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Die Erfindung betrifft eine Tretpedalvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiter ein Fahrzeug mit dieser Tretpedalvorrichtung.
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Muskelgetriebene oder muskelhybridgetriebene Fahrzeuge verwenden als Antriebsenergie die Muskelkraft des Menschen. Hinlänglich sind in diesem Zusammenhang Fahrräder mit Tretpedalbaugruppen bekannt, wobei die Muskelkraft über rotierbare Pedale eingeleitet wird und über eine Fahrradkette an eine Fahrradnabe zum Antrieb des Fahrrads übertragen wird. Derartige Tretpedalbaugruppen werden nicht nur bei zweirädrigen Fahrrädern, sondern auch bei dreirädrigen Fahrrädern oder mehrrädrigen Fahrzeugen, wie zum Beispiel bei Rikschas oder dergleichen eingesetzt.
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Allerdings wurde oftmals bemerkt, dass eine rotierende Bewegung der Pedale keine optimale Schnittstelle zum Menschen ist. Letztlich sind Beine des Menschen eher für Gehbewegungen oder Hubbewegungen ausgelegt und nicht für rotierende Bewegungen.
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Vor diesem Hintergrund wurde bereits vorgeschlagen, statt rotierenden Pedalen oszillierende Pedale zu verwenden, um die Muskelkraft besser von dem Menschen auf das Fahrzeug übertragen zu können. Bei einem derartigen Konzept ergibt sich jedoch die technische Notwendigkeit, die oszillierende Bewegung in eine rotierende Bewegung umzusetzen, um das Fahrzeug anzutreiben.
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Ein Beispiel für eine oszillierende Pedalbaugruppe ist die Druckschrift
WO 93/01 428 A1 . Diese Druckschrift beschreibt eine Konstruktion zur Verdopplung der Hublänge und der Geschwindigkeit einer geradlinigen alternierenden Bewegung, insbesondere zum Antrieb von durch alternierende Fußbewegung betätigten Fahrzeugen beziehungsweise Sportgeräten. Die Konstruktion weist zwei ortsfeste Umlenkräder auf, zwei zwischen diesen angeordnete, miteinander fest verbundene bewegliche Umlenkräder sowie ein am Umfang der Umlenkräder geführtes, an seinen beiden Enden jeweils an einem Fixpunkt befestigtes Zugelement, das zunächst um das eine bewegliche Umlenkrad dann um das eine ortsfeste Umlenkrad, nun um das andere ortsfeste Umlenkrad und schließlich um das andere bewegliche Umlenkrad geführt ist.
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Die
DE 94 05 767 U1 beschreibt einen Schnurantrieb für Fahrräder mit zwei linear bewegbaren Pedalen.
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Die
WO 00/12 378 A1 beschreibt einen Antrieb für ein mit Muskelkraft betriebenes Fahrzeug mit einem schneckenförmigen Rad, das ein Zugmittel helixförmig auf- und abwickeln kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Tretpedalvorrichtung vorzuschlagen, durch die ein Fahrzeug besonders komfortabel angetrieben werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Tretpedalvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Gegenstand der Erfindung ist somit eine Tretpedalvorrichtung, welche besonders bevorzugt zum Antrieb eines Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein ausschließlich muskelbetriebenes oder muskelhybridbetriebenes Fahrzeug handeln, also ein Fahrzeug welches zur optionalen oder dauerhaften Unterstützung des Antriebs einen Elektroantrieb aufweist. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein Fahrrad, besonders bevorzugt als ein zweirädriges Fahrrad ausgebildet, wobei die zwei Räder des Fahrrads in Flucht zueinander angeordnet sind. Das Fahrzeug kann jedoch auch als ein Dreirad, Vierrad oder Mehrrad ausgebildet sein. Es kann als ein offenes Fahrzeug oder als ein Fahrzeug mit einer Fahrerkabine oder Fahrerteilverkleidung ausgebildet sein.
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Die Tretpedalvorrichtung kann insbesondere funktional betrachtet in eine Pedalbaugruppe und in eine Getriebebaugruppe unterteilt werden oder umfasst diese. Die Pedalbaugruppe bildet eine Schnittstelle zum Fahrer, sodass der Fahrer diese vorzugsweise mit den Füßen in einer Tretrichtung betätigen kann und damit die Tretpedalvorrichtung antreiben kann. Die Pedalbaugruppe ist ausgebildet, aus der Antriebsbewegung des Fahrers eine oszillierende Linearbewegung zu erzeugen. Die oszillierende Linearbewegung kann insbesondere als eine Hin- und Her-Bewegung oder als eine alternierende Bewegung ausgebildet sein.
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Die Getriebebaugruppe ist mit der Pedalbaugruppe wirkverbunden und übernimmt die oszillierende Linearbewegung und setzt diese in eine Rotationsbewegung von mindestens einem Rad des Fahrzeugs um. Insbesondere ist es möglich, dass das Fahrzeug genau ein durch die Tretpedalvorrichtung angetriebenes Rad aufweist, es ist jedoch auch möglich, dass über die Tretpedalvorrichtung zwei oder mehr Räder einer gemeinsamen Achse angetrieben werden.
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Die Getriebebaugruppe weist mindestens eine erste Übertragungsanordnung, vorzugsweise eine erste und eine zweite Übertragungsanordnung auf, wobei die zweite Übertragungsanordnung vorzugsweise analog zu der ersten Übertragungsanordnung ausgebildet ist, jedoch gegengleich betätigt wird.
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Die erste Übertragungsanordnung weist eine erste Eingangsschnittstelle zur Einleitung der oszillierenden Linearbewegung von der Pedalbaugruppe auf. Insbesondere wird die erste Eingangsschnittstelle oszillierend und linear in der Tretrichtung bewegt.
