DE19700127C2 - Device for actuating a crank mechanism - Google Patents
Device for actuating a crank mechanismInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Betätigung eines Kurbeltriebes, mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.The present invention relates to a device for actuating a Crank drive, with the features mentioned in the preamble of claim 1.
Die Wirkungsweise der bisher üblichen Vorrichtung ohne Rotationssperre wird nun am Beispiel des Fahrradfahrens, insbesondere des. Radsports, erläutert. Ein herkömmliches Fahrradpedal weist eine Pedalachse auf, an dem der Pedalkörper, in beide Richtungen ohne Begrenzung drehbar, gelagert ist. In Verbindung mit einer Vorrichtung zur Befestigung eines Fahrradschuhs am Pedalkörper ermöglicht es beim Radfahren, dem Kurbeltrieb zusätzlich zur Druckphase, d. h. Treten des Pedals nach unten, eine Zugphase, d. h. Ziehen des Pedals nach oben, sowie eine Schiebephase zur Überwindung des Totpunkts bei senkrecht stehenden Tretkurbeln, folgen zu lassen. Dabei ist der Radfahrer bemüht, während der unterschiedlichen Bewegungsphasen mit der daraus resultierenden wechselnden Beanspruchung verschiedener Muskeln, den aufzuwendenden Krafteinsatz im Laufe einer vollständigen Kurbelumdrehung möglichst gleichmäßig und ausgeglichen zu gestalten. Dieses Bestreben wird im Radsport unter dem Begriff "runder Tritt" geführt. Daß dieser nur bedingt möglich ist, liegt vor allem an der unzureichenden Kraftübertragung während des Übergangs von der Druckphase in die Zugphase (Totpunkt). Eine Verbesserung des Tretvorganges wird durch die Verwendung einer Rotationssperre zwischen dem Pedal und der Drehachse, welche eine gleichsinnige Drehung des Pedals zum Kurbelarm verhindert, eine ungleichsinnige Drehung jedoch zuläßt, erreicht.The operation of the previously common device without rotation lock is now taking the example of cycling, especially cycling. explained. A conventional bicycle pedal has a pedal axis that of the pedal body, rotatable in both directions without limitation, is stored. In connection with a device for fastening a Bicycle shoes on the pedal body make it possible when cycling Crank drive in addition to the pressure phase, d. H. Depress the pedal a pull phase, d. H. Pulling the pedal up, as well as a push phase to overcome dead center with vertical cranks, to follow. The cyclist tries hard during the different phases of movement with the resulting changing stress on different muscles, the ones to be used Use of force in the course of a complete crank revolution if possible to be even and balanced. This endeavor is Cycling led under the term "round kick". That this is only conditional is possible, is mainly due to the insufficient power transmission during the transition from the pressure phase to the pull phase (dead center). An improvement in the pedaling process is achieved by using a Rotation lock between the pedal and the axis of rotation, which is a rotation of the pedal in the same direction as the crank arm prevents one however, allows for counter-rotation.
Eine solche Vorrichtung ist aus der WO 93/03955 bekannt.Such a device is known from WO 93/03955.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Fahrradpedal oder eine Vorrichtung zur Betätigung eines Kurbeltriebes dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein Rückwärtstreten möglich ist.Starting from this prior art, the object of the invention the basis, the known bicycle pedal or a device for actuation to develop a crank mechanism in such a way that a Kick back is possible.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist ein Fahrradpedalantrieb. In der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ist daher der Antriebskörper als Pedalkörper, das Pedal als Pedalkörper mit Achse und die Drehachse als Pedalachse bezeichnet.This object is achieved by a device with the features of Claim 1 solved. Advantageous further developments are in the Subclaims specified. A preferred application of the invention is a bicycle pedal drive. More preferred in the following description Embodiments is therefore the drive body as a pedal body, the pedal referred to as the pedal body with axis and the axis of rotation as the pedal axis.