DE19918868A1 - Ergonomisches Dreirad mit Schräglage sowie Arm und/oder Beinbetrieb - Google Patents

Abstract

Das Grundmodell für ein flexibel einsetzbares modernes Dreirad beruht auf einem System von Arm- und Beinhebeln, die so miteinander variabel verbunden sind, daß sie sich auf jede Körpergröße einstellen lassen. Außerdem läßt sich die Hebel-Verbindung zwischen Arm- und Beinpendeln nach Belieben lösen. Sowohl reiner Arm- wie reiner Fußbetrieb wird möglich. Die Systeme für die Kraftübertragung sind bei den anspruchsvolleren Versionen so gestaltet, daß beide Körperhälften unabhängig voneinander eingesetzt werden können. Zu diesem Zweck kommen zwei neuartige Schaltsysteme in Betracht: Das eine beruht auf einer Kardanscheibe mit konzentrisch angeordneten Zähnen, an der ein die Welle treibendes, speziell gestaltetes Zahnrad vorbeigeführt wird; das andere auf der Konzeption des "Rillenkonus", der entweder durch die Sägeschiene oder durch speziell gestaltete Ketten mit runden, antriebsseitig abgeflachten Gliedern angetrieben und durch Spreizschenkel auf der Antriebsachse hin- und hergeführt wird. Die Schräglage des Fahrzeugs wird dadurch ermöglicht, daß die mit den Radträgern gelenkig verbundene Führungsschiene (über oder unter der Achse) von dem dazwischenliegenden Rahmensteilstück geführt wird; die Stabilität (bzw. Rückkehr in Normallage) wird gewährleistet durch zwei gleichfalls an dem Rahmensteilstück oberhalb der Führungsschiene ansetzende schräge Streben, die beidseitig mit dem unteren Ende auf letzterer "wandern" können und zugleich durch mehrere Federzüge miteinander ...

Description

Die Erfindung zielt darauf ab, die weithin bekannten Nachteile herkömmlicher Fahrrad- und Dreiradkonstruktionen (bzw. bestimmter neuerer Varianten derselben wie des Liegerads und Liege-Dreirads) möglichst auszuschalten und die Vorzüge beider Fahrzeugtypen optimal zu kombinieren. Der neue Fahrzeugtyp soll möglichst variabel an individuelle Körpereigenschaften (Größen- und Körperkraftunterschiede, aber auch verschiedene Formen von Invalidität) angepaßt werden können (Arm- und/oder Beinbetrieb) und möglichst vielseitige 'Gangarten' bzw. Einsatzformen gestatten. Einfachste Bedienung und größtmöglicher körperlicher Komfort sowie möglichst effizienter Krafteinsatz gehören m. E. zu den unerläßlichen Bedingungen für den Erfolg eines solchen Fahrzeugs.

Es war von vornherein beabsichtigt, diese Vorteile bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug mit möglichst einfachen technischen Mitteln zu erreichen; dies sollte m. E. als Vorzug im Hinblick auf den praktischen Nutzwert, damit aber auch unter dem Gesichtspunkt der gewerblichen Verwert­ barkeit betrachtet werden und nicht als Nachteil (im Hinblick auf die 'Erfindungshöhe') im Vergleich mit anderen, meist technisch weit aufwendigeren, darum nicht unbedingt 'geistreiche­ ren' Konstruktionen.

Die mir bekannt gewordenen Versuche in ähnlicher Richtung leiden m. E. fast durchweg an einem Grad der Überkompliziertheit, der sie, wenn nicht von vornherein plump und äußerst schwerfällig (so etwa das Liegedreirad von W. Stobb, erwähnt und abgebildet bei Wink­ ler/Rauch, Fahrradtechnik, Bielefeld 1991, S. 410-411), so doch für den allgemeineren Gebrauch ungeeignet erscheinen läßt, insbesondere was die auf mögliche Schräglage des Fahrzeugs abzielenden Versuche anlangt (so etwa die Patente Nr. DT 1908826 B2; DT 2502S29 A1 (Japan); DT 2429238 A1 (Japan); DE 33 20 433 A1 (Japan)).

Trotz einer - begrenzten - Vorrecherche meinerseits ist es natürlich denkbar, daß einzelne Aspekte der hier vorgelegten Erfindung in irgendwelchen, mir entgangenen Varianten bereits existieren. Der Neuheitswert der Gesamtkonstruktion sollte darunter nicht leiden.

Die Grundidee der Erfindung bestand in der Überlegung, es müsse möglich sein, den Ganz­ körpereinsatz, wie er in wohl optimaler Weise bei modernen Ruderbooten realisiert ist, auf ein Straßenfahrzeug zu übertragen. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Gerät durch ein einfaches und flexibles Hebelsystem erreicht. Es bildet die Grundlage aller Versionen des Fahrzeugs. Neuerungen bei der Lenkung und bei der Kraftübertragung bzw. Schaltung sowie eine einfache Vorrichtung zur Ermöglichung der Schräglage, welche die Kurvengängigkeit optimiert, ergaben sich als Folgeprobleme bzw. -problemlösungen. Dabei kommen verschiedene Varianten in Betracht, deren jeweilige Vor- und Nachteile wohl nur in der Erprobung definitiv ermittelt werden könnten. Sie werden im Folgenden in sinngemäßer Abfolge dargestellt.

