DE4342679A1 - Tretkurbelantrieb mit einem Drehwinkel von 360 Grad sowie periodisch veränderlichen Hebelarmlängen für durch Muskelkraft angetriebene Fahrräder und Fahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tretkurbelantrieb mit einem Drehwinkel von 360 Grad sowie periodisch veränderlichen Hebelarmlängen für durch Muskelkraft angetriebene Fahrräder und Fahrzeuge.

Herkömmliche Fahrradantriebe haben die Aufgabe, die Muskel­ kraft des Menschen in Bewegungsenergie umzuwandeln, wobei die Antriebe den Bewegungsmöglichkeiten und der Muskela­ tur des Menschen nach den jeweiligen Erkenntnisstand angepaßt wurden sind. Die bisher bekannten und weit verbreiteten Antriebe sind Tretkurbelantriebe, welche ein Drehwinkel von 360 Grad und Tretkurbeln mit bedingt genormten Baulängen besitzen. Diese Antriebe bestehen im wesentlichen aus einem dem Fahrzeugrahmen fest zugeord­ netem Gehäuse, in welchem eine Tretlagerwelle mit beid­ seitig angeordneten Tretkurbeln drehbar lagert. Die Tret­ kurbeln sind mit Pedale versehen, wobei eine zusätzlich ein Kettenrad fest aufnimmt. Die Muskelkraft des Menschen wird vom Fuß auf die Pedale übertragen und setzt sich über die Tretkurbeln, welche in Drehbewegung geraten, in Bewe­ gungsenergie um. Das erzeugte Drehmoment wird per Ketten­ trieb, Riementrieb oder auch Wellentrieb letztlich auf die Nabe des Antriebsrades übertragen. Der Grundaufbau dieses Antriebes hat sich bewährt und wird seit über 100 Jahren beibehalten.

Bekannt sind auch Tretkurbelantriebe, welche anstatt eines kreisrunden Kettenrades ein ovales bzw. ein oval-ähnliches Kettenrad fest aufnehmen. Diese Kettenradform, welche auch unter den Namen: "Biopace, Cycloid, Oval Tech, Bio-Strong, Biorythm, XCD" und weitere Bezeichnungen bekannt ist, macht die Beinmuskulatur des menschlichen Körpers dann am besten nutzbar, wenn sie bei der Drehbewegung des Tretens am stärksten ist und die Muskeln entlastet. Die Tret­ kurbeln haben zur Ovalität des Kettenrades eine bestimmte Stellung, so daß eine vorteilhafte Hebelwirkung entsteht.

Der Vorteil der oval-ähnlichen Kettenradform liegt in der Entlastung der Muskeln, so daß die Muskeln weniger schnell ermüden und somit langanhaltende Berganstiege leichter befahren werden können.

Nachteilig ist, daß beim Fahren in der Ebene für den Menschen unangenehme Bewegungsabläufe stattfinden und deshalb neben dem ovalen Kettenrad auch noch kreisrunde Kettenräder angeordnet werden müssen. Diese Entwicklung ist deshalb und wegen der geringen vorteilhaften Wirkungen auch umstritten.

Bekannt sind weiterhin Neuentwicklungen, welche die gestalterische Vielfalt des Tretkurbelantriebes wieder­ spiegeln. Diese Entwicklungen haben aber keine nennens­ werte Auswirkung auf eine verbesserte Muskelkraftaus­ nutzung und mögliche Kräfteumwandlung in ein erhöhtes nutzbares Drehmoment.

Dem Stand der Technik bei Tretkurbelantrieben mit einem Drehwinkel von 360 Grad haftet nachteilig an, daß nur beim Niedertreten der Tretkurbeln ein kleiner ca. 150 Grad großer Drehwinkel die Erzeugung eines brauchbaren Dreh­ momentes zuläßt. Dies bedingt die Tretkurbelrückführung zum oberen Totpunkt mit einem Drehwinkel von 180 Grad, sowie die Erkenntnis, daß der obere und untere Totpunkt­ bereich keine nennenswerten Kräfteumwandlungen zuläßt. Die Folge ist ein bewegungsintensives und damit auch ein energieverlustreiches Fahrverhalten des Fahrzeugführers, welches besonders bei Bergfahrten zum Ausdruck kommt. Einer wünschenswerten Verbesserung der Ausnutzung von Muskelenergie stehen bedingte Verhältnisgrößen von Fahrer und Fahrzeug entgegen.

Untrennbare Verhältnisgrößen sind u. a.: die Sitzposition des Fahrers und somit die Konstruktionsposition des Sattels, des Lenkers, der Laufräder, des Tretlagers ein­ schließlich der Tretkurbelbaulängen.

Einen besonders nachteiligen Stellenwert nehmen die bedingt genormten Tretkurbelbaulängen ein. Da die Bein­ länge des Fahrers den Tretradius und somit die Tretkurbel­ länge genauestens definiert, kann mit einem herkömmlichen Tretkurbelantrieb nur die bereits bekannte Drehmomentgröße erzeugt werden. Ein bedeutender Anteil der angebotenen Muskelkraft kann durch die bedingte Tretkurbelbaulängen­ begrenzung und der daraus resultierenden uneffektiven Hebelwirkungen während des Niedertretens der Tretkurbeln nicht in Bewegungsenergie umgewandelt werden. Die zusätz­ lich spontan wirkende Muskelkraft bewirkt eine vorzeitige Ermüdung der Muskeln. (Fachbuch: Fahrrad-Technik 1992 Bielefelder Verlagsanstalt KG).

