DE4000706C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe für ein durch den Fahrer angetriebenes Fahrzeug zur Umwandlung der hin- und hergehenden Schwenkbewegung eines Antriebshebels in Drehbewegung gleichge­ richteten Drehsinns, wobei zwei Freiläufe vorgesehen sind, von denen der eine die Hin- und der andere die Herbewegung auf eine Welle überträgt.

Allgemein bekannt sind solche Getriebe in Form einer Kurbel­ schwinge, die z. B. als Fußantrieb für Nähmaschinen dient oder als Handhebelgetriebe für Rollstühle. Den Vorzügen der Kur­ belschwinge stehen jedoch Nachteile gegenüber, die manchen An­ wendungen im Wege stehen: Die Hebelkräfte werden nur mit dem Sinus des Kurbelwinkels übertragen; in den Nulldurchgängen der Sinusfunktion kann kein Drehmoment ausgeübt werden (Totpunkte des Getriebes); konstanter Hebelwinkel (keine kürzeren Hebelbe­ wegungen möglich); keine Freilaufwirkung (Hebel schwingen bei Drehbewegung der Abtriebsseite stets mit, auch wenn sie nicht benötigt werden).

Bekannt sind doppeltwirkende Freilaufgetriebe, z. B. US-PS 39 94 509 und US-PS 45 83 754, die die oben genannten Nachteile überwinden.

Bei dem gattungsgemäßen Getriebe gemäß US-PS 45 83 754 werden durch einen hin- und hergehenden Antriebshebel zwei nebeneinan­ der liegende Antriebselemente wie Zahnräder, Ketten oder Seile angetrieben, die zwei gleichsinnig auf eine gemeinsame Abtriebswelle montierte Freiläufe stets gegenläufig zueinander drehen, wobei sich die Freiläufe abwechselnd in Freilauf- und in Kupplungsfunktion befinden. Eine Eigenart dieser Getriebe ist die automatische Rücklaufsperre: wird auf der Abtriebsseite des Getriebes ein Gegenmoment aufgebracht, blockiert das Ge­ triebe immer. Die automatische Rücklaufsperre beruht darauf, daß die Freiläufe ihrerseits in der einen Drehrichtung freilau­ fen und in der Gegenrichtung durch selbsttätig abgefederte Na­ deln oder Klemmkörper kuppeln. Wirkt jedoch ein Gegenmoment auf der Abtriebsseite, so kuppeln beide Freiläufe und wirken gleichzeitig auf ihre gegenläufig wirkenden Antriebselemente, was zu Blockieren führt. Diese Eigenschaft kann dann nützlich sein, wenn das Getriebe als Rollstuhlantrieb bergaufwärtsfah­ rend benutzt wird. Ein Gegenmoment entsteht aber auch beim unabsichtlichen Fahren an eine Wand oder ein größeres Hinder­ nis. Hierbei ist die Rücklaufsperre unvorteilhaft und nicht er­ wünscht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe für ein durch den Fahrer angetriebenes Fahrzeug der eingangs angegebe­ nen Art so auszubilden, daß ein doppeltwirkendes Freilaufge­ triebe ohne automatische Rücklaufsperre trotz eines Rückwärts­ gangs einen nur geringen Bauaufwand erfordert.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ein solches Getriebe kommt vorwiegend für muskelbetätigte An­ wendungen in Frage, wie Antriebe für Fahrräder oder Rollstühle.

Erfindungsgemäß werden die bei bekannten Getrieben selbsttätig wirkenden Freiläufe durch durch den Fahrer gesteuerte Freiläufe ersetzt, wobei in Weiterbildung der Erfindung die Steuerung durch Betätigen des speziell gelagerten Antriebshebels so ein­ fach erfolgen kann, daß die Wirkung der gesteuerten Freiläufe derjenigen der selbsttätigen Freiläufe entspricht. Ohne Betäti­ gung des Antriebshebels befinden sich die gesteuerten Freiläufe dagegen in beiden Drehrichtungen in Leerlaufstellung, wodurch die selbsttätige Rücklaufsperre und damit das Blockieren des Getriebes vermieden wird. Durch Zusammenlegen von Funktionsele­ menten wird eine erhebliche Verringerung des Bauaufwands er­ reicht. Die oben erwähnten gegenläufigen Antriebselemente wer­ den mit den Freiläufen und mit deren Steuerungsmitteln kombi­ niert. Schließlich ergibt sich noch eine überraschend einfache Lösung für den Rückwärtsgang.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Rollstuhl-Getriebe erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 das Getriebe,

Fig. 2 bis Fig. 5 die Hebelstellungen der in einem Rollstuhl mon­ tierten Getriebe in ihren für die Vorwärts- und Rückwärtsfahrt typischen Positionen und für das Drehen des Rollstuhls auf der Stelle linksherum und rechtsherum,

Fig. 6 eine Variante des Antriebshebels, ein­ gerichtet für die Lenkung der Räder des Rollstuhls durch den Handhebelgriff.

