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Die Erfindung betrifft eine Kurbelvorrichtung für den
Kurbelpedalmechanismus eines Fahrrads oder für ein
Kupplungselement zwischen einem Kolben und der Kurbelwelle einer
selbstbewegenden Maschine.
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Fig. 4B zeigt eine bekannte Kurbelvorrichtung dieses Typs.
Sie umfasst einen Kurbelarm 111, dessen eines Ende mit
einer Drehwelle 112 verbunden ist. Eine Antriebskraft F wird
an das andere Ende des Arms 111 angelegt.
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Der Arm 111 dieser bekannten Kurbelvorrichtung hat eine
feste Länge L', so dass er eine vollständig kreisförmige
Bewegung um die Drehwelle 112 durchführt. Auf diese Art wird
das Drehmoment T an der Drehwelle 112 erzeugt.
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Nun sei der Fall eines Kurbelpedalmechanismus eines
Fahrrads betrachtet. Die Kraft wird auf das Pedal nur dann
angewendet, wenn das Pedal sich nach unten bewegt, nämlich
nur in einem Bereich etwa gleich der Hälfte des vollen
Rotationszyklus. Auf der anderen Hälfte des Zyklus wird der
Kurbelarm durch die Trägheit bewegt, ohne dass eine externe
Kraft an ihm anliegt.
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Ähnlich ist es im Fall einer selbstbewegenden Maschine, wo
die Kraft auf den Kurbelarm nicht über den gesamten Bereich
des Rotationszyklus des Kurbelarms, sondern nur während der
Kolben durch die Verbrennung des Luft-/Brennstoffgemisches
im Zylinder beschleunigt wird, wirkt. Zu den anderen
Zeitpunkten wird der Kurbelarm durch Trägheit gedreht.
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Um ein möglichst großes Drehmoment T mit der bekannten in
Fig. 4B gezeigten Kurbelvorrichtung zu erzeugen, muss die
Länge L' des Kurbelarms 111 entsprechend groß sein. Aber
ein langer Kurbelarm führt zu einem Anstieg der Größe der
gesamten Kurbelvorrichtung sowie ihres Arbeitsraumes.
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Wenn der Kurbelpedalmechanismus eines Fahrrads solche
langen Kurbelarme hat, wird der Fahrradfahrer Mühe haben, die
Kraft an die Pedale anzulegen, da der Drehradius der Pedale
sehr lang ist, und somit muss er seinen Fuß entlang eines
entsprechend großen Kreisweges bewegen.
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FR-A-2356550 offenbart eine Kurbelvorrichtung entsprechend
dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche 1 oder 5.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Kurbelvorrichtung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kurbelvorrichtung nach
Anspruch 1 oder Anspruch 5 gelöst. Die abhängigen Ansprüche
betreffen weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung.
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Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass eine
Kurbelvorrichtung bereitgestellt wird, die ein maximales Drehmoment für
eine vorgegebene Kraft erzeugen kann, während der Raum für
den Hebelarm minimal bleibt.
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Bei einer Anordnung der Erfindung ist die Verbindung
zwischen dem Bewegungsumwandlungsmittel und dem einen Arm
lösbar. Die Kurbelvorrichtung umfasst des weiteren Mittel zur
Änderung der Verbindungsposition zwischen dem
Bewegungsumwandlungsmittel und dem einen Arm.
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In einer weiteren Anordnung umfasst das
Bewegungsumwandlungsmittel ein Ritzel, das zusammen mit dem Drehelement
drehbar ist, und zwei Zahnstangen, die an dem einen Arm
vorgesehen sind, um sich entlang des einen Arms zu
erstrecken, und die auf entgegengesetzten Seiten des Ritzels
vorgesehen sind, wobei das Ritzel mit Zahnradzähnen zumindest
auf einem Teil seines Umfangs ausgebildet ist, so dass die
Zahnradzähne, während der Kurbelarm eine erste halbe
Umdrehung macht mit einer der Zahnstangen und, während der
Kurbelarm eine auf die erste halbe Umdrehung folgende, zweite
halbe Umdrehung macht, mit der anderen Zahnstange in
Eingriff gebracht werden.
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In einer weiteren Anordnung ist das
Bewegungsumwandlungsmittel ein Verbindungselement, das das Drehelement mit dem
Arm verbindet, wobei das Verbindungselement mit dem
Drehelement an einem Punkt verbunden ist, der gegenüber dem
Rotationsmittelpunkt des Drehelements verschoben ist.
