DE4121955A1 - Totpunktfreies getriebe zur umsetzung linearer hin- und herbewegungen in eine rotation - Google Patents

Description

Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden zur Um­ setzung linearer Hin- und Herbewegungen in eine Rotation Pleuelstangenantriebe eingesetzt, z. B. bei Dampfmaschinen und Verbrennungskraftmotoren. Es ist nicht Aufgabe dieser Erfindung die Pleuelstangenantriebe zu ersetzen, sondern lediglich eine empfindliche technologische Lücke zu füllen. In vielen Fällen nämlich kann die Aufgabe: "Umsetzung linearer Hin- und Herbewegungen in eine Rotation" mit dem Einsatz ei­ nes Pleuelstangenantriebes nicht gelöst werden. Dies hängt mit der Tatsache zusammen, daß der Pleuelstangenantrieb zwei Totpunkte besitzt, wodurch die folgenden vier charakteristi­ schen Merkmale des Pleuelstangenantriebes verursacht werden:

• 1. Der Pleuelstangenantrieb läuft in den Totpunkten nicht an, weil an dem rotierenden Teil (Rad) kein Drehmoment erzeugt wird.
• 2. Zur Überwindung der beiden Totpunkte wird eine kinetische Energiereserve benötigt (Schwungrad).
• 3. Bei langsamer Hin- und Herbewegung läßt sich keine tech­ nisch und ökonomisch vertretbare kinetische Energiereserve erzeugen (Riesenschwungrad erforderlich).
• 4. Zwischen Antriebskraft (z. B. am Kolben) und dem erzeugten Drehmoment (Rad) gibt es keine lineare Beziehung, wodurch der Wirkungsgrad des Pleuelstangenantriebes herabgesetzt wird.

Die vier obigen charakteristischen Merkmale des Pleuel­ stangenantriebes haben zur Folge, daß derselbe zur Umsetzung langsamer Hin- und Herbewegungen in eine Rotation versagt.

Es ist Aufgabe dieser Erfindung, ein Getriebe zu schaffen, das sich zur Umsetzung langsamer Hin- und Herbewegungen in eine Rotation eignet. Das Getriebe nach dieser Erfindung er­ füllt diese Aufgabe in hervorragender Weise, insbesondere eignet es sich bestens als Muskelkraftantrieb für Fahrräder, Heimtrainer, Rollstühle usw. Aus diesem Grunde werden in der nachfolgenden Beschreibung auch 2 Einsatzbeispiele des Ge­ triebes nach dieser Erfindung dargestellt, einmal als Fahrrad- und das andere mal als Rollstuhlantrieb.

Fahrräder nach dem derzeitigen Stand der Technik besitzen eine schlechte Berggängigkeit, denn zu Fuß mit geschultertem Fahrrad kann ein Radfahrer wesentlich stärkere Steigungen als auf dem Fahrrad sitzend überwinden. Ursache dieses Mangels ist der bei Fahrrädern gebräuchliche Tretkurbelantrieb, der eine Abart des Pleuelstangenantriebes darstellt, mit den Unter­ schenkeln des Radfahrers als Pleuelstangen. Dies hat zur Fol­ ge, daß es dem Radfahrer nicht möglich ist, an der Tretkurbel­ welle ein konstantes Drehmoment zu erzeugen, denn der Tret­ kurbelantrieb besitzt 2 Tretzonen mit schlechtem und eine mit gutem Wirkungsgrad. Die beiden Tretzonen mit schlechtem Wir­ kungsgrad befinden sich in der Nähe des oberen bzw. des unte­ ren Totpunktes und die mit gutem Wirkungsgrad liegt zwischen den beiden. Durch die Tretzone guten Wirkungsgrades wird der Radfahrer in die Lage versetzt, auf horizontalen Fahrbahnen mit festem Untergrund erhebliche Fahrgeschwindigkeiten zu erreichen. Das bedeutet aber gleichzeitig, daß der Radfahrer mit seinem Rade eine erhebliche kinetische Energiereserve be­ sitzt, so daß er die Tretzonen mit schlechtem Wirkungsgrad mühelos überwinden kann. Auf ansteigenden Fahrbahnen nimmt jedoch mit dem Grad der Steigung auch die Fahrgeschwindig­ keit ab. Drastisch aber sinkt gleichzeitig die kinetische Energiereserve, denn sie ist eine quadratische Funktion derselben. Bei relativ kleinen Steigungen bereits ist sie so klein, daß sie keinen nennenswerten Beitrag mehr zur Überwin­ dung der Tretzonen schlechten Wirkungsgrades leistet. Der Radfahrer bleibt alsdann mit seiner Pedale in Totpunkt­ nähe stecken, weil der Wirkungsgrad des Tretkurbelantriebes in dieser Position der Pedale so schlecht ist, daß das er­ forderliche Drehmoment zur Fortbewegung des Fahrrades nicht mehr erzeugt werden kann.

Die vorgehend geschilderte, schlechte Berggängigkeit der Fahrräder betrifft in vollem Umfang aber nur die Vekehrs­ radler. Sportradlern dagegen gelingt es, größere Fahrbahnstei­ gungen durch Anwendung des "Runden Trittes" zu überwinden. Zur Praktizierung desselben ist es erforderlich, eine feste Verbindung zwischen den Schuhen des Radlers und den Pedalen mit Hilfe von Pedalhaken oder Pedalriemen herzustellen. Mit dieser zusätzlichen Ausrüstung ist ein Sportradler nunmehr in der Lage, die Kraftwirkung seiner Füße auf die Pedalen stets tangential zur Kreisbahn derselben zu übertragen. Beim "Runden Tritt" gibt es somit keine Totpunkte. Der "Runde Tritt" wird aber von Verkehrsradlern nicht beherrscht, weil zu seiner Ausübung ein stetes hartes Training erforderlich ist. Für den Verkehrsradler bleibt die schlechte Berggängig­ keit der Fahrräder somit voll bestehen.