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Ausschaltung der Nach­ teile des Standes der Technik einen Tretkurbelantrieb mit einem Drehwinkel von 360 Grad sowie periodisch veränder­ lichen Tretkurbellängen für durch Muskelkraft angetriebene Fahrräder und Fahrzeuge zu schaffen. Unter Beibehaltung bedingt erforderlicher Tretradien soll im effektiven Drehwinkelbereich der Tretkurbeln ein zusätzlicher Hebel wirksam werden, so daß eine erhebliche Entlastung der Muskeln stattfindet, oder durch den beabsichtigten Muskel­ krafteinsatz ein bedeutend größeres Drehmoment erzeugt wird. Der erfinderische Tretantrieb soll sich in den aktuellen Fahrradkonstruktionen integrieren lassen und nachwievor eine einwandfreie Führung des Fahrrades gewähr­ leisten.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, indem das Tretlagerge­ häuse mittels Gewinde beidseitig einen Lagerkörper fest aufnimmt, welche mittels Konuskugellager die Tretlager­ welle mit den wie herkömmlich fest angeordneten Tret­ kurbeln drehbar lagern. Beide Lagerkörper sind zugleich Träger eines fest angeordneten Ritzels. Diese Ritzel sind mittels einer kurzen Steuerkette mit jeweils einem weiteren gleichgroßen Ritzel verbunden, welche am Ende der Tretkurbeln auf einem drehbar gelagerten Achskörper fest angeordnet sind. Die Achskörper nehmen somit die Position der Pedale ein und sind zugleich fester Bestandteil einer Tretkurbelverlängerung an deren Enden jeweils die Pedale wie herkömmlich angeordnet werden. Die Antriebsseite des Tretkurbelantriebes ist dadurch charakterisiert, daß das Kettenrad bzw. die Kettenradgarnitur nicht unmittelbar mit der Tretkurbel, sondern fest auf einen drehbar gela­ gerten Kettenradträger angeordnet ist. Während kettenrad­ seitig der zugeordnete Lagerkörper innen die Tretlager­ welle lagert, lagert derselbe außen den Kettenradträger, welcher mittels Kupplungshülsen und Gewindeschrauben fest mit der Tretkurbel verbunden wird.

Die Funktion der Lösung ist dadurch charakterisiert, daß das Tretlagergehäuse fest am Fahrzeugrahmen, die Lager­ körper fest positioniert im Tretlagergehäuse und je ein gleichgroßes Ritzel fest auf beide Lagerkörper angeordnet ist. Die beidseitig aufgelegte Steuerkette hält somit die am Ende der Tretkurbeln drehbar gelagerten Ritzel in Ruhe­ stellung. Da die Ritzel über den Achskörper mit der Tret­ kurbelverlängerung fest verbunden sind, werden auch die Tretkurbelverlängerungen dauerhaft in gewünschte ausge­ richtete Positionen festgehalten. Die einmalig gewählte Positionsstellung der Tretkurbelverlängerungen zur senk­ rechten Antriebstretrichtung ist von den gewünschten Hebelwirkungen abhängig und wird durch die aufgelegte Steuerkette auch während des Niedertretens der Tretkurbeln beibehalten.

