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Die Erfindung betrifft ein Fahrrad mit Vorder- und Hinterradantrieb mit einer mechanischen Kraftübertragung zum Hinterrad und einer fluidmechanischen Kraftübertragung vom Hinterrad zum Vorderrad, mit einer mit dem Hinterrad mechanisch gekoppelten Fluidpumpe und einem mit dem Vorderrad mechanisch gekoppelten Fluidmotor, wobei die Fluidpumpe mittels einer Druckleitung mit dem Fluidmotor verbunden ist. An beiden Rädern angetriebene Fahrräder haben den Vorteil, dass mit ihnen schweres, sumpfiges, steiles, unwegsames, schneebedecktes und dgl. Gelände leichter befahren werden kann. Der beidrädrige Antrieb konnte sich bei Fahrrädern bis jetzt nicht durchsetzen, da die bisherige Lösungsansätze im Bau kompliziert sind und schlechtere Handhab- barkeit, zusätzliches Gewicht und Herstellkosten bedeuten oder zu einer deutlichen Verschlechte- rung des Antriebswirkungsgrades führen.
Grösstes Hindernis war dabei die Frage, wie in einfacher Weise die für den Antrieb erforderliche Leistung an das Vorderrad gebracht werden kann.
Derartige Lösungsvorschläge beinhalten z.B. den händischen Zusatzantrieb für das Vorderrad eines Fahrrades mittels Handkurbel vom Lenker aus (WO 96/24520 A1 ). Als wesentlicher Nachteil ist dabei zu nennen, dass die Antriebskraft für das Vorderrad durch die Hände erbracht werden muss.
Andere beschreiben einen mechanischen Übertragungsmechanismus vom Hinterrad bzw. der Tretkurbel auf das Vorderrad (EP 0 855 336 A1, WO 97/41024 A1, EP 0 814 016 A1, EP 0 937 600 A2, US 3 823 959 A, US 5 224 725 A, US 5 054 572 A). Damit verbunden sind komplizierte Vorrichtungen, um die Antriebskraft über eine drehbare Verbindung zum Vorderrad zu bringen, ohne die Lenkeigenschaften zu beeinträchtigen.
Die US 4 546 990 A und die US 4 684 143 A beschreiben jeweils den Einsatz einer hydrauli- schen Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad. Dabei wird in Abhängigkeit vom Druck in der Hydraulik- leitung das Verdrängungsvolumen einer hydraulischen Verdrängerpumpe verändert, so dass sich die Antriebsübersetzung wechselnden Fahr- und Geländebedingungen anpasst und ein möglichst konstanter Tretwiderstand angestrebt wird. Erwähnt ist dabei auch die Möglichkeit, den Antrieb nicht nur auf ein Rad, sondern auf beide Räder wirken zu lassen. Nachteilig ist bei diesen Antriebs- vorrichtungen, dass dabei auch die Leistung zum Hauptantriebsrad - üblicherweise das Hinterrad - über die Hydraulikleitung übertragen wird.
Eine mechanische Kraftübertragung - z. B. über Zahnräder und Kette - erreicht üblicherweise einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als eine hydraulische Vorrichtung. Ein möglichst grosser Anteil der Antriebsleistung sollte daher mechanisch übertragen werden.
Die FR 2 563 799 A1 beschreibt die Verwendung einer hydraulischen Kopplung zum Antrieb des Vorderrades eines Motorrades zusätzlich zum Hinterrad. Dadurch wird die Drehbewegung des Hinterrads über die hydraulische Kopplung auf das Vorderrad übertragen. Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist, dass vor allem bei höheren Fahrgeschwindigkeiten eine grosse Menge an Hydrau- likflüssigkeit umläuft, Strömungsverluste entstehen und der Wirkungsgrad verringert wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, in einfacher Weise die Vorteile einer mechanischen Kraftübertra- gung - hoher Wirkungsgrad und hohe übertragbare Leistung bei geringem Gewicht - mit den Vor- teilen einer fluidmechanischen Kraftübertragung - einfache Leistungsübertragung ohne die Lenk- barkeit des Vorderrades zu beeinträchtigen - für den zumindest zeitweise beidrädrigen Antrieb eines Fahrrads zu verbinden. Im Sinne eines hohen Wirkungsgrad soll die Antriebsleistung me- chanisch auf das Hinterrad übertragen werden und die fluidmechanische Kopplung - bestehend aus einer mit dem Hinterrad mechanisch gekoppelten Fluidpumpe und einem mit dem Vorderrad mechanisch gekoppelten Fluidmotor - nur dann wirksam werden, wenn sie erforderlich ist.
