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Hebelantrieb
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Die Erfindung dient dezu, den Antrieb insbesondere muskalbetätigter
Geräte, zum Reispiel Pumpen, Seilwinden, apeziell eher Fahrzeuge, zu verbessern.
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Bisher werden fast ausnahmels Kurbel- oder Schwingkurbelgstriebe verwendet,
um aus hin- und hergehenden Bewsgungen Drehbewegungen mit konstantem Drehsinn zu
erzeugen. Diess Getriebe zeichnen sich durch große Einfachheit aus, aber auch durch
Eigenschaften, die weniger vorteilhaft sind wie Sinuefunktion, Totpunkte, zufälliger
Dreheinn, konatenter Hub, Freilaufprobleme.
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Daher sind auch Getriebe bekannt geworden, die ohne Anwendung einer
Kurbel aus hin- end hargehender Bewegung eine Drehbewagung konstanten Drehsinns
erzeugen. Zum Beispiel durch Anwendung eines Richtgesperres zwischen Antriebahabel
und Abtriebswelle (OS 2532732).
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Richtgeeperres nutzen jedoch nur eine der beiden hin- und hergehanden
Bewegungen aus-und erfordern stets Leerhübe zwischen den Arbeitshüben, Statt dieser
"einfach wirkenden" Antriebe werden nachfolgend nur noch "doppelt wirkende" Antriebe
erörtert, die also den Hin- und den Herhub des Antriebshebels in Drehmoment umwandeln
können.
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Zum Antriet von Nähmaschinen usw. wurde vorgeschlagen, zwei Richtgesperre
auf die Abtriebswelle zu setzen und diese mittels einer
Doopelzahnstange
oder mittels zweier Schubstangen stets gegenläufi durch hin- und hergehende Antriebsbewegung
zu betreiben (PS 12766) Fiir Fensterheber wurde der gegenläufige Antrieb zweier
Richtgesper durch drei Kegelräder vorgeschlagen (OS 2546798). Schließlich sind zahlreiche
Antriebe mit Doppelzahnstange bekannt geworden, bei den der Zahnradsingriff periodisch
von der einen zur anderen 7ahnstang wechselt ( PS 10324, PS 80841, PS 143207, PS
167947, PS 1947P8, PS 210726, PS 391797, PS 51485, PS S20417, OS 1915179, OS 2103506
ns 2359185, OS 2440660, AS 2619645 ), Wegen des problematischen Eingriffswachsele
erlangte keine dieser Lösungen draktische Bedeutung, Die Erfindung gründet sich
auf das erwähnts Nähmaschinengetriebe und hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine
bisher unbekannte Komhination vorteilhafter Leistungsmerkmale in einam Bchelantrieb
zu verwirklichen, Im Einzelnen sind dies: 1, Eliminierung der Sinusfunktion (Bei
Kurbelantrieben kann nur ein Bruchteil, n'nlich der Sinus des Kurbelwinkels in Drehmoment
umgewandelt weder) 2. Eliminierung der Tot'punkte (dis das ufehren erschwaren oder
gar unmöglich machen) 3. Eindeutiger Drehsinn der Abtriebswelle 4. Drehmementerzeugung
mit beliebig großen Zug- und Druckhüben 5. Echte stufenlose Gangschaltung durch
Hebelverlungerung 6. Passende Grundübersetzung 7. Freilauf 8. Automatische Rücklaufsparre
9. Schalthare Rücklauffähigkeit 10. Unterbringung aller Funktionen in einem leichten,
platzsparend Radnabengstriebe 11. Integrierte Trommelbremse 12, Fsststellbremse
Nachfolgend
wird eine der möglichen konstruktiven Ausführungen des erfindungsgemäßen Hebelgetriebes
an Hand von Fig.1 und Fig. 2 beschrieben, Auf der @eckachse (1) ist durch Wälzlager
(2) und (3) die Hohlwelle (4 drehbar gelagert. Fest mit dieser ist die Trommel (5)
verbunder, in die hier nicht dargestellte Radspnichen eingezogen werden, in in üblicher
Weise die Verbindung zur Felge der Fahrzeugrader herzustellen. Auf Hohlwelle (4)
sind handalsübliche Freiläuf@ (8) und (9) in gleicher Drehrichtung wirkend montierte
Um eine @ompakte Rauweise zu erlangen, wird der gegenläufine Antrieb Fer Freiläufe
nicht mit einer Doppeizahnetange oder mit zwei Schenstangen erzeugt, sondern dadurch,
daß das Antriabsrad (io) den -reiiauf (8) uher dessen Zahnkranz (11) unmittelbar
antreibt @ @hrand der Freilauf (9) mit Zahnkranz (12) mittelbar über das Zwischenrad
(13) angetrieben wird. Das Zwischenrad (13) bewirkt rine Umkehr der Drehrichtung
im Antrieb des Freilaufs (9) Denenübar dem Freilauf (8). Das Antriebsrad (10) ist
mit Wälzlager (14) am Entriebegehäuse (15) gelagert. Am Antriebsrad (1Q) ist der
Schwonkhchel (16) befestigt, er den die Antriebskräfte (z.B.
