DE3131678C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hebelantrieb zur doppelt wirkenden Umsetzung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung konstanten Drehsinns. Der Hebelantrieb ist insbesondere für muskelbetätigte Geräte, z. B. Fahrzeuge, aber auch Pumpen, Seilwinden etc. zu verwenden.

Bisher wurden fast ausnahmslos Kurbel- oder Schwingkurbel­ getriebe verwendet, um aus einer hin- und hergehenden Be­ wegung eine Drehbewegung mit konstantem Drehsinn zu erzeu­ gen. Diese Getriebe sind zwar einfach, weisen jedoch insbe­ sondere wegen der Totpunkte, wegen des zufälligen Drehsinns, wegen des konstanten Hubs, wegen der Freilaufprobleme und der Sinusfunktionen Nachteile auf.

Der Stand der Technik zeigt weiterhin Getriebe, welche auf eine Kurbel verzichten und beispielsweise ein Richtgesperre zwischen einem Antriebshebel und einer Abtriebswelle verwen­ den, siehe DE-OS 25 32 732. Derartige Getriebe nutzen jedoch nur eine der beiden hin- und hergehenden Bewegungen aus und erfordern stets Leerhübe zwischen den Arbeitshüben. Im Gegensatz zu diesen bekannten, einfach wirkenden Antrieben bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen doppelt wirkenden Antrieb, welcher sowohl den Hin- als auch den Herhub des Antriebshebels ausnutzt.

Weitere Ausgestaltungsformen sind bei Antrieben von Näh­ maschinen bekannt, bei welchen 2 Richtgesperre auf der Ab­ triebswelle sitzen und diese mittels einer Doppelzahnstange oder mittels zweier Schubstangen stets gegenläufig durch die hin- und hergehende Antriebsbewegung antreiben (DE-PS 1 27 66). Die DE-OS 25 46 798 zeigt zwei gegenläufige Richt­ gesperre, bei welchen 3 Kegelräder zum Antrieb von Fenster­ hebern verwendet werden.

Die DE-PS 9 32 397 beschreibt eine Ausgestaltung eines Umkehrge­ triebes, bei welchem zwei gegenläufige Richtgesperre auf der angetriebenen Welle gelagert sind. Die beiden Richtgesperre werden jeweils über ein separates Getriebe durch die antreiben­ de Welle angetrieben, wobei eines der Getriebe eine Richtungs­ umkehr bewirkt, während bei dem anderen Getriebe eine Bewe­ gungsübertragung ohne Richtungsumkehr vorgesehen ist. Hieraus folgt der Nachteil, daß eine Vielzahl unterschiedlicher Bau­ elemente erforderlich ist, es sind insbesondere zwei Getriebe von Nöten, um die Richtgesperre anzutreiben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hebelantrieb der eingangs genannten Art zu schaffen, welcher bei einfachem Aufbau und einfacher Ausgestaltung nur eine begrenzte Anzahl an Bauelementen aufweist und bei hohem Wirkungsgrad betriebssicher arbeitet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmalskombination des Hauptanspruches gelöst, die Unteransprüche zeigen weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung.

Erfindungsgemäß werden, wie sich aus der nachfolgenden Figu­ renbeschreibung ergibt, zwei normale Stirnräder oder Zahn­ segmente benötigt, welche je ein Richtgesperre tragen, welche kraft- oder formschlüssig auf den Umfang eines Rades wirken.

Der erfindungsgemäße Hebelantrieb kann unter Verwendung sehr weniger Bauelemente eine Fülle von Funktionen erfüllen, nämlich eine Drehmomenterzeugung im Zug- und Druckhub, einen freien Betätigungswinkel, eine Freilauffunktion, eine automatische Rücklaufsperre, eine Abschaltbarkeit der Rücklaufsperre, eine anpaßbare Grundübersetzung, eine stufenlose Gangschal­ tung, einen Rückwärtsgang, eine Bremsfunktion sowie einen eindeutigen Drehsinn des Rades. Es ergeben sich keine Totpunkte und keine Sinusfunktion.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 einen Teil- Längsschnitt des erfindungsgemäßen Hebelantriebs, und

Fig. 2 einen Querschnitt des in Fig. 1 gezeigten Antriebs mit gegenläufigen Richtgesperren.

Die Figuren zeigen ein anzutreibendes Rad 1, welches über Speichen 2 mit einer Radnabe 3 verbunden ist. Die Radnabe 3 ist mittels nicht gezeigter Kugellager auf einer festen Radachse 4 gelagert, welche ihrerseits fest mit einem Getriebekasten 5 verbunden ist. In dem Getriebekasten 5 sind zwei vorzugsweise gleich große Zahnsegmente (Getriebe) 6 gelagert, an deren Wellenende je ein Hebel 7 befestigt ist. Die Hebel 7 tragen jeweils Lagerzapfen 8, auf denen Klinken 9 schwenkbar befestigt sind, die Hebel 7 und die Klinken 9 bilden jeweils ein Richtgesperre. Die Klinken 9 werden durch Federn 10 mit geringer Kraft im Uhrzeigersinn gegen das Rad 1 gedrückt. Mit dem linken der beiden Hebel 7 ist eine Antriebsstange oder ein Antriebselement 11 fest verbunden.

