DE2944079A1 - Muskelbetriebenes zweirad - Google Patents

Description

• Uuskelbetriebenes Zweirad.
• Die Erfindung betrifft ein muskelbetriebenes Zweirads das auf Grund seines rad und gewichtsparenden Antriebes auch einen vereinfachten Rahmen aufweist und somit durch eine insgesamt erheblich leichtere und kleinere Konstruktion problemloser in anderen Yerkehrsxitteln transportiert werden kam.
• Mit der Einführung des Kettenantriebes wurde für das heute Obliche Fahrrad eine Übersetzung zwischen der Antriebekurbel und den Laufrad ermöglicht. Seither kann ohne das vorher übliche Hochrad mit einer Kurbeluidrehung ein akzeptabler Weg zurOckgelegt werden. Für ein schaltungsloses Herrenrad wird eine Entfaltung (der Weg, der mit einer Kurbeluidrehung zurückgelegt werden kann) von etwa 4,80 i bis 5,60 m verlangt. Bei den bekannten Kettenantrieben kann das Übersetzungsverhaltnis durch das Austauschen der KettenrFder an die persönlichen Bedürfnisse angepaßt werden. Ferner ermöglicht der Kettenantrieb auch die bekannten Kettenschaltungen.
• Allgemein ist bekannt, daß der Kettenantrieb die Fahrerbekleidung verschmutzen und beschädigen kann und daß er auch eine Unfallgefahr darstellt. Zwar können diese Nachteile durch einen Kettenschutz re- duziert werden, doch der Kettenschutz schafft wieder neue Probleme.
• Durch falsches Spannen der Kette und durch Störungen läuft die Kette von den Kettenrädern herunter. Diese Tatsache und die Beschmutzungsgefahr beim Aufmontieren der Kitte ist jedem Radfahrer ein Ärgernis.
• Ein Kettenschutzblech oder Kettenkasten erschwert das Aufbringen der Kette erheblich.
• Das Transportieren eines Fahrrades z.B. im Kofferraum eines PKW ist nur schlecht möglich, wenn die Laufräder nicht abmontiert werden.
• Das Ab- und Anmontieren des Antrieblaufrades ist wegen der Kette selbst beim Einsatz von Schnellspannschrauben nicht problemlos und wird deshalb kaum durchgeführt. Zudem wird durch den Kettenantrieb das Fahrrad insgesamt verlängert und sein Gewicht erhöht und auch dadurch seine Transportfähigkeit im PKW oder anderen Fahrzeugen erschwert.
• Die vor Jahren auf den Markt gekommenen Klappräder haben wegen der kleinen Laufräder schlechte Fahreigenschaften und wegen des Einrohrrahmens ein hohes Gewicht und setzten sich deshalb nicht durch.
• (Das Fahrradhandbuch; Rowohlt Taschenbuch 7178, Mai 1979, Seiten 39, 140 f.f.) Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Fahrrad zu entwickeln, das im Vergleich zu heute üblichen Sporträdern gleichbleibendes, oder besseres Fahrverhalten aufweist, leichter zerlegbar ist, geringeres Gewicht und kleinere Abmessungen hat und somit handlicher ist und deshalb insbesondere besser geeignet ist, es in anderen Verkehrsmittel unterzubringen und zu transportieren0 Diese Aufgabe wird besonders vorteilhaft mit einem kettenlosen Zweirad gelöst, indem das Tretlager in den Mittelpunkt des angetriebenen Rades verlegt wird und die zwischen Tretkurbel und Laufrad notwendige Drehzahl übersetzung und Kraftübertragung mittels Umlaufgetriebe realisiert wird. Außerdem werden die Laufräder mit Schnellspannvorrichtungen am Rahmen so befestigt, daß sie schnell und problemlos montiert und demontiert werden können. Ferner wird durch das vorgeschlagene Antriebssystem eine leichtere und kleinere Rahmenkonstruk- tion erzielt und folgedessen die Transportfähigkeit weiter erhöht.