In Fig. 1 sind zwei fest mit dem (nicht dargestellten) Rollstuhlgestell verbundene Achsen (1) und (2) dargestellt. Auf der einen Achse (1) ist das Hebelrad (3) drehbar gelagert; auf der anderen Achse (2) die Seiltrommel (4), die fest mit der Radnabe (5) und deren Speichen (6) mit einem (nicht dargestell­ ten) Abtriebsrad des Rollstuhls verbunden ist. Die Seiltrommel (4) hat zwei Außenborde (7) und (8) und eine Mittelbordwand (9). Zwischen Außenbord (7) und Mittelbordwand (9) ist Platz für eine dreifache Umschlingung der Seiltrommel (4) des gleich­ läufigen Seiles (10); zwischen Mittelbordwand (9) und Außenbord (8) ist Platz für eine dreifache Umschlingung der Seiltrommel (4) des gegenläufigen Seiles (11). Beide Seile (10) und (11) liegen auf dem Hebelrad (3) auf und enden am Antriebshebel (12): das gleichläufige Seil hat das untere Ende (13) und das obere Ende (14); das gegenläufige Seil hat das obere Ende (15) und das untere Ende (16). Die Befestigung der Seilenden (13 bis 16) am Antriebshebel (12) erfolgt z. B. durch justierbare Klemm­ schellen; diese sind jedoch zeichnerisch nicht dargestellt. Sie erfolgt jedoch derart, daß beide Seile (10) und (11) nicht straff gespannt sind und so, daß ein Lagerbolzen (19) in der senkrechten Mittelebene des Hebelrades (3) liegt. Das Hebelrad (3) hat zwei Lagerarme (17) und (18), in denen der Antriebshe­ bel (12) drehbar gelagert ist. Durch den Lagerbolzen (19) ist der Antriebshebel (12) mit einem Querhebel (20) verbunden, der seinerseits in einem Handgriff (21) endet, der drehbar auf dem Querhebel (20) angebracht ist. Eine Muffe (22) des Querhebels (20) gestattet diesem ein Schwenken um den Lagerbolzen (19) um z. B. ±20 Grad quer zur Längsrichtung des Antriebshebels (12).

Das Durchmesserverhältnis des Hebelrades (3) zur Seiltrommel (4) kennzeichnet die Übersetzung des Getriebes. Sie kann in weiten Grenzen an das gewünschte Maß angepaßt werden. Das gleichläufige Seil (10) und das gegenläufige Seil (11) stellen die oben erwähnten zueinander gegenläufig wirkenden Antriebs­ elemente dar, und sie wirken gleichermaßen in Verbindung mit der Seiltrommel (4) und deren mehrfacher Umschlingung als schalt­ bare Freilauf-Kupplungen in der Art des aus der Schiffahrt be­ kannten Spillkopfes. Deren Steuerung erfolgt durch leichte axiale Drehung des Antriebshebels (12): wird dieser im Uhrzei­ gersinn gedreht, so wickelt sich das gleichläufige Seil (10) oben und unten auf den Antriebshebel (12), so daß sich das gleichläufige Seil (10) strafft, während das gegenläufige Seil (11) sich abwickelt und schlaff wird. Somit kann das straffe gleichläufige Seil (10) in Umkehrung des Gangspill-Prinzips die Seiltrommel (4) durch Seilreibung mitnehmen, während das schlaffe gegenläufige Seil (11) keine Mitnahme gestattet. Die erwähnte leichte axiale Drehung des Antriebshebels (12) wird beim Auslenken des Antriebshebels (12) in Pfeilrichtung quasi selbsttätig erreicht durch Querschwenken des Querhebels (20) um den Lagerbolzen (19) in eine seiner beiden 20-Grad- End­ stellungen: Wird z. B. der Querhebel (20) aus der Zeichenebene auf den Betrachter zu geschwenkt und der Handgriff (21) in Pfeilrichtung (33) bewegt (Druckhub), so entsteht eine Drehbe­ wegung des Antriebshebels (12) im Uhrzeigersinn, die das gleichläufige Seil (10) strafft. Durch Antrieb in Pfeilrichtung (33) bewegt sich das gleichläufige Seil (10) in Pfeilrichtung (23) und (24) und nimmt die Seiltrommel (4) durch Seilreibung im Gegenuhrzeigersinn (gleichläufig mit dem Hebelrad) mit. Das gegenläufige Seil (11) läuft lose im Uhrzeigersinn auf der Seiltrommel (4) ab. Wird der Handgriff (21) anschließend im Zughub entgegen der Pfeilrichtung (33) bewegt, so entsteht ein Drehmoment, das den Antriebshebel (12) im Gegenuhrzeigersinn dreht, so daß sich das gegenläufige Seil (11) strafft und durch Seilreibung die Seiltrommel (4) in Gegenrichtung zu den Pfeilen (25) und (26), also auch wieder im Gegenuhrzeigersinn mitnimmt.

