DE3602199A1 - Vehicle with a pedal crank drive - Google Patents

Abstract

In the case of a vehicle with a pedal crank drive such as a cycle in the form of a bicycle, tricycle or motor cycle, with a driving sprocket (12) mounted in a bottom-bracket bearing (10) and a driven sprocket (14) arranged coaxially on a wheel hub, the driving sprocket (12) and the driven sprocket (14) are connected to each other by a revolving toothed belt (15). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Tretkurbeltrieb, wie Fahrrad als Zweirad, Dreirad oder Motorfahrrad, mit einer in einem Tretlager gelagerten treibenden Zahnscheibe und einer an einer Radnabe koaxial angeordneten angetriebenen Zahnscheibe.The invention relates to a vehicle with a Pedal crank drive, like a bicycle as a two-wheeler, tricycle or motorbike, with one in a bottom bracket mounted driving pulley and one on one Wheel hub coaxially arranged driven Tooth lock washer.

Bei derartigen Fahrzeugen, wie Fahrrädern, ist üblicherweise ein Kettentrieb zur Übertragung der Antriebskraft der fahrenden Person auf das Hinterrad verwendet. Solche Kettentriebe haben zunächst einen Wirkungsgrad von etwa 95%, der bei mangelhafter Schmierung und infolge von Abnutzung bald auf etwa 70% absinkt. Die Kette erfordert im Lauf der Zeit eine gewisse Pflege, sie muß stets gut geschmiert sein. Infolgedessen bildet die Kette stets eine Ursache für Verschmutzung des Radfahrers, was sich besonders ungünstig dann auswirkt, wenn die Kette abgesprungen ist und mit den Händen wieder auf die treibende und auf die antreibende Zahnscheibe aufgelegt werden muß. Aber auch im normalen Betrieb kann sich ein Radfahrer an der Kette die Hose verschmutzen.In such vehicles as bicycles usually a chain drive for transmission the driving force of the moving person on the Rear wheel used. Have such chain drives initially an efficiency of about 95%, which at poor lubrication and wear will soon drop to around 70%. The chain requires a certain amount of care over time, it always has to be well lubricated. As a result, the chain forms always a cause of contamination of the cyclist, which is particularly unfavorable if the chain has come off and with your hands again on the driving and on the driving pulley must be hung up. But also in normal operation a cyclist can chain his pants pollute.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Fahrzeug mit einem Tretkurbeltrieb die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden. Es soll ein Fahrzeug geschaffen werden, welches einen möglichst hohen Wirkungsgrad und eine große Betriebssicherheit des Antriebes aufweist. The invention is based, with one Vehicle with a pedal crank drive shown To avoid disadvantages. It's supposed to be a vehicle be created, which is as high as possible Efficiency and great operational reliability of the Has drive.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die treibende Zahnscheibe und die angetriebene Zahnscheibe durch einen umlaufenden Zahnriemen miteinander verbunden sind. Antriebe mit derartigen Zahnriemen weisen als Gummiantriebe, wie Keilriemen­ antriebe, einen wesentlich höheren Wirkungsgrad, beispielsweise bis zu 98% auf. Sie verhalten sich auch während längerer Betriebszeit unbeeinflußt von unterschiedlich starken Belastungen und behalten dabei ihren hohen Wirkungsgrad bei.According to the invention, this object is achieved by that the driving pulley and the driven Toothed pulley through a rotating toothed belt are interconnected. Drives with such Toothed belts have rubber drives, such as V-belts drives, a much higher efficiency, for example up to 98%. they behave Unaffected even during long periods of operation of different levels of stress and keep thereby their high efficiency.

