PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005032538A1 18.01.2007
Titel Tretkurbel-Antriebs-System
Anmelder Merlaku, Kastriot, 80807 München, DE
Erfinder Merlaku, Kastriot, 80807 München, DE
DE-Anmeldedatum 12.07.2005
DE-Aktenzeichen 102005032538
Offenlegungstag 18.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.01.2007
IPC-Hauptklasse B62M 3/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B62M 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B62M 1/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B62M 1/10(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B62M 9/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Tretkurbel-Antrieb für ein Fahrrad, der eine Drehmoment-Verteilung über den Totpunktbereich ermöglicht.
Das Tretkurbel-System ist ähnlich wie die bekannten Systeme gebaut, allerdings wird hier erfindungsgemäß anstatt einer Stahl-Feder ein leicht einstellbares Luftfeder-Element eingebaut, das mit einem Luftventil ausgestattet ist. Hier ist eine Drehscheibe eingebaut, die fest und direkt mit der Tretkurbel gekoppelt ist. Die Drehscheibe ist klein und sie ist in einem Zahnring eingebaut, der mit der Kette verbunden ist. Die Drehscheibe und der Zahnring weisen je eine ringförmige Nut in der Peripherie auf, an der kleine Stahl-Kügelchen eingebaut sind. Die beiden Nuten bilden einen ringförmigen Kanal, in dem die Kugel-Lagerr sich bewegen können. Die Drehscheibe und der Zahnring sind durch ein Luftdruck-Feder-Element verbunden, das an einem Ende mit einem Gelenk-Punkt mit dem Zahnring gekoppelt und mit dem anderen Ende mit der Drehscheibe ebenfalls gelenkartig verbunden ist. Das Element überträgt die Kraft. Bei horizontaler Pedal-Stellung wird die Energie durch eine Verschiebung des Zahnrings und der Drehscheibe auf dem Luftfeder-Element gespeichert. Im Totpunktbereich wird die gespeicherte Energie wiedergegeben.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Tretkurbel-Antrieb für ein Fahrrad, das eine Drehmoment-Verteilung über den Totpunktbereich ermöglicht.

Jeder kennt das Problem: wenn man Fahrrad Bergauf fährt, kann der Radfahrer manchmal nur mit viel Mühe den Pedal-Totpunktbereich überwinden. Das kommt daher, weil die grösste Kraft nur bei horizontaler Position der Pedal-Längsachsen anwendbar ist. Das Problem wurde schon längst erkannt und um ihn zu lösen gibt es sehr viele technische Versuche.

Aus EP 0 546 004 B1 ist bekannt, um eine vorteilhafte Drehmomentverteilung über eine Umdrehung eines Tretkurbelantriebes für ein Fahrrad zu erreichen, das Kettenrad auf einem axialen Lageransatz einer Tretkurbel drehbar zu lagern und über eine Druckfeder an dieser Tretkurbel abzustützen, so dass die Druckfeder beim Abwärtstreten über die dem Kettenrad vorauseilende Tretkurbel gespannt wird und sich im Totpunktbereich des Tretkurbelantriebes unter einer entsprechenden Drehmomentübertragung auf das Kettenrad entspannt. Da mit zunehmender Belastung der Druckfeder auch das von einem Radfahrer aufzubringende, ein Rückdrehen der Tretkurbel im Totpunktbereich verhindernde Stützmoment größer wird, kann es bei der Entspannung der Druckfeder im Totpunktbereich zu einer deutlichen Verzögerung der Tretkurbelbewegung kommen.

Damit sich die Druckfeder zur Kraftübertragung zwischen Tretkurbel und Kettenrad nicht aufgrund eines fehlenden Stützmomentes durch den Radfahrer schlagartig entlasten kann, wird die Entspannung der Kraftübertragungsfeder durch eine Dämpfungsfeder verzögert, so dass ausreichend starke Druckfedern zum Einsatz kommen können, ohne eine Beeinträchtigung des gleichmäßigen Drehantriebes befürchten zu müssen. Nachteilig bei diesen bekannten Tretkurbelantrieben ist allerdings, dass sich durch die zusätzliche Dämpfungsfeder nicht nur der Konstruktionsaufwand vergrößert, sondern auch das Gewicht vermehrt wird.

