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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf Freilaufvorrichtungen und betrifft im Spezielleren
einen Freilauf-Kupplungsmechanismus, der bei kurbelbetätigten Übungsfahrrädern verwendbar
ist, die von einem Trägheits-Schwungrad
Gebrauch machen.
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Exemplarisch für derartige Fahrräder ist
die Anordnung des Standes der Technik, wie sie in der US-A-4,673,177
gezeigt ist. Dort ist ein Übungs-
bzw. Trainingsfahrrad offenbart, das einen Rahmen mit einem Sitz
und einer Lenkstange aufweist. Das Übungsfahrrad der US-A-4,673,177
weist ferner eine Antriebsausrüstung
mit einem Kurbelarm und einem an dem Kurbelarm angebrachten Pedal
auf, wobei die Antriebsausrüstung
mit einer horizontal ausgerichteten Rotationsachse drehbar an dem
Rahmen gelagert ist. Ein Hochträgheits-Schwungrad
mit einer Nabe, das in einer horizontalen Ausrichtung angeordnet
ist und um eine vertikale Achse drehbar ist, ist mit der Antriebsausrüstung betriebsmäßig verbunden,
wobei die vertikal ausgerichtete Rotationsachse des Schwungrads
um 90° von
der horizontal ausgerichteten Achse der Antriebsausrüstung versetzt
ist. Die Antriebsausrüstung
ist in Vorwärtsrichtung
und in Rückwärtsrichtung
betätigbar,
um das Schwungrad zur Ausführung
einer entsprechenden Rotationsbewegung zu veranlassen.
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Hintergrund
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Der Vorteil des Trainierens auf einem
Direktantrieb-Übungsfahrrad
ist allgemein bekannt. Direktantrieb-Übungsfahrräder verwenden typischerweise ein
Hochträgheits-Schwungrad,
das von einer Festgetriebe-Antriebsausrüstung angetrieben wird. Das Schwungrad
wird von dem Fahrer bis zu einer relativ hohen Anzahl von Umdrehungen
pro Minute (min–1) angetrieben. Aufgrund
des Direktantriebs-Merkmals muss die Antriebsausrüstung sich
mit einem fest stehenden Verhältnis
von Umdrehungen pro Minute im Vergleich zu dem Schwungrad auf der
Basis des Unter-/Übersetzungsverhältnisses
drehen. Ein Vorteil des Direktantriebs-Übungsfahrrads besteht darin, dass
die Direktantriebs-Zahnradausrüstung
eine "Durchtret-Hilfe" für den Fahrer
schafft. Das "Durchtret"-Merkmal unterstützt den
Fahrer beim Drücken des
Pedals durch die Positionen des oberen und des unteren Totpunktes,
um dem Übergang
gleichmäßig und
effizient zu machen. Weitere Vorteile ergeben sich aus der Direktantriebs-Wechselwirkung
zwischen dem Trägheits-Schwungrad
und den Kurbelarmen, an denen die Füße des Fahrers angebracht sind.
Das Trägheits-Schwungrad
schafft einen gleichmäßigen, druckfreien
Pedalrhythmus bzw. Tretrhythmus, wodurch ein effizientes und kräftiges Training
für den
Fahrer geschafften wird, insbesondere bei relativ hohen Umdrehungen
pro Minute, wie zum Beispiel 60 bis 100 min–1.
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Genauer gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf ein Übungsfahrrad
mit den Merkmalen, wie sie in Anspruch 1 angegeben sind, sowie auf
einen Freilauf-Kupplungsmechanismus mit den Merkmalen, wie sie in
Anspruch 16 angegeben sind.
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Bei der Anwendung der vorliegenden
Erfindung bei einem Trägheits-Schwungrad-Übungsfahrzeug
ist ein positiver Antrieb zum Drehen des Trägheits-Schwungrads erforderlich,
um das regulierte Verzögerungsmoment
zu überwinden,
das durch Bremseinrichtungen aufgebracht wird, um einen Widerstand
zu schaffen, gegen den der Fahrer bzw. die Bedienungsperson arbeitet.
