DE2423026A1

DE2423026A1 - Kraftuebertragungseinrichtung

Info

Publication number: DE2423026A1
Application number: DE2423026A
Authority: DE
Inventors: Walter O Peterson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-16
Filing date: 1974-05-13
Publication date: 1974-12-05
Also published as: IT1012371B; FR2229891A1; JPS5030243A; CA998855A; FR2229891B1; US3888512A; GB1466359A

Description

875 Classic Place, Eugene, Oregon, V.St.A.

Kraftübertragungsei nri chtung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Kraftübertragungseinrichtungen, und insbesondere auf eine Kraftübertragungseinrichtung, die zur optimalen Hebel übersetzung für eine gewünschte Kraftvervielfachung einen verstellbaren Unterstützungspunkt hat. Die Erfindung wird zwar unter Bezugnahme auf ein Fahrrad beschrieben und dargestellt, das bedeutet jedoch nicht, daß die Erfindung darauf beschränkt ist.

Im Stand der Technik sind verschiedene Arm- oder Hebel anordnungen zum übersetzen der Wechsel bewegung eines Hebels in eine Drehbewegung bekannt. In solchen Anordnungen sind Hebel vorgesehen, denen

409849/0325

2A23026

biegsame Elemente zugeordnet sind, welch letztere um ein Drehteil herumgeführt sind und dasselbe antreiben, wie beispielsweise ein Kettenrad, das in Verbindung mit einer Ein-Richtungskupplung einem Rad eines Beförderungsmittels eine Drehbewegung verleiht.

Die Erfindung ist innerhalb einer Hebel- und Unterstützungspunktkombination ausgeführt, in welcher die Lage des Unterstützungspunkts leicht längs des Hebels verschoben werden kann, um den Arbeitsgewinn zu verändern. Wenn die Kraft kontinuierlich angelegt sein soll, wie in dem Fall der Einwirkung eines Drehmoments auf eine Welle, können mehrere Hebel verwendet werden, um biegsame Elemente, wie etwa Rollenketten, die an den Hebelenden befestigt sind,wechselweise um Ritzel zu ziehen, die schließlich das Antriebsrad antreiben. Eine Ausführungsform der Erfindung ist für die Verwendung bei einem Fahrrad bestimmt, wobei die Hebel die Form von Pedalarmen haben, denen an ihren entgegengesetzten Enden außerhalb ihrer Unterstützungspunkte Rollenkettensegmente zugeordnet sind, die über Ritzel geführt sind. Die Änderung der Lage der Unterstützungspunkte längs der Hebel oder Pedal arme durch Trägereinrichtungen ändert sowohl die Länge wie auch die Bewegung des Arbeit leistenden Abschnitts des Hebels. Wenn die Erfindung,als Kraftübertragungseinrichtung für ein Fahrrad ausgeführt ist, kann die Bedienungsperson diesen Abschnitt in einer Folge von kurzen Bewegungen hoher Hebelübersetzung mit hoher Kraftvervielfachung zu dem Antriebsrad bewegen, oder, umgekehrt, mit Bewegungen niedriger Hebelübersetzung mit niedriger Kraftvervielfachung bewegen, um sich dem vorhandenen Gelände am besten anzupassen.

Ein wichtiges Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zu schaffen, durch welche die Beziehung zwischen einem Hebel und seinem Unterstützungspunkt (Hebelunterlage) leicht geändert werden kann. Der Hebel und die Hebelunterlage werden durch Sperrelemente, die den Hebel so eingrenzen, daß er eine Schwing- oder Betätigungsbewegung um die Hebel unterlage ausführt, in verstellbarem verzahntem Eingriff gehalten. Jede Hebel unter!age ist durch einen einzigen Träger verstellbar abgestützt. Demgemäß ergibt sich nach einer solchen Positionierung eine neue Unterstlitzungspunktlage, wodurch der Arbeitsgewinn geändert

409849/0325

wird. Ein wichtiges Merkmal besteht darin, daß ein unendlicher Bereich von Unterstützungspunktpositionen möglich ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Träger für die Hebel unterlagen zu schaffen, welcher ein gleichzeitiges Verschieben mehrerer Hebel unterlagen längs ihrer zugeordneten Hebel ermöglicht. Ein derartiges Verschieben und Rückstellen der Hebel unterlagen wird in synchronisierter Weise mit Arretierung des Hebelarms auf der Hebel unter!age durch Sperrelemente erreicht. Der Hebel unterlageträger ist seinerseits längs Tragschienen des Beförderungsmittels positionierbar.