Für ein Fahrrad der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Fluid- pumpe eine Pumpe mit variablem Verdrängungsvolumen ist.
Der Fluidmotor weist ein derart bemessenes Verdrängungsvolumen auf, dass bei maximal ein- gestelltem Verdrängungsvolumen der Pumpe Hinterrad und Vorderrad mit etwa gleicher Umfangs- geschwindigkeit angetrieben werden. Es wird Antriebsleistung vom Hinterrad auf das Vorderrad übertragen.
Wird ein reiner Hinterradantrieb gewünscht, kann das Verdrängungsvolumen der Pumpe auf geringes oder null Verdrängungsvolumen eingestellt werden. Eine Drehzahlausgleichsvorrichtung ermöglicht einen entsprechenden Vorlauf des Vorderrades. Es wird keine Antriebsleistung zum Vorderrad übertragen
Wird Luft als Fluid verwendet, kann eine Rücklaufleitung entfallen und die für die Kraftübertra-
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gung notwendige Luft an der Fluidpumpe angesaugt werden, durch die Druckleitung strömen und am Fluidmotor wieder ausgeblasen werden. Für alle anderen Fluide - z. B. Hydrauliköl oder Wasser - ist eine Rücklaufleitung zur Fluidpumpe vorzusehen.
Die oben beschriebene Drehzahlausgleichsvorrichtung kann beispielsweise ein zwischen Druck- und Rücklaufleitung angeordnetes Rückschlagventil sein, das dem Vorderrad einen Vorlauf gegenüber dem Fluidmotor erlaubt. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Fahrrad zwischen Fluidmotor und Vorderrad eine Freilaufkupplung auf.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird das Verdrängungsvolumen der Fluidpumpe abhängig vom Druck in der Druckleitung verändert. Dieser Druck wirkt beispielsweise auf einen Steueranschluss für die Verstellung des Verdrängungsvolumens. Die Pumpe ist derart gestaltet, dass der Druck am Steueranschluss bei Überschreiten eines Mindestwertes die Pumpe in Richtung grösseres Verdrängungsvolumen verstellt.
Bei guter Bodenhaftung von Vorder- und Hinterrad haben beide in etwa die gleiche Umfangs- geschwindigkeit. Das Verdrängungsvolumen des Fluidmotors und das Verdrängungsvolumen der Fluidpumpe auf niedrigem Niveau sind so eingestellt, dass sich bei gleicher Umfangsgeschwindig- keit von Vorder- und Hinterrad ein niedriger Druck einstellt. Der Antrieb des Fahrrads erfolgt dann hauptsächlich über das Hinterrad, es laufen nur geringe Mengen durch Pumpe, Motor und Leitung und die Antriebsvorrichtung weist einen hohen Wirkungsgrad auf. Z. B. kann auch unter Verwen- dung einer Freilaufkupplung das Verdrängungsvolumen des Fluidmotors und das Verdrängungs- volumen der Fluidpumpe auf niedrigem Niveau so bemessen werden, dass der Fluidmotor dem Vorderrad z. B. über eine Freilaufkupplung nachläuft - d. h. eine geringere Drehzahl als das Vorder- rad aufweist.
Tritt nun am Hinterrad starker Schlupf auf, erhöht sich die Drehzahl der Fluidpumpe gegenüber der Drehzahl des Fluidmotors und es kommt ab einer gewissen Drehzahlerhöhung zu einem Druckanstieg, der das Verdrängungsvolumen der Pumpe vergrössert und bewirkt, dass eine grosse Fluidmenge mit hohem Druck als Antriebskraft am Vorderrad wirkt, d. h. eine hohe Antriebskraft zum Vorderrad übertragen wird. Solange die Drehzahldifferenz besteht, wirkt auch die hohe An- triebskraft auf das Vorderrad, wenn sie verschwindet fällt der Druck langsam ab und das Fahrrad wird wieder vorwiegend mechanisch über das Hinterrad angetrieben.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung in der Art, dass sowohl Fluidpumpe als auch Fluid- motor variables Verdrängungsvolumen aufweisen, welches abhängig vom Druck in der Drucklei- tung verändert wird. Das Verdrängungsvolumen des Fluidmotors und das Verdrängungsvolumen der Fluidpumpe jeweils auf niedrigem Niveau sind so eingestellt, dass bei weitgehend gleicher Drehzahl von Vorder- und Hinterrad nur ein geringer Teil der Antriebsleistung zum Vorderrad über- tragen wird, der grössere Teil wird mechanisch zum Hinterrad übertragen, mit oben beschriebenem Vorteil für den Antriebswirkungsgrad. Dreht das Hinterrad schneller als das Vorderrad wird der Druck in der Druckleitung erhöht und wirkt auf den Steueranschluss für die Verstellung des Ver- drängungsvolumens sowohl der Fluidpumpe als auch des-motors.