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Bei einer weiteren Anordnung umfasst das
Bewegungsumwandlungsmittel ein Ritzel, das an einem Arm so angebracht ist,
dass es drehbar und entlang des Armes bewegbar ist, und das
mit Zahnradzähnen an seinem Umfang ausgebildet ist, zwei
Zahnstangen, die an dem jeweiligen Arm vorgesehen und an
entgegengesetzten Seiten des Ritzels angeordnet sind, und
ein Übertragungsmittel, um die Drehbewegung des
Drehelementes in eine lineare Bewegung des Ritzels umzuwandeln, indem
der Mittelabschnitt des Ritzels in eine Längsrichtung des
Armes gezwungen wird, wobei die auf dem Umfang des Ritzels
ausgebildeten Zahnradzähne mit den beiden Zahnstangen
kämmen.
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Die Kurbelvorrichtung einer weiteren Anordnung enthält ein
rotierendes Element, das an einem beliebigen Platz in der
Länge des Kurbelarms vorgesehen und zur Drehung
ausgestaltet ist, wenn sich der Kurbelarm dreht, wobei das
Drehelement antriebsmäßig mit dem Rotationselement gekoppelt ist,
wodurch das Drehelement durch den Kurbelarm über das
Rotationselement gedreht wird.
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Wenn sich der Kurbelarm dreht und das mit ihm verbundene
Drehelement eine halbe Umdrehung macht, werden die Arme des
Kurbelarms voneinander in einer geraden Linie durch das
Bewegungsumwandlungsmittel bewegt. Die Länge des Kurbelarms
wird so erhöht. Wenn der Kurbelarm eine weitere halbe
Umdrehung macht, wird die Rotationsbewegung des Drehelementes
nun in eine lineare Bewegung in entgegengesetzter Richtung
umgewandelt. Anders gesagt, die Arme werden nun aufeinander
zu bewegt, so dass sich die gesamte Länge des Kurbelarms
verringert.
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Indem die räumliche Lage des Kurbelarms so eingestellt
wird, dass die Antriebskraft auf das Pedal angewendet wird,
während der Kurbelarm innerhalb des Winkelbereichs von ±90º
von jenem Punkt aus ist, an dem die gesamte Länge des
Kurbelarms maximal wird, und so, dass der Kurbelarm sich durch
Trägheit innerhalb des Bereichs von ±90º von dem Punkt an
bewegt, in dem die gesamte Länge minimal ist, ist es
möglich, ein großes Drehmoment zu erzeugen, da die
Antriebskraft angewendet wird, während die Länge des Kurbelarme
groß ist.
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Da die Länge des Kurbelarms abwechselnd maximal und minimal
an Winkelpositionsintervallen von 180º wird, hat der
Raumbedarf des Kurbelarms im Wesentlichen die gleiche Fläche
wie der Raumbedarf des bekannten Kurbelarms, so dass er in
einem hinreichend kleinen Raum arbeiten kann.
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Erfindungsgemäß ist es möglich, den Verbindungspunkt
zwischen dem Bewegungsumwandlungselement, das das Drehelement
und den Kurbelarm verbindet, durch Ändern der
Winkelposition des Drehelements zu ändern, wobei das Drehelement von
dem Kurbelarm getrennt wird.
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Des weiteren ist es auch möglich, die maximalen und
minimalen Längen des Kurbelarms zu ändern, indem die Position des
Bewegungsumwandlungselements relativ zu einem der Arme
geändert wird. Somit ist es mit diesen Anordnungen möglich,
die Form und Größe des Raumbedarfs des Kurbelarms frei zu
ändern, so dass das Drehmoment und/oder die
Rotationsgeschwindigkeit maximal werden.
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Des weiteren kämmen, während der Kurbelarm eine erste halbe
Umdrehung macht, die auf dem Zahnrad ausgebildeten
Zahnradzähne mit den Zähnen an der anderen Zahnstange, wodurch die
Zahnstange in einer solchen Richtung bewegt wird, dass die
beiden den Kurbelarm bildenden Arme voneinander wegbewegt
werden. Während der Kurbelarm die andere halbe Umdrehung
macht, die auf die erste halbe Umdrehung folgt, wird die
Verzahnung des Ritzels nun in Eingriff mit der anderen
Zahnstange gebracht, so dass die Arme aufeinander zu bewegt
werden. Die gesamte Länge des Kurbelarms wird so
vermindert.
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Wenn sich des weiteren das Drehelement dreht, pendelt das
Verbindungselement eines der beiden Arme in Axialrichtung
innerhalb des Bereichs, der doppelt so groß wie das Ausmaß
der Exzentrizität zwischen dem Rotationszentrum des
Drehelements und dem Punkt ist, an dem das Verbindungselement
mit dem Drehelement verbunden ist, so dass der Kurbelarm
ausgedehnt und geschrumpft wird.