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich eine phasenweise Drehmomentserhöhung um die Tretlagerachse, in einer einzigen oder mehreren, jedoch auf einen Sektor begrenzten, relativen Winkelstellungen von Pedalkörper und Kurbel zu übertragen. Für ein Fahrrad ist zum Beispiel vorgesehen, daß der Pedalkörper durch eine Sperre an einer gleichsinnigen Drehung von Pedalkörper und Kurbel gehindert wird, so daß sich zusammen mit der starren Sohle des am Pedalkörper befestigten Fahrradschuhs ein vorteilhafter Hebelarm ergibt, der den sogenannten Totpunkt leichter überwinden läßt. Dabei ist die Rotationssperre nur auf eine der beiden Drehrichtungen des Pedalkörpers beschränkt und stellt sich im Bereich der unteren Totpunktstellung des Kurbelarmes ein, bei weiterer Drehung der Kurbel ist die Kraftübertragung, d. h. ein Drehmoment um die Pedalachse und somit um die Kurbelachse, nur solange gegeben, als daß der Pedalkörper keine Relativbewegung entgegengesetzt zur Drehrichtung der Kurbel ausübt.With the device according to the invention it is possible to carry out phases Torque increase around the bottom bracket axis, in a single or several relative angular positions, but limited to one sector from the pedal body and crank. For example, for a bike provided that the pedal body by a lock on a same direction Rotation of the pedal body and crank is prevented, so that together with the rigid sole of the bicycle shoe attached to the pedal body advantageous lever arm that makes the so-called dead center easier can be overcome. The rotation lock is only on one of the two Direction of rotation of the pedal body is limited and arises in the area of lower dead center position of the crank arm, with further rotation of the Crank is the power transmission, i.e. H. a torque around the pedal axis and thus around the crank axis, only given as long as that Pedal body no relative movement opposite to the direction of rotation Crank exercises.
Für jede Kurbelumdrehung ist nur eine Sperrposition erforderlich, da schon bei zwei oder mehreren während eines Tretzyklus genutzten Rotationssperren keine kontinuierliche Zugphase mehr möglich wäre. Dennoch ist es durchaus zweckdienlich mehrere, jedoch auf einen bestimmten Sektor begrenzte Rotationssperren im Bereich des unteren Totpunktes hintereinander vorzusehen, um dem Radfahrer, entsprechend seiner Fahrweise und -situation, die Wahl des einzusetzenden Hebelarms mittels seiner Fersenstellung zu überlassen. Dabei ist die Anordnung der Rotationssperren vorzugsweise auf einen Sektor von ca. 90° (bezogen auf einen Tretzyklus von 360°), ab dem Bereich des unteren Totpunkt beschränkt. Die Beschränkung auf eine einzige Rotationssperre oder einen begrenzten Sektor mit mehreren Rotationssperren hat die vorteilhafte Wirkung zur Folge, daß z. B. das Hochziehen eines Fahrradpedals in Rücktrittbewegung, wie es zum sicheren Fahren in Kurvenlage oder zum Vorbeifahren oder Überspringen von Hindernissen unabdingbar ist, nach wie vor möglich ist. Anhand der schematischen Darstellungen wird die Wirkungsweise der Erfindung verdeutlicht.Only one locking position is required for each crank revolution, as it is with two or more used during a pedaling cycle Rotation locks would no longer be possible for a continuous train phase. However, it is useful to have several, but only one certain sector limited rotation locks in the area of the lower To provide dead center one behind the other to suit the cyclist his driving style and situation, the choice of lever arm to be used by means of his heel position. The arrangement is the Rotation locks preferably on a sector of approximately 90 ° (based on a pedaling cycle of 360 °), from the area of bottom dead center limited. The restriction to a single rotation lock or one limited sector with multiple rotation locks has the beneficial Effect that z. B. pulling up a bicycle pedal in Coaster motion, such as for safe driving in bends or for Passing or skipping obstacles is essential after as is possible before. Based on the schematic representations Operation of the invention clarified.
