DE10303397B4

DE10303397B4 - Vorrichtung zum Speichern abzubremsender Energie auf eine Drehfeder zur Wiederverwendung als Antrieb

Info

Publication number: DE10303397B4
Application number: DE2003103397
Authority: DE
Inventors: Oskar Schmidbauer
Original assignee: Oskar Schmidbauer
Current assignee: SCHMIDBAUER, OSKAR, 85716 UNTERSCHLEISSHEIM, DE
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2009-06-04
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: DE10303397A1

Abstract

Vorrichtung zum Speichern abzubremsender Energie auf eine Drehfeder (3) zur Wiederverwendung als Antrieb; insbesondere für Fahrräder und andere Fahrzeuge, Schienenfahrzeuge und Karren mit oder ohne eigenen Antrieb mit folgenden Merkmalen:
– die Vorrichtung hat mindestens die drei Schaltpositionen "Bremsen", "Neutral" und "Beschleunigen", welche ohne zu kuppeln schaltbar sind;
– an der abzubremsenden bzw. Antriebsachse (1) oder -rad befinden sich
– ein Abbremszahnrad (21) mit Rückdrehsperre/Freilauf, welches mit der Wirkung der Federkraft Kraft auf die abzubremsende Achse (1) oder -rad ausübt, gegen die Wirkung der Federkraft frei läuft und
– ein Antriebszahnrad (23) mit Rückdrehsperre/Freilauf, welches mit der Wirkung der Federkraft Kraft auf die Antriebsachse (1) oder -rad ausübt, gegen die Wirkung der Federkraft frei läuft;
– parallel zur abzubremsenden bzw. Antriebsachse (1) befinden sich an einer Befestigungsstange (29) die Bestandteile der Schaltung (linkes und rechtes Schaltzahnrad (25 und 26) mit dem Zwischenstück (28), welche miteinander...

Description

Seit über einem Jahrhundert werden Versuche angestellt (z. B. DE-PS 80 964 ), um die Energie, die beim Bremsen verloren geht, mittels einer Drehfeder wieder zu verwenden; insbesondere für Fahrräder (vgl. auch DE-PS 404 328 , DE-OS 19 18 268 , DE-OS 33 37 907 , DE-PS 37 24 265 , DE-PS 43 43 628 ).
Nach meinen Recherchen sind die Nachteile bei den bekannten Ausführungsformen z. B.:

– die begrenzten Variationsmöglichkeiten des Energiespeichers;
– das Mitlaufen von Ketten oder anderen Teilen der Vorrichtung, die Reibung erzeugen und somit abbremsen, während des normalen Fahrbetriebs;
– dass kein nachträglicher Einbau möglich ist;
– das hohe Gewicht durch Schwungscheiben oder zu komplizierter und aufwendiger Bauweise;
– dass die Bremskraft nicht unabhängig von der Antriebskraft eingestellt werden kann oder umgekehrt;
– dass die gespeicherte Energie nicht zu einem beliebigen Zeitpunkt zum Anfahren oder während der Fahrt verwendet werden kann;
– dass die Vorrichtung aus Platzgründen und trotz der besseren Gewichtsverlagerung nicht an der Antriebs- bzw. abzubremsenden Achse angebracht ist;
– dass durch die Verwendung von Kupplungen, die ein- und ausgerückt werden müssen, und/oder Bremsen, die angezogen oder gelöst werden müssen, ein hoher Verschleiß entsteht, zusätzlich Kraft aufgewendet werden muss und daher
– die Bedienung der Vorrichtung umständlich und kompliziert ist.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, alle genannten Nachteile zu beheben. Neuheit der Erfindung ist, keine Bremsen und Kupplungen bei dieser Vorrichtung zu verwenden und somit eine einfach zu bedienende, verschleißarme und einfach herstellbare Vorrichtung zu schaffen.
Die Aufgabe zu lösen und die Neuheit bei der Lösung mit zu berücksichtigen, wird im Folgenden beschrieben.
Die Vorrichtung ist ein Zusatzgerät und soll die Bremsen ersetzen. Gleichzeitig ist das Fahrzeug auch ohne dieser Zusatzvorrichtung voll funktionsfähig. Vor allem dann, wenn ein Fahrzeug oft oder regelmäßig bremsen und wieder beschleunigen muss, ist der Einbau dieser Vorrichtung sinnvoll. Im Idealfall – wenn der Bremszeitpunkt vorher bekannt ist (z. B. bei einer U-Bahn) – können die vorhandenen Bremsen bis auf die Notbremsen durch diese Vorrichtung ersetzt werden.
Mit Hilfe der Zeichnungen lässt sich eine Möglichkeit, die Vorrichtung herzustellen, erklären. Die Zeichnungen beziehen sich auf den Einbau in ein Fahrrad oder in ein ähnliches Fahrzeug (Dreirad, Kettcar, ...).
Die Vorrichtung hat durch die Anordnung der Freiläufe/Rückdrehsperren und der Reihenfolge der Zahnräder und der Positionen keine Bremse oder Kupplung. Man kann ohne zu kuppeln in die Positionen "Bremsen" oder "Beschleunigen" schalten. Im Normalzustand oder beim Loslassen der Schaltung wird automatisch in die Position "Neutral" geschalten. Der Benutzer muss praktisch nur zwei Positionen berücksichtigen, da in Position "Neutral" die Vorrichtung komplett vom Fahrzeug getrennt wird.
Zum Schalten bei einem Fahrrad eignet sich ideal ein Dreh-Schaltgriff, den man von sich weg (= Position 1) und zu sich hin (= Position 3) drehen kann. Ähnlich wie ein Gasdrehgriff bei Motorrädern, jedoch mit zwei Bowdenzügen, von denen sich – je nach Betätigung des Griffs – nur jeweils einer ziehen lässt.
Man sollte ein Fahrrad mit Rücktrittbremse verwenden und den Handdrehgriff links anbringen. Dadurch kann das Fahrrad mit oder ohne Vorrichtung benutzt werden und alle serienmäßigen Bedienungselemente sind ohne Einschränkungen zu betätigen.
Die Positionen:
Position 1: Das Rad (oder die Achse) des Fahrzeugs wird durch den Gegendruck der Drehfeder 3 abgebremst. Die Feder 3 wird aufgezogen und die Energie, die normalerweise verloren geht, wird "aufgezogen".
Position 2: Die Vorrichtung wird komplett vom Fahrzeug getrennt. Die Feder 3 bleibt jedoch so, wie sie zum Zeitpunkt des Umschaltens war. Die Energie bleibt gespeichert.
Position 3: Die Energie wird dem Antrieb zugeführt.
Zeichnung 1 zeigt das teilweise aufgeschnittene Federgehäuse 2. Es ist am Rahmen R befestigt und lasst sich in keiner Position um die eigene Achse drehen. Durch die Mitte verläuft auf Kugellagern die Antriebsachse 1. Im Vordergrund ist das Zahnrad für die Feder 4, das mit der fest verbundenen Zahnradverlängerung 5 auf Kugellagern ins Gehäuse 2 greift. Im Gehäuse 2 ist die Stahldrehfeder 3, die fest mit der Zahnradverlängerung 5 und fest mit dem Haltering 9 verbunden ist. Die Feder 3 muss bei der Herstellung mit einer gewissen Grundspannung in den Haltering 9 gepresst werden. Zwischen dem Haltering 9 und der Innenseite des Gehäuses 2 muss sich eine Drehmomentsicherung befinden. Auf Zeichnung 1 durch am Haltering 9 angebrachte Spannfedern 8 und durch Einstellschrauben mit Kontermuttern 7 am Gehäuse 2 dargestellt.
Zeichnung 2 zeigt eine Schnittansicht der Vorrichtung von hinten. Die Gabeln G und das serienmäßige Antriebsritzel 6 haben mit der Vorrichtung selbst nichts zu tun.