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Des weiteren wird die Drehbewegung des Drehelements auf das
Ritzel über das Verbindungselement übertragen, so dass das
Zentrum des Ritzels sich in Längsrichtung des Armes bewegt.
Da die auf dem Ritzel ausgebildete Verzahnung mit den
Zahnstangen kämmt, die an beiden Armen ausgebildet sind, wird
der bewegliche der beiden Arme mit der doppelten
Geschwindigkeit des Zentrums des Ritzels in Bezug auf den anderen
feststehenden Arm bewegt. Somit wird bei dieser Anordnung
die Differenz zwischen der maximalen und minimalen Länge
jedes Kurbelarms im Vergleich mit den vierten und fünften
Anordnungen verdoppelt.
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Darüber hinaus kann die Antriebskraft auf das Drehelement
über jedes Element übertragen werden, das zusammen mit dem
Kurbelarm drehbar ist. Dies erhöht die Freiheit bei der
Ausgestaltung der Kurbelvorrichtung.
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Andere Merkmale und Aufgaben der Erfindung werden aus der
folgenden Beschreibung unter Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen deutlich, in denen zeigt:
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Fig. 1A eine vertikale Querschnittsansicht einer
Kurbelvorrichtung der ersten Ausführungsform;
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Fig. 1B eine Querschnittsansicht deren Betriebszustand;
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Fig. 2 eine Querschnittaufsicht derselben;
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Fig. 3 eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III
in Fig. 2;
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Fig. 4A schematisch den Raumbedarf des Kurbelarms der
Vorrichtung;
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Fig. 4B schematisch den Raumbedarf eines bekannten
Kurbelarms;
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Fig. 5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform;
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Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI aus
Fig. 5;
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Fig. 7A und 7B Querschnittsansichten, die den Betrieb der
zweiten Ausführungsform erläutern;
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Fig. 8 eine Ansicht, die den verschiedenen Raumbedarf
der selben zeigen;
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Fig. 9 eine Ansicht einer dritten Ausführungsform;
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Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer vierten
Ausführungsform;
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Fig. 11 eine Querschnittsansicht einer fünften
Ausführungsform;
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Fig. 12 eine vertikale Querschnittsvorderansicht einer
sechsten Ausführungsform;
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Fig. 13 eine Querschnittsaufsicht derselben;
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Fig. 14 eine vertikale Querschnittsvorderansicht einer
siebten Ausführungsform;
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Fig. 15 eine Querschnittaufsicht derselben;
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Fig. 16 eine vertikale Querschnittsvorderansicht einer
achten Ausführungsform;
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Fig. 17 eine Querschnittaufsicht derselben;
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Fig. 18 eine Ansicht, die den verschiedenen Raumbedarf
der verschiedenen Kurbelarme zeigt;
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Fig. 19 eine vertikale Querschnittsvorderansicht einer
neunten Ausführungsform; und
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Fig. 20 eine Querschnittsaufsicht derselben.
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Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Kurbelvorrichtung der ersten
Ausführungsform der Erfindung, die bei dem
Kurbelpedalmechanismus eines Fahrrads verwendet wird.
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In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein
Kettenzahnrad, das mit der Antriebskette eines Fahrrads kämmt.
Eine Welle 3 ist an dem Fahrradrahmen befestigt. Eine
Scheibe 4 ist drehbar mit der festen Welle 3 verbunden. Ein
Kurbelarm 6 ist mit einem Ende mit einer Drehwelle 5
verbunden, die mit dem Kettenzahnrad 1 verbunden ist.
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Der Kurbelarm 6 enthält einen hohlen ersten Arm 7 und einen
zweiten Arm 8, der gleitfähig in dem ersten Arm 7
eingeführt ist. Der erste Arm 7 ist mit einem Ende an der
drehbaren Welle 5 gelagert. Mehrere Nadellager 9 sind in den
Innenseitenflächen des ersten Arms 7 so angeordnet, dass
der zweite Arm 8 so geführt wird, dass er sanft in dem
ersten Arm 7 gleitet. Der zweite Arm 8 trägt an seinem Ende
ein Pedal 7 über eine Welle 10.
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Wie in Fig. 1 bis 3 gezeigt wird, sind der erste Arm 7 und
der zweite Arm 8 zusammen über eine Ritzelwelle 12
gekoppelt, die an ihren beiden Enden an den Seitenwänden des
ersten Arms 7 gehalten wird. Ein Ritzel 13 ist drehbar auf
der Ritzelwelle 12 gelagert. Verlängerte Löcher oder
Schlitze 14, die durch die Ritzelwelle 12 sich erstreckt,
sind in den Seitenwänden des zweiten Arms 8 ausgebildet.