Das Trägheits-Schwungrad
schafft eine Einrichtung für
anhaltende Antriebsausrüstungs-Bewegungen
(vom Rad auf die Kurbel auf das Bein) während derjeniger Perioden,
in denen sich die Kurbel in der Position des oberen Totpunkts oder
des unteren Totpunkts befindet, wo die Beine des Fahrers etwas schwächer beim Aufbringen
von Rotationsbewegung auf die aktivierenden Kurbelarme sind. Das
Schwungrad sorgt für ein
gleichmäßiges stabiles
Arbeiten für
den Fahrer.
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Die Direktantriebsbeziehung zwischen
dem Schwungrad und der Antriebsausrüstung ist auch ein Nachteil
beim Trainieren auf diesem Typ von Fahrrad. Die Direktantriebsbeziehung
ist unbequem, wenn der Fahrer die Pedalen rasch stoppen möchte oder
den Pedalrhythmus verliert, der zum Mithalten mit dem rotierenden
Schwungrad erforderlich ist. Bei dem üblichen Schwungrad-Trainer, der eine
solche Direktantriebsbeziehung verwendet, muss der Fahrer bzw. die
Bedienungsperson seine Kurbelbewegungsrate allmählich vermindern, um das Trägheitsrad
zu verlangsamen. Der Fahrer kann die Pedalbewegung nicht plötzlich stoppen,
da das Trägheits-Schwungrad
die Kurbelarme weiterhin antreibt.
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Von ähnlicher Bedeutung ist das
wünschenswerte
Schaffen einer Pedalunterstützung
für die
Beine des Fahrers bzw. der Bedienungsperson bei der Kurbelbewegung
mit einer niedrigeren Geschwindigkeit, als diese zum positiven Antreiben
des Schwungrads erforderlich ist, sowie die Schaffung eines allmählichen
Wiedereingriffs und einer Kopplung zwischen der pedalbetätigten Antriebswelle
und dem freilaufenden Schwungrad, um abrupte Stöße beim Wiedereingriff mit
dem sich bewegenden Schwungrad zu vermeiden.
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Die vorliegende Erfindung wurde im
Hinblick auf diese Punkte entwickelt.
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Kurzbeschreibung
der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen einen Kupplungsmechanismus zur Verwendung an einem Übungsfahrrad,
wobei die vorliegende Erfindung somit erkennt, dass es wünschenswert ist,
einen Freilaufmechanismus für
einen Trainer des Trägheits-Schwungradtyps
zu haben, der eine Einrichtung zum selektiven Trennen des Schwungrads von
der Antriebseinrichtung vorsieht. Der Kupplungsmechanismus ermöglicht die
vorteilhafte Direktantriebsverbindung zwischen der Antriebsausrüstung und
dem Schwungrad und ermöglicht
ferner, dass sich die Antriebsausrüstung und das Schwungrad unabhängig voneinander
bewegen oder "freibrechen", wenn eine ausreichende
Kraft auf die Antriebsausrüstung
oder das Schwungrad aufgebracht wird.
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Im Allgemeinen handelt es sich bei
der vorliegenden Erfindung um ein Übungsfahrrad, aufweisend einen
Rahmen mit einem Sitz und einer Lenk stange, ein Hochträgheits-Schwungrad
mit einer Nabe an einem Rotationszentrum, wobei das Schwungrad an
dem Rahmen bei der Nabe drehbar gelagert ist, und eine Antriebsausrüstung mit
einem Antriebszahnkranz, einem Kurbelarm, der an dem Antriebszahnkranz
angebracht ist und sich von dem Antriebszahnkranz aus erstreckt,
und einem an dem Kurbelarm angebrachten Pedal, wobei die Antriebsausrüstung durch
den Rahmen drehbar gelagert ist. Die Antriebsausrüstung weist
ferner einen Nebenzahnkranz auf, der an dem Schwungrad bei der Nabe
befestigt ist, wobei der Antriebszahnkranz und der Nebenzahnkranz
in einer Direktantriebsbeziehung verbunden sind und wobei die Antriebsausrüstung in
einer Vorwärtsrichtung
und in einer Rückwärtsrichtung
antreibbar ist, um das Schwungrad zu veranlassen, sich zu drehen.
