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Muskelgetriebenes Fortbewequngsmittel für Personen
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Die Erfindung bezieht sich auf ein muskelgetriebenes Fortbewegungsmittel
gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Fortbewegungsmittel ist beispielsweise als Fahrrad bekannt.
Bei diesem ist das Antriebsrad auf seiner einen Seite fest mit dem als Tretpedal
dienenden Hebel verbunden, wobei das Antriebsrad und das Tretpedal vorzugsweise
einstückig ausgebildet sind. Diese Einheit ist drehfest auf einer Welle montiert
und mit dieser drehbar und fliegend in einer Lagernabe eines Rahmens gelagert, wobei
die Welle mit ihrem nicht mit dem Antriebsrad verbundenen Ende auf der anderen Seite
der Lagernabe hervorsteht und dort mit dem zweiten Hebel als weiteres Tretpedal
drehfest verbunden ist. Die beiden Tretpedale sind hierbei so angeordnet, daß ihre
beiden nicht mit der Welle bzw. dem Antriebsrad verbundenen Enden, an denen vorzugsweise
drehbare
Fußauflager angebracht sind, in cntg engesetzte Richtungen weisen, d. h., um 1800
zueinander versetzt sind. Bei dieser Anordnung wird das Antriebsrad, dessen äußerer
Umfang verzahnt ist, nur über die Tretpedale in Drehung versetzt, indem diese kontinuierlich
in einem Drehsinn angetrieben werden. Das Drehmoment wird hierbei üblicherweise
durch Herabdrücken bzw. Herabstoßen des Beins eines Radfahrers erzeugt, wobei sich
das Drehmoment als Produkt der im wesentlichen vertikal nach unten wirkenden Beinkraft
und des horizontalen Abstands zur Welle ergibt. Ein großes Drehmoment kann somit
nur in einem Stellungsbereich des Tretpedals aufgebracht werden, der einen genügenden
Horizontalabstand des Fußauflagers zur Welle zuläßt.Wenn das Trettpedal beispielsweise
senkrecht nach oben oder nach unten steht, ist trotz einer großen vertikalen Kraft
das Drehmoment null, während es bei einer um 900 gedrehten, also horizontalen Stellung
bei dieser gleichen Kraft maximal ist. Der Stellungsbereich des Tretpedals, in dem
ein vernüftiges Drehmoment aufgebracht werden kann, ist somit deutlich geringer
als 1800. Das Tretpedal muß somit bei einer Volldrehung einen Winkelbereich, der
größer als 1800 ist, überstreichen, um wieder seine Ausgangsstellung einzunehmen,
in der ein sinnvolles Drehmoment aufbringbar ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein muskelge triebenes Fortbewegungsmittel
für Personen zu schafFen, bei dem die zurückzulegenden kraft freien Wege eines Elements,
auf das die Muskelkraft aufgebracht wird, verkürzt sind. Die Erfindung soll anwendbar
sein bei Fahrrädern, Rollstühlen bzw. Krankenfahrstühlen, Kett-cars, Tretfahrzeugen
für Kinder oder dergleichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden
Teil von Patentanspruch 1 gelöst. Durch
die über eine Einwegkupplung
erstellte Verbindung eines jeden Hebels mit dem Antriebsrad ist es möglich, jeden
Hebel nur noch über den Winkelbereich zu bewegen, in dem bei konstanter Kraft der
größte Anteil des theoretisch möglichen Drehmoments übertragbar ist. Durch die Einweg
kupplung kann der Hebel bei Drehung in einer Richtung Kraft übertragen, während
er bei Drehung in der entgegengesetzten Richtung im wesentlichen kraftfrei und mit
dem Antriebsrad ungekoppelt bewegt werden kann. Durch die hin- und hergehende Bewegung
des Hebels wird dieser bei der kraft freien Rückholung nur über den Winkelbereich
bewegt, über den auch bei entgegengesetztem Drehsinn das Aufbringen eines sinnvollen
Drehmoments möglich ist. Durch die für jeden Hebel getrennten Einwegkupplungen kann
jeder hebel unabhängig vom anderen auch über unterschiedliche Winkelbereiche bewegt
werden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 2 weisen die beiden Hebel einen Rückholmechanismus auf, der sie nach
der Bewegung im Drehsinn mit übertragender Kraft wieder in die Ausgangsstellung
zurückbringt, so daß die Muskelkraft nur in einer Richtung aufgebracht zu werden
braucht, was beipielsweise beim Fahrrad eine konstruktiv einfache Verbindungsstelle
zwischen Hebel und Fuß ermöglicht, die zugleich sicherheitstechnisch bedeutsam ist,
da der Fuß jederzeit leicht vom Hebel abgenommen werden kann. Gemaß Anspruch 6 ist
der Rückholmechanismus so ausgebildet, daß bei der kraftübertragenden Bewegung des
einen Hebels der andere über einen Seilzug zurückgeholt wird, der gemäß Anspruch
7 durch die Umlenkrollen so aufgeführt ist, daß er in keiner Weise bohirldelst.
