DE102016006394B3 - Linear drive for driving a pedal-operated vehicle - Google Patents

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Abstract

Technische Aufgabe und Zielsetzung Die Erfindung hat die Aufgabe, ein pedalbetriebenes Fahrzeug durch kurze wechselseitige, nahezu lineare Tretbewegungen anzutreiben, wobei sich der Antrieb direkt im Vorderrad des Fahrzeuges befindet. Die für Pedalfahrzeuge bekannten Linearantriebssysteme mit Schlitten, welche direkt auf das Vorderrad wirken, besitzen einige Nachteile. Neben der aufwendigen Transmissionsmittel-Führung über die Gabel ist hier insbesondere der von vornherein über die Schienenführung gegebene und unveränderbare Winkel der Linearführung zu nennen. Gleichzeitig verursacht eine schlittenartige Konstruktion einen hohen Wartungsaufwand. Die Erfindung soll diese Nachteile beheben, außerdem den Wirkungsgrad der Kraftübertragung bei verringerter Reibung erhöhen sowie zu einer ergonomisch verbesserten Fahrweise führen. Lösung der technischen Aufgabe Die Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hierfür wird ein Kniehebelgetriebe eingesetzt, welches sich direkt an der Radnabe (18) des Vorderrads eines Pedalfahrzeuges befindet. Kennzeichnend sind geteilte Trethebel (2; 3) beidseitig am Rad, welche über Transmissionsscheiben (4; 6) mit einem Transmissionsmittel (5) verbunden sind. Die Dimension der Transmissionsscheiben (4; 6) bestimmt den Verlauf des Punktes des Pedalhebels an welchem das Pedal (15) mit diesem verbunden ist. Diese Dimensionierung führt zu einer nahezu linearen Bewegung des zuvor beschriebenen Punktes während der Krafteinleitung. Aus ergonomischen Gründen ist eine bogenförmige Bewegung mit dieser erfinderischen Lösung ebenfalls möglich. Des Weiteren können die Transmissionsscheiben (4; 6) eine von der kreisrunden Geometrie abweichende Gestaltung aufweisen. Dadurch wird ermöglicht, dass über die sich verändernden Hebelverhältnisse der Krafteintrag in Abhängigkeit von der Kurbelstellung beeinflusst werden kann. Durch die integrierten Freiläufe (19; 20) wird die Rückstellbewegung der Trethebel (2; 3) möglich, an welchen je ein Pedal (15) angebracht ist. Das Kegelraddifferenzialgetriebe (9) verbindet beide krafteinleitenden Seiten und macht durch die Drehrichtungsumkehr eine Verwendung des Antriebs links und rechtsdrehend je nach Freilaufanordnung möglich. Einer der Freiläufe (19; 20) kann zudem als entkoppelbarer Freilauf ausgelegt sein, wodurch eine Drehbewegung des Vorderrades entgegen der Fortbewegungsdrehrichtung realisiert werden kann. Anwendungsgebiet Der Linearantrieb eignet sich zum Antrieb von Pedalfahrzeugen aller Art, insbesondere für ein- und zweispurige Fahrzeuge, beispielsweise für Fahrräder und Trikes. Diese Art der Antriebsrealisierung kommt insbesondere den Nutzern zugute, welche die Sicherheit bevorzugen im Falle des Anhaltens, beide Beine auf der Fahrbahn abstellen zu können, ohne dabei die Sitzposition verlassen zu müssen.Technical Problem and Objective The object of the invention is to drive a pedal-operated vehicle by means of short reciprocal, almost linear pedaling movements, the drive being located directly in the front wheel of the vehicle. The known for pedal vehicles linear drive systems with slide, which act directly on the front wheel, have some disadvantages. In addition to the elaborate transmission means leadership over the fork is given in particular from the outset on the rail guide given and unchangeable angle of the linear guide. At the same time causes a sled-like construction high maintenance. The invention is intended to remedy these disadvantages, also increase the efficiency of power transmission with reduced friction and lead to an ergonomically improved driving style. Solution of the technical problem The object is achieved with the features listed in claim 1. For this purpose, a toggle mechanism is used, which is located directly on the wheel hub (18) of the front wheel of a pedal vehicle. Characteristic are split pedal levers (2, 3) on both sides of the wheel, which are connected via transmission discs (4, 6) with a transmission means (5). The dimension of the transmission discs (4; 6) determines the course of the point of the pedal lever at which the pedal (15) is connected to this. This dimensioning leads to a nearly linear movement of the point described above during the introduction of force. For ergonomic reasons, an arcuate movement with this inventive solution is also possible. Furthermore, the transmission disks (4; 6) can have a design deviating from the circular geometry. This makes it possible for the force input to be influenced as a function of the crank position via the changing lever ratios. The integrated freewheels (19, 20) enable the return movement of the pedal levers (2, 3), to each of which a pedal (15) is attached. The bevel gear differential (9) connects both force-introducing sides and makes it possible to use the drive left and right rotation depending on the freewheel arrangement by reversing the direction of rotation. One of the freewheels (19, 20) can also be designed as a decoupled freewheel, whereby a rotational movement of the front wheel against the direction of travel direction can be realized. Field of application The linear drive is suitable for driving pedal vehicles of all kinds, in particular for single and two-lane vehicles, for example for bicycles and trikes. This type of drive realization is particularly beneficial to users who prefer safety in the case of stopping to be able to park both legs on the road without having to leave the sitting position.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Antrieb eines pedalbetriebenen Fahrzeuges, welcher sich an der Radnabe eines Fahrzeugrades befindet.The invention relates to a linear drive for driving a pedal-operated vehicle, which is located on the wheel hub of a vehicle wheel.