• Die Lagerung des Tretlagere wird hierfür in die hinteren Ausfallenden des Rahmens verlegt. Die bisher fest am Rahmen angeschraubte Achse des Hinterrades entfällt und wird durch die Welle des Tretantriebes ersetzt. Die Innenringe des Kurbelwellenlagers können fest auf der Kurbelwelle montiert sein. Die Außenring dieser Lager werden in Lagergehäuse in den hinteren Ausfallenden des Rahmens eingespannt. Die Lagergehäuse können geöffnet werden und dadurch ist ein schneller Ausbau des Hinterrades möglich. Weil die Position der beiden Lagergehäuse gegeneinander nicht genau fixiert werden kann, sind an dieser Stelle Lager, z.8. Rillenkugellager, einzusetzen, die unempfindlich gegen Fluchtfehler sind und auch Axialkräfte aufnehmen können. Die für den Antrieb vorgesehenen Umlaufgetriebearten sind allgemein bekannt und z.S. beschrieben in: Tochternann/ Bodenstein, Konstruktionselemente II, 8. Auflage Seite 53 f.f.
• Die vielen auch für den vorgeschlagenen Zweiradantrieb möglichen Varianten der Umlaufgetriebe können hier nicht alle beschrieben werden.
• Einer detailierten Konstruktion bleibt es überlassen, die Zahl der Planetenräder, den An- und Abtrieb über das Stegrad oder über innen-oder außenverzahnte Sonnenräder, sowie die Übersetzungssteuerung über ein Sonnenrad, oder Stegrad vorzunehmen.
• Im folgenden werden aus Anschaulichkeitsgründen nur die einfachsten Anordnungen in den wesentlichen Punkten aufgeführt.
• So kann z.B. das treibende Rad des Umlautgetriebes starr oder über einen Freilauf mit der Welle des Tretantriebes verbunden sein und bei feststehendem Steg über die Planetenräder die Nabe des Laufrades antreiben.
• Um unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse zwischen Tretkurbel und Laufrad zu erreichen, kann das Planetengetriebe nach bekanntem Verfahren manuell, oder automatisch umgeschaltet werden.
• Eine stufenlos verstellbare Übersetzung kann erreicht werden, wenn der Steg nicht ständig festgehalten wird, sondern das Stegrad als Schneckenrad ausgeführt und durch eine Schnecke am Drehen gehemmt wird. Das auf die Schnecke wirkende Stützmoment wird über die am Rahmen befestigte Schneckenlager auf den Rahmen übertragen.
• Ein Antreiben der Schnecke ermöglicht ein Drehen des Schneckenrades und folgedessen stellt sich ein kleineres Übersetzungsverhaltnis zwischen Tretkurbel und Laufrad ein. Die Leistung, die der Schneckenantrieb benötigt ist gering, da sie nur die Reibungsverluste in der Schnecke und die Abwälzverluste des Schneckenrades decken muß.
• Soll ein konstantes Übersetzungsverhälthis einstellbar sein, so muB eine gleichbleibende Drehzahlabhängigkeit zwischen Schnecke und Antriebswelle sichergestellt sein. Zu diesem Zweck könnte z.B. die momentane Drehzahl der Antriebswelle elektronisch abgefragt und abhängig von diesem Meßergebnis die Drehzahl eines Elektromotors, der die Schnecke antreibt, gesteuert werden. Wegen der geringen, etwa ß der am Tretlager zugeführten Leistung, die zum Antrieb der Schnecke notwendig ist, könnte auch eine Reibscheibe auf der Welle des Kurbelantriebes angebracht und über ein Reibrad und ein Winkelgetriebe die Schnecke angetrieben werden. Eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses des Hauptantriebes wird erreicht, wenn das Drehzahlverhältnis zwischen der Welle des Kurbelantriebes und der Schnecke verändert wird.
• Das kann im ersten Vorschlag elektronisch und im zweiten durch eine radialeRVerschiebung des Reibrades auf der Reibscheibe geschehen.
• Wird die Schnecke angetrieben, so kann sich auch das Schneckenrad drehen und folgedessen wird das Übersetzungsverhältnis kleiner.
• Wird die Drehzahl der Schnecke weiter erhöht bis das Schneckenrad die Drehzahl erreicht, die sich auch einstellt, wenn es von der Schnecke ke nicht blockiert und vom Hauptantrieb gedreht wird, so zeigt sich, daß das Übersetzungsverhältnis stufenlos bis zum Leerlauf reduziert werden kann.
• Das Umlaufgetriebe kann gewichts- und kostensparend aus Kunststoff im Spritzgußverfvhren hergestellt werden.