Die Berggängigkeit der Rollstühle ist noch schlechter als die der Fahrräder. Der am meisten verwendete Antrieb für Rollstühle ist der Greifreifenantrieb. Bei diesem Antrieb muß der Rollstuhlfahrer bei Geradeausfahrt beide Greifreifen gleichzeitig mit gleicher Winkelgeschwindigkeit in gleichsin­ niger Richtung drehen. Da er aber die Drehung der Greifreifen bei einem Zugriff seiner Hände nur um eine begrenzte Winkel­ größe ausführen kann, muß er danach seine Hände von den Greif­ reifen lösen und in eine neue Greifposition zurückführen. In der Rückführungsphase seiner Hände fällt der Antrieb am Roll­ stuhl aus, so daß derselbe auf abschüssigen Fahrbahnen zurück­ rollen würde. In unebenem Gelände ist der Greifreifenantrieb zur Fortbewegung mit eigener Muskelkraft des Rollstuhlfahrers somit nicht brauchbar; er muß in diesem Falle daher von einer Zweitperson geschoben werden.

Ein weiterer, gebräuchlicher Antrieb für Rollstühle ist der Handhebelantrieb. Dieser ist aber, wie der Tretkurbelantrieb für Fahrräder, mit Totpunkten behaftet, so daß er dieselben Mängel wie dieser besitzt.

Mit den derzeit bekannten Antriebssystemen für Rollstühle ist die Fortbewegung gehbehinderter Menschen somit ein müh­ samens Unterfangen. Fahrräder und Rollstühle mit einem Getriebe dieser Erfindung besitzen eine wesentlich bessere Berggängig­ keit, so daß dieselben in ihrer Funktion als Verkehrsmittel enorm aufgewertet werden.

Das Getriebe besteht aus einem endlosen, straff über mindestens eine Riemenscheibe und mehrere Führungsrollen um­ laufenden Flachriemen. Ein Teil vom Umfang des Flachriemens ist als Treibschleife ausgebildet, in deren Bereich derselbe durch einen hin- und herbewegten Antreiber in Umlauf versetzt wird. Die Länge der Treibschleife ist definiert durch den Ab­ stand zweier Führungsrollen. Im Bereich der Treibschleife ver­ läuft der Flachriemen außerhalb des Antreibers parallel.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand der folgenden Figuren:

Fig. 1 Funktionsprinzip des Getriebes,

Fig. 2 Längsschnitt durch den Antreiber,

Fig. 3 Seitenansicht des Antreibers,

Fig. 4 Schnitt A-B durch den Antreiber,

Fig. 5 Schnitt C-D durch den Antreiber,

Fig. 6 Schnitt E-F durch den Antreiber,

Fig. 7a-c Funktionsprinzip eines 2-Gang- und 3-Gangantreibers,

Fig. 8 3-Gangantreiber (Seitenansicht),

Fig. 9 Schalthebel (Seitenansicht),

Fig. 10 Schalthebel (Längsschnitt),

Fig. 11 3-Gangantreiber (Schnitt G-H),

Fig. 12 Rollstuhl mit Getriebe (Funktionsschema),

Fig. 13 Fahrrad mit Getriebe (Funktionsschema),

Fig. 14 Spezialbetätigungsjoch für Rücktrittbremse.

In der Fig. 1 ist das Funktionsprinzip eines Getriebes einfacher Bauart dargestellt. Er besteht aus einem Flachriemen 1, einer Riemenscheibe 2, vier Führungsrollen 3-6 und dem An­ treiber 7, der im Bereich einer Treibschleife 8 der Länge a in Richtung A bzw. A′ hin- und herverschiebbar angeordnet ist. Die Treibschleife 8 besteht aus einem Obertrum 9 und einem Untertrum 9′. Beide verlaufen außerhalb des Antreibers 7 parallel, während ihr Verlauf innerhalb desselben von der Kon­ struktion der Treibmechanik im Innern des Antreibers 7 be­ stimmt wird. Die Führungsrolle 6 ist so positioniert, daß der Flachriemen 1 die Riemenscheibe 2 in einem großen Winkel um­ schlingt. Die Position der Führungsrolle 5 ist veränderbar (nicht dargestellt), so daß durch Versetzen derselben im Flachriemen 1 eine straff gespannte Längsdehnung erzeugt wer­ den kann.

Das in der Fig. 1 dargestellte Funktionsprinzip eines Getriebes einfacher Konstruktion kann dahingehend erweitert werden, daß durch eine Treibschleife zwei oder noch mehr Rie­ menscheiben gleichzeitig angetrieben werden, während anderer­ seits durch Anordnung von zwei oder noch mehr Treibschleifen auf dem Umfang des Flachriemens 1 ein Tandemantrieb rea­ lisiert werden kann.

Der Umlauf des Flachriemens 1 wird dadurch erzeugt, daß der Antreiber 7 bei seiner Hin- und Herverschiebung in Richtung A bzw. im Bereich der Treibschleife 8 die folgenden beiden Funktionsmerkmale entfaltet:

• 1. Der Antreiber 7 nimmt bei seiner Bewegung in Richtung A bzw. A′ eines der beiden Trums 9 oder 9′ mit, während das an­ dere gleichzeitig denn Antreiber 7 frei durchlaufen kann.
• 2. Beim Umkehr der Bewegungsrichtung des Antreibers 7 wechselt die Mitnahme von einem Trum auf das andere über.

