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Die
Erfindung bezieht sich auf die muskelkraftbetriebene Fahrzeuge,
insbesondere auf die Fahrader, Roller usw.
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Durch
EP 1213212 A2 ist
ein solches Fahrzeug bekannt. Es enthält einen Rahmen mit
einer Plattform, einen Lenker, ein Vorderrad, ein hinteres Antriebsrad,
einen hydraulischen Antrieb und ein hydraulisches System. Die Trethebel
sind mit den Kolbenstangen der Hydraulikzylinder angelenkt, welche sich
mittels der Gelenke gegen die Plattform stemmen. Der Hinterteil
der Plattform bildet die Gabel des hinteren Antriebsrads, dessen
Welle mit einem variablen, mehrflügeligen und mehrstufigen
hydraulischen Antrieb gekoppelt ist.
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Beim
Fahren tritt der Fahrer abwechselnd auf die Trethebel, die auf die
Kolbenstangen der Hydraulikzylinder drücken. Infolgedessen
wird die Flüssigkeit, zum Beispiel, das Öl, aus
den Hydraulikzylindern durch die Schläuche und Ventile
des hydraulischen Systems den Laufschaufeln zugeführt,
der Läufer dreht sich. Da er mit der Achse des hinteren Antriebsrads
gekoppelt ist, dreht es sich auch, und das Fahrzeug bewegt sich
fort. Seine Geschwindigkeit ist direkt proportional der Geschwindigkeit
der Flüssigkeitsströmung von den Hydraulikzylindern
zu den Laufschaufeln des Läufers, d. h. der Häufigkeit des
Drückens der Trethebel, und mittels Betätigung höherer
oder geringerer Anzahl der Laufschaufeln des Läufers regulierbar.
Dafür wird ein Hydraulikschalter benutzt, um die Richtung
des Flüssigkeitsstroms, der auf die Laufschaufeln des Läufers
einwirkt, zu indem. Das hydraulische System sorgt für kinematische
Wechselwirkung der Trethebel, d. h. deren synchronen Gegenlauf.
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Dieses
bisher bekanntes Fahrzeug weist wesentliche Nachteile auf, und zwar:
- – übermäßige
Kompliziertheit des hydraulischen Systems aufgrund des Vorhandenseins
des Hydraulikschalters, zahlreicher Schläuche und Ventile
und als Folge – geringe Sicherheit des Fahrzeugs im Allgemeinen;
- – beträchtliche hydrodynamische Verluste im mehrflügeligen
und mehrstufigen hydraulischen Antrieb als Läuferdrehvorrichtung
zur Umwandlung der Flüssigkeitsbewegung im hydraulischen System
in die Drehbewegung des hinteren Antriebsrads;
- – zusätzlicher Muskelkraftaufwand des Fahrers aufgrund
der hydrodynamischen Verluste im Hydraulikantrieb und im hydraulischen
System.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, die Varianten eines solchen Fahrzeugs
zu erschaffen, die
- – Vereinfachung
der Antriebskonstruktion und Erhöhung dessen Sicherheit;
- – einfache Regulierung der Geschwindigkeit;
- – Reduzierung und Regulierung des Muskelkraftaufwands
des Fahrers bei der Fahrt;
- – effizientere Benutzung des Hydraulikantriebs
ermöglicht.
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Die
Lösung der gestellten Aufgaben wird nach Patentansprüchen
1–4 erreicht.
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Nach
Patentanspruch 1 enthält das Fahrzeug einen Lenker, ein
Vorderrad, einen Rahmen mit einer Plattform und einer hinteren Gabel,
eine hinteres Antriebsrad mit einer Antriebsvorrichtung und einer
Welle, die Trethebel mit gemeinsamer Drehachse, die Hydraulikzylinder
mit den Kolbenstangen und einem Auflagergelenk und die Schlauche
des hydraulischen Systems. Die Lenksäule ist mit dem Rahmen
mittels einer Zylinderbuchse verbunden, und das Vorderrad ist von
der Lenkgabel gefasst. Das hintere Antriebsrad ist von der hinteren
Gabel gefasst, die Trethebel sind im Vorderteil des Rahmens montiert
und mit den Kolbenstangen entsprechender Hydraulikzylinder angelenkt.
Die Hydraulikzylinder sind mit den Kolbenräumen ausgestattet
und mit der Plattform mittels des Auflagergelenks verbunden.