• Ein weiterer Vorteil der Anordnung des Tretantriebes im Mittelpunkt des angetriebenen Rades ergibt sich aus der Möglichkeit nun Vorder-und Hinterrad mit minimal geringem Abstand hintereinandeF anzuordnen, sodaß sich die Laufflächen fast berühren. Die Unterkanten der Schutzbleche müssen hierfür allerdings entsprechend weit oberhalb der Radmittelpunkte enden. Nicht nur die Länge, sondern auch das Gewicht eines Fahrrades kann mit dem erfindungsgem8en Antrieb gegenüber bekannten Anordnungen beachtlich reduziert werden. Durch die Anordnung des längenbezogenen Mittelpunktes des Sattels in etwa senkrecht Ober dem vorderen Pedal - bei horizontaler Tretkurbelbestellung - ergibt sich eine weitere Möglichkeit der Gewichtseinsparung. Da nun der wesentliche Anteil des Korpergewichtes unmittelbar auf das Hinterrad übertragen wird, genügt eine leichte Verstrebung zum Vorderrad. Entsprechend der Lastaufteilung zwischen vorderem und hinterem Laufrad könnte das Vorderrad verkleinert werden, ohne daß die Laufeigenschaften verschlechtert werden.
• Andere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Untersnsprfichen.
• Es zeigen: Fig. 1a Aufbau eines Fahrrades mit Nabenantrieb.
• ib Aufbau eines Fahrrades mit NabenantriebFund besonders niedrigem Gewicht und Volumen.
• Fig. 2a Ausfallenden mit teilbarem Lagergehäuse zum Aufnehmen der äußeren Lagerringe für Tretlager und Achse des angetriebenen Rades.
• 2b Ausfallenden mit geschlitztem Spannrohr zur Aufnahme des Lagers mit Rohrstutzen.
• Fig. 3a Antriebsnabe mit T;retantrieb und Umlaufgetriebe.
• 3b Stufenlos steuerbares Umlaufgetriebe.
• Ein Zweirad, das in den Fahreigenschaften den im Hadel befindlichen Sporträdern gleicht und auch etwa dieselbe Körperhaltung des Fahrers voraussetzt, ist in Fig. 1a dargestellt. Das Fahrrad nach Fig. ib ist auf besonderes kleines Volumen ausgelegt, damit es ohne großen Problems in öffentlichen Verkehrsmitteln Ii tgenommen werden kann. Beide Z*eiräder haben gemeinsam, daß ihre Laufräder mit dem Nabenantrieb problemlos montiert und demontiert werden können.
• Das Zweirad nach Fig Ib könnte mit lenkbarem Hinterrad ausgeführt werden. Doch da dieses Zweirad in erster linie für die Mitnahme in öffentlichen Verkehrsmitteln konzipiert ist, würde ein Lenker nur stören. Außerdem läßt sich dieses Zweirad sicherer durch Gewichtsverlagerung des Fahrers, sls über eine Gabellenkung steuern.
• Haltemöglichkeiten HM für die Hände, sowie ein Griff für die Handbremse, Klingel, usw. können seitlich unterhalb, oder hinter dem Sattel, oder in der Mitte vor dem Sattel angebracht werden. Weil ein zu breites Gepäckstück auf dem Gepäckträger GT beim Treten der Pedale stören würde, ist der Gepäckträger GT so ausgeführt, daß Schulranzen, Aktentaschen usw. darin stehend transportiert werden können. Damit viele solcher Zweiräder ohne großen Platzbedarf nebeneinandergestellt werden können, sind die Tretkurbeln so ausgeführt, daß die Pedale nach innen geklappt, oder gedreht werden können. Wenn weniger große Anforderungen an die Laufeigenschaften gestellt werden, kann auch das hintere Laufrad so klein wie das vordere sein.
• In den Fig. 3 ist der kettenlose Antrieb mit Umlaufgetriebe skiziert. Statt der üblichen 3 Planetenräder sind aus Gründen der Anschaulichkeit hier 2 um 1sud0 versetzt gezeichnet. Diese werden beim Vorwärtsdrehen der Tretkurbel TK über die Kurbelwelle KW, den Freilauf FL und das Sonnenrad SR angetrieben.