Die Figuren zeigen:The figures show:
Fig. 1: Bewegungsablauf des Pedals auf dem Kreisbogen einer Kurbeldrehung mit Darstellung der Kräftewirkung im unteren Totpunkt Fig. 1: Sequence of movements of the pedal on the arc of a crank rotation showing the effect of forces at bottom dead center
Fig. 2: Bewegungsablauf des Pedals auf dem Kreisbogen einer Kurbeldrehung mit Darstellung der Drehfreiheit des Pedals Fig. 2: Sequence of movements of the pedal on the arc of a crank rotation showing the freedom of rotation of the pedal
Fig. 3: Schnitt durch die schematischen Pedalkörper mit Anordnung der Rotationssperren am äußeren Ende der Pedalachsen Fig. 3: Section through the schematic pedal body with the arrangement of the rotation locks at the outer end of the pedal axles
Fig. 4: Schnitt durch die schematischen Pedalkörper mit Anordnung der Rotationssperren am äußeren Ende der Pedalachsen Fig. 4: Section through the schematic pedal body with the arrangement of the rotation locks at the outer end of the pedal axles
Fig. 5: Schnitt durch den schematischen Pedalkörper mit Anordnung der Rotationssperren am Umfang der Pedalachse FIG. 5 shows sectional view of the schematic arrangement of the pedal body with rotation locks at the periphery of the pedal shaft
Fig. 6: Schnitt durch den schematischen Pedalkörper mit Anordnung der Rotationssperren zwischen Pedalkörper und Kurbelarm. Fig. 6: Section through the schematic pedal body with arrangement of the rotation locks between the pedal body and crank arm.
MDrehmoment
FFußkraft auf Pedal
AAnfang freie Drehrichtung
EEndpunkt der Drehrichtung
MDorque
F Foot pedal
AFree direction of rotation
End point of the direction of rotation
11
Kurbel
crank
22nd
Pedalachse (Pedal axle (
2.12.1
--
2.42.4
)
)
33rd
Pedalkörper (Pedal body (
3.13.1
--
3.43.4
)
)
44th
Lager
camp
55
Kupplungsteil (Coupling part (
5.15.1
--
5.45.4
stirnseitig)
front)
66
Kupplungsteil (Coupling part (
6.16.1
, ,
6.26.2
am Umfang)
at the extent)
77
Kupplungsteil (Coupling part (
7.17.1
, ,
7.27.2
zwischen Pedalkörper und Kurbelarm)
between pedal body and crank arm)
88th
Federelement (Spring element (
8.18.1
--
8.38.3
)
)
Fig. 1 zeigt in den Positionen a) und b) exemplarisch die relative Stellung von Pedalkörper zu Kurbel, bei der die Rotationssperre wirkt und ein Drehmoment M auf die Pedalachse und somit auf die Kurbelachse überträgt. Position a) entspricht hier dem unteren Totpunkt. Die mit M und F gekennzeichneten Pfeile zeigen das auftretende Drehmoment bzw. die Kraft. Fig. 1 shows in positions a) and b by way of example) the relative position of pedal body to crank, wherein the rotational lock acts and a torque M to the pedal axis and thus transmits to the crank axis. Position a) corresponds to bottom dead center. The arrows marked M and F show the torque or force that occurs.
Fig. 2 zeigt den möglichen Drehspielraum des Pedalkörpers bei einer Rotationssperre im unteren Totpunkt des Tretzyklus, wobei A die freie Drehrichtung ohne Begrenzung und E den Endpunkt bei entgegengesetztem Drehsinn bezeichnet. Fig. 2 shows the possible range of rotation of the pedal body with a rotation lock in the bottom dead center of the pedal cycle, where A denotes the free direction of rotation without limitation and E the end point in the opposite direction of rotation.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Kurbelarmes und Fahrradpedals erörtert. Bei Drehung des Kurbelarms (1) zum Beispiel im Uhrzeigersinn (d. h. für das Fahrrad in Vorwärtsbewegung) bewegt sich der Pedalkörper (3) um die Pedalachse (2) gegen den Uhrzeigersinn; es tritt keine Rotationssperre ein. Wenn der Pedalkörper (3) in der untersten Stellung (Totpunkt) ist und von dem Fuß des Fahrradfahrers, dessen Schuh starr mit dem Pedalkörper verbunden ist, nach oben gezogen wird, würde der Pedalkörper dann, wenn keine Rotationssperre vorgesehen wäre, um die Pedalachse (2) nach vorne kippen, d. h. im Uhrzeigersinn. Die Rotationssperre verhindert das "Kippen" des Pedalkörpers (3), also die gleichsinnige Drehung von Pedalkörper und Kurbelarm (1) und hält den Pedalkörper solange starr zum Kurbelarm bis die natürliche Drehrichtung von Pedalkörper und Kurbelarm wieder gegensinnig sind. Das dabei erzeugte Drehmoment ist in der Figur mit M bezeichnet. Durch die Begrenzung der Rotationssperre auf einen Sektor von vorzugsweise maximal 90° bleibt die vorteilhafte Möglichkeit einer Rücktrittbewegung vor dem Einrasten der Rotationssperre gegeben, d. h.. eine Drehung des Pedalkörpers im Uhrzeigersinn ist möglich.The invention is discussed below using a crank arm and bicycle pedal. When the crank arm ( 1 ) rotates, for example, clockwise (ie for the bicycle in forward movement), the pedal body ( 3 ) moves counterclockwise about the pedal axis ( 2 ); there is no rotation lock. If the pedal body ( 3 ) is in the lowest position (dead center) and is pulled up by the foot of the cyclist whose shoe is rigidly connected to the pedal body, the pedal body would, if no rotation lock were provided, around the pedal axis ( 2 ) Tilt forward, ie clockwise. The rotation lock prevents the "tilting" of the pedal body ( 3 ), that is, the rotation of the pedal body and crank arm ( 1 ) in the same direction, and keeps the pedal body rigid with the crank arm until the natural direction of rotation of the pedal body and crank arm is again in opposite directions. The torque generated in this way is designated by M in the figure. By limiting the rotation lock to a sector of preferably a maximum of 90 °, the advantageous possibility of a withdrawal movement before the locking of the rotation lock remains, ie. it is possible to turn the pedal body clockwise.
