DE3622639A1 - Fahrzeug mit mindestens einem von muskelkraft angetriebenen laufrad sowie stufenlos verstellbarer uebersetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit mindestens einem in einem Rahmen montiertem, in zwei Arbeitstakten von Muskelkraft angetriebenem Laufrad sowie einer Antriebs- und Kraftumwandlungsvorrichtung und einer Einrichtung zur stufenlosen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Antrieb zu Abtrieb mit folgenden Merkmalen:

• a) die Anordnung eines Hebelsystems mit zwei gegenüber der senkrecht zur Achse des angetriebenen Laufrades verlaufenden Symmetrieebene spiegelbildlich zueinander liegenden Hebelarmen, die jeweils um einen Winkel auf- und abschwenkbar sind, der kleiner ist als 180°,
• b) die Anordnung je einer Umlenkrolle benachbart zu den freien Enden der Hebelarme zur Verbindung mit spiegelbildlich zur Symmetrieebene des angetriebenen Laufrades sich erstreckendem, mit dem angetriebenen Laufrad über je eine an der Außenseite koaxial zu dem angetriebenen Laufrad angeordneten Antriebsrolle wirkverbundenen Antriebsseilzug,
• c) die Anordnung mindestens einer im Zuge der Streckenführung jedes Antriebsseilzuges zwischen Antriebsrolle und Verbindungsstelle mit dem Hebelarm dem Bodenabstand nach oberhalb der vorbestimmten höchsten Schwenkstelle jeder Verbindungsstelle mit dem Hebelarm liegenden oberen Umlenkrolle am Rahmen,
• d) die Verbindung der Antriebsrollen mit dem angetriebenen Laufrad über je einen nur zur Umdrehung des Laufrades in Antriebsrichtung ein Drehmoment übermittelnden Freilauf,
• e) die Verbindung jedes der zwei den Umlenkrollen an den Hebelarmen naheliegenden Endes eines Antriebsseilzuges mit je einem spiegelbildlich zur Symmetrieebene des angetriebenen Laufrades liegenden Aufhängepunkt am Rahmen über je eine an einem stufenlos verstellbaren Schieber angeordnete Umlenkrolle,
• f) die Verbindung der Antriebsrollen jeweils mit einem Antriebsseilzug derart, daß auf jeder Antriebsrolle ein Längenabschnitt des Antriebsseilzuges aufwickelbar ist, der in Abhängigkeit von dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis der größten vorbestimmten Differenz der Längen jedes Antriebsseilzuges in hochgeschwenkter und in herabgeschwenkter Stellung der Hebelarme entspricht,
• g) die Anordnung einer Einrichtung zum Abwickeln eines stufenlos begrenzbaren Teilabschnittes, der auf den Antriebsrollen aufgewickelten Längenabschnitte des Antriebsseilzuges und zum Aufspannen des Teilabschnitts in den Streckenbereichen der Zweige des Antriebsseilzuges zwischen oberen Umlenkrollen und Aufhägepunkten am Rahmen,
• h) die Anordnung einer dem über die Antriebsseilzüge auf die Antriebsrollen übertragenen Antriebskraft ausgeübten Drehmoment ein entgegengerichtetes Drehmoment ausübenden Rückstellkraft.

Fahrzeuge, bei denen Muskelkraft in zwei Takten durch Beinbewegungen des Fahrers übertragen wird, wie beispielsweise bei Fahrrädern, Tretbooten oder Kinderfahrzeugen, gehören zum Stande der Technik. Ebenso sind dafür stufenlos veränderliche Übersetzungen bekannt. Dabei soll durch die stufenlos veränderliche Übersetzung eine optimale Ausnutzung des das Fahrzeug Betreibenden ermöglicht werden.

So ist beispielsweise aus der US-PS 39 54 282 ein Fahrrad mit Trethebelantrieb und stufenlos veränderlicher Übersetzung bekannt, bei dem die Muskelkraft beim Schwenken zweier auf- und herunterschwenkbarer Trethebel auf das angetriebene Laufrad eines Fahrrades übertragen wird. Das Übersetzungsverhältnis soll durch Verschieben zweier Umlenkrollen entlang der Gabel des Fahrradrahmens für das angetriebene Laufrad verändert werden. Bei einem anderen in der US-PS 39 84 129 beschriebenen Fahrzeug mit Trethebelantrieb werden zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwei Umlenkrollen entlang der Trethebel verschoben.