Ein weiteres wichtiges Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Kraftübertragungseinrichtung zum Ausüben eines Drehmoments auf eine Welle eines angetriebenen Beförderungsmittels ohne Benutzung von Getrieben, Rollenkettenverschiebungsvorrichtungen oder mehreren zusammenwirkenden Kettenrädern. Das letztgenannte System, wie es zur Zeit auf dem Gebiet des Fahrradantriebs verwendet wird, ist hinsichtlich sowohl der Herstellungskosten als auch der Wartung nachteilig.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Übertragungseinrichtung in der Lage ist, während kontinuierlicher Ausübung von Kraft auf die Pedal arme die Verlagerung der Hebelunterstützungsräder zu ermöglichen.

Die Erfindung schafft also eine Kraftübertragungseinrichtung, die mehrere Hebel aufweist, welche um positiohierbare Hebelunterstützungsräder betätigt werden können, . die das Verändern des Arbeitsgewinns der Hebel ermöglichen.Sperrelemente, die jedem Hebel zugeordnet sind, halten den Hebel so fest, daß er um einen Abschnitt des Radumfangs eine Schwenkbewegung ausführen kann, während zusätzlich das Positionieren des Hebel Unterstützungsrades längs seines Hebels möglich ist, um den Arbeitsgewinn zu ändern. Zum Positionieren jedes Hebelunterstützungsrades ist ein Trägerrahmenwerk auf einem Rahmenteil eines Beförderungsmittels verstellbar gehaltert. Der Träger stellt außerdem eine Einrichtung zum Festhalten jedes Hebelunterstützungsrades gegen Kräfte dar, die während der Hebel betätigung auf

£09849/032 5

den Radumfang ausgeübt werden. Durch abwechselnde Hebel betätigung werden Rollenkettensegmente, die über Kettenräder eines mit einer Ein-Kichtungskupplung versehenen Achsgehäuses geführt sind, angetrieben, und dadurch ein Rad des Beförderungsmittels angetrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines mit der Einrichtung nach der Erfindung ausgerüsteten Fahrrades,

Fig. 2 eine horizontale Draufsicht auf eine Hebelunterstützungsanordnung längs der Linie 2-2 von Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Hebelunterstützungsanordnung,

Fig. 4 anhand einer Schnittansicht längs der Linie 4-4 von Fig. 2 einen Teil des Trägers, der auf einer Rahmenschiene aufliegt und durch dieselbe abgestützt ist,

Fig. 5 in einem Vertikalschnitt längs der Linie 5-5 von Fig. den HebelunterstUtzungsträger, wobei die Hebelunterstützungsanordnungen aus Darstellungsgründen weggelassen sind,

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht des hinteren Teils des Fahrradrahmens, der in Verbindung mit der Erfindung verwendet wird,

Fig. 7 eine Seitenansicht auf der Linie 7-7 von Fig. 1, die eine Hinterachsanordnung zeigt,

Fig. 8 einen Seitenschnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7, wobei ein Quadrant weggebrochen ist, um Einzelheiten der Kupplung zu zeigen, und

403349/0325

Fig. 9 eine Seitenansicht eines Armendes mit einem daran befestigten Kettensegment.

In den Zeichnungen, auf welche im folgenden fortwährend Bezug genommen wird, bezeichnen die Bezugszahlen Teile, die in der folgenden Beschreibung in derselben Weise bezeichnet sind. Ein Fahrradrahmen, bei welchem es sich um eine geschweißte Rohrkonstruktion ähnlich einer herkömmlichen Fahrradkonstruktion handeln kann, trägt einen Sitz 1, eine Lenkstange 2, Vorder- und Hinterräder 3 bzw. 4 und obere und untere Rahmenteile 5 bzw. 6, die vorn in einem Lenkrohr 8 enden. Ein Sitzrohr 7 vervollständigt den Hauptrahmen des Fahrrades.