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Ferner weist die erste Übertragungsanordnung zwei erste Ausgangsschnittstellen sowie eine erste Getriebezugmitteleinrichtung mit zwei ersten Getriebezugmittelendabschnitten auf. Die erste Getriebezugmitteleinrichtung beziehungsweise die zwei ersten Getriebezugmittelendabschnitte sind als ein Zugmittel oder Getriebezugmittel, zum Beispiel als ein Seil, Band, Riemen, Kette oder dergleichen ausgebildet.
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Die ersten Ausgangsschnittstellen sind jeweils als eine erste Freilaufrolle ausgebildet, wobei die ersten Getriebezugmittelendabschnitte auf die ersten Freilaufrollen aufgerollt und abgerollt werden können.
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Die erste Übertragungsanordnung ist so ausgebildet, dass die erste Getriebezugmitteleinrichtung mit oder über die erste Eingangsschnittstelle mit einer Zugbewegung beaufschlagt werden kann. Durch die Zugbewegung werden die ersten Getriebezugmittelendabschnitte von den ersten Freilaufrollen abgerollt, sodass die ersten Freilaufrollen rotiert werden und die ersten Freilaufrollen als die Ausgangsschnittstellen das mindestens eine Rad antreiben.
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Durch eine Rückstellbewegung der ersten Eingangsschnittstelle insbesondere in Tretrichtung wird die erste Getriebezugmitteleinrichtung freigegeben, wobei die ersten Getriebezugmittelendabschnitte auf die ersten Freilaufrollen wieder aufgerollt werden, wobei sich die ersten Freilaufrollen gegenüber dem mindestens einen Rad in einem Freilaufzustand befinden. Somit kann bei der Rückstellbewegung das Rad unabhängig von den Freilaufrollen rotieren. Das Aufrollen der ersten Getriebezugmittelendabschnitte kann beispielsweise durch eine Federvorspannung der Freilaufrollen unterstützt werden.
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Für den Fall, dass das mindestens eine Rad als genau ein Rad ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass die ersten Freilaufrollen beidseitig zu dem genau einen Rad angeordnet sind. Für den Fall, dass das mindestens eine Rad als zwei Räder ausgebildet ist, ist es bevorzugt, dass jedem der genau zwei Räder eine der ersten Freilaufrollen zugeordnet ist. Dabei ist es insbesondere möglich, dass die ersten Freilaufrollen jeweils axial außenseitig zu den genau zwei Rädern oder aber axial innenseitig zu den zwei Rädern angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die ersten Freilaufrollen symmetrisch zu einer Symmetrieebene angeordnet, die durch das mindestens eine Rad definiert wird. Alternativ oder ergänzend sind die zwei ersten Freilaufrollen symmetrisch zu einer Mittelebene des Fahrzeugs angeordnet.
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Es ist dabei eine Überlegung der Erfindung, dass es zwar prinzipiell ausreichend ist, für die erste Übertragungsanordnung nur eine einzige Ausgangsschnittstelle vorzusehen, um das mindestens eine Rad anzutreiben. Hierbei werden jedoch die Antriebskräfte asymmetrisch eingeleitet. Insbesondere bei Fahrzeugen mit breiteren Achsen führt dies neben einer Rotationsbewegung des mindestens einen Rads zu einer Gierbewegung des Fahrzeugs. Werden jedoch von der ersten Übertragungsanordnung zwei erste Freilaufrollen betätigt, so können diese symmetrisch zu dem mindestens einen Rad angeordnet werden, sodass eine Rollbewegung des Fahrzeugs vermieden wird.
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Die erste Übertragungsanordnung weist mindestens zwei erste Führungsrollen auf, wobei die mindestens zwei ersten Führungsrollen die erste Getriebezugmitteleinrichtung beziehungsweise das erste Getriebezugmittel zu den Freilaufrollen umlenken. Hierbei können optional beliebige weitere Elemente (Umlenkrollen oder dergleichen) zwischen den ersten Führungsrollen und den Freilaufrollen angeordnet sein.
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Die erste Übertragungsanordnung weist mindestens zwei erste Umlenkrollen auf, wobei die mindestens zwei ersten Umlenkrollen die erste Getriebezugmitteleinrichtung von der ersten Eingangsschnittstelle zu den ersten Führungsrollen umlenken. Hierbei können optional beliebige weitere Elemente (Umlenkrollen oder dergleichen) zwischen den ersten Umlenkrollen und der Eingangsschnittstelle und/oder zwischen den ersten Umlenkrollen und den ersten Freilaufrollen angeordnet sein.
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Ein Abstand zwischen den ersten Führungsrollen und den ersten Umlenkrollen zur Veränderung des Getriebezugmittelwegs ist veränderbar (vergrößerbar und verkleinerbar), so dass ein Übersetzungsverhältnis der ersten Getriebebaugruppe änderbar ist. Das Übersetzungsverhältnis versteht sich zwischen Pedalweg und Rotationswinkel der Freilaufrolle.
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Durch das Verändern des Abstandes wird die Verlängerung beziehungsweise Verkürzung des Getriebezugmittelwegs der ersten Getriebezugmitteleinrichtung erreicht, sodass – insbesondere bei einer Verwendung einer Schneckenform bei den Freilaufrollen – oder einer anderen vergleichbaren Maßnahme ein anderer effektiver Durchmesser zum Auf- und Abrollen der Getriebezugmitteleinrichtung beziehungsweise des ersten Getriebezugmittels verwendet wird. Auf diese Weise kann die Übertragungsanordnung stufenlos in der Übersetzung verändert und damit geschaltet werden.
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Die Tretpedalvorrichtung enthält einen motorischen Aktuator, der verändernd auf den Abstand zur Veränderung des Getriebezugmittelwegs einwirkt. ”Motorisch” bedeutet, dass der Aktuator die Verschiebung mit Hilfe von Energie, insbesondere elektrischer Energie bewirkt, jedenfalls keine manuelle Verschiebung erfolgt.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich also eine Schaltvorrichtung für eine Tretpedalvorrichtung. Insbesondere ergibt sich eine Schaltvorrichtung zum stufenlosen Schalten der Tretpedalvorrichtung.