In beiden Fällen wird zwar angestrebt, durch die Anordnung von schwenkbaren Hebelarmen den Wirkungsgrad bei der Kraftübertragung gegenüber dem Wirkungsgrad bei Anordnung eines Kurbelbetriebes in der bekannten Ausführung für Fahrräder zu erhöhen. Beide bekannten Fahrzeugantriebe haben jedoch den Nachteil, daß zur Änderung des Übersetzungsverhältnisses große Verstellwege nötig sind. Außerdem ist das Verschieben der Umlenkrollen unter Belastung nur mit nicht unerheblichem technischen Aufwand möglich. Die maximale Veränderbarkeit des Übersetzungsverhältnisses ist verhältnismäßig gering. Ferner muß bei diesen bekannten Fahrzeugantrieben bei Änderungen des Übersetzungsverhältnisses infolge Verlängerung beziehungsweise Kürzung des Seilzuges zwischen Umlenkrolle und Befestigung an den Trethebeln ein Spiel in Kauf genommen werden, durch das der Tretwinkel und damit der wirkungsvolle Arbeitsbereich verkleinert beziehungsweise vergrößert wird. Das hat den Nachteil, daß bei minimaler Übersetzung bis zur Anspannung des Antriebsseiles ein erheblicher Hebelweg mit der Folge zurückgelegt werden muß, daß die bei der Kraftübertragung aufzuwendende Kraft vom oberen Umkehrpunkt der Trethebel zum unteren Umkehrpunkt stetig ansteigt, so daß im unteren Bereich der gleiche Kraftaufwand erforderlich ist wie bei maximaler Übersetzung.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist in der DE-OS 33 32 475 auch schon ein Trethebelantrieb mit veränderlicher Übersetzung, insbesondere für Fahrräder, mit stufenlos veränderlicher Übersetzung vorgeschlagen worden, bei dem zur Leistungsübertragung ein Antriebsseil vorgesehen ist, dessen beide Endaufhängungen entlang einer Zykloidenbahn verschoben werden sollen. Dadurch soll das Übersetzungsverhältnis verändert werden; außerdem soll dadurch die Seilspannung bei jeder Übersetzungsstellung aufrechterhalten bleiben, das heißt ein Spiel vermieden werden. Die über die Trethebel ausgeübte Muskelkraft soll bei dieser bekannten Vorrichtung über das Antriebsseil auf Antriebsrollen übertragen werden, deren dadurch verursachtes Drehmoment auf das angetriebene Laufrad übertragen wird. Die Antriebsseile sind zu diesem Zweck mehrfach um die Antriebsrollen gewickelt, die über einen Freilauf mit dem angetriebenen Laufrad zur Erzeugung der Antriebsbewegung verbunden sind. Die Aufwicklung verschiedener Längenabschnitte des Antriebsseiles auf der Antriebsrolle ist je nach eingestelltem Übersetzungsverhältnis so einstellbar, daß bei einer Abwärtsbewegung jedes Trethebels stufenlos eine oder mehrere Umdrehungen des angetriebenen Laufrades hervorgehoben werden. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Trethebel auf der Achse des angetriebenen Laufrades oder benachbart dazu schwenkbar angeordnet. Als Rückstellkraft für die abgewickelten Längenabschnitte der Antriebsseile ist ein weiteres Seil vorgesehen, das auf den Antriebsrollen so aufgewickelt ist, daß bei seiner Abwicklung auf die Antriebsrollen ein dem von den Antriebsseilen auf dieses jeweils ausgeübte Drehmoment entgegengerichtetes Drehmoment ausgeübt wird.

Dieser bekannte Trethebelantrieb hat jedoch den Nachteil, daß die Trethebel nur einen verhältnismäßig geringen Schwenkwinkel haben. Infolgedessen wird auch nicht - wie es erstrebenswert ist - erreicht, daß das jeweilige Einleiten von Muskelkraft bei einer Schwenkbewegung der Trethebel sich ruckfrei vollzieht. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zur Beschleunigung der Antriebsrollen auf die Fahrzeuggeschwindigkeit jeweils ein verhältnismäßig großer Weg erforderlich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, demgegenüber ein Fahrzeug mit mindestens einem von Muskelkraft angetriebenen Laufrad und mit einem stufenlosen Übersetzungsverhältnis von Antrieb zu Abtrieb zu schaffen, bei dem die zum Antrieb erforderliche Kraft den veränderlichen Straßenverhältnissen in hohem Maße angepaßt werden kann, bei dem eine Änderung des Übersetzungsverhältnisses sowohl im Betrieb wie im Stillstand und infolgedessen eine optimale Ausnutzung der Muskelkraft auf einfache Weise möglich ist, das also günstige und überdies ruckfreie Bewegungsabläufe ermöglicht. Darüber hinaus soll ein schmutz- und feuchtigkeitsunempfindlicher sowie wartungs- und schmiermittelfreier Betrieb gewährleistet werden. Gleichwohl soll das Fahrzeug kostengünstig herstellbar sein.

Dabei geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß es, um diese Aufgabe zu lösen, soweit sie sich auf die Ermöglichung ruckfreier Bewegungsabläufe bezieht, darauf ankommt, dafür Sorge zu tragen, daß bei natürlicher Beinbewegung den Antrieb hemmende Totpunkte vermieden werden, außerdem die Muskelspannung dabei voll in Kraftausübung für den Antrieb des Fahrzeuges umgesetzt wird.

Gelöst wird die Aufgabe bei einem Fahrzeug der eingangs bezeichneten Art gemäß der Erfindung dadurch, daß

• - das Hebelsystem zur Kraftübertragung als Schwinge ausgebildet ist, die um eine in Antriebsrichtung weisende, mit einer mittig zur Schwinge verlaufenden Querachse identische Achse schwenkbar gelagert ist, wobei die beiden gleich langen Schwingenarme die Hebelarme bilden, wobei jedem der mit den an den Schwingenarmen angeordneten Umlenkrollen in Verbindung stehende, über den oberen Umlenkrollen in der Streckenführung vorgeschaltete Querrollen mit den Antriebsrollen verbundenen Antriebsseilzüge eine aus dem von Antriebskraft und Abstand des Angriffspunktes der Antriebskraft von der Achse der Antriebsrollen auf den Freilauf ausgeübten Drehmoment - dem Umwandlungsmoment - sowie dem von dem Freilauf auf das angetriebene Laufrad übertragenen Drehmoment - dem Antriebsmoment - gebildete Antriebsdrehmoment-Kette nachgeschaltet ist und
• - die Rückstellkraft als eine eine elastische Vorspannkraft für beide Antriebsseilzüge als eine ein dem zum Rückspulen der zum Antrieb von den Antriebsrollen abgewickelten Seillängen aufgebrachten Drehmoment im Freilauf der Antriebsrollen entgegengerichtetes Drehmoment verursachende Kraft, sowie als eine der zur Schieberverstellung aufzuwendenden Kraft entgegenwirkende Kraft ausübendes elastisches Kraftelement ausgebildet ist.

Diese Ausgestaltung des Fahrzeuges gemäß der Erfindung ermöglicht eine sehr großen, nahezu bei 180° liegenden, zur Kraftübertragung nutzbaren Schwenkwinkel bei Abwärtsbewegung jedes Schwingenarmes, also bei jedem der beiden Arbeitstakte, bei dem die Muskelkraft für den Antrieb des Fahrzeuges ausgeübt wird. Die Anordnung einer elastischen Kraft bewirkt, daß die Antriebsseilzüge sowohl beim Wechsel zum Herunterschwenken eines Schwingenarmes, also beim Aufbringen von Muskelkraft auf eine Schwinge, als auch beim umgekehrten Schwenkvorgang unter hinreichender Vorspannung bleibt, der Wechsel der Schwenkbewegung mithin völlig ruckfrei bleibt.