A. DAS HEBELSYSTEM

Die bislang allgemein übliche (und etwa am Liegerad bereits reichlich deplaziert wirkende!) Tretkurbel wird ersetzt durch zwei pendelartige Stangen, die an einer kräftigen Achse am oberen Rahmenrohrs (Zo) hängen. (Abb. I, 1/b) Sie werden durch zwei beidseits an Gelenken befestigte Stangen (c) mit dem unteren Stück der beiden Armhebel verbunden. Diese (a) sitzen ihrerseits in Nähe des Sitzes auf der oberen Rahmenrohrs. Die Achsen sind so konstruiert (bzw. gewählt), daß alle wichtigen Abstände verändert werden können - am besten durch einfache Feststellschrauben. So kann ein dasselbe Fahrzeug praktisch auf alle Körpergrößen eingestellt werden. Die im oberen Teil S-förmig nach außen gebogenen Armhebel (Abb. I, 2) sind in dem Teil unterhalb der Achse (d) nicht direkt mit dem Gelenk des Verbindungsgliedes gekoppelt, sondern mit einem normalerweise parallelgehenden Teilstück, das allein die Armhebel mit dem Verbindungsglied verknüpft; beide parallelen Stücke sind normalerweise (bei Arm- und Beinbetrieb) dadurch verkoppelt, {daß ein Bolzen aus der Innenseite des langen Armhebels in das kurze Verdopp­ lungsglied eingreift- bzw. einschnappt; bei Lösung der Verbindung wird dieser Bolzen durch einen einfachen Zugmechanismus zurückgezogen und in dieser Stellung arretiert.} Wird die Koppelung von den Griffen aus (etwa durch einen schlichten Druckknopf, der den Mechanismus auslöst - vgl. Abb. IB, 2) gelöst, so kann der freiwerdende Armhebel in eine - am besten in Nähe des Sitzes anzubringende Halterung eingelegt werden (nicht dargestellt). Das kleine Verdoppe­ lungsstück (zwischen (d) und der Hinterachse von (c)) läuft dann, inklusive Verbindungsglied, mit den Beinpendeln 'leer' mit. ('Bequemgang')