Ein Antreiber, der die beiden obigen Funktionsmerkmale er­ füllt, ist durch verschiedene konstruktive Lösungen realisier­ bar. Eine davon ist dargestellt in den Fig. 2-6. Bei dieser Lö­ sung besteht der Antreiber 7 aus einem Betätigungsjoch 10, das mit einem weiteren Treibjoch 11 (Fig. 3) so gekoppelt ist, daß zwischen beiden eine anschlagbegrenzte Relativbeweglich­ keit existiert. Die Kopplung zwischen Betätigungsjoch 10 und Treibjoch 11 besteht aus zwei Pendelscharnieren 13 und 13′, die in beiden Jochen schwenkbare Lagerungen besitzen; im Be­ tätigungsjoch 10 sind es die Stiftlager 14 und 14′ und im Treibjoch 11 sind es die Stiftlager 15 und 15′. Die lineare Führung des Antreibers 7 in Richtung A bzw. A′ erfolgt durch das Betätigungsjoch 10 längs einer Führungsstange 12. Die An­ schlagbegrenzung der Relativbeweglichkeit zwischen Betäti­ gungsjoch 10 und Treibjoch 11 erfolgt durch Hemmkontakte zwischen am Betätigungsjoch 10 angeordneten Hemmnockenpaaren 22 und 22′ oder 23 und 23′ und den im Treibjoch angeordneten Hemmrollen 18 und 18′. In der Fig. 2 sind beide Hemmnockenpaare eingezeichnet, jedoch wird nur eins der beiden benötigt. Bei Existenz des Paares 22 und 22′ rotiert die Riemenscheibe 2 in Drehrichtung B und bei Existenz des Paares 23 und 23′ ro­ tiert sie in Drehrichtung B′. Die Kraft zur Verschiebung des Antreibers 7 in Richtung A bzw. A′ greift am Betätigungsjoch 10 an. Das Treibjoch 11 setzt den Flachriemen 1 in Umlauf. Es folgt der Bewegung des Betätigungsjochs 10, jedoch nicht voll­ ständig. Wegen der Relativbeweglichkeit beider Joche folgt das Treibjoch 11 dem Betätigungsjoch 10 bei jeder Richtungsumkehr von A nach A′ oder A′ nach A mit einer, wenn auch sehr kleinen, Verzögerung (Toter Gang).

Im Treibjoch 11 ist die Treibmechanik zum Antrieb des Flachriemens 1 untergebracht. Es besteht aus einem, aus zwei Platinen 16 und vier Distanzbolzen 17 zusammengesetzen Ge­ häuse. Die Treibmechanik besteht aus zwei Rollentripeln, von denen das eine, bestehend aus einer Hemmrolle 18 und zwei Leitrollen 19 und 20, dem Obertrum 9 und das andere, bestehend aus einer Hemmrolle 18′ und zwei Leitrollen 19′ und 20′ dem Umtertrum 9′ zugeordnet ist. Die Rollen der beiden Tripel drehen sich um Achsen 21, die in den Platinen 16 gelagert sind. Die zwei Leitrollen eines Tripels führen das Obertrum 9 bzw. das Untertrum 9′ in einem großen Winkel um die zugeord­ nete Hemmrolle 18 bzw. 18′ herum. Die Hemmkontakte zwischen den Hemmnocken und den Hemmrollen finden statt an Hemm­ flanschen 24 und 24′, die an den Stirnseiten der Hemmrollen angeordnet sind. Ein Hemmkontakt bewirkt, daß die Rotation der zugeordneten Hemmrolle einschließlich der beiden zuge­ ordneten Leitrollen gestoppt wird, so daß das zugeordnete Trum vom Antreiber in seiner Bewegung mitgenommen wird, während gleichzeitig das andere Trum sein zugeordnetes Rollentripel frei durchlaufen kann.

Um den Flachriemen 1 in Umlauf zu versetzen, erzeugt die im Treibjoch 11 angeordnete Treibmechanik erfindungsgemäß bezüg­ lich der Drehrichtung B bzw. B′ der Riemenscheibe 2, der Bewe­ gungsrichtung A bzw. A′ des Antreibers 7 und der gestoppten bzw. freien Rotation der Hemmrollen 18 bzw. 18′ die in der fol­ genden Tabelle zusammengestellten Funktionszustände:

Für das Betätigungsjoch 10 sind ebenfalls verschiedene konstruktive Lösungen möglich. Das in der Fig. 2 dargestellte Lösungsbeispiel besteht aus einem Rohr 25, das auf einer Füh­ rungsstange 12 runden Querschnitts über zwei Linearlager 26 und 26′, z. B. Linearkugellager, verschiebbar gelagert ist. Zwi­ schen beiden Linearlagern ist in Längsmitte des Rohres 25 ein dickwandiges, ölgetränktes, auf der Führungsstange 12 ge­ führtes, Sintermetallrohr 27 angeordnet. Es hat die Aufgabe, die Führungsstange 12 bei der Hin- und Herverschiebung des Antreibers 7 in Richtung A bzw. A′ stetig mit einem Ölfilm zu benetzen. Damit die Linearlager 26 und 26′ mit der Führungs­ stange 12 exakt fluchten, sind sie in einem Pendelrohr 28 an­ geordnet, das auf seinem Außendurchmesser in Längsmitte mit einer ringförmigen Kugelwulst 29 versehen ist, deren Durchmes­ ser mit dem Innendurchmesser des Rohres 25 übereinstimmt. Dies hat zur Folge, daß die Linearlager 26 und 26′ in ihrer Längs­ mitte gegen radiale Versetzungen gegenüber dem Rohr 25 abge­ sichert sind, jedoch sich gleichzeitig exakt fluchtend zu der Führungsstange 12 ausreichten können. An jedem Ende eines Pen­ delrohres 28 ist ferner ein sphärisch-konvex geformter, mit einer Längsbohrung versehener Anschlag 30 eingesetzt, der in Berührungskontakt steht mit einem sphärisch-konkav geformten, mit einer Längsbohrung versehenen Anschlag 31, der im Rohr 25 befestigt ist. Die Längsbohrungen in den Anschlägen 30 und 31 sind so groß, daß eine Berührung mit der Führungsstange 12 un­ möglich ist. Der Mittelpunkt der sphärisch geformten Kontakt­ flächen der Anschläge 30 und 31 ist identisch mit dem Mit­ telpunkt der ringförmigen Kugelwulst 29.