Beim Niedertreten der Tretkurbeln werden demzufolge die Steuerketten nur um die Ritzelpaare herumgeführt, so daß keine Antriebsübertragungen mittels der Steuerketten stattfinden. Während in Tretrichtung der Tretkurbeln die Glieder der Steuerketten auf die dem Tretlager zugeord­ neten Ritzel aufgelegt werden, wird die gleiche Anzahl Kettenglieder von den Ritzel der Tretkurbelverlängerungs­ anordnungen abgelegt. Diese Steuervorgänge laufen bei beiden Tretkurbelanordnungen analog und parallel ab. Nur die wirksame Hebelarmherausbildung ist bedingt durch die um 180 Grad versetzte Tretkurbelanordnung ebenfalls um 180 Grad verschoben. Wird der Kreisbewegung einer Tret­ kurbel folgend der untere Totpunktbereich überschritten, so gehen die Längsachsen der Tretkurbeln und der Tret­ kurbelverlängerungen ein deckungsgleiches Verhältnis ein. Hierbei wird die herkömmliche nutzbare Tretkurbellänge um die Länge der Tretkurbelverlängerung verkürzt. Diese Hebel­ armverkürzung wird in Richtung oberer Totpunkt wieder zur wirksamen Hebelarmverlängerung herausgebildet. Das heißt, wunschgemäß kann es genauestens am oberen Totpunkt oder besonders vorteilhaft in Tretrichtung 45 Grad hinter dem oberen Totpunkt zu einer deckungsgleichen Ausrichtung der Längsachsen der Tretkurbel und der angeordneten Tretkurbel­ verlängerung kommen. Somit steht die gestreckte Tretkurbel­ gesamtlänge zur Verfügung. In dieser Tretkurbelposition kann die angebotene Muskelkraft durch eine wahlweise z. B. 50%-ige Hebelarmverlängerung sehr effektiv in ein erhöhtes Drehmoment umgewandelt werden. Beim weiteren Niedertreten der Tretkurbel ändert sich wie herkömmlich die Lage der Tretkurbellängsachse zur senkrechten Tretrichtung, wobei die Lage der Tretkurbelverlängerung völlig unverändert bleibt. Dies hat eine kontinuierliche Hebelarmverkürzung der Tretkurbelanordnung zur Folge, welche wie vorbestimmt genau am unteren Totpunkt oder wahlweise 45 Grad hinter dem unteren Totpunkt ihr Ende findet, daß heißt, die Längsachsen der Tretkurbel und der Tretkurbelver­ längerung sind wieder deckungsgleich. Aus der Hebelarmver­ kürzung resultiert eine zusätzliche Bodenfreiheit der Pedale. Während beim Niedertreten der Tretkurbel eine kontinuierliche Hebelarmverkürzung stattfindet, wird bei der Tretkurbelrückführung zum oberen Totpunkt die gestreckte Tretkurbelgesamtlänge herausgebildet. Diese Hebelarmlängenänderungen werden bei jeder Tretlagerwellen­ umdrehung kontinuierlich sowie periodisch vollzogen. Die um 180 Grad versetzt angeordneten Tretkurbeln führen zu einer Wechselbeziehung zwischen den Hebelarmlängenände­ rungen beider Tretkurbelanordnungen. Die Verkürzung eines Hebelarmes in Richtung Tretlagerwelle bedingt gegenüber­ liegend die Verlängerung eines Hebelarmes in Richtung Tretlagerwelle um die gleiche Längeneinheit. Hierdurch verlagert sich der Tretradius um dieselbe Längeneinheit in Richtung oberer Totpunkt oder in Richtung eines vorge­ gebenen Drehwinkels. Neben dem herkömmlichen Arbeitskreis der Tretkurbeln bildet sich neu positioniert ein zweiter Arbeitskreis für die Pedale aus, welche sich im gleichen biologisch bedingten Tretradius bewegen. Das Betätigen einer Tretkurbelanordnung bewirkt wie herkömmlich das mit Umlaufen der zweiten zugeordneten Tretkurbelanordnung einschließlich der Steuerung der Tretkurbelverlängerung. Das Rückwärtstreten der Antriebseinrichtung ist ebenfalls möglich, da sich die gleichen mechanischen Vorgänge abspielen. Der neu positionierte Arbeitskreis der Pedale erfordert eine Regulierung der Sattel- sowie Lenkerhöhe, wobei auch neue Tretlagerpositionen möglich sind. Unabhängig von der Steuerung der Tretkurbelverlängerungen ist die Drehmomentübertragung mittels Antriebskette auf das Antriebsrad. Beim Betätigen der linken Tretkurbelan­ ordnung werden die Antriebskräfte vom Fuß über die Pedale, die Tretkurbelverlängerung die Tretkurbel, die Tretlager­ welle, die rechte Tretkurbel, über die Kupplungspaßhülsen und zugehörige Gewindeschrau­ ben auf den Kettenradträger, das Kettenrad, die Antriebs­ kette und schließlich auf die Nabe des Antriebsrades über­ tragen. Beim Betätigen der rechten Tretkurbelanordnung werden die Antriebskräfte vom Fuß auf die Pedale, die Tretkurbelverlängerung, die Tretkurbel, die Kupplungspaß­ hülsen und zugehörige Gewindeschrauben auf den Kettenrad­ träger, das Kettenrad, die Antriebskette und wiederum auf die Nabe des Antriebsrades übertragen.

Es können nachwievor bekannte Kettenschaltungssysteme, Nabenschaltungen sowie Rücktrittbremsen betrieben werden.

Erzielbare Vorteile

Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß mittels auser­ wählter Ritzelgrößen und beispielsweise einer 50%-igen Tretkurbelverlängerung, einschließlich einer optimalen Ausrichtung der Tretkurbelverlängerung zur Tretrichtung, eine sehr hohe Muskelkraftausnutzung und eine ebenso hohe Drehmomenterhöhung möglich wird. Obwohl die Beinlänge des Fahrers die Tretkurbellänge und damit den Tretradius genauestens definiert, wurde es dennoch möglich eine extreme Hebelarmverlängerung anzuordnen, da der biologisch bedingte Tretradius beibehalten wird. Der eigene, neu positionierte Arbeitskreis der Pedale führt zu einer zu­ sätzlichen Bodenfreiheit der Pedale. Die revolutionierende Muskelkraftausnutzung wird weiterhin dadurch deutlich, daß selbst im oberen sowie unteren Totpunktbereich noch brauch­ bare Drehmomente erzeugt werden können. Diese Faktoren führen dazu, daß im normalen bis leicht sportlichen Fahr­ betrieb der "Abstrampelungseffekt" vermieden wird, da beispielsweise bei Bergfahrten kleinere Ritzelübersetzungen gefahren werden können. Aber auch in der Ebene können effektivere Übersetzungen gefahren werden. Das heißt, mit den gleichen Muskelkrafteinsatz pro Tretkurbelumdrehung und gleichen Einsatzbedingungen, kann gegenüber einem Fahrrad mit herkömmlichen Tretkurbelantrieb nahezu die doppelte Fahrtstrecke zurückgelegt werden.