Einstückig mit dem zuvor beschriebenen Rahmen sind die im folgenden beschriebenen Rahmenteile gebildet, zu welchen ein Paar sich nach hinten und horizontal erstreckende Rahmenschienen 10 gehören, längs welchen die zuletzt beschriebenen Hebel unterstützungsträger positioniert werden können. Mit Abstand von den Schienen 10 und unterhalb derselben ist ein Paar Rahmenteile 11 angeordnet, die aufwärts geneigte Abschnitte HA haben, die an dem hinteren Ende der Schienen 10 starr befestigt sind. Von den Schienen 10 aus erstrecken sich Verstärkungsteile 12 nach oben, die nach vorn geneigt und an dem Sitzrohr 7 starr befestigt sind. Der Fahrradrahmen enthält ein Kastenteil 13, welches die vorderen Enden der Schienen 10 aufnimmt und ein nach unten vorstehendes Rahmenteil 14 haltert, an dessen unterem Ende ein die Rahmenteile verbindendes Querteil 15 befestigt ist. Das Rahmenteil 6 steht von dem Kastenteil 13 aus nach vorn vor und ist bei 6A mit Löchern versehen, deren Zweck weiter unten erläutert ist.

Gemäß der Darstellung in den Fig. 1 und 5 hat ein in seiner Gesamtheit 16 bezeichneter Hebel unterstützungsträger eine Plattenschweißkonstruktion, die dazu dient, ein Paar weiter unten beschriebene HebelUnterstützungsanordnungen zu hai tern,und sowohl eine Schwingbewegung der Anordnungen als auch eine Vor- und Rückverlagerung der Anordnungen ermöglicht. Zum Verlagern des Trägers 16 in Vorwärts- und Rückwärtsrichtungen ist derselbe mit sich nach vorn erstreckenden Rohrteilen 17 versehen, deren Ende an einer Büchse 18 befestigt ist, die auf dem Rahmenteil 6 verschiebbar und arretierbar ist. Eine Verriegelungsvorrichtung 20 auf der Büchse 18 wird durch Federvorspan-

409849/0325

nung in eine VerriegelungssteUung gedrängt, in welcher ein Ansatz 23 in einer Büchsenöffnung und in einer mit dieser fluchtenden öffnung einer Reihe von öffnungen 6A in dem Fahrradrahmenteil 6 sitzt.

Insbesondere aus den Fig. 4 und 5 ist zu erkennen, daß der Träger 16 mittels Rollen 24, die auf an dem Träger befestigten Achsen

25 gelagert sind, eine durch diese Rollen abgestützte Bewegung längs der Rahmenschienen 10 ausführen kann. Die Oberseiten der Rahmenschienen 10 bilden zwei Abstützflächen, auf welchen sich die Rollen 24 während der Vorwärts- und Rückwärtsverschiebung des Trägers 16 bewegen. Zusätzlich hat der Träger 16 zwei Ritzer26 auf Achsen 27, welch letztere zwischen Trägerteilen 28 und 29 befestigt sind, die die Form von sich nach oben erweiternden Platten haben und durch ein zentrales Oberbrückungsteil 30 miteinander verbunden sind. Versteifungsteile 31 und das überbrückungsteil 30 sorgen ebenso wie Befestigungsteile 17 für Starrheit. Die Ritzel

26 kämmen mit Zahnstangen 32, die an der Unterseite der Schienen 10 befestigt sind und in Verbindung mit Rollen 24 die Bewegung des Trägers 16 längs der Schienen 10 zum Zweck der Lageänderung der im folgenden beschriebenen Hebel Unterstützungsanordnungen erleichtern. Büchsen 33 bilden gemeinsame Lagerbüchsen für jedes Ritzel 26 und sein ihm zugeordnetes Hebel Unterstützungsrad, wie weiter unten beschrieben.

