Kurt Christian Aggesen, Dunhammervej 31 den 23. oktober 2005

DK-4000 Roskilde, tlf. 46786434

e-post: aggesen@kabelmail.dk

Ansøgning om patent

Pedalarm og hjulnav med tabsløst, trinløst gear til cykler

Opfindelsen angår en krank, her betegnet pedalarm og hjulnav med tabsløst, trinløst gear til cykler. Gængse cykler har drev fra pedalakslen til den ene hjulaksel, som regel baghjulet, via et kædedrev. Problemerne som søges løst ved opfindelsen er at mindske kraftforbruget til fremdrift af cyklen med en person og eventuel last.

Kraftforbruget kan deles op i

1.: Effekt til overvindelse af cyklens lejefriktion.

2.: Effekt til overvindelse af kædetransmissionens modstand.

3.: Effekt til brug for flytning af cyklens egenvægt, personen samt last.

4.: Effekt til overvindelse af luftmodstanden.

5.: Effekt til overvindelse af dækkenes deformation.

Angående 1.: Idet at pedalakslens lejring udgør en selvstændig aksel udover de to hjulaksler, medfører dette at cyklens lejefriktionsmodstand kan deles op i en treidiedels tab til hver aksel.

Angående 2.: Idet at pedalakslens lejring på almindelige cykler er forskudt i forhold til begge hjulaksler, er der et transmissionstab i kædedrevet, tilsvarende alle andre tilsvarende kædetransmissioner udgør dette tab ca. 10 %, af hele den effekt som cyklisten leverer til pedalerne.

Angående 3.: Idet at pedalakslens lejring skal optage et drejemoment svarende til hvad en persons vægt giver, uden at cyklens stel vrider sig for meget, er en stor del af cyklens egenvægt, ca. 35 % af den samlede vægt, den masse som er nødvendig for pedalakslens placering.

Angående 4.: Cyklens vindmodstand kan reduceres meget, hvis at en liggende person kan afgive stor effekt til pedalerne, pga. vores anatomi og muskelplaceringer giver en mere opret stilling på cyklen en bedre kørestilling, som imidlertid forøger luftmodstanden, derfor fås altid et kompromis mellem god kørestilling og vindmodstand.

Angående 5.: Ved at cyklens egenvægt er mindre giver dette mindre deformation.

Ved opfindelsen opnås at cyklens lejefriktion reduceres med ca. 33 %, idet at den selvstændige pedalaksel ikke findes. Ved opfindelsen er pedalakslen indbygget i den ene hjulaksel, med et indbygget gear eller variabel udveksling, men lejret aksialt i hjulakslen. Det betyder mindre slid og nemmere cykling.

Ved opfindelsen opnås at cyklens kædetransmissionstab undgås, cykleturen bliver dermed ikke så anstrengende, eller den kan gøres ca. 10 % hurtigere. En fedtet og vedligeholdelseskrævende kæde findes ikke på cyklen med herværende opfindelse.

Ved opfindelsen opnås at idet stellet ikke skal dimensioneres til at optage pedalkraften på en særskilt aksel, at cyklens egenvægt kan reduceres ca. 35 %, uanset hvilke materialer der tages udgangspunkt i. Det betyder også at cykelturen kan blive længere uden at man bliver udmattet.

Ved opfindelsen opnås en cykel med mindre luftmodstand, ved at når det drivende pedalhjul er baghjulet, fås en mere variabel kørestilling. For variation af cykelstillinger opnås ved opfindelsen at sædets udformning tillader horisontalforskydning, til gavn for cyklisten og sikker kørsel.

For at opnå variabel momentoverførsel fra pedalerne til baghjulet, uden at der i navet findes gear, kan pedalarmen eller kranken, være forsynet med radalt forskydelige pedaler. Pedalarmen har således en langsgående udslidsning, med et antal fikseringspunkter, hvori at pedalerne kan fastholdes.

Ved forskydning mod centrum af navet opnås høj udveksling af pedalmomentet, tilsvarende valg af et højt gear på cyklen. Ved forskydning bort fra centrum, mod pedalarmens yderste radius i forhold til dens lejring, opnås en lav udveksling af pedalmomentet, tilsvarende et lavt gear på cyklen.

Ved opfindelsen opnås variabelt moment på drivhjulet, ud fra eet og samme moment på pedalen, ved at pedalarmens effektive længde er variabel.

En mekamisme til opnåelse af variabelt moment kan også udføres ved at pedalarmen har en indbygget fjeder, hvorigennem at drejemomentet til hjulene overføres. Pedalarmens langsgående fastholdelse er ved en tandstang på pedalarmen. Tandstangen er i indgreb med et tandhjul. En kapsel med huller til pedalarmen og tandhjulsakslen holder sammen på delene, samt overfører momenet til fjedervindingen. Den anden ende af fjedervindingen giver moment til hjulnavet. , og Ved fjederens elastiske deformation under påvirkning af et moment fra pedalarmen, sker der en vridning af navkapslen i forhold til hjulnavet. Idet at tandhjulsakslen ved dens form i centrum af hjulnavet er fastgjort dertil, giver tryk på pedalen en ændring af pedalarmens længde, afhængigt af trykket.