Bekannt sind Ausführungen von linearen Trethebelantrieben in Vorderrädern wie in der Druckschrift DE 20 2013 001 715 U1 dargestellt, bei denen der Linearantrieb über Schlitten und verschiedene Zugmittel an der Vorderradgabel realisiert wurde. Diese Mechanik besitzt erhebliche Nachteile. Nachteilig ist dabei, dass die Pedalstellung fest durch die Geometrie der Vorderradgabel vorgegeben ist und nicht angepasst werden kann. Ebenso führt die Vielzahl der freiliegenden Bauteile zu einer hohen Wartungsintensität.Are known versions of linear pedal drives in front wheels as in the document DE 20 2013 001 715 U1 shown in which the linear drive was realized by means of slides and various traction means on the front fork. This mechanism has significant disadvantages. The disadvantage here is that the pedal position is fixed by the geometry of the front fork and can not be adjusted. Likewise, the large number of exposed components leads to a high maintenance intensity.

Durch die Druckschrift DE 76 09 228 U ist ein Trethebelantrieb für Fahrräder und dergleichen bekannt. Der Trethebelantrieb umfasst eine zweiteilige Kurbel, die am Innenlager angeordnet ist. Andere Anordnungen sind nicht ausgeschlossen, aber auch nicht nahe gelegt.Through the publication DE 76 09 228 U is a pedal drive for bicycles and the like known. The pedal lever drive comprises a two-part crank, which is arranged on the bottom bracket. Other arrangements are not excluded, but also not suggested.

Die Druckschrift JP 2016-74 400 A zeigt ein mit einem Getriebe ausgerüstetes Rad, welches direkt mit Tretkurbeln angetrieben wird. Bei dem Getriebe handelt es sich um ein Planetengetriebe.The publication JP 2016-74 400 A shows a equipped with a gear wheel, which is directly driven by cranks. The gear is a planetary gear.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demzufolge darin, einen Linearantrieb zu entwickeln, welcher lineare Tretbewegungen nahezu unmittelbar am Ort des Krafteintrags in eine drehende Antriebsbewegung überführt, bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrergonomie, Verringerung der Reibungskräfte und Erhöhung des Wirkungsgrades.The object of the invention is therefore to develop a linear drive, which transfers linear pedaling almost immediately at the location of the force input in a rotating drive movement, while improving the ergonomics, reducing the friction forces and increasing the efficiency.

Diese Aufgabe wird von einem Linearantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a linear drive according to claim 1.

Zur Lösung wurde eine Mechanik entwickelt, welche in der Radnabe des Vorderrades integriert ist, sodass eingetragene Kräfte nahezu direkt auf das fahrzeugantreibende Vorderrad übertragen werden.As a solution, a mechanism has been developed which is integrated in the wheel hub of the front wheel so that registered forces are transmitted almost directly to the vehicle-driving front wheel.

Die klein dimensionierte sowie kugelgelagerte Mechanik verringert Leistungsverluste bei der Kraftübertragung und erhöht damit den Wirkungsgrad des Antriebs. Eine gekapselte Ausführung führt zur Senkung der Wartungsintervalle. Es gibt keine Kettenführung. Geteilte Trethebel in Kombination mit wippbaren Pedalen an beiden Seiten des Vorderrades ermöglichen effiziente lineare Tretbewegungen bei gleichzeitiger Verbesserung der Fahrergonomie. Die Rückstellbewegung und Koppelung beider Antriebsseiten erfolgt durch ein Differenzialgetriebe und Freiläufe. Eine Tretwinkel-Verstelleinrichtung erlaubt eine personenabhängige Veränderung des Tretwinkels der Linearbewegung, wobei der Trethub durch einen Anschlag begrenzt wird.The small-sized and ball-bearing mechanism reduces power losses during power transmission and thus increases the efficiency of the drive. An encapsulated version leads to a reduction in maintenance intervals. There is no chain guide. Split treadles in combination with tilting pedals on both sides of the front wheel allow efficient linear pedaling while improving the ergonomics of the driver. The return movement and coupling of both drive sides is done by a differential gear and freewheels. A Tretwinkel adjustment allows a person-dependent change in the Tretwinkels the linear movement, the Trethub is limited by a stop.