B. DAS ANTRIEBS- UND SCHALTUNGSSYSTEM

• 1. In der einfachsten Version erfolgt der Antrieb über ein zweites, an den Beinpendeln gelenkig (und höhenverstellbar) angebrachtes Verbindungsglied (Abb. I 1/e), das über einen auf derselben Achse sitzenden kleinen Hebel (f) entweder eine (später zu erläuternde) Kardanscheibe rundführt (wie in Abb. I 1) oder, noch einfacher, ein Kettenblatt bzw. deren mehrere (nur realisierbar bei Versionen mit nur einem Hinterrad). Beide Versionen haben den Nachteil, daß beide Körper­ hälften nicht unabhängig voneinander eingesetzt werden können, ein 'Rudergang', der m. E. den optimalen Krafteinsatz erlauben würde, ist hier also ausgeschlossen.
• 2. Um die unabhängige Bewegung der beiden Körperhälften zu ermöglichen, wird die der Schaltung dienende Kardanscheibe, die in einer breiten Verzweigung des unteren zentralen Längsrohres (Zu) zwischen den beiden Holmen läuft, auf eine Verbindung zweier Freiläufe (h) gesetzt, die an der Oberfläche einen einzigen, durchgehenden Zylinder bilden. (Vgl. Abb. IC, 2) Dabei greifen die Antriebsachsen im Inneren des Zylinders nur unverbunden ineinan­ der, etwa so, daß auf zwei Kugellagern die eine um das Ende der anderen kreist. Auf der einen Seite des Freilaufzylinders sitzt nun die Schaltungscheibe (k), die nach innen zu mit konzentrischen Kreisen von Zähnen (die wirklich in etwa Zahnform haben sollen!) gespickt ist. An der hinteren Hälfte dieser Scheibe wird auf Achshöhe ein kleines Zahnrad mit ebenso geformten, aber umgekehrt gestellten Zähnen vorbeigeführt. {Dies Zahnrad könnte wohl mehr dem 'Lamellenrad' ähneln, s. Abb. II, 2} Diese Zähne müssen zudem genau in den Zwischenraum zwischen je zwei Zahnkreisen der Scheibe (die 'Wellentäler') passen. Das kleine Zahnrad sitzt auf einer Längsstange (Welle) (j), die bis knapp an den Freilaufzylinder heranreicht. Sie hat Längsrillen, in die entsprechende Vorsprünge am Mittelloch des Zahn­ rads eingreifen. Das Rädchen (1) ist zudem beidseitig kugelgelangert auf zwei Führungsrin­ gen (m), die die Welle nicht berühren, sondern beidseitig mit einer Führungsgabel (n) fest verbunden sind. Letztere hängt mit ihrem Oberteil an einer Führungsschiene (o), die (zu­ sammen mit anderen Schaltungselementen) vor und hinter der Schaltung in zwei querstehen­ den Halterungsscheiben fixiert ist. (Vgl. Abb. IC, 1) Das ganze Führungselement wird nach vorne zu mit einem in der vorderen Halterungsscheibe verankerten Federzug nach hinten zu mit dem Gangseil (r) bewegt. Auf diese Weise wird eine sehr präzise und gleichmäßig gestufte Schaltung ermöglicht. - Legt man über die beiden Halterungsscheiben noch eine Kunststoffhaube von geeigneter Form und ergänzt sie durch ein Gegenstück von unten her, so kann das gesamte Schaltungssystem gegen schädliche Umwelteinflüsse weitgehend abge­ schirmt werden. - Die Kraftübertragung auf das Antriebsrad (bzw. die Antriebsräder) hinten bietet keine weiteren technischen Probleme. [. . .] Dieses Schaltungssystem ist natürlich prin­ zipiell auch unabhängig von den beiden kombinierten Freiläufen 'machbar' (im Sinne der Version 1).
• 3. Das System der auf Freiläufen gelagerten Kardanschaltung wurde ursprünglich für eine andere Form der Kraftübertragung von den Beinhebeln her entwickelt. - Die erwähnte Alter­ native beruht darauf, daß das Verbindungsglied (e) über ein Zwischengelenk eine 'Sägeschie­ ne' bewegt (Abb. II). Diese Schiene (f) soll (aus Stabilitätsgründen) T-förmigen Querschnitt haben und wie ein Zahnrad mit Zähnen gespickt sein; die Zähne sollen aber nur nach hinten zu schräg, nach vorn zu (in Antriebsrichtung) jedoch steil (senkrecht) geformt sein. Die Sä­ geschiene wird (am besten auf kleinen Rädchen) durch eine oder zwei Halterungen ge­ führt. [. . .]
• 4. [. . .] {Weitere Modelle ergeben sich aus einer Alternative zur Kardanschaltung, die auf der Konzeption des Rillenkonus [R] basiert.} Die Schaltung erfolgt hier dadurch, daß die beiden Rillenkonus nach außen gedrückt oder nach innen gezogen werden, und zwar durch ein Füh­ rungselement, das in der Mitte zwischen ihnen auf dem (an dieser Stelle in zwei Arme ge­ spaltenen) unteren Zentralrohr sitzt. (Abb. IIA, 2) Es besteht aus einer senkrechten Füh­ rungsleiste, auf der eine kleine Achse auf und ab bewegt werden kann, welche ihrerseits zwei Spreizschenkel verbindet. Ein Federzug zwischen den Schenkeln drückt sie nach oben (und zieht die Schenkel zusammen), das Gangseil zieht sie nach unten (und spreizt die Schenkel) - oder umgekehrt. Die Schenkel bewegen per Gelenk zwei Führungsringe, die mit Kugella­ ger in die Rillenkonus' eingelagert sind, aber die Achse, auf der diese sitzen, nicht berühren. Die Verbindung mit den Achsen erfolgt auch hier durch Längsrillen in derselben, in die ent­ sprechende Rillen in den Mittelöffnungen der Rillenkonus eingreifen. In der Mitte zwischen den Konus befindet sich wieder ein doppelter Freilauf, dessen beide Achsen von den beiden Rillenkonus' abwechselnd angetrieben werden. Auf dem Freilaufzylinder sitzt ein Kegelrad, das die Kardanwelle in Richtung Hinterräder antreibt.
• 5. Die in Abb. IIA, 4 dargestellte alternative Gesamtversion mit Fußschlitten auf Gleitschienen und Zugseilverbindung zu den Armhebeln wird hier nicht näher erläutert, da sie dem hier als Grundmodell favorisierten Hebelsystem m. E. in technischer wie ergonomischer Hinsicht unterlegen ist.
• 6. Interessanter scheint mir dagegen die hier in Abb. IIA, 1 dargestellte Version. [. . .] {An die Stelle der Sägeschiene (S), die in der unter (5) erwähnten Version die Kraftübertragung auf den Rillenkonus übernimmt, tritt hier eine spezielle, aus runden, einseitig abgeplatteten Glie­ dern geformte Kette (Kr), die je nach Stellung des Konus auf ihm nach außen und innen glei­ ten kann. (Vgl. Abb. IIA, 3) Der Kette entsprechen auf dem Konus reihenförmig angeord­ nete Vertiefungen, in die die Glieder einsinken können. Die Ausrichtung der Kette besorgen hier zwei umwerferartige, aber feststehende Führungselemente (F). Zwischen ihnen sitzt auf dem unteren Zentralrohr ein Kettenrad, um das die Rundkette geführt wird. Achsverbunden mit ihm ist ein zweites, kleineres Zahnrad, das seinerseits mit einer einfachen (Fahrrad-) Kette mit einem zweiten, weiter vorn am unteren Zentralrohr sitzenden verbunden ist. Durch das Verbindungsglied (e) wird die Kette hin- und herbewegt, mit ihr auch die den Rillenkonus antreibende Rundglieder-Kette (Kr).
• 7. {Beide Modelle (5 und 6) können noch erheblich vereinfacht werden, wenn man die Rillen­ konus mit dem 'doppelten Freilauf' direkt auf die Hinterachse setzt und die Führungsele­ mente (F) entsprechend nach hinten versetzt. (Hier nicht eigens dargestellt.)} (Diese vereinfachten Modelle wurden in der Erstfassung der Beschreibung m. W. nicht erwähnt, waren jedoch in Form von zwei nicht erläuterten Skizzen vertreten (damals Abb. IVB, 1 und 2). Insofern geht die jetzige Beschrei­ bung nicht über die ursprüngliche Konzeption hinaus.) [. . .]

