DE10131288A1 - Antriebsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer mit einer richtungsgeschalteten Kupplung versehenen Antriebswelle, um die mindestens ein linear hin- und her bewegbaren Transmissionsmittel reibt - oder formschlüssig gelegt ist, das erfindungsgemäß über einen Flaschenzug zur Unter- bzw. Übersetzung des Wegeverhältnisses geführt wird. DOLLAR A Vorzugsweise wird diese Antriebsvorrichtung zum Radantrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Zweirades verwendet.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer mit einer richtungsgeschalteten Kupplung versehenen Antriebswelle, um die mindestens ein linear hin- und herbewegbares Transmissionsmittel reib- oder formschlüssig gelegt ist sowie Verwendungen dieser Antriebsvorrichtung.
• Aus der DE 199 01 478 A1 ist ein Fahrrad mit einem Antrieb bekannt, der den Bewegungsablauf einer Art Reitbewegung für den Antrieb des Fahrrades umsetzt. Die Kraftübertragung soll über einen kombinierten schwenkbar angelenkten Tret-/Zughebel erfolgen, der auf den Antriebsstrang des Hinterrades wirkt. Die Kraftentfaltung soll linear zwischen dem Tret-/Zughebel und dem Lenker mit Armstützen durch abwechselndes Strecken oder Beugen des gesamten Körpers erfolgen. Als Transmissionsmittel werden Ketten verwendet, die auf ein Kettenritzel der Hinterradachse wirken. Die Ketten der beiden Antriebsstränge sind über ein Seil und eine Umlenkrolle derart verbunden, daß sich sowohl bei der Tret- wie bei der Zugbewegung der vorhandenen Trethebel eine Vorwärtsdrehung des Hinterrades ergibt. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Antrieb zu schaffen, der leicht betätigbar ist und einen großen Wirkungsgrad besitzt.
• Diese Aufgabe wird durch die Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Transmissionsmittel über einen Flaschenzug zur Über- oder Untersetzung des Wegverhältnisses geführt ist. Flaschenzüge sind prinzipiell Sonderformen von Winden, die nach dem Stand der Technik zum Heben und Senken von Lasten eingesetzt werden. Bei einem einfachen Flaschenzug läuft ein Zugseil oder eine Kette an einem Aufhängepunkt und am Lasthaken jeweils über eine Rolle, wodurch bewirkt wird, daß sich die Last jeweils um den halben Zugweg hebt, jedoch nur eine Zugkraft aufgewendet werden muß, die der Hälfte des Lastgewichtes entspricht. Eine weitere Zugkraftminimierung kann durch Verwendung von mehreren Rollen (Flaschen) erreicht werden, wobei bei n-Rollen (n = 3, 4, 5 . . .) die aufzuwendende Zugkraft beim Heben um 1/n minimiert wird. Je nach Anordnung des Flaschenzuges in der Antriebsvorrichtung kann durch entsprechenden Kraftmehraufwand eine hohe Rotationsgeschwindigkeit durch Ausnutzung des am anderen Ende des Flaschenzuges großen Weges oder umgekehrt im Sinne eine Untersetzung die geringere aufzuwendende Kraft ausgenutzt werden.
• Durch die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung wird beim Auseinanderführen der losen und der festen Rollen das Transmissionsmittel über einen Weg geführt, der zugübertragend diese Linearbewegung in eine Drehbewegung der Welle bzw. des hierauf angeordneten Antriebsrades überträgt. Hierdurch ergibt sich im Falle einer gewählten Untersetzung des Wegverhältnisses eine entsprechend der Rollenanzahl verringerte Antriebskraft. Die in Kauf zu nehmende Verlängerung des Hubweges wirkt dann nicht störend, wenn der Umfang der Antriebswelle entsprechend klein gewählt werden kann, so daß bereits über die kleine wirksame Zugstrecke eine hinreichende Drehmomentübertragung gewährleistet ist. Im umgekehrten Fall, wenn mit größerer Kraft auf der sogenannten Lastseite des Flaschenzuges die losen und festen Rollen über einen nur relativ geringen Weg auseinandergezogen werden, kann auf der anderen Flaschenzugseite ein zur Ausnutzung hoher Rotationsgeschwindigkeiten verwertbarer der Rollenzahl des Flaschenzuges längerer Weg des Transmissionsmittels ausgenutzt werden. Bei der Rückführung des Transmissionsmittels wird der Leerlauf der richtigungsgeschalteten Kupplung ausgenutzt. Die mit Muskelkraft betreibbare Antriebsvorrichtung ist einfach aufgebaut und störungsunanfällig. Reibungsverluste, wie sie bei einer Getriebeübersetzung auftreten, werden praktisch vollständig eliminiert.
• Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
• So ist vorzugsweise das Transmissionsmittel entweder formschlüssig greifend, insbesondere als Zahnriemen oder Kette, und/oder reibschlüssig greifend, insbesondere als Seil, Flach- oder Keilriemen, ausgebildet.
• Um die Rückbewegung des Transmissionsmittels zu vereinfachen, ist in einer weiteren Ausführungsform der Antriebsvorrichtung vorgesehen, daß das Transmissionsmittel an seinem ersten freien Ende mit einer Rückstellfeder verbunden ist, die ortsfest befestigt ist, wobei das Transmissionsmittel an seinem anderen Ende über den Flaschenzug geführt wird, deren lose Rollen, die vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse gelagert sind, abstandsveränderlich zu den ortsfesten Rollen so angeordnet sind, daß bei größer werdendem Abstand der losen Rollen zu den festen Rollen die drehmomentübertragende Kraft wirksam wird und die Leerlaufrückbewegung durch die Rückstellkraft der Feder bewirkt wird.
• Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, daß beide freien Ende des Transmissionsmittels jeweils über eine Flaschenzug geführt werden, so daß der drehmomentübertragende Hub und der Leerlaufhub durch Abstandsänderungen der jeweiligen losen Rollen des Flaschenzuges zu den ortsfesten Rollen des selben Flaschenzuges herbeiführbar sind. Insbesondere können die jeweils losen Rollen, die vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse angeordnet sind, über einen um eine Drehachse schwenkbaren zweiarmigen Hebel, vorzugsweise eine Wippe, betätigbar sein. Diese Wippe besorgt dann jeweils alternierend das Auseinander- und Zusammenführen der losen Rollen zu den festen Rollen. Weiterhin kann das Transmissionsmittel beidseitig eines Antriebsrades um dessen Welle geschlungen und über eine ortsfeste Umlenkrolle geführt sein, was weiterhin vorzugsweise derart ausgenutzt wird, daß das Transmissionsmittel beidseitig des Antriebsrades auf seiner Welle Freilaufkupplungen aufweist, über die das Transmissionsmittel geführt ist, so daß jede den Abstand der losen Rollen zu den ortsfesten Rollen der Flaschenzüge vergrößernde Hubbewegung zur Drehmomentübertragung nutzbar ist. Kombiniert man diese Anordnung mit der bereits beschriebenen Wippe, wird jeder Flaschenzug-Hub zu einer Drehmomentübertragung ausgenutzt; beim Rückhub werden jeweils alternierend die Freilaufkupplungen wirksam.
• Nach einer Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, daß wahlweise eine der Flaschenzugrollen blockierbar ist, so daß anstelle einer Wegübersetzung im Verhältnis 1 : 6 (bei 6 Rollen) eine Umschaltung auf z. B. ein Wegübersetzungsverhältnis 1 : 3 (unter Ausnutzung von nur 3 Rollen) möglich ist, so daß der Flaschenzug als "schaltbares Getriebe" verwendet wird. Ggf. kann auch unter Verwendung eines verschiebbaren Hebelgestänges eine quasi stufenlose Übersetzung realisiert werden.
• Grundsätzlich ist die beschriebene Antriebsvorrichtung überall dort einsetzbar, wo lineare Hub- und Senkbewegungen in Drehbewegungen ohne Zuhilfenahme eines elektrischen, pneumatischen oder hydraulischen Antriebes umgesetzt werden sollen. Bevorzugt soll jedoch die Antriebsvorrichtung zum Radantrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Zweirad-Fahrzeuges, wie einem Fahrrad, Skate- oder Kick-Board, verwendet werden. Die drehmomentübertragenden Hubbewegungen an zwei Flaschenzügen werden vorzugsweise über einen Schwenkhebel eingeleitet bzw. durchgeführt, der die Wippe bzw. deren Drehachse hin- und herschwenkt.
• Alternativ oder auch zusätzlich kann eine vorhandene Wippe auch als Trittfläche ausgebildet sein, bei der jeweils abwechselnd eine Wippenseite heruntergedrückt wird, wobei sich zwangsläufig die gewichts- bzw. druckentlastete gegenüberliegende Seite in entsprechender Weise hebt.
• Weitere Ausformungen des Erfindungsgegenstandes werden anhand der Zeichnungen erläutert.
• Es zeigen
• Fig. 1 und 2 jeweils Prinzipskizzen der Antriebsvorrichtungen in unterschiedlichen Ausführungen.