Währenddessen bleibt das gleichläufige Seil (10) schlaff und läuft gegensinnig über die Seiltrommel (4). Auf diese Weise wird sowohl durch Druck- als auch durch Zugbewegung des Hand­ griffs (21) die Seiltrommel (4) im Gegenuhrzeigersinn gedreht, um z. B einen Rollstuhl vorwärts zu fahren.

Schwenkt man dagegen den Querhebel (20) aus der Zeichenebene nach hinten, so kehren sich die bei Bewegung des Handgriffs (21) entstehenden Drehmomente um: Ein Druckhub am Handgriff (21) in Pfeilrichtung (33) bewirkt dann eine Drehung des An­ triebshebels (12) im Gegenuhrzeigersinn; das gegenläufige Seil (11) strafft sich und bewegt sich in Richtung der Pfeile (25) und (26), wobei es die Seiltrommel (4) durch Seilreibung im Uhrzeigersinn mitnimmt. Wird anschließend am Handgriff (21) ein Zughub ausgeübt, dieser also entgegen der Richtung des Pfeils (33) bewegt, so dreht sich der Antriebshebel (12) im Uhrzeiger­ sinn: das gleichläufige Seil (10) wird gespannt und nimmt die Seiltrommel (4) in Gegenrichtung der Pfeile (23) und (24), also ebenfalls im Uhrzeigersinn mit, womit der Rollstuhl rückwärts fährt. Das hiermit beschriebene Getriebe re­ alisiert damit auf überraschend einfache Weise den Vorwärts- und den Rückwärtsgang des Getriebes allein durch Querschwenken des Querhebels (20) von der einen in die andere Endstellung.

Die notwendige Anzahl der Umschlingungen der Seile (10) und (11) hängt nach dem Gesetz der Umschlingungsreibung von der Reibpaarung der Seile (10) und (11) und der Seiltrommel (4) ab; beim beschriebenen Getriebe aber zusätzlich noch von dem Hebel­ arm, der durch das Querschwenken des Querhebels (20) entsteht: Unter Berücksichtigung des Aufwickelradius der Seile (10) und (11) am Antriebshebel (12) vergrößert ein großer Hebelarm die Kräfte in den Seilen (10) und (11), so daß eventuell eine der genannten drei Umschlingungen der Seile (10) und (11) auf der Seiltrommel (4) eingespart werden kann. Die Umschlingungen der Seile (10) und (11) auf der Seiltrommel (4) führen auch bei schlaffen Seilen (10) und (11) zu einem gewissen Bremsmoment.

Dieses ist aber gering, da die den schlaffen Seilen (10) und (11) innenwohnende Spannung den Durchmesser der Umschlingungen um z. B. 1 Millimeter vergrößert. Die Seile (10) und (11) müssen daher zwischen Freilauffunktion und Kupplungsfunktion nur um wenige Millimeter gespannt werden, und da sie an beiden Enden (13) und (14) bzw. (15) und (16) vom Antriebshebel (12) aufge­ wickelt werden, beträgt dessen Drehung zwecks Umsteuerung von der Freilauf- auf die Kupplungsfunktion und umgekehrt nur we­ nige Winkelgrade.