Es kann aber auch solch eine Übersetzung gefahren werden, welche die Effektivität des Muskeleinsatzes erheblich fördert und gleichzeitig die Muskeln stark entlastet, wodurch frühzeitige Ermüdungserscheinungen der Muskeln verhindert werden.

Weitere Vorteile sind dadurch gegeben daß,

• - Originalbauteile verwendet werden können wie: Pedale, Ritzel, Ketten, Konuskugellager, Konen, verlängerte Tretlagerwellen, zum Teil aufgearbeitete Tretlagerge­ häuse, Sicherungsringe, aufgearbeitete Tretkurbeln,
• - nahezu alle Fahrradtypen umgerüstet werden können,
• - der Tretkurbelantrieb nachwievor sehr robust sowie verschleißarm ist,
• - die Lagepositionen der Tretkurbelverlängerungen durch das Umhängen der Steuerketten mit wenigen Handgriffen bedarfsmäßig geändert werden kann,
• - wunschgemäß die Tretkurbeln einen Kettenschutz für die Steuerkettenanordnungen aufnehmen können,
• - die Pedale im unteren Totpunktbereich zusätzlich Boden­ freiheit erhalten,
• - der Antrieb ein dennoch kleines und somit akzeptables Konstruktionsgewicht besitzt.

Anwendungsgebiete:

Der Tretkurbelantrieb findet Verwendung für durch Muskel­ kraft angetriebene Fahrzeuge wie: Sport- u. Allzweckräder, Tandem-, Transport-, Liegefahrräder, Rikschas, Tretautos für Kinder, Wasserfahrzeuge, Krankenfahrzeuge, kleinere Flugeinrichtungen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen mit:

Fig. 1 Tretkurbelantrieb mit periodisch veränderlichen Hebelarmlängen,

Fig. 2 Schema der Arbeitskreisverlagerung der Pedale und der Hebelarmlängenausbildungen mit vertikal zur Tretrichtung ausgerichteten Tretkurbelver­ längerungen,

Fig. 3 Schema der Arbeitskreisverlagerung der Pedale und der Hebelarmlängenausbildungen mit 45 Grad zur Tretrichtung ausgerichteten Tretkurbelver­ längerungen,

Fig. 4 Perspektivische Darstellung der linken Tret­ kurbelanordnung,

Fig. 5 Perspektivische Darstellung der rechten Tret­ kurbelanordnung, erläutert.

Erläuterung der Erfindung

Die mit der Fig. 1 dargestellte Lösung zeigt einen Tret­ kurbelantrieb mit einem Drehwinkel von 360 Grad sowie periodisch veränderlichen Hebelarmlängen für durch Muskel­ kraft angetriebene Fahrräder und Fahrzeuge in der Weise, daß ein Tretkurbelgehäuse (1) mittels der Innengewinde (2 u. 3) die Lagerkörper (4 u. 5) fest aufnimmt und die Tretlagerwelle (6) mit den angeordneten Tretkurbeln (7 u. 8) mittels der Konuskugellager (9 u. 10) in denselben dreh­ bar lagert, der Lagerkörper (4) ist mit den Gewinden (11 u. 12) sowie mit Axialnuten (13) versehen und nimmt eine Zahn­ sicherungsscheibe (14), ein Gewindering (15), ein Ritzel (16) mit Sicherungsring (17) auf, die Tretkurbel (7) mit mit den Lagerschalen (18 u. 19) sowie den Konuskugellagern (19 u. 20) lagert drehbar ein Achskörper (22) mit Gewinde (23) und zugeordneten Stellkonus (24), Ritzel (25), Kontermutter (26) einer Tretkurbelverlängerung (27) mit Linksgewindebohrung (28), während der Lagerkörper (5) mit Gewinde (29 u. 30) ein Ritzel (31), ein Schraubkonus (32), ein Konuskugellager (33 u. 34) aufnimmt und den Kettenradträger (35) mit angeordneter Kettenradgarni­ tur (36) und Gewindering (37) drehbar lagert, die Tret­ kurbelverlängerung (38) mit Gewinde (39) ist analog dem Aufbau der Tretkurbelverlängerung (27), die Tretkurbel (8) ist mittels Kupplungspaßhülsen (40) und Gewindeschrauben (41) dem Kettenradträger (35) fest zugeordnet, wodurch beide miteinander in Wirkverbindung stehen.

Die Funktion der Lösung ist dadurch charakterisiert, daß Tretkurbeln (7 u. 8) mit herkömmlichen Längenmaßen und auch Tretkurbelbefestigungen einer geringfügig verlängerten Tretlagerwelle (6) zugeordnet werden. An gleicher Position der herkömmlichen Pedalaufnahmen lagern nun drehbar die Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38), deren Lagerspiel durch das Positionieren des Stellkonus (24) und befestigen der Kontermutter (26) eingestellt wird. Einstellbar ist auch das Lagerspiel der Tretlagerwelle (6), wobei der positioniert eingeschraubte Lagerkörper (4) durch das axiale Zuordnen einer Zahnsicherungsscheibe (14) sowie das Zuordnen eines fest angezogenen Gewinderinges (15) gesi­ chert wird. Hierbei greifen gleichzeitig die Zähne (46) des Zahnsicherungsringes (14) in die verzahnte Stirnfläche des Tretkurbelgehäuses (1) und die Nasen (47) im Innen­ ring des Zahnsicherungsring (14) in die Axialnuten (13) des Lagerkörpers (4) ein. Die formschlüssige Verbindung zwischen beiden Bauteilen verhindert das selbsttätige Lösen des Lagerkörpers (4). Die baugleichen und auch gleichgroßen Ritzel (16 u. 25 sowie 31 u. 42) besitzen im Innenring eine Anzahl Nasen, welche in die Axialnuten der Achskörper (22) bzw. der Lagerkörper (4 u. 5) eingrei­ fen, wodurch eine sichere formschlüssige Verbindung zwischen den zugehörigen Bauteilen entsteht.