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Eine Scheibe 15 ist einstückig fest an einer Seite des
Ritzels 13 ausgebildet. Ein Draht 16 ist um die Scheibe 15
gewickelt, und die feste Scheibe 4 dreht sich zusammen mit
der Scheibe 15. Der Draht 16 kann durch einen Riemen oder
eine Kette ersetzt werden. Wenn der Kurbelarm 6 sich um die
Drehwelle 5 dreht, wird Spannung zwischen den Scheiben 4
und 15 erzeugt, so dass die Scheibe 15 (und somit das
Ritzel 13) sich um eine Menge entsprechend dem Drehwinkel des
Kurbelarms drehen.
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Andererseits sind Zahnstangen 17 und 18 dem Ritzel 13
gegenüberliegend an den inneren und oberen Seitenflächen des
zweiten Arms 8 ausgebildet. Die Zahnstangen 17 und 18
erstrecken sich längs mit gleichem Abstand und
entgegengesetzt zueinander.
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Das Ritzel 13 hat Zähne 19, die entlang etwa der Hälfte
seines Umfangs vorgesehen und zum Eingriff mit den
Zahnstangen 17 und 18 ausgestaltet sind. Die andere Hälfte des
Umfangs des Ritzels 13 ist eine glatte kreisförmige
Oberfläche 20, die nicht mit den Zahnstangen 17 und 18 kämmt.
Wenn das Ritzel 13 eine halbe Umdrehung im Uhrzeigersinn
oder entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn macht, werden die
Zähne 19 in Eingriff mit der oberen oder der unteren
Zahnstange 17 oder 18 gebracht. Die Anzahl der Zahnstangenzähne
17 oder 18 wird so festgelegt, dass während das Ritzel 13
eine halbe Umdrehung in irgendeiner Richtung macht, der
Zahn 19 in Eingriff mit einer der beiden Zahnstangen 17
oder 18 verbleibt.
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Wenn im Zustand aus Fig. 1 das Pedal 11 en durch eine Kraft
Fnach unt geschoben wird, wird der Kurbelarm 6 im
Uhrzeigersinn drehen, wodurch Spannung in Richtung des Pfeils an
dem Draht 16 erzeugt wird, der um die Scheiben 4 und 15
ge
wickelt ist. Die Spannung verursacht, dass sich das Ritzel
13 entgegen des Uhrzeigersinns dreht. Die Zähne 19 werden
somit in Eingriff mit der unteren Zahnstange 18 gebracht,
wodurch die Zahnstange 18 sich nach rechts bewegt.
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Der zweite Arm 8 wird somit aus dem ersten Arm 7
herausgeschoben, so dass die Länge L des gesamten Kurbelarms 6
wächst.
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Wenn der Kurbelarm 6 zu der in Fig. 1A gezeigten Position
dreht, wird die Länge L des Kurbelarms 6 maximal. In dieser
Position gelangen die Zähne 19 außer Eingriff mit der
unteren Zahnstange 18.
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Wenn der Kurbelarm 6 weiter nach unten aus dieser Position
dreht, wie es in Fig. 1B gezeigt ist, werden die Zähne 19
nun in Eingriff mit der oberen Zahnstange 17 gebracht,
wodurch sie nach links gezwungen werden. Der zweite Arm 6
wird somit nach links in den ersten Arm 7 hineinbewegt. Die
Länge L des gesamten Kurbelarms 6 wird verringert.
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Insgesamt dreht der Kurbelarm 6 einem Weg folgend, der
schematisch in Fig. 4A gezeigt ist. Das freie Ende des
Kurbelarms 6 folgt nämlich einem im Wesentlichen elliptischen
Weg, wobei der Radius in dem Bereich, in dem die
Antriebskraft auf das Pedal 11 angewendet wird, maximal und in dem
Bereich, in dem sich das Pedal durch Trägheit bewegt,
minimal wird.
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Das auf die Drehwelle 5 angewendete Drehmoment T ist
gegeben durch T = F x (A + B) · cos α (wobei A die Länge des
ersten Arms 7, B jene des zweiten Arms 8 und α der
Drehwinkel des Kurbelarms 6 ist). Da der Kurbelarm 6 dieser
Erfindung einem ellipsenartigen Weg folgend gedreht wird, wie es
in Fig. 4A gezeigt ist, während die Kraft F auf das Pedal
angewendet wird, steigt das Drehmoment T mit wachsender
Länge L. Somit wird das mit der erfindungsgemäßen
Kurbel
vorrichtung erzielbare maximale Drehmoment größer als das
Drehmoment, das mit der bekannten Kurbelvorrichtung
erzielbar ist, bei der ein Kurbelarm eine feste Länge L' hat,
nämlich um den Betrag F x (L - 1') · cos α.