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Gemäß der Erfindung ergibt sich eine automatisierte oder teilautomatisierte Schaltvorrichtung, die durch einen Aktuator betrieben ist, so dass kein manuelles Eingreifen in die Tretpedalvorrichtung zur Übersetzungsänderung nötig ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform setzen die ersten Führungsrollen das erste Getriebezugmittel in Flucht mit den ersten Freilaufrollen. Hierbei kann vorgesehen sein, dass genau ein Satz, das heißt genau zwei erste Führungsrollen, vorgesehen sind, welche horizontal oder vertikal angeordnet sind. Bei einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung sind sogar zwei Sätze der Führungsrollen und somit insgesamt vier erste Führungsrollen vorgesehen, wobei zwei der ersten Führungsrollen horizontal ausgerichtet und zwei der ersten Führungsrollen vertikal ausgerichtet sind, um die erste Getriebezugmitteleinrichtung beziehungsweise das erste Getriebezugmittel fluchtend auf die ersten Freilaufrollen zu führen. Bei derartigen Führungsrollen ist eine Verstellbarkeit des Abstandes besonders günstig durchzuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform sind die ersten Führungsrollen zur Veränderung, also Verlängerung beziehungsweise Verkürzung, des Abstandes und damit des Getriebezugmittelwegs und damit des Übersetzungsverhältnisses angeordnet. Die Verschiebbarkeit versteht sich relativ zu den Umlenkrollen. Letztere sind ortsfest angeordnet. So ergibt sich eine einfache Ausführung der Abstandsverstellung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der motorische Aktuator einen rotatorischen Elektromotor und einen Gewindetrieb zur Umsetzung einer aktuatorischen Drehbewegung des Elektromotors in eine Vorschubbewegung zur Veränderung des Abstandes, insbesondere an den ersten Führungsrollen. Entsprechende Elektromotoren sind kommerziell in vielen Varianten verfügbar, sodass diese einfach und kostengünstig in einer Tretpedalvorrichtung eingesetzt werden können.
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So ergibt sich eine automatisierte oder teilautomatisierte Schaltvorrichtung, welche im Wesentlichen aus einem Elektromotor und einem Gewindetrieb zur Umsetzung der Drehbewegung in eine Vorschubbewegung besteht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Elektromotor derart angeordnet beziehungsweise ausgebildet, dass er direkt auf den Gewindetrieb wirkt. Zwischen Elektromotor und Gewindetrieb sind also keine zusätzlichen komplexen Bauteile wie zum Beispiel Getriebe oder Kupplungen angeordnet, allenfalls zum Beispiel eine einfache Verbindungswelle. So ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Anordnung. Der Elektromotor wirkt direkt auf den Gewindetrieb.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Aktuator ein Getriebe, welches dazu dient, die Drehbewegung des Elektromotors auf den Gewindetrieb untersetzend zu übertragen. So kann insbesondere ein deutlich drehmomentschwächerer Elektromotor eingesetzt werden, dessen Drehmoment mittels eines Untersetzungsgetriebes verstärkt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aktuator in Richtung einer von den ersten Führungsrollen beim Pedalieren der Pedalbaugruppe auf den Aktuator ausgeübten Kraft selbsthemmend ausgebildet. Die Schaltvorrichtung ist dann zumindest in Richtung der beim Pedalieren erzeugten Kraft am Aktuator, insbesondere an den Führungsrollen und/oder Umlenkrollen selbsthemmend ausgeführt. Die Selbsthemmung bewirkt, dass insbesondere ein Elektromotor im Aktuator nur während des Schaltens bestromt werden muss. Der Aktuator muss damit in Zeiten, in denen eine Verstellung der Übersetzung nicht erforderlich ist, keine Kraft auf die Führungsrollen beziehungsweise Umlenkrollen ausüben. Insbesondere muss beispielsweise ein Elektromotor nicht „gegenhalten”. Der Aktuator muss somit nur bei tatsächlicher Verstelltätigkeit mit Energie versorgt werden, zum Beispiel bestromt werden.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Gewindetrieb als selbsthemmendes Gewinde ausgeführt. Der Gewindetrieb ist vorzugsweise als ein Trapezgewinde ausgeführt. Ein Trapezgewinde kann in einfacher Weise selbsthemmend ausgestaltet werden. Selbsthemmende Gewinde sind hinlänglich bekannt und einfach auszuführen.
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In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der Elektromotor und/oder das Getriebe selbsthemmend ausgeführt. Die entsprechenden Komponenten lassen sich konstruktiv beziehungsweise durch geeignete Komponentenauswahl besonders einfach selbsthemmend ausführen. So stellt zum Beispiel der Elektromotor die Selbsthemmung dar. Dies kann zum Beispiel durch den Einsatz eines Schrittmotors geschehen, der ein entsprechend großes Rastmoment besitzt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann auch ein Kugelgewindetrieb als Gewindetrieb oder ein anderer nicht selbsthemmender Gewindetrieb eingesetzt werden, nämlich genau dann, wenn eine andere Komponente, zum Beispiel das Getriebe und/oder der Elektromotor, selbsthemmend ausgeführt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Aktuator eine Freilaufkupplung zwischen Elektromotor und Gewindetrieb, die die Selbsthemmung bewirkt. Somit kann durch ein einfaches Zusatzbauteil, nämlich die Freilaufkupplung, die Selbsthemmung bewirkt werden, sodass die restlichen Komponenten des Aktuators nicht selbsthemmend und dadurch einfacher ausgeführt werden können. In dieser Ausführungsform kann die Selbsthemmung insbesondere durch eine Schlingfederkupplung als Freilaufkupplung erzeugt werden. Die Freilaufkupplung kann ein- oder beidseitig wirkend so eingesetzt werden, dass die getriebeseitige Welle nur durch den Elektromotor verdreht werden kann, von der Getriebeseite jedoch nicht. Hierdurch können der Gewindetrieb und das Getriebe reibungsarm gestaltet werden, wodurch der Wirkungsgrad beim Betätigen steigt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Gewindetrieb durch eine beim Pedalieren der Pedalbaugruppe auf den Aktuator ausgeübte Kraft auf Zug belastet. Alle Varianten der Schaltvorrichtung (Aktuator beziehungsweise die Übersetzung ändernder Teil der Tretpedalvorrichtung) können bevorzugt so eingebaut werden, dass die durch die Tretvorrichtung eingebrachten Lasten auf den Träger den Gewindetrieb auf Zug belasten, da so ein Ausknicken des Gewindetriebs ausgeschlossen ist. Allerdings ist auch ein Einbau des Gewindetriebs auf Druck möglich.
