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Handantriebe haben sich im Wesentlichen nur bei Rollstühlen durchgesetzt, da sie durch ihre drei bis vier Räder stand - und fahrsicher sind. Der bekannteste hierbei ist der Handkurbelantrieb.
Andere Ansätze von Handantrieben beruhen auf einem Pendellenker, dessen Wippbewegung mittels Seilzügen und dergleichen auf Vorder- bzw. Hinterrad übertragen wird. Auch gibt es Konstruktionen mit kombinierten Hebel - und Kurbelvorrichtungen.
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Diese Varianten für Fahrräder und dergleichen verfügen über verschiedene Defizite, die einer verkehrssicheren und akzeptablen Handhabung entgegenstehen. Einige Versionen erfordern artistisches Geschick oder sind in ihrem Wirkungsgrad unzureichend und technisch nicht ausgereift.
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Zum Beispiel: siehe Gebrauchsmuster
DE20 2012 008 497 U1
Die Kraftübertragung vom Lenker zum Tretlager erfolgt mittels Bowdenzügen. Um einen uneingeschränkten Lenkradius zu gewährleisten, muß der Bowdenzug erheblich länger sein als dargestellt. Die dadurch entstehende Krümmung führt zu starker Reibung proportional zur Krafteinwirkung, was den Wirkungsgrad merklich einschränkt. Die durchhängenden Bowdenzüge schleifen beim Lenken an Vorderrad bzw. Schutzblech.
Die langen Hubbewegungen sind für die Bowdenzüge verschleißträchtig und erfordern stetige Schmierung.
Die feste Übersetzung vom Lenker zum Tretlager ist nicht variabel. Dadurch ergibt sich nach mehreren Umdrehungen ein asynchroner Bewegungsablauf zwischen Armen und Beinen.
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Beispiel 2: siehe Gebrauchsmuster DE20 2014 003 15
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Da isolierte Frontantriebe nicht mit dem Hinterradantrieb gekoppelt sind, ist bei wechselnder Hinterradübersetzung eine abgestimmte Arm- und Beinbewegung unmöglich.
Auch mit dem Hinterrad gekoppelte Handantriebe führen zu unrhythmischen Bewegungen, wenn sie nicht individuell justierbar sind.
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In beiden angeführten Beispielen wird die Nutzung des Kipplenkers beschränkt, da unter Ausnutzung des vollen Kippwinkels die Handgelenke überdehnt werden und dabei auch der Zugriff auf die Handbremshebel nicht möglich ist. Des Weiteren wird bei maximalem Kippwinkel der Wirkungsgrad der Kraftübertragung stark eingeschränkt.
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Beispiel 3 und 4: siehe Gebrauchsmuster
DE20 2004 012 001 U1 und
DE10 2012 002 449 A1 Die mit Hebelsystemen ausgestatteten Fahrräder verfügen über eine schwer handhabbare Steuerfunktion, da sie über keinen herkömmlichen Lenker verfügen.
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Den im Stand der Technik angeführten Beispielen liegt das Problem zugrunde, den zusätzlichen Handantrieb nahezu reibungsfrei, wartungsarm und unter Gewährleistung der gewohnten Handhabung in den Pedalantrieb zu integrieren.
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Diese Problematik wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Konstruktionen gelöst. Die Erfindung dieses integrierten Handantriebs ermöglicht eine schnell erlernbare und verkehrssichere Handhabung und somit ein straßenverkehrstaugliches, den anatomischen Erfordernissen entsprechendes Fahrrad.
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Das bedeutet unter anderem, Arm- und Beinbewegungen sind durch Justierung individuell synchronisierbar.
Insbesondere der Doppel-Pendellenker macht das Fahrrad in allen straßenverkehrsüblichen Situationen beherrschbar.
Der Freilauf im Kettenblatt erlaubt einen separaten Handantrieb, während dessen die Pedalen sich nicht mitdrehen.