C. SYSTEM FÜR SCHRÄGLAGE UND STEUERUNGSSYSTEM

Bei beiden Grundvarianten - mit Doppelrädern vorn oder hinten - muß die Aufhängung der Doppelräder so gestaltet sein, daß sie die Schräglage des ganzen Fahrzeugs ermöglicht.

• 1. Zunächst die Variante mit Doppelrädern vorn. Die Schräglage als solche wird bewirkt durch die Führungsleisten, die beidseitig die Spitze der Radaufhängung mit der vorderen Rahmenspitze verbinden. Eine durchgehende Leiste zwischen den beiden Lenkzapfen der Radaufhängung (Radträger) dient zur Steuerung. Die dafür vorgesehene Konstruktion ent­ spricht dem Stand der Technik und bedarf keiner näheren Erläuterung. (Vgl. Abb. IB, 1) [. . .] Nun muß allerdings dafür gesorgt werden, daß das Fahrzeug, vor allem in Ruhelagen, nicht auf wackligen Beinen steht. [. . .] Zu diesem Zweck können die Räder eine leichte Oben-Innen-Neigung erhalten (Stand der Technik). Darüber hinaus sollen von dem vorde­ ren Steilstück des Rahmens zwei Streben (χ) zu der Führungsleiste (α) führen, auf (oder in) der sie mit ihrem Ende ein Stück weit hin und her gleiten können. Die beiden Streben sind durch zwei bis drei querlaufende Federzüge (t) miteinander verbunden (bei nur einem Fe­ derzug hätte ein Reißen desselben unmittelbare Destabilisierung und evtl. Unfallgefahr zur Folge.) Da die Streben bei jeder Schräglage ein wenig auseinandergedrückt werden (wegen der leichten Verringerung des Abstands zwischen dem gemeinsamen Ansatzpunkt in der Mitte und der unteren Querleiste), sorgen die Federzüge automatisch für eine anschließende Wiederaufrichtung des Geräts in die Senkrechte. - Zusätzlich kann noch eine abklappbare Gabel (µ) in der Mitte der Trägerleiste vor dem steilen Vorderstück des Rahmens ange­ bracht werden (ggf durch Bowdenzug zu betätigen), die einer dauerhaften oder vorüberge­ henden Steilstellung dienen würde (etwa beim Anfahren oder Stoppen; wahrscheinlich überflüssig). - Die beiden Bowdenzüge (η), die - von den Griffen der Armhebel her kommend - die Lenkschiene bewegen, müssen an dem vorderen Steilstück des Rahmens genau auf der Höhe der Lenkzapfen (δ) befestigt werden; dadurch wird jeder Einfluß der Schräglage auf die Steuerung ausgeschaltet. Daß die Steuerung doppelt geführt wird - von jedem der beiden Griffe aus gesondert -, hat zudem den Vorteil, daß auch bei Ausfall eines Lenkzuges die Steuerung voll erhalten bleibt.
• 2. Die andere mögliche Version des Dreirads, die mit Doppelrädern hinten (vgl. Abb. I und IA), bietet zwar gewisse zusätzliche Komplikationen, hätte aber den Vorteil einer weit gün­ stigeren Gewichtsverteilung. Sie kann außerdem kürzer gebaut und leichter mit Gepäckträ­ ger, Kindersitzen usw. ausgestattet werden. - Für die Ermöglichung der Schräglage und die nötige Stabilisierung ist hier eine Konstruktion genau analog der entsprechenden bei zwei Rädern vorn vorgesehen. (S. Abb. I und IA) Die tragende Querleiste (Führungsschiene) wird hier am Hinterende des unteren zentralen Längsrohrs des Rahmens beweglich ange­ bracht (Abb. I); eine zylindrische 'Ausstülpung' umgreift das Längsrohr. Auch hier wird die Schräglage durch das Steilstück des Rahmens bewirkt, dessen seitliche Bewegung die Hinterachse (ρ) gegen die Führungsleiste verschiebt. Zu diesem Zweck wird um die Öf­ nung des hinteren Rahmensteilstücks, in der die von der Schaltung herkommende Kardan­ welle steckt, ein Führungsring gelegt, der seitlich mit zwei kleinen Armen die Achse um­ faßt. Die beiden Ösen an den Armenden werden mit ringförmigen Vertiefungen auf der Achse durch Kugellager verbunden. Zwischen den beiden Ösen sitzt auf der Achse ein Kardanrad, das durch den Kardankopf (Kegelrad) der von der Schaltung her kommenden Welle angetrieben wird. Die Hinterachse wird knapp vor dem Radträger beidseitig durch ein Gelenk unterbrochen, und zwar genau über dem unteren Gelenk des Radträgers. Da­ durch entsteht ein exaktes 'Parallelogramm'; die Verschiebung der Achse gegen die Quer­ leiste bei Schräglage erfolgt also ohne jeden Einfluß auf das Ineinandergreifen der beiden Kardanräder in der Mitte. Allenfalls eine kleine Stockung beim Treten oder Ziehen könnte beim Übergang in Schräglage oder bei Rückkehr aus derselben entstehen. Grundsätzlich möglich wäre auch ein Vor- und Rückwärtsgang durch Einbau eines zusätzlichen, auf