• Fig. 1 zeigt das Antriebsprinzip mit einem Freilauf und einem aus sechs Rollen bestehenden Flaschenzug. Das Antriebsrad 10 ist auf einer Welle 11, die auch eine richtungsgeschaltete Kupplung 12 (Freilaufkupplung) trägt, in einer nach dem Stand der Technik, z. B. bei Fahrrädern, bekannten Weise gelagert. Als Transmissionsmittel 13, das um die Freilaufkupplungstrommel ein- oder mehrfach geschlungen ist, kann im einfachsten Fall ein reibschlüssig wirksames Seil 13 sein, dessen erstes freies Ende einer Zugfeder 14 verbunden ist, deren Öse 15 ortsfest fixiert ist. Am anderen Ende ist das Zugmittel 13 über einen aus sechs Rollen bestehenden Flaschenzug 16 geführt, dessen feste Rollen 17 auf einer gemeinsamen Welle 18 und dessen lose Rollen 19 auf einer weiteren gemeinsamen Welle 20 gelagert sind. Das freie Ende 21 des Transmissionsmittels 13 ist in bei Flaschenzügen bekannter Weise an der Welle 18 befestigt. Bewegt man die losen Rollen 19 bzw. die Welle 20 in Richtung des Doppelpfeiles 22, so wird unter einem entsprechendem Kraftaufwand zugunsten des hier sechsfachen Weges das Zugmittel 13 bei einer Auseinanderbewegung der Wellen 18 und 20 entgegen der Rückstellkraft der Feder 14 bewegt, wobei durch den Reibschluß des Zugmittels 13 auf dem Freilaufkupplungsmantel ein der Kraft entsprechendes Drehmoment bei einer 6-fach höheren Drehgeschwindigkeit auf das Antriebsrad 10 übertragen wird. Durch einfaches Loslassen der geführten Welle 20 zieht die Feder 14 das Transmissionsmittel anschließend um den zuvor erfolgten Hub wieder zurück, wobei die Trommel des Freilaufes 12 im Leerlauf zurückgedreht wird. Durch ein erneutes Heben der losen Rollen wird die nächstfolgende Drehmomentübertragung auf das Antriebsrad 10 eingeleitet.
• Fig. 2 zeigt eine demgegenüber verbesserte Ausführung, bei der auch der Rückhub zur Drehmomentübertragung ausgenutzt werden kann. Hierzu ist es erforderlich, daß zwei getrennte Freiläufe 12 und 23 beidseitig des Antriebsrades 10 auf der Welle 11 vorgesehen sind. Das Zugmittel 13 ist mit seinen beiden Enden jeweils an der Welle 18 bzw. 24, auf der die festen Rollen 17 bzw. 25 unterschiedlicher Flaschenzüge gelagert sind, befestigt. Dem stehen jeweils lose Rollen 19 bzw. 26 auf Wellen 20 bzw. 27 abstandsveränderbar gegenüber. Die Wellen 20 und 27 sind endseitig einer als zweiarmigem Hebel ausgebildeten Wippe 28 angeordnet, die um die Drehachse 29, wie durch Doppelpfeil 30 angedeutet, hin- und herschwenkbar ist. Das über den ersten Flaschenzug 16 geführte Transmissionsmittel 13 wird zunächst über den Freilauf 23 und hiernach über eine Umlenkrolle 31 zum zweiten Freilauf 12 und von hieraus zum zweiten Flaschenzug 32 geführt, wo das Ende des Transmissionsmittels an der festen Welle 24 befestigt ist. In dem Bereich, in dem das Transmissionsmittel 13 über die Trommeln der Freiläufe 12 und 23 reib- oder formschlüssig wirksam wird, sind entsprechende Flach- oder Zahnriemenstücke 33 vorgesehen, die ein schlupffreies Drehen gegenüber den betreffenden Trommeln ermöglichen.
• Die Antriebsvorrichtung nach Fig. 2 ist dergestalt ausgelegt, daß jeweils beim Anheben der Wellen 20 oder 27 die entsprechende hieraus resultierende Transmissionsmittel-Bewegung zur Drehmomentübertragung ausgenutzt wird, so daß bei einer Schwenkbewegung der Wippe von der einen zur anderen wie auch auf dem Rückweg jeweils eine Drehmomentübertragung auf die Welle 11 bzw. das Antriebsrad 10 erfolgt.
• Die Antriebsvorrichtung nach Fig. 2 kann auch dergestalt eingesetzt werden, daß die Wippe 28 mit einer oberen Trittfläche versehen ist, die als Teil eines Zweiradrollers bzw. sogenannten Kick-Boards oder eines einfaches Skate-Boards ausgebildet sein kann. Durch Hin- und Herwippen dieser Trittfläche wird die jeweilige muskelkraftbetriebene Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung des Antriebsrades 10 überführt. Ggf. kann auch die Drehachse 29 starr mit einem nach oben geführten Hebel verbunden sein, der dann ggf. zusätzlich zur Drehung der Welle 29 betätigt werden kann.
• Bei den vorbeschriebenen Ausführungsformen wird jeweils eine hohe Übersetzung zur Erzielung hoher Rotationsgeschwindigkeiten des Antriebsrades gewählt.
• Will man hingegen zur Minimierung der Kraft, die zum Antrieb ausgenutzt werden soll, eine Untersetzung erhalten, braucht der Flaschenzug nur derart umgekehrt zu werden, daß auf der "Kraftseite" (ähnlich wie bei der bekannten Verwendung des Flaschenzuges als kraftsparende Winde) das Transmissionsmittel gezogen wird.