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Die Ansteuerung der Schaltvorrichtung beziehungsweise des Aktuators kann automatisiert sein oder teilautomatisiert sein. Bei der Teilautomatisierung kann der Fahrer mittels eines Knopfes/Schalters die Schaltrichtung vorgeben.
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Bei der vollautomatisierten Variante soll die Schaltvorrichtung alle Schaltvorgänge automatisch durchführen. Es ist denkbar, dass die Schaltvorrichtung immer nur in den, bei der oszillierenden Tretpedalvorrichtung zwangsläufig vorhandenen, Tretpausen zwischen den Pedalhüben aktiv ist. Somit kann ein besonders effizientes Schalten ermöglicht werden und die Schaltvorrichtung deutlich kleiner ausgelegt werden, da der Fahrer nicht „überdrückt” werden muss. Die Erfindung eignet sich zum Einsatz in zumindest zwei- oder mehrspurigen Fahrzeugen, insbesondere Leichtfahrzeugen wie zum Beispiel Mikromobile, Trikes, oder dergleichen.
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Bei einer bevorzugten konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung weist die Pedalbaugruppe ein erstes und ein zweites Pedal auf, wobei die erste Eingangsschnittstelle durch das erste Pedal gebildet ist oder mit dieser verbunden ist. Wird somit das erste Pedal in linearer Richtung bewegt, so wird ebenfalls die erste Eingangsschnittstelle in der linearen Richtung bewegt und beaufschlagt die Zugbewegung. Die zweite Überragungsanordnung wird durch das zweite Pedal betätigt und arbeitet gegengleich zu der ersten Übertragungsanordnung.
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Es ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass die Getriebezugmitteleinrichtung als ein durchgängiges Getriebezugmittel ausgebildet ist, wobei ferner vorzugsweise vorgesehen ist, dass die erste Eingangsschnittstelle als eine erste Hauptumlenkrolle zum Umlenken des Getriebezugmittels ausgebildet ist. In dieser Ausgestaltung ist es möglich, dass das Getriebezugmittel selbstausgleichend wirkt und nicht zum Beispiel eine Seite des Getriebezugmittels, welche zu einer der ersten Freilaufrollen führt, mit der Zeit länger wird als die andere Seite und auf diese Weise Asymmetrien in der Getriebebaugruppe entstehen.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weisen die erste und/oder die zweite Freilaufrolle eine Schneckenform zum Aufrollen und Abrollen der Getriebezugmittelendabschnitte auf. Der Vorteil einer derartigen Schneckenform ist zum einen, dass die Steigung beziehungsweise der Steigungsverlauf der Schneckenform so ausgebildet sein kann, dass diese der möglichen Kraftentwicklung des menschlichen Beins bei einer oszillierenden Bewegung entspricht. So kann der Mensch aus einer stark abgewinkelten Position des Beins weniger Kraft aufwenden als in einem nahezu gestreckten beziehungsweise leicht gewinkelten Zustand des Beins. Durch eine Anpassung der Steigung in der Schneckenform der Freilaufrolle kann auf diese Kraftentwicklung des Menschen Rücksicht genommen werden. Jedenfalls kann so durch die erfindungsgemäße Verlängerung beziehungsweise Verkürzung des Getriebezugmittels oder des Getriebezugmittelwegs die Getriebebaugruppe geschaltet werden, indem bei der oszillierenden Linearbewegung und dem daraus resultierenden Ab- und Aufrollen des Getriebezugmittels unterschiedliche wirksame Abschnitte der Schneckenform, insbesondere unterschiedliche wirksame Abschnitte mit unterschiedlichen Durchmessern der Schneckenform verwendet werden.
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Es ist besonders bevorzugt, dass die freien Enden der ersten Getriebezugmittelendabschnitte jeweils an den ersten Freilaufrollen festgelegt sind.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die ersten Umlenkrollen zur Verlängerung beziehungsweise Verkürzung des Getriebezugmittelwegs in Tretrichtung verschiebbar relativ zu der Eingangsschnittstelle und/oder zu den Führungsrollen angeordnet. Durch das Verschieben der ersten Umlenkrollen wird die Verlängerung beziehungsweise Verkürzung des Getriebezugmittelwegs der ersten Getriebezugmitteleinrichtung erreicht, sodass bei einer Verwendung einer Schneckenform bei den Freilaufrollen ein anderer effektiver Durchmesser zum Auf- und Abrollen der Getriebezugmitteleinrichtung beziehungsweise des ersten Getriebezugmittels verwendet wird. Auf diese Weise kann die Übertragungsanordnung stufenlos in der Übersetzung verändert und damit geschaltet werden.