der Hinterachse beweglichen Führungselements das zwei auf Rillen der Achse bewegliche Kegelräder über Führungsring je nach Bedarf an das Antriebs-Kegelrad heranführt. (Vgl. Abb. IA, 1) - Eine weitere Schwierigkeit entsteht, wenn die Kardanwelle von der Schaltung her schräg durch die Öffnung am hinteren Rahmensteilstück geführt wird. Um in diesem Fall etwaige Friktionen zu vermeiden, wäre evtl. eine Umgestaltung der Kardanräder in Richtung 'Lamellenräder' vermutlich vorteilhaft (s. Abb. II, 2); doch gehört diese Version ohnehin zu den insgesamt weniger günstigen. - Bei den geschilderten alternativen An­ triebs- und Schaltungssystemen (s. o. B 3-6), die durchweg die Variante mit zwei Hinter­ rädern verlangen bzw. nahelegen, wäre die umgekehrte Anordnung von Achse und Füh­ rungsschiene (wie in Abb. IA2) wohl erforderlich.
• 3. Auf den Einsatz eines Differentialgetriebes kann man bei dieser Konstruktion m. E. gut verzichten. Es, genügt, wenn beide Räder auf Freilauf gelagert sind; dann übernimmt in Kurven stets das außenseitige Rad den Antrieb.
• 4. Zur Gestaltung der Hand-Griffe an den Armhebeln (Abb. IB, 2) ist noch zu bemerken, daß sie per Achse (ϕ) seitwärts beweglich auf den Hebeln sitzen müssen. An zwei seitlichen Zapfen (ω) am unteren Griffende sind die beiden zur Lenkleiste (bzw. zu den Lenkzapfen im Falle nur eines Vorderrades) vorn führenden Bowdenzüge befestigt. Das Schaltelement besteht aus einer oben und unten am Griff, genauer: an dessen Innenseite, befestigten Leiste (σ) mit zum Griff gekehrtem Daumenschalter (ψ). Auf der Vorderseite der Griffe sitzen die Bremshebel (s. Abb. I). Weitere Schalter (etwa für die Feststellklappe, Vor- und Rückwärtsgang) wären besser unterhalb des Griffs am Armhebel anzubringen.
• 5. Zu erwähnen wäre noch die Möglichkeit eines reinen Fußbetriebs - etwa für Armampu­ tierte oder Contergangeschädigte. Die Steuerung könnte hier über eine seitliche Drehung der Füße erfolgen. (Vgl. Abb. III, 2 und 3) Dazu sind die Pedale nicht direkt auf der übli­ chen kleinen Querachse, sondern auf einer, dieser aufsitzenden, sehr kurzen vertikalen (v) anzubringen, die dann die Drehung nach innen und außen ermöglicht. Von der Querachse aus ist ein länglicher Fortsatz parallel zum Pedal (unterhalb desselben) zu führen, {der sich in Richtung von dessen Vorderende gabelt. Die beiden Enden der Gabel erheben sich so­ dann zu beiden Seiten bis auf die Ebene des Pedals, sodaß die beiden Spitzen einige cm neben dem Pedal-Vorderende liegen. Entlang des Fortsatzes bzw. der Gabel laufen die bei­ den Bowdenzüge (w/w'), aus denen an den Spitzen die beiden Lenkseile (y/y') austreten. Deren Enden sind am Vorderende des Pedals (außen und innen) zu befestigen. So bedeutet jede Drehung des Fußes eine Verlängerung des Seils auf der einen Seite, die durch die ge­ nau entsprechende Verkürzung auf der anderen kompensiert wird. (Die Seile bilden einen geschlossenen Kreislauf! {Dieses System kann entfallen, wenn man generell davon aus­ geht, daß das Gerät wahrscheinlich allein durch Gleichgewichtsverlagerung gesteuert wer­ den könnte.}
• 6. Die Bremsung könnte in diesem Fall erfolgen durch zwei längere Hebel entlang dem oberen Zentralrohr (Zo) des Fahrzeugs (hinter der Achse der Beinpendel), die durch Zu­ sammendrücken der Knie bzw. Unterschenkel jederzeit zu betätigen wären (nicht darge­ stellt). [. . .] Die Pedale selbst wären in jedem Fall (mindestens) mit Seitenbacken (u) sowie den rennrad-üblichen Riemen auszustatten, um dem Fuß Halt zu geben. Das Anbringen ei­ nes kleinen Gewichts an dem unteren Fortsatz, etwas hinter dessen Mitte, unterhalb der Querachse, könnte zudem dafür sorgen, daß die Pedale - unbelastet - stets in leicht schrä­ ger Lage verbleiben, was das Ein- und Auschlüpfen der Füße erleichterte. - Ein Entwurf zu einer geeigneten Schaltung wird noch gesondert im Zusammenhang mit dem unter D. dargestellten System erläutert.
• 7. Zum Sitz wäre noch zu bemerken, daß er a) auf jeden Fall vorderhalb der Hinterachse anzubringen wäre; b) über eine Gasfederdämpfung ähnlich einem Bürostuhl verfügen sollte (erspart jede weitere Federung); c) eine frei bewegliche - vielleicht in allen Positionen ar­ retierbare - Rückenlehne haben muß, die insbesondere beim 'Rudergang' die Bewegung nach hinten freigibt.