Auf der Befestigungsstange 29 befinden sich die zwei Schaltfedern 30a und 30b, die die zwei Schaltzahnräder 25 und 26 mit dem Zwischenstück 28 in Position 2 halten bzw. nach dem Schalten zurückdrücken. Die zwei Schaltzahnräder 25 und 26 und das Zwischenstück 28 sind ein Teil und auf der Befestigungsstange 29 kugelgelagert. Durch Ziehen des rechten Bowdenzuges 31a wird die rechte Schaltfeder 30a zusammengedrückt und die Schaltzahnräder 25 und 26 mit dem Zwischenstück 28 durch die linke Schaltfeder 30b nach rechts gedrückt und umgekehrt. Die Möglichkeit, dass ein Schaltzahnrad zu weit nach links oder rechts gedrückt wird, muss durch Einstellschrauben oder -muttern an den Bowdenzügen 31a und 31b oder mit einer Beschränkung auf der Befestigungsstange 29 ausgeschlossen werden (nicht dargestellt).
Der Schaltpunkt S ist der Punkt, an dem das rechte Schaltzahnrad 26 entweder in das Umkehrzahnrad 22 oder in das Zwischenstopper-Zahnrad 24 oder in das Antriebszahnrad 23 oder in zwei dieser Zahnräder gleichzeitig greift.
Durch Ziehen des rechten Bowdenzuges 31a bzw. durch ein Von-sich-weg-Drehen des (nicht dargestellten) Dreh-Schaltgriffs schaltet man in Position 1. Das mit der Achse 1 fest verbundene Rad oder die Felge F wird mit dem Abbremszahnrad 21 über das Umkehrzahnrad 22, dem rechten und dem linken Schaltzahnrad 26 und 25, dem Zahnrad für die Feder 4 und der Zahnradverlängerung 5 mit der Stahldrehfeder 3 abgebremst. Gleichzeitig wird die Feder 3 im Haltering 9 aufgezogen und die Energie gespeichert. Um eine Beschädigung der Vorrichtung oder ein Blockieren des Rades zu vermeiden, ist die einstellbare Drehmomentsicherung zwischen dem Haltering 9 und dem Gehäuse 2 eingebaut (siehe Zeichnung 1). Nach dem Bremsen oder beim Loslassen des Dreh-Schaltgriffs wird in Position 2 die Vorrichtung mit dem Zwischenstopper-Zahnrad 24 vom Fahrzeug getrennt.
Der Zwischenstopper 24 ist ein Zahnrad mit Freilauf/Rückdrehsperre. In Position 2 bleibt die Feder 3 in der momentanen Position und die Energie gespeichert. Die Rückdrehsperre des Zwischenstoppers 24 hält das rechte Schaltzahnrad 26 mit der Wirkung der Federkraft fest, damit die Feder 3 gespannt bleibt, lässt es gegen die Wirkung der Federkraft jedoch frei laufen. Dadurch ist auch dann ein reibungsloser Ablauf gewährleistet, wenn das recht Schaltzahnrad 26 in das Umkehrzahnrad 22 und den Zwischenstopper gleichzeitig greift. Das Abbremszahnrad 21 hat einen Freilauf/Rückdrehsperre, der mit der Wirkung der Federkraft blockiert, gegen die Wirkung der Federkraft frei läuft. Damit wird eine Beschädigung der Vorrichtung verhindert, wenn beim Rückwärtsschieben oder -fahren das rechte Schaltzahnrad 26 gleichzeitig in das Umkehrzahnrad 22 und den Zwischenstopper 24 greifen sollte. Eine Kupplung erübrigt sich. Durch Ziehen des linken Bowdenzuges 31b bzw. ein Zu-sich-hin-Drehen des Dreh-Schaltgriffs schaltet man in Position 3. Die auf der Drehfeder 3 gespeicherte Energie wird über die Zahnradverlängerung 5, dem Zahnrad für die Feder 4 auf das linke und rechte Schaltzahnrad 25 und 26, auf das Antriebszahnrad 23 und somit auf die Antriebsachse 1 übertragen. Das Antriebszahnrad 23 hat den gleichen Freilauf/Rückdrehsperre wie das Antriebsritzel 6. Die Antriebsachse 1 kann angetrieben werden, das Antriebszahnrad 23 dreht sich aber leer weiter oder bleibt stehen, wenn keine Kraft mehr ausgeübt wird. Dies ist notwendig, da sich sonst, nachdem sich die Feder 3 entspannt hat, sie sich verkehrt herum wieder aufziehen würde. Dies hätte ein ungewolltes Abbremsen und auf Dauer ein Abbrechen der Feder 3 zur Folge. Außerdem ist damit auch dann ein reibungsloser Ablauf gewährleistet, wenn das rechte Schaltzahnrad 26 beim Schalten in das Antriebszahnrad 23 und in den Zwischenstopper 24 gleichzeitig greift. Eine Kupplung erübrigt sich auch hier.
Somit kann man im Stillstand des Fahrzeugs oder während der Fahrt in alle Positionen schalten.
Um die Bremskraft unabhängig von der Antriebskraft auf Gewicht, Reifengröße, Fahrverhältnisse etc. einzustellen, muss zuerst in Position 3 die Übersetzung zwischen dem Zahnrad der Feder 4 und dem linken Schaltzahnrad 25 auf den Antrieb abgestimmt werden. Dann muss die Bremskraft mit der Übersetzung zwischen dem Abbremszahnrad 21 und dem Umkehrzahnrad 22 eingestellt werden. Die Größe der Feder 3 kann man beliebig variieren. Die Kugellager, Freiläufe/Rückdrehsperren, Schaltfedern und Bowdenzüge müssen mit Ringen und Manschetten aus Gummi oder Kunststoff oder auf andere Weise abgedichtet werden (nicht dargestellt).