Fahrkomfort und Sicherheit werden durch die elastische Obericörperstütze, siehe 2, ergänzt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in den 1 - 12 an einem Fahrrad veranschaulicht. Es zeigen:
- 1 das komplette Fahrrad
- 2 den erfinderisch relevanten Teil des Fahrrades
- 3 die Frontansicht mit waagerechtem Doppel-Pendellenker
- 4 die Frontansicht mit nach links gekipptem Pendellenker
- 5 die Frontansicht mit nach rechts gekipptem Pendellenker
- 6 eine Seitenansicht der Umlaufkette vom Ritzelpaket zum Kettenblattritzel
- 7 die Innenansicht von Kettenblatteinheit mit Ritzel
- 8 eine Ansicht von unten auf Vorgelegewelle mit Freiläufen und Kettenblatteinheit
- 9 den Doppel-Pendellenker mit Details
- 10 die Arretiereinrichtung für den Lenker
- 11 eine Längsschnittansicht des Steuerkopfes mit Steuerrohr sowie Vorbau
- 12 eine Draufsicht des Vorbaus und zwei Schnittansichten mit der integrierten Schenkelfeder
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In den 1 und 2 sind die Hauptkomponenten der Erfindung dargestellt.
Die 3 bis 5 zeigen die Funktionsweise des Doppel-Pendellenkers aus der Frontansicht. Die 6 bis 12 zeigen weitere Detailansichten.
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Die Kraftübertragung des Handantriebs erfolgt über einen Doppel - Pendellenker (9), wobei die obere Lenkstange 2 mittig an eine Welle 1 montiert ist, welche im Lenkervorbau 3 drehbar (12) gelagert ist.
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An der oberen Lenkstange 2 (9) ist an jeder Seite jeweils eine verschiebbare Zugstange 4 mit Klemmschellen 26 befestigt, welche in ihrer Länge parallel zum Vorbau 3 bis auf die Mittelachse des Steuerrohres 5 reicht.
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Am Ende der jeweiligen Zugstange 4 (2) ist eine Fahrradkette bzw. ein Transmissionsmedium 6 eingehängt und verläuft von da zu jeweils einer Umlenkrolle 7 (2+3), die bzw. welches am unteren Ende des Steuerkopfes 8 positioniert ist.
Von den Umlenkrollen 7 läuft das Tmm 6 weiter zur Vorgelegewelle 9 (3+8), die ca. 20 cm vor dem Tretlager 10 im oder am Unterrohr 11 gelagert ist. Das Tmm 6 verläuft weiter über die Freiläufe 12 (2), die beidseitig auf der Vorgelegewelle 9 fixiert sind. Um die Freiläufe verläuft das Tmm 6 von oben herum und auf der Unterseite zurück Richtung Steuerkopf 8, wo das Ende des Tmm's 6 mit einem Dehnelement 13 verbunden ist, das wiederum in der Halterung der Umlenkrollen 7 mit einer Lasche 14 befestigt ist. Dadurch wird das Tmm 6 unter Spannung gehalten.
Eine Umlaufkette 15 (7+8) überträgt die Kraft über ein auf der Vorgelegewelle 9 fixiertes Ritzelpaket 16 weiter auf ein innenseitig am Kettenblatt 36 befestigtes Ritzel 18 (7).
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Kettenblatt und Ritzel sind als eine Einheit zusammen auf einem Freilauf 12 (6+8) angebracht und mit der Tretlagerwelle 33 (7+8) fest verbunden.
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Ein gängiger Umwerfer sorgt dafür, dass die Umlaufkette 15 zwischen den Zahnrädern am Ritzelpaket 16 (8) wechseln kann. Dadurch kann man nach Bedarf das Übersetzungsverhältnis des Handantriebs schnell an unterschiedliche Anforderungen anpassen.
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Der Lenkervorbau 3 (9+11) muß im rechten Winkel zum Steuerrohr 5 (11) angebracht sein, damit beim Pendeln keine Beeinflussung der Spurhaltung eintritt.
Ein ca. 10 cm langes Zwischenrohr 19 verbindet den Vorbau 3 nach unten mit der Lagerkartusche 20, an welcher die untere Lenkstange 21 befestigt ist. Obere 2 und untere Lenkstange 21 müssen sich in einer Ebene parallel zum Steuerkopf 8 bewegen.