Der Linearantrieb eignet sich als Vorderradantrieb für Pedalfahrzeuge aller Art, insbesondere für ein- und zweispurige Fahrzeuge, wie beispielsweise Fahrräder und Trikes.The linear drive is suitable as a front-wheel drive for pedal vehicles of all kinds, especially for one and two-lane vehicles, such as bicycles and trikes.

Durch die in den Zeichnungen dargestellte Lösung werden bekannte Nachteile bei Linearantrieben in Vorderrädern behoben sowie gleichzeitig eine kraftsparende und ergonomischere Fahrweise erreicht. Die Fortbewegung wird damit wesentlich erleichtert, insbesondere für ältere oder körperlich eingeschränkte Menschen.The solution shown in the drawings known disadvantages in linear drives in front wheels are fixed and at the same time achieved a power-saving and more ergonomic driving. The locomotion is thus much easier, especially for elderly or physically disabled people.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert.An advantageous embodiment of the invention will be explained with reference to the drawings.

Es zeigen:Show it:

1 einen Linearantrieb in der Vorderradnabe eines Pedalfahrzeuges, 1 a linear drive in the front hub of a pedal vehicle,

2 eine Seitenansicht des Linearantriebes in der Vorderradnabe eines Pedalfahrzeuges, 2 a side view of the linear drive in the front hub of a pedal vehicle,

3 eine perspektivische Ansicht von vorn des Linearantriebes in der Vorderradnabe eines Pedalfahrzeuges und 3 a perspective front view of the linear drive in the front hub of a pedal vehicle and

4 eine Detailansicht der Getriebemechanik des Linearantriebes bei offener Vorderradnabe eines Pedalfahrzeuges. 4 a detailed view of the transmission mechanism of the linear drive with open front hub of a pedal vehicle.

In 1 ist eine perspektive Ansicht des Linearantriebs am Fahrzeugvorderrad 14 eines Pedalfahrzeuges dargestellt. Die gesamte Mechanik ist über eine starre Radachse 13 mit der Radgabel 1 lösbar verbunden. Wie aus der Detailansicht der 4 ersichtlich, sind auf der starren Radachse 13 Wellen 7, 17 beweglich gelagert, an der Lager 8, 12, Freiläufe 19, 20 und das Kegelraddifferenzialgetriebe 9 befestigt sind, welche die Kraft auf die gekapselte Radnabe 18 übertragen und dadurch eine Drehbewegung des Fahrzeugvorderrades 14 zum Antrieb des Fahrzeuges erzeugen. Aus den Ansichten der 2 und 3 wird erkennbar, dass außen liegend der Radnabe 18 sich beidseitig am Fahrzeugvorderrad 14 jeweils zweigeteilte Trethebel 2, 3 mit wippbaren Pedalen 15 befinden, welche vorteilhafterweise über ein Transmissionsgetriebe mit den Wellen 7, 17 verbunden sind. Dabei besteht das Transmissionsgetriebe aus einem Transmissionsmittel 5 und mindestens zwei Transmissionsscheiben 4, 6, wobei eine Transmissionsscheibe 4 drehfest am äußeren Trethebel 2 und dieser beweglich zum inneren Trethebel 3 und eine zweite Scheibe 6 drehfest auf der starren Radachse 13 angebracht ist. Die Begrenzung der linearen Tretbewegungen erfolgt über einen am inneren Trethebel 3 angebrachten Trethub-Anschlag.In 1 is a perspective view of the linear drive on the vehicle front wheel 14 a pedal vehicle shown. The entire mechanics is over a rigid wheel axle 13 with the wheel fork 1 releasably connected. As seen from the detail view of 4 can be seen on the rigid wheel axle 13 waves 7 . 17 movably mounted, at the warehouse 8th . 12 , Freewheels 19 . 20 and the bevel gear differential 9 are fixed, showing the force on the encapsulated wheel hub 18 transmit and thereby a rotational movement of the vehicle front wheel 14 to generate the drive of the vehicle. From the views of 2 and 3 it becomes apparent that the outside of the wheel hub 18 on both sides of the vehicle front wheel 14 each split treadle 2 . 3 with rocking pedals 15 which are advantageously via a transmission gear with the waves 7 . 17 are connected. In this case, the transmission gear consists of a transmission medium 5 and at least two transmission discs 4 . 6 , wherein a transmission disc 4 rotatably on the outer treadle 2 and this movable to the inner pedal 3 and a second disc 6 rotatably on the rigid wheel axle 13 is appropriate. The limitation of the linear pedaling movements takes place via an inner pedal lever 3 attached Trethub stop.