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Während der Kurbelarm 6 eine Umdrehung durchführt, wird die
Länge L nur zeitweise maximal und über die Rückkehrphase
kurz gehalten. Somit ist der Raumbedarf insgesamt nicht
sehr groß im Vergleich mit dem Raumbedarf des Kurbelarms
vom festen Typ, der in Fig. 4B gezeigt ist. Insbesondere
ist bei der Anordnung, bei der die Kurbelarmlänge maximal
wird, wenn der Kurbelarm in der horizontalen Position ist,
der vertikale Durchmesser des Raumbedarfs des Kurbelarm
nicht unterschiedlich von jenem des bekannten Kurbelarms.
Somit kann der Fahrradfahrer die Pedale 11 genau so leicht
steuern wie bei einem Fahrrad mit einem bekannten
Kurbelarm.
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Die Fig. 5 bis 8 zeigen die zweite Ausführungsform.
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Bei dieser Ausführungsform sind die feste Welle 3 und die
Scheibe 4 an dem Tragpunkt des Kurbelarms 6 vorgesehen, so
dass sie voneinander getrennt werden können. Die feste
Welle 3 hat einen Endabschnitt 3a, der mit der Kurbelwelle
4a in Eingriff steht, die bei dieser Ausführungsform
einstückig mit der Scheibe 4 ist. Eine Mehrzahl von Nuten 21
sind auf der Umfangsoberfläche des Endabschnitts 3a der
Welle 3 ausgebildet, wobei sie im Umfang voneinander mit
vorgegebenen regelmäßigen Abständen angeordnet sind. Die
Scheibenwelle 4a trägt einen Stopperstift 22, der in eine
der Nuten 21 durch eine Feder 23 gezwungen wird. Durch
Eingriff des Stopperstifts 22 in eine vorgegebene Nut 21 kann
die Scheibe 4 in eine vorgegebene Winkelposition relativ
zur festen Welle 3 gesetzt werden.
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Bei dieser Anordnung wird die Winkelposition der Scheibe 4
bezüglich der festen Welle 3 geändert, wie es in den Fig.
7A und 7B gezeigt ist, wobei die Scheibe 15 und das Ritzel
13 durch die Spannung an dem Draht 16 gedreht werden, so
dass sich der Eingriffspunkt zwischen dem Ritzel 13 und der
Zahnstange 18 ändert. Der Kurbelarm 6 wird so ausgedehnt
oder geschrumpft. Wenn somit der Kurbelarm 6 aus dem in
Fig. 78 gezeigten Zustand dreht, wird seine Länge maximal
bzw. minimal an anderen Punkten des Rotationszyklus, als
wenn der Kurbelarm aus der in Fig. 7A gezeigten Position
dreht. Anders gesagt, entsprechend der Position des
Stopperstifts 22 ändert sich die Phase des Raumbedarfs des
Hebelarms 6, wie es in Fig. 8 gezeigt ist. Somit ist es durch
Einstellen der Winkelposition der Scheibe 4 bezüglich der
festen Welle 3 durch Betätigen des Stopperstifts 22
möglich, die Phase des Raumbedarfs des Hebelarms entsprechend
der physikalischen Abmessungen des Radfahrers oder seiner
Wünsche so zu ändern, dass er die Antriebskraft auf die
Pedale mit der besten Zeitsteuerung übertragen kann.
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Fig. 9 zeigt die dritte Ausführungsform. Die
Kurbelvorrichtung dieser Ausführungsform wird zur Kopplung zwischen
einer mit einem Kolben 31 einer selbstbewegenden Maschine
verbundenen Stange 33 und der Kurbelwelle 32 verwendet.
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In diesem Fall ist der Kurbelarm 6 so angeordnet, dass
seine Länge wächst, während der Kurbelarm aufgrund der
Verbrennung des Luft-/Brennstoffgemisches im Zylinder
beschleunigt wird. Mit dieser Anordnung ist es möglich,
beachtlich das Rotations-Drehmoment zu erhöhen, das vom
Kolben auf die Kurbelwelle 32 über den Kurbelarm 6 übertragen
wird.