Außerdem besteht bei der Verwendung eines aus einem gummielastischen Werkstoff mit eingelagertem Textilgewebe aufgebauten Zahnriemen eine absolute Wartungsfreiheit. Der Zahnriemen längt sich nicht wie eine Kette. Ein Verschleiß ist kaum meßbar. Vor allem braucht der Zahnriemen aber nicht geschmiert zu werden, so daß die Verschmutzungsgefahr ausscheidet. Der Zahnriemen kann mühelos, so wie eine Kette beim Auflegen auf die Zahnscheiben gehandhabt werden.In addition, when using one consists of one rubber-elastic material with embedded Textile fabric built an absolute timing belt Maintenance free. The timing belt does not lengthen like a chain. Wear is hardly measurable. Above all, the timing belt does not need to be lubricated to be, so the risk of pollution is eliminated. The timing belt can be as effortless as a chain when placed on the toothed pulleys be handled.

Da die Verhältnisse beim Fahrrad mit einer großen treibenden Zahnscheibe und einer kleineren angetriebenen Zahnscheibe beim Kettentrieb gerade umgekehrt sind, wie bei üblichen Zahnriementrieben, bei denen das treibende Rad einen kleinen Durchmesser und das angetriebene Rad einen größeren Durchmesser hat, lag die Verwendung eines Zahnriemens für den Antrieb eines Fahrrades nicht nahe. In Versuchen hat sich ergben, daß bei einer kleinen angetriebenen Zahnscheibe, die dieselbe Verzahnungsart hat, wie der Zahnriemen und die treibende größere Zahnscheibe, bei stark pulsierenden Zugkräften im Zahnriemen, beispielsweise beim Anfahren oder Bremsen, ein Durchtreten, auch Überspringen genannt, des Zahnriemens auftrat. Bei diesem Vorgang erfolgt ein Herausklettern der Zähne des Zahnriemens aus den Zahnmulden der angetriebenen Zahnscheibe bei starkem Treten. Hierbei gelangen die Zähne des Zahnriemens schließlich auf die Spitzen der Zähne der Zahnscheibe, sie klettern, und rutschen schließlich in die jeweils nächste Zahnmulde der Zahnscheibe hinein. Es ergibt sich also ein schlupfähnlicher Vorgang. Eine Verbreiterung des Zahnriemens und der Zahnscheibe ist aus Platzgründen uninteressant, da am Fahrrad ein möglichst schmaler Antrieb erwünscht ist. Auch die Verwendung einer am Zahnriemen außen anliegenden Andrückrolle im Einlaufbereich der angetriebenen Zahnscheibe bringt noch keine befriedigenden Ergebnisse.Because the situation with the bike with a large driving pulley and a smaller one driven toothed pulley in the chain drive straight are reversed, as with conventional timing belt drives, where the driving wheel has a small diameter and the driven wheel has a larger diameter has the use of a timing belt for the Drive a bike not close. In attempts has emerged that in a small powered Toothed lock washer that has the same type of toothing as the timing belt and the driving larger pulley,  with strongly pulsating tensile forces in the toothed belt, for example when starting or braking Stepping through, also called skipping Timing belt occurred. This is done in this process climbing out the teeth of the toothed belt the tooth recesses of the driven pulley heavy pedaling. Here the teeth of the Finally, timing belt on the tips of the teeth the tooth lock washer, they climb and slide finally into the next cavity of the tooth Lock washer. So there is a slip-like process. A broadening of the Timing belt and the pulley is for space reasons uninteresting because the bike is as narrow as possible Drive is desired. Even the use of a pressure roller on the outside of the toothed belt Inlet area of the driven pulley brings no satisfactory results yet.

Zur Lösung des Problems des Herauskletterns der Zähne des Zahnriemens aus den Zahnmmulden der angetriebenen Zahnscheibe wird bevorzugt vorgeschlagen, daß die Verzahnung der angetriebenen Zahnscheibe als geringfügig verkleinerte Scheibenverzahnung einer dem Zahnriemen entsprechenden Scheibenverzahnung hergestellt ist. Bei der Herstellung der angetriebenen Zahnscheibe wird also beispielsweise das spanende Werkzeug an der Bearbeitungsmaschine so eingestellt, daß lediglich die Verzahnungsdurchmesser geringfügig kleiner gearbeitet werden, als sie dem Zahnprofil des Zahnriemens entsprechen müßten und als sie auch bei der treibenden Zahnscheibe ausgeführt sind, während die Verzahnungsart im übrigen nicht geändert wird. To solve the problem of climbing out of the teeth of the toothed belt from the tooth recesses of the driven Toothed washer is preferably proposed that the Toothing of the driven toothed disc as Slightly reduced disc toothing one pulley toothing corresponding to the toothed belt is made. When producing the driven Toothed lock washer, for example, is cutting Tool set on the processing machine so that only the tooth diameter slightly can be worked smaller than the tooth profile of the toothed belt should match and as they too with the driving pulley, while the gearing type has not changed becomes.  

