kurbellänge, gemessen an der Pedalachse, einhält. Gemeint ist hierbei ein Versuch nach dem Prinzip der statischen Festigkeitsprüfung am Antrieb nach Norm EN 14776:2005 (Kap. 4.13.6) , wobei bei Belastung mit 1500Nm an der Pedalachse und unbelastet horizontaler Kurbel der Kurbelarmkörper eine maximale Verformung dahingehend hat, dass die Pedalachse um eine Strecke von weniger als 20% insbesondere < 10% der Kurbellänge vertikal nach unten verlagert ist. Dies wird bei Belastung von mindestens 60s Dauer erzielt.
Die hierin als vorteilhaft beschriebenen Merkmale sind ggf. als in beliebiger Kombination offenbart zu verstehen.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Wirkungen der Erfindung werden nachfolgend - ohne Beschränkung der Allgemeinheit des vorgenannten - anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen:
FIG.1A-1D: einen Kurbelarmköper gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht von außen (FIG.1A) mit Bemessungslinien, in Perspektivansicht (FIG.1B) und in Seitenansicht von innen (FIG. IC) und in Vergrößerung rechts aus FIG. IC des Kurbelendbereichs (FIG. ID) ;
FIG.2A-2C: einen Kurbelarmköper gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Perspektivansicht (FIG.2A) in Frontansicht von vorne (FIG.2B) und in teilweiser Seitenansicht von innen (FIG.2C) des Pedalendbereichs; und
FIG.3A-3B: als beispielhafte Passverzahnung (auch Steckverzahnung) für die in FIG.1-2 nur rein schematisch als zylindrisch gezeigte Aufnahme des Kurbelendbereichs zur formschlüssigen Verbindung mit einer Kurbelwelle, hier beispielhaft mit einem Zykloidenzahnprofil (FIG.3A) oder einem Evolventenzahnprofil (FIG.3B) .
FIG.1-2 zeigen einen Kurbelarmkörper 100; 200 für eine Fahrrad-Tretkurbel, der integral in Spritzgusstechnik als einteiliges Spritzgussteil aus einem faserverstärktem Basiskunststoff, z.B. aus PA-66 Basispolymer mit Kurzfasern von 0,1mm bis 2,5mm, besonders bevorzugt aus einem recycelten PA-Regranulat werkzeugfallend herstellbar ist.
Der Kurbelarmkörper 100; 200 hat an einem ersten Ende einen Kurbelendbereich 11 mit einer Wellenaufnahme 13 zum Befestigen an einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) . Die Wellenaufnahme 13 ist koaxial zur gedachten Kurbeldrehachse Al angeordnet und in FIG.1-2 nur schematisch als zylindrisch angedeutet. Bevorzugt werden Querschnitte die für eine formschlüssige Verbindung mit einer Profilwelle geeignet sind, wie z.B. in FIG.3A-3B dargestellt z.B. ein Zykloidenzahnprofil 313 (FIG.3A) oder ein Evolventenzahnprofil 314 (FIG.3B) zur konkreten Formgebung der Wellenaufnahme 13. Auch andere Formen und/oder eine Kraftschluss-Verbindung liegen im Rahmen der Erfindung.
An einem zweiten Ende hat der Kurbelarmkörper 100; 200 einen Pedalendbereich 12 zum Anbringen eines um eine gedachte Pedaldrehachse A2 drehbaren Pedals (nicht gezeigt) am Kurbelarmkörper. Der Pedalendbereich 12 kann eine Achsenaufnahme 14 (FIG.1A-1D) für eine separate Pedalachse oder eine einteilig mit dem Kurbelarm hergestellte Pedalachse 24 umfassen (FIG.2A-2C) , welche dann vorzugsweise an einen Vollmaterialbereich 27, der zentrisch um die Pedaldrehachse vorgesehen ist, angebunden ist (FIG.2C) .
Wie FIG.1-2 zeigen ist der Kurbelendbereich 11 so dimensioniert ist, dass die Wellenaufnahme 13 einen relativ grossen Innendurchmesser, nämlich einen inneren Durchmesser DI aufweist der mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30% der Kurbellänge K des Kurbelarmköpers (Abstand zwischen den Drehachsen Al und A2 beträgt) .
Wie FIG.1-2 ferner zeigen hat der Kurbelarmköper 100; 200 entlang eines aufweitenden Längsabschnitts 15, welcher an den Kurbelendbereich 11 angrenzt oder in diesen übergeht, und welcher eine Länge von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 66% der Kurbellänge K hat, eine vom Pedalendbereich 12 zum Kurbelendbereich (11) zunehmende Querschnittsabmessung, insbesondere Bauhöhe H senkrecht zur Längser Streckung .