D. OPTIMIERTES MODELL MIT BEINPENDELSCHALTUNG

[. . .]

Ein weiteres Modell ergibt sich im Ausgang von den Modellen B. 5. bzw. B. 6. dadurch, daß ein völlig neues Schaltsystem eingeführt wird. Dadurch wird die Grundgestalt des Fahrzeugs zwar nicht wesentlich verändert, aber doch erheblich vereinfacht und die Gesamtfunktionalität wohl auch perfektioniert. Besagtes Schaltsystem ergibt sich aus der Möglichkeit, den Ansatz­ punkt der Verbindungsglieder (e) an den Beinpendeln (b) grundsätzlich beweglich zu gestalten, und zwar dadurch, daß sie von geeigneten (doppelten) Bowdenzügen (wie beim Lenksystem) während der Fahrt an den Beinpendeln auf und ab geschoben bzw. gezogen werden können. Je nach der Stellung der Verbindungsgelenke (g) wird dann der Weg der Antriebsketten länger oder kürzer. (Vgl. Abb. III, 1) Auf diese Weise wird m. W. erstmals eine stufenlose Schaltung realisierbar: Da der Spielraum dieser Schaltung beträchtlich ist, kann von weiteren Schaltungs­ möglichkeiten abgesehen werden. [. . .]

{Wie in Modell B. 6 wird auch hier die Kraftübertragung durch zwei Ketten gesichert, die über je zwei längs des unteren Zentralrohrs beidseitig angebrachte kleine Zahnräder laufen. Aller­ dings sitzen in diesem Fall die beiden hinteren Zahnräder direkt auf der Hinterachse und treiben den zwischen ihnen liegenden 'doppelten' Freilauf an. Die Hinterachse selbst wird stabilisiert durch die rückseitige Gabelung eines Überrohrs (Zu'), welches das untere Zentralrohr zu mindestens zwei Dritteln seiner Länge umfaßt. Da auch die vorderen Führungsräder der beiden Ketten auf diesem Überrohr sitzen, tritt zwischen beiden Paaren der Führungsräder bei Schrägla­ ge keine Verwindung auf; diejenige zwischen Kette und Beinpendeln kann durch eine flexible Gestaltung des Koppelungsstücks (g) an den Ketten bzw. des Gelenks an den Beinpendeln leicht ausgeglichen werden. [. . .]

Die Grundlage der Beinpendelschaltung ist die Auf- und Abbewegung des Kopplungsstücks (g) am Beinpendel.} Zu diesem Zweck werden pro Pendel je zwei Schaltzüge so geführt, daß die Ummantelung des einen bis unter die Achse des Beinpendels reicht, die die anderen hinunter bis in die Gegend des Pedals; der dort austretende Seilzug wird dann um ein Rädchen nach oben geführt und trifft sich an dem Kopplungsstück (Schaltelement) mit dem von oben kommenden. [. . .] {Um der Schaltung den größtmöglichen Spielraum zu geben, sollten die Verbindungsstangen zwischen Arm- und Beinpendeln in diesem Fall nach oben, also über das obere Zentralrohr (Zo) verlegt werden. Dazu ist eine entsprechende Verlängerung der Beinpendel über die Achse hinaus nötig, während die Armpendel um das über die Achse hinausreichende Stück verkürzt werden können. In der Funktion ergibt sich dadurch natürlich keinerlei Unterschied.}

Das Hauptproblem bei dieser Schaltung besteht natürlich darin, wie sie am besten zu kontrol­ liert zu betätigen, d. h. wie das Auf- und Abschieben des Gelenks (g) zwischen Beinpendeln und Verbindungsglied zu bewerkstelligen ist. [. . .] {Selbstredend bestünde der einfachste Schaltme­ chanismus darin, die beiden zusammengehörigen Schaltzüge bis zum unteren bzw. oberen Ende der Armpendel zu führen und die dort jeweils austretenden Gangseile in einem arretierbaren Griff miteinander zu verbinden, der am ganzen Armpendel auf- und abgleiten könnte. Diese Art der Schaltung wäre jedoch nicht sehr bequem, außerdem sollen auch arm-amputierte Invaliden mit berücksichtigt werden.}

Die hier vorgestellten beiden Modelle beruhen auf folgender Grundüberlegung: a) Der lange Schaltweg des besagten Gelenks sollte in variable Stücke zerlegt werden können; b) von der Stärke der Schaltbewegung selber sollte auch die Länge des jeweiligen Schaltwegs abhängen.