Desto hårdere pedaltrykket er desto længere trykker fortandingen pedalarmen ud, derved opnås en tilpasning af pedalarmens længde. Ved kørsel op ad en bakke skal der et stort moment til at drive cyklen, den momenstyrede pedalarm er da tilsvarende lang, derved får cyklisten en lang benbevægelse til at udføre arbejdet med, den lange benbevægelse udmatter ikke muskulaturen, idet at venepumpningen er proportional med bevægelsens størrelse. Ved kørsel ned ad bakke skal der et lille moment til at drive cyklen, da er den momentstyrede pedalarm kort, cyklisten kan derved få forøget cyklens hastighed, idet at der er mindre benbevægelse ved lille pedallængde, derfor foregår en omdrejning hurtigere.

Den variable momentoverførsel ifølge opfindelsen giver samme effekt som traditionelle gear. Men ved opfindelsen er der ingen tab i transmissionen. På cykler er transmissionstab en særdeles mærkbar størrelse; For ca. 100 år siden blev udtaget patent på kardantræk til cykler, idet kædedrevets problemer, snavs og vedligeholdelse så ikke ville være der. Men i praksis mærkes transmissionstabet som meget udmattende, derfor blev cykler med kardan ikke en succes. Den lettelse som det er at drive en cykel ifølge opfindelsen, i forhold til kædedrevne cykler, svarer tilden kædedrevne cykels fordele i forhold til en kardandrevet cykel. Efter at have kørt en cykel med opfindelsen vil en cykel med kæde forekomme ligeså tung som man i dag anser en kardandrevet cykel.

En tilsvarende fremgangsmåde, hvormed at der kan opnås forskelligt moment på hjulakslen, ved et givet pedaltryk, er hvor at cykelnavet og pedalarmene er indrettet på tilsvarende enkle måde som på en væltepeter. Men for opnåelse af variabelt moment, sidder pedalerne ikke direkte på de hjulnavsfikserede pedalarme. Disse hjulnavsfikserede pedalarme er i stedet forsynet med hver en drejelig pedalarm, som vist på tegning 2. Den ene yderstilling for den drejelige pedalarm er parrallel med den faste arm, denne position er tilsvarende hjulnavets centrum, dette svarer til friløb, og det er funktionen i denne position.Den anden yderstilling er maksimal afstand fra centrum af hjulnavet, det er hvad der svarer til laveste udveksling på pedalarmen. Med en forskydelig låseanordning kan pedalarmen fastholdes i en bestemt stilling, for den ønskede afstand fra centrum af hjulnavet.

Fig. 1: Cyklen med det A-formede stel i høj position. Dette giver en opret kørestilling, som kan foretrækkes til gængse ærinder, og hvor at det ønskes at cyklistens påklædning påvirkes minimalt af kørestilingen.

På figur 1 er følgende:

1: Bagskærm og sæde

2: Baghjul

3: Pedalarm

4: A-formet stel

5: Styrhåndtag

6: Forgaffel

7: Forhjul

Figur 2 viser viser cyklens A-formede stel i mellemposition. Denne position er mere ungdommelig, den appelerer noget mere til sportslig kørsel, idet at vindmodstanden i denne position er mindre. Men der er stadig god orientering til sikker kørsel i trafikken.

Figur 3 viser cyklens A-formede stel i racerpositionen. Dette præsenterer gennembruddet for optimal ergonomi og højeste udnyttelse af muskelkraft. Verdens sundeste og hurtigste cykel. Ingen andre cykler giver mulighed for så lav vindmodstand. Den effekt som en cykelrytter kan lægge i pedalerne på denne cykel, kan her omsættes til så høj hastighed, at opmærksomhed på fartgrænserne er nødvendig i racerpositionen.

Figur 3 A viser cykelrytterens stilling på cyklen i racerposition. I forhold til traditionelle racercykler hvor den sammenkrummede stilling foranlediger smerter og problemer fra ryggens lændehvirvler, fortjener denne cykelstilling opmærksomhed ved den rette lænde- og rygstilling. Endvidere giver denne stilling nemmere vejrtrækning pga. at brystkassen holdes udstrakt. Denne cykelstilling betyder endvidere at hovedets position i forhold til kroppen giver den mest ubesværede ånding.

Figur 3 B viser denne hidtil ubenyttede cykelstilling. Alene af den grund kan man have sin berettigede tvivl, idet at et cykelsæde skal da støtte bagfra! Nåeh ja, men prøv engang at se mange motorcykler, anatomien ved siddestillingen på disse er faktisk således, at man ligger med maven hen over den ofte høje tank eller tanktaske, og det er faktisk ganske behageligt!