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Mit dem Kurbelarm dieser Erfindung im Antriebszug einer
sich selbst bewegenden Maschine ist es möglich, die
Maschinenleistung mit höherer Effizienz zu übertragen. Ein mit
einem solchen Kurbelarm ausgerüstetes Auto wird
insbesondere hohe Leistung zeigen, wenn es eine Steigung erklimmt
oder während einer langen Reise.
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Fig. 10 zeigt die vierte Ausführungsform. Das Kurbelgehäuse
dieser Ausführungsform wird auch bei einer sich selbst
bewegenden Maschine verwendet und hat Mittel zur Änderung der
Winkelposition des Ritzels.
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In Fig. 10 bezeichnet das Bezugszeichen 41 eine feste
Welle, die sich durch den Kurbelarm 6 erstreckt und mit der
Scheibe 4 verbunden ist, die auf einem Ende der festen
Welle 41 gelagert ist. Ein Flügelrad 42 ist am anderen Ende
der festen Welle 41 angebracht. Ein von einem Servomotor
getriebenes Schneckengetriebe 43 kämmt mit dem Flügelrad
42.
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Bei dieser Anordnung werden sich durch Betätigen des
Servomotors 44 durch einen On-Board-Computer 45 das
Schneckengetriebe 43 und das Flügelrad 42 drehen, und somit wird die
mit der festen Welle 41 verbundene Scheibe 4 und die mit
dem Ritzel verbundene Scheibe ebenfalls gedreht, so dass
der Eingriffspunkt zwischen dem Ritzel und der Zahnstange
sich ändert. Der Kurbelarm 6 wird so gedehnt oder
geschrumpft.
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Durch Einstellen der Punkte, an denen die Länge des
Kurbelarms maximal und minimal wird, kann der Raumbedarf des
Kurbelarms 6 in Bezug auf den Hub des Kolbens 31 optimiert
werden, so dass das maximale Drehmoment mit höchster
Effizienz erzeugt werden kann. Auch durch Änderung des
Raumbedarfs des Kurbelarms ist es möglich, den Hub des Kolbens 31
und so das Kompressionsverhältnis des Luft-
/Brennstoffgemisches zu ändern. Dies macht es möglich, die
Ausgabe der Maschine zu erhöhen.
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Fig. 11 zeigt die fünfte Ausführungsform.
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Diese Ausführungsform ist die gleiche wie die anderen
Ausführungsformen dahingehend, dass das Ritzel 13 mit den
Zahnstangen 17 und 18 kämmt, sie unterscheidet sich aber
dahingehend, dass die Zahnstangen 17 und 18 an einer Buchse
51 ausgebildet sind, die gleitfähig in dem zweiten Arm 8
eingeführt ist, und durch eine Gewindewelle 52 zum Zuführen
der Buchse 51, die sich durch die Endfläche der Buchse 51
erstreckt.
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Eine Steuerkurbel 55 ist mit dem Ende der Gewindewelle 52
über Zahnritzel 53, 54 verbunden. Durch Drehen der Kurbel
55 wird sich die Gewindewelle 52 drehen und die Buchse 51
in beide Richtungen gleiten, wobei der Abstand X zwischen
den Zahnstangen 17 und 18 und dem zweiten Arm 8 geändert
wird.
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Durch Änderung des Abstands X wird der maximale und/oder
minimale Wert der Armlänge geändert. Somit ist es möglich,
die Größe des Raumbedarfes des Hebelarms einzustellen.
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Andererseits zeigen die Fig. 12 und 13 die sechste
Ausführungsform, in der der erste Arm 7 und der zweite Arm 8
zusammen mittels eines Kurbelmechanismus verbunden sind.
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Der Kurbelmechanismus enthält eine Scheibe 61, Platten 62,
die parallel zur Scheibe 61 angeordnet sind, einen Stift
63, der die Scheibe 61 und die Platten 62 miteinander
verbindet und einen Stab 64, der mit einem Ende des Stifts 63
über ein Lager 65 verbunden ist, und wobei das andere Ende
mit dem Ende des zweiten Arms 8 über ein Lager 66 verbunden
ist.
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Die Scheibe 61 und die Platten 62 sind drehbar an den
Seitenwänden des ersten Arms über Wellen 67 bzw. 68 gelagert.
Der Stift 63 ist gegenüber der Achse der Wellen 67 und 68
um einen Abstand ε verschoben.
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Bei dieser Anordnung wird, wenn sich die Scheibe 61 und die
Platten 62 drehen, der Kurbelarm 6 im Wesentlichen zurück
und nach vorne bewegt, so dass der zweite Arm 8 relativ zum
ersten Arm 7 innerhalb des Bereichs des Abstands gleich der
Exzentrizität s multipliziert mit 2 pendelt. Somit ist die
Gesamtlänge des Kurbelarms 6 innerhalb dieses Bereichs
verlängert und vermindert.