Im gezeigten Beispiel kann die Kurbellänge K z.B. 175mm betragen, mit einem inneren Durchmesser bzw. Fußkreis- Durchmesser bzw. Inkreis-Durchmesser DI z.B. ca. 60mm der Aufnahme 13; 313; 314 und mit minimaler Bauhöhe Hmin am Pedalendbereich 12 von ca. 50mm und maximaler Bauhöhe Hmax am Kurbelendbereich 11 bzw . am Übergang zu diesem von ca . 90- 95mm . Die Wellenaufnahme 13 sollte einen mittleren Durchmesser ( DM) von mindestens 37 , 5mm haben, wobei der mittlere Durchmesser insbesondere den Mittelwert zwischen innerem Fußkreis-Durchmesser ( DI ) und äußerem Kopfkreis- Durchmesser ( DA) der Wellenaufnahme darstellt (vgl . FIG . 3A) .
Wie in FIG . 1-2 zu erkennen, nimmt die Bauhöhe H zumindest in einem kurbelseitigen Längsabschnitt 15- 1 , bevorzugt j edoch über einen kurbelseitigen Längsabschnitt 15- 1 und einen mittleren Längsabschnitt 15-2 von j e ca . 33% der Kurbellänge , vom Pedalendbereich 12 bis zum Kurbelendbereich 11 stetig zu, insbesondere monoton steigend .
Zumindest im mittleren Längsabschnitt 15-2 zwischen Kurbelendbereich 11 und Pedalendbereich 12 , bevorzugt über nahezu den gesamten aufweitenden Längsabschnitt 15 , ist eine Durchgangsöf fnung 19 vorgesehen, welche in Richtung der Längserstreckung erstreckt ist und den aufweitenden Längsabschnitt 15 in zwei Stränge 20A, 20B einteilt .
Der Kurbelarmköper hat vier vom Pedalendbereich zum Kurbelendbereich verlaufende Streben 21A, 21B, 22A, 22B aufweist , wobei vorzugsweise zwei äußere Streben 21A, 22A die Oberseite 16 bzw . Unterseite 17 bilden und zwei innere Streben 21B, 22B die Durchgangsöf fnung 19 begrenzen . Alle Streben 21A, 21B, 22A, 22B sind einer Hüllkurve folgend gestaltet , die eine zum Kurbelendbereich hin zunehmende Steigung, insbesondere stetig zunehmende Steigung aufweist .
Die Streben 21A, 21B, 22A, 22B sind einteilig mit Querrippen 25 hergestellt , die quer und/oder schräg zu den Längsstreben verlaufen und eine Verstrebungsstruktur bilden, die einteilig mit einer äußeren Seitenwand 23 hergestellt ist , sodass der Kurbelarmkörper 100 ; 200 als einstückiges Hohlprofilstruktur mit einseitig of fenem Querschnitt ausgeführt ist . Am Kurbelendbereich 11 um die Wellenaufnahme 13 ist eine ringförmige Verstrebungsstruktur 26 vorgesehen . Anstelle des Vollmaterialbereichs 27 kann eine solche auch am Pedalendbereich 12 vorgesehen sein .
Der Kurbelarmkörper 100 ; 200 kann bei hori zontaler Montage- Lage unter statischer Belastung mit 1500Nm an der Pedalachse eine elastische Vertikalverformung von insbesondere <10% der Kurbellänge einhalten . Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen selbst .
Bezugszeichenliste
100 , 200 Kurbelarmköper
11 Kurbelendbereich
12 Pedalendbereich
13 Wellenaufnahme
14 Achsenaufnahme
15 aufweitender Längsabschnitt
15- 1 kurbelseitiger Längsabschnitt
15-2 mittlerer Längsabschnitt
15-3 pedalseitiger Längsabschnitt
16 Oberseite
17 Unterseite
19 Aussparung
21 , 22 Strang
21A, 22A äußere Längsstrebe
21B, 22B innere Längsstrebe
23 Seitenwand
24 Pedalachse
25 Querrippen
26 ringförmige Verstrebungsstruktur
27 Vollmaterialbereich ( Pedalendbereich)
Al Kurbeldrehachse
A2 Pedaldrehache
DI innerer Durchmesser Wellenaufnahme
DA äußerer Durchmesser Wellenaufnahme
H Bauhöhe
Hmin kleinste Bauhöhe
Hmax größte Bauhöhe
K Kurbellänge
L Baulänge

Claims

Ansprüche Tretkurbel, insbesondere Fahrrad-Tretkurbel, umfassend einen Kurbelarmköper (100; 200) der zumindest überwiegend aus Kunststoff hergestellt ist, wobei der Kurbelarmköper
- an einem ersten Ende einen Kurbelendbereich (11) mit einer Wellenaufnahme (13) zum Befestigen an einer Kurbelwelle aufweist, wobei die Wellenaufnahme koaxial zu einer gedachten Kurbeldrehachse (Al) angeordnet ist, und
- an einem zweiten Ende einen Pedalendbereich (12) zum Anbringen eines um eine gedachte Pedaldrehachse (A2) drehbaren Pedals am Kurbelarmkörper aufweist, wobei der Pedalendbereich insbesondere eine Achsenaufnahme (14) für eine separate Pedalachse oder eine einteilig mit dem Kurbelarm hergestellte Pedalachse (24) umfasst; wobei der Kurbelarmköper (100; 200) eine Längserstreckung hat und eine Kurbellänge (K) definiert die einem Achsabstand zwischen Kurbeldrehachse (Al) und Pedaldrehachse (A2) entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmköper (100; 200) als einteiliges Spritzgussteil aus Kunststoff, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff, hergestellt ist; und dass