Durch Bewegung der Antriebsstange 11 in Gegenuhrzeiger­ richtung wird der linke der beiden Hebel 7 mitgenommen, wodurch sich mittels der beiden Zahnsegmente 6 der rechte der beiden Hebel 7 im Uhrzeigersinn bewegt. Die beiden Hebel 7 drehen sich also gegenläufig und nehmen die ihnen zugeordneten Klinken 9 mit. Hierbei klemmt sich die linke Klinke 9 in an sich bekannter Weise am Rad 1 fest, so daß dieses im Gegenuhrzeigersinn mitgenommen wird, während die rechte Klinke 9 entgegen der Drehung des Rades 1 an diesem entlanggleitet. Wenn die Antriebsstange 11 die gestrichelte waagrechte Endposition erreicht hat und nunmehr in umgekehrter Richtung d. h. im Uhrzeigersinn zurückbewegt wird, gleitet die linke der beiden Klinken 9 auf dem Rad 1, während die rechte Klinke 9 durch Drehung des rechten Hebels 7 im Gegenuhrzeigersinn sich am Rad 1 festklemmt und dieses im Gegenuhrzeigersinn mitnimmt. Das Rad 1 wird also stets im Gegenuhrzeigersinn angetrieben, gleichgültig ob die An­ triebsstange 11 im Uhrzeigersinn oder im Gegen­ uhrzeigersinn bewegt wird.

Um eine zuverlässige Mitnahme des Rades 1 durch jeweils eine der beiden Klinken 9 zu gewährleisten, muß der Tangens des Anstellwinkels der Klinken 9 in an sich bekannter Weise stets kleiner sein, als der Reibwert zwischen den Klinken 9 und dem Rad 1. Dies ist besonders erwähnenswert, weil die Achsmitten der Zahnsegmente 6 nicht mit der Radachse 4 zusammenfallen und sich daher der Anstellwinkel der Klinken 9 während der Schwenkbewegung der Hebel 7 ändert. In einer günstigen Weiterbildung der Erfindung ist daher die Stirnfläche 20 der Klinken 9 so geformt, daß sich diese Veränderung des Anstellwinkels auf dem Rad 1 derart abwälzt, daß eine Verschiebung des Angriffspunktes zwischen Klinke 9 und Rad 1 stattfindet, welche die genannte Änderung hin­ länglich kompensiert.

Der Hebelantrieb zeichnet sich weiterhin durch eine Freilauf-Eigenschaft aus, welche aus Fig. 1 er­ sichtlich ist. Das Rad 1 kann sich, beispielsweise bei Talfahrt, im Gegenuhrzeigersinn drehen, ohne daß die Antriebsstange 11 und damit die Hebel 7 angetrieben werden. Hierbei gleiten die Klinken 9 nur leicht durch die Federn 10 angedrückt auf dem Rad 1. Die Winkelposition der Hebel 7 ist hierbei unerheblich.

Der Hebelantrieb weist weiterhin eine Rücklaufsperre auf, welche ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich ist. Bei Bewe­ gung des Rades 1 im Uhrzeigersinn, wie sie z. B. beim Halten am Berg auftreten könnte, verklemmen sich die bei­ den Klinken 9 am Rad 1. Da auch die beiden Hebel 7 wegen ihrer durch die Zahnsegmente 6 erzwungenen Gegenläufigkeit nicht ausweichen können, ist das Rad 1 außerstande, sich im Uhrzeigersinn zu drehen. Dies trifft auch für jede andere Stellung der Hebel 7 zu. Die Rücklaufsperre ist daher un­ abhängig von der zufälligen Winkelstellung der Hebel 7 und der Antriebsstange 11.

Der Hebelantrieb zeichnet sich auch durch eine "stufenlose Gangschaltung" aus, da er an keinen konstanten Betätigungswinkel gebunden ist (im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Schwingkurbel­ antrieb). Unter der Voraussetzung eines konstanten Betäti­ gungswegs und einer konstanten Betätigungsfrequenz wird daher mit einer kurzen Antriebsstange 11 ein großer Be­ tätigungswinkel und eine kleine Drehzahl bei kleinem Drehmoment erzeugt, während bei einer verlängerten Antriebs­ stange 11 ein kleiner Betätigungswinkel mit kleiner Dreh­ zahl bei großem Drehmoment erreicht wird. Durch die einfache Verlängerung der Antriebsstange 11 oder durch Verschieben des Kraftangriffspunktes an dieser läßt sich somit eine "echte Gangschaltung" realisieren.

Der Hebelantrieb kann noch durch weitere Funktionen ergänzt werden. Für manche Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, die Rücklaufsperre aufheben zu können. Hierzu dienen Anschläge 12 und 13, welche mit Schaltnasen 14 und 15 der Klinken 9 ein Abheben der Klinken 9 vom Rad 1 bewirken, wenn sich die Antriebsstange 11 in der unteren Endposition befindet (in Fig. 1 waagrecht und gestrichelt gezeichnet). In dieser Position werden die Klinken 9 vom Rad 1 abgehal­ ten, so daß dieses sich in beiden Drehrichtungen frei bewegen kann. Diese Ausführungsform ist beispielsweise für Fahrzeuge vorteilhaft, welche rückwärts rangiert werden sollen. Auch bei Hebezeugen kann eine Schaltung der Rücklaufsperre vorteilhaft sein.