Ein Kupplungsmechanismus ist ein Eingriff mit dem Nebenzahnkranz
und der Nabe positioniert, um einen Reibungseingriff zwischen dem
Zahnkranz und der Nabe zu erzeugen und eine Freibrechkraft herzustellen.
Wenn die Antriebsausrüstung
in Vorwärtsrichtung
betätigt
wird, bewegen sich der Nebenzahnkranz und die Nabe zusammen unter
mechanischem Eingriff, und wenn die Antriebsausrüstung unter dem Einfluss einer
Kraft, die höher
ist als die Freibrechkraft, in der Rückwärtsrichtung betätigt wird,
gleitet bzw. rutscht der Kupplungsmechanismus zwischen dem Nebenzahnkranz und
der Nabe, sodass sich der Nebenzahnkranz und das Schwungrad in voneinander
unabhängiger
Weise bewegen können.
Es ist kein mechanischer Eingriff zwischen dem Zahnkranz und der
Nabe in der Rückwärtsrichtung
vorhanden, wie dieser in der Vorwärtsrichtung vorhanden ist,
wobei sich dies durch das Einrichtungslager bzw. in einer Richtung
wirksame Lager ergibt.
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Im Spezielleren definiert der Nebenzahnkranz
einen Zahnkranz-Ring, der an der Nabe angebracht ist und auch einen
Eingriffsring beinhaltet. Ein Einrichtungslager ist zwischen dem
Zahnkranz-Ring und der Nabe angebracht, um es dem Zahnkranz-Ring
zu erlauben, die Nabe anzutreiben, wenn der Zahnkranz-Ring in Vorwärtsrichtung
angetrieben wird, und um es dem Zahnkranz-Ring zu erlauben, sich
unabhängig
von der Nabe zu drehen, wenn der Zahnkranz-Ring in der Rückwärtsrichtung
angetrieben wird. Ein Eingriffsflansch ist an der Nabe fest angebracht
und entspricht dem Eingriffsring, und eine Kompressionseinrichtung
ist an dem Schwungrad angebracht, um den Flansch und den Ring in Richtung
zueinander hin vorzuspannen. Ein Kupplungsmaterialelement ist zwischen
dem Eingriffsflansch und dem Ring positioniert und dazwischen durch
die Kompressionseinrichtung eingeklemmt, um den Eingriffsflansch
dazu zu veranlassen, sich in Verbindung mit dem Zahnkranz-Ring zu
bewegen. Der Eingriff erzeugt eine Freibrechkraft, die erforderlich
ist, um dem Zahnkranz-Ring
dazu zu veranlassen, sich unabhängig
von dem Eingriffsflansch zu bewegen. Wenn die Antriebsausrüstung in
der Vorwärtsrichtung
betätigt wird,
bewegen sich der Zahnkranz-Ring und der Eingriffsflansch gemeinsam,
und wenn die Antriebsausrüstung
in der Rückwärtsrichtung
betätigt
wird und die Freibrechkraft überwindet,
gleitet der Eingriffsflansch in Bezug auf den Ring, wodurch es dem Zahnkranz-Ring
und dem Schwungrad ermöglicht wird,
sich unabhängig
voneinander zu bewegen.