- der Kurbelendbereich (11) so dimensioniert ist, dass die Wellenaufnahme (13) einen inneren Durchmesser (DI) aufweist der mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 30% der Kurbellänge des Kurbelarmköpers beträgt, und/oder
- der Kurbelarmköper (100; 200) entlang eines aufweitenden Längsabschnitts (15) , welcher an den Kurbelendbereich (11) angrenzt oder in diesen übergeht und welcher eine Länge von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 66% der Kurbellänge (K) hat, eine vom Pedalendbereich (12) zum Kurbelendbereich (11) zunehmende Querschnittsabmessung (H) senkrecht zur Längserstreckung aufweist. Tretkurbel nach Anspruch 1, wobei der Kurbelarmköper (100; 200) eine Oberseite (16) , welche bei nach vorn stehender Tretkurbel nach oben weist, und eine Unterseite (17) hat, welche bei nach vorn stehender Tretkurbel nach unten weist, dadurch gekennzeichnet, dass im aufweitenden Längsabschnitt (15) zumindest die Kontur der Oberseite (16) , zumindest in einem ersten kurbelseitigen Abschnitt (15-1) , einer Hüllkurve folgt die eine zum Kurbelendbereich (11) hin zunehmende Steigung, insbesondere stetig zunehmende Steigung aufweist, wobei vorzugsweise im aufweitenden Längsabschnitt (15) die Kontur der Oberseite (16) und die Kontur der Unterseite (17) jeweils zumindest im ersten kurbelseitigen (15-1) Abschnitt, einer Hüllkurve folgen, die eine zum Kurbelendbereich (11) hin zunehmende Steigung, insbesondere stetig zunehmende Steigung aufweist. Tretkurbel nach Anspruch 1 oder 2, - wobei die Kontur der Oberseite (16) symmetrisch ist zur Kontur der Unterseite (17) ; und/oder
- wobei der Kurbelarmköper (100; 200) insgesamt spiegelsymmetrisch zu einer gedachten Ebene durch Kurbeldrehachse (Al) und Pedaldrehachse (A2) gestaltet ist . Tretkurbel nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Kurbelarmköper (100; 200) mit einer Kurbellänge (K) zwischen einschließlich 150mm bis einschließlich 190mm, insbesondere zwischen einschließlich 170mm bis 175mm, ausgeführt ist und dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenaufnahme einen mittleren Durchmesser (DM) von mindestens 37,5mm, wobei der mittlere Durchmesser insbesondere den Mittelwert zwischen innerem Fußkreis- Durchmesser (DI) und äußerem Kopfkreis-Durchmesser (DA) der Wellenaufnahme darstellt, wobei der mittlere Durchmesser (DM) der Wellenaufnahme besonders bevorzugt mindestens 50mm beträgt. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf eine Bauhöhe (H) des Kurbelarmköpers (100; 200) zwischen Oberseite und Unterseite des Kurbel armkörpers
- der Kurbelarmköper eine kleinste Bauhöhe (Hmin) von mindestens 40mm, insbesondere am Pedalendbereich, hat und eine größte Bauhöhe (Hmax) , insbesondere am Kurbelendbereich (11) , von mindestens 150% der kleinsten Bauhöhe aufweist, wobei die größte Bauhöhe (Hmax) insbesondere > 70mm beträgt; und/oder
- die Bauhöhe (H) zumindest in dem kurbelseitigen Längsabschnitt (15-1) von mindestens 50%, vorzugsweise mindestens 66%, der Kurbellänge (K) , insbesondere vom Pedalendbereich (12) bis zum Kurbelendbereich (11) , stetig zunimmt, insbesondere monoton steigend zunimmt, besonders bevorzugt vom Pedalendbereich (12) bis zum Kurbelendbereich (11) entsprechend einer Hüllkurve mit stetig zunehmender Steigung. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmköper (100; 200) in einem mittleren Längsabschnitt (15-2) zwischen Kurbelendbereich und Pedalendbereich, insbesondere im aufweitenden Längsabschnitt (15) , mindestens einseitig eine Aussparung (19) , insbesondere eine Durchgangsöffnung, aufweist, welche in Richtung der Längserstreckung erstreckt ist und den aufweitenden Längsabschnitt (15) in zwei Stränge (20A, 20B) einteilt. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmköper mindestens vier vom Pedalendbereich zum Kurbelendbereich verlaufende Streben (21A, 21B, 22A, 22B) aufweist, wobei vorzugsweise zwei äußere Streben (21A, 22A) die Oberseite bzw. Unterseite bilden und/oder vorzugsweise zwei innere Streben (21B, 22B) eine Aussparung, insbesondere Durchgangsöffnung (19) begrenzen, wobei insbesondere alle Streben (21A, 21B, 22A, 22B) einer Hüllkurve folgen die eine zum Kurbelendbereich hin zunehmende Steigung, insbesondere stetig zunehmende Steigung aufweist. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Oberseite (16) und/oder Unterseite (17) vom Pedalendbereich (12) zum Kurbelendbereich (11) einer Hüllkurve folgt die zumindest in einem kurbelseitigen Abschnitt (15-1) eine stetig zunehmende Steigung aufweist sowie in einem mittleren Abschnitt (15-2) , der zwischen einem pedalseitigen Abschnitt und kurbelseitigen Abschnitt liegt eine stetig zunehmende Steigung aufweist, wobei der mittlere Abschnitt stetig und glatt in den kurbelseitigen Abschnitt übergeht und wobei kurbelseitiger Abschnitt und mittlerer Abschnitt sich gemeinsam über eine Länge von zumindest 50%, insbesondere zumindest 66% der Kurbellänge (K) erstrecken . Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllkurve zumindest in einem kurbelseitigen Abschnitt so gewählt ist, dass der Kurbelarmkörper (100; 200) eine längenbezogene Aufweitung von mindestens 0,15 pro Längeneinheit entlang der Kurbellänge aufweist. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmkörper (100; 200) eine Seitenwand (23) aufweist und zumindest im Bereich zwischen Kurbelendbereich und Pedalendbereich als einstückige Hohlprofilstruktur mit einseitig, insbesondere seitlich innen, offenem Querschnitt gestaltet ist, wobei die Seitenwand durch eine Verstrebungsstruktur (21A, 21B, 22A, 22B; 25) versteift ist mit Längsstreben (21A, 21B, 22A, 22B) , die entlang der Längserstreckung verlaufen, und mit Querrippen (25) die quer und/oder schräg zu den Längsstreben verlaufen. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass
- der Kurbelendbereich (11) als Kurbelkopf mit im Wesentlichen ringförmiger Grundform und/oder mit einem Außendurchmesser von mindestens 50mm, insbesondere mindestens 70mm, ausgeführt ist; und/oder
- der Kurbelarmkörper am Kurbelendbereich (11) um die Wellenaufnahme eine ringförmige Verstrebungsstruktur
(26) aufweist und vorzugweise eine größere Bautiefe hat als der aufweitende Längsabschnitt ; und/oder
- die Wellenaufnahme (13) zumindest einseitig offen, insbesondere als Durchgangsöffnung, ausgeführt ist. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellenaufnahme (13) für eine Formschlussverbindung mit der Kurbelwelle ausgeführt ist und hierzu insbesondere
- mit einer Innen-Verzahnung, vorzugsweise in Art einer Keilwellen-Verzahnung, Zykloiden-Verzahnung (FIG.3A) oder Evolventen-Verzahnung (FIG.3B) ausgeführt ist; oder
- mit einer Polygon-Aufnahme, Stern-Aufnahme oder dgl . ausgeführt ist; oder
- mit einer Gleichdick-Aufnahme ausgeführt ist. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmkörper im Pedalendbereich (12) einen zur Pedalachse (A2) koaxial angeordneten ring- oder kreisscheibenförmigen Vollmaterialbereich (27) aufweist, mit welchem eine seitlich vorstehende Pedalachse (24) einteilig hergestellt ist, oder welcher eine Aufnahme für eine separate Pedalachse bildet, insbesondere für eine Formschlussverbindung mit der Pedalachse. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmkörper (100; 200) als einteiliges Spritzgussteil aus einem faserverstärktem Basiskunststoff, insbesondere mit Kurzfasern, bevorzugt mit einer Faserlänge von 0,05mm bis 5mm, besonders bevorzugt von 0,1mm bis 2,5mm eingesetzt werden, insbesondere mit einem thermoplastischen Basiskunststoff aus Polyethylen (PE) oder Polyamid (PA) , besonders bevorzugt aus einem recycelten Regranulat. Tretkurbel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurbelarmkörper (100; 200) bei horizontaler Montage-Lage unter statischer Belastung mit 1500Nm an der Pedalachse eine elastische
Vertikalverformung von <20% der Kurbellänge, insbesondere <10% der Kurbellänge einhält.
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