Bei dieser Verkleinerung wird bevorzugt eine gleichmäßige relative Verkleinerung des Kopfkreis­ durchmessers, des Nenndurchmessers (Teilkreis­ durchmessers) und des Fußkreisdurchmessers eingestellt. Diese Verkleinerung der Durchmesser bei sonst gleicher Form der Verzahnung der angetriebenen Zahnscheibe hat bei dem Zahnriementrieb das überraschende Ergebnis gebracht, daß die Zähne des Zahnriemens nicht mehr aus den Zahnmulden der angetriebenen Zahnscheibe herausgeklettert sind. Die am Tretlager angeordnete größere treibende Zahnscheibe ist dabei dem Zahnprofil des Zahnriemens entsprechend unverändert ausgeführt geblieben.In this reduction, one is preferred uniform relative reduction of the tip circle diameter, the nominal diameter (pitch circle diameter) and the root diameter set. This reduction in diameter with otherwise the same form of toothing has driven toothed pulley in the toothed belt drive the surprising result is that the teeth of the toothed belt no longer from the tooth recesses of the driven tooth lock washer climbed out. The larger driving one arranged on the bottom bracket Toothed pulley is the tooth profile of the toothed belt accordingly remained unchanged.

Bevorzugt kann die gleichmäßige relative Verkleinerung des Kopfkreisdurchmessers, des Nenndurchmessers und des Fußkreisdurchmessers jeweils 1% betragen, um das gewünschte Ergebnis des störungslosen Antriebsbetriebes zu erzielen.The uniform relative reduction can be preferred of the tip circle diameter, the nominal diameter and the root circle diameter are each 1%, to the desired result of the trouble-free Achieve drive operation.

Mit den am Fahrrad üblichen Antriebsabmessungen wirkt sich die Verkleinerung der Durchmesser so aus, daß der Abstand einer Zahnmulde von der benachbarten Zahnmulde in Umfangsrichtung etwa um 0,1 mm kleiner wird. Damit wird auch der Platz in der Zahnmulde für den Zahn des Zahnriemens kleiner, so daß sich eine andere Lage des Zahnes des Zahnriemens in der Zahnmulde der angetriebenen Zahnscheibe ergibt. Gleichlaufend mit dem Abstand zweier benachbarter Zahnmulden ändert sich in entsprechender Weise der Abstand zweier benachbarter Zahnköpfe.
With the usual drive dimensions on the bicycle, the reduction in diameter has the effect that the distance of one tooth recess from the adjacent tooth recess in the circumferential direction becomes approximately 0.1 mm smaller. This also reduces the space in the tooth recess for the tooth of the toothed belt, so that there is a different position of the tooth of the toothed belt in the tooth recess of the driven toothed pulley. The distance between two adjacent tooth tips changes in parallel with the distance between two adjacent tooth cavities.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden erläutert. Es zeigen:The invention is based on one in the drawing illustrated embodiment in the following explained. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrrades mit einem Zahnriementrieb; Figure 1 is a perspective view of a bicycle with a toothed belt drive.

Fig. 2 eine Seitenansicht des Zahnriementriebs des Fahrrades; Fig. 2 is a side view of the toothed belt drive of the bicycle;

Fig. 3 einen Axialschnitt durch den Zahnkranz einer angetriebenen Zahnscheibe des Fahrrades; Fig. 3 is an axial section through the ring gear of a driven toothed wheel of the bicycle;

Fig. 4 einen Radialschnitt durch den Zahnkranz gemäß Linie IV-IV der Fig. 3; Figure 4 is a radial section through the ring gear along line IV-IV of Fig. 3.