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Ha-nd- odrr Fußkräfte) im Zug- und Druckhub eingeleitet werden, Die
Funktionsweise des Antriebs ist folgende (Fig.2.) : Bei Hewegung des Schwenkhebels
(16) von links nach rechts (im Uhrzeigersirn) nimmt das Antriebsrad (10) über Zahnkranz
(11) den Freilauf (8) ebenfalls im Uhrzeigersinn mit. Vorzuegesetzt die Freilöufg
(8) und (9) sefen von außen nach innen wirkend im ühr zeieersinn mitnehmend auf
der Hohlwelle (4) montiert, wird diese abenfalls im Uhrzeigersinn engstrichen und
mit ihr Trommel f5) und das nicht dargestellte Fahrzeugrad, Vom Antriebsrad (10
wird aber auch Zwischenrad (13) im Uhrzeigersinn mitganomman. Dieses kommt mit Zahn@ranz
(12) das Frailaufs (9) und dreht diesen in Gesen zeigerrichtung. Dies ist der Freilaufdrehsinn
der beiden Freiläufg (8) und (9), sodaß Freilauf (9) kein Drehmoment auf Hohlwelle
(4) ausübt.
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Wird dagsgen Schwankhabal (16) von rachts nach links (im Gegenzeigersinn)
bewegt, treibt Antriebsrad (10) Zahnkranz (11) im Gegenzeigersinn an, wodurch Freilauf
(8) auf Hohlwelle (4) wirkungslos bleibt.
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Zwischenrad (13) im Gegenzeigereinn angetrieben treibt jedoch Zahnkranz
(12) und Freilauf (9) im Uhrzeigereinn an, so daß nunmchr Freilauf (9) den Antrieb
der Hohlwelle (4) im Ubrreigereinn übernimmt.
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Auf diese Leise wird eine hin- und hergehende Bewegung des Schwenkhebels
(16) in eine Drehhawagung mit konstantsm Drehsinn der Trommel (5) umgewandelt, flei
Wechsel der Schwenkrichtung !schselt die Übertragung des Drehmoments auf'die Hchlwelle
eslhstttig von dem einen Freilauf auf den anderen. Hierbei kommt sofort das volle
Drehmoment zum Tragen, ohne Einbußen durch die Sinwsfunktion, womit das erste der
genannten zwölf Leistungsmerkmale erfüllt ist.
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Das abgegebene Drehmoment ist unabhängig von der Schwenkhelbelstellung
nur von der angreifenden Kraft abhängig. Totpunkte existieren nicht, das Anfahren
unter Last kann in jednr Hebelstelluno gleich gut erfolgen, Hiermit ist auch das
zweite @ eistungsmerkmal erfüllt.
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Aus der Montage der Freiläufe (8) und (9) auf der Hohlwelle (4) ergibt
sich ein eindeutiger Drehsinn dieser Welle unhahängig von der Stellung und Bewegungsrichtung
des Schwenkherels (16), womit auch das dritte Leistungsmerkmal erfüllt wird.