Angående bagageplads: På tegningen er der ikke indtegnet bagagebærer, men udover dette kan være bagved personen, ses at der er et godt volume mellem hjulene, som kan udnyttes til bagage, dette sted vil også være velegnet mht. tyngdepunkt og vægtfordeling.

Figur 4 viser hjulnavet med indvendig mekanisme for regulering af pedalarmens længde i forhold til pedalmoment.

1. Fælg med dæk.

2. Hjullejring.

3. Momentfjeder.

4. Fortandet pedalarm

5. Navkapsel med huller til pedalarm

6. Indvendig aksel med tandhjulsender.

Figur 5 viser hjulnavets dele som omfatter

1. Fortandet pedalarm

2. Navkapsel med huller til pedalarm.

3. Indvendig aksel med tandhjulsender.

Figur 6 forestiller cykelstellets kronrør. Der skal bemærkes udboringerne for de 3 positionsvalg. Til hver at de 3 forvalgte positioner cyklen kan stilles til, passer én bestemt forgaffellængde; til dette formål er forgaflen opdelt, således at op til to forlængerled kan indsættes, fastholdt med rørklemmeringe.

1. A-stellets øvre stang

2. Mellembøjle

3. Indstillingsplade

4. Øvre stelbolt

5. Kronrør

6. Forgaffel

7. Styr-håndgreb

Figur 7 forestiller et hjul med udvendig omstilling af pedalarmens længde. Tegningen omfatter kun en pedalanordning med fire faste pedalpositioner.

1. Udvendig hjulperiferi

2. Hjulnav

3. De fire faste pedalpositioner

4. Drejeled mellem pedalarmens faste og bevægelige del

5. Pedal

Omstillingen kan være manuelt fodbetjent, eller med et kulissestyr. Omstilling kan også ske automatisk via en centrifugalregulator.

Til en voksen person vil en baghjulstørrelse ca. Ø 90 – 125 cm være aktuel, forhjulet gerne mellem 50 og 75 % af baghjulstørrelsen.

For opnåelse af minimal lejefriktion er det i øvrigt vigtigt på cykler at gøre de rette lejevalg. Så vidt mig bekendt er benyttelse af kuglelejer de fleste steder på cykler almindeligt. Det eneste sted jeg til herværende cykel vil benytte kuglelejer er ved kronrøret, idet kuglelejet friktion der ikke har reel betydning. Kuglelejer vælges umiddelbart, til de fleste steder, idet de giver både aksial og radial styring. Imidlertid skal man være opmærksom på, at når en kugle kører hen gennem sin bane i lejeringen, har kuglens overflade ved bunden af banen større hastighed end ved siderne, dette betyder at et kugleleje har større gnidningstab end et nåleleje. Ved pedalerne er det optimale lejevalg nålelejer. Som hjullejer vil jeg til hvert hjul vælge at benytte to ens koniske rullelejer, ikke de almindelige, disse har rullefriktion tilsvarende kuglelejer, men koniske rullelejer tilmed med koniske ruller, i disse lejer er der tilsvarende nålelejer ingen rotationsfriktion. Fælles for disse lejevalg gælder gode lavfriktionstætninger.

Til cykler hvor der ønskes absolut høj hastighed, giver denne cykelkonstruktion en god mulighed for at benytte indvendigt lavfriktionsgear. Et planetgear med to eller tre trin, hvor at tandhjulene er lejret i nålelejer kan vise sig formålstjenligt. Det vil være lidt afhængigt af cykelrytternes erfaringer som kommer.

Forbehold ved denne patentansøgning

Der forbeholdes ret til udskillelse af flere selvstændige patenter fra nærværende patentansøgning, herunder oprettelse af nye patentkrav, ud fra teksten.

Proitet

Der tages forbehold for prioitet fra 7. september 2005, nr. PA 2005 01249, motor med variabel slaglængde, idet at grundideen er identisk.

Patentkrav

1. Pedalarm og hjulnav, kendetegnet ved at variabelt moment på hjulnavet opnås ved at

pedalarmens momentgivende længde ændres.

2.: Pedalarm til cykel, kendetegnet ved at den er forsynet med en tandstang.

3.: Pedalarm, kendetegnet ved at der findes et antal fikspunkter i en langsgående udslidsning, hvori at pedalen kan fastholdes.

4.: Pedalarm, kendetegnet ved at der findes et antal fikspunkter i en langsgående udslidsning, hvori at pedalen kan fastholdes, og hvor at flytningen af pedalen sker ved vridning eller parallelforskydning af pedalen langs dennes aksel, idet det ikke fremdriftsgivende moment frigør pedalen fra dens fikspunkt, hvorved at den ønskede forskydning, tilsvarende højere eller lavere gearing sker ved at foden trækker pedalen hen i det ønskede fikspunkt.

5.: Do, at det variable moment opnås ved at pedalen ikke flyttes på pedalarmen, men ved at armens fastgørelsespunkt til hjulnavet er forskydelig.