Fig. 2 bis 5 zeigen Draufsichten eines Rollstuhls mit beider­ seits angebauten Getriebe der erfindungsgemäßen Art. Deutlich sind die Antriebshebel (12), die Querhebel (20) und die Hand­ griffe (21) zu erkennen. Fig. 2 zeigt die Querhebel (20) mit ih­ ren Handgriffen (21) nach innen geschwenkt: bei Bewegung beider Hebel nach vorne (Druckhub) oder nach hinten (Zughub), gleichläufig oder auch gegenläufig zwischen linkem und rechtem Hebel wird der Rollstuhl in Pfeilrichtung nach vorn transpor­ tiert. Allein durch Schwenken der Hebel nach außen, siehe Fig. 3, wird auf Rückwärtsgang geschaltet: jedwede Hebelbewegung transportiert den Rollstuhl in Pfeilrichtung nach hinten. Fig. 4 zeigt beide Hebel in rechter Position. Hierdurch wird bei He­ belbewegung das linke Hinterrad des Rollstuhls vorwärts ange­ trieben und das rechte Hinterrad rückwärts mit der Folge, daß sich der Rollstuhl bei jedweder Hebelbetätigung auf der Stelle rechts herum dreht. Fig. 5 zeigt beide Hebel in ihrer linken Position. Hierdurch wird bei Hebelbewegung das rechte Hinterrad vorwärts angetrieben und das linke Hinterrad rückwärts mit der Folge, daß sich der Rollstuhl auf der Stelle links herum dreht. Diese Positionen der Hebel sind so sinnfällig, daß ein bequemes Rangieren des Rollstuhls auch auf kleinstem Raum (z. B. im Zim­ mer) ohne Übung möglich ist. Daher kann auch auf die allgemein üblichen Greifreifen verzichtet werden, die insbesondere das Fahren im Freien und über längere Strecken durch unphysiologi­ schen Bewegungsablauf, ständige Leerhübe und hochgeführten Straßenschmutz zur Qual machen. Hingegen stört das Belassen der Greifreifen am Rollstuhl die Getriebeanwendung überhaupt nicht, im Gegensatz zum herkömmlichen Getriebe mit Kurbelschwinge.

Auch Patienten, die wegen eingeschränkter Fingerkräfte Greifreifen nicht bedienen können, sind mit dem er­ findungsgemäßen Getriebe besser bedient, weil im Druckhub nur Armkräfte nötig sind und auf den Zughub verzichtet werden kann, indem dieser (etwas langsamer) als Leerhub ausgeführt wird oder mit einer speziell montierten Rückholfeder bewirkt wird. Vor­ teilhaft ist auch im Gegensatz zum Kurbelschwingengetriebe, daß die Länge des Zug- oder Druckhubes frei wählbar ist: man kann ganz nach Wunsch (oder körperlicher Befindlichkeit) mit kurzen oder langen Hüben fahren.

Die sinnfälligen Hebelstellungen (siehe Fig. 2 bis Fig. 5) des erfindungsgemäßen Getriebes erlauben wie beim Antrieb des Roll­ stuhls über seine Greifreifen den Verzicht auf zwangsgesteuerte Vorderräder des Rollstuhls. Es kann doch Fälle geben, bei denen eine Zwangssteuerung der Vorderräder wünschenswert ist. Für diesen Sonderfall (siehe Fig. 6) kann der Handgriff (21) um den Drehpunkt (27) schwenkbar angeordnet werden, wobei der Schwenkwinkel des Handgriffs (21) über eine an ihm angebrachte parallel zum Querhebel (20) angeordnete obere Koppelstange (28) und mittels eines Hebels (29) in eine Relativbewegung der unte­ ren Koppelstange (30) gegenüber dem Antriebshebel (12) über­ führt wird. Während die linke Hebelposition z. B. die Stellung im Vorwärtsgang darstellt, ist die rechts gestrichelte Position der Rückwärtsgang. Diese Umschaltung von Vorwärts- auf Rückwärtsgang und umgekehrt läßt die Neigungsverstellung des Handgriffes (21) zwecks Lenkung unbehelligt, wie sich aus Fig. 6 ohne weitere Erklärung ergibt. Nicht dargestellt ist das untere Ende der unteren Koppelstange (30), das in bekannter Weise an die gestellfeste Achse (1) des Getriebes geführt ist (um die Lenkung von der zufälligen Stellung der Hebel unabhängig zu ma­ chen) und von dort über einen Winkelhebel und eine weitere Koppelstange die Stellung eines Vorderrades beinflußt.