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Das
Fahrzeug wird dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung
einen Hydraulikzylinder, ein Zahnrad, eine Zahnstange und eine Freilaufkupplung
enthält. Dabei ist
- – der
Hydraulikzylinder mit zwei Zylinderräumen und zwei Kolben
ausgestattet;
- – der erste Zylinderraum dieses Hydraulikzylinders
mittels eines entsprechenden Schlauchs mit dem rechten Kolbenraum
verbunden;
- – der zweite Zylinderraum dieses Hydraulikzylinders
mittels eines entsprechenden Schlauchs mit dem linken Kolbenraum
verbunden;
- – das Zahnrad mittels der Freilautkupplung mit der Welle
des hinteren Antriebsrads gekuppelt;
- – die Zahnstange so montiert, dass deren Kuppeln mit
dem Zahnrad ermöglicht wird, und sie ist mit den Kolben
des Hydraulikzylinders der Antriebsvorrichtung starr verbunden.
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Solch
eine Antriebsvorrichtung sowie Zusammensetzung und Zusammenhang
der Bestandteile des Fahrzeugs vereinfachen dessen Gesamtkonstruktion
wesentlich und erhöhen dessen Sicherheit. Dabei wird der
Muskelkraftaufwand des Fahrers bei der Fahrt deutlich reduziert.
Das wird dadurch ermöglicht, dass zum Versetzen des Fahrzeugs
in Bewegung eine Zahnstangenvorrichtung und eine Freilaufkupplung,
welche zusammen mit dem Zahnrad auf der Welle des hinteren Antriebsrads
montiert ist, benutzt werden. Dabei erzeugt die Zahnstange, deren
Montage das Kuppeln mit dem Zahnrad ermöglicht, samt Kolben
des Hydraulikzylinders der Antriebsvorrichtung eine Pendelbewegung.
Der Hydraulikzylinder des jeweiligen Trethebels ist nur mit einem
Kolbenraum des Hydraulikzylinders der Antriebsvorrichtung verbunden,
so dass ein geschlossenes hydraulisches System gebildet wird, und
kinematische Verbindung der Trethebel erfolgt durch eine starre
Verbindung der Kolben des Hydraulikzylinders und der Zahnstange
der Antriebsvorrichtung.
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Nach
Patentanspruch 2 wird das Fahrzeug nach Patentanspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung ein Zahnkranzpaket enthält,
welches mittels Freilaufkupplung mit der Welle des hinteren Antriebsrads
verbunden (gekuppelt) ist, und die Zahnstange so montiert ist, dass
deren Kuppeln mit dem Zahnkranzpaket ermöglicht wird.
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Dies
vereinfacht die Konstruktion des Fahrzeugs, da die Gangumschaltung
des Fahrzeugs durch eine einfache Verschiebung der Zahnräder
des Zahnkranzpakets der Drehachse der Welle des hinteren Antriebsrads
entlang ermöglicht wird.
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Nach
Patentanspruch 3 wird das Fahrzeug nach Patentanspruch 1 dadurch
gekennzeichnet, dass es eine mit einer Nut versehene Konsole enthält,
dabei ist die Konsole im vorderen Teil des Rahmens montiert und
befestigt, das Auflagergelenk der Hydraulikzylinder befindet sich
in der Nut der Konsole, und die die Platzierung der Stütze
O2 des Auflagergelenks ermöglicht
eine Regulierung der Lage bezüglich der Plattform mittels
Verschiebung dieser Stütze der Nut entlang.
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Nach
Patentanspruch 4 wird das Fahrzeug nach Patentanspruch 3 dadurch
gekennzeichnet, dass das Auflagergelenk mittels einer beliebigen
Arretierungsvorrichtung festgehalten wird.
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Dies
sorgt für einfache und bequeme Gangschaltung und/oder für
Optimierung des Muskelkraftaufwands, um das Fahrzeug in Bewegung
zu versetzen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
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1 – eine
allgemeine schematische Darstellung eines Fahrzeugs (Varianten 1
und 2);
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2 – eine
Ansicht in Pfeilrichtung A 1 und 7;
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3 – ein
Schema einer Antriebsvorrichtung des hinteren Antriebsrads;
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4 – ein
Schema einer Antriebsvorrichtung mit dem Zahnkranzpaket (für
die Variante 1);
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5 und 6 – die
Schemas, die das Funktionieren der Antriebsvorrichtung und des hydraulischen
Systems erklären;
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7 – eine
allgemeine schematische Darstellung eines Fahrzeugs (Variante 3);
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8 – ein
Schema, welches Gangschaltung des Fahrzeugs und Optimierung des
Muskelkraftaufwands des Fahrers erklärt.