Dazu ist es sehr vorteilhaft, daß das elastische Kraftelement ein elastisches Seil ist, das über eine am Rahmen angeordnete Umlenkrolle zu beiden Antriebsrollen geführt ist, dessen Enden auf den Antriebsrollen gegenläufig zu den Enden der Antriebsseilzüge mindestens in einer Länge aufwickelbar sind, die unter Berücksichtigung der elastischen Dehnung der jeweils größten Länge der aufwickelbaren Teilstrecken der Antriebsseilzüge entspricht.

Stattdessen kann das die Rückstellkraft übermittelnde Seil auch nicht elastisch ausgebildet, jedoch über eine Umlenkrolle geführt sein, auf die eine entgegen der Antriebsrichtung auf die Antriebsrollen wirkende elastische Kraft ausgeübt wird.

Der Schwenkwinkel der Schwinge ist noch günstiger, wenn die Schwinge unterhalb ihrer in Antriebsrichtung weisenden Mittellinie einen senkrecht zur Längsachse der Schwinge nach unten gerichteten Auslegearm von einer kleinere Länge als die Schwingenarmlänge mit einer benachbart zu dessen freiem Ende vorgesehenen Bohrung zum Eingreifen eines Lagerzapfens aufweist. Insbesondere läßt sich dadurch erreichen, daß ein günstigeres Verhältnis zwischen dem Winkel, um den die Angriffspunkte der Muskelkraft bei der Aufwärtsbewegung gegenüber dem Winkel bei der Abwärtsbewegung heruntergeschwenkt werden, erzielt wird, wie dies in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden wird. Dazu ist das Fahrzeug gemäß der Erfindung zweckmäßig so gestaltet, daß die Angriffsflächen für die Muskelkraft benachbart an den freien Enden der Schwingarme steigbügelartig angelenkte Hebel sind.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Fahrzeuges gemäß der Erfindung ist die Antriebs- und Kraftumwandlungsvorrichtung so gestaltet, daß zur Übertragung des Antriebsmomentes auf das angetriebene Laufrad mindestens ein mit dem Freilauf in Verbindung stehender, mit der Nabe des Laufrades leicht lösbar verbundener Mitnehmer in die drehbar gelagerte Nabe des angetriebenen Laufrades eingreift und wobei die Antriebsdrehmoment-Ketten über den angetriebenen Teil des Laufrades miteinander in Verbindung stehen.

Dabei besteht eine bevorzugte Ausführungsform dieser Ausgestaltung darin, daß zur Bildung der Drehmoment- Ketten die mit den Enden der Antriebsseilzüge verbundenen Antriebsrollen jeweils auf dem Außenzylinder des hohlzylinderförmig ausgebildeten Freilaufs aufsitzen, mindestens je ein die Umwandlungsmomente von den Freiläufen auf die Nabe oder einen jeweils seitlich daran angeordneten Flansch des angetriebenen Laufrades übertragender Mitnehmer, der an einer dem Flansch oder der Nabe zugekehrten Zentrierfläche eines hohlzylindrischen, mit dem Innenzylinder des Freilaufs verbundenen Formstücks angeordnet ist und unter nach Verschraubung der Achse des angetriebenen Laufrades mit dem Rahmen ausgeübten Druck um wenige Millimeter leicht lösbar in eine zur Aufnahme in der Nabe oder dem Flansch vorgesehene Bohrung eingreift, ein mit dem Rahmen lösbar verbindbarer Achszapfen mit Längsbohrung, auf dem ein zur drehbaren Lagerung der Nabe beziehungsweise des seitlich damit über die Mitnehmer verbundenen, auf dem Innenzylinder der Freiläufe jeweils aufsitzenden Formstücks bestimmtes Wälzlager aufsitzt, sowie die mit Schraubenmuttern mit dem Rahmen verschraubbare, als die Achszapfen und die Nabe des angetriebenen Laufrades mit Spiel durchdringende, als Steckachse ausgebildete Achse des angetriebenen Laufrades vorgesehen sind.

Da beide Antriebsseilzugstrecken infolge der Ausbildung der Rückstellkraft als elastische, auf die Antriebsrolle ein dem Umwandlungsmoment für die Antriebskraft entgegengerichtetes Drehmoment ausübende Seilkraft ausgebildet ist, ergibt sich eine sehr einfache und wirkungsvolle Möglichkeit zum geradlinigen Verschieben der Stellung eines unterhalb der oberen Umlenkrollen auf einer in der Symmetrieebene des angetriebenen Laufrades liegenden, parallel zu den mit den Aufhängepunkten am Rahmen verbundenen Antriebs- Seilzugstrecken verlaufenden Stange verschiebbaren Schiebers oder Schlitten dadurch, daß ein durch Kurbelgetriebe oder Seilwinde mit Reibungskupplung entgegen der Wirkung der Rückstellkraft aufwickelbares Stellseil vorgesehen ist. Dabei ist das Stellseil mit seinem einen Ende mit dem Schieber und mit seinem anderen Ende an dem Kurbelgetriebe befestigt.

Eine andere Ausgestaltung besteht darin, daß zum geradlinigen Verschieben der Stellung je ein entlang den Längsachsen der Schwingenarme verschiebbarer Schieber angeordnet ist und wobei die Umlenkrollen an den Schwingenarmen, die Antriebsseilzüge an den Schiebern angeordnet sind, und wobei für die gemeinsame Verschiebung beider Schieber entgegen der Wirkung der Rückstellkraft eine von Hand betätigbare Verschiebevorrichtung vorgesehen ist. Diese Ausführungsform hat den Vorteil der Einfachheit der Konstruktion. Allerdings erlaubt sie nur eine geringere Veränderbarkeit des Übersetzungsverhältnisses von Antrieb zu Abtrieb.

Darüber hinaus kann die Anordnung solcher Schieber ganz entfallen. Die Umlenkrollen für die Antriebsseilzüge bleiben dann fest auf der Schwinge angeordnet. Das hat den Vorteil der günstigen Übertragungsmöglichkeit der Antriebskraft, doch entfällt die Möglichkeit der Veränderung der Übersetzung.