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Während bei Kurbeltrieben stete ein konstanter Schwankwinkel das Antriebschebels
zurückgelegt werden muß, kann der dier heschriebene Antrieb mit beliebigen Schwenkwinkeln
angetrieber werden. Wede Bewegung des Schwenkhabels (15), ob groß oder klein, führt
zu einer entsprechnden Drehung der bielle bzw des Fahrzeugades. Das erlaubt eine
selbattätige Anpassung an die individuellen örpermaße und körperlichen Fähigkeiten
der Benutzer. Hiermit ist das Leistungsmerkmal vier erfüllt
Dieser
beliebige Schwenkwinkel hat noch folgenden weiteren Vorteil: Gei Hebelantrieben
liegt es nahe, für große Lastmomente, z.B. Bergfahrten den Kraftengriffspunkt ven
kürzerer Habellänge auf größere Robellänge zu verschieben. Beim konstanten Schwenkwinke]
dns Kurhaltriebs führt das abar zu entsprachend größerem Weg der einagleitetep Kraft,
der nicht mehr zu den körparmaßen des Benutzers paßt. Bar beliebige Schwenkwinkel
des hier beschriebenen Antriebs gestattet noch, trotz größerer Hebellänge den Lleg
der eingeleiteten Kraft nicht anwechsen zu lassen. Es wird also der Schwenkwinkel
kleiner, so daß be gleicher Betätigungsfrequenz die Drehzahl des Abtriebs, z.B.
des @@hrzeugrades verringert wird. Diese Eigenschaften, nämlich größeres @rehmoment
bei garinparer Drchzahl sind Merkmale einer echten Rangschaltung, die bier mit geringstem
Aufwand verwirklicht ist. Um eine stufenlose Ganschaltung zu raalisieren, braucht
also der Kraftangriffspunkt dur auf dem Schwenkhobel (16) zu gleiten oder dieser
laRt sich (in nicht dargestelltsr Weise) teleskopartig verlängern oder verkürzen.
Das ist die Verwirklichung des ftinften Leistungsnerkmals.
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Die passende Grundübersetung ist auch für muskelbetriebene Fahrzeuge
wichtig, weil die Fahrzeugräder eine feste Größe haben und die Setätigungsfrequenz
des Hebelantriebs ein physiologisches Optimum hat, das annähernd eingehalten werden
sollts. Im vorliegenden Fall wird die Grundübersetzung bestimmt durch das Verhältnis
der Teilkreisdurchmesser von Antriebsrad (10) zu den Zahnkränzen (11) und (12).
Dieses Verhiltnis ist frei wählhar und kann somit an die je!eilige Aufgabe angepaßt
werden. Somit ist auch dns @eistungsmerkmal 6 erfüllt.
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Der Freilauf ist z.H. bei Fahrrädern selbstverständliches Leistungsmerkmal.
ei Hehelantrieben jedoch ist. ein Freilauf praktisch nicHt anwendbar, weil die Schwungsmasse
des Gerats, bzw. die Masse dPs Fahrzeugs samt Benutzer für die ilberbrückuno der
Totpunkte nötig ist und durch den Freilauf nicht abgekoppelt werden darf. Infolgedessen
muß die Schwenkbeweg @@ der Handhehel auch dann in Kauf
renomman
worden, wenn diese zum Antrieb nicht erfnrderlich ist.
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@eim hier beschriebenen Antrieb entfüllt die Motwendigkeit der Totpunktüberbrückung.
Die Freiläufe (8) und (9) gestatten einen @eerlauf mit Schwung oder eine Fahrt bergab
ohne Gewegung das Schwenkhebels, womit das Leistungsmerkmal sieben erfüllt ist.
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@ärd die Hohlwelle (4) vom Abtieb her rückwärts gadreht, z.B.
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durch Seilzug oder durch Zurückrollen am Berg, so @lockiert der Hebelantrieh
auf folgende Weise : Gemäß der zuvor erfolgten Geschreibung will sich die Hohlwelle
(4) im Gegenzeigersinn drehen.