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Bei
allen Konstruktionsvarianten enthält das Fahrzeug einen
Rahmen (1), eine Plattform (2), ein Vorderrad
(3) und ein hinteres Antriebsrad (4) mit einer
Antriebsvorrichtung (5). Das Vorderrad (3) und das
hintere Antriebsrad (4) sind jeweils von der Lenkgabel
(6) und von der hinteren Gabel (7) der Plattform (2)
gefasst. Die Lenksäule (8) des Lenkers (9)
ist mit dem Rahmen (1) mittels zylindrischer Buchse (10) verbunden.
Die Trethebel (111 ) und (112 ) der Pedale (121 )
und (122 ) sind im Vorderteil des
Rahmens (1) montiert, haben eine gemeinsame Drehachse (13) und
sind mit den Kolbenstangen (141 )
und (142 ) entsprechender Hydraulikzylinder
(151 ) und (152 )
angelenkt. Die Hydraulikzylinder (151 )
und (152 ) sind mit der Plattform
(2) mittels eines Auflagergelenks (16) verbunden.
Der Kolbenraum (171 ) des Hydraulikzylinders
(151 ) ist mittels eines Schlauchs
(181 ) mit dem ersten Zylinderraum
(191 ) und der Kolbenraum (172 ) des Hydraulikzylinders (152 ) ist mittels eines Schlauchs (182 ) mit dem zweiten Zylinderraum (192 ) des Hydraulikzylinders (20)
der Antriebsvorrichtung (5) verbunden (siehe 1, 2 und 7).
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Die
Antriebsvorrichtung (5) enthält einen Hydraulikzylinder
(20), ein Zahnrad (21), eine Zahnstange (22)
und eine Freilaufkupplung (23) (siehe 3). Das
Zahnrad (21) ist mittels Freilaufkupplung (23)
mit der Welle (24) des hinteren Antriebsrads (4)
gekuppelt. Die Zahnstange (22) ist mit den Kolben (251 ) und (252 )
des Hydraulikzylinders (20) der Antriebsvorrichtung (5)
starr verbunden und so montiert, dass deren Kuppeln mit dem Zahnrad
(21) ermöglicht wird.
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Bei
Konstruktionsvariante 2 ist eine Möglichkeit der Regulierung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs vorgesehen. Dafür wird
in der Antriebsvorrichtung (5) statt Zahnrad (21)
ein Zahnkranzpaket (26) montiert, welches mit dem Gehäuse
der Freilaufkupplung (23) verbunden ist (siehe 4).
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Bei
Konstruktionsvariante 3 ist eine Möglichkeit der Regulierung
der Geschwindigkeit des Fahrzeugs und körperlicher Anstrengung
des Fahrers vorgesehen. Dafür wird im Vorderteil des Rahmens (1)
eine Konsole (27) mit einer Nut (28) starr befestigt.
Das Auflagergelenk (16) der Hydraulikzylinder (151 ) und (152 ),
welches sich in der Nut (28) befindet, wird mittels einer
beliebigen Arretierungsvorrichtung (29) festgehalten, und
die Platzierung dessen Stütze O2 (30)
ermöglicht die Verschiebung dieser Stütze der
Nut (28) entlang (siehe 7 und 8).
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Bei
allen Konstruktionsvarianten bilden die Trethebel (111 ) und (112 )
der Pedale (121 ) und (122 ) und die Kolben (311 ),
(312 ) der Hydraulikzylinder (151 ) und (152 )
(siehe 5 und 6) eine Vorrichtung zum Einpressen
der Flüssigkeit in den Hydraulikzylinder (20)
der Antriebsvorrichtung (5).
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Das
Fahrzeug funktioniert folgendermaßen:
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Varianten 1 und 2.
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Als
Beispiel wird eine Ausgangsposition untersucht, wobei rechtes Bein
des Fahrers auf dem Pedal (121 )
und der Trethebel (111 ) in der
obersten Stellung sich befinden. Beim Treten auf das Pedal (121 ) in Pfeilrichtung B (siehe 1)
dreht sich der Trethebel (111 )
um die Drehachse (13). Dabei verschiebt sich die Kolbenstange
(141 ) des Hydraulikzylinders (151 ) in Pfeilrichtung C (siehe 1 und 5),
verdrängt die Flüssigkeit aus dem Kolbenraum (171 ) des Hydraulikzylinders (151 ) mittels des Kolbens (311 ) und presst sie durch den Schlauch (181 ) in den Zylinderraum (191 ) des Hydraulikzylinders (20)
der Antriebsvorrichtung (5) ein (siehe Pfeile D in 3 und 5).