• Die Nabe N ist in dieser Ausführung mit dem Stegrad des Umlaufgetriebes identisch und wird demnach bei dem Umlauf der Planetenräder PR um das Sonnenrad SR mitgedreht, wenn z.B. das Außenrad Ü, das mit seiner Innenverzahnung in die Zähne der Planetenräder greift, am Rahmen R befestigt ist. Soll der Zweiradantrieb ein veränderbares Übersetzungsverhäl tnis haben1 so kann das Außenrad Ü als Ring ausgeführt sein, der dann über eins Schaltklaue über den Planetenrädern PR festgehalten, oder freidrehend so axial verschoben wird, daß er nur helbseitig in die Planetenräder PR eingreift und mit der anderen Seite die stirnseitig ebenfalls verzahnte Scheibe RS, oder die Nabenverzahnung NZ mit den Planetenrädern PR verbindet.
• Bei Antrieben mit stufenlos verstellbarer Übersetzung erhält das Außenrand Ü eine Außenverzahnung für ein selbsthemmendes Schnee kengetriebe, in das die in der Rahmenverbindung RV gelagerte Schnecke S eingreift. Über den Schneckenantrieb SA wird die Schnecke proportional der Drehzahl der Kurbelwelle KW über dds Reibrad RR und die Reibscheibe RS angetrieben.
• Eine Xnderung des Übersetzungsverhältnisses des Hauptantriebes wird erreicht, wenn das Reibrad RR auf der Reibscheibe RS radial verschoben wird und somit uber die Schnecke 8 dem AuBenrad Ü ein anderes Drehzahlverhältnis gegenüber der Kurbelwelle KW aufgezwungen wird. Die Schneckenwelle SW wird über Zahnräder vom Schneckenantrieb SA angetrieben.
• Das auf der Schneckenantriebswelle SAW in Bezug auf die Kurbelwelle radial verschiebbare Reibrad RR kann über einen Einstellhebel vom Fahrer für das gewünschte Übersetzungsverhältnis in die entsprechende Position gebracht werden.
• Eine Rücktrittbremse RT kam ohne Übersetzung unmittelbar zwischen der Kurbelwelle KW und der Nabe N angeordnet werden.
• Leerseite

Claims (17)

1. Patentansprüche 9 in mit Muskelkraft angetriebenes Zweirad, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kurbelwelle des Tretantriebes (KW) sich im Mittelpunkt des angetriebenen Laufrades(LR) befindet und daß die Drehzahl übersetzung und Kraftübertragung zwischen Tretantrieb und Laufrad mit Hilfe eines Umlaufgetriebes erfolgt, dessen Übersetzungsverhältnis fest, stufenweise, oder stufenlos veränderbar ist, daß die Kurbelwelle, die zusätzlich die Funktion der Achse des angetriebenen Laufrades übernimmt, über ein schnell montier- und demontierbares Lager mit dem Rahmen verbunden ist, daß infolge der Antriebsverbesserung der Rahmen insbesondere für Zweiräder, die in anderen Verkehrsmitteln transportiert werden sollen, kürzer und leichter wird.
2. 2. Antriebsanordnung für Zweiräder nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der Antriebskurbelwelle die Innenringe (IR) von Lagern befestigt sind, die geeignet sind, neben Radialkräften auch Axialkräfte aufzunehmen, und außerdem unempfindlich gegen Fluchtfehler sind, die mit Schutzringen gegen Verschmutzung versehen sind und deren Außenringe (AR) in einem teilbaren Legergehäuse in den Ausfallenden des Zweiredes eingespannt werden.
3. 3. Antrieb nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Außenring (AR) des Kurbelwellenlagers mit Lagerstutzen (LS) verbunden sind und daß diese in die offenen geschlitzten Ausfallenden des Rahmenrohres gesteckt und - wie es bei der Sattel befestigung heute allgemein üblich ist - durch das Anziehen einer Schraube befestigt werden können.
4. 4. Antrieb nach Anspruch 1 d e d u r c h g e k e n n z e i c hn e t , daß das Übersetzungsverhältnis des Umlaufgetriebes manuell oder automatisch umschaltbar ist.
5. 5. Antrieb nach Anspruch 1 und 4 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h-n e t , daß diesem umschaltbaren und nicht umschaltbaren Umlaufgetriebe eine manuell, oder automatisch umschaltbare Nabenschaltung nachgeschaltet ist.
6. 6. Antrieb nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß ein Stegrad, oder ein Sonnenrad des Umlaufgetriebes als Schneckenrad ausgebildet ist und daß in dieses eine Schnecke, deren Lager mit dem Fahrzeugrahmen verbunden ist, so eingreift, daß sie die Drehbewegung des Schneckenrades hemmen kann.