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Im Gegensatz hierzu kann jedoch beispielsweise bei Rollstühlen der
Rückholmechanismus entfallen, da die Hebel
hierbei ohnehin aufgrund
der crqorlolninch cliin!;Liccrl Iliri-und Herbewegung der Hände vor und zurück bewegt
werden.
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Für das Beispiel des Fahrrads wird die Erfindung nachstehend anhand
schematischer Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Fahrrad,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Antriebseinheit, entlang Linie
II-II, und Fig. 3 einen Schnitt entlang Linie 111-1 II in Fig. 2.
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Figur 1 dient zur Darstellung des erfindungsgemäßen Antriebsprinzips.
Das gezeigte Fahrrad hat einen Rahmenaufbau, der gleich demjenigen bei bekannten
Fahrrädern ist und keiner weiteren Erläuterung bedarf, wobei ebenfalls ein Hinterrad
in bekannter Weise über eine Kette von einem Antriebsrad 1 angetrieben wird. Das
Antriebsrad wird hierbei von zwei als Tretpedalen dienenden Hebeln 2a und 2b über
einen Mechanismus in Drehung versetzt, der nachstehend ausführlicher anhand von
den Figuren 2 und 3 erläutert wird. Die beiden Hebel 2a und 2b werden hierbei über
einen Winkelbereich(* hin- und herbewegt, wobei der Winkelbereich ?* nur solche
Winkel umfaßt, die bezüglich einer im wesentlichen vertikal nach unten gerichteten
Antriebskraft, die von den Beinen eines Radfahrers stammt, das Aufbringen eines
sinnvollen Drehmoments zulassen, d. h.
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die einen ausreichenden horizontalen Abstand des Kraftangriffspunkt,
der am Ende 3a bzw. 3b der Hebel liegt, zum Mittelpunkt des Antriebsrads 1 zulassen.
Im dargestellten Beispiel sind die beiden Hebel, die aufgrund des nachstehend beschriebenen
Mechanismus grundsätzlich entkoppelt, d. h. unabhängig voneinander bewegbar sind,
durch einen Seilzug 4 einander so zugeordnet, daß bei der Ab-
wärtsbewegung
des einen Hebels der andere Hebel aufwärts bewegt wird oder umgekehrt, wie durch
die Pfeile in Figur 1 dargestellt ist. Die beiden Enden des Seilzuqs 4 sind hierbei
jeweils an einem Hebel befestigL, wobei der Seilzug selbst über eine an einer Rahmenstange
5 angebrachte Umlenkrolle 6 umgelenkt ist. Durch diesen Rückholmechanismus wird
jeweils ein Hebel durch Niedertreten des anderen wieder in seine Ausgangsstellung
gebracht, die sein erneutes Niedertreten zuläßt. Der Mechanismus ist hierbei so
ausgebildet, daß die Hebel nur bei der nach unten gerichteten Bewegung eine KraFt
auf das Antriebsrad 1 übertragen, während sie bei ihrer Rückholbewegung ohne Kraftübertragung,
d. h. kraftfrei nach oben bewegt werden. Der Seilzug kann hierbei auch über mehrere
Umlenkrollen in geeigneten Bahnen geführt werden, die am wenigsten behindern oder
stören. Es ist ferner auch möglich, jeden Hebel über einen eigenen Rückholmechanismus
wie beispielsweise eine Federeinrichtung, deren eines Ende am Hebel und deren anderes
Ende an einem rahmenfesten Teil befestigt ist, wieder in die Ausgangsstellung zu
bringen. In diesem Fall können die beiden Hebel vollständig entkoppelt voneinander
auch über unterschiedliche Winkelbereiche bewegt werden. Ferner ist hierbei auch
eine gleichsinnige Bewegung der beiden Hebel möglich, d. h. diese werden gleichzeitig
nach unten gedrückt und entgegengesetzt zu dieser Richtung wieder nach oben geführt.