Ein Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Angabe weiterer wesentlicher Vorzüge näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des Fahrzeuges gemäß der Erfindung in der Ausbildung als Fahrrad,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Seilzüge des Fahrrades gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie A-B von Fig. 1 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4a) bis f) eine Übersicht über die Stellung der Schwinge nach Fig. 3 in verkleinerter und vereinfachter Darstellung jeweils in Mittelstellung und einer der beiden Extremstellungen für verschiedene Übersetzungen,

Fig. 5 einen Schnitt durch die Hinterachse des angetriebenen Laufrades nach der Linie C-D von Fig. 1 in vergrößerter Wiedergabe.

Wie für das in Fig. 1 in Verbindung mit Fig. 2 und 3 dargestellte Fahrrad wiedergegeben, wird bei dem Fahrzeug gemäß der Erfindung die durch die Muskelkraft der Beine auf eine Schwinge 1 mit dem Schwingarm 2 und 3 und durch diese auf die beiden Antriebsseilzüge 4 und 5 mit Hilfe von Muskelkraft ausgeübte Antriebskraft auf die Antriebsrollen 6 und 7 übertragen, die mit dem Hinterrad als angetriebenem Laufrad koaxial seitlich verbunden sind.

Die Schwinge 1 ist - wie am besten aus Fig. 3 in Verbindung mit Fig. 2 hervorgeht - quer zur Antriebsrichtung mittig zum angetriebenen Laufrad 8 drehbar gelagert. Daher wird bei jedem Niedertreten eines Schwingenarmes 2 oder 3 unter gleichen Bedingungen über die gleiche Zeit der gleiche Impuls übertragen. Um die Muskelkraft durch die Schwinge 1 zu übertragen, sind beide Antriebsseilzüge 4 und 5 jeweils über eine am Rahmen 9 des Fahrrades angeordnete obere Umlenkrolle 10 geführt und werden den Schwingenarmen 2 und 3 über auf den Strecken zwischen den oberen Umlenkrollen 10 und den Verbindungsstellen mit den freien Enden der Schwingenarme 2 und 3 angeordnete Querrollen 11 zugeführt, deren Rollenachsen zu den Achsen der oberen Umlenkrollen 10 im Winkel von 90° stehen. Statt der Querrollen 11 ist es selbstverständlich auch möglich, eine andere möglichst reibungsfreie Führung für die Antriebsseilzüge 4 und 5 quer zur Antriebsrichtung zu verwenden. Auch mit den Schwingenarmen 2 und 3 sind die Antriebsseilzüge 4 und 5 über benachbart zu den freien Enden der Schwingenarme angeordnete Umlenkrollen 12 verbunden. Sie werden von dort über an einem Schieber 13 (dessen Funktion weiter unten erläutert werden wird), der an einer mit dem Rahmen 9 fest verbundenen geraden Stange 14 auf gerader Bahn verschiebbar ist, angeordnete Rollen 15 jeweils bis zu Aufhängepunkten 16 (vergleiche Fig. 1) spiegelbildlich zueinander geführt, die jeweils mit verhältnismäßig geringem Abstand vom Boden am Rahmen 9 angeordnet sind, geführt. Zweckmäßig liegen die Aufhängepunkte 16 - wie Fig. 1 zu entnehmen - unterhalb der oberen Umlenkrollen 10.

Da - wie aus Fig. 5 hervorgeht - die Antriebsseilzüge 4 und 5 mit den Antriebsrollen 6 und 7 verbunden und auf diesen teilweise aufgewickelt sind, wird beim Niedertreten jedes Schwingenarmes 2 oder 3 eine auf einer Antriebsrolle 6 oder 7 aufgewickelte Teillänge in Richtung der in Fig. 2 ausgezogen dargestellten Pfeile abgewickelt. Infolge der Abwicklung werden bei jedem Niedertreten eines Schwingenarmes 2 oder 3 die Antriebsrollen 6 und 7 in Umdrehung versetzt, und da die Antriebsrollen 6 und 7 mit dem angetriebenen Laufrad 8 des Fahrrades verbunden sind, wird infolgedessen die auf die Schwingenarme 2 und 3 ausgeübte Kraft als Antriebskraft auf das Laufrad 8 übertragen.

Zum Betätigen der Schwinge 1 sind an beiden freien Enden der Schwingenarme 2 und 3 steigbügelartige Hebel 17 angelenkt, die eine senkrechte Kraftanwendung in jeder Schräglage der Schwinge 1 ermöglichen. Schwenkbar ist die Schwinge 1 um das freie Ende eines Auslegerarmes 18, der mittig zur Längsachse der Schwinge 1 nach unten gerichtet und benachbart zu seinem freien Ende schwenkbar am Rahmen 9 gelagert, und der kürzer ist als die Schwingenarme 2 und 3. Infolgedessen ist Schwenkpunkt der Schwinge 1 das freie Ende des Auslegerarmes 18.

Zwar ist der Schwenkhub (vergleiche Fig. 3), den die Schwinge 1 ohne Anordnung eines Auslegerarmes 18 der Höhe nach hätte, gleich dem Schwenkhub, den die Schwinge mit Auslegerarm hat; der Ablauf der Schwenkbewegung selbst ist jedoch verändert. Da das Herabschwenken eines Schwingenarmes 2 oder 3 aus der oberen Totpunktlage in der ersten Phase von der Abwärtsschwenkbewegung des Auslegerarmes 18 überlagert wird, ist der Schwenkweg mit der Wirkung verkürzt, die Schwenkbewegung also verzögert, daß bei einem entsprechend verkleinerten Hub eine verhältnismäßig große Teillänge eines Antriebsseilzuges 4 oder 5 von einer der Antriebsrollen 6 oder 7 abgewickelt wird. Das bedeutet, daß ein verhältnismäßig kleiner Hub die Antriebsrolle 6 oder 7, durch die die Antriebskraft auf das angetriebene Laufrad 8 übertragen wird, sehr schnell auf die Drehgeschwindigkeit des angetriebenen Laufrades beschleunigt wird, mit der die Antriebsrolle verbunden ist. Auf diese Weise werden Hubverluste vermindert und ein ruckfreier Antrieb gewährleistet.