Der Ausgangspunkt für die Lösung liegt darin, daß man die beiden Achsen, an denen die Beinpendel hängen, breit genug (etwa 10 cm auf beiden Seiten) gestaltet und sie außerdem an Querachsen befestigt, die ihrerseits parallel zum Zentralrohr an diesem beidseits angeschweißt sind. (Vgl. v. a. Abb. IIIB) Die beiden dadurch ermöglichten zusätzlichen Beinbewegungen:
Ziehen nach außen und Drücken nach innen der Beinpendel - können nun dem Auf und Ab des Gelenks (f) zugeordnet werden. Dazu wird ein Schaltmechanismus entworfen, der den Schaltweg gleichsam abbildet oder 'übersetzt' in die Bewegung einer Kette, die zwischen dem oberen und dem unteren Zentralrohr über zwei Zahnräder läuft. Die beiden Bowdenzüge, die das verschieb­ liche Gelenk auf und ab bewegen, werden von den Beinpendeln her bis in die Nähe der beiden Achsen (d) geführt; an dem Punkt, wo jeweils die Gangseile aus den Bowdenzügen austreten, werden die beiden funktionsanalogen Seile jeweils durch Führungsrädchen gebündelt und anschließend dann parallel zu besagter Kette geführt, mit dieser verknüpft und so von ihr in ihrer Hin- und Herbewegung 'mitgenommen'.

Modell 1 (Abb. IIIA)

Zwischen dem oberen und dem unteren Zentralrohr befindet sich eine Leiste (p) von kreuzförmigem Querschnitt. Auf ihr gleitet ein Führungselement (h), das die Leiste von beiden Seiten her umfaßt und mit Kufen oder Rollen auf ihr gleiten kann. Auf der Vorderseite dieses Elements sitzt mit Achsverbindung (i) eine 'Sägeschiene' etwa in der Form eines kleinen Fuchsschwanzes. Auf dessen Oberteil sitzt wiederum mit Achse ein kleines längliches Zwischenglied (k), das in Normallage auf dem Oberteil aufruht. An einer zweiten Achse in diesem Glied setzten nun die beiden von den (Knie-) Gelenken der Beinpendel her kommenden und deren seitliche Bewegung nach unten transponierenden Stäbe (l) an. Werden die 'Schultern' der Pendel nach oben gedrückt, so wird das Zwischenglied (k) zunächst ein wenig hochgezogen und drückt dabei die Sägeschiene (j), die sich um (i) bewegt, zunächst gegen das kleine Zahnrad (m); anschließend wird die Sägeschiene mit hochgezogen und setzt das Zahnrad in Bewegung. Sobald aber der Zug noch oben aufhört, endet zunächst auch der auf die Säge­ schiene ausgeübte Druck - sie geht in Normalposition zurück, und zwar mithilfe einer kleinen Feder, die von der Unterseite des Führungselements (r) her in ihr 'Knie' drückt (nicht darge­ stellt). Erst dann kehrt auch das Führungselement mitsamt der Sägeschiene in die Normalpositi­ on zurück. Der umgekehrte Vorgang spielt sich ab, wenn Beinpendel nach innen gedrückt - und ihre 'Schultern' also nach unten gezogen werden. In diesem Fall drückt das Zwischenglied (k) mit seiner Vorderachse sogleich auf die Sägeschiene usw. {Die Rückkehr in die Normalposition nach jeder Schaltbewegung wird gewährleistet durch zwei massive Federzüge, die sich um die Führungsschiene (p) winden und von oben und unter her gegen das Führungselement (r) drücken. Sie müssen stark genug sein, um zugleich indirekt die Schultern der Beinpendel zu stabilisieren und ungewollte Schaltbewegungen möglichst auszuschließen.}

Nun können die von der Sägeschiene bewirkten Drehungen des kleinen Zahnrads natürlich nur geringfügig sein; es wird daher durch gemeinsame Achse verbunden mit einem weit größeren, das auf der Gegenseite der Kreuzleiste liegt. So wird die Bewegung gleichsam multipliziert. Das große Zahnrad treibt die bereits erwähnte Kette, die sich um ein weiteres Zahnrad am Fuß der Leiste spannt (dessen Größe spielt keine Rolle). Auf beiden Zahnrädern sind nun neben dem Zahnkranz und parallel zu ihm jeweils gleich große Führungsringe für die Gangseile angebracht, die, am besten in der Mitte (d. h. am kleinen unteren Zahnrad, wenn das Schaltelement auf dem Beinpendel ungefähr in der Mitte steht!) mit der Kette verbunden deren ganze Bewegung mitmachen kann; auf diese Weise reicht auch der Spielraum für die entsprechende Auf- und Ab- Bewegung des Gelenks am Beinpendel ohne weiteres aus.

