DE2752964A1 - Non-circular crank wheel for bicycle - has elliptical shape with pedals set to optimise mechanical advantage and to reduce pedal pressure at dead points - Google Patents

Abstract

The bicycle crank has an elliptical sprocket. The axis of the ellipse is set w.r.t. the crank axis so that the maximum spacing of the chain to crank axis is provided when the pedals are in the maximum thrust position. This position is in the lower part of the down stroke of the pedals. The torque applied to the rear wheel is improved over the cycle of the crank and higher speeds are possible.

Description

Tretkurbel-Kettenantrieb mit unrundem Tretkurbel-Kettenrad fürPedal crank chain drive with non-round crank chain wheel for

Fahrräder Die Erfindung betrifft die Verwendung eines unrunden Tretkurbel-Kettenrades für den Kettenantrieb von Fahrrädern, wobei die Tretkurbeln in Bezug auf den größten und den kleinsten Halbmesser des unrunden Tretkurbel-Kettenrades in günstigster Stellung angeordnet sind.Bicycles The invention relates to the use of a non-circular pedal crank sprocket for the chain drive of bicycles, the pedal cranks in relation to the largest and the smallest radius of the non-round crank sprocket in the cheapest Position are arranged.

Bei den üblichen Kettenantrieben für Fahrräder werden runde (kreisförmige) Tretkurbel-Kettenräder verwendet Diese machen die vom Fahrer erzielbare Leistung nicht optimal nutzbar. Sie berücksichtigen nämlich nicht, daß sich einerseits die Hebelarme der auf die beiden Pedale ausgeübten Tretkräfte - im folgenden kurz Pedalkraft genannt - in Bezug auf die Tretkurbelachse während der Tretbewegung ständig ändern und daß andererseits auch die Pedalkraft selbst nicht konstant ist, sondern unter anderem auch von der Stellung der Tretkurbeln abhängt. Infolgedessen ist das vom Fahrer erzielbare Drehmoment nicht konstant, sondern ändert sich in Abhängigkeit von der Stellung der Tretkurbeln ständig in starkem Maße. Dies führt zu einem unökonomischen Kräfteeinsatz und zu einer unnötig raschen Ermüdung des Fahrers.With the usual chain drives for bicycles, round (circular) Pedal crank sprockets used these make the performance achievable by the rider not optimally usable. They do not take into account that on the one hand the Lever arms of the pedaling forces exerted on the two pedals - in the following briefly pedal force called - constantly changing in relation to the crank axle during the pedaling movement and that, on the other hand, the pedal force itself is not constant, but rather below also depends on the position of the cranks. As a result, this is dated The torque that can be achieved by the driver is not constant, but changes as a function of the driver on the position of the cranks constantly to a great extent. This leads to an uneconomical one Use of force and an unnecessarily rapid fatigue of the driver.

Um diese Nachteile der runden Tretkurbel-Kettenräder zu vermeiden, wird in den Patentschriften Deutsches Patent Nr. 624983, 638409, 803984 und 814111 vorgeschlagen, das kreisförmige Tretkurbel-Kettenrad durch ein unrundes Tretkurbel-Kettenrad mit beispielsweise rhombenartiger, ovaler oder elliptischer Form zu ersetzen.To avoid these disadvantages of the round crank sprockets, is described in German Patent Nos. 624983, 638409, 803984 and 814111 proposed the circular crank sprocket by a non-circular crank sprocket with, for example, a diamond-like, oval or elliptical shape.