Demgegenüber wird in der zweiten Phase beim weiteren Herabschwenken eines Schwingenarmes 2 oder 3 über die Mittellage der Schwinge 1 bis zum unteren Totpunkt auch der Auslegerarm 18 heruntergeschwenkt. Beide Bewegungen addieren sich also. Dadurch vergrößert sich der Hub. Das hat zur Folge, daß bei größerem Hub eine gleich große Teillänge von den Antriebsrollen 6 oder 7 abgewickelt und eine entsprechende Antriebskraft übermittelt wird. Der Schwenkweg vergrößert sich zum unteren Totpunkt hin, woraus sich darüber hinaus eine Hebelweglänge ergibt, bei der keine Antriebskraft übertragen wird und ein bloßer Auslauf der Antriebsrollen 6 oder 7 stattfindet.

Bei der praktischen Anwendung betrug zum Beispiel bei einer Schwingenlänge von 180 mm, einer wirksamen Auslegerlänge von 55 mm, einem Hub von etwa 300 mm der Anlaufwinkel, das heißt der Schwenkwinkel bis zur Beschleunigung der Schwinge auf die Geschwindigkeit der mit dem angetriebenen Laufrad verbundenen Antriebsrolle etwa 15°, der Auslaufwinkel betrug etwa 45°. Daraus ergab sich bei einer Schwenkbewegung von angenähert 180° ein vorteilhafter Nutzwinkel von ca. 120°.

Übertragen wird die auf die Schwingenarme 2 und 3 ausgeübte Muskelkraft über die Antriebsseilzüge 4 und 5 und über die Antriebsrollen 6 und 7 auf das angetriebene Laufrad 8 - wie aus Fig. 5 zu entnehmen ist - auf folgende Weise: Die auf die Antriebsrollen 6 und 7 aufgewickelten Längenabschnitte der Antriebsseilzüge 4 und 5 üben beim Abwickeln auf die Antriebsrollen 6 und 7 ein Drehmoment - das Umwandlungsmoment - aus. Die Antriebsrollen 6 und 7 sitzen jeweils auf dem Außenzylinder eines hohlzylinderförmig ausgebildeten Freilaufs 34 auf, durch den das Umwandlungsmoment auf ein hohlzylindrisches, mit dem Innenzylinder des Freilaufs 34 verbundenes Formstück 19 übertragen wird, dessen der hohl ausgebildeten Nabe 20 des angetriebenen Laufrades 8 zugewandte Fläche einen Zentriersitz zur Aufnahme der Nabe 20 oder eines an der Nabe seitlich angeordneten Flansches 21 beziehungsweise eines an dem Flansch 21 angeordneten Zentrierrings 22 aufweist. Das hohlzylindrische Formstück 19 weist an der dem Flansch 21 der Nabe 20 zugekehrten Fläche außerdem mindestens einen um wenige Millimeter in eine in der Außenfläche der Nabe 20 vorgesehene Ausnehmung eingreifenden Mitnehmer 23 auf. Mit seiner Innenwandung ist das hohlzylindrische Formstück 19 auf einem Wälzlager 24, das auf einem mit dem Rahmen 9 lösbar verbundenen Achszapfen 25 aufsitzt, drehbar gelagert. Zusammengehalten wird diese Anordnung durch eine von einer mit den Achszapfen 25 verschraubbaren und mit Spiel durch die Achszapfen 25 und die Nabe 20 hindurchgeführte, von Außenmuttern 26 und einer Steckachse 27 gebildeten Steckverbindung. Das hat die Wirkung, daß beim Abwickeln eines Teilabschnitts eines Antriebsseilzuges 4 oder 5 das auf den Freilauf 34 von einer der beiden Antriebsrollen 6 und 7 ausgeübte Umwandlungsmoment über den Freilauf und das mit dessen Innenzylinder verbundene hohlzylindrische Formstück 19 und die Mitnehmer 23 infolge der kraftschlüsigen Verbindung mit der Nabe 20 - unter Bildung des Antriebsdrehmoments - auf das angetriebene Laufrad 8 übertragen wird, das infolge der kraftschlüssigen Verbindung zwischen Nabe 20 und Formstück 19 auf den Wälzlagern 24 drehbar gelagert ist.

Diese reibungsarme Übertragungsmöglichkeit hat außerdem den Vorteil, daß eine leichte Montage ermöglicht wird, wobei insbesondere das angetriebene Laufrad 8 aus dem Verbund der Bauelemente leicht lösbar ist, da die Mitnehmer 23 nach Lösen der Steckverbindung durch einfachen Handgriff aus den Ausnehmungen in den Seitenflanschen der Nabe 20 herausgenommen werden können. Erreicht wird dadurch auch, daß die antriebsseitigen Bauelemente jeweils in funktionsgerechter Verbindung mit dem Rahmen bleiben.

In sinnentsprechender Vereinfachung ist daher diese mechanische Anordnung auch auf nicht angetriebene Räder, wie beispielsweise das Vorderrad eines Fahrrades, oder auch bei Fahrrädern herkömmlicher Bauart mit Kettenantrieb anwendbar. In allen Fällen ermöglicht eine entsprechende Anordnung ein einfaches, problemloses, schnelles Auswechseln des Laufrades. Da dies ohne Beeinträchtigung von Anordnung und/oder Funktion des Antriebssystems geschehen kann, ist diese Ausgestaltung eines Fahrzeuges gemäß der Erfindung besonders vorteilhaft.