Fig. 5 schematisch das Zusammenwirken des Zahnriemens mit der treibenden Zahnscheibe; Fig. 5 illustrates schematically the interaction of the toothed belt with the driving pulley;

Fig. 6 schematisch des Zusammenwirken des Zahnriemens mit der angetriebenen Zahnscheibe. Fig. 6 shows schematically the interaction of the toothed belt with the driven pulley.

Das erfindungsgemäße Fahrrad weist ein Tretlager (10) auf, dessen Tretkurbeln (11) mit einer treibenden Zahnscheibe (12) verbunden sind. Eine an der Radnabe (13) des Hinterrades angeordnete angetriebene Zahnscheibe (14) ist mit der treibenden Zahnscheibe (12) über einen Zahnriemen (15) verbunden. Bei diesem Tretkurbelantrieb ist ebenso, wie bei einem üblichen Fahrrad-Kettentrieb die treibende Zahnscheibe (12) im Durchmesser größer als die angetriebene Zahnscheibe (14). Einer Fahrradkette entspricht der über beide Scheiben gespannte Zahnriemen (15). Dieser ist aus einem gummi­ elastischen Werkstoff mit eingelagertem Textilgewebe aufgebaut, ähnlich einem üblichen Keilriemen.The bicycle according to the invention has a bottom bracket ( 10 ), the pedal cranks ( 11 ) of which are connected to a driving toothed disk ( 12 ). A driven toothed pulley ( 14 ) arranged on the wheel hub ( 13 ) of the rear wheel is connected to the driving toothed pulley ( 12 ) via a toothed belt ( 15 ). In this pedal crank drive, just as in a conventional bicycle chain drive, the driving toothed disc ( 12 ) is larger in diameter than the driven toothed disc ( 14 ). The toothed belt ( 15 ) stretched over both pulleys corresponds to a bicycle chain. This is made of a rubber-elastic material with embedded textile fabric, similar to a conventional V-belt.

Während die Verzahnung der treibenden Zahnscheibe (12) genau der Verzahnung des Zahnriemens (15) entspricht, ist erfindungsgemäß die Verzahnung der angetriebenen Zahnscheibe (14) geringfügig verändert ausgeführt. Diese Veränderung ist dadurch entstanden, daß sowohl der Kopfkreisdurchmesser (16) jedes Zahns (19) als auch der Fußkreisdurchmesser (18) jeder Zahnmulde (20) als auch der Nenndurchmesser (17) der Verzahnung der angetriebenen Zahnscheibe um 1% kleiner ausgeführt sind, als es der Verzahnung des Zahnriemens (15) entspricht. Damit ergibt sich eine gegenüber der Anordnung des Zahnriemens (15) an der treibenden Zahnscheibe (12) veränderte Anordnung dieses Riemens an der angetriebenen Zahnscheibe (14). Die Zähne des Zahnriemens (15) liegen unter teilweiser Einhaltung von Zwischenräumen anders in den Zahnmulden (20) der angetriebenen Zahnscheibe (14) an. Umfangreiche Versuche haben nun ergeben, daß bei dieser anderen Anordnung ein Herausklettern der Zähne des Zahnriemens (15) aus den Zahnmulden (20) der angetriebenen Zahnscheibe auch bei stark pulsierenden Zugkräften in dem Zahnriemen (15) nicht mehr erfolgt. Der Zahnriemen­ trieb ist daher für den Fahrradbetrieb mit stark pulsierenden Zugkräften im Zahnriemen, wie sie infolge des zeitlich veränderlichen Tretens und insbesondere beim Anfahren oder Bremsen auftreten, besonders geeignet.While the toothing of the driving toothed pulley ( 12 ) corresponds exactly to the toothing of the toothed belt ( 15 ), according to the invention the toothing of the driven toothed pulley ( 14 ) is slightly modified. This change is caused by the fact that both the tip circle diameter ( 16 ) of each tooth ( 19 ) and the root circle diameter ( 18 ) of each tooth recess ( 20 ) and the nominal diameter ( 17 ) of the toothing of the driven toothed pulley are 1% smaller than it corresponds to the toothing of the toothed belt ( 15 ). This results in a different arrangement of this belt on the driven toothed pulley ( 14 ) compared to the arrangement of the toothed belt ( 15 ) on the driving toothed pulley ( 12 ). The teeth of the toothed belt ( 15 ) rest differently in the tooth recesses ( 20 ) of the driven toothed pulley ( 14 ), with some gaps being observed. Extensive experiments have now shown that no longer takes place in this alternative arrangement, a climbing out of the teeth of the toothed belt (15) of the cog troughs (20) of the driven pulley, even with strongly pulsating tensile forces in the belt (15). The toothed belt drive is therefore particularly suitable for bicycle operation with strongly pulsating tensile forces in the toothed belt, such as occur due to the time-varying pedaling and especially when starting or braking.