In gleicher Weise werden die Kettenräder der Kettenrad­ garnitur (36) auf den Kettenradträger (35) angeordnet. Zwischen der Tretkurbel (8) und dem Kettenradträger (35) lagern starr Kupplungspaßhülsen (40), welche beide Bau­ teile miteinander formschlüssig verbinden. Während die Gewindeschrauben (41) durch die Tretkurbel (8) nur hindurch geführt werden, Schrauben sich dieselben in den Kettenradträger (35) hinein und pressen somit die Kupp­ lungspaßhülsen (40) in die vorgesehenen Freiräume beider Bauteile, so daß diese miteinander spielfrei in Wirkver­ bindung stehen. Die Gewindekräfte halten die Lageposi­ tionen der Tretkurbel (8), der Kupplungspaßhülsen (40) sowie des Kettenradträgers (35) zueinander aufrecht. Während die Steuerkette (43) der linken Antriebsseite ungehindert umlaufen kann, wird die Steuerkette (42) der rechten Antriebsseite an die Kupplungspaßhülsen (40) vor­ beigeführt. Die Steuerkettenführung ergibt sich problem­ los durch die großzügige Verteilung Kupplungspaßhülsen (40) im Anordnungsradius der Tretkurbel (8) sowie des Ketten­ radträgers (35). Da die Ritzel (16 u. 31) starr auf die Lagerkörper (4 bzw. 5) angeordnet und diese fest im Tretlagergehäuse (1) positioniert sind, werden die Steu­ erketten (43 u. 44) kontinuierlich als auch gleichzeitig um die Ritzel (16 u. 31) nur herum geführt. Dies führt dazu, daß die Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38) nicht angetrieben werden, sondern trotz der Kreisbewegung der Tretkurbelanordnungen unverändert in vorbestimmte Lage­ position zur Tretrichtung gehalten werden.

Beim Betreiben des Antriebes werden die Tretkurbelanord­ nungen wie herkömmlich in einem Drehwinkel von 180 Grad niedergetreten, wobei die niederzutretende Tretkurbelan­ ordnung die niedergetretene Einheit über einen weiteren Drehwinkel von 180 Grad zur Antriebsposition zurückgeführt. Die um 180 Grad versetzt angeordneten Tretkurbeln bedingen, daß der obere Totpunkt der einen Tretkurbelanordnung gleichzeitig der untere Totpunkt der anderen Tretkurbel­ anordnung ist.

Beim Niedertreten der linken Tretkurbelanordnung werden die Muskelkräfte vom Fuß über die Pedale (nicht dargestellt), der Tretkurbelverlängerung (27), den drehbar gelagerten Achskörper (22), der Tretkurbel (7), über die Tretlager­ welle (6), der Tretkurbel (8), den Kupplungspaßhülsen (40) und Gewindeschrauben (41), den drehbar gelagerten Ketten­ radträger (35) mit fest angeordneter Kettenradgarnitur (36) und schließlich über die Antriebskette in Richtung Antriebsrad (beides nicht dargestellt) übertragen.

Beim Niedertreten der rechten Tretkurbelanordnung werden die Muskelkräfte vom Fuß über die Pedale (nicht dargestellt), der Tretkurbelverlängerung (38), den drehbar gelagerten Achskörper (nicht sichtbar, ist aber analog zu (27)), der Tretkurbel (8), den Kupplungspaßhülsen (40) und Gewinde­ schrauben (41), den Kettenradträger (35) mit fest angeord­ neter Kettenradgarnitur (36) und schließlich über die Antriebskette in Richtung Antriebsrad (beides nicht darge­ stellt) übertragen.

