DE102017008328A1 - Pendulum lever drive for muscle-driven means of locomotion - Google Patents
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Abstract
Der vorliegende Pendelhebelantrieb hat die Aufgabe die Verschwendung von Muskelkraft in Form von Zug- und Druckkräften in der Tretkurbel eines herkömmlichen Tretkurbelantriebs von Muskelgetriebenen Fortbewegungsmitteln zu reduzieren.
Bei dem vorliegenden Pendelhebelantrieb werden die Muskelkraft über das Drücken der Füße gegen an voneinander unabhängigen Pendelhebeln befestigte Pedale und wahlweise zusätzlich über durch vorherigen Rückzug der Pedale vorgespannte Federn in das Antriebssystem eingeführt; die Kraft über an Pendelhebeln fixierte, zum Zwecke der Schaltung entlang der Pendelhebel verstellbare, vorgespannte Zugmedien wie Seile oder Bänder direkt zu an Antriebsrädern befindlichen handelsüblichen Freilaufkörpern, auf welchen die Zugmedien aufgewickelt sind, geleitet; durch das Abwickeln der Zugmedien von den Freiläufen eines oder mehrere Antriebsräder in Rotation versetzt und das Fahrzeug in Bewegung gesetzt; beim Rückzug der Pedale auf die Freiläufe wirkende Rückzugfedern die Zugmedien auf die Freiläufe wieder aufgewickelt; wahlweise auf Pendelhebel wirkende Federn vorgespannt.
Auf Grund der Möglichkeit gegen die Pedale mit beiden Füßen gleichzeitig zu drücken, wird eine Abstützung wie die Rückenlehne eines Sitzes benötigt, wodurch sich der vorliegende Pendelhebelantrieb insbesondere für Liegefahrräder eignet.
The present pendulum lever drive has the task of reducing the waste of muscle power in the form of tensile and compressive forces in the crank of a conventional pedal drive of muscle-powered locomotion.
In the present pendulum lever drive, the muscular force is introduced by pressing the feet against pedals secured to independent pendulum levers and, optionally, additionally via springs biased by previous withdrawal of the pedals into the drive system; the force via pendulum levers fixed, for the purpose of switching along the pendulum lever adjustable, prestressed tension media such as ropes or belts directly to commercially available freewheel bodies located on drive wheels, on which the traction media are wound, passed; by unwinding the Zugmedien of the freewheels of one or more drive wheels set in rotation and set the vehicle in motion; Retraction springs acting on the freewheels retracting the traction media onto the clutches upon retraction of the pedals; optionally biased springs acting on pendulum lever.
Due to the possibility to press against the pedals with both feet simultaneously, a support such as the backrest of a seat is required, whereby the present pendulum lever drive is particularly suitable for recumbent bikes.
Description
Stand der TechnikState of the art
Derzeit werden muskelgetriebene Fahrzeuge hauptsächlich mit Tretkurbelantrieben ausgestattet. Dabei wird Muskelkraft über das wechselseitige Drücken mit den Füßen gegen an voneinander abhängigen Tretkurbeln angebrachte Pedale in das Antriebssystem eingebracht. Über an den Tretkurbeln befestigte Kettenräder wird über eine Kette die Kraft zu Ritzeln am Antriebsrad geleitet. Dadurch entsteht eine Rotationsbewegung des Antriebsrades was zur Fortbewegung des Fahrzeugs führt. Schaltung in leichtere oder schwerere Gänge geschieht über das Verschieben der Kette auf unterschiedlich große Kettenräder und/oder Ritzel oder über Nabenschaltungen. Verschwindend gering ist der Anteil von Pendelhebel- oder Linearantrieben. Die Schaltung erfolgt bei solchen Antrieben über Ketten- und/oder Nabenschaltungen, über das Versetzen der Pedale entlang der Pendelhebel, das Anordnen mehrerer Pedale in unterschiedlichen Abständen an Pendelhebeln, über das Verschieben der Zugmedien auf kleinere oder größere Durchmesser der Antriebselemente oder das Verändern des Durchmessers der Antriebselemente durch mehrmaliges Aufwickeln der Zugmedien.Currently, muscle-powered vehicles are mainly equipped with pedal cranks. Muscular force is introduced into the drive system via the mutual pressing with the feet against pedals mounted on mutually dependent cranks. Sprockets attached to the cranks are used to drive the pinion on the drive wheel via a chain. This creates a rotational movement of the drive wheel which leads to the movement of the vehicle. Shifting into lighter or heavier gears is done by moving the chain on different sized sprockets and / or pinion or hub gears. The proportion of pendulum lever or linear drives is vanishingly small. The circuit is in such drives via chain and / or hub gears, on the displacement of the pedals along the pendulum lever, arranging several pedals at different distances on pendulum levers, on the displacement of the traction media to smaller or larger diameter of the drive elements or changing the diameter the drive elements by repeatedly winding the Zugmedien.