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Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel
definiert der Nebenzahnkranz einen Zahnkranz-Ring, der an der Nabe
angebracht ist und der einen inneren Eingriffsring und eine äußeren Eingriffsring
bildet. Ein Einrichtungslager bzw. in einer Richtung wirksames Lager
ist zwischen dem Zahnkranz-Ring und der Nabe angebracht, um es dem
Zahnkranz-Ring zu ermöglichen,
die Nabe anzutreiben, wenn der Zahnkranz-Ring in einer Vorwärtsrichtung
angetrieben wird, und um es dem Zahnkranz-Ring zu ermöglichen,
sich frei auf der Nabe zu drehen, wenn der Zahnkranz-Ring in der
Rückwärtsrichtung
angetrieben wird. Ein innerer Eingriffsflansch ist entsprechend
dem inneren Eingriffsring an der Nabe fest angebracht, und ein äußerer Eingriffsflansch
ist an der Nabe entsprechend dem äußeren Eingriffsring fest angebracht.
Eine Kompressionseinrichtung ist an dem Schwungrad angebracht, um
den inneren Flansch und den inneren Ring in Richtung zueinander
hin vorzuspannen und um den äußeren Flansch und
den äußeren Ring
in Richtung zueinander hin vorzuspannen. Ein Kupplungsmaterialelemtent
ist zwischen dem äußeren Eingriffsflansch
und dem äußeren Ring
sowie zwischen dem inneren Eingriffsflansch und dem inneren Ring
positioniert und dazwischen durch die Kompressionseinrichtung eingeklemmt,
um den inneren und den äußeren Eingriffsflansch
dazu zu veranlassen, sich in Verbindung mit dem Zahnkranz-Ring zu
bewegen. Der Eingriff erzeugt eine Freibrechkraft, welche erforderlich
ist, um den Zahnkranz-Ring dazu zu veranlassen, sich unabhängig von
dem inneren Eingriffsflansch und dem äu ßeren Eingriffsflansch zu bewegen.
Wenn die Antriebseinrichtung in der Vorwärtsrichtung betätigt wird,
bewegen sich der Zahnkranz-Ring und der innere Flansch sowie der äußere Flansch
gemeinsam, und wenn die Antriebsausrüstung in der Rückwärtsrichtung
betätigt
wird, und die Freibrechkraft überwindet,
gleiten der innere Eingriffsflansch und der äußere Eingriffsflansch in Bezug
auf den inneren Ring und den äußeren Ring,
um es dem Zahnkranz-Ring und dem Schwungrad zu ermöglichen,
sich unabhängig voneinander
zu bewegen. Es sind weitere Ausführungsformen
der Erfindung offenbart, die dieselbe Funktion mit einer sehr ähnlichen
Konstruktion ausführen.
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Ferner beinhaltet die Erfindung einen Übungsfahrrad-Rahmen
zur Verwendung mit dem Kupplungsmechanismus. Der Rahmen beinhaltet
ein vorderes Tragteil, ein hinteres Tragteil und ein Verbindungsstrebenelement,
das sich zwischen dem vorderen und dem hinteren Tragteil erstreckt.
Ferner ist eine Vordergabel mit einem oberen Ende und einem unteren
Ende vorhanden, wobei diese Vordergabel an dem unteren Ende des
vorderen Bodenteils angebracht ist. Die Vordergabel lagert ein Hochträgheits-Schwungrad
in drehbarer Weise. Es ist eine hintere Stütze vorgesehen, die ein oberes
Element und ein unteres Element aufweist, wobei das obere Element
an dem unteren Element in einer nach hinten versetzten, überlappenden
Weise angebracht ist und wobei die hintere Stütze ein oberes Ende und ein unteres
Ende bildet. Die hintere Stütze
ist an dem unteren Ende an dem Verbindungsstrebenelement angebracht.
Eine gelenkig angebrachte Verbindungsstange ist an dem oberen Ende
der Vordergabel angebracht und erstreckt sich von dem oberen Ende der
Vordergabel nach abwärts
und nach rückwärts zu einem
mittleren Punkt zwischen der Vordergabel und der hinteren Stütze und
sodann horizontal zu der hinteren Stütze an der Überkreuzung des oberen Elements
und des unteren Elements der hinteren Stütze. Eine hintere Abstützstange
erstreckt sich von dem oberen Element der hinteren Stütze zu dem
hinteren Tragteil. Eine Lenkstange ist an dem oberen Ende der Vordergabel
angebracht, und ein Sitz ist an dem oberen Ende der hinteren Stütze angebracht.