Die Fig. 2 zeigt den erfinderischen Tretkurbelantrieb mit herkömmlichen Tretkurbelbaulängen (7 u. 8). Diese Bau­ längen wurden durch das Zuordnen der Tretkurbelverlänge­ rungen (27 u. 38) um 50 Prozent vergrößert, welche im gestrecktem, ausgerichteten Zustand der Drehmomenterzeu­ gung zur Verfügung stehen. Die Längsachsen der Tretkurbel­ verlängerungen (27 u. 38) sind durch die Steuerketten (43 u. 44) dauerhaft in vertikaler Position zur Tretrich­ tung ausgerichtet. Beim Niedertreten einer Tretkurbelanord­ nung in mit Pfeil gegenzeichneter Tret- u. Drehrichtung, bilden sich neben dem herkömmlichen Arbeitskreis (48) der Tretkurbeln (7 u. 8) noch ein zweiter Arbeitskreis (49) der Pedalanordnungspunkte (50 u. 51) aus. Beide Arbeits­ kreise besitzen den gleichen Radius. Während die Tretkur­ belanordnung den unteren Totpunkt (UT) passiert, passiert die zweite um 180 Grad versetzt angeordnete Tretkurbelein­ heit den oberen Totpunkt (OT). Genau auf den Totpunkten (OT u. UT) findet die deckungsgleiche Ausrichtung der Längsachsen der Tretkurbeln (7 u. 8) sowie der Tretkurbel­ verlängerungen (27 u. 38) statt. Hierbei werden die Pedal­ anordnungspunkte (50 u. 51) gegenüber den herkömmlichen Pedalanordnungspunkten um die Baulänge einer Tretkurbel­ verlängerung in Richtung oberer Totpunkt (TO) angehoben. Die Obere, in Antriebsposition befindliche Tretkurbelan­ ordnung hat ihre gestreckte Baulänge zur Verfügung, während die Untere um die Baulänge einer Tretkurbelver­ längerung (38) verkürzt wurde, so daß eine zusätzliche Bodenfreiheit der Pedale (nicht dargestellt) entsteht. Die beim Niedertreten der Tretkurbelanordnung wirkenden veränderlichen Hebelarmlängen (A, B, C, D,) führen zu einer extremen Muskelkraftentlastung. Dies spiegelt sich in den daraus resultierenden wirksamen sowie meßbaren Hebel (E, F, G,) wieder. Die vorteilhafte Wirkung der Hebelarmlängen (A, B, C, D,) verliert sich erst unmittel­ bar am unteren Totpunkt (UT). Während der Abwärtsbewegung der Tretkurbelanordnung wird dessen Baulänge in Richtung unterer Totpunkt (UT) kontinuierlich auf die herkömmliche Tretkurbellänge verkürzt und in Richtung oberer Totpunkt (OT) wieder kontinuierlich auf die gestreckte Gesamtbau­ länge vergrößert. Durch die um 180 Grad versetzt angeord­ neten Tretkurbeleinrichtungen laufen diese Vorgänge pro Tretlagerwellenumdrehung wechselseitig, periodisch und kontinuierlich ab. Mit der Verwendung der herkömmlichen Antriebsübersetzungen ist eine extreme Muskelkraftent­ lastung spürbar, wobei der beibehaltene Tretradius, eine nachregulierte Sattelhöhe sowie Lenkerposition zum gewohnten angenehmen Fahrgefühl beitragen.

Die Fig. 3 zeigt den erfinderischen Tretkurbelantrieb mit herkömmlichen Tretkurbelbaulängen (7 u. 8). Diese Baulängen wurden durch das Zuordnen der Tretkurbelver­ längerungen (27 u. 38) um 50 Prozent vergrößert, welche im gestrecktem, ausgerichteten Zustand der Drehmomenter­ zeugung zur Verfügung stehen.

Die Längsachsen der Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38) werden durch die Steuerketten (43 u. 44) in einer um 45 Grad zur Tretrichtung geneigten Position ausgerichtet. Beim Niedertreten einer Tretkurbelanordnung in mit Pfeil gekennzeichneter Tret- und Drehrichtung, bilden sich neben den herkömmlichen Arbeitskreis (48) der Tretkurbeln (7 u. 8) noch ein zweiter Arbeitskreis (49) der Pedalan­ ordnungspunkte (50 u. 51) aus. Beide Arbeitskreise (48 u. 49) besitzen den gleichen Radius. Während die Tretkurbel­ anordnung den unteren Totpunkt (UT) passiert, passiert die zweite um 180 Grad versetzt angeordnete Tretkurbel­ einheit den oberen Totpunkt (OT). Hierbei nehmen die Tret­ kurbeln (7 u. 8) ihre herkömmlichen Totpunktstellungen ein, während die Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38) unverändert ihre um 45 Grad geneigte Position zur Tret­ richtung beibehalten, so daß der Arbeitskreis (49) der Pedalanordnungspunkte (50 u. 51) um die Baulänge einer Tretkurbelverlängerung in vorgegebener gekennzeichneter 45 Grad Richtung angehoben wird. Hierdurch wird auch eine zusätzliche Bodenfreiheit der Pedale (hier nicht darge­ stellt) geschaffen. Beim Niedertreten der Tretkurbelan­ ordnung wird der bereits eingeleitete Streckvorgang der­ selben im Drehwinkel von 45 Grad abgeschlossen. Das heißt, die Längsachsen der Tretkurbeln (7 u. 8) sowie der zuge­ ordneten Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38) gehen ein deckungsgleiches Verhältnis ein. Während die Obere Tret­ kurbelanordnung ihre gestreckte Hebelarmlänge erreicht hat, wurde die Untere um die Baulänge der Tretkurbelver­ längerung (38) verkürzt. In dieser, für den Menschen sehr bedeutungsvollen Antriebsposition der Tretkurbelanord­ nungen steht die größte Hebelarmlänge (I) zur Verfügung. Die wirksam werdenden Hebelarmlängen (H, I, J, K, L ) führen zu einer extremen Muskelkraftentlastung. Dies spiegelt sich in den daraus resultierenden wirksamen sowie meßbaren Hebel (M, N, O) wieder.