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Fig. 14 und 15 zeigen die siebte Ausführungsform, in der
ein Paar von Platten 72, 73 auf einer Seite einer Scheibe
71 angeordnet sind. Zwischen den Platten 72 und 73 ist ein
Stift 74 vorgesehen, der durch ein Lager in ein vertikales
verlängertes Loch oder Schlitz 75 eingreift, das am Ende
des zweiten Arms 8 ausgebildet ist. Der Stift 74 ist
gegenüber der Achse der Scheibe 71 um einen Abstand ε verschoben
vorgesehen. Wenn somit die Scheibe 71 sich dreht, pendelt
der zweite Arm 8.
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Fig. 16 bis 18 zeigen die achte Ausführungsform.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Scheibe 15, die durch
den Draht 16 gedreht wird, wenn sich der Hebelarm 6 dreht,
von einem Ritzel 81 getrennt. Das Ritzel 81 hat eine
mittlere Welle 82, die in verlängerte Löcher oder Schlitze 83
eingreift, die in den Seitenwänden des zweiten Arms 8
ausgebildet sind, und wobei sich das Ritzel 81 so dreht, dass
es axial zu dem Arm 6 beweglich ist.
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Ein Übertragungselement 84 verbindet die Scheibe 15 an
einem exzentrischen Punkt mit dem Ritzel 81 an dessen
Mittelwelle 82. Wenn die Scheibe 15 sich dreht, verursacht das
Übertragungselement 84, dass sich das Ritzel 81
longitudinal zum zweiten Arm 8 hin- und herbewegt.
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Das Ritzel 81 ist mit Eingriffszähnen 83 über den gesamten
Umfang ausgebildet. Die Zähne 85 kämmen mit der Zahnstange
86, die an der inneren oberen Oberfläche des zweiten Arms 8
ausgebildet ist. Der zweite Arm 8 ist mit einer länglichen
Nut 88 in seiner unteren Seite ausgebildet. Eine in dem
er
sten Arm 7 ausgebildete Zahnstange 87 erstreckt sich in den
zweiten Arm 8 durch die Nut 88 und kämmt mit den Zähnen 85
des Ritzels 81 zu jedem Zeitpunkt.
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Wenn sich der Kurbelarm 6 dreht, dreht sich die Scheibe 15
mit ihm zusammen, so dass sich die mit dem
Übertragungselement 84 verbundene Mittelwelle 82 und das Ritzel 81 in
Längsrichtung des Kurbelarms hin- und herbewegen. Da die
Zähne 85 des Ritzels 81 sowohl mit der Zahnstange 87 des
ersten Arms 7 als auch der Zahnstange 86 des zweiten Arms 8
kämmen und da der erste Arm 7 feststeht, dreht sich das
Ritzel 81 in einer solchen Richtung, dass der zweite Arm 8
relativ zu und weg von dem ersten Arm 7 bewegt wird.
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Während sich die Mittelwelle 82 durch die Drehung der
Scheibe 15 in beiden Richtungen mit einer vorgegebenen
Geschwindigkeit dreht, wird die Zahnstange 86 des zweiten
Arms 8 mit der doppelten Geschwindigkeit der Mittelwelle 82
bewegt. Dies liegt daran, dass die Randgeschwindigkeit des
Ritzels 81 an einem Eingriffspunkt mit der feststehenden
Zahnstange 87 des ersten Arms 7 gleich Null ist, und dass
somit die Randgeschwindigkeit der Scheibe 81 an ihrem
Funkt, an dem diese mit der Zahnstange 86 des zweiten Arms
8 kämmt, die doppelte Geschwindigkeit der Mitte des Ritzels
81 ist, nämlich der Mittelwelle 82. Somit wird der zweite
Arm 8 auch mit der doppelten Geschwindigkeit der
Mittelwelle 82 des Ritzels 81 bewegt.
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Der zweite Arm 8 bewegt sich nicht nur mit der doppelten
Geschwindigkeit der Scheibe. Er bewegt sich auch über den
doppelten Abstand der Scheibe. Anders gesagt, bei dieser
Ausführungsform ändert sich die Gesamtlänge des Kurbelarms
6 in dem doppelten Ausmaß, die mit der Vorrichtung der
ersten, sechsten oder siebten Ausführungsform erzielt wurde,
vorausgesetzt, dass die Scheiben- und Kegelräder die
gleichen Abmessungen und Formen haben. Fig. 18 zeigt den
Raumbedarf der Kurbelarme der achten und siebten
Ausführungs
formen und eines bekannten Kurbelarms. Wie in dieser Figur
zu sehen ist, ist der Raumbedarf (b) der sechsten
Ausführungsform nach rechts gegenüber dem Raumbedarf (c) des
bekannten Kurbelarms verschoben. Der Raumbedarf (a) der
achten Ausführungsform ist weiter nach rechts gegenüber dem
Raumbedarf (b) verschoben. Wenn der Raumbedarf (a) mit dem
Raumbedarf (c) verglichen wird, ist der erste beachtlich
nach rechts gegenüber dem letzten verschoben.