Anhand der bisherigen Beschreibung ergibt sich, daß das Getriebe keine Totpunkte besitzt und somit auch die am Anfang der Beschreibung aufgeführten 4 charakteristischen Merkmale des Pleuelstangengetriebes beim Getriebe nach dieser Erfindung fehlen.

Mit dem vorgehend beschriebenen Getriebe läßt sich an der Riemenscheibe 2 nur eine der beiden Drehrichtungen B oder B′ erzeugen. Werden beide Drehrichtungen benötigt (Vor- und Rückwärtsgang), dann muß das Getriebe mit einem 2-Gangantreiber 7′ ausgerüstet werden. Dieser unterscheidet sich vom Antreiber 7 lediglich durch ein abgeändertes Be­ tätigungsjoch 10′. In manchen Fällen, z. B. zum Antrieb eines Rollstuhles wird sogar ein 3-Gangantreiber 7′′ (s. Fig. 8) be­ nötigt. Dieser besteht aus einem Betätigungsjoch 10′ und einem Treibjoch 11′, d. h. beide Joche sind gegenüber dem Antreiber 7 verändert worden. Der 3. Gang beim 3-Gangantreiber ist aller­ dings ein Leergang, der eingelegt wird, wenn der Rollstuhl von einer Zweitperson geschoben werden soll.

Zunächst wird anhand der Fig. 7a-c das Funktionsprinzip des 2-Gang- und 3-Gangantreibers erläutert. Das Betätigungsjoch 10′ der beiden ist, wie das Betätigungsjoch 10 des Antreibers 7, ebenfalls mit dem Rohr 25 (ungeschnitten dargestellt) ein­ schließlich aller Einbauteile ausgerüstet. Gemäß den Fig. 7a-c sind auf dem Rohr 25 zwei mit den Hemmnocken 22 und 23, bzw. 22′ und 23′ bestückte Hemmnockenträger 32 bzw. 32′ so positi­ oniert, daß die Hemmrolle 18 zwischen den Hemmnocken 22 und 23 bzw. die Hemmrolle 18′ zwischen den Hemmnocken 22′ und 23′ ein­ geordnet sind. Der Abstand der beiden Hemmnockenträger 32 und 32′ ist veränderbar und kann auf die Größen b, c oder d ein­ gestellt werden. Der funktionelle Zusammenhang zwischen den Abständen b, c und d der Hemmnockenträger 32 und 32′ einerseits und den Relativabständen der Hemmnockenpaare 22, 22′ und 23, 23′ zu den Hemmflanschen 24 bzw. 24′ andererseits ist dargestellt in der folgenden Tabelle:

Für den 2-Gangantreiber 7′ werden nur die beiden Abstände b und d (Fig. 7a und c) der beiden Hemmnockenträger 32 und 32′ benötigt. Beim Abstand b rotiert die Riemenscheibe 2 in Dreh­ richtung B (Vorwärtsgang) und beim Abstand d rotiert sie in Drehrichtung B′ (Rückwärtsgang), denn die Hemmkontakte zu den Hemmflanschen 24 bzw. 24′ werden immer von dem Hemmnockenpaar hergestellt, das den kleineren Relativabstand zu den Hemmflan­ schen besitzt (s. obige Tabelle). Der mittlere Abstand c (Fig. 7b) wird nur beim 3-Gangantreiber 7′′ benötigt.

Anhand der Fig. 8-11 wird ein vollständiger 3-Gangantreiber 7′′ beschrieben. Die Fig. 8 zeigt den 3-Gangantreiber in Sei­ tenansicht; er besteht aus dem Betätigungsjoch 10′ und dem Treibjoch 11′. Er ist dargestellt im Leergang, d. h. im mittle­ ren Abstand c der Fig. 7b. Zur Einstellung der 3 Gänge dient eine Gangschaltung. Bestandteil dieser Gangschaltung sind längsmittig abgesetzte, an den zugewandten Stirnflächen der Hemmnockenträger 32 bzw. 32′ angeordnete Verlängerungen 34 und 34′ der Länge b, die sich in Mittelstellung des 3-Gangantrei­ bers 7′′ (Leergang) in der Ebene I-I′ in einer Länge der Größe e überlappen. Zur Gangschaltung gehört ferner noch ein Schalthebel 36 (Fig. 9 und 10), bestehend aus einer flachen Platte mit einer kreissegmentförmigen Verbreiterung in der Mitte, mit dortselbst angeordneten 2 Schaltstiften 37 runden Querschnitts, sowie einem Rastschloß 40 an einem Ende des Schalthebels. Der Schalthebel 36 ist zwischen den beiden Ver­ längerungen 34 und 34′ in Längsschlitzen 38 und Querschlitzen 39, die in einer einseitigen Materialverdickung der Länge e angeordnet sind, schwenkbar in Richtung C bzw. C′ gelagert. In der Mittelstellung des Antreibers 7′′ besteht zwischen den Hemmnockenträgern 32 bzw. 32′ und ihren Verlängerungen 34 bzw. 34′ einerseits und den beiden auf dem Rohr 25 angeordneten An­ schlägen 35 bzw. 35′ andererseits ein gleich großer Abstand f=(c-b)/2=(d-c)/2. Der Abstand f ist somit der maximale Hub, den jeder der beiden Hemmnockenträger 32 bzw. 32′ von der Mittelstellung aus nach der einen oder anderen Richtung zu­ rücklegen kann. Damit ist auch gleichzeitig eine Begrenzung der Schwenkbewegung des Schalthebels 36 in Richtung C bzw. C′ verbunden. Beim 3-Gangantreiber 7′′ wird der Schalthebel 36 in seinen beiden Endstellungen und auch in der Mittelstellung arretiert. Dies wird erreicht durch einen Rastzapfen 41, der am Ende eines im Rastschloß 40 axial verschiebbar angeordne­ ten Bolzens 42 befestigt ist und im Vorwärtsgang in das Sack­ loch 43, im Rückwärtsgang in das Sackloch 44 und im Leergang in ein weiteres zwischen beiden einrastet. Um beim Schieben des Rollstuhls im Leergang unerwünschte Hemmkontakte zwischen Hemmnocken und Hemmflanschen zu vermeiden, werden Betätigungs­ joch 10′ und Treibjoch 11′ durch ein Sperrschloß 33, dessen Kon­ struktion mit dem Rastschloß 40 übereinstimmt, verriegelt, d. h. ihre Relativbeweglichkeit ist gesperrt.