Aus der FR 2 409 183 A1 ist bekannt, die Tretkurbel über die Tretkurbelwelle zu einem zweiarmigen Hebel zu verlängern, der über zwei einander bezüglich der Tretkurbelwelle diametral gegenüberliegende Zugfedern mit einem auf der Tretkurbelwelle drehbar gelagerten Kettenrad antriebsverbunden ist. Da die Zugfedern die auftretenden Kräfte innerhalb eines zulässigen Drehwinkels zwischen der Tretkurbel und dem Kettenrad nicht aufnehmen können, ist auf dem Kettenrad ein die Tretkurbel umfassender Bügel vorgesehen, der über Einstellschrauben einerseits eine Einstellung der Federvorspannung und anderseits des Drehwinkels erlaubt. Mit dem zusätzlichen Bügel ergibt sich ein vergrößerter Konstruktionsaufwand, der mit einem Zusatzgewicht verbunden ist. Außerdem können wegen der Zugfedern nur vergleichsweise geringe Kräfte für eine gleichmäßigere Drehmomentverteilung über eine Umdrehung des Tretkurbelantriebes gespeichert werden.

Die Anmeldungen DE 34 25 342 A1 und DE 84 87 822 U1 beschreiben eine Tretkurbel, die in zwei Abschnitte gelenkig unterteilt ist, von denen der äußere Abschnitt gegenüber einer Strecklage bezüglich des inneren Abschnitts entgegen der Tretrichtung geneigt verläuft und mittels einer Feder am inneren Tretkurbelabschnitt abgestützt ist, so dass im Bereich der größten Beinkraft der äußere Tretkurbelabschnitt entgegen der Kraft der Abstützfeder in Tretrichtung gegenüber dem inneren Tretkurbelabschnitt verschwenkt wird und eine größere Hebellänge zur Kraftübertragung zur Verfügung steht.

Die Anmeldung FR 2 756 249 A1 beschreibt ein Blattfeder-Gelenk, das zwischen den Tretkurbelabschnitten eingebaut ist.

Bei der FR 878 241 A werden die Abschnitte der Tretkurbel durch einen elastischen Anschlag gesichert.

Die Anmeldung WO 00 56596 löst ein Problem, der bei vorgespannte Abstützfeder auftreten kann, wobei ein Dämpfungsfeder eingebaut wird.

Die Erfindung aus AT 410 533 B, liegt der Aufgabe zugrunde, einen Tretkurbelantrieb für ein Fahrrad der eingangs geschilderten Art mit einfachen konstruktiven Mitteln so auszugestalten, dass die Vorteile einer auf Druck beanspruchbaren Kraftübertragungsfeder zwischen der Tretkurbel und dem auf der Tretkurbel drehbar gelagerten Kettenrad für eine gleichmäßigere Drehmomentverteilung über einen Tretkurbelumlauf ohne Einsatz zusätzlicher Dämpfungsfedern genützt werden kann.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die das Kettenrad tragende Tretkurbel mit einem gegen das Kettenrad vorstehenden Ansatz in eine Ausnehmung des Kettenrades eingreift, die in beiden Umfangsrichtungen Drehanschläge für diese Tretkurbel bildet.

Mehr als 20 Erfindungen von dem gleichen Anmelder lösen die gleiche Aufgabe auf mehr oder weniger ähnlichen Weise.

Bei all diesen Erfindungen, ist die Federkraft konstant. Egal welcher Gang gefahren wird oder welcher Drehmoment erzeugt wird.

Der in den Patentansprüchen 1 bis 19 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Lösung für eine einstellbare Drehmoment-Verteilung über den Totpunktbereich eines Fahrrads zu finden.

Dieses Problem wird mit den in den Patentansprüchen 1 bis 19 aufgeführten Merkmalen gelöst.