An den Außenenden der beiden parallelen Lenkstangen 2+21 (3) sind rechts und links Verbindungsrohre 22 angebracht, welche durch Gelenke 23 die obere und untere Lenkstange 2+21 miteinander verbinden. An diesen Verbindungsrohren 22 sind die Handgriffe 24, in alle Richtungen verstellbar, mit Klemmschellen befestigt. Dieses Doppel - Pendellenker - System ermöglicht, dass bei maximalen Hubbewegungen die Handgriffe waagerecht bleiben (3-5) und die Handgelenke nicht in Drehbewegungen gezwungen werden. Dadurch wird überhaupt erst eine durchgehende Handhabung aller Bedienelemente wie z.B. Bremshebel, Schaltung ect. sowie ein erhöhtes Lenkdrehmoment gewährleistet.
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Längs auf der oberen Lenkstange 2 (9) ist beidseitig jeweils eine Schiene 25 angebracht. Durch eine Nut in den Rohrschellen 26 der Zugstangen 4 werden diese auf den Schienen 25 seitlich verschiebbar geführt. Ein Gewinderohr 27 mit der gleichen Länge der oberen Lenkstange, ist in der Lenkermitte gelagert und auf der einen Seite mit einem Rechts- und gegenüberliegend mit einem Linksgewinde versehen und verbindet beide Rohrschellen 26 der Zugstangen mit dem entsprechenden Innengewinde. Durch Drehung an einer aus dem Gewinderohr herausziehbaren Kurbel lassen sich die Zugstangen synchron nach innen bzw. nach außen bewegen.
Diese Veränderung der Hebellänge erlaubt eine individuelle Synchronisierung von Arm - und Beinbewegungen.
Erst die so erzielte synchronisierte Bewegung integriert den Handantrieb durch einen optimalen Rhythmus in den Pedalantrieb, weil das auf die Pedale drückende Bein ein Abstützpunkt für die auf den Lenker einwirkende Zugkraft des Armes auf der jeweiligen Seite ist. Ohne die Harmonisierung von Arm und Beinbewegungen würde der Bewegungsablauf nach mehreren Pendelbewegungen unrhythmisch, wodurch die Fahrdynamik beeinträchtigt wäre.
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Die Halterung 28 (2+3) der beiden Umlenkrollen 7 befindet sich am oberen Ende des Unterrohres 11, können aber auch direkt am Steuerkopf 8 oder auch kombiniert befestigt werden. Die Umlenkrollen 7 sind so an der Halterung 28 positioniert, dass die Tmm 6 von den Zugstangen 4 radial auf die Mittelachse des Steuerkopfes 8 (3) zulaufen. Damit wird erreicht, dass die Zugkräfte nicht auf die Spurhaltung einwirken und somit in Bezug auf die Lenkbewegungen neutral bleiben. Es ist somit möglich, den Pendellenker auch in engen Kurven einzusetzen.
Die Umlenkrollen 7 sind in dem Mittelwert der Winkel (4+5) befestigt, in welchem die Tmm 6 von den Zugstangen 4 während der maximalen Pendelbewegungen auf die Umlenkrollen 7 zulaufen.
Da die Umlenkrollen 7 (3) exzentrisch am Steuerkopf 8 angebracht sind, ist der Radius zur Steuerkopfachse, den der Haltepunkt der Tmm 6 an den Zugstangen 4 beschreibt, größer als der Radius zur Umlenkrolle. So geraten die Tmm beim Lenken unter Spannung gegenüber der Geradeausposition. Dieser Effekt verbessert den Geradeauslauf beim Pendeln.
Als Umlenkrollen sind je nach Tmm kugelgelagerte Ritzel oder gummierte Schulterrollen geeignet.
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Die natürliche Haltung beim Fahren ist eher ein Aufstützen auf den Lenker. In bestimmten Situationen ist eine Vorrichtung notwendig, die den gewohnten Reflexen entspricht.
Diese Aufgabe erfüllt eine Schnellarretierung.
