BESCHREIBUNG
Zur Umwandlung einer geradlinigen Bewegung, z.B. der Kolbenbewegung einer Dampfkraft- oder Brennkraftmaschine in eine kreisförmige Bewegung, wie sie für den Antrieb von rotierenden Rädern erforderlich ist, sind bereits zahlreiche Mechanismen bekannt. Die Erfindung basiert auf dem Wunsch, auch bei einem Fahrrad eine solche Umwandlung auszunützen, um damit die an sich unnatürliche Kreisbewegung beim Treten der Pedale durch eine geradlinige Tretbewegung ersetzen zu können. Es ist klar, dass in diesem Falle einer der bekannten Umwandlungsmechanismen, da zu kompliziert, nicht in Frage kommt.
Für den genannten Zweck wurde vom Anmelder bereits früher ein Antrieb vorgeschlagen, bei dem für die Bewegungsübertragung ein über mehrere Umlenkrollen geführtes Zugelement verwendet wird. Die vorliegende Erfindung will die Verwendung mehrerer Umlenkrollen vermeiden und nur in einer Ebene geführte Zugelemente vorsehen, so dass z.B.
Ketten oder Zahnriemen verwendet werden können.
Die wesentlichen Merkmale der erfindungsgemässen Anordnung ergeben sich aus dem Patentanspruch 1.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar ein Fahrradantrieb wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
In dieser zeigen:
Fig. 1 den Antrieb in auseinandergezogenem Zustand,
Fig. 2 ein Diagramm zur Darstellung des verbesserten Wirkungsgrades,
Fig. 3 ein Fahrrad mit dem neuen Antrieb,
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A von Fig. 3
Die Wirkungsweise des Antriebs sei anhand von Fig. 1 erläutert, wo die Übertragungsräder 3,4 und das Antriebsrad 5 weit voneinander distanziert dargestellt sind; ihre wahre
Lage ist aus Fig. 4 ersichtlich. Die Fahrradpedale 8a, 8b sind anje einer endlosen Kette la, lb, angeordnet, die über ein Zahnräderpaar 9a bzw. 9b eine Welle 16a bzw. 16b antreibt.
Die beiden Wellen 16a und 16b sind über ein die Drehrichtung umkehrendes Getriebe 14 mit Übersetzungsverhältnis 1:1 miteinander gekuppelt. Auf den Wellen 16a, 16b sitzen Zahnräder 9c bzw. 9d, die mit Hilfe von Ketten lc bzw. Id die Übertragungsräder 3 bzw. 4 antreiben. Es können auf die Ketten la -Id wirkende federbelastete Spannvorrichtungen vorgesehen sein, welche dafür sorgen, dass die Ketten stets unter einer vorgeschriebenen Spannung gehalten werden.
Die beiden Übertragungsräder 3,4 sind über an sich bekannte Freilaufkupplungen mit dem Kettenrad 5 gekuppelt. Die Funktion der Freilaufltupplungen ist bei den Übertragungsrädern 3,4 durch Pfeile 6,7 dargestellt, wobei die Pfeile 6 die Antriebsrichtung und die Pfeile 7 die Leerlaufrichtung angeben. Die ausgefüllten Pfeile an den Zugelementen la, lb und an den Übertragungsrädern 3,4 zeigen deren Bewegungsrichtung an, wenn das Pedal 8a nach unten getreten wird, die leeren Pfeile diejenige, wenn dies mit dem Pedal 8b erfolgt.
Fig. 3 und 4 zeigen die oben im Prinzip beschriebene Anordnung an einem Fahrrad montiert. Die Übertragungsräder 3,4 sind beidseitig am Rahmen 13 angeordnet. Das Kettenrad 5 ist unmittelbar neben dem Rad 3 auf der Achse des Tretlagers 10 befestigt. Die Pedale 8a, 8b sind in geradlinigen Führungen 12 in einer am Rahmen 13 angeordneten Verschalung 11 geführt und werden somit bei ihrer Betätigung zu einer geradlinigen Bewegung gezwungen. Wie anhand von Fig. 1 beschrieben, wird die auf die Pedale ausgeübte Tretkraft über die als Ketten oder Zahnriemen ausgebildeten Zugelemente la & lb auf die Zahnräder 9a & 9b, die Wellen 1 6a & 16b, die Zahnräder 9c & 9d und die Ketten Ic & ld auf die Räder 3 & 4 übertragen, die über Freilaufkupplungen das Kettenrad 5 antreiben, das in üblicher Weise über die Kette 2 auf das Hinterrad einwirkt.