Ein vorderer Bereich ist definiert durch die Vordergabel, die gelenkig
angebrachte Verbindungsstange, die hintere Stütze und das Verbindungsstrebenelement,
sodass ein fünfseitiges
Polygon gebildet ist, und ein hinterer Bereich ist durch die hintere
Stütze,
die hintere Abstützstange und
das Verbindungsstrebenelement unter Bildung eines fünfseitigen
Polygons definiert.
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Ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung
besteht somit in der Schaffung eines Freilauf-Kupplungsmechanismus,
der es ermöglicht,
dass ein Übungsfahrrad
die Direktantriebsbeziehung zwischen der Antriebsausrüstung und
dem Schwungrad aufweist und der gleichzeitig unter bestimmten Bedingungen
ein voneinander unabhängiges
Drehen der Antriebsausrüstung
und des Schwungrads zulässt.
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Weitere Gesichtspunkte, Merkmale
und Detail der vorliegenden Erfindung sind unter Bezugnahme auf
die nachfolgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen sowie aus den beigefügten Ansprüchen noch
vollständiger
verständlich.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Perspektivansicht eines Übungsfahrrads,
in das der Kupplungsmechanismus der vorliegenden Erfindung integriert
ist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung der Antriebsausrüstung des in 1 gezeigten Übungsfahrrads.
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3 zeigt
eine schematische Darstellung der Antriebsausrüstung des in 1 gezeigten Übungsfahrrads.
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4 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 der 3.
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5A zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 5A-5A der 2.
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5B zeigt
eine der 5A ähnliche,
repräsentative
Schnittdarstellung unter Darstellung der Effekte von verschlissenem
Kupplungsmaterial.
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5C zeigt
eine der 5A ähnliche
repräsentative
Schnittdarstellung zur Erläuterung
eines anderen Typs von Kompressionselement.
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6 zeigt
eine Perspektivansicht eines Hochträgheits-Schwungrads, das ein
Ausführungsbeispiel
des Kupplungsmechanismus der vorliegenden Erfindung bildet.
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7 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht des Schwungrads der 6.
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8 und 9 zeigen eine Aufrissansicht
bzw. eine Perspektivansicht eines Bereichs des Kupplungsmechanismus.
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10 zeigt
eine Seitenansicht des Zahnkranz-Ringelements des Kupplungsmechanismus der
vorliegenden Erfindung.
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11 zeigt
eine Draufsicht auf den in 10 gezeigten
Zahnkranz-Ring.
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12 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie 12-12 der 10.
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13 zeigt
eine vergrößerte, perspektivische
Frontansicht des Zahnkranz-Rings
der 10.
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14 zeigt
eine Seitenansicht des Kupplungsplatten-Ringelements des Kupplungsmechanismus
der vorliegenden Erfindung.
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15 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 15-15 der 14.
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16 zeigt
eine perspektivische Frontansicht des Kupplungsplatten-Ringelements
des Kupplungsmechanismus der vorliegenden Erfindung.
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17 zeigt
eine Perspektivansicht eines Hochträgheits-Schwungrads, das ein
alternatives Ausführungsbeispiel
des Kupplungsmechanismus der vorliegenden Erfindung bildet.
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18 zeigt
eine vergrößerte Perspektivansicht
des Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung, wie es in 17 gezeigt
ist.
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19 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 19-19 der 18.
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20 zeigt
eine repräsentative
Schnittdarstellung des in 19 gezeigten
Ausführungsbeispiels
unter Darstellung des Effekts von verschlissenem Kupplungsmaterial.
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21 zeigt
eine vergrößerte Perspektivansicht
eines weiteren Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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22 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 22-22 der 21.
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23 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 23-23 der 22.
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24 zeigt
eine repräsentative
Schnittdarstellung eines alternativen Ausführungsbeispiels, das dem in
den 22, 23 und 24 gezeigten ähnlich ist.