Fig. 3 zeigt am von der Kurbel (1) abgewandten Ende der Pedalachse (2.1) zwei Kupplungsteile (5.1, 5.2), eine Schnecke (5.1), die auf der Stirnseite an der Pedalachse angebracht ist, und einen Stift (5.2), der gegenüberliegend in einer Führung im Pedalkörper (3.1) sitzt. Der Stift (5.2) wird durch eine Spiralfeder (8. 1) auf die Kupplungsschnecke gedrückt. Die Kupplungsschnecke (5.1) ist derart ausgebildet, daß sie bei gleichsinniger Drehrichtung von Pedalkörper (3.1) und Kurbel (1) an einer oder mehreren Positionen eine formschlüssige Verbindung eingeht, die die Relativbewegung von Pedalkörper zu Pedalachse nur in Drehrichtung der Kurbel (2.1) verhindert. Bei entgegengesetztem Drehsinn von Kurbelarm (1) und Pedalkörper (3.1) gleitet der Stift (5.2) über die Kupplungsschnecke (5.1). Fig. 3 shows on of the crank (1) end remote from the pedal axle (2.1) two coupling parts (5.1, 5.2), a screw (5.1) which is mounted on the end face of the pedal shaft, and a pin (5.2) of sits opposite in a guide in the pedal body ( 3.1 ). The pin ( 5.2 ) is pressed onto the coupling worm by a spiral spring ( 8.1 ). The coupling worm ( 5.1 ) is designed in such a way that when the pedal body ( 3.1 ) and crank ( 1 ) rotate in the same direction, a positive connection is established at one or more positions, which prevents the relative movement of the pedal body to the pedal axis only in the direction of rotation of the crank ( 2.1 ) . When the crank arm ( 1 ) and pedal body ( 3.1 ) rotate in the opposite direction, the pin ( 5.2 ) slides over the coupling worm ( 5.1 ).
Eine andere bevorzugte Ausführung zeigt Fig. 4 mit zwei Kupplungsteilen (5.3, 5.4) am von der Kurbel (1) abgewandten Ende der Pedalachse (2.2). Eine Schnecke (5.4) ist auf der Stirnseite an der Pedalachse angebracht, und ein paßgenaues Gegenstück (Negativschnecke) (5.3) ist in einer Führung des Pedalkörpers (3.2) vorgesehen, welche mittels einer Blattfeder (8.2) aufeinander gedrückt werden.Another preferred embodiment is shown in FIG. 4 with two coupling parts ( 5.3 , 5.4 ) at the end of the pedal axis ( 2.2 ) facing away from the crank ( 1 ). A worm ( 5.4 ) is attached to the front of the pedal axle, and a precisely fitting counterpart (negative worm) ( 5.3 ) is provided in a guide of the pedal body ( 3.2 ), which are pressed together by means of a leaf spring ( 8.2 ).