Um die beim Herabschwenken der Schwingenarme 2 oder 3 abgewickelten Längen der Antriebsseilzüge 4 und 5 während des Zurückschwenkens wieder aufzuwickeln, ist eine Rückstellkraft vorgesehen. Dazu eignet sich jede elastische Kraft, die der aufgebrachten Antriebskraft jeweils über die Länge eines abgewickelten Längenabschnitts entgegengerichtet wirksam ist, beispielsweise eine mit jeder Antriebsrolle 6 und 7 einerseits und dem Rahmen 9 andererseits verbundene Spiralfeder. Für das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel ist als Rückstellkraft eine elastische Seilkraft 28 vorgesehen. Dabei sind die Enden des vorgesehenen Rückstellseils 28 mit den Antriebsrollen 6 und 7 so verbunden, daß das Rückstellseil 28 - wie aus Fig. 2 erkennbar - gegenläufig zu dem jeweiligen Antriebsseilzug jeder Antriebsrolle 6 und 7 aufgespult beziehungsweise abgewickelt wird. Das Rückstellseil 28 ist über eine am Rahmen 9 angeordnete Umlenkrolle 29 geführt und - wie in der Zeichnung nicht dargestellt - elastisch ausgebildet. Dadurch wird erreicht, daß durch das elastische Rückstellseil 28 zugleich eine elastische Vorspannkraft für jeden Antriebsseilzug 4 und 5 ausgeübt wird. Das ist auch für einen einwandfreien Betrieb des Fahrzeuges gemäß der Erfindung von Bedeutung, damit in jeder Lage und bei allen infrage kommenden Fahrgeschwindigkeiten bei der Aufbringung der Muskelkraft die Antriebsseilzüge 4 und 5 straffgehalten werden. Zum Aufwickeln des Rückstellseils 28 ist - wie in Fig. 5 dargestellt - auf den Antriebsrollen 6 und 7 jeweils eine Trennscheibe 30 vorgesehen, durch die die aufgewickelten Lagen des Rückstellseils 28 von den Lagen der Antriebsseilzüge 4 und 5 getrennt zur Wirkung kommen.

Als Rückstellseil 28 hat sich ein flexibles und elastisches Seil bewährt, das einer Belastbarkeit von 20 bis 30 N und eine elastische Verformbarkeit von 60 bis 80% aufweist. Damit konnte erreicht werden, daß sowohl den auftretenden Reibungswiderständen als auch den zu berücksichtigenden Trägheitsmomenten voll Rechnung getragen wurde.

Da die Größe der zu übertragenden Kraft von der Länge des Hebelarmes abhängt, an dem sie wirkt, mithin von der Länge des bei einer Abwärtsschwenkbewegung der Schwingenarme 2 und 3 von den Antriebsrollen 6 oder 7 abzuwickelnden Abschnitts eines Antriebsseilzuges 4 oder 5 abhängig ist, ist die Abschnittslänge bei dem Fahrzeugbau gemäß der Erfindung veränderbar.

Zur stufenlosen Änderung des Übersetzungsverhältnisses von Antrieb zu Abtrieb sind beide Antriebsseilzüge 4 und 5 über einen an der mit dem Rahmen 9 fest verbundenen Stange 14 verschiebbaren Schieber 13 mit daran angeordneten Umlenkrollen 15 geführt (vergleiche Fig. 1). Durch Verschieben des Schiebers 13 auf der durch die Stange 14 als Führung wird die Abschnittslänge verändert. Das geschieht gemäß der Erfindung durch Aufspannen eines unterschiedlich großen Abschnitts der Antriebsseilzüge 4 und 5 in dem Bereich zwischen Aufhängepunkt 16 und oberer Umlenkrolle 10. Der Unterschied zwischen der kleinsten und der größten Aufspannungslänge entspricht der Teillänge jedes Antriebsseilzuges 4 und 5, die infolgedessen von den Antriebsrollen 6 und 7 abgewickelt wird, bevor der Schwingenarm 2 oder 3 zur Kraftübertragung herabgeschwenkt wird. Zur Verstellung des Schiebers 13 wird ein Stellseil 31 sowie ein Kurbelgetriebe 32 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Reibungskupplung vorgesehen.

Die Verschiebung des Schiebers 13 auf gerader Führung ermöglicht eine sehr genaue Anpassung der Übersetzungsverhältnisse an die gewünschte Fahrweise und die Straßenverhältnisse.

Die Änderung des Übersetzungsverhältnisses infolge Änderung der Stellung des Schiebers 13 an der Stange ist durch Gegenüberstellung in Fig. 4 veranschaulicht. Dabei ist zur Vereinfachung die Verstellbarkeit des Schiebers 13 durch das Stellseil 31 und das Kurbelgetriebe 32 weggelassen worden. Die Fig. 4a), c) und e) zeigen den Verlauf der Antriebsseilzüge 4 und 5 in der Mittelstellung der Schwinge 1, bei der also beide Schwingenarme 2 und 3 waagerecht liegen, zwischen den oberen Umlenkrollen 10 und den Aufhängepunkten 16 am Rahmen 9 des Fahrrades jeweils in der oberen Stellung des Schiebers 13, einer mittleren Stellung und der unteren Stellung des Schiebers 13. Dabei wird aus der Zeichnung deutlich, daß in der oberen Stellung des Schiebers 13 zwischen oberer Umlenkrolle 10 und Aufhängepunkt 16 der Antriebsseilzüge 4 und 5 die größte Seillänge und in der unteren Stellung des Schiebers 13 die kleinste Seillänge aufgespannt ist, während in der mittleren Stellung des Schiebers 13 eine zwischen beiden Längen liegende Abschnittslänge aufgespannt ist. In den Fig. 4b), d) und f) ist jeweils neben den Mittelstellungen des Schiebers 13 bei gleicher Schieberstellung eine der beiden Extremstellungen wiedergegeben. Dabei liegt das freie Ende des am weitesten aufwärts geschwenkten Schwingenarmes an einem von zwei achsial symmetrisch angeordneten Anschlägen 33 an, die beispielsweise als Elastomerkörper ausgebildet sein können und - wie Fig. 2 und 4 zu entnehmen - zweckmäßig dicht unterhalb der Querrollen 11 liegen.