Infolgedessen verschieben sich der Kolben (251 )
des Hydraulikzylinders (20) und die mit ihm verbundene
Zahnstange (22) in Pfeilrichtung E (siehe 3 und 5).
Mittels des Zahnrads (21) (Variante 1) oder des Zahnkranzpakets
(26) (Variante 2) und der Freilaufkupplung (23)
wird die einfache Bewegung der Zahnstange (22) auf die
Welle (24) des hinteren Antriebsrads (4) übertragen,
welches sich in Pfeilrichtung F dreht (sie 1 und 3),
und das Fahrzeug fährt.
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Inzwischen
wird die Flüssigkeit aus dem Zylinderraum (192 ) des Hydraulikzylinders (20)
durch den Schlauch (182 ) unter
Einwirkung des Kolbens (252 ) in
den Kolbenraum (172 ) des Hydraulikzylinders (152 ) eingepresst (siehe Pfeile G in 3 und 5), diese
verschiebt den Kolben (312 ) des
Hydraulikzylinders (152 ) in Pfeilrichtung
H (siehe 5). Die Kolbenstange (142 ) verschiebt den Trethebel (112 ) in Pfeilrichtung J und bringt das
Pedal (122 ) in die oberste Stellung
(siehe 1 und 5). Dadurch entsteht synchroner
Gegenlauf der Trethebel (111 ) und
(112 ), also der Pedale (121 ) und (122 ).
Der Zyklus der Übertragung von Drehmoment auf die Welle
(24) des hinteren Antriebsrads (4) endet, wenn
der Trethebel (111 ) in unterste
Stellung und der Trethebel (112 )
in oberste Stellung kommt.
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Dann
tritt der Fahrer mit dem linken Fuß auf das Pedal (122 ). Dabei dreht sich der Trethebel (112 ) um die Drehachse (13) und
drückt auf die Kolbenstange (142 )
des Hydraulikzylinders (152 ) in
Pfeilrichtung K (siehe 6), und der Kolben (312 ) presst die Flüssigkeit aus
dem Kolbenraum (172 ) des Hydraulikzylinders
(152 ) durch den Schlauch (182 ) in den Zylinderraum (192 ) des Hydraulikzylinders (20)
der Antriebsvorrichtung (5) ein (siehe Pfeil L in 6).
Dabei verschiebt sich der Kolben (252 )
des Hydraulikzylinders (20) in Pfeilrichtung M (siehe 6).
Gleichzeitig mit dem Kolben (252 )
verschieben sich der Kolben (251 )
und die Zahnstange (22), d. h. sie kehren in ihre Ausgangsstellung
wieder zurück, und das Zahnrad (21) (Variante
1) oder das Zahnkranzpaket (26) (Variante 2) bewegt sich
in die Gegenrichtung, indem es einen Freilauf um die Welle (24)
des hinteren Antriebsrads (4) macht (siehe 1, 3, 5 und 6).
Unter Einwirkung des Kolbens (251 )
wird die Flüssigkeit aus dem Raum (191 )
des Hydraulikzylinders (20) durch den Schlauch (181 ) in den Kolbenraum (171 ) des Hydraulikzylinders (151 ) eingepresst (siehe Pfeil N in 6).
Die Kolbenstange (141 ) verschiebt
sich in Pfeilrichtung Q (siehe 6), dreht den
Trethebel (111 ) und das Pedal (121 ), indem sie sie in ihre Ausgangsstellung
wieder bringt. Die Antriebsvorrichtung (5) ist zum nächsten
Arbeitszyklus bereit, d. h. zur Wiederholung des Arbeitszyklus am Anfang
der Bewegung des Hebels (111 ).
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Variante 3
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Vor
der Anfahrt schaltet der Fahrer den notwendigen Gang ein und/oder
optimiert seinen Muskelkraftaufwand. Dafür verschiebt er
das Auflagergelenk (16) der Hydraulikzylinder (151 ) und (152 )
der Nut (28) entlang und fixiert es mittels einer Arretierungsvorrichtung
(29) in einer gewünschten Position. Dabei verändert
sich die Lage des Punktes P bezüglich der Vorderstütze
(gemeinsamer Drehachse O1 (13)) und
die Größe des Winkels α zwischen den
Achsen der Hydraulikzylinder (151 ),
(152 ) und der Trethebel (111 ), (112 )
der Pedale (121 ), (122 ), also verändern sich die
geometrischen Parameter der Vorrichtung zum Einpressen der Flüssigkeit
in den Hydraulikzylinder (20) der Antriebsvorrichtung (5)
(siehe 7 und 8). Das ist aus Schema des Wechsels
der Geschwindigkeitsvektorrichtung ersichtlich (siehe 7 und 8),
wobei:
Vpo1 – Vektor der Umdrehungsgeschwindigkeit
des Punktes P bezüglich der Vorderstütze (gemeinsamer Drehachse
O1 (13)) der Trethebel (111 ), (112 );
Vpo2 – Vektor der Umdrehungsgeschwindigkeit
der Hydraulikzylinder (151 ), (152 ) bezüglich der Stütze
O2 (30);
Vk – Vektor
der Geschwindigkeit der Kolben (311 ), (312 ) in den Hydraulikzylindern (151 ), (152 ).