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Bei einer bevorzugten Weiterbildung weist die Pedalbaugruppe ein erstes und ein zweites Pedal auf. Das Pedal ist ausgebildet, insbesondere durch einen Fuß des Fahrers bedient zu werden, sodass der Fahrer durch die Pedale die Tretpedalvorrichtung antreiben kann. Ferner weist die Pedalbaugruppe eine Führungseinrichtung auf, welche zur linearen Führung der zwei Pedale in der Tretrichtung ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weisen beide Pedale die gleiche Tretrichtung auf. Insbesondere werden das erste und das zweite Pedal jeweils geradlinig verfahren, wobei die geradlinigen Verfahrwege eine Ebene aufspannen, in der auch die Tretrichtung liegt. Besonders bevorzugt werden die zwei Pedale durch die Führungseinrichtung in der Tretrichtung zwangsgeführt, insbesondere derart, dass diese als einzigen Freiheitsgrad die Tretrichtung haben, jedoch zum Beispiel senkrecht zu der Tretrichtung gesperrt sind.
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Die Pedalbaugruppe weist ferner eine Kopplungseinrichtung zur insbesondere gegenseitigen Kopplung der zwei Pedale auf. Es ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung als eine Pedalzugmitteleinrichtung ausgebildet ist. Insbesondere sind die Pedale über die Pedalzugmitteleinrichtung miteinander gekoppelt.
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Im Rahmen der bevorzugten Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass die Kopplungseinrichtung so ausgebildet ist, dass sich die Pedale in der Tretrichtung gegengleich bewegen, insbesondere gegengleich zwangsgeführt sind. Hierdurch wird erreicht, dass mit Bezug auf die Tretrichtung in einer Endlage eines der Pedale eine vordere Position und das andere der Pedale eine hintere Position einnimmt. Bei der Betätigung der Pedalbaugruppe alternieren oder wechseln die Pedale gegengleich die vordere und die hintere Position.
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Der bevorzugten Weiterbildung liegt die Überlegung zugrunde, dass durch eine gegengleiche, insbesondere gegenseitige oder wechselseitige, Kopplung über die Pedalzugmitteleinrichtung zum einen eine gegengleiche Betätigung der Pedale sehr gut umgesetzt werden kann und zum anderen auf ein aufwändiges Getriebe verzichtet werden kann. Stattdessen wird eine Pedalzugmitteleinrichtung verwendet, welche mindestens ein Zugmittel oder einen Zugmittelabschnitt aufweist, wobei das Zugmittel beziehungsweise der Zugmittelabschnitt als ein Seil, als ein Band, als ein Riemen, als eine Kette oder dergleichen ausgebildet sein kann.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 10. Dieses enthält eine erfindungsgemäße Tretpedalvorrichtung. Das Verfahren und zumindest ein Teil dessen Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Tretpedalvorrichtung erläutert.
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Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen beziehungsweise Überlegungen, wobei Ausführungsformen der Erfindung auch in Kombination der oben genannten Ausführungsformen, gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen, wie folgt zusammengefasst werden:
Ausgangspunkt der Überlegungen ist eine Tretpedalvorrichtung zur Erzeugung einer oszillierenden Linearbewegung und mit einer Getriebebaugruppe zur Umsetzung in eine Rotationsbewegung von mindestens einem Rad des Fahrzeugs. An dem mindestens einen Rad befinden sich je zwei Freilaufrollen, die abwechselnd das entsprechende Rad antreiben. Bei einer derartigen Tretpedalvorrichtung ist eine stufenlose Schaltung mittels verschiebbarer Komponenten, zum Beispiel eines verschiebbaren Trägers für Umlenk- und/oder Führungsrollen möglich. Durch das Verändern des Abstandes zweier Umlenk-/Führungsrollen beziehungsweise das Verschieben des Trägers wickeln die Freilaufrollen das Zugmittel auf beziehungsweise ab und folglich ändert sich der im Mittel während der Hubbewegung genutzte Durchmesser der Freilaufrollen. Dies gilt für Freilaufrollen mit sich änderndem Radius für die Führung des Getriebezugmittels. Mit anderen Worten wird ein Arbeitspunkt des Zugmittels an der Freilaufrolle verändert. Eine Rückstellvorrichtung für eine solche Tretpedalvorrichtung ermöglicht ein Wiederaufwickeln der nicht betätigten Freilaufrollen. Durch den veränderbaren Abstand beziehungsweise verschiebbaren Träger kann ein stufenloses Schalten ermöglicht sein.
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Wünschenswert wäre eine automatisierte Schaltvorrichtung für eine derartige Tretpedalvorrichtung. Da beim Pedalieren große Kräfte auf den verschiebbaren Träger wirken können, muss die Schaltvorrichtung in der Lage sein, diesen Kräften standzuhalten. Zudem ist es wünschenswert, dass ein zur Betätigung der Schaltvorrichtung dienender Elektromotor nur während der eigentlichen Schaltvorgänge bestromt werden muss. Die beschriebenen Kräfte auf den Träger wirken immer in Richtung eines kleineren „Ganges”, sodass die Kräfte beim Herunterschalten den Schaltvorgang unterstützen, beim Hochschalten gegen den Schaltvorgang wirken. Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen:
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1 und 2 eine Tretpedalvorrichtung mit änderbarem Übersetzungsverhältnis und Aktuator,
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3 bis 7 Blockschaltbilder verschiedener Aktuatoren.
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Der sachliche Inhalt der 1 und 2 ist identisch und deswegen ”doppelt” dargestellt, um die Vielzahl der Bezugszeichen der Übersichtlichkeit halber auf zwei Figuren aufzuteilen. Die 1 und 2 zeigen in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung eine Tretpedalvorrichtung 1, welche für den Antrieb eines nicht näher dargestellten Fahrzeugs geeignet und/oder ausgebildet ist. in diesem Beispiel ist die Tretpedalvorrichtung 1 zum Antrieb von zwei Rädern 2 einer gemeinsamen Achse 3 ausgebildet, wobei die Räder 2 beziehungsweise die gemeinsame Achse 3 nur stark schematisiert angedeutet sind.