Der Hebelantrieb kann weiterhin zum Bremsen verwendet werden. Hierzu dienen Bremsnasen 16, 17 der Klinken 9. Sie stoßen bei der oberen Endposition der Hebelstange 11 an Flächen 18 und 19 der Hebel 7, wodurch die Klinken 9 im Uhrzeigersinn geschwenkt werden und sich am Rad 1 festklemmen, auch wenn dieses sich im Gegenuhrzeigersinn bewegt. Die hierdurch verursachte Bremswirkung ist umso stärker, je größer der Druck der Antriebsstange im Uhrzeigersinn ist. Ergonomisch vorteilhaft ist, daß zum Fahren und Bremsen das Betätigungselement (Antriebsstange) 11 nicht gewechselt werden muß.

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn die Antriebsstange 11 und das Rad 1 sich nicht mit gleicher Drehzahl bewegen. Dies kann erreicht werden, wenn die Antriebsstange 11 nicht an einem der Hebel 7 befestigt wird, sondern mit einem eigenen Zahnrad so gelagert wird, daß dieses in eines der Zahnsegmente 6 eingreifen kann. Je nach dem Durchmesser dieses eigenen Zahnrades kann hiermit die Grundübersetzung dem speziellen Anwendungsfall angepaßt werden. Für den Fall, daß im Zug- und Druckhub an der Antriebsstange 11 unterschiedliche Drehmomente wünschenswert sind, können Teilkreisrade in der Zahnsegmente 6 unterschiedlich groß sein.

Es kann ein Rückwärtsgang durch Drehung der Klinken 9 um eine in Längsrichtung der Hebel 7 verlaufende Achse in eine zur Darstellung in der Fig. 1 spiegelbildliche Position erreicht werden.

Es ist weiterhin darauf hinzuweisen, daß das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Speichenrad nur einen Anwendungsfall darstellt. Bei Verwendung eines Scheibenrades könnte z. B. auf die Schrägstellung der Hebel 7 verzichtet werden und der ganze Antrieb könnte innerhalb des Scheibenrades ange­ ordnet werden. Eine andere Ausführung ergibt sich, wenn die Hebel 7 über den Außendurchmesser des Rades 1 hinaus verlängert werden und die Klinken 9 auf den Außenumfang des Rades 1 wirken. Hierbei können die oben geschilderten Eigenschaften des Antriebes erhalten bleiben.

Claims (12)

1. Hebelantrieb zur doppelt wirkenden Umsetzung einer hin- und hergehenden Bewegung in eine Drehbewegung konstanten Drehsinns, gekennzeichnet durch ein mit einer Felge ver­ sehenes, drehbar gelagertes Rad (1), zwei schwenkbar ge­ lagerte, zur gegensinnigen Schwenkbewegung über ein Ge­ triebe (6) verbundene, mit der Felge in Eingriff befind­ liche, gleichsinnig wirkende Richtgesperre (7, 9) und ein hin- und herbewegbares, handbetätigbares Antriebs­ element (11).

2. Hebelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtgesperre einen Hebel (7) und eine an dessen Endbereich gelagerte Klinke (9) umfaßt.

3. Hebelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (9) mittels einer Feder (10) gegen die Felge vorgespannt ist.

4. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (20) der Klinke (9) zur Kompensation der Änderung des Anstellwinkels der Klinke (9) zur Felge ausgebildet ist.

5. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (9) keilförmig ausgebil­ det ist.

6. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (11) in Form ei­ ner schwenkbar gelagerten, mit einem der Hebel (7) ver­ bundenen Antriebsstange ausgebildet ist.

7. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Richtgesperre (7, 9) als Klemm- oder Zahnrichtgesperre ausgebildet ist.

8. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebselement (11) längenver­ änderbar ist.

9. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsstange (11) neben einem der beiden Hebeln (7) gelagert ist und mit einem separa­ ten Zahnrad in ein benachbartes Zahnsegments des Getrie­ bes eingreift, wobei das Radienverhältnis der beiden Zahnräder bzw. Zahnsegemente gleich der gewünschten Grundübersetzung ist.

10. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufsperre in der einen End­ stellung der Hebel (7) durch Abheben der Klinken (9) vom Rad (1) mittels fester Anschläge (12, 13), welche auf Schaltnasen (14, 15) der Klinken (9) wirken, aufhebbar ist.

11. Hebelantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der anderen Endstellung der Hebel (7) die Klinken (9) durch an diesen angeordnete Bremsnasen (16, 17), die an Flächen (18, 19) der Hebel (7) zur Anlage bringbar sind, zum Bremsen des Rades (1) mit diesem in Eingriff bringbar sind.

12. Hebelantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinken (9) zur Realisierung ei­ nes Rückwärtsganges um die Längsachse der Hebel (7) je­ weils um 180° drehbar sind.