In den Fig. 1 bis 3 sind die Hebel Unterstützungsanordnungen in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 34 bezeichnet. Die Hebel Unterstützungsanordnungen sind in der Lage, eine Schwenkbewegung um die miteinander fluchtenden Achsen 27 auszuführen. Jede Hebel Unterstützungsanordnung 34 enthält zwei Seitenplatten 35 mit unregelmäßigem vertikalem Querschnitt, die an ihren oberen Rändern mit Abstand voneinander durch Stifte 36 verbunden sind, während die untersten Enden des Plattenpaars mit öffnungen zum Aufnehmen einer Achse 27 des Trägers 16 versehen sind, so daß eine Schwingbewegung der Platten 35 um die Achse 27 möglich ist. Zwischen jedem Paar Platten 35 kann sich ausserdem ein Hebel Unterstützungsrad 37 um seine Tragachse 27 drehen.

409849/0325

Jedes Hebelunterstützungsrad und sein Gegenritzel 26 drehen sich gemeinsam, weil sie mit der gemeinsamen Lagerbüchse 33 (Fig. 5) verkeilt oder in anderer Weise fest verbunden sind. Aus vorstehenden Erläuterungen ist ersichtlich, daß jedes Paar Seitenplatten 35 sich während der Hebelbetätigung bogenförmig um die Achse 27 herumbewegen kann, wohingegen das dazwischen angeordnete Hebelunterstützungsrad aufgrund seines Gegenritzels 26 feststehend gehalten wird, das mit der Zahnstange 32 in festem Eingriff gehalten ist. Das Ritzel und das Hebelunterstützungsrad wirken somit wie ein einziges Teil. Demgemäß sind Einrichtungen vorgesehen, die eine Bewegung des Hebelunterstützungsrades verhindern.

Jede HebelUnterstützungsanordnung enthält außerdem Sperrelemente 38, die auf den Stiften 36 drehbar gelagert sind und die Aufgabe haben, einen als einen Pedal arm 40 dargestellten Hebel festzuhalten. Eine Zahnstange 41 bildet mit dem Arm 40 ein gemeinsames Teil. Die Zahnstange 41 ist in Zahneingriff mit ihrem darunter befindlichen Hebelunterstützungsrad 37. Die Zahnstange 41 jedes Pedal arms erstreckt sich ein beträchtliches Stück längs der Unterseites des Arms.

Die vorderen Abschnitte der Arnie 40 haben abgewinkelte Abschnitte, damit Fußpedale 42 eine zweckmäßige Bewegung ausführen können. Jeder Arm 40 kann einen umgekehrten T-Querschnitt oder einen anderen geeigneten Querschnitt haben, der für eine angemessene Steifigkeit sorgt. An dem hinteren oder Arbeit leistenden Ende jedes Arms ist ein Ende eines Rollenkettenstückes 43 befestigt, deren vordere Enden durch einen gemeinsamen Sei labschnitt 44 miteinander verbunden sind, der über eine Seilscheibe 45 an dem Fahrradrahmen geführt ist. Zum Synchronisieren der Armbewegung sind die Arme in der Nähe ihrer entgegengesetzten entsprechenden Enden durch biegsame Seilstücke 46-47 miteinander verbunden, die über Seilscheiben 48 bzw. 49-50 geführt sind. Die beiden Seilscheiben 49 und 50 leiten das Seil 47 über den Fahrradrahmen.