Ein Schlitten 29 (9+10), der auf dem Lenkervorbau 3 in einer Führung läuft, wird mit seiner keilförmigen Spitze durch eine starke Feder in eine keilförmige Vertiefung 30 der Nabe 31 der oberen Lenkstange 2 geschoben.
Mit einem Spannhebel, über Bowdenzug betätigt, kann dieser Schlitten beliebig zurückgezogen werden.
Dadurch kann man stufenlos zwischen fester Arretierung und variablem Pendelradius wählen. Ein Verriegelungssystem im Spannhebel erlaubt es, den Schlitten in einer gewünschten Position zu fixieren. Durch das Betätigen des Handbremshebels, der mit dem Spannhebel kombiniert ist, wird dieser optional zuschaltbar entriegelt und durch den Druck der Schlittenfeder wird der Lenker automatisch arretiert.
Eine temporäre Arretierung des Lenkers in beliebiger Pendelposition erfolgt durch Einsatz des Rücktritts. Durch diesen werden die beidseitigen Tmm 6 strammgezogen und fixieren den Lenker. Dies ermöglicht eine prompte Beherrschbarkeit des Lenkens.
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Eine Schenkelfeder 32 (12) im Vorbau 3 zieht den Lenker stets in seine waagerechte Ausgangsstellung zurück, wobei der Haltebolzen 52 im Vorbau und der Mitnehmerstift 53 in der Lenkernabe 31 sitzt. Damit gleicht die Spannung der Schenkelfeder den mangelnden Widerstand aus, falls der Pedalantrieb dem Handantrieb vorauseilt oder das Fahrrad sehr schnell rollt. Somit wird die Handhabung des Pendellenkers wesentlich verbessert.
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Um ein schlingerfreies Fahren zu erreichen, sind die Pendelbewegungen so auszuführen, dass sie parallel zur Neigung des Steuerrohres 5 verlaufen.
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Auf der rechten Seite der Tretlagerwelle 33 (6-8) ist ein Freilauf 12 befestigt. Das Kettenblatt 36 (7) ist mit dem innenseitigen Ritzel 18 als Einheit an den Freilauf montiert. Der Freilauf bewirkt, dass sich bei der Nutzung des Handantriebes die Tretlagerwelle 33 nicht mit dreht, sondern nur das Ritzel mit dem Kettenblatt. Tritt man wieder in die Pedale, rastet der Freilauf wieder ein und der Pedalantrieb greift wieder.
Somit kann man wahlweise mit Hand- oder Fußantrieb oder kombiniert fahren.
Ein an der Kettenstrebe 38 abgestützter Rücktrittmechanismus 34 auf der Tretlagerwelle 33 neben dem Ritzel 18 verbindet diese beiden Komponenten beim Rücktritt durch eine Kupplung 39, so dass diese Lenkerarretierung intakt bleibt.
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Die ergonomische, gefederte Oberkörperstütze 40
ist über eine rechteckige Steckverbindung 41 (2) mit der Sattelspitze 42 verbunden und macht von dort einen Aufwärtsbogen bis zur Höhe des Brustbeins des Fahrers. Von dort verläuft sie (von links betrachtet) in einer S - Kurve auf das obere Ende des Stützrohres 43 zu (9+1 1). Die S - Form ermöglicht bei aufgelehntem Oberkörper ein Einfedem der Oberkörperstütze bei Bodenunebenheiten. Das ca. 30cm lange Stützrohr 43 ist passgenau im Steuerrohr 5 versenkt.
Im Stützrohr befindet sich eine Spiralfeder 44, die dieses nach oben drückt. Das Stützrohr lässt sich ca. 20 cm in der Höhe verschieben und über eine Klemmvorrichtung 51 feststellen und ermöglicht so eine individuelle Anpassung an die gewünschte Körperhaltung.