Beim Einsatz des 3-Gangantreibers 7′′ am Rollstuhl ist das Betätigungsjoch 10′ mit einem Betätigungsknauf 45 ausgerüstet. Ferner kann das Treibjoch 11′ auch noch mit einem, senkrecht zur Bewegungsrichtung A bzw. A′ des Antreibers beweglichen Bremsnocken 46, der durch Bremskontakt mit einem der beiden Hemmflansche 24 bzw. 24′ die Rotation der zugeordneten Hemm­ rolle 18 bzw. 18′ behindert, ausgerüstet werden. Durch einen Dop­ pelbremsnocken ist außerdem die Bremswirkung auf beide Hemm­ flansche 24 und 24′ gleichzeitig möglich. Bei der Konstruktion gem. der Fig. 8 wird der Bremskontakt des Bremsnockens 46 auf dem Hemmflansch 24′ wirksam. Die Bremswirkung wird ausge­ löst durch eine von Hand erzeugte Kraft in Richtung D auf den einstückig mit dem Bremsnocken 46 verbundenen Bremsknauf 47. Bremsknauf 47 mit Bremsnocken 46 sind an einem Ende eines um das Stiftlager 48 schwenkbaren zweiarmigen Hebels ange­ ordnet. Am anderen Ende des zweiarmigen Hebels befindet sich ein Quersteg 49, der den Hub des zweiarmigen Hebels durch Anschlag gegen die Platinen 16 begrenzt. Beim Bremsvorgang muß der Rollstuhlfahrer den Antreiber festhalten, damit derselbe nicht vom Flachriemenumlauf mitgenommen wird. Die Handbremse läßt sich ferner feststellen (in der Zeichnung nicht darge­ stellt), damit der Rollstuhlfahrer auf abschüssigen Fahrbahnen anhalten kann.

Die Fig. 12 zeigt ein Beispiel zur Ausrüstung eines Roll­ stuhles mit einem Getriebe in schematischer Darstellung. An jeder Seite des Rollstuhls ist ein Getriebe angeord­ net. Die Riemenscheiben 2 der beiden Getriebe sind auf den Naben der Laufräder 50 befestigt, während die beiden Treibschleifen 8 mit ihren 3-Gangantreibern 7′′ in Höhe der Armlehnen des Rollstuhles und parallel zu diesen angeordnet sind. Da die Riemenscheiben 2 kleiner als die Laufräder 50 sind, liegt eine Übersetzung ins Schnelle vor, so daß die Lauf­ räder 50 kleiner sein können als bei den derzeitigen Roll­ stuhlkonstruktionen gebräuchlich. Es ist daher kein Problem, einen Rollstuhl mit Laufrädern 50 auszurüsten, deren Durch­ messer g kleiner ist als die Höhe h der Sitzfläche, wodurch das seitliche Ein- und Aussteigen des Rollstuhlfahrers sehr erleichtert wird. Das gesamte Getriebe ist auf einem win­ kelförmigen Chassis (in der Fig. 13 nicht dargestellt) mon­ tiert, das sich um die Laufradnabe in Richtung E drehen, d. h. hochstellen läßt. Bei hochgestelltem Getriebe kann der Rollstuhlfahrer dicht an seinen Arbeitsplatz usw. heranfahren. Um Drehpendelungen des Antreibers um die Führungsstange 12 auszuschließen, ist die Anordnung einer zweiten Führungsstange am Chassis zweckmäßig. Der Einsatz des Getriebes am Roll­ stuhl entlastet das Rückgrat des Rollstuhlfahrers erheblich, weil er seine Hände gegenläufig hin- und herbewegen kann.

Die Fig. 13 zeigt ein Beispiel zur Ausrüstung eines Fahrra­ des mit einem Getriebe in schematischer Darstellung. Das hintere Antriebsrad 51 eines Fahrrades wird dabei, wie üblich, von einem Kettenblatt 52 über eine Kette 53 und ein Ketten­ ritzel 54 in Drehung versetzt. Das Kettenblatt 52 ist auf ei­ ner Treibwelle 55 befestigt, die an ihrem anderen Ende von der Riemenscheibe 2 eines Getriebes in Rotation versetzt wird. Getriebe, die mit der Muskelkraft der Beine betätigt werden, benötigen neben einem Antreiber 7 (für Fahrräder mit 2 Handbremsen) oder einem Spezialantreiber 7s (für Fahrräder mit Rücktrittbremse) noch ein zusätzliches Betätigungsjoch 10, das auf einer zweiten Führungsstange 12′ geführt wird. Die beiden Führungsstangen sind über Querstreben 56 und 56′ mit­ einander verbunden. Die Betätigung des Getriebes gem. der Fig. 13 erfolgt durch Tretkrafteinwirkung auf die an den Be­ tätigungsjochen 10 angeordneten Tretkonsolen 57. Die beiden Betätigungsjoche 10 bewegen sich gegenläufig, erzeugt durch einen Flachriemen 58, der die beiden miteinander verbindet und über eine Umlenkrolle 59 geführt wird.