Die vorteilhaften Hebelwirkungen der entsprechend zugeord­ neten Hebelarmlängen (H, I, J, K, L) beginnen schon am oberen Totpunkt (OT), werden im Drehwinkelbereich von 45 Grad auf ein Höchstmaß gesteigert und sind in unmittel­ barer Nähe des unteren Totpunktes (UT) immer noch bedeu­ tungsvoll spürbar. Das heißt, bei entsprechenden Fahrstil und Pedalführung kann sogar in den Totpunktbereichen (OT u. UT) Muskelkraft effektiv umgewandelt werden, so daß der "Leerweg" der zurückgeführten Tretkurbelanordnung auch kleiner als 180 Grad werden kann. Nachdem die Tret­ kurbelanordnung die 45 Grad Drehwinkelposition passiert hat, wird dessen Baulänge in Richtung unterer Totpunkt (UT) kontinuierlich kleiner und hat 45 Grad hinter dem unteren Totpunkt (UT) nur noch die herkömmliche Tretkurbel­ baulänge. Von hier aus in Richtung der 45 Grad Drehwinkel­ position wird wieder die gestreckte und damit größte Hebelarmlänge (I) der Tretkurbelanordnung herausgebildet. Durch die um 180 Grad versetzt angeordneten Tretkurbel­ einrichtungen laufen diese Vorgänge pro Tretlagerwellen­ umdrehung wechselseitig, periodisch und kontinuierlich ab. Mit der Verwendung der herkömmlichen Antriebsüber­ setzung ist eine extreme Muskelkraftentlastung spürbar, wobei der beibehaltene Tretradius, eine nachregulierte Sattelhöhe sowie Lenkerposition zum gewohnten angenehmen Fahrgefühl beitragen.

Fig. 4 zeigt die linke Tretkurbelanordnung. Die Tretkurbel (7) besitzt für die Tretlagerwellenzuord­ nung eine konische Vierkantaufnahme (55). Anstelle der herkömmlichen Pedalaufnahmeposition lagert drehbar ein Achskörper (22), welcher eine Tretkurbelverlängerung (27) und ein Ritzel (25) (Ritzel ist nicht dargestellt) fest aufnimmt. Die Tretkurbelverlängerung (27) kann ebenfalls herkömmliche Pedale aufnehmen.

Fig. 5 zeigt die rechte Tretkurbelanordnung. Zur Darstellung der Steuerkettenführung wurde simultan die Steuerkette (44) auf das Ritzel (42) aufgelegt und das Ritzel (31) lose eingehangen. Die Tretkurbel (8) besitzt für die Tretlagerwellenzuordnung eine konische Vierkantaufnahme (55) (hier nicht sichtbar). Anstelle der herkömmlichen Pedalaufnahmeposition lagert drehbar ein Achskörper (22) (hier nicht sichtbar), welcher eine Tretkurbelverlängerung (38) und ein Ritzel (42) fest aufnimmt. Die Tretkurbelverlängerung (38) kann ebenfalls herkömmliche Pedale (56) aufnehmen. Deutlich erkennbar ist die problemlose Vorbeiführung der Steuerkette (44) an den Zuordnungspunkten der Kupplungspaßhülsen (40).

Verwendete Bezugszeichen

 1 Tretlagergehäuse
 2 Innengewinde vom Tretlagergehäuse
 3 Innengewinde vom Tretlagergehäuse
 4 Lagerkörper
 5 Lagerkörper
 6 Tretlagerwelle
 7 Tretkurbel
 8 Tretkurbel
 9 Konuskugellager
10 Konuskugellager
11 Gewinde
12 Gewinde
13 Axialnuten
14 Zahnsicherungsscheibe
15 Gewindering
16 Ritzel
17 Sicherungsring
18 Lagerschale
19 Lagerschale
20 Konuskugellager
21 Konuskugellager
22 Achskörper
23 Gewinde
24 Stellkonus
25 Ritzel
26 Kontermutter
27 Tretkurbelverlängerung
28 Linksgewindebohrung/Pedalaufnahme
29 Gewinde
30 Gewinde
31 Ritzel
32 Schraubkonus
33 Konuskugellager
34 Konuskugellager
35 Kettenradträger
36 Kettenradgarnitur
37 Gewindering
38 Tretkurbelverlängerung
39 Gewindebohrung/Pedalaufnahme
40 Kupplungspaßhülsen
41 Gewindeschrauben
42 Ritzel
43 Steuerkette
44 Steuerkette
45 Verzahnung zwischen Achskörper (22) und Tretkurbel­ verlängerung (28)
46 Verzahnung zwischen Zahnsicherungsscheibe (14) und Tretlagergehäuse (1)
47 Mitnehmernasen der Zahnsicherungsscheibe (14)
48 Arbeitskreis der herkömmlichen Pedalanordnungspunkte
49 Arbeitskreis der neu positionierten Pedalanordnungs­ punkte (50 u. 51)
50 Pedalanordnungspunkt
51 Pedalanordnungspunkt
52 Drehpunkt der Tretlagerwelle
53 Lagerungspunkt der Tretkurbelverlängerung
54 Lagerungspunkt der Tretkurbelverlängerung
55 Vierkantaufnahme für die Tretkurbelzuordnung
56 Pedale
57 Profilnuten für die Ritzelaufnahme
58 Kupplungspaßhülsenaufnahme/Senkbohrungen
OT Oberer Totpunkt
UT Unterer Totpunkt
A, B, C, D, und H, I, J, K, L, sind sich herausbildende, veränderliche Hebelarmlängen/Tretkurbelgesamtlängen
E, F, G, und M, N, O, P, sind wirksamwerdende meßbare Hebelgrößen
ZD sich bildender Zentraler Drehpunkt der Pedalanordnungs­ punkte (50 u. 51)
DP 45 Grad/Drehwinkelposition mit größter, gestreckter Hebelarmlänge der Tretkurbelanordnung