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Die Tretpedalvorrichtung 1 kann funktional betrachtet in eine Pedalbaugruppe 4 und eine Getriebebaugruppe 5 unterteilt werden. Die Pedalbaugruppe 4 dient zur Betätigung durch einen nicht dargestellten Fahrer des Fahrzeugs und zur Einleitung einer Tretbewegung. Die Getriebebaugruppe 5 dient zur Umsetzung einer oszillierenden Linearbewegung der Pedalbaugruppe 4 in eine rotierende Bewegung, welche auf die Räder 2 der Achse 3 übertragen wird.
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Die Pedalbaugruppe 4 weist ein erstes und ein zweites Pedal 6a, b auf. Die Pedale 6a, b bilden eine Schnittstelle zum Fahrer des Fahrzeugs und können durch die Füße des Fahrers bedient werden. Die Pedale 6a, b sind in einer Führungseinrichtung 7 in einer Tretrichtung T geführt. Genauer betrachtet weisen die Pedale 6a, b jeweils einen Tragabschnitt 8a, b und einen Tretabschnitt 9a, b auf. Die Tretabschnitte 9a, b stellen jeweils eine Auflagefläche für den Fuß des Fahrers bereit und sind in dem Tragabschnitt 8a, b schwenkbar gelagert. Der Tragabschnitt 8a, b ist in der Führungseinrichtung 7 in der Tretrichtung T linear zwangsgeführt. Die Führungseinrichtung 7 ist in diesem Fall als Führungsschienenpaar 10a, b ausgebildet. Damit haben die Pedale 6a, b ausschließlich den Freiheitsgrad in Tretrichtung T entlang des Führungsschienenpaares 10a, b hin- und hergeschoben werden zu können. Statt einem Führungsschienenpaar können auch eine „Festführung” und eine „Losführung” (in Analogie zum Fest- und Loslager) verwendet werden, um den Grad der Überbestimmtheit zu mindern. Alternativ kann auch eine entsprechend massiv gestaltete Führung verwendet werden.
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Die Pedale 6a, b sind über eine Kopplungseinrichtung 11 miteinander gekoppelt. Die Kopplungseinrichtung 11 ist als eine Pedalzugmitteleinrichtung 12 ausgebildet, welche derart an den Pedalen 6a, b angelenkt oder befestigt ist, dass sich die Pedale 6a, b nur gegengleich bewegen können. So befindet sich das erste Pedal 6a in der 1 in einer hinteren Position, wohingegen das zweite Pedal 6b in einer vorderen Position angeordnet ist. Bei einer Betätigung der Pedalbaugruppe 4 beziehungsweise der Tretpedalvorrichtung 1, wobei das zweite Pedal 6b von der vorderen Position in die hintere Position überführt wird, wird zwangsgeführt das erste Pedal 6a von der hinteren Position in die vordere Position überführt.
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Genauer betrachtet weist die Pedalzugmitteleinrichtung 12 einen vorderen Pedalzugmittelabschnitt 13 auf. Der vordere Pedalzugmittelabschnitt 13 ist an einer Vorderseite des ersten Tragabschnitts 8a und an einer Vorderseite des zweiten Tragabschnitts 8b befestigt. Der erste Pedalzugmittelabschnitt 13 wird über eine vordere Umlenkeinrichtung 15 insgesamt jeweils um 180 Grad umgelenkt. Die vordere Umlenkeinrichtung 15 weist zwei Umlenkrollen 17a, b auf, welche jeweils den vorderen Pedalzugmittelabschnitt 13 um 90 Grad umlenken. Der Pedalzugmittelanschnitt wirkt auf Spannung mit weiter unten erläuterten Getriebezugmitteleinrichtungen 21a, b zusammen und hält so die Pedale 6a, b zwangsgeführt.
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Die Getriebebaugruppe 5 weist eine erste und eine zweite Übertragungsanordnung 20a, 20b auf, welche jeweils eine Getriebezugmitteleinrichtung 21a, 21b umfassen. Die Getriebezugmitteleinrichtungen 21a, b beziehungsweise dessen Getriebezugmittel sind genauso wie die Pedalzugmitteleinrichtung 12 als ein Seilzug, zum Beispiel als ein Stahlseil ausgebildet. Statt dem starren Stahlseil kann auch ein Seil aus Natur- oder Kunstfasern verwendet werden.
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Zur Vereinfachung der Darstellung wird zunächst die erste Übertragungsanordnung 20a mit der ersten Getriebezugmitteleinrichtung 21a beschrieben:
Die erste Übertragungsanordnung 20a weist eine Eingangsschnittstelle 23a auf, welche als zwei Seilabschnitte 24a der Getriebezugmitteleinrichtung 21a ausgebildet ist. Über die Eingangsschnittstelle 23a wird die Bewegung beziehungsweise Kraft des Pedals 6a in die Übertragungsanordnung 20a beziehungsweise die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a eingeleitet. Die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a verläuft dann weg von der Tretrichtung T (Pfeilrichtung), bis eines der Getriebezugmittel von zwei ersten Umlenkrollen 25a um zwei mal 90 Grad umgelenkt wird und das zweite Getriebezugmittel von einer weiteren ersten Umlenkrollen 26a um 180 Grad umgelenkt wird, sodass die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a (beide Zugmittel) insgesamt um 180 Grad umgelenkt ist.
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Im weiteren Verlauf wird die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a von waagerecht angeordneten ersten Führungsrollen 27a um 180 Grad umgelenkt, wobei zugleich die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a in Flucht zu einer Ausgangsschnittstelle 28a ausgerichtet wird. Nachfolgend wird die Getriebezugmitteleinrichtung 21a um vertikal ausgerichtete Führungsrollen 29a geführt, sodass die Getriebezugmitteleinrichtung 21a auch in Bezug auf eine vertikale Richtung auf die Ausgangsschnittstelle 28a ausgerichtet ist.