Elemente der vorliegenden Erfindung wurden in den nachfolgend aufgeführten Patentschriften und Gebrauchsmustern beschrieben, jedoch nicht in der vorliegenden Konfiguration. Auf die Speicherung der Rückzugkraft der Beine oder die Nutzung eines handelsüblichen Freilaukörpers als direkte Aufnahme für die Zugmedien finden sich keine Hinweise.Elements of the present invention have been described in the patents and utility models listed below, but not in the present configuration. On the storage of the retraction force of the legs or the use of a commercially available Freilaukörpers as a direct recording for the Zugmedien find no evidence.
Unterschiede vergleichbarer Patente und Gebrauchsmuster zu vorliegender Erfindung:
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DE1037300 B DE3325577 A1 DE3149184 A1 DE128003 C FR795598 A US3913945 A US3759543 A CH7952 A DE102005009125 A1 DE4328850 A1 FR792742 A EP297579 A2 CH185821 A DE627002 C EP2465759 A2 -
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Kritik am Stand der TechnikCriticism of the state of the art
Beim üblichen Tretkurbelantrieb wird nur beim mittleren Drittel des Hubes die durch ein Bein eingeführte Kraft effizient als Vortriebskraft genutzt. Ein Großer Teil der eingeführten Kraft geht im oberen und unteren Drittel des Hubes in Form von Zug- und Druckkräften in der Tretkurbel verloren. Die zum Antrieb benötigte Kette ist insbesondere bei Liegefahrrädern lang und schwer, gelegentlich verwendete Zahnriemenantriebe sind teuer.
Derzeitige Pendelhebel- oder Linearantriebe benötigen viele Sonderbauteile, was zu hohen Herstellkosten führt. Der hohe Preis der derzeitigen Pendelhebel- und Linearantriebe verhindert eine breite Akzeptanz der Märkte.In the usual pedal crank drive, only the middle third of the stroke effectively uses the force introduced by one leg as a propulsion force. A large part of the introduced force is lost in the upper and lower third of the stroke in the form of tensile and compressive forces in the crank. The chain required for the drive is long and heavy, especially for recumbent bicycles, occasionally used toothed belt drives are expensive.
Current pendulum lever or linear drives require many special components, which leads to high production costs. The high price of the current pendulum lever and linear drives prevents widespread acceptance of the markets.
Lösung des Problemsthe solution of the problem
Der hier beschriebene Pendelhebelantrieb für muskelkraftgetriebene Fahrzeuge löst die Aufgabe den Verlust der eingeführten Kräfte in Form von Zug- und Druckkräften in der Tretkurbel zu minimieren sowie Ketten oder Zahnriemen durch andere Zugmedien, wie Bänder oder Seile, zu ersetzen. Der einfache Aufbau des in vorliegender Erfindung beschriebenen Antriebs erlaubt die Verwendung von handelsüblichen Antriebsrädern mit Standardfreiläufen, was die Herstellkosten eines solchen Antriebs niedrig hält.
Der Aufbau der vorliegenden Erfindung erlaubt ferner den Antrieb mehrerer Räder unabhängig voneinander, was zum Beispiel einen Vierradantrieb ermöglicht. Der Antrieb ermöglicht auch einen Betrieb mit nur einem Bein oder zwei unterschiedlich starken Beinen, was Menschen mit Behinderungen oder Erkrankungen die Fortbewegung mit muskelgetriebenen Fahrzeugen erleichtert.The pendulum lever drive described here for muscle-powered vehicles solves the task of losing the introduced forces in the form of tensile and compressive forces in the pedal to minimize and replace chains or timing belt by other pulling media, such as tapes or ropes. The simple construction of the drive described in the present invention allows the use of standard drive wheels with standard freewheels, which keeps the manufacturing costs of such a drive low.