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Da nunmehr der Kraftfluß in den Freiläufen (8) und (9) von innen nach
außen wirkt, werden die heiden Zahnkranze (11) und (12) ebenfalls im Gegenzeigersinn
mitgenommen, wobei jedoch die Verzahnung sperrt, da die Zahnkränze (11) und (12)
ber Zwischenrad (13! und Antriebsrad (10) sich nur gagenläufig drehen können. Diese
getriebeeigenschaft, Rücklaufsperre genannt, ist für manche Geräte, z.B.
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auch für Rollstühle sehr willkommen, da sie allein durch Nichthetätigen
das Schwenkhehels (16) ein Halten am Rerg erlaubt, ohne eine @ramse hatätigen zu
müssen. Weiterhin wird das Anfahren am Bern sehr erleichtert, da nicht zuvor eine
bremse gelöst werden muß und dabei das Fahrzeug zurückrollen kann, bevor die Vorwärtsfahrt
eingeleitet werden konnte. Ein Betätigung das Schwankhabels (15), gleichgültig in
welcher Pichtung, leitet auf einfachste Weise die Weiterfahrt auch am Berg ein.
Diese Sigenschaft ist insbesondere für ältere und/ oder behinderte Personen von
großem Vorteil, da ohne Bedienungsvorgange am Fahrzeug bei größerer Belastung eine
Verschnaufrause eingelegt werden kann. Der gleiche Vorteil ergibt siih z.B. auch
bei Seilwinden. Hiermit ist auch das Leistungsmerkmal acht erfüllt.
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s gibt jedoch auch Anwendungsfälls, bei denen dar Abtriebsrad die
Fähigkeit hahn sollte, sich rückwärts drehen zu önnen. Das kann der Fall sein Keim
Rijckspulen einer Ijinde odnr heim Rangieren des Fahrzeugs auf engem Raum. Hierfür
ist erfindungsgemäß wornnsehen, daß die Verzahnung des Antriebsrades (in) Zahnlücken
(17) besitzt Diese 7ahnlticken (17) lösen bi einer Stellung de Schwenkbebels (16)
außerhalb des Schwenksektors für den Antrieb den @@hneiegriff zwischen Antriebsrad
(10), Radkranz (11) und Zwischenrad (13). In
diesem Fall können
sich die Radkränze (11) und (12) auch gleichsinnig rückwärts drehen, so daß die
Rücklaufsparre aufgehoben ist. Diesnr Metrichazustand ist für den Benutzer klar
ersichtlich, di hierhei der Schwenkhebel (16) außerhalh des Schwenkscktors für des
Antrieb stcht. Somit wird auch das Leistungsmarkmel noun erfüllt.
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Die konstruktive Gestaltung des hier baschriebanen Getr.iobes läßt
natürlich auch Varianten zu. Schließlich kommt es nur darauf an, daß zweio Freiläufe
gleichsinnig auf eine Abtriebswelle wirken und daß sie prnonsinnig angetrisaben
werden. So kann statt der Hohlwelle (4) eine normale Welle und statt des Antriebsrades
(10) mit Innenverzahnung ein außenverzahntes Rad oder eine Zahnstange hanutzt werden.
Auch für die Erzougung einer zur eingeleiteten Bewegung gegenläufigen Bewegung giht
es, wie bereits eingangs erwähnt, andere Mittel als das Zwischenrad (13). Die hier
beschriebene Setriebeaus-Führung wurde indes gewählt, um möglichst platzsparond
zu hauen, und zwar unter Berücksichtigung der Möglichkeit, muskelbetriebene Fahrzeuge
faltbar zu gestalten, um den Platz für Transport und Aufbewahrung erhablich zu reduzieren.
Dann wird die Faltbreite des Fahrzeugs fast nur noch von der Breite der Räder bestimmt.
Ein platzsparendes Getriebe muß in diesem fell innerhalb der Räder sttzen, also
als Rednahengetriebe ausgeführt sein. Das ist bei der beschriebenen Getriebeausführung
berücksichtigt werden, einschließlich der @nordnung auf fahrzeugfester Achse (1),
die eine bequene Monta@@ und demontage des Antriahs am Fahrzeug gestattet. Gezeichnet
(Fig.1) ist die Achse (1) für einseitine Lagerung am Fahrzeug, jedoch ist durch
geringfügigs ~ndarung der Enden der Achse (1) auch eine doppalseitige Lagerung möglich.