Der für ein Fahrrad mit Rücktrittsbremse erforderliche Spezialantreiber 7s besitzt die funktionelle Eigenschaft, daß der Radfahrer intermittierend immer dann vom Vorwärts- auf den Rückwärtsgang umschalten kann, wenn die Rücktrittbremse wirksam werden soll. Erfindungsgemäß wird diese Umschaltung durch Fußbetätigung unmittelbar am Spezialantreiber 7s voll­ zogen. Der Spezialantreiber 7s besteht aus dem Antreiber 7 und einem auf dem Rohr 25 des Betätigungsjochs 10 verschiebbar angeordneten Bremsjoch 60, an dem die Tretkonsole 57 und der Flachriemen 58 (in der Fig. 14 nicht vorhanden, s. Fig. 13) be­ festigt sind. Auf der Unterseite der Tretkonsole 57 ist ein um das Lager 63 schwenkbarer Schalthebel angeordnet, bestehend aus 2 senkrecht aufeinander stehenden Hebelarmen, die an ihren Enden bestückt sind mit einem Schaltknopf 64 bzw. einem Sperr­ zapfen 62. Die Blattfeder 65 dreht den Schalthebel bis zur An­ schlagbegrenzung durch den Zapfen 66. Bei der in der Fig. 14 dargestellten Position des Bremsjochs 60 ist der Vorwärtsgang eingeschaltet. Bei einem Tretdruck auf die Tretkonsole 57 ver­ hindert der Sperrzapfen 62 durch Anschlag gegen eine am Be­ tätigungsjoch 10 befindliche Nase 61 eine Verschiebung des Bremsjochs 60 auf dem Rohr 25. Bei der Betätigung des Spezial­ antreibers 7s kommt es somit lediglich zu Hemmkontakten zwi­ schen den Hemmnocken 22 bzw. 22′ und den Hemmflanschen 24 bzw. 24′. Zwischen dem Hemmnocken 23′ und dem Hemmflansch 24′ kommt es wegen zu großen Abstandes der beiden zu keinem Hemmkon­ takt. Durch Tritt auf den Schaltknopf 64 wird der Sperrzapfen 62 aus seiner Sperrposition in Richtung H herausgeschwenkt, so daß durch den nachfolgenden Tretdruck auf die Tretkonsole 57 eine Verschiebung des Bremsjochs 60 auf dem Rohr 25 bis zum Hemmkontakt zwischen dem Hemmnocken 23′ und dem Hemmflansch 24′ erfolgt. Damit ist der Rückwärtsgang eingeschaltet und die Rücktrittbremse tritt in Funktion. Das Wiedereinlegen des Vor­ wärtsganges erfolgt durch Tritt auf die Tretkonsole 57 des Betätigungsjochs 10 auf der Führungsstange 12′. Dies funktio­ niert aber nur, wenn noch eine genügende Trethubreserve vor­ handen ist, d. h. die Rücktrittbremse sollte nur, wie beim Tret­ kurbelantrieb auch, etwa in Trethubmitte betätigt werden.

Beim Einsatz des Getriebes beim Fahrrad können alle derzeit gebräuchlichen Naben- und Kettenschaltungen unver­ ändert übernommen werden. d. h. erforderlichen Änderungen eines Fahrrades mit Getriebe beschränken sich im wesentlichen auf die Umgestaltung des Fahrradrahmens, sei es nun ein Sattelrad, ein Sesselrad oder ein Liegerad.

Beim Einsatz des Getriebes lassen sich ferner die Gesamt­ abmessungen eines Fahrrades erheblich reduzieren, weil bei kleinerem Durchmesser der Riemenscheibe 2 gegenüber dem Ket­ tenrad 52 eine zusätzliche Übersetzung ins Schnelle ent­ steht, d. h. auch mit kleinen Laufrädern lassen sich hohe Fahr­ geschwindigkeiten erzielen. Fahrräder mit kleinen Abmessungen benötigen keinen Fahrradkeller, sondern man kann sie mit in die Wohnung nehmen, auch ihr Transport auf Treppen, in Fahr­ stühlen und mit der Eisenbahn ist wesentlich einfacher.

Das Getriebe besitzt außerdem eine lineare Beziehung zwischen Tretkraft an der Tretkonsole 57 und dem Drehmoment an der Riemenscheibe 2. Bei Vernachlässigung der kleinen Reibungsverluste im Getriebe besitzt er somit einen 100%- igen Wirkungsgrad. Auch braucht das Getriebe keine kinetische Energiereserve zur Überwindung von Totpunkten, denn es besitzt keine. Das Getriebe besitzt aber unendlich viele Wendepunkte, d. h. man kann während der Fahrt den Trethub im Bereich des Maximalhubes beliebig verändern, was einer schnellen Ermüdung der Beinmuskulatur entgegenwirkt.

Claims (35)

1. Totpunktfreies Getriebe zur Umsetzung lineare Hin- und Herbe­ wegungen in eine Rotation, konzipiert als Flachriemenantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachriemen (1) durch Führungs­ rollen (3, 4, 5, 6) in seinem Umlauf so geführt wird, daß derselbe auf einem Teil seines Umfanges die Riemenscheibe (2) in einem großen Winkel umschlingt und auf einem weiteren Teil seines Umfanges eine aus Obertrum (9) und Untertrum (9′) bestehende Treibschleife (8) entsteht, in deren Bereich ein in Längsrich­ tung derselben linear hin- und herverschiebbarer Antreiber (7) angeordnet ist, dessen Hin- und Herbewegungen durch eine in ihm integrierte Treibmechanik so auf die Treibschleife (8) über­ tragen werden, daß eine gleichsinnige Umlaufrichtung des Flach­ riemens (1) erzeugt wird.