Claims (7)

1. Fahrzeug mit einem Tretkurbeltrieb, wie Fahrrad als Zweirad, Dreirad oder Motorfahrrad, mit einer in einem Tretlager gelagerten treibenden Zahnscheibe und einer an einer Radnabe koaxial angeordneten angetriebenen Zahnscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß die treibende Zahnscheibe (12) und die angetriebene Zahnscheibe (14) durch einen umlaufenden Zahnriemen (15) miteinander verbunden sind.1.Vehicle with a pedal crank drive, such as a bicycle as a two-wheeler, tricycle or motor bike, with a driving toothed disk mounted in a bottom bracket and a driven toothed disk arranged coaxially on a wheel hub, characterized in that the driving toothed disk ( 12 ) and the driven toothed disk ( 14 ) are connected to each other by a circumferential toothed belt ( 15 ). 2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung der treibenden Zahnscheibe (12) der Verzahnung des Zahnriemens (15) entspricht.2. Vehicle according to claim 1, characterized in that the toothing of the driving toothed pulley ( 12 ) corresponds to the toothing of the toothed belt ( 15 ). 3. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung der angetriebenen Zahnscheibe (14) als geringfügig verkleinderte Scheibenverzahnung einer dem Zahnriemen (15) entsprechenden Scheibenverzahnung hergestellt ist.3. Vehicle according to claims 1 and 2, characterized in that the toothing of the driven toothed pulley ( 14 ) is produced as a slightly reduced disk toothing of the toothed belt ( 15 ) corresponding disk toothing. 4. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der verkleinerten Ausführung der Verzahnung der angetriebenen Zahnscheibe (14) die gleiche relative Verkleinerung jeweils des Kopfkreisdurchmessers (16), des Nenn- oder Teilkreisdurchmessers (17) und des Fußkreisdurchmessers (18) durchgeführt ist. 4. Vehicle according to claims 1 to 3, characterized in that in the reduced version of the toothing of the driven toothed disc ( 14 ) the same relative reduction in each case the tip circle diameter ( 16 ), the nominal or pitch circle diameter ( 17 ) and the root circle diameter ( 18 ) is carried out. 5. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Verkleinerung des Kopfkreisdurchmessers (16), des Nenn­ durchmessers (17) und des Fußkreisdurchmessers (18) jeweils etwa 1% beträgt.5. Vehicle according to claims 1 to 4, characterized in that the relative reduction of the tip diameter ( 16 ), the nominal diameter ( 17 ) and the root diameter ( 18 ) is each about 1%. 6. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im radialen Schnitt der angetriebenen Zahnscheibe (14) jede zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen (19) befindliche Zahnmulde (20) von einem Kreisbogen begrenzt ist.6. Vehicle according to claims 1 to 5, characterized in that in the radial section of the driven toothed disc ( 14 ) each between two successive teeth ( 19 ) located tooth recess ( 20 ) is delimited by an arc. 7. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zahnriemen (15) aus einem gummielastischen Werkstoff mit eingelagertem Textilgewebe besteht.7. Vehicle according to claims 1 to 6, characterized in that the toothed belt ( 15 ) consists of a rubber-elastic material with embedded textile fabric.