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Das
Weiterfunktionieren aller übrigen Baugruppen und Bestandteile
des Fahrzeugs bei der Variante 3 erfolgt wie bei der Variante 1,
Die Unterschiede bestehen darin, dass
- – die
Geschwindigkeit des Fahrzeugs mit Hilfe der Verschiebung der Stütze
O2 (30) des Auflagergelenks (16)
in die unterste Stellung der Nut (28) erhöht wird,
d. h. bei maximalem Hub der Pedale (121 ),
(122 ). In diesem Fall wird der
Muskelkraftaufwand zum Versetzen des Fahrzeugs in Bewegung am höchsten;
minimale
Geschwindigkeit und minimaler Muskelkraftaufwand zum Versetzen des
Fahrzeugs in Bewegung mit Hilfe der Verschiebung der Stütze O2 (30) des Auflagergelenks (16)
in die oberste Stellung der Nut (28) erreicht werden. Dabei
wird der Hub der Pedale (121 ),
(122 ) minimal und die Häufigkeit
derer Drückens maximal.
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Bei
Verschiebung der Stütze O2 (30)
des Auflagergelenks (16) der Nut (28) entlang ändert
sich dessen Lage bezüglich der Plattform (2),
also die Größe des Winkels α zwischen
den Achsen des Hydraulikzylinders (151 )
und des Trethebels (111 ) des Pedals
(121 ), d. h. es ändert
sich auch die Intensität (die Geschwindigkeit) der Verschiebung
der Kolben (311 ), (312 ) in den Hydraulikzylindern (151 ), (152 ).
Dabei ändert sich die Geschwindigkeit des Einpressens der
Flüssigkeit aus den Kolbenräumen (171 ), (172 ) dieser
Hydraulikzylinder in die Zylinderräume (191 ), (192 ) des Hydraulikzylinders (20)
der Antriebsvorrichtung (5), demzufolge ändert
sich die Geschwindigkeit der Zahnstange (22) und die Drehgeschwindigkeit der
Welle (24) des hinteren Antriebsrads (4), d. h.
die Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
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- 1
- Rahmen
- 2
- Plattform
- 3
- Vorderrad
- 4
- hinteres
Antriebsrad
- 5
- Antriebsvorrichtung
- 6
- Lenkgabel
- 7
- Gabel
der Plattform (2)
- 8
- Lenksäule
des Lenkers (9)
- 9
- Lenker
- 10
- zylindrische
Buchse
- 111, 112
- Trethebel
der Pedale (121 ), (122 ) entsprechend
- 121, 122
- Pedale
- 13
- Drehachse
der Pedale (121 ), (122 )
- 141, 142
- Kolbenstangen
der Hydraulikzylinder (151 ), (152 ) entsprechend
- 15,
152
- Hydraulikzylinder
- 16
- Auflagergelenk
- 171, 172
- Kolbenraume
der Hydraulikzylinder (151 ), (152 ) entsprechend
- 181, 182
- Schläuche
- 191, 192
- Zylinderräume
des Hydraulikzylinders (20)
- 20
- Hydraulikzylinder
der Antriebsvorrichtung (5)
- 21
- Zahnrad
der Antriebsvorrichtung (5)
- 22
- Zahnstange
der Antriebsvorrichtung (5)
- 23
- Freilaufkupplung
- 24
- Welle
des hinteren Antriebsrads (4)
- 251, 252
- erster
und zweiter Kolben des Hydraulikzylinders (20)
- 26
- Zahnkranzpaket
der Antriebsvorrichtung (5)
- 27
- Konsole
- 28
- Nut
in der Konsole
- 29
- Arretierungsvorrichtung
- 30
- Stütze
O2 des Auflagergelenks (16)
- 311, 312
- Kolbenstangen
der Hydraulikzylinder (151 ), (152 ) entsprechend
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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