In den Fig. 7 und 8 ist eine Achsanordnung in ihrer Gesamtheit mit bezeichnet. Sie enthält Ein-Richtungskupplungsvorrichtungen, die durch kettengetriebene Kettenräder 52 angetrieben sind. Die Achsanordnung

40 9 849/0325

enthält Antriebswellen 53, die an ihren inneren Enden mit einem ersten Kupplungsteil 54 versehen sind, welches bei 55 mit der Welle verkeilt ist. Ein angetriebenes äußeres Kupplungsteil 56 hat eine becherförmige Gestalt mit einer Ringwand 57, an die Klemmkörper durch Drehung des Kupplungsteils 54 im Gegenuhrzeigersinn (durch Pfeil dargestellt) angedrückt werden können. Eine freie Drehung oder Freilaufen des angetriebenen Kupplungsteils 56 in bezug auf den antreibenden Kupplungsteil 54 führt zu einer Einwärtsbewegung und zum Lösen der Klemmkörper 58 von der Wand 57. Ein solcher Kupplungsaufbau ist bekannt; derartige Kupplungen werden im allgemeinen als Freilaufkupplungen bezeichnet. Die Antriebswellen 53 sind in Lagerbüchsen 60 an ihren äußeren Enden in geeigneter Weise drehbar gelagert, während ihre inneren Enden in Lagern 61 drehbar gelagert sind. Ein Achsgehäuse 62 bildet mit den angetriebenen Kupplungsteilen 56 ein gemeinsames Teil. Um das Gehäuse 62 herum sind Speichenträger 62A angeordnet.

Im Betrieb der Kraftübertragungseinrichtung führt eine auf einen Pedalarmhebel 40 ausgeübte Kraft zu einer Hebel Schwenkung um das Hebelunterstützungsrad 37, und zwar aufgrund des Zahneingriffes zwischen der an dem Arm angebrachten Zahnstange 41 und dem feststehenden Hebelunterstützungsrad. Gleichzeitig schwenken die Seitenplatten 35 um die Achse des Hebelunterstützungsrades, während die Halter den Arm und die Zahnstange 41 mit dem Hebelunterstützungsrad in Eingriff halten. Der Arbeit leistende oder nach hinten vorstehende Teil des Arms treibt das an ihm befestigte Kettenstück 43 an, welches das Kettenrad 52 und die zugeordneten Kupplungsteile in einer Richtung antreibt, in welcher dem dargestellten Fahrrad eine Vorwärtsbewegung verliehen wird. Wie weiter oben bereits erwähnt, gestattet eine Freilaufkupplungsvorrichtung dem übrigen Kettenrad, sich in einer entgegengesetzten Richtung koinzident mit der entgegengesetzten Abwärtsbewegung seines zugeordneten Kettenstücks und Pedalarmendes zu drehen.

Zur Vergrößerung des Arbeitsgewinns und der Kraftvervielfachung jedes Pedal arms kann der Träger 16 aus seiner in Fig. 1 dargestellten Stellung durch Verstellen der Büchse 18 längs des Rahmenteils 6 nach rückwärts verschoben werden. Eine derartige Verlegung des Trägers wird durch die Rollbewegung der Rollen 24 längs der Abstutzflächen

409849/0325

der Rahmenschienen 10 unterstützt. Diese Bewegung führt zu der gleichzeitigen Drehung der Ritzel 26 gemeinsam mit ihren zugeordneten Hebel Unterstützungsrädern 37 aufgrund der sie miteinander verbindenden Lagerbüchsen 33, die außerdem dazu dienen, die Hebelunterstützungsräder gegen Hebelbelastungen während der Hebel betätigung festzuhalten. Die Hebelunterstützungsräder 37 werden sich längs der Pedalarmzahnstange 41 nach rückwärts bewegen, während sich die Ritzel 26 längs der Zahnstangen 32 bewegen. Eine Stellung des Trägers 16, in welcher er aus seiner in Fig. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung nach rückwärts verstellt ist, kann als eine Erster-Gang-Stellung bezeichnet werden, weil aufgrund des Verhältnisses des verkürzten Arbeitsabschnitts des Pedalarms zu dem verlängerten Kraftabschnitt des Arms 40 eine beträchtliche Kraftvervielfachung erreicht wird. Wenn der Träger 16 in seine vordere, mit ausgezogenen Linien dargestellte Stellung in Fig. 1 zurückkehrt, wird das Verhältnis so verändert, daß es sich einem l:l-Verhältnis nähert. Offenbar können in der Arm-Zahnstangen-Konfiguration Änderungen derart vorgenommen werden, daß eine weitere Vorwärtsverlagerung des Trägers 16 und der von diesem getragenen Hebelunterstützungsräder 37 über ein 1:1-Verhältnis hinaus in eine Stellung ermöglicht wird, in welcher die HebeTunterstützungsposition dazu führt, daß dann der Hebel 40 in einer geschwindigkeitsvervielfachenden Beziehung zu dem Hebelunterstützungsrad steht.