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25 zeigt
eine Aufrissansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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26 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 26-26 der 25.
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27 zeigt
eines Aufrissansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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28 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 28-28 der 27.
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29 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Linie 29-29 der 28.
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30 zeigt
eine repräsentative
Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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In Anbetracht der vorstehend genannten
Gesichtspunkte ist ein Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 zur
Verwendung bei Direktantriebs-Übungsfahrrädern 42 entwickelt
worden, die ein Trägheits-Schwungrad 44 verwenden
(1 bis 4). Während
die vorliegende Erfindung im Folgenden unter Bezugnahme auf ein Übungsfahrrad
beschrieben wird, ist auch ins Auge gefasst, dass diese auch bei normalen
Fahrrädern
oder anderen Übungsgerätschaften
verwendet werden könnte,
einschließlich Magnetwiderstands-Fahrrädern, Luftwiderstands-Fahrrädern sowie
anderen Trainingsgerätschaften
außer
Fahrrädern
(wie zum Beispiel Oberkörper-Trainingsgeräten), die
jeweils rotationsmäßig angetriebene
Mechanismen (Räder
usw.) aufweisen, je nachdem wie dies geeignet ist. Der Freilauf-Kupplungsmechanismus
arbeitet in Direktantriebsweise, wenn der Fahrer die Pedalen des
Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung
tritt (im Gegenuhrzeigersinn in den 1 und 2 und im Uhrzeigersinn in 3), besitzt jedoch eine
Freigabe- oder Freilauf-Eigenschaft, wenn der Fahrer eine erforderliche
Kraft auf das Pedal (oder irgendwo auf die Antriebsausrüstung) aufbringt,
die entgegengesetzt oder gegenläufig
zu der in Vorwärtsrichtung
wirkenden Pedalkraft ist. Bei Aufbringung der geeigneten entgegengesetzten
Kraft ("Freibrechkraft-Schwelle") führt die
Antriebsausrüstung
ein Freilaufen aus, um den Pedalen eine Rotationsbewegung in der
entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die Rotation des Schwungrads
oder eine langsamere Rotationsbewegung als dieses zu ermöglichen.
Der Fahrer kann dann einfach die Pedalen mit einer relativ niedrigeren
Umdrehungsgeschwindigkeit pro Minute als das normale Übersetzungs-/Untersetzungverhältnis zu
dem Schwungrad betätigen,
die Pedalen stoppen oder die Pedalen in Rückwärtsrichtung drehen.
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Die entgegengesetzte Kraft, die auf
die Pedalen aufgebracht werden muss, um die Freilaufwirkung hervorzurufen,
kann auf der Basis der Konstruktion des Freilauf-Kupplungsmechanismus
eingestellt werden und beträgt
typischerweise zwischen 0,00 und 100 Pounds, vorzugsweise 55 Pounds,
an den Pedalen, wobei dies von der Anwendung abhängig ist. Die Freibrechkraft-Schwelle
basiert auf dem statischen Reibungseingriff zwischen dem Kupplungsmaterial und
den Kupplungsplatten, zwischen denen das Kupplungsmaterial eingeklemmt
ist, sowie auf der durch die Antriebsausrüstung geschaffenen mechanischen
Kraftverstärkung.
Die Kupplungsplatten, wie sie nachstehend definiert werden, befinden
sich an verschiedenen Elementen, die unter normalen Bedingungen
gemeinsam rotieren sollen. Die Reibungskraft zwischen dem Kupplungsmaterial
und den Kupplungsplatten erleichtert diese Beziehung. An einem bestimmten
Punkt (der Freibrechkraft-Schwelle) überwinden die einander gegenüberliegenden
Kupplungsplatten die statische Reibungskraft und drehen sich mit
verschiedenen Drehzahlen (min–1) in der gleichen Richtung
oder in gegenläufigen
Richtungen. Die Oberfläche
der Kupplungsplatten und das Kupplungsplattenmaterial, die Materialeigenschaften
der Kupplungsplatten und des Kupplungsmaterials sowie die Kraft,
mit der die Kupplungsplatten das Kupplungsmaterial einklemmen, sind
allesamt Faktoren, die sich zur Beeinflussung der Freibrechkraft-Schwelle
speziell ausbilden lassen. Die Freibrechkraft (gemessen an der Pedale) wird
auch durch das Untersetzungs-/Übersetzungsverhältnis und
die Länge
der Kurbelarme beeinflusst.