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Die Fig. 19 und 20 zeigen die neunte Ausführungsform. Bei
dieser Ausführungsform wird die Drehkraft auf ein Ritzel
mittels der Pedallagerwelle 10 angewendet, die am freien
Ende des Kurbelarms 6 angebracht ist.
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Die Pedalkurbelwelle 10 dreht sich, wenn der Fahrradfahrer
auf das Pedal tritt und sie dreht den Kurbelarm 6. Die
Welle 10 trägt ein Zahnrad 92.
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Das Zahnrad 92 kämmt mit einem Paar Zahnräder 93, 94, die
an dem zweiten Arm B angebracht sind. Ein Stift 95 ist mit
den Zahnrädern 93, 94 an einem Punkt verbunden, der
gegenüber der Drehachsen verschoben ist. Der Stift 95 ist mit
einer Mittelwelle 96 des Ritzels 91 über ein
Übertragungselement 97 gekoppelt.
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Ähnlich der achten Ausführungsform ist das Ritzel 91 mit
einer Zahnradverzahnung 98 über den gesamten Umfang
ausgestattet. Die Zähne 98 sind im Eingriff mit beiden
Zahnstangen 99 und 100, die in dem ersten Arm 7 und dem zweiten Arm
8 jeweils ausgebildet sind.
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Eine Mehrzahl Positionierungslöcher 101 sind in
vorgegebenen Intervallen am Kreisumfang der Pedallagerwelle 10
angebracht. Das Pedal 11 trägt an einem seiner Seiten einen
Stopperstift 102. Die Pedallagerposition wird durch
Eingriff des Stifts 102 in eine der Positionierungslöcher 101
bestimmt. Für jede Positionierung wird die Welle 10
ge
dreht, indem ein Bolzenschlüssel 103 in ein
Bolzenschlüsselloch 104 eingesetzt wird, das am Ende der Welle 10
ausgebildet ist.
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Mit dieser Anordnung dreht sich, wenn sich der Kurbelarm 6
dreht, die Pedallagerwelle 10, wodurch sich die Zahnräder
93 und 94 drehen. Die Rotation der Zahnräder 93 und 94 wird
über das Verbindungselement 97 auf die Mittelwelle 96 des
Ritzels 91 übertragen, wodurch sich die Welle 96 in
Längsrichtung des Armes 6 verschiebt. Da das Ritzel 91 im
Eingriff mit den Zahnstangen 99, 100 ist, wird der zweite Arm
longitudinal bezüglich des ersten Arms 7 bewegt, so dass
die gesamte Länge des Kurbelarms 6 ansteigt oder abfällt.
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Durch Außereingriffbringen des Stopperstifts 102 aus dem
Positionierungsloch 101 und durch Neueingriff in ein
anderes Loch 101 ändert sich die Winkelposition zwischen dem
Pedal und der Pedallagerwelle 10. Auf diese Art ist es
möglich, die Punkte zu ändern, an denen die Länge des
Hebelarms 6 maximal und minimal wird.
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Bei dieser Ausführungsform wird die Drehkraft auf das
Ritzel 91 von der Pedallagerwelle 10 angelegt. Aber das Ritzel
91 kann durch andere Bauteile des Kurbelarms 6 gedreht
werden, die sich drehen, wenn sich der Kurbelarm dreht.
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Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen besteht der
Kurbelarm 6 aus dem ersten Arm 7 und dem zweiten Arm 8.
Aber es ist zu verstehen, dass drei oder mehr Arme
gleitfähig mittels Kegelrädern und Zahnstangen miteinander
verbunden werden können. Die Verwendung von mehr als zwei Armen
ermöglicht es, die Länge des Kurbelarms in einem größeren
Bereich zu ändern und somit ein größeres Drehmoment zu
erzeugen.
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Die Drehbewegung des Kurbelarms 6 kann auf das Ritzel 13
nicht nur über die Scheiben 4 und 15 und den Draht 16
son
dern
auch über Zahnketten oder Übertragungsmechanismen
übertragen werden.