7. 7. Antrieb nach Anspruch 1 und 6 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein AuDenrad (Ü) über seine AuBenverzahnung von der Schnecke (S) gesteuert wird und mit seiner Innenverzahnung in drei, oder mehr Planetenrsder eingreift.
8. 8. Antrieb nach dem Anspruch 1, 6, 7 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Schnecke über ein Getriebe, insbesondere ein Winkelgetriebe (SA) und ein Reibrad (RR) von der Kurbelwelle (KW) über eine Reibscheibe (RS) angetrieben wird und daß das Übersetzungsverhältnis des Hauptantriebes durch Radialverschiebung des Reibrades (RR) euf der Reibscheibe (RS) stufenlos verstellbar ist.
9. 9. Antrieb nach Anspruch 1 und 6 d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Eingriffswinkel der Schnecke (S) gegenüber dem Schneckenrad (Ü) verstellt und somit der Wirkungsgrad des Schneckengetriebes verändert und bei Vergabe eines, z.B. durch Fliehkraftregl er drehzahlabhängig, oder manuell einstellbaren Reibmomentes der Schneckenwelle (SW), das Übersetzungsverhältnis des Fahrzeugantriebes verändert werden kann.
10. 10. Stufenlos einstellbares Übersetzungsgetriebe nach den Ansprüchen 1, 6, 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Schnecke von einem Elektromotor angetrieben wird und daß die Drehzahl dieses Motors abhängig von der Drehzahl der Kurbelwelle (KW) und dem gewünschten Übersetzungsverhältnis elektronisch gesteuert wird.
11. 11. Antrieb mit stufenloser Verstellung das ÜbersetzungsverhAltnisses nach den Ansprüchen 1, 6, 7, 8, 9, 10 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß über eine mechanische, oder elektrische Steuerung das Übersetzungsvertältnis in den Totpunkten der Kurbelstellung nach einer Sinusfunktion euf etwa Null abgesenkt und bei 90° - Abweichung vom Totpunkt auf den eingestellten Maximalwert erhöht wird.
12. 12. Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 11 d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Zahnräder des Umlaufgetriebes im Spritzgußverfahren aus Kunststoff hergestellt werden.
13. 13. Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 11 d B d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß eine Rücktrittbremse unmittelbar zwischen der Welle des Tretantriebes (KW) und der Laufradnabe (N) angeordnet sein kann, deß ein Freilauf zwischen dieser Welle und dem antreibenden Rad des Umlaufgetriebes, oder zwischen der abtreibenden Welle des Umlaufgetriebes und der Nabe angeordnet sein kann.
14. 14. Zweirad mit dem Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis Ii d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , das die beiden Laufräder unmittelbar hintereinander angeordnet sind, daß der Sattel etwa senkrecht über dem vorderen Pedel - bei waagrechter Stellung der Tretkurbeln - angeordnet ist.
15. 15. Zweirad mit den heute üblichen Abmessungen eines Sport- oder Rennrades mit dem erfindungsgemäßen Antrieb nach den Ansprüchen 1 bis 13 d 8 d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Sattel in der gewohnten Höhe, aber vor dem angetriebenen Hinterrad angeordnet ist und daß der Lenker so angeordnet wird, daß der Fahrer eine mehr liegende Haltung einnit.
16. 16. Zweirad insbesondere auch für den problemlosen Transport in anderen Verkehrsmitteln nach den Ansprüchen 1 - 13 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dieses Zweirad keine Lenkung aufweist, daß also beide Laufräder mit dem starren Rahmen verbunden sind und somit eine Richtungsänderung des Zweirades nur durch Gewichtsverlagerung des Fahrers möglich ist, daß das vordere Rad angetrieben wird und so klein ist, daß sein Mittelpunkt in der Höhe der heute Oblichen Tretlager ist, daß der Sattel über dem größeren hinteren Laufrad etwa senkrecht über der Achse angeordnet ist und deR Haltemöglichkeiten für die Hände und Bedienelemente, wie Klingel, Handbremse usw. neben, unter, oder in der Mitte etwas unterhalb vor dem Sattel angeordnet sind.
17. 17. Zweirad nach Anspruch 17 d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t, daß für besonders geringen Platzbedarf die Pedale in das Laufrad hineingeschwenkt werden können.