The structure of the present invention further allows the drive of several wheels independently, which allows, for example, a four-wheel drive. The drive also allows operation with only one leg or two different legs, which makes it easier for people with disabilities or illnesses to move with muscle-powered vehicles.
Figurenlistelist of figures
Es zeigen
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1 die Verteilung der eingeleiteten KraftFm in VortriebskraftFv und Druck-/ZugkraftFt bei einem herkömmlichen Tretkurbelantrieb. Hier wird deutlich wie im oberen und unteren Drittel des Hubes ein großer Teil der eingeleiteten Kraft in Form von Zug- und Druckkräften in der Tretkurbel verloren geht. -
2 die Verteilung der eingeleiteten Kraft Fm in VortriebskraftFv und Druck-/ZugkraftFt im hier beschriebenen Pendelhebelantrieb. Der gesamte Hub verhält sich wie ein Tretkurbelantrieb im mittleren Drittel des imBild 1 gezeigten Tretkurbelantriebs, was die höhere Effizienz des hier beschriebenen Pendelhebelantriebs verdeutlicht. -
3 einen Vergleich der erzeugten Vortriebskräfte eines herkömmlichen Kurbelantriebs und des hier beschriebenen Pendelhebelantriebs, wenn beide Beine wechselseitig die Pendelhebel betätigen. Der Pendelhebelantrieb wandelt deutlich mehr der eingeführten Kraft in Vortriebskraft um als ein herkömmlicher Kurbelantrieb. -
4 einen Vergleich der erzeugten Vortriebskräfte eines herkömmlichen Kurbelantriebs und des hier beschriebenen Pendelhebelantriebs, wenn beide Beine gleichzeitig die Pendelhebel betätigen. Da keines der Beine auf die Vollendung des Hubes des jeweils anderen Beines warten muss, können beide Beine gleichzeitig schneller als bei einem wechselseitigen Hub zurückgezogen werden, wodurch die Kraft beider Beine schneller als bei einem wechselseitigem Hub wieder zur Verfügung steht. Vor allem bei schwereren Gängen oder bei Steigungen ergeben sich dadurch weitere Vorteile. -
5 ein Liegerad mit Pendelhebelantrieb gemäß vorliegender Erfindung.
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1 the distribution of the introduced forcefm in driving forceFv and push / pull forceFt in a conventional pedal drive. Here it becomes clear how in the upper and lower third of the stroke a large part of the introduced force is lost in the form of tensile and compressive forces in the crank. -
2 the distribution of the introduced force Fm in driving forceFv and push / pull forceFt in the pendulum lever drive described here. The entire stroke behaves like a crank drive in the middle third of thepicture 1 shown crankshaft drive, which illustrates the higher efficiency of the pendulum lever drive described here. -
3 a comparison of the generated propulsive forces of a conventional crank drive and the pendulum lever drive described here, when both legs mutually actuate the pendulum lever. The pendulum lever drive converts significantly more of the introduced force into propulsion power than a conventional crank drive. -
4 a comparison of the generated propulsive forces of a conventional crank drive and the pendulum lever drive described here, when both legs simultaneously actuate the pendulum lever. Since none of the legs has to wait for the completion of the stroke of the other leg, both legs can be retracted at the same time faster than in a reciprocal stroke, whereby the power of both legs is faster than with a reciprocal stroke available again. Especially for heavier gears or slopes, this results in additional benefits. -
5 a recumbent with pendulum lever drive according to the present invention.
Erläuterung eines AusführungsbeispielsExplanation of an embodiment
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Pendelhebelantrieb bereitgestellt, der wie in
Mindestens zwei voneinander unabhängige, vertikal angeordnete Pendelhebel (
At least two mutually independent, vertically arranged pendulum levers (
Im Betrieb wird die Muskelkraft in vorzugsweise sitzender oder liegender Haltung des Fahrers über mit den Füßen ausgeübten Druck gegen an Pendelhebeln (
Die Zugmedien (
Durch das Verschieben verändert sich das Verhältnis der zurückgelegten Wege der Füße pro Hub zu der Drehzahl der Antriebsräder (
The train media (
Shifting changes the ratio of the distance traveled by the feet per stroke to the speed of the drive wheels (
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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