Hiermit wird das Leistungsmerkmal zahn erfüllt.
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Innerhalb der Trommel (S) ist noch Platz für eine weitere wichtige
Funktion das Antriebe, nämlich für eine Trommelhremse mit zwei witterungsoeschützten
innelieponden Bremabecken (18) mit Pransbelag (19). Diese sind am getriebegehäuse
(15) in Zapfen (20) gelapert und werden mit Zugfeder (21) in Ruhestellung gehalten.
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In @remsstallung werden sie in kenannter Weise durch eine @@reiz-Welle
(32) nach außen gedrückt. wodurch die Premscheläge (19) mit
der
rnnenwand der TrOmmeL (5) in Berührung kommen und diese abbrem sen. Erwähnt warden
muß die Ausbildung des Getriebegehäuses (15) derart, daß wie in Fig.1 und Fig.2
ersichtlich, bremse und Getrieb in getrennten Kammern untergebracht sind, um den
Dremsahrich vom getriebe fernzuhalten. Die Drehung der Spreizwelle (22) erfolgt
durch bremshebel (23), an den in bekannter Weise ein Powdenzug zurr eigentlichen
QAremchetätigungshebal engeschlossen werden kann. In ;niterer Ausgestaltung der
Erfindung ist jedoch ein Gleitstück (24 vorhanden, d auf dem Außendurchmesser des
Antriebsrades (ion) montiert ist. Dieses Gleitstück (24) kann den Bremschebel (93)
hotätigen. Seine Lage auf dem Antrieberad (10) ist dadurch definie daß es im Antriebssektor
des Schwenkhebele (16) nicht in Kontakt mit dem Bremschebel (23) gelanot, um den
Antrieb des Fahrzeugs nicht zu stören. Der Kontakt zwischen Bremshebel (23) und
Gleitstück (24 erfolgt vielmehr erst dann, wenn (sthe Fig.2) der Schwankhebel (16
soweit nach rechts unten bewegt wird, daß die Zahnlücken (17) des Antriebarades
(10) d-en Zahnkranz (11) und das Zwischenrad !1,) erreichen. An dieser Position
wechselt der Schwenkhebel (16) seine Funktion as Antriebshebel in die Funktion als
Gremshebel, wobei die Steigung der Außenfläche (25) des Gleitstücks (24) ftir eine
r'it weiterem Schwenken des Schwenkhebels (16) ansteigende Auslenfrung des nrsmshebels
(23) und damit der Bremskraft sorgt. Rei Rück führen des Schwenkhebels (16) nach
links läßt die Bremskraft winde nach, das Gleitstück (24) verläßt den Bremshebel
23) und die Zähns des Antriebsrades (10) kommen wieder in Ein@riff mit Zahnkra (11)
und Zwischenrad (13), womit der Schwenkhebel (16) wieder in den Antriebssektor zurückgekehrt
ist. Die tlerwendlng des cchwenkhabels (16) zum Antrieb und zum Bremsen kann vorteilhaft
für den Benutzer sein, weil kein Bedienungswechsel vorgenommen werden muß.
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Hiermit ist das Leistungsmerkmal elf erfüllt.
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nie runktion einer Feststellbremse wird in einfacher Form durch die
Vertiefung (26) des Bremschebels (23) erzeugt. Diese Vertiefung liegt so, daß eine
maximals Auslenkung des Premsh hels (23) gegebe ist und daß ein selhsttätiges oder
unabsichtliche Gewegen des Schwenkhebels (16) aus dieser Position nicht statifinden
kann.
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Weiterhin ist erfindungsgemäß dafür gesargt, daß sich der Schwankhabel
(16 in dieser Position zu unterhalb des Fahrzeugsitzes befindet, daß ein vom Schwenkbabel
unbehinderter seitlicher Einstieg in das Fahrzeug möglich ist. Hierd durch wird
auf einnfällige Weise die Sicherheit beim Ein- und aussteigen durch Feststellen
begiinstiot.
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Se ist der Leistungsmerkmal zwölf erfüllt.
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L e e r s e i t e