Wie durch Pfeile 15 angedeutet, kann die Verschalung 11 mit den Pedalführungen 12 gegenüber der Vertikalen etwas geneigt werden, um den individuellen Bedürfnissen des Fahrers Rechnung tragen zu können. Wie aus dem Diagramm von Fig. 2 ersichtlich ist es dank dann der geradlinigen Pedalbewegung möglich, stets die maximale Tretkraft zu übertragen, dies z.B. bis zu den beiden Totpunkten, wo bei der üblichen kreisförmigen Tretbewegung die wirksame Kraftkomponente Null ist. Durch einen den Schuh des Fahrers umfassenden Bügel kann auch bei der Aufwärtsbewegung des Pedals Kraft übertragen werden, wodurch sich die Wirksamkeit zusätzlich erhöhen lässt.
Die während einer vollen Periode übertragene Energie K. d ist somit durch die Quadratfläche dargestellt, während sie im Fall der kreisförmigen Pedalbewegung durch die schraffierte Kreisfläche gegeben ist. Die Erhöhung der übertragenen Energie beträgt somit 27%. Der beschriebene Antrieb kann im Rahmen der Erfindung in verschiedener Weise variiert werden. So wäre es z.B. möglich, den Antrieb der beiden Pedale unabhängig voneinander zu machen, indem das Umkehrgetriebe 14 weggelassen wird. Damit liesse sich erreichen, dass z.B. einseitig etwas Behinderte mit unterschiedlicher Kraft und Hubhöhe auf die beiden Pedale einwirken können. Ferner wäre es damit auch möglich, die beiden Pedale gleichzeitig nach unten zu treten, um kurzzeitig eine besonders starke Antriebswirkung erzielen zu können.
Bei einer solchen Konstruktion müssten natürlich besondere Vorkehren getroffen werden für die Rückführung der Pedale, im einfachsten Fall ein den Schuh des Fahrers umfassender Bügel.
Als weitere Variante wäre ein nach Belieben ein- und ausschaltbares Umkehrgetriebe 14 oder ein anderes Übersetzungsverhältnis als 1:1 denkbar. Um eine besonders kompakte Ausbildung des Antriebs erreichen zu können, wäre es auch möglich, die beiden Übertragungsräder 3,4 auf der gleichen Seite des Rahmens 13 beidseits des Kettenrades 5 anzuordnen. Das gegenläufige Kupplungsgetriebe 14 müsste in diesem Falle auf schmalem Raum zwischen den Übertragungsrädern 3 und 4 liegen.
Die Anwendung der Erfindung ist im übrigen nicht auf den Fahrradantrieb beschränkt; es wäre auch denkbar, diesen Mechanismus zur Umwandlung der geradlinigen Bewegung des Kolbens einer Dampf- oder Brennkraftmaschine in die kreisförmige Bewegung eines Antriebsrades zu verwenden. In Anbetracht des raschen Bewegungsablaufs bei einer solchen Maschine wäre es angezeigt, elektronisch gesteuerte Magnetkupplungen als Freilaufkupplungen einzusetzen.
DESCRIPTION
To convert a straight line movement, e.g. Numerous mechanisms are already known for the piston movement of a steam power or internal combustion engine into a circular movement, as is required for driving rotating wheels. The invention is based on the desire to utilize such a conversion also in the case of a bicycle in order to be able to replace the inherently unnatural circular movement when pedaling by a straight-line pedaling movement. It is clear that in this case one of the known conversion mechanisms, because it is too complicated, is out of the question.
For this purpose, the applicant has previously proposed a drive in which a traction element guided over several deflection rollers is used for the movement transmission. The present invention intends to avoid the use of several deflection rollers and only to provide tension elements guided in one plane, so that e.g.
Chains or timing belts can be used.