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Die ersten Ausgangsschnittstellen 28a sind jeweils als eine erste Freilaufrolle 22a ausgebildet, welche zum einen eine schneckenförmig, insbesondere spiralförmig gewundene Rolle und zum anderen eine Freilauffunktion aufweist. Die erste Freilaufrolle 22a weist eine Wickelbahn 32a für erste Getriebezugmittelendabschnitte 19a der ersten Getriebezugmitteleinrichtung 21a auf. Die freien Enden der ersten Getriebezugmittelendabschnitte 19a sind an der ersten Freilaufrolle 22a befestigt. Wenn das erste Pedale 6a in der dargestellten hinteren Position ist, sind die ersten Getriebezugmittelendabschnitte 19a auf den ersten Freilaufrollen 22a aufgewickelt oder aufgerollt. Durch ein Bewegen des ersten Pedals 6a von der hinteren Position in Pfeilrichtung der Tretrichtung T in die vordere Position werden die ersten Seilabschnitte 24a als erste Eingangsschnittstelle 23a in Tretrichtung T in Richtung der vorderen Position des ersten Pedals 6a bewegt. Dadurch wird eine Zugbewegung auf die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a eingeleitet. Durch die Zugbewegung werden die ersten Getriebezugmittelendabschnitte 19a von den ersten Freilaufrollen 22a abgewickelt oder abgerollt. Durch das Abrollen werden die ersten Freilaufrollen 22a in eine Rotationsbewegung versetzt. Die ersten Freilaufrollen 22a sind jeweils als eine Freilaufeinrichtung ausgebildet, wobei die beschriebene Rotationsbewegung der ersten Freilaufrollen 22a auf die Räder 2 übertragen wird (kein Freilauf, Kraftübertragung) und auf dieser Weise das Fahrzeug angetrieben werden kann.
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Durch ein Bewegen des ersten Pedals 6a von der vorderen Position zu der hinteren Position (entgegen der Pfeilrichtung der Tretrichtung T) wird die Rückstellbewegung der ersten Eingangsschnittstelle 23a eingeleitet. Die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a wird freigegeben (bewegt sich an der Eingangsschnittstelle 23a entgegen der Pfeilrichtung der Tretrichtung T) und die ersten Getriebezugmittelendabschnitte 19a werden wieder auf die Freilaufrollen 22a, insbesondere entlang der Wickelbahn 32a aufgerollt beziehungsweise aufgewickelt. Durch die integrierte Freilauffunktion in den ersten Freilaufrollen 22a können die ersten Freilaufrollen 22a relativ zu den Rädern 2 bei der Aufwickel- beziehungsweise Aufrollbewegung rotiert werden (Freilauf, keine Kraftübertragung).
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Es ist in jedem Zustand möglich, dass die Räder 2 schneller als die ersten Freilaufrollen rotieren, so dass die ersten Freilaufrollen 22a auch eine Überholkupplungsfunktion umsetzen.
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Durch die Schraubenform der Wickelbahn 32a ergibt sich bei der Abwickel- beziehungsweise Aufwickelbewegung ein sich änderndes Übersetzungsverhältnis, da sich der aktuelle Durchmesser der Wickelbahn 32a (Kraftangriffspunkt beziehungsweise Hebelarm des Getriebezugmittelendabschnitts 19a zur Achse 3) ändert. Das Übersetzungsverhältnis (Weg des Pedals 6a zur Winkeldifferenz der Freilaufrolle 22a) wird somit auch in Abhängigkeit der Lage eines wirksamen Abschnitts der Wickelbahn 32a auf der Wickelbahn 32a geändert, die bei der oszillierenden Linearbewegung des ersten Pedals 6a freigegeben und wieder durch die Getriebezugmittelendabschnitte 19a belegt werden. Liegt dieser wirksame Abschnitt radial weiter innen, ist das Übersetzungsverhältnis anders, insbesondere kleiner, als wenn der wirksame Abschnitt radial weiter außen liegt.
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Diese Möglichkeit zu einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses wird für ein Schalten, vorzugsweise für ein stufenloses Schalten der Tretpedalvorrichtung 1 ausgenutzt:
Wie sich wieder aus den 1 und 2 ergibt, sind die ersten Führungsrollen 27a auf einem ersten gemeinsamen Träger 30 und die Umlenkrollen 25a und 26a ortsfest im beziehungsweise relativ zum Fahrzeug entlang einer Linie 31 angeordnet. Durch eine Mechanik 100 kann der Träger 30 relativ zum Fahrzeug und damit relativ zur Linie 31 bewegt werden. Ein Abstand A zwischen dem ersten Träger 30 und den Umlenkrollen 25a, b, 26a, b, beziehungsweise der Linie 31 wird verändert, wodurch die effektive beziehungsweise wirksame Zugmittelweglänge für die erste Getriebezugmitteleinrichtung 21a zwischen dem Pedal 6a und der Freilaufrolle 22a geändert werden kann. Durch die Änderung der Zugmittelweglänge wird der wirksame Abschnitt auf der Wickelbahn 32a verschoben und dadurch das Übersetzungsverhältnis geändert.
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Die Ausgangsschnittstellen 28a sind auf die beiden Räder 2 verteilt, so dass bei einer Betätigung der ersten Übertragungsanordnung 20a das Antriebsdrehmoment gleichmäßig auf beide Räder 2 verteilt wird.
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Die zweite Übertragungsanordnung 20b ist analog zu der ersten Übertragungsanordnung 20a aufgebaut. Aus diesem Grund sind alle Komponenten in den Figuren mit einem „b” versehen, so dass die Tretpedalvorrichtung 1 eine zweite Getriebezugmitteleinrichtung 21b, zweite Getriebezugmittelendabschnitte 19b, zweite Freilaufrollen 22b als zweite Ausgangsschnittstellen 28b, eine zweite Eingangsschnittstelle 23b mit zweiten Seilabschnitten 24b, zweite Umlenkrollen 25b, 26b und zweite Führungsrollen 27b, 29b aufweist. Durch die Kopplung des ersten und des zweiten Pedals 6a, b ist sichergestellt, dass die Freilaufrollen 22a, b die Räder 2 abwechselnd antreiben.