Zum Teil werden in den genannten Patentschriften auch bestimmte Stellungen der Hauptachsen des unrunden Tretkurbel-Kettenrades in Bezug auf die Tretkurbeln angegeben, die besonders günstig sein sollen. Die dort vorgeschlagenen Stellungen sind jedoch nicht optimal abgestimmt auf das beim Fahren auftretende Kräftespiel. Die günstigste Stellung wurde nicht erkannt und blieb offensichtlich bis heute unbekannt. Da aber nur bei optimaler Formgebung und Anordnung des unrunden Tretkurbel-Kettenrades unter Berücksichtigung der anatomischen Gegebenheiten des Fahrers und durch Ausnutzen der Wucht der Tretbewegung ein ins Gewicht fallender Vorteil gegenüber kreisförmigen Tretkurbel-Kettenrädern besteht, haben von der Kreisform abweichende Tretkurbel-Kettenräder bisher keine verbreitete Anwendung gefunden.In some cases, certain positions are also used in the patents mentioned of the main axes of the non-circular crank sprocket in relation to the cranks indicated, which should be particularly cheap. The positions proposed there however, they are not optimally matched to the play of forces that occurs when driving. The most favorable position was not recognized and has apparently remained unknown to this day. Since, however, only with the optimal shape and arrangement of the non-round crank sprocket taking into account the anatomical conditions of the driver and by taking advantage of them the force of the pedaling movement is a significant advantage over circular ones Pedal crank sprockets have crank sprockets that differ from the circular shape so far found no widespread application.

Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine besondere Ausbildung des Tretkurbel-Kettenantriebs ein leichteres und angenehmeres Fahren und höhere Fahrgeschwindigkeiten als mit den bisherigen Antrieben zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird, wie in Abb. 1 gezeigt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein unrundes Tretkurbel-Kettenrad 1 so gestaltet und gegenüber der Stellung der Tretkurbeln 2 so angeordnet wird, daß der größte Halbmesser des Tretkurbel-Kettenrades 1 dann auf die Kette 3 arbeitet, wenn der Hebelarm der Pedalkraft bezüglich der Tretkurbelachse sein Maximum überschritten hat und bei schräg abwärts gerichteter Stellung der jeweils nach unten bewegten Tretkurbel 2 bereits im Abnehmen begriffen ist, während der Pedaldruck bei zügiger Tretbewegung mit zunehmender Streckung des Kniegelenks des Fahrers und infolge der Wucht der nach unten gerichteten Tretbewegung seinen Größtwert erreicht. Das unrunde Tretkurbel-Kettenrad 1 wird fernerhin so gestaltet, daß es in den Phasen ungünstiger Pedalkraft-Hebelarm-Verhältnisse in der Nähe der Totpunkte der Tretbewegung, das heißt bei senkrechter und bei sehr steiler Stellung der Tretkurbeln 2, mit kleinen Halbmessern auf die Kette 3 arbeitet.The object of the invention is, through a special training of the Pedal crank chain drive makes driving easier and more comfortable and higher driving speeds than with the previous drives. As shown in Fig. 1 shown, according to the invention achieved in that a non-circular pedal crank sprocket 1 is designed and arranged in relation to the position of the cranks 2 so that that the largest radius of the crank sprocket 1 then works on the chain 3, when the lever arm of the pedal force with respect to the pedal crank axis has exceeded its maximum and in the downward sloping position of the downward moving Pedal crank 2 is already in the process of decreasing, while the pedal pressure is brisker Pedaling movement with increasing extension of the driver's knee and as a result of the The force of the downward pedaling movement has reached its maximum value. The out-of-round Pedal crank sprocket 1 is also designed so that it is unfavorable in the phases Pedal force-lever arm ratios in the vicinity of the dead center of the pedaling movement, the means with vertical and very steep position of the cranks 2, with small Radii on the chain 3 works.

Es hat sich als günstig erwiesen, das Tretkurbel-Kettenrad 1 elliptisch oder in einer der Ellipse nahekommenden Form auszubilden. Dabei sollte der Durchmesser in Richtung der großen Hauptachse im allgemeinen um mindestens etwa 20% größer sein als der Durchmesser in Richtung der kleinen Hauptachse. Ferner hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Tretkurbeln 2 mit dem in Drehrichtung folgenden größten Halbmesser des Tretkurbel-Kettenrades 1 einen spitzen Winkel von etwa 700 einschließen, wie dies auf Abb. 1 gezeigt ist.It has proven to be advantageous for the crank chain wheel 1 to be elliptical or in a shape approaching the ellipse. The diameter should be generally be at least about 20% larger in the direction of the major major axis than the diameter in the direction of the minor major axis. It has also proven to be cheap proven when the cranks 2 with the following largest radius in the direction of rotation of the crank sprocket 1 include an acute angle of about 700, such as this is shown in fig.

Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Antrieb läßt sich das Radfahren mit einem als besonders angenehm empfundenen und kräftesparenden "runden Tritt ausführen, ohne daß gegenüber kreisförmigen Tretkurbel-Kettenrädern eine Umgewöhnung erforderlich wäre. Umgekehrt wird aber bei Gewöhnung an den erfindungsgemäß optimierten Antrieb das Fahren mit kreisförmigen Tretkurbel-Kettenrädern als unangenehm ungleichmäßig und spürbar anstrengender empfunden. Mit dem erfindungsgemäßen Antrieb läßt sich das Fahrrad aus dem Stand oder aus langsamer Fahrt schneller beschleunigen. Eeim Pahren in der Ebene und beim Überwinden von Steigungen kann ein etwas höheres Übersetzungsverhältnis gewählt werden.With the drive designed according to the invention, cycling can be carried out perform with a particularly pleasant and energy-saving "round step, without having to get used to circular crank sprockets were. However, the reverse is true when you get used to the drive that has been optimized according to the invention riding with circular crank sprockets is uncomfortably uneven and felt noticeably more strenuous. With the drive according to the invention can accelerate the bike faster from a standstill or from slow motion. Eeim Riding on the flat and overcoming inclines can a a slightly higher gear ratio can be selected.

Nach den bisherigen Fahrversuchen lassen sich bei gleicher Anstrengung etwa 5 bis 10% höhere Geschwindigkeiten erzielen als mit kreisförmigen Tretkurbel-Kettenrädern.According to the previous driving tests, with the same effort Achieve about 5 to 10% higher speeds than with circular crank sprockets.

Die Anwendung der Erfindung ist besonders in Verbindung mit den üblichen Kettenschaltungen von 2 bis 18 Gängen zweckmäßig und ohne Schwierigkeiten möglich. Der Ausgleich der nur geringfügigen Anderung der Kettenspannung in Abhängigkeit von der Stellung des unrunden Tretkurbel-Kettenrades erfolgt problemlos, ohne spürbaren Energieverlust und kaum sichtbar durch die bei diesen Schaltungen in den Schaltarmen vorhandenen Spannrollen.The application of the invention is particularly in connection with the usual Derailleur gears from 2 to 18 gears are practical and possible without difficulty. Compensation for the only slight change in chain tension as a function of from the position of the out-of-round crank sprocket takes place without any problems, without noticeable Loss of energy and hardly visible due to the switching arms in these circuits existing tension pulleys.

Wird die Erfindung ohne Kettenschaltung in Verbindung mit zum Beispiel einem einfachen Freilauf oder einer im Hinterrad eingebauten Nabenschaltung verwendet, so ist im allgemeinen die Anordnung einer mit einer Spannfeder versehenen Kettenspannvorrichtung 5, wie sie schematisch in Abb. 1 angedeutet ist, zweckmäßig oder erforderlich.If the invention is used without derailleur in conjunction with for example a simple freewheel or a hub gear built into the rear wheel is used, so generally is the arrangement of a chain tensioner provided with a tensioning spring 5, as indicated schematically in Fig. 1, appropriate or necessary.

Abb. 2 zeigt eine Ausführung mit einem einzelnen Tretkurbel-Kettenrad 1 in erfindungsgemäßer Ausbildung in Verbindung mit einer Kettenschaltung 6 und einem Mehrfachzahnkranz 7.Fig. 2 shows an embodiment with a single crank sprocket 1 in the inventive training in conjunction with a derailleur 6 and a multiple ring gear 7.

Abb. 3 zeigt eine weitere Ausführungsmöglichkeit mit zwei unterschiedlich großen Tretkurbel-Kettenrädern 1' und 1 in erfindungsgemäßer Ausbildung, auf die die Kette 3 bei Bedarf mittels eines Umwerfers 8 umgelegt werden kann. Auch bei einer solchen Ausführung mit mehrfachem Tretkurbel-Kettenrad kann der Antrieb am Hinterrad wahlweise nach Abb. 1 oder nach Abb. 2 ausgebildet werden.Fig. 3 shows another embodiment with two different large crank sprockets 1 'and 1 in the inventive training on the the chain 3 can be turned over by means of a derailleur 8 if necessary. Also at Such a design with multiple crank sprockets can drive the Rear wheel can be designed either according to Fig. 1 or Fig. 2.