2. Antreiber für Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibmechanik den Betätigungshub desselben in 2 Teil­ hübe zerlegt, einen, auf den Flachriemen (1) im Bereich der Treibschleife (8) übertragenen, Arbeitshub und einen Schalthub (Toter Gang), der den Arbeitshub abwechselnd, abhängig von der Bewegungsrichtung (A oder A′) des Antreibers (7), auf das Ober­ trum (9) bzw. das Untertrum (9′) der Treibschleife (8) um­ schaltet.

3. Antreiber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe zur Erzeugung des Betätigungshubes mit einem Betätigungsglied wie Betätigungsknauf (45), Tretkonsole (57) oder dergl. ausge­ rüstet ist.

4. Ausführungsbeispiel eines Antreibers nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß derselbe aus 2 Baugruppen besteht, einem mit einem Betätigungsglied ausgerüsteten Betä­ tigungsjoch (10) und einem mit der Treibmechanik ausgestatte­ ten Treibjoch (11).

5. Antreiber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Betäti­ gungsjoch (10) und Treibjoch (11) über 2 Pendelscharniere (13, 13′) miteinander verbunden sind, die schwenkbar um 2 Stiftlager (14, 14′) im Betätigungsjoch (10) und 2 Stiftlager (15, 15′) im Treibjoch (11) gelagert sind.

6. Betätigungsjoch für Antreiber nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Rohr (25) besteht, in dem 2 Linearlager (26, 26′) angeordnet sind, die das Betä­ tigungsjoch (10) auf einer Führungsstange (12) in Längsrich­ tung führen.

7. Betätigungsjoch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearlager (26, 26′) in Pendelrohren (28) angeordnet sind, die auf ihrem Außendurchmesser in Längsmitte mit einer ringförmigen Kugelwulst (29) versehen sind, deren Durchmesser mit dem Innendurchmesser des Rohres (25) übereinstimmt.

8. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in den beiden Enden der Pendelrohre (28) spährisch-konvex geformte, mit einer Längsbohrung versehene, Anschläge (30) eingesetzt sind, die in Berührungskontakt stehen mit sphärisch-konkav geformten, mit einer Längsbohrung verse­ henen, Anschlägen (31), die im Rohr (25) befestigt sind.

9. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 6-8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Mittelpunkt der sphärisch geformten Berührungs­ flächen der Anschläge (30) und (31) mit dem Mittelpunkt der ringförmigen Kugelwulst (29) identisch ist.

10. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 6-9, dadurch gekennzeich­ net, daß am äußeren Umfang des Rohres (25) eines der beiden Hemmnockenpaare (22, 22′) oder (23, 23′) angeordnet ist.

11. Treibjoch für Antreiber nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Treibschleife (8) durch dasselbe hin­ durchgeführt ist und Obertrum (9) sowie Untertrum (9′) mit je einem Rollentripel (18, 19, 20) bzw. (18′, 19′, 20′) ausge­ stattet sind.

12. Treibjoch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitrollen (19, 20) bzw. (19′, 20′) eines Rollentripels so ange­ ordnet sind, daß sie das Obertrum (9) bzw. das Untertrum (9′) in einem großen Umschlingungswinkel um die Hemmrolle (18) bzw. (18′) herumführen.

13. Treibjoch nach den Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schalthub bei jeder Richtungsumkehr des Betäti­ gungjochs (10) wirksam wird und dabei die Rotation einer der beiden Hemmrollen (18, 18′) in ständigem Wechsel blockiert, während die andere gleichzeitig frei rotieren kann.

14. Treibjoch nach den Ansprüchen 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsblockade der Hemmrollen (18, 18′) durch einen Hemmkontakt zwischen einem Hemmnocken des Hemmnockenpaares (22, 22′) oder (23, 23′) und einem der beiden an den Stirnseiten der Hemmrollen (18, 18′) angeordneten Hemmflanschen (24, 24′) bewirkt wird.

15. Treibjoch nach den Ansprüchen 11-14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rollen der beiden Rollentripel (18, 19, 20) und (18′, 19′, 20′) um Achsen (21) drehen, die im Gehäuse des Treib­ jochs (11) gelagert sind.

16. Treibjoch nach den Ansprüchen 11-15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse desselben aus 2 Platinen (16) und 4 Distanzbolzen (17) zusammengesetzt ist.

17. Betätigungsjoch (10′) für 2-Gangantreiber (7′) und 3-Gangantreiber (7′′), dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rohr (25) 2 längsver­ schiebbare, mit Hemmnocken (22, 23) bzw. (22′, 23′) bestückte Hemmnockenträger (32, 32′) angeordnet sind.

18. Betätigungsjoch nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Hemmnockenträger (32, 32′) mit Hilfe einer Gangschaltung gegenläufig bewegbar und auf die 3 verschiedenen Abstände b, c und d einstellbar sind, so daß das Spiel zwischen dem Hemmnoc­ kenpaar (22, 22′) und den Hemmflanschen (24, 24′) beim Abstand b kleiner ist als das des Hemmnockenpaares (23, 23′), beim Ab­ stand d ist es umgekehrt und beim Abstand c sind sie gleich.

19. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 17 und 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hemmnockenträger (32, 32′) an ihren zugewand­ ten Stirnflächen längsmittig abgesetzte Verlängerungen (34, 34′) besitzen, deren Länge mit dem kleinsten Abstand b der Hemmnockenträger (32, 32′) übereinstimmt und die sich in der Ebene I-I′ auf einer Länge e überlappen.

20. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 17-19, dadurch gekennzeich­ net, daß bei dem mittleren Abstand c der beiden Hemmnockenträ­ ger (32, 32′) ein gleich großer Abstand f zwischen diesen und ihren Verlängerungen (34, 34′) einerseits und den beiden auf dem Rohr (25) angeordneten Anschlägen (35, 35′) andererseits vorhanden ist.

21. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 17-20, dadurch gekennzeich­ net, daß in den Verlängerungen (34, 34′) der Hemmnockenträger (32, 32′) im Bereich einseitiger Materialverdickungen Längs­ schlitze (38) und Querschlitze (39) angeordnet sind, in denen der Schalthebel (36) mit seinem mit Schaltstiften (37) bestück­ ten kreissegmentförmig verbreiteten Mittelteil schwenkbar in Richtung C bzw. C′ gelagert ist.

22. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 17-21, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schalthebel (36) an einem seiner beiden Enden mit einem Rastschloß (40) ausgerüstet ist mit einem darin axial verschiebbar angeordneten, mit einem Rastzapfen (41) ausgestat­ teten Bolzen (42).

23. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 17-22, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rastzapfen (41) beim Abstand b der beiden Hemm­ nockenträger (32, 32′) in das Sackloch (43) einrastet, beim Ab­ stand d in das Sackloch (44) und beim Abstand c in ein weite­ res, mittig zwischen den Sacklöchern (43 und 44) angeordnetes Sackloch.

24. Treibjoch 11′ für 3-Gangantreiber (7′′), dadurch gekennzeichnet, daß es aus dem Treibjoch (11) besteht, jedoch zusätzlich mit einer Handbremse ausgerüstet ist, die aus einem um das Stift­ lager (48) schwenkbaren zweiarmigen Hebel besteht, an dessen einem Ende ein Quersteg (49) und an seinem anderen Ende ein Bremsknauf (47) angeordnet ist.

25. Treibjoch nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkhub der Handbremse durch 2 Anschläge begrenzt wird, in der einen Richtung durch Anschlag des Quersteges (49) gegen die Platinen (16) und in der anderen Richtung durch Anschlag des Bremsnockens (46) gegen die Hemmflansche (24′) der Hemm­ rolle (18′).

26. Einsatzbeispiel eines Getriebes nach Anspruch 1 zum Antrieb von Rollstühlen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der beiden Laufräder (50) von einem gesonderten Getriebe in Rotation ver­ setzt wird, wobei die Riemenscheibe (2) zentrisch am Laufrad (50) befestigt und die Treibschleife (8) im Bereich der Arm­ lehnen des Rollstuhls angeordnet ist.

27. Einsatzbeispiel nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (g) des Laufrades (50) kleiner ist als die Höhe (h) der Sitzfläche des Rollstuhles.

28. Einsatzbeispiel nach den Ansprüchen 26 und 27, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Getriebe auf einem winkelförmigen Chassis montiert ist, das sich in Richtung E um die Achse des Laufrades (50) schwenken, d. h. hochstellen läßt.

29. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe mit einem Tretantrieb ausgerüstet ist, bestehend aus einem An­ treiber (7) und einem Betätigungsjoch (10), die beide mit einer Tretkonsole (57) ausgestattet sind, auf Führungsstangen (12) bzw. (12′) längsgeführt werden und mit einem über eine Umlenk­ rolle (59) geführten Flachriemen (58) miteinander verbunden sind.

30. Getriebe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh­ rungsstangen (12, 12′) parallel verlaufen und durch Querstreben (56, 56′) miteinander verbunden sind.

31. Einsatzbeispiel für Getriebe nach den Ansprüchen 29 und 30 zum Antrieb von Fahrrädern mit 2 Handbremsen, dadurch gekennzeich­ net, daß die Riemenscheibe (2) auf einer Treibwelle (55) befes­ tigt ist, die das erzeugte Drehmoment über ein am anderen Ende der Treibwelle (55) angeordnetes Kettenblatt (52), eine Kette (53) und ein Kettenritzel (54) auf das Antriebsrad (51) des Fahrrades überträgt.

32. Betätigungsjoch für Spezialantreiber (7s), dadurch gekennzeich­ net, daß es aus einem mit dem Hemmnockenpaar (22, 22′) ausge­ statteten Betätigungsjoch (10) und einem zusätzlichen auf dem Rohr (25) längsverschiebbar angeordneten, am Flachriemen (58) befestigten Bremsjoch (60) besteht, das mit einem Hemmnocken (24′) und einer Tretkonsole (57) ausgerüstet ist.

33. Betätigungsjoch nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Unterseite der Tretkonsole (57) ein um das Lager (63) schwenkbarer Schalthebel angeordnet ist, bestehend aus 2 senk­ recht aufeinanderstehenden Hebelarmen, die an ihren Enden be­ stückt sind mit einem Schaltknopf (64) bzw. einem Sperrzap­ fen (62).

34. Betätigungsjoch nach den Ansprüchen 32 und 33, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schalthebel unter Einwirkung einer Blattfeder (65) in eine Position gedreht wird, in der der Schaltknopf (64) aus der Tretebene der Tretkonsole (57) herausragt und der Sperrzapfen (62) gegen eine am Rohr (25) angeordnete Nase (61) anschlägt und dadurch eine Längsverschiebung des Bremsjochs (60) verhindert.

35. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe mit einem Tretantrieb ausgerüstet ist, bestehend aus einem Spezialantreiber (7s) und einem Betätigungsjoch (10), die beide mit einer Tretkonsole (57) ausgestattet sind, auf Führungs­ stangen (12) bzw. (12′) längsgeführt werden und mit einem über eine Umlenkrolle (59) geführten Flachriemen (58) miteinander verbunden sind.