F: Felge
G: Gabel
R: Rahmen
S: Schaltpunkt
P1: Position 1
P2: Position 2
P3: Position 3
1: Antriebsachse
2: (Feder-)Gehäuse
3: Stahldrehfeder
4: Zahnrad für die Feder
5: Zahnradverlängerung
6: Antriebsritzel (unabhängig von der Energiespeichervorrichtung)
7: Einstellschrauben mit Kontermuttern
8: Spannfedern
9: Haltering
21: Abbrems-Zahnrad
22: Umkehr-Zahnrad
23: Antriebs-Zahnrad
24: Zwischen-Stopper-Zahnrad
25: Linkes Schalt-Zahnrad
26: Rechtes Schalt-Zahnrad
27: Befestigungsstange für 22 und 24
28: Zwischenstück
29: Befestigungsstange für 25, 26, 28, 30a und 30b
30a/b: Schaltfedern rechts/links
31a/b: Bowdenzüge rechts/links
32: Halterung für 27
33: Halterung für 27 und 29
.....: Kugellager
xxx: Freilauf/Rückdrehsperre

Claims

Vorrichtung zum Speichern abzubremsender Energie auf eine Drehfeder (3) zur Wiederverwendung als Antrieb; insbesondere für Fahrräder und andere Fahrzeuge, Schienenfahrzeuge und Karren mit oder ohne eigenen Antrieb mit folgenden Merkmalen: – die Vorrichtung hat mindestens die drei Schaltpositionen "Bremsen", "Neutral" und "Beschleunigen", welche ohne zu kuppeln schaltbar sind; – an der abzubremsenden bzw. Antriebsachse (1) oder -rad befinden sich – ein Abbremszahnrad (21) mit Rückdrehsperre/Freilauf, welches mit der Wirkung der Federkraft Kraft auf die abzubremsende Achse (1) oder -rad ausübt, gegen die Wirkung der Federkraft frei läuft und – ein Antriebszahnrad (23) mit Rückdrehsperre/Freilauf, welches mit der Wirkung der Federkraft Kraft auf die Antriebsachse (1) oder -rad ausübt, gegen die Wirkung der Federkraft frei läuft; – parallel zur abzubremsenden bzw. Antriebsachse (1) befinden sich an einer Befestigungsstange (29) die Bestandteile der Schaltung (linkes und rechtes Schaltzahnrad (25 und 26) mit dem Zwischenstück (28), welche miteinander verbunden sind, die Schaltfedern (30a und 30b) und die Bowdenzüge (31a und 31b)). – parallel zur abzubremsenden bzw. Antriebsachse (1) befinden sich auf mindestens einer Befestigungsstange (27) – ein sich frei drehbares Umkehrzahnrad (22) und – ein Zwischenstopper (24) mit Freilauf/Rückdrehsperre, welcher mit der Wirkung der Federkraft stoppt und gegen die Wirkung der Federkraft frei läuft; – in einem am Rahmen (R) befestigtem Gehäuse (2) befindet sich eine Drehfeder (3), die mit einer in das Gehäuse (2) greifenden Zahnradverlängerung (5) vom Zahnrad für die Feder (4) und mit dem Haltering (9) bzw. mit dem Gehäuse (2) und somit mit dem Rahmen (R) direkt oder über eine Drehmomentsicherung verbunden ist.