Claims (4)

Pataiithiisprti=hc : Tretkurbel-Kettenantrieb für Fahrräder, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb über ein unrundes Tretkurbel-Kettenrad (1) erfolgt, das so gestaltet und bezüglich den Tretkurbeln (2) so angeordnet ist, daß das Tretkurbel-Kettenrad (1) dann mit dem größten Halbmesser auf die Kette (3) arbeitet, wenn der Hebelarm der Pedalkraft in Bezug auf die Tretkurbelachse bei schräg nach unten gerichteter Stellung der jeweils nach unten bewegten Tretkurbel (2) seinen Maximalwert überschritten hat und bereits im Abnehmen begriffen ist, während die Pedalkraft aus anatomischen Gründen und unterstützt durch die Wucht der Tretbewegung bei zügigem Fahren ihren Größtwert besitzt und daher das Drehmoment als Produkt der Pedalkraft und ihres Hebelarms in Bezug auf die Tretkurbelachse besonders groß ist; weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Tretkurbel-Kettenrad (1) mit kleinen Halbmessern auf die Kette (3) arbeitet, wenn das vom Fahrer erzielte Drehmoment in der Nähe der Totpunkte der Tretbewegung, also bei senkrechter und bei sehr steiler Stellung der Tretkurbeln (2) klein ist.Pataiithiisprti = hc: crank chain drive for bicycles, thereby characterized in that the drive takes place via a non-round crank sprocket (1), which is designed and arranged with respect to the cranks (2) so that the crank sprocket (1) then with the largest radius on the chain (3) works when the lever arm the pedal force in relation to the pedal crank axis when it is directed downwards at an angle Position of the respective downwardly moved crank (2) exceeded its maximum value and is already losing weight, while the pedal force is anatomical Founded and supported by the force of the pedaling movement when driving briskly Has the greatest value and therefore the torque as the product of the pedal force and theirs The lever arm is particularly large in relation to the crank axle; continue through it characterized in that the crank sprocket (1) with small radius on the Chain (3) works when the torque achieved by the driver is near the dead center the pedaling movement, i.e. when the pedal cranks are in a vertical and very steep position (2) is small. 2. Tretkurbel-Kettenantrieb mit zwei oder mehr Tretkurbel-Kettenrädern (1'),(1") usw. mit unterschiedlicher Zähnezahl, auf die die Kette (3) mittels eines Umwerfers (8) wahlweise umgelegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines dieser Tretkurbel-Kettenräder (1'), (1") usw. nach Anspruch 1 ausgebildet und angeordnet ist. 2. Pedal crank chain drive with two or more crank chain wheels (1 '), (1 ") etc. with a different number of teeth to which the chain (3) is connected by means of a Derailleur (8) can optionally be turned over, characterized in that at least one of these pedal crank sprockets (1 '), (1 "), etc. according to claim 1 and is arranged. 3. Tretkurbel-Kettenantrieb nach Anspruch 1 und gegebenenfalls auch in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kette (3) am Hinterrad mittels einer Kettenschaltung (6) wahlweise auf die verschiedenen Kränze eines Mehrfachzahnkranzes (7) umgelegt werden kann. 3. Pedal crank chain drive according to claim 1 and optionally also in connection with claim 2, characterized in that the chain (3) on the rear wheel by means of a derailleur (6), optionally on the different rims of a multiple sprocket (7) can be turned over. 4. Tretkurbel-Kettenantrieb nach Anspruch 1 und gegebenenfalls auch in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, die Kette (3) das Hinterrad über eine Nabenschaltung mit mehreren Getriebestufen antreibt. 4. pedal crank chain drive according to claim 1 and optionally also in connection with claim 2, characterized in that the chain (3) is the rear wheel drives via a hub gear with several gear stages.