Fig. 5 zeigt ein Pedal bei dem die Rotationssperre in der Weise wirkt, daß zwei Kupplungsteile (7.1, 7.2) ein Bolzen (7.2) in der zur Kurbel gewandten Seite des Pedalkörpers (3.4) und eine Scheibe (7.1) an der Achse zwischen Kurbel und Pedalkörper, eine formschlüssige Verbindung eingehen, indem der Bolzen durch eine Spiralfeder (8.4) auf die schneckenartige Kupplungsscheibe (7.1) gedrückt wird. Die Kupplungsteile (7.1, 7.2) sind derart ausgebildet, daß sie bei gleichsinniger Drehrichtung von Pedalkörper (3.4) und Kurbel (1) an einer oder mehreren Positionen eine formschlüssige Verbindung eingehen, die die Relativbewegung von Pedalkörper zu Pedalachse (2.4) nur in Drehrichtung der Kurbel verhindert. Bei entgegengesetztem Drehsinn von Kurbelarm (1) und Pedalkörper (3.4) gleitet der Bolzen (7.2) auf der Kupplungsscheibe (7.1). Fig. 5 shows a pedal in which the rotation lock acts in such a way that two coupling parts ( 7.1 , 7.2 ), a bolt ( 7.2 ) in the side of the pedal body ( 3.4 ) facing the crank and a disc ( 7.1 ) on the axis between the crank and pedal body, form a positive connection by pressing the bolt on the worm-like clutch disc ( 7.1 ) by means of a spiral spring ( 8.4 ). The coupling parts ( 7.1 , 7.2 ) are designed in such a way that when the pedal body ( 3.4 ) and crank ( 1 ) rotate in the same direction, they form a positive connection at one or more positions that only allow the relative movement of the pedal body to the pedal axis ( 2.4 ) in the direction of rotation Crank prevented. When the crank arm ( 1 ) and pedal body ( 3.4 ) rotate in the opposite direction, the bolt ( 7.2 ) slides on the clutch disc ( 7.1 ).
In einer weiteren Ausführung zeigt Fig. 6 ein Pedal, in dem zwei Kupplungsteile (6.1, 6.2), ein Stift (6.2) in einer Führung in der Pedalachse (2.3) und ein schneckenartiges Formstück (6.1) im Pedalkörper (3.3) integriert sind, die in der Weise eine formschlüssige Verbindung eingehen, daß der Stift mittels einer Spiralfeder (8.3) radial auf das Kupplungsteil im Pedalkörper gedrückt wird. Die Kupplungsteile (6.1, 6.2) sind derart ausgebildet, daß sie bei gleichsinniger Drehrichtung von Pedalkörper (3.3) und Kurbel (1) an einer oder mehreren Positionen eine formschlüssige Verbindung eingehen, die die Relativbewegung von Pedalkörper zu Pedalachse nur in Drehrichtung der Kurbel (2.3) verhindert. Bei entgegengesetztem Drehsinn von Kurbelarm (1) und Pedalkörper (3.3) gleitet der Stift (6.2) über das schneckenartige Formstück (6.1).In a further embodiment, FIG. 6 shows a pedal, in which two coupling parts (6.1, 6.2), a pin (6.2) in a guide in the pedal shaft (2.3) and a worm-like form piece (6.1) are integrated in the pedal body (3.3) which form a positive connection in such a way that the pin is pressed radially onto the coupling part in the pedal body by means of a spiral spring ( 8.3 ). The coupling parts ( 6.1 , 6.2 ) are designed in such a way that when the pedal body ( 3.3 ) and crank ( 1 ) rotate in the same direction, they form a positive connection at one or more positions that only allow the relative movement of the pedal body to the pedal axis in the direction of rotation of the crank ( 2.3 ) prevented. When the crank arm ( 1 ) and pedal body ( 3.3 ) rotate in the opposite direction, the pin ( 6.2 ) slides over the worm-like shaped piece ( 6.1 ).
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung wirkt die Rotationssperre in der Weise, daß ein Kupplungsteil im Kurbelarm integriert ist, und auf ein anderes, im Pedalkörper durch ein Federelement drückt (nicht dargestellt). Während Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist die Erfindung nicht auf deren speziellen Aufbau beschränkt, die lediglich bevorzugte Beispiele und nicht eine Beschränkung bilden sollen.In a further preferred embodiment, the rotation lock acts in the Way that a coupling part is integrated in the crank arm, and on a other, pushes in the pedal body by a spring element (not shown). While embodiments of the invention have been described, the Invention is not limited to the specific structure, the only preferred examples and not intended to be a limitation.
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