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Am Ende des Stützrohres 43 ist ein Dorn 45 montiert, der in den entsprechenden Adapter 46 am Ende der Oberkörperstütze 40 (2) einrastet. Um eine höhere Krafteinwirkung auf den Lenker zu erreichen, ist das Brustbein auf die Oberkörperstütze aufzulehnen, so dass sich der Schultergürtel über dem Lenker befindet. Dadurch kann man die Kraft des gesamten Oberkörpers in den Vortrieb einbringen. Sie ist ein Gegenlager bei starker Zugkraft am Pendellenker und verhindert, da sie übergangslos an der Sattelspitze befestigt ist, ein Abrutschen vom Sattel beim Überfahren von Unebenheiten. Die Oberkörperstütze entlastet auch den Rücken und reduziert den Druck auf die Handgelenke. Durch den zusätzlichen Halt verbessert sie den Fahrkomfort und die Fahrsicherheit.
In den Bereichen, wo sich Körperkontakt ergibt, ist die Oberkörperstütze 40 entsprechend gepolstert 47 (2).
Im Brustbeinbereich befindet sich unter der Polsterung 47 ein Mehrkammer-Gummibalg 48 mit Ventilen. Das zusätzliche Luftpolster erhöht den Komfort der Oberkörperstütze und ergänzt die Höhenjustierung.
Über Schnellverschlüsse an den beiden Enden lässt sich die Oberkörperstütze an- bzw. abkoppeln.
Für das Stützprofil - - Flachmaterial, ca. 20 - 30 mm × 3 - 4 mm - eignen sich elastische Materialien wie z.B. entsprechende Aluminiumlegierungen oder Glasfaser- verstärkte Kunststoffe ect.
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Der proportionale Anteil von Handantrieb und Beinantrieb wird durch Sensoren erfasst und auf einem Display grafisch dargestellt, insbesondere über einen historischen Zeitraum, welcher die Durchschnittswerte veranschaulicht. Dadurch hat man einen Überblick über die Entwicklung des Kraftanteils vom Handantrieb sowie des allgemeinen Trainingsverlaufes. Das tatsächliche Verhältnis von Fuß - und Handantrieb wird durch Eichung am Hinterrad ermittelt und somit in die Datenverarbeitung des Bordcomputers eingerechnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1=
- Lenkerwelle
- 2=
- Obere Lenkstange
- 3=
- Lenkervorbau
- 4=
- Verschiebbare Zugstangen
- 5=
- Steuerrohr
- 6=
- Transmissionsmedium (Tmm)
- 7=
- Umlenkrolle
- 8=
- Steuerkopf
- 9=
- Vorgelegewelle
- 10=
- Tretlager
- 11=
- Unterrohr
- 12=
- Freiläufe
- 13=
- Dehnelement
- 14=
- Lasche
- 15=
- Umlaufkette
- 16=
- Ritzelpaket
- 17=
- Kurbelarm
- 18=
- Ritzel am Kettenblatt
- 19=
- Zwischenrohr
- 20=
- Lagerkartusche
- 21=
- Untere Lenkstange
- 22=
- Verbindungsrohre
- 23=
- Gelenke
- 24=
- Handgriffe
- 25=
- Schiene auf oberer Lenkstange
- 26=
- Rohrschelle der Zugstange
- 27=
- Gewinderohr
- 28=
- Halterung der Umlenkrolle
- 29=
- Metallschlitten (Schieber)
- 30=
- Keilförmige Vertiefung in der Lenkernabe
- 31=
- Lenkernabe
- 32=
- Schenkelfeder
- 33=
- Tretlagerwelle
- 34=
- Rücktrittmechanismus
- 35=
- Tretlagerbuchse
- 36=
- Kettenblatt
- 37=
- Vierkant der Tretlagerwelle
- 38=
- Kettenstrebe
- 39=
- Kupplung
- 40=
- Oberkörperstütze
- 41=
- Steckverbindung
- 42=
- Sattelspitze
- 43=
- Stützrohr (für die Bruststütze)
- 44=
- Spiralfeder
- 45=
- Dorn
- 46=
- Adapter (am Ende der Oberkörperstütze)
- 47=
- Polsterung
- 48=
- Luftbalg
- 49=
- S-Kurve
- 50=
- Elastisches Element
- 51=
- Klemmring Stützrohr (für Bruststütze)
- 52=
- Haltebolzen
- 53=
- Mitnehmerstift
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012008497 U1 [0003]
- DE 202004012001 U1 [0006]
- DE 102012002449 A1 [0006]