Vorteile der Erfindung sind:

  • – die Federkraft ist hier einstellbar,
  • – angenehme „Federkraft-Rückgabe",
  • – keine abrupte Begrenzung der Verschiebung der Tretkurbel gegenüber der Ketten-Zahnring,
  • – Kraft-Einstellung auch während der Fahrt möglich,
  • – sehr gute Kraftübertragung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der 1 bis 4 erläutert. Es zeigen:

1 das neuartiges Federelement,

2 den Einbau an einem Fahrrad,

3 eine Variante mit mehrere Federelemente,

4 die Variante mit eine Steuerung und Funk-Elemente.

Das Tretkurbel-System ist ähnlich wie die bekannten Systeme gebaut, allerdings wird hier erfindungsgemäss anstatt einer Stahl-Feder ein Luftfeder-Element eingebaut, das mit einem Luftventil ausgestattet ist. Auch der Aufbau des Systems ist ein wenig anders als bei bekannten Systeme.

Hier ist eine Drehscheibe 1 eingebaut, die fest und direkt mit der Tretkurbel 2 gekoppelt ist. Die Drehscheibe ist relativ klein und sie ist in einem Zahnring 3 eingebaut, der mit der Kette 4 in Verbindung ist. Die Drehscheibe weist eine ringförmigen Nut 5 (oder eine ringförmige Führungsschiene) in der Peripherie auf, an der kleine Stahl-Kügelchen/Lager 6 eingebaut sind. Der Zahnring weist ebenfalls eine ringförmige Nut auf. Die beiden Nuten bilden einen ringförmigen Kanal 7 in dem die Kugel-Lager sich bewegen können. Die Drehscheibe ist in dem Ring eingebaut und wird durch die Kügelchen in der gleichen Ebene festgehalten. Der verzahnte Ring (Zahnring) ist frei drehbar und ist nicht fest mit der Tretkurbel gekoppelt. Die Drehscheibe und der Zahnring sind durch ein Luftdruck-Feder-Element 8 verbunden. Das Luftfeder-Element 8 wird mit einem Ende 9 an einem Gelenk-Punkt 10 mit dem Zahnring gekoppelt und mit dem anderen Ende 11 mit der Drehscheibe ebenfalls gelenkartig verbunden. Das Element bewirkt, dass die Drehscheibe die Kraft an dem Zahnring überträgt. Die Übertragung wird luftgefedert erfolgen. Bei dem Drehmoment, der in horizontaler Pedal-Stellung am höchsten ist, wird die Energie durch eine Verschiebung des Zahnrings und der Drehscheibe auf dem Luftfeder-Element gespeichert. Im Totpunktbereich 12 wird die gespeicherte Energie wiedergegeben, was eine sehr angenehme Drehmoment-Verteilung ermöglicht. Das Feder-Element besteht aus einem Hohl-Zylinder 13, in dem ein beweglicher Kolben 14 eingebaut ist. Der Zylinder ist an beiden Enden luftdicht verschlossen. Der Kolben teilt ihn in zwei luftdichten Kammern 15, die mit Luft (oder einem Gas) gefüllt sind. Durch die Kolben-Bewegung wird der Luft auf einer Kammer komprimiert und auf der anderen Kammer dekomprimiert. Das führt zu einer Federkraft, die in diesem Fall die Verschiebung der Drehscheibe und der Zahnring sehr angenehm federt. Die Kammer können mit je einem Luftventil 16 ausgestattet werden, durch die die Luft abgelassen oder eingelassen wird. Am besten sind die Elektroventile 17 geeignet, die die Feder-Kraft auch durch eine elektronische Steuerung 18 perfekt regulieren können.

Die Federkraft ist elegant einstellbar, was bei bisherigen Varianten sehr schwer realisierbar ist. Man kann zwar durch Schrauben auch eine Stahl-Feder einstellen lassen, ähnlich wie bei MTB-Feder-Einstellung, ist jedoch aufwändig und mit Schwachpunkten verbunden. Bei bisherigen Varianten, wird die Federkraft beim Erwerb des Fahrrads durch eine Federeinbau, dessen Federkraft auf die Person passend gewählt wird, wobei z.B. drei Federkraft-Stufen verfügbar sind, bestimmt.