Claims (9)

Linearantrieb zum Antrieb eines pedalbetriebenen Fahrzeuges, welcher sich an der Radnabe eines Fahrzeugrades befindet, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Fahrzeugvorderrades (14) jeweils ein zweigeteilter Trethebel (2, 3) mit Pedalen (15) angebracht ist, dass der innere Trethebel (3) mit einer Welle (7, 17) verbunden ist und dass die Welle (7, 17) beweglich auf einer Radachse (13) gelagert ist und mit einem in der Radnabe (18) befindlichen Kegelraddifferenzialgetriebe (9) und zwei Freiläufen (19, 20) gekoppelt ist.Linear drive for driving a pedal-operated vehicle, which is located on the wheel hub of a vehicle wheel, characterized in that on both sides of the vehicle front wheel ( 14 ) each a two-part pedal ( 2 . 3 ) with pedals ( 15 ), that the inner pedal ( 3 ) with a wave ( 7 . 17 ) and that the wave ( 7 . 17 ) movable on a wheel axle ( 13 ) and with one in the wheel hub ( 18 ) bevel gear differential gear ( 9 ) and two freewheels ( 19 . 20 ) is coupled. Linearantrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geteilte Trethebel (2, 3) über ein Transmissionsgetriebe verbunden ist, welches mindestens aus zwei Transmissionsscheiben (4, 6) besteht, wobei eine Transmissionsscheibe (4) fest am äußeren Segment eines Trethebels (2) und eine zweite Transmissionsscheibe (6) fest an der Radachse (13) angebracht ist, wobei beide Transmissionsscheiben (4, 6) über ein Transmissionsmittel (5) gekoppelt sind.Linear drive according to claim 1, characterized in that the split pedal ( 2 . 3 ) is connected via a transmission gear, which at least two transmission discs ( 4 . 6 ), wherein a transmission disc ( 4 ) fixed to the outer segment of a pedal ( 2 ) and a second transmission disc ( 6 ) fixed to the wheel axle ( 13 ), both transmission discs ( 4 . 6 ) via a transmission means ( 5 ) are coupled. Linearantrieb nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Radachse (13) angebrachte Transmissionsscheibe (6) über ein Stellmittel verfügt, mit welchem der Winkel der nahezu linearen Tretbewegungen verstellbar ist.Linear drive according to claim 2, characterized in that the at the wheel axle ( 13 ) mounted transmission disc ( 6 ) has an adjusting means with which the angle of the almost linear pedaling movements is adjustable. Linearantrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Segmente der Trethebel (3) fest mit den Wellen (7, 17) verbunden sind.Linear drive according to claim 1, characterized in that the inner segments of the pedal lever ( 3 ) firmly with the waves ( 7 . 17 ) are connected. Linearantrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Tellerräder (11) des Kegelraddifferenzialgetriebes (9) fest mit den Wellen (7, 17) verbunden und auf der Radachse (13) gelagert sind.Linear drive according to claim 1, characterized in that ring gears ( 11 ) of the bevel gear differential gear ( 9 ) firmly with the waves ( 7 . 17 ) and on the wheel axle ( 13 ) are stored. Linearantrieb nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Kegelräder (10) des Kegelraddifferenzialgetriebes (9) drehbar auf einer Halterung (16) angeordnet sind.Linear drive according to claim 1, characterized in that at least two bevel gears ( 10 ) of the bevel gear differential gear ( 9 ) rotatable on a holder ( 16 ) are arranged. Linearantrieb nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (16) fest auf der Radachse (13) angebracht ist.Linear drive according to claim 6, characterized in that the holder ( 16 ) firmly on the wheel axle ( 13 ) is attached. Linearantrieb nach Patentanspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transmissionsscheiben (4, 6) eine von einer kreisrunden Geometrie abweichende Geometrie aufweisen können.Linear drive according to claim 2 or 3, characterized in that the transmission discs ( 4 . 6 ) may have a geometry deviating from a circular geometry. Linearantrieb nach Patentanspruch 2, 3 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Signalgeber in der Transmissionsscheibe (4, 6) zur Detektion des auf die Transmissionsscheibe (4, 6) ausgeübten Drehmomentes angebracht ist.Linear drive according to claim 2, 3 or 8, characterized in that a signal transmitter in the transmission disc ( 4 . 6 ) for the detection of the on the transmission disc ( 4 . 6 ) applied torque is attached.
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