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Eine nicht näher erläuterte Spannvorrichtung 50 hält die Getriebezugmitteleinrichtungen 21a, b unter Spannung beziehungsweise die betreffenden Zugmittel auf Zug.
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Die Mechanik 100 weist zwei Führungsschienen 102a, b auf, die am Fahrzeug befestigt sind. Außerdem enthält sie zwei Schlitten 104a, b, welche in den Führungsschienen 102a, b in und entgegen einer Verstellrichtung V relativ zum Fahrzeug und zur Linie 31 verschiebbar sind. Der Träger 30 ist auf dem Schlitten 104a, b fest montiert und zusammen mit diesem und den Führungsrollen 27a, b in oder entgegen der Verstellrichtung V verschiebbar. So ist ein Abstand A zwischen den Führungsrollen 27a, b und den Umlenkrollen 25a, b, 26a, b veränderbar.
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Zur automatischen oder halbautomatischen Verstellung enthält die Mechanik 100 einen Aktuator 106. Der Aktuator 106 enthält im Wesentlichen einen Elektromotor 110 und einen Gewindetrieb 112 (Gewindestange und Gewinde im Träger 30). Der Gewindetrieb 112 dient zur Umsetzung einer Drehbewegung des Elektromotors 110 um die Mittellängsachse der Gewindestange beziehungsweise des Gewindetriebs 112 in eine Vorschubbewegung an den Führungsrollen 27a, b in oder entgegen der Verstellrichtung V. Der Aktuator 106 ist selbsthemmend ausgebildet, wobei die Selbsthemmung bezüglich einer Kraft wirkt, welche beim Pedalieren der Pedalbaugruppe 4 von den Führungsrollen 27a, b auf den Aktuator 106 ausgeübt wird. Diese Kraft wirkt entgegen der Richtung der Verstellrichtung V beziehungsweise des entsprechenden Pfeiles. Der Aktuator 106 ist in 1 nur symbolisch dargestellt zu verstehen.
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3 zeigt schematisch den Aktuator 106 der 1 und 2 als Verbindung eines Elektromotors 110 mit einem Gewindetrieb 112. Der Gewindetrieb 112 ist selbsthemmend ausgeführt. Die jeweilige Selbsthemmung einer Komponente ist in den 3 bis 7 durch ein Kreuz symbolisiert.
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4 zeigt einen alternativen Aktuator 106, bei welchem zwischen Elektromotor 110 und Gewindetrieb 112 ein Getriebe 114 geschaltet ist. Hier ist das Getriebe 114 und der Gewindetrieb 112 selbsthemmend ausgeführt. Das Getriebe 114 ist ein Untersetzungsgetriebe, das das Drehmoment des Elektromotors 110 verstärkt.
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5 zeigt eine Alternative des Aktuators 106 aus 4, bei dem der Gewindetrieb 112 nicht selbsthemmend ausgeführt ist. Das Getriebe 114 ist weiterhin selbsthemmend ausgeführt. Der Gewindetrieb 112 ist ein Kugelgewindetrieb oder ein anderer nicht selbsthemmender Gewindetrieb. Die Elektromotoren 110 sind in den 3 bis 5 nicht selbsthemmend ausgeführt.
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6 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform, bei der der Gewindetrieb 112 als nicht selbsthemmender Kugelgewindetrieb und das Getriebe 114 ebenfalls nicht selbsthemmend ausgeführt ist. Stattdessen ist der Elektromotor 110 hier selbsthemmend ausgeführt. Der Elektromotor 110 ist ein Schrittmotor, der ein entsprechend großes Rastmoment besitzt.
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7 zeigt eine Erweiterung der Ausführungsform aus 6, bei der auch der Elektromotor 110 nicht selbsthemmend ausgeführt ist. Stattdessen ist zwischen Getriebe 114 und Elektromotor 110 eine Freilaufkupplung 116, hier eine Schlingfederkupplung, angeordnet. Die Schlingfederkupplung erzeugt die Selbsthemmung des gesamten Aktuators 106. Diese kann ein- oder beidseitig wirkend so eingesetzt werden, dass die getriebeseitige Welle nur durch den Elektromotor 110 verdreht werden kann, von der Getriebeseite jedoch nicht. Hierdurch können der Gewindetrieb 112 und das Getriebe 114 reibungsarm gestaltet werden, wodurch der Wirkungsgrad beim Betätigen steigt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tretpedalvorrichtung
- 2
- Rad
- 3
- Achse
- 4
- Pedalbaugruppe
- 5
- Getriebebaugruppe
- 6a, b
- Pedal
- 7
- Führungseinrichtung
- 8a, b
- Tragabschnitte
- 9a, b
- Tretabschnitte
- 10a, b
- Führungsschienenpaare
- 11
- Kopplungseinrichtung
- 12
- Pedalzugmitteleinrichtung
- 13
- Pedalzugmittelabschnitt
- 15
- Umlenkeinrichtung
- 17a, b
- Umlenkrolle
- 19a, b
- Getriebezugmittelendabschnitt
- 20a, b
- Übertragungsanordnung
- 21a, b
- Getriebezugmitteleinrichtung
- 22a, b
- Freilaufrolle
- 23a, b
- Eingangsschnittstelle
- 24a, b
- Seilabschnitt
- 25a, b
- Umlenkrolle
- 26a, b
- Umlenkrolle
- 27a, b
- Führungsrolle
- 28a, b
- Ausgangsschnittstelle
- 29a, b
- Führungsrolle
- 30
- Träger
- 31
- Linie
- 32a, b
- Wickelbahn
- 50
- Spannvorrichtung
- 100
- Mechanik
- 102a, b
- Führungsschiene
- 104a, b
- Schlitten
- 106
- Aktuator
- 110
- Elektromotor
- 112
- Gewindetrieb
- 114
- Getriebe
- 116
- Freilaufkupplung
- T
- Tretrichtung
- V
- Verstellrichtung
- A
- Abstand