Die Federkraft kann bei der Erfindung relativ leicht auch während der Fahrt eingestellt werden. Das kann durch eine Stromleiter- oder Funkverbindung mit einem Elektroventil, der an dem Luft-Druck-Zylinder eingebaut ist, erreicht werden. Das ist auch ein entscheidender Vorteil dieser Erfindung. Während bei den bisherigen Lösungen, keine Federkraft-Änderung während der Fahrt möglich ist, ist hier bei dieser Erfindung das jederzeit möglich und kann sogar automatisch durch die Gangschaltung geregelt werden. Ein eingebauter Drehmoment-Sensor 19 ermöglicht eine Federkraft abhängig von der Trittkraft zu regeln. Der Sensor kann die Daten auf dem Fahrrad-Computer 20 übertragen und sie auf dem Bildschirm/Anzeige sichtbar machen.

Der Federweg hier endet nicht abrupt, wie der Fall bei bisherigen Anmeldungen ist, sondern er wird durch die selbständige Federkraft-Erhöhung angenehm „gepolstert". Je näher die Scheiben- und Ketten-Zahnring-Verschiebung dem Federweg-Ende kommt, desto stärker wird die Federkraft. Die Luft wird immer stärker gepresst, was zu einem weichen Stopp der Verschiebung führt. Es ist in diesem Fall auch kein Bewegungs-Begrenzer zwischen der Drehscheibe und dem Zahnring notwendig. Die Drehscheibe kann voll wie ein Blatt oder einem Rad gebaut werden oder sie kann auch speichenartig gebaut werden. Selbstverständlich sollen harte Materialien verwendet werden, die auch nicht so schnell sich verschleißen. Am besten wären die Titanium-Legierungen geeignet, jedoch wegen des hohen Preises, wahrscheinlich nur in recht teueren Fahrrädern einsetzbar.

1
Drehscheibe
2
Tretkurbel
3
Zahnring
4
Kette
5
Nut
6
Lager
7
ringförmiger Kanal
8
Luftfeder-Element
9
Luftfeder-Element-Ende/Befestigungs-Punkt
10
Gelenk-Punkt
11
das andere Federelement-Ende
12
Totpunktbereich
13
Hohl-Zylinder
14
Kolben
15
Kammer
16
Luftventil
17
Elektroventil
18
Steuerung
19
Drehmoment-Sensor
20
Fahrrad-Computer


Anspruch[de]
Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad,

dadurch gekennzeichnet,

dass es mindestens

– einem Kettenblatt, das ringförmig in Form eines Zahnrings gebaut ist, an dem die Kette angebracht werden kann, das nicht mit der Tretkurbel fest verbunden ist,

– einem kleinerem Drehscheibe, die in dem Ketten-Zahnring eingebaut ist und in dem sie sich drehen kann, die mit den Pedalen/Tretkurbel fest gekoppelt ist,

– eine peripherischen Nut, die an dem Aussen-Rand der Drehscheibe und/oder an den Innen-Rand des Ketten-Zahnrings eingebaut ist, durch die die Drehscheibe mit dem Ketten-Zahnring drehbar gekoppelt ist und durch die sie in dem Ketten-Zahnring auf der gleichen Ebene wie das Ketten-Zahnring bleibt,

– einem Lager-System, das in dem Nut eingebaut ist und das reibungsarme Drehen des Ketten-Zahnrings/Antriebs-Blatts, das wie eine Ring gebaut ist, unabhängig von der scheiben- oder speichenförmigen Rad ermöglicht,