The essential features of the arrangement according to the invention result from patent claim 1.
An embodiment of the invention, namely a bicycle drive is explained in more detail with reference to the drawing.
In this show:
1 shows the drive in an exploded state,
2 is a diagram showing the improved efficiency,
3 is a bicycle with the new drive,
4 shows a section along the line A-A of FIG. 3rd
The mode of operation of the drive is explained with reference to FIG. 1, where the transmission wheels 3, 4 and the drive wheel 5 are shown at a distance from one another; their true
Location is shown in Fig. 4. The bicycle pedals 8a, 8b are arranged on an endless chain la, lb, which drives a shaft 16a or 16b via a pair of gearwheels 9a or 9b.
The two shafts 16a and 16b are coupled to one another via a gear 14 which reverses the direction of rotation and has a transmission ratio of 1: 1. On the shafts 16a, 16b there are gearwheels 9c and 9d which drive the transmission wheels 3 and 4 with the aid of chains lc and Id. Spring-loaded tensioning devices acting on the chains la-Id can be provided, which ensure that the chains are always kept under a prescribed tension.
The two transmission wheels 3, 4 are coupled to the chain wheel 5 via known one-way clutches. The function of the freewheel clutches on the transmission wheels 3, 4 is represented by arrows 6, 7, arrows 6 indicating the drive direction and arrows 7 indicating the idling direction. The filled arrows on the tension elements la, lb and on the transmission wheels 3, 4 indicate their direction of movement when the pedal 8a is depressed, the empty arrows that when this is done with the pedal 8b.
3 and 4 show the arrangement described above in principle mounted on a bicycle. The transmission wheels 3, 4 are arranged on both sides of the frame 13. The sprocket 5 is attached directly next to the wheel 3 on the axis of the bottom bracket 10. The pedals 8a, 8b are guided in straight guides 12 in a casing 11 arranged on the frame 13 and are thus forced to move in a straight line when they are actuated. As described with reference to FIG. 1, the pedaling force exerted on the pedals is applied to the gearwheels 9a & 9b, the shafts 16a & 16b, the gearwheels 9c & 9d and the chains Ic & via the tension elements la & lb designed as chains or toothed belts. ld transferred to the wheels 3 & 4, which drive the sprocket 5 via free-wheel clutches, which acts in the usual way on the chain 2 on the rear wheel.
As indicated by arrows 15, the casing 11 with the pedal guides 12 can be slightly inclined relative to the vertical in order to be able to take into account the individual needs of the driver. As can be seen from the diagram in Fig. 2, it is then possible, thanks to the straight pedal movement, to always transmit the maximum pedaling force, e.g. up to the two dead centers, where the effective force component is zero in the usual circular pedaling motion. With a bracket surrounding the driver's shoe, force can also be transmitted when the pedal is moved upwards, which further increases the effectiveness.
The energy K. d transmitted during a full period is thus represented by the square area, while in the case of the circular pedal movement it is given by the hatched circular area. The increase in transmitted energy is thus 27%. The drive described can be varied in various ways within the scope of the invention. So it would be e.g. possible to make the drive of the two pedals independent of one another by omitting the reversing gear 14. It could be achieved that unilaterally disabled with different strength and lifting height can act on the two pedals. Furthermore, it would also be possible to simultaneously depress the two pedals in order to be able to achieve a particularly strong drive effect for a short time.
With such a construction, of course, special precautions would have to be taken for the return of the pedals, in the simplest case a bracket encompassing the driver's shoe.
As a further variant, a reversing gear 14 which can be switched on and off as desired or a gear ratio other than 1: 1 would be conceivable. In order to achieve a particularly compact design of the drive, it would also be possible to arrange the two transmission wheels 3, 4 on the same side of the frame 13 on both sides of the chain wheel 5. In this case, the opposing clutch transmission 14 would have to be located in a narrow space between the transmission wheels 3 and 4.
The application of the invention is otherwise not limited to the bicycle drive; it would also be conceivable to use this mechanism to convert the linear movement of the piston of a steam or internal combustion engine into the circular movement of a drive wheel. In view of the rapid movement in such a machine, it would be appropriate to use electronically controlled magnetic clutches as one-way clutches.