Durch Druckerhöhung werden Pumpe und Motor in Richtung grösseres Verdrängungsvolumen verstellt und es wird ein grosser Teil der Antriebsenergie zum Vorderrad übertragen. Bei Verminderung der Drehzahldifferenz vermin- dert sich der Druck und Pumpe und Motor vermindern wieder ihr Verdrängungsvolumen. Die Über- tragung der Antriebsleistung verlagert sich wieder auf das Hinterrad.
In den Zeichnungen ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein erfindungsgemässes Fahrrad mit pneumatischer Kopplung
Fig. 2 ein Fig. 1 entsprechendes Leitungsschema für pneumatische Kopplung
Fig. 3 ein Leitungsschema für hydraulische Kopplung
Fig. 4 ein Leitungsschema für hydraulische Kopplung, wobei sich das Verdrängungsvolumen von Fluidpumpe und-motor abhängig vom Druck in der Druckleitung verändert
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Fahrrad, bei dem das Hinterrad 1 in herkömmlicher Weise über eine rein mechanische Kraftübertragungsvorrichtung durch Zahnräder 2a, 2b und Kette ange- trieben wird. Das Hinterrad 1 ist über einen Zahnriemen 4 mit einer Pneumatikpumpe mit verstell- barem Verdrängungsvolumen 5 gekoppelt, welche Luft aus der Umgebung ansaugt und in eine Druckleitung 6 speist.
In der Druckleitung 6 strömt die Luft zum Pneumatikmotor 7, welcher über Zahnriemen 8 mit dem Vorderrad 9 gekoppelt ist Der Pneumatikmotor 7 gibt die Luft wieder an die Umgebung ab. Ein Vorlauf des Pneumatikmotors 7 wird durch eine Drehzahlausgleichsvorrichtung
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in Form eines Rückschlagventils 10 ermöglicht.
Fig 2 zeigt das zu Fig. 1 gehörige Leitungsschema mit der vom Hinterrad 1 getriebenen Fluid- pumpe 5, der Druckleitung 6, den das Vorderrad 9 antreibenden Fluidmotor 7 sowie das Rück- schlagventil 10. Zweckmässig können auch die Fluidaggregate 5,7 direkt in die Räder 1,9 integnert werden.
Bei Verwendung von Hydraulikflüssigkeit als Druckmedium (Fig. 3) fliesst das Medium im Kreis- lauf vom Fluidmotor 7 wieder zur Fluidpumpe 5 zurück. Die dargestellte Vorrichtung wurde gegen- über Fig. 2 um eine Rücklaufleitung 11 und einen Speicherbehälter 12 fur Hydraulikflüssigkeit ergänzt. Dieser Speicherbehälter 12 ist über Rückschlagventile 13 mit den Leitungen verbunden.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante, bei der das Verdrängungsvolumen der Hydrau- likpumpe 5 veränderlich durch den Druck in der Druckleitung 6 gesteuert wird. Über eine Steuerlei- tung 14a wird eine hydraulisch betätigte Verstelleinrichtung 15a gesteuert. Abhängig von der einstellbaren Federvorspannung 16a wird das Verdrängungsvolumen mit steigendem Druck ver- grössert. Analog wird das Verdrängungsvolumen des Hydraulikmotors 7 mit steigendem Druck in der Druckleitung vergrössert 14b, 15b, 16b.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Fahrrad mit Vorder- und Hinterradantrieb, mit einer mechanischen Kraftübertragung zum
Hinterrad (1) insbesondere einem Kettenantrieb (2a, 2b, 3) und einer fluidmechanischen
Kraftübertragung vom Hinterrad (1) zum Vorderrad (9), mit einer mit dem Hinterrad (1) mechanisch gekoppelten Fluidpumpe (5) und einem mit dem Vorderrad (9) mechanisch gekoppelten Fluidmotor (7), wobei die Fluidpumpe (5) mittels einer Druckleitung (6) mit dem Fluidmotor (7) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidpumpe (5) eine
Pumpe mit variablem Verdrängungsvolumen ist.