Claims (11)

1. Antriebsvorrichtung zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer mit einer richtungsgeschalteten Kupplung (12, 23) versehenen Antriebswelle (11), um die mindestens ein linear hin- und herbewegbares Transmissionsmittel (13) reib- oder formschlüssig gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Transmissionsmittel (13) über einen Flaschenzug (16, 32) zur Über- oder Untersetzung des Wegverhältnisses geführt ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Transmissionsmittel (13) formschlüssig greifend, insbesondere als Zahnriemen oder Kette, und/oder reibschlüssig greifend, insbesondere als Seil, Flach- oder als Keilriemen ausgebildet ist.

3. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Transmissionsmittel (13) an seinem ersten freien Ende mit einer Rückstellfeder (14) verbunden ist, die ortsfest befestigt ist und daß das Transmissionsmittel (13) an seinem anderen Ende über einen Flaschenzug (16) geführt ist, deren lose Rollen (19), die vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse (20) gelagert sind, abstandsveränderlich zu den ortsfesten Rollen (17) so angeordnet sind, daß bei größer werdendem Abstand der losen Rollen (19) zu den festen Rollen (17) die drehmomentübertragende Kraft wirksam wird und die Leerlauf-Rückbewegung durch die Rückstellfederkraft bewirkt wird.

4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide freien Enden des Transmissionsmittels (13) jeweils über einen Flaschenzug (16, 32) geführt werden, so daß der drehmomentübertragende Hub und der Leerlaufhub durch Abstandsänderungen der jeweiligen losen Rollen (19, 26) des Flaschenzuges (16, 32) zu den ortsfesten Rollen (17, 25) herbeiführbar sind.

5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils losen Rollen (19, 26), die vorzugsweise auf einer gemeinsamen Achse (20, 27) angeordnet sind, über einen um eine Drehachse (29) schwenbaren zweiarmigen Hebel (Wippe 28) betätigbar sind.

6. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Transmissionsmittel (13) beidseitig eines Antriebsrades (10) um dessen Welle (11) geschlungen und über eine ortsfeste Umlenkrolle (31) geführt ist.

7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Transmissionsmittel (13) beidseitig des Antriebsrades (10) auf seiner Welle (11) Freilaufkupplungen (12, 23) aufweist, über die das Transmissionsmittel (13) geführt ist, so daß jede den Abstand der losen Rollen (19, 26) zu den ortsfesten Rollen (17, 25) der Flaschenzüge (16, 32) vergrößernde Hubbewegung zur Drehmomentübertragung nutzbar ist.

8. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wahlweise eine der Rollen des Flaschenzuges zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses blockierbar sind.

9. Verwendung der Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Radantrieb eines Fahrzeuges, insbesondere eines Zweirad-Fahrzeuges wie einem Fahrrad, Skate-Board oder Kick-Board.

10. Verwendung der Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandsveränderungen der losen Rollen (19, 26) über einen die Wippe (28) drehbetätigbaren Schwenkhebel erfolgt.

11. Verwendung der Antriebsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wippe (28) als schwenkbewegliche Trittfläche ausgebildet ist.