Aus der Zeichnung wird deutlich, daß die Länge der Antriebsseilzüge bei hochgeschwenkter Schieberstellung (also in der Zeichnung jeweils die linke Seite der Fig. 4b), d) und f)) von der höchsten Schieberstellung bis zur tiefsten Schieberstellung nur geringfügig kürzer wird, während in der am weitesten heruntergeschwenkten Stellung der Schwinge (in der Zeichnung jeweils die rechte Seite der Fig. 4b), d) und f)) in der höchsten Stellung des Schiebers 13 zwischen der oberen Umlenkrolle 10 und dem Aufhängepunkt 16 die größte Länge des Antriebsseilzuges aufgespannt wird, in der mittleren Schieberstellung gemäß Fig. 4d) eine kleinere und in der untersten Schieberstellung gemäß Fig. 4f) die kleinste Länge. Das bedeutet, daß über eine gleich große Abwärtsschwenkbewegung eines Schwingenarmes 2 oder 3 unterschiedliche Längenabschnitte des Antriebsseilzuges 4 oder 5 von den Antriebsrollen 6 oder 7 abgezogen werden. Bei höchster Schieberstellung (Fig. 4a) und b)) wird bei einem Hub eines Schwingenarmes 2 oder 3 jeweils die größte Länge von einer Antriebsrolle 6 oder 7 abgewickelt, mithin die größte Übersetzung (Talfahrt) eingestellt. Da bei einem Hub in einer Mittelstellung des Schiebers 13 eine mittlere Längenänderung von einer Antriebsrolle 6 oder 7 abgewickelt wird, entspricht dies auch einer mittleren Übersetzung (Normalfahrt: Fig. 4c) und d)). Die kleinste Übersetzung (Bergfahrt) wird bei der tiefsten Stellung des Schiebers 13 eingestellt, da hier bei einem Hub die kleinste Länge eines Antriebsseilzuges 4 oder 5 von den Antriebsrollen 6 oder 7 abgewickelt wird.

In der Praxis hat sich gezeigt, daß bei der größten Übersetzungseinstellung durch einen Doppelhub eine Antriebskraft für etwa 4,5 Umdrehungen des angetriebenen Laufrades eines Fahrrades mit herkömmlichen Laufradabmessungen leicht übermittelbar war, bei mittlerer Übersetzung durch einen Doppelhub etwa 3 Umdrehungen und bei kleinster Übersetzung etwa 1,5 Umdrehungen des angetriebenen Laufrades.

Statt der Anordnung eines Schiebers 13 auf einer besonderen Führungsstange 14 ist es - wie in der Zeichnung nicht dargestellt ist - insbesondere für den Fall, daß nur kleinere Übersetzungen infrage kommen, auch möglich, an jedem Schwingenarm 2 oder 3 einen verschiebbaren Schieber anzuordnen. An diesen Schiebern sind die an den freien Enden der Schwingenarme 2 oder 3 vorgesehenen Umlenkrollen 12 angeordnet. Verstellbar sind die Schieber entgegen der Wirkung der Rückstellkraft 28 zum Beispiel durch eine von Hand betätigbare, und unter der Wirkung einer Reibungskupplung stehenden Verschiebevorrichtung.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist ohne weiteres auch so gestaltbar, daß mehrere Schwingen zur Kraftübertragung, nach Art eines Tandems hintereinander angeordnet, miteinander in Verbindung stehen. Es ist auch möglich, zwei besondere miteinander in Verbindung stehende Schwingen vorzusehen, wobei an der einen die Umlenkrollen 12 angeordnet und an der anderen die steigbügelartigen Trethebeln 17 angelenkt sind.

Claims (9)

1. Fahrzeug mit mindestens einem in einem Rahmen montiertem, in zwei Arbeitstakten von Muskelkraft angetriebenem Laufrad sowie einer Antriebs- und Kraftumwandlungsvorrichtung und einer Einrichtung zur stufenlosen Veränderung des Übersetzungsverhältnisses von Antrieb zu Abtrieb mit folgenden Merkmalen:

• a) die Anordnung eines Hebelsystems mit zwei gegenüber der senkrecht zur Achse des angetriebenen Laufrades verlaufenden Symmetrieebene spiegelbildlich zueinander liegenden Hebelarmen, die jeweils um einen Winkel auf- und abschwenkbar sind, der kleiner ist als 180°,
• b) die Anordnung je einer Umlenkrolle benachbart zu den freien Enden der Hebelarme zur Verbindung mit spiegelbildlich zur Symmetrieebene des angetriebenen Laufrades sich erstreckendem, mit dem angetriebenen Laufrad über je eine an der Außenseite koaxial zu dem angetriebenen Laufrad angeordneten Antriebsrolle wirkverbundenen Antriebsseilzug,
• c) die Anordnung mindestens einer im Zuge der Streckenführung jedes Antriebsseilzuges zwischen Antriebsrolle und Verbindungsstelle mit dem Hebelarm dem Bodenabstand nach oberhalb der vorbestimmten höchsten Schwenkstelle jeder Verbindungsstelle mit dem Hebelarm liegenden oberen Umlenkrolle am Rahmen,
• d) die Verbindung der Antriebsrollen mit dem angetriebenen Laufrad über je einen nur zur Umdrehung des Laufrades in Antriebsrichtung ein Drehmoment übermittelnden Freilauf,
• e) die Verbindung jedes der zwei den Umlenkrollen an den Hebelarmen naheliegenden Endes eines Antriebsseilzuges mit je einem spiegelbildlich zur Symmetrieebene des angetriebenen Laufrades liegenden Aufhängepunkt am Rahmen über je eine an einem stufenlos verstellbaren Schieber angeordnete Umlenkrolle,
• f) die Verbindung der Antriebsrollen jeweils mit einem Antriebsseilzug derart, daß auf jeder Antriebsrolle ein Längenabschnitt des Antriebsseilzuges aufwickelbar ist, der in Abhängigkeit von dem jeweiligen Übersetzungsverhältnis der größten vorbestimmten Differenz der Längen jedes Antriebsseilzuges in hochgeschwenkter und in herabgeschwenkter Stellung der Hebelarme entspricht,
• g) die Anordnung einer Einrichtung zum Abwickeln eines stufenlos begrenzbaren Teilabschnittes, der auf den Antriebsrollen aufgewickelten Längenabschnitte des Antriebsseilzuges und zum Aufspannen des Teilabschnitts in den Streckenbereichen der Zweige des Antriebsseilzuges zwischen oberen Umlenkrollen und Aufhängepunkten am Rahmen,
• h) die Anordnung einer dem über die Antriebsseilzüge auf die Antriebsrollen übertragenen Antriebskraft ausgeübten Drehmoment ein entgegengerichtetes Drehmoment ausübenden Rückstellkraft,