Die Quelle der auf die Hebel ausgeübten Kraft kann mechanischen Ursprungs sein, und außerdem kann die Kraftübertragungseinrichtung zum Erreichen der gewünschten Ziele auch in anderer Weise ausgeführt sein, beispielsweise innerhalb einer stationären Struktur.

- Patentansprüche -

409849/0325

Claims

Patentansprüche

Iy Kraftübertragungseinrichtung zum Umsetzen einer Hebelwechselbewegung in eine Drehbewegung, gekennzeichnet durch mehrere Hebel (40), durch eine Unterstützungsanordnung, die jeden der Hebel abstützt und ein Hebelunterstützungsrad (37) enthält, welches längs des Hebels positionierbar ist, wobei die Unterstützungsanordnung außerdem eine Haltevorrichtung (38), die den Hebel mit dem Hebelunterstützungsrad in Eingriff hält, und Einrichtungen enthält, die die Haltevorrichtung schwenkbar haltern, so daß dieselbe während der Hebelbewegung eine Schwenkbewegung um die Achse (27) des Hebelunterstützungsrades ausführen kann, durch einen Träger (16) für die Hebel Unterstützungsanordnungen, der längs eines feststehenden Tragschienenteils tlO) einstellbar und arretierbar ist, welches ein Verlegen des Hebelunterstützungsrades und der Halteeinrichtung jeder Hebel Unterstützungsanordnung zum Ändern des Arbeitsgewinns des unterstützten Hebels ermöglicht, und durch Einrichtungen (43, 44), die die Arbeit leistenden Enden der Hebel mit einem angetriebenen Teil (52) verbinden, damit letzterem eine Drehbewegung verliehen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (16) außerdem Ritzel (26), die mit einer Zahnstange (32) an dem feststehenden Schienenteil in Eingriff sind, und geneinsame Lagerbüchsen (33) enthält, die jedes der Ritzel und ein Hebelunterstützungsrad (37) miteinander verbinden, wodurch das Hebelunterstützungsrad durch das mit der Zahnstange in Eingriff befindliche Ritzel an einer Bewegung während der Hebel betätigung gehindert wird.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Unterstützungsanordnung Seitenplatten (35) enthält, die so montiert sind, daß sie während der Hebel betätigung eine Schwenkbewegung um die Achse (27) der Lagerbüchse (33) ausführen können, und daß die Halteeinrichtung Räder (38) enthält, die zwischen den Seitenplatten jeder Unterstützungsanordnung so angebracht sind, daß sie an dem Hebel (40) anliegen und den Hebel mit seinem ihn abstützenden Hebelunterstützungsrad (37) in Eingriff halten.

409849/0325
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (16) für die Unterstützungsanordnungen Rollen enthält, die ihn abstützen und sich längs des feststehenden Tragschienenteils (10) bewegen können, und daß der Träger (16) ausserdem von Hand einstellbare Vorrichtungen enthält, die ein Verstellen des Trägers längs des Schienenteils ermöglichen, was zu einem Verstellen der Hebel Unterstützungsräder (37) längs ihrer zugeordneten Hebel und damit zu einer Änderung des Arbeitsgewinns des Hebels führt.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Enden der Hebel (40) durch biegsame Seile (44, 46, 47), die über Seilscheiben (45, 48, 49, 50) geführt sind, zwecks Koordinierung der Hebel bewegung miteinander verbunden sind.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen, die die Arbeit leistenden Enden der Hebel (40) miteinander verbinden, eine Rollenkette (43) und eine Kettenradanordnung (52) enthalten, welch letztere dem antreibenden Teil (54) einer Ein-Richtungskupplung zugeordnet ist.

409849/0325