Da das erfindungsgemäße Getriebe besonders geeignet ist für das Fahren des Rollstuhls im Freien, kommt einer soliden Bremseinrichtung besondere Bedeutung zu. Die (siehe Fig. 1) of­ fene Seiltrommel (4) kann in ihrem Innern nach Durchmesser und Trommeltiefe als sehr wirksame Bremstrommel dienen, die in be­ kannter (und daher hier nicht dargestellter Weise) mit passen­ den Bremsbacken, deren Lagern und dem Bremsknebel ausgefüllt wird. Die Betätigung dieser Trommelbremse erfolgt wie bekannt meistens über einen Bowdenzug, der in einem Bremshebel endet, der wie beim Fahrrad am Handgriff (21) angebracht ist. Diese üblicherweise als Fahrbremse benutzte Trommelbremse kann auch mit einem zusätzlichen Kniehebel als Feststellbremse benutzt werden. Möglich ist aber auch (siehe Fig. 1), daß eines der bei­ den Seile (10) bzw. (11) z. B. durch eine Schlaufe (31) in Pfeilrichtung (32) gezogen, gestrafft wird, wobei sich durch Drehen des unteren Hebelrohrs (12) auch das zweite Seil (11) strafft, so daß beide Seile (10) und (11) auf der Seiltrom­ mel (4) reiben, abhängig von der Kraft in Pfeilrichtung (32).

Da in der Funktion als Feststellbremse kein Verschleiß auf­ tritt, ist letztgenannte Bremseinrichtung eher als Fest­ stellbremse geeignet denn als Fahrbremse, es sei denn, daß für die Seile (10) und (11) und die Seiltrommel (4) Werkstoffe ein­ gesetzt werden, die wie beim Fahrrad-Rücktritt verschleißfrei arbeiten. Das Straffen der Seile (10) und (11) kann schließlich auch dadurch erreicht werden, daß auf dem Mantel des Hebelrades (3) ein Nocken angebracht ist an einer Stelle des Mantels, die vom Seil (10) erst in einer Endlage des Hebelrades (3) erreicht wird, die nicht zum Fahren sondern nur zum Bremsen benutzt wird.

Claims (7)

1. Getriebe für ein durch den Fahrer angetriebenes Fahrzeug zur Umwandlung der hin- und hergehenden Schwenkbewegung eines An­ triebshebels in eine Drehbewegung gleichgerichteten Drehsinns, wobei zwei Freiläufe vorgesehen sind, von denen der eine die Hin- und der andere die Herbewegung auf eine Welle überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiläufe (Seiltrommel 4, Seil 10, Seil 11) durch den Fahrer einschaltbar sind und der eine Freilauf (Seiltrommel 4, Seil 10) nur bei der Hin- und der an­ dere Freilauf (Seiltrommel 4, Seil 11) nur bei der Herbewegung eingeschaltet wird, und daß die Schaltbetätigungseinrichtungen dieser Freiläufe (Seiltrommel 4, Seil 10, Seil 11) mit dem die Hin- und Herbewegung einleitenden Antriebshebel (12) gekoppelt sind.

2. Getriebe nach Anspruch 1, wobei die die Hin- und Herbewegung aufnehmende Welle durch eine Radnabe (5) gebildet wird und die Antriebsübertragung mittels zweier Seile (10 und 11) und einer auf dieser Radnabe (5) angeordneten Seiltrommel (4) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (12) über seine Schwenkachse (1) hinaus verlängert ist, daß jeweils ein Seilende (14 bzw. 15) auf der einen und die anderen Seilenden (13 bzw. 16) auf der anderen Seite der Schwenkachse (1) am Antriebshebel (12) befestigt sind, und daß der Antriebshebel (12) als ein um seine Längsachse drehbares Rohr ausgebildet ist, so daß durch ein Verdrehen des Antriebshebels (12) infolge eines Auf- und Abwickelns der Seile (10 und 11) ein wechselseitiges Lockern und Straffen der Seile (10 und 11) ermöglicht ist.

3. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebshebel (12) in einen querschwenkbar gelagerten Querhebel (20) mit Handgriff (21) ausläuft.

4. Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschwenkbarkeit sich nach beiden Richtungen erstreckt.

5. Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung je eines Getriebes auf jeder Seite des Fahrers die Querschwenkung zum Fahrer hin den Vorwärtsgang und die Quer­ schwenkung vom Fahrer weg den Rückwärtsgang für das jeweilige Getriebe ergibt.

6. Getriebe nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Handgriff (21) am oberen Ende des Querhe­ bels (20) an diesem schwenkbar angeordnet ist und die Schwenk­ barkeit zur Betätigung der Lenkräder mittels Koppelstangen (28, 30) dient.

7. Getriebe nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die aus Seilen (10 und 11) und Seiltrommel (4) bestehende Getriebeanordnung durch Festhalten des Antriebshebels (12) und Straffen der Seile (10 und 11) als Bremse benutzt wird.