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Wie Figur 2 zeigt, ist eine Hohlwelle 10 über Wälzkörper 11 wie beipielsweise
Nadeln in einer Lagernabe 12 des Rahmens gelagert. Die Hohlwelle 10 steht hierbei
an einem Ende über die Lagerrini,c 1 2 vor und b 1 1 !larilit somit einen Ahsenl)
L zur fliegenden Lagerung des Antriebsrads 1, daß auf diesem Ende der Hohlwelle
dreh- und axialfest sitzt. An beiden Enden der Lagernabe 12 sind Muttern 13 eingeschraubt,
die einerseits die Hohlwelle axial festlegen und anderer-
seits
eine Dichtung 14 aufnehmen, die das r ind r' ingen von Schmutz oder Feuchtigkeit
verhindert. Innerhalb der Hohlwelle sind symmetrisch zu ihrer radialen Mittelehene
zwei Welle 15 gelagert, die jeweils aus der Hohlwelle 10 hervorstehen und dort einen
Absatz haben, auf dem der Hebel 2a bzw. 2b drehfest angebracllt rist. In der Mitte
der Hohlwelle 10 ist ein Lagerstück 16 eingesezt, das in jeder Stirnfläche eine
radiale Vertiefung aufweist, die 1s Gleitlagerstelle für einen Absatz der Welle
15 dient. An dem Ende der Hohlwelle ist die Welle 15 durch einen dort in die Hohlwelle
eingesetzten Lagerring 17 gleitgelagert, der einen radialen Absatz 17a aufweist,
der axiales llerausrutschen der Welle 15 verhindert und gleichzeitig eine Dichtung
18 wie beipielsweise einen O-Ring aufnimmt, so daß auch hier das Eindringen von
Feuchtigkeit und Schmutz verhindert ist. Zwischen den beiden Gleitlagerstellen der
Welle 15 ist auf dieser ein Kraftübertragungsring 19 drehfest aufgebracht, der,
wie deutlicher aus Figur 3 hervorgeht, einen gezackten Außenumfang besitzt, d. 10.
der Kraftübertragungsring hat in seiner Umfangsfläche radial gerichtete, nach außen
offene Ausnehmungen 20. Der Grund dieser Ausnehmungen 20 verläuft im wesentlichen
eben,hat jedoch an seinen Enden jeweils unterscbiedlichen Abstand zum äußeren Umfang
des Kraftübertragungsrings 19. In den Ausnehmungen 20 sind Kugeln 21 eingesetzt,
deren Radius so bemessen ist, daß sie die Innenwand der Hohlwelle 10 leicht berühren;
wenn an dem Ende der Ausnehmung liegen, an dem deren Grund einen größeren Abstand
zum lJmflrlg des Kraftübertragungsrings 19 hat. Die Differenz der beiden Abstände
des Grunds zum Um rang des Kraftübertragurlgsrings ist so festgelegt, daß der Grund
eine bezüglich der Kugeln schräge Klemmfläche bildet, wobei in Abhängigkeit von
den vorhandenen Reibwerten die Differenz und somit ein Klemmwinkel so festgelegt
ist, daß ein sicheres Preien der Kugeln erfolgt, wenn die Welle 15 und somit der
auf ihr befestigte Kraftiibertragur)gsring 19 in dem durch den Pfeil
in
Figur 3 gezeigten Drehsinn gedreht wird.
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Wird somit der Hebel in einer Richtung gedreht, die dem eingetragenen
Drehsinn entspricht, verklemmen sich die Kugeln zwischen dem Kraftübertragungring
19 und der Hohlwelle 10 und ermöglichen somit eine Drehmomentübertragung auf diese
und das an ihr befestigte Antriebsrad 1. Wird der Hebel jedoch entgegen diesem Drehsinn
zurückbewegt, rollen die Kugeln ohne Klemmung in den Ausuelimungen 20 und lassen
keine kraftübertragende Verbindung zwischen der Hohlwelle 10, die sich nach wie
vor im eingezeichneten Drehsinn dreht, und der Welle 15 zu, so daß der Hebel im
wesentlichen kraftfrei zurückbewegt werden kann. Wie ersichtlich ist, können die
Hebel in jeder Stellung innerhalb des Winkelbereichs i , der vorzugsweise durch
geeignete am Rahmen befestigte Anschläge begrenzt wird, bei Bewegung im in Figur
3 eingezeichneten Drehsinn die KraFtübertragung bewirken und nach Überstreichen
eines beliebigen Winkelbereichs durch Anhalten oder Zurückbewegen aus der Kraftübertragung
genommen werden. Da für jeden Hebel ein derartiger Übertragungsmechanismus bzw.
Einwegkupplung vorgesehen ist, können die beiden Hebel vollständig unabhängig voneinander,
sofern sie nicht durch einen speziellen Rückholmechanismus miteinander gekoppelt
sind, bewegt werden.
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Offenbart ist ein muskelgetriebenes Fortbewegungsmittel für Personen,
bei detn mittels llebelrl ein Drehmoment auf ein Antriebsrad übertragen wird, wobei
die II e bei in einen Winkelbereich hin u (1 d her bewegbar sind, der bezüglich
des Kraftangriffspunkts an den Hebeln zur Hildun des Drehmoments geeignet grobe
Hebel arme gewällrleiteL.