Der Nachteil dieses Modells ergibt sich aus der Gefahr, daß der Druck der Sägeschiene gegen das kleine Zahnrad u. U. nicht ausreicht, um ein 'Durchrutschen' sicher zu unterbinden. Dies könnte evtl. durch besondere Gestaltung der 'Zähne' verhindert werden.

Modell 2

Eine wohl funktionssichere und vielleicht auch 'elegantere' Lösung läßt sich mit einem reinen Hebelsystem erzielen. (Abb. IIIB) {Die beiden Leisten (l), die in den 'Knien' der Beinpendel-'Schultern' ansetzen, führen hier zunächst zu zwei Verbindungsgliedern (v), die einander in einem Doppelgelenk auf der Kreuzleiste überkreuzen. Durch dieses Gelenk wird eine (in einem Ausmaß frei wählbare) Hebel-Wirkung erzielt, die von den beiden weiteren Zwi­ schengliedern (w) in Auf- und Abbewegungen des Führungselements (r) 'übersetzt' werden.}

Um diese Bewegung nun auf die Kette zu übertragen, muß diese hier anders geführt werden. (Vgl. zum Folgenden Abb. IIIC) Sie läuft nämlich zur einen Hälfte genau in der Mitte zwischen den vier Teilen der Kreuzleiste (p), die zu diesem Zweck ihrerseits sozusagen zweimal längs gespalten wird. Das (beidseitig aufsitzende) Führungselement selber umfaßt diese vier Teil- Leisten und läuft mit kleinen Rädchen (s) auf den Leisten. Zwischen den Rädchen sitzt eine Art 'Bremsklotz' (t), der an seinem nach außen gekehrten Oberteil durch zwei Federn (y) in den Seitenwänden des Führungselements oben und unten festhalten wird. Über dem 'Bremsklotz' sitzt nun das "doppelköpfige' Verbindungsglied (u), an dessen Hals von außen her das Zwi­ schenglied (w) per Achse ansetzt. (U) dreht sich um eine zweite kleine Querachse (x) in der Nähe der Ausgangsöffnung des Führungselements. In seiner Ruhestellung beläßt es den 'Bremsklotz' 1 bis 2 mm über der Kette. Wird jedoch durch (w) gezogen oder geschoben, so drückt jeweils einer der beiden Köpfe den Klotz (t) gegen die Kette (auf der Gegenseite natürlich desgleichen). Dadurch wird m. E. eine sehr zuverlässige Bewegungsübertragung auf die Kette erreicht. (Vgl. Abb. IIIC, 1)

Allerdings müssen in diesem Fall die Bowdenzüge anders geführt werden. (Vgl. Abb. IIIC, 2) Je zwei von ihnen enden jeweils in der Nähe der beiden kleinen Zahnräder (n, o) unterhalb des oberen bzw. oberhalb des unteren Zentralrohrs, welche ihrerseits senkrecht zu den Führungsele­ menten und in Längsrichtung des Fahrzeugs stehen (vgl. Abb. IIIC, 2), und werden von der 'freien' äußeren Hälfte der Kette mittels einer festen Verbindung (z) auf und ab geführt. Der Bewegungsspielraum entspricht in etwa dem der Gelenke auf den Beinpendeln. Die Stabilisie­ rung der 'Schultern' der Beinpendel für die Normallage- bzw. die Rückkehr des Führungsele­ ments (r) in dieselbe - wird wie bei Modell 1 durch zwei starke Federzüge gesichert.

Claims (8)

1. Antriebssystem für Dreiräder, gekennzeichnet durch flexible und lösbare Kombination von Arm- und Beinhebeln; dasselbe Antriebssystem für sämtliche weiteren denkbaren Anwendungsfälle (etwa auch Zweiräder, Boote, Home-Trainer etc.).

2. Kardan-Schaltsystem in allen erwähnten Varianten für Fahrzeuge im Sinne von Anspruch 1 und alle sonstigen denkbaren Anwendungsfälle.

3. Schaltsystem mit Rillenkonus getrieben a) durch Sägeschiene und b) durch spezielle Kette für Geräte im Sinne von Anspruch 1.

4. Kombination zweier Freiläufe bei Kardan- und vergleichbaren Schaltungen im Sinne von Anspruch (2) und (3) zwecks unabhängigem Einsatz beider Körperhälften.

5. Sägeschiene als Form der Kraftübertragung für Geräte im Sinne von Anspruch 1 und Anspruch 3.

6. Kombination zweier Kettensysteme zum Zwecke der Kraftübertragung bei Geräten im Sinne von Anspruch 1.

7. System zur federgestützten Aufrechterhaltung der Balance in beiden Varianten (Vorder- oder Hinterbau) für Geräte im Sinne von Anspruch 1.

8. Integriertes Schalt-, Brems- und Lenksystem a) über die Grille und b) an den Pedalen für Geräte im Sinne von Anspruch 1.