dadurch gekennzeichnet, daß

• i) das Hebelsystem zur Kraftübertragung als Schwinge (1) ausgebildet ist, die um eine in Antriebsrichtung weisende, mit einer mittig zur Schwinge (1) verlaufenden Querachse identische Achse schwenkbar gelagert ist, wobei die beiden gleich langen Schwingenarme (2, 3) die Hebelarme bilden, wobei jedem der mit den an den Schwingenarmen (2, 3) angeordneten Umlenkrollen (12) in Verbindung stehende, über den oberen Umlenkrollen (10) in der Streckenführung vorgeschaltete Querrollen (11) mit den Antriebsrollen (6, 7) verbundenen Antriebsseilzüge (4 oder 5) eine aus dem von Antriebskraft und Abstand des Angriffspunktes der Antriebskraft von der Achse der Antriebsrollen (6, 7) auf den Freilauf (34) ausgeübten Drehmoment - dem Umwandlungsmoment - sowie dem von dem Freilauf (34) auf das angetriebene Laufrad (8) übertragenen Drehmoment - dem Antriebsmoment - gebildete Antriebsdrehmoment-Kette nachgeschaltet ist,
• k) die Rückstellkraft als eine eine elastische Vorspannkraft für beide Antriebsseilzüge (4, 5), als eine ein dem zum Rückspulen der zum Antrieb von den Antriebsrollen (6, 7) abgewickelten Seillängen aufgebrachten Drehmoment im Freilauf (34) der Antriebsrollen (6, 7) entgegengerichtetes Drehmoment verursachende Kraft, sowie als eine der zur Schieberverstellung aufzuwendenden Kraft entgegenwirkende Kraft ausübendes elastisches Kraftelement ausgebildet ist.

2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Kraftelement ein elastisches Seil (28) ist, das über eine am Rahmen (9) angeordnete Umlenkrolle (29) zu beiden Antriebsrollen (6, 7) geführt ist, dessen Enden auf den Antriebsrollen (6, 7) gegenläufig zu den Enden der Antriebsseilzüge (4, 5) mindestens in einer Länge aufwickelbar sind, die unter Berücksichtigung der elastischen Dehnung der jeweils größten Länge der aufwickelbaren Teilstrecken der Antriebsseilzüge (4, 5) entspricht.

3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwinge (1) unterhalb ihrer in Antriebsrichtung weisenden Mittellinie einen senkrecht zur Längsachse der Schwinge (1) nach unten gerichteten Auslegerarm (19) von einer kleineren Länge als die Schwingenarmlänge mit einer benachbart zu dessen freiem Ende vorgesehenen Bohrung zum Eingreifen eines Lagerzapfens aufweist.

4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsflächen für die Muskelkraft benachbart an den freien Enden der Schwingenarme (2, 3) steigbügelartig angelenkte Hebel (17) sind.

5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des Antriebsmomentes auf das angetriebene Laufrad (8) mindestens ein mit dem Freilauf (34) in Verbindung stehender, mit der Nabe (20) des Laufrades (8) leicht lösbar verbundener Mitnehmer (23) in die drehbar gelagerte Nabe (20) des angetriebenen Laufrades (8) eingreift und wobei die Antriebsdrehmoment-Ketten über den angetriebenen Teil des Laufrades miteinander in Verbindung stehen.

6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Drehmoment-Kette die mit den Enden der Antriebsseilzüge (4, 5) verbundenen Antriebsrollen (6, 7) jeweils auf dem Außenzylinder des hohlzylinderförmig ausgebildeten Freilauf (34) aufsitzen, mindestens je ein die Umwandlungsmomente von den Freiläufen (34) auf die Nabe (20) oder einen jeweils seitlich daran angeordneten Flansch (21) des angetriebenen Laufrades (8) übertragender Mitnehmer (23) der an einer dem Flansch (21) oder der Nabe (20) zugekehrten Zentrierfläche (22) eines hohlzylindrischen, mit dem Innenzylinder des Freilaufs (34) verbundenen Formstücks (19) angeordnet ist und unter nach Verschraubung der Achse (27) des angetriebenen Laufrades (8) mit dem Rahmen (9) ausgeübten Druck um wenige Millimeter leicht lösbar in eine zur Aufnahme in der Nabe (20) oder dem Flansch (21) vorgesehene Bohrung eingreift, ein mit dem Rahmen (9) lösbar verbindbarer Achszapfen (25) mit Längsbohrung, auf dem ein zur drehbaren Lagerung der Nabe (20) beziehungsweise des seitlich damit über die Mitnehmer (23) verbundenen, auf dem Innenzylinder der Freiläufe (34) jeweils aufsitzenden Formstücke (19) bestimmes Wälzlager (24) aufsitzt, sowie die mit Schraubenmuttern (26) mit dem Rahmen (9) verschraubbare, als die Achszapfen (25) und die Nabe (20) des angetriebenen Laufrades (8) mit Spiel durchdringende, als Steckachse (27) ausgebildete Achse des angetriebenen Laufrades (8) vorgesehen sind.

7. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum geradlinigen Verschieben der Stellung eines unterhalb der oberen Umlenkrollen (10) auf einer in der Symmetrieebene des angetriebenen Laufrades (8) liegenden, parallel zu den mit den Aufhängepunkten (16) am Rahmen (9) verbundenen Antriebs-Seilzugstrecken verlaufenden Stange (14) verschiebbaren Schiebers (13) ein durch Kurbelgetriebe (32) mit Reibungskupplung entgegen der Wirkung der Rückstellkraft aufwickelbares, mit seinem einen Ende am Schieber (13) und mit seinem anderen Ende an einer Seilwinde befestigtes Stellseil (31) vorgesehen ist.

8. Fahrzeug nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zum geradlinigen Verschieben der Stellung je ein entlang den Längslinien der Schwingenarme (2, 3) verschiebbarer Schieber angeordnet ist und wobei die Umlenkrollen (12) an den Schwingenarmen (2, 3), die Antriebsseilzüge (4, 5) an den Schiebern angeordnet sind, und wobei für die gemeinsame Verschiebung beider Schieber entgegen der Wirkung der Rückstellkraft eine von Hand betätigbare Verschiebevorrichtung vorgesehen ist.