– einem Luft-Feder-Element, das vorzugsweise aus einem Luft-Zylinder oder einem Blasebalg besteht, dessen Enden jeweils an dem Ketten-Zahnring und an dem scheiben- oder speichenförmigen Rad befestigt sind, wobei die Drehbewegung der Tretkurbel gefedert von dem scheiben- oder speichenförmigen Blatt/Rad auf dem Ketten-Zahnring übertragen werden, und dadurch eine mechanische Energie vorübergehend speichert, die im Totpunktbereich für seine Überwindung freigegeben wird, besteht.
Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager-System aus kleinen Kügelchen besteht, die in der Nut oder in dem durch zwei benachbarte ringförmige Nuten gebildeten Ring-Kanal, wobei eine Nut von der Drehscheibe und die andere von dem Zahnring stammen, angebracht sind. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehscheibe aus einem scheibenförmigen oder speichenförmigen Blatt/Rad besteht. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad mit zwei über eine Tretkurbelwelle drehfest mit einander verbundenen Tretkurbeln, mit einem auf einem Lageransatz einer der beiden Tretkurbeln anschlagbegrenzt drehbar gelagerten Kettenrad und mit wenigstens einer in Umfangsrichtung verlaufenden Druckfeder zwischen dieser Tretkurbel und dem ein Widerlager für die Druckfeder tragenden Kettenrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder, die eine mechanischen Energie für die Überwindung des Totpunktbereichs speichert, eine Luftdruck-/Gas-Feder-Element ist, die aus einem Luftdruck-Behälter/Zylinder und einem Kolben besteht, der in dem Luftdruck-Zylinder sich bewegt und in eine Kammer durch die von dem Benutzer angewendete Tretkurbel-Kraft eine Luftdruck-Änderung erzeugt, die als Druckenergie in einem Drehmoment umgewandelt für die Überwindung des Totpunktbereichs freigegeben wird. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfeder-Kraft der Pedal-Kraft beim vorwärts fahren entgegenwirkt und die Kraft speichert, die an dem Totpunktbereich abgegeben wird. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfeder-Element mit einem Luftventil, durch den es mit Luft gefüllt werden kann, ausgestattet ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfeder-Element mit einem Elektroventil, durch den der innere Luftdruck in dem Luftfeder-Element und damit auch die Federkraft-Übertragungs-Moment von den Pedalen auf dem Ketten-Zahnring geregelt werden kann, ausgestattet ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroventil mit einer Steuerung direkt, durch elektrische Leiter und Kontaktschleifen oder berührungslos durch Induktions-Spulen oder per Funk gekoppelt ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung programmierbar ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit mindestens einem Fixier-Element, dass den Ketten-Zahnring und die Scheibe/den Rad, die/der in dem Ketten-Zahnring sich drehen kann, mit einander starr koppelt oder den Rad in dem Ketten-Zahnring starr fixiert, ausgestattet ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixier-Element aus einer Schraube, Keile oder einer Klemme oder einem Zahn besteht. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pedal-Kurbelwelle mit einem Freiläufer, der nur eine vorwärts Drehbewegung erlaubt, ausgestattet ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftventil oder der Elektroventil mit einer Steuerung gekoppelt ist, die nach dem Überwinden des Totpunktbereichs die gepresste Luft aus dem Zylinder abläst. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftventil oder der Elektroventil mit einer Steuerung, die abhängig von dem Gangschaltung, vorzugsweise abhängig von dem Gang-Reihe, die bei Fahrrädern mit mehreren Zahnrad-Blättern durch einen der Ketten-Zahnräder bestimmt wird, gekoppelt ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Ketten-Ring/Kettenblatt, das ringförmig in Form eines Zahnrings gebaut ist, an dem die Kette angebracht werden kann, das nicht mit der Tretkurbel fest verbunden ist, mindestens noch ein zweiter Kettenring mit einem grösseren oder kleineren Durchmesser für höhere oder niedrigere Gangschaltung befestigt ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Drehmoment-Sensor ausgestattet ist, der mit eine Ventil- oder Elektroventil-Steuerung gekoppelt ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment-Sensor an dem Pedal oder an die Tretkurbel eingebaut ist. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem Drehmoment, der Luft-Druck in dem Luftfeder-Element durch Luft-Ablass oder Lufteinlass über einen Ventil / Elektroventil gesteuert wird. Tretkurbel-Antriebs-System für ein Fahrrad nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment-Sensor mit dem Fahrrad-Computer gekoppelt ist und die Drehmoment-Werte dort angezeigt werden.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com