Claims (17)

1. Tretkurbelantrieb mit einem Drehwinkel von 360 Grad sowie periodisch veränderlichen Hebelarmlängen für durch Muskelkraft angetriebene Fahrräder und Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß das Tretlagergehäuse (1) mittels der Gewinde (2 u. 3) die Lagerkörper (4 u. 5) fest aufnimmt und die Tretlager­ welle (6) mit den angeordneten Tretkurbeln (7 u. 8) mittels der Konuskugellager (9 u. 10) in denselben dreh­ bar lagert, der Lagerkörper (4) ist mit den Gewinden (11 u. 12) sowie mit Axialnuten (13) versehen und nimmt eine Zahnsicherungsscheibe (14), ein Gewindering (15), ein Ritzel (16) mit Sicherungsring (17) auf, die Tret­ kurbel (7) mit den Lagerschalen (18 u. 19) sowie den Konuskugellager (20 u. 21) lagert drehbar einen Achskörper (22) mit Gewinde (23) und zugeordneten Stellkonus (24), Ritzel (25), Kontermutter (26), einer Tretkurbelverlänge­ rung (27) mit Linksgewindebohrung (28), während der Lager­ körper (5) mit Gewinde (29 u. 30) ein Ritzel (31), einen Schraubkonus (32), ein Konuskugellager (33 u. 34) auf­ nimmt und den Kettenradträger (35) mit fest angeordneter Kettenradgarnitur (36), Gewindering (37) drehbar lagert, die Tretkurbelverlängerung (38) mit Rechtsgewindebohrung (39) ist analog im Aufbau zu (27), die Tretkurbel (8) ist mittels Kupplungshülsen (40) und Gewindeschrauben (41) dem Kettenradträger (35) fest zugeordnet, wodurch beide spielfrei miteinander in Wirkverbindung stehen.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß, anstatt des herkömmlichen Tretkurbelantriebes der erfinde­ rische Antrieb dem ansonsten unveränderten Fahrrad zugeordnet werden kann.

3. Antrieb nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet daß, die Lagerkörper (4 u. 5) im Tretlagergehäuse (1) fest angeordnet werden.

4. Antrieb nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß, auch herkömmliche Antriebsteile unverändert zugeordnet werden können.

5. Antrieb nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß, die Ritzel (16 u. 31) fest auf dem zugehörigem Lager­ körper (4 bzw. 5) angeordnet sind.

6. Antrieb nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet daß, die Ritzel (16 u. 25) sowie (31 u. 42) gleichgroße Ritzel sind, welche paarweise mittels einer Steuer­ kette (43) bzw. (44) in Wirkverbindung stehen.

7. Antrieb nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß, die Tretkurbeln nachwievor einen Drehwinkel von 360 Grad beschreiben und hierbei die Tretkurbelverlänger­ ungen in wahlweise vorbestimmter Position zur Tret­ richtung gehalten werden.

8. Antrieb nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß, bedingt genormte Tretkurbellängen und somit Tretradien beibehalten werden können, zugleich aber eine Tret­ kurbelverlängerung von beispielsweise 50 Prozent möglich ist.

9. Antrieb nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß, die Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38) mit herkömm­ lichen Pedalen, aber auch bedarfsmäßig mit Handgriff­ stücke ausgerüstet werden können.

10. Antrieb nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß, der Kettenradträger (35) ein Kettenrad oder eine aus­ wechselbare Kettenradgarnitur (36) aufnehmen kann.

11. Antrieb nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet daß, bedarfsmäßig den Tretkurbeln (7 u. 8) jeweils ein Steuerkettenschutz zugeordnet werden kann.

12. Antrieb nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß, der Kettenradträger (35) anstatt einer Kettenrad­ garnitur (36) auch eine Riemenscheibe oder ein Getrieberad aufnehmen kann.

13. Antrieb nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß, nachwievor bewährte Tretkurbellängen und Tretkurbel­ befestigungen beibehalten werden können.

14. Antrieb nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet daß, durch das Umhängen der Steuerketten (43 u. 44) eine neue Ausgangslageposition der Tretkurbelverlängerungen (28 u. 38) und somit auch andere mitunter vorteilhafte Hebelwirkungen im effektiven Drehwinkelbereich erreicht werden.

15. Antrieb nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet daß, die Kettenradgarnitur (36) fest auf einem drehbar gelagerten Kettenradträger (35) angeordnet sein kann, aber auch direkt einer Tretkurbel (8) mit anstelle der Kupplungspaßhülsen (40) fest integrierten Distanz­ zapfen zugeordnet sein kann.

16. Antrieb nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet daß, die Steuerung und somit die Positionslagerung der Tretkurbelverlängerungen (27 u. 38) jeweils mittels einer Steuerkette und zwei gleichgroßen Ritzel, aber auch durch jeweils drei gleichgroße, entsprechend zugeordnete Getrieberäder erfolgen kann.

17. Antrieb nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet daß, während des Niedertretens der Tretkurbelanordnungen kontinuierlich als auch periodisch veränderliche Tretkurbelgesamtlängen herausgebildet werden.