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Der Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 ist in
integraler Weise mit der Antriebsausrüstung des Übungsfahrrads ausgebildet.
Die Antriebs- oder Zahnradausrüstung
beinhaltet den Antriebszahnkranz 46, die Kurbelarme 48 und
die an dem Antriebszahnkranz angebrachten, zugehörigen Pedalen 50,
die Antriebsachsenanordnung 52, den Nebenzahnkranz 54 und
die Kette oder den Riemen 56, die bzw. der den Antriebszahnkranz
und den Nebenzahnkranz miteinander verbindet, wie es in 3 gezeigt ist. Typischerweise
ist der Antriebszahnkranz an einem der Kurbelarme starr angebracht,
und jeder Kurbelarm ist an der Antriebsachsenanordnung lösbar angebracht.
Die Antriebsachsenanordnung ist in der Nabe an dem Rahmen positioniert,
um eine Rotationsbewegung in beiden Richtungen der Kurbelarme zu
ermöglichen.
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Wie in 4 gezeigt
ist, beinhaltet der Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 einen
Zahnkranz-Ring 58, der auf einer Nebenachsenanordnung 60 drehbar
angebracht ist. Der Nebenzahnkranz 54 ist nahe der Nabe 62 an
dem Schwungrad 44 befestigt. Die Nebenachsenanordnung ist
in der Nabe ange bracht und an dem Rahmen befestigt, um dem Schwungrad
eine Rotation in Bezug auf den Rahmen zu ermöglichen, und zwar unter der
Kraft der Antriebsausrüstung
durch die Bewegung der Nebenachsenanordnung. Die Nebenachsenanordnung ist
tatsächlich
in der Nabe angebracht und weist ein Achsengehäuse auf. Typischerweise ist
der Nebenzahnkranz an dem Achsengehäuse angebracht.
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Der Freilauf-Kupplungsmechanismus
kann in Verbindung mit dem Antriebszahnkranz, den Kurbeln und der
Antriebsachsenanordnung montiert werden oder in Verbindung mit dem
Nebenzahnkranz, der Nebenachsenanordnung und dem Schwungrad montiert
werden. Die Platzierung des Freilauf-Kupplungsmechanismus lässt sich
in Abhängigkeit
von der jeweiligen Ausführung
wählen.
Der einzige Unterschied zwischen den beiden Positionen des Freilauf-Kupplungsmechanismus
besteht darin, dass bei einer Anbringung in Zuordnung zu dem Nebenzahnkranz
die Betätigung
des Freilauf-Kupplungsmechanismus einen Einfluss auf die Bewegung der
Kette und des Antriebszahnkranzes hat (Verlangsamung, Stoppen oder
Umkehren). Wenn der Freilauf-Kupplungsmechanismus in Zuordnung zu
dem Antriebszahnkranz angebracht ist, ermöglicht die Betätigung des
Freilauf-Kupplungsmechanismus den Pedalen und den Kurbeln eine Verlangsamung,
ein Stoppen oder ein umgekehrtes Bewegen, während der Antriebszahnkranz,
die Kette und der Nebenzahnkranz sowie das Schwungrad ihre Rotationsbewegungen
fortsetzen. Bei der vorliegenden Beschreibung ist der Freilauf-Kupplungsmechanismus
in Verbindung mit bzw. in Zuordnung zu dem Nebenzahnkranz angebracht.
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Wie in den 4 und 5A gezeigt
ist, beinhaltet der Freilauf-Kupplungsmechanismus genauer gesagt
einen Zahnkranz-Ring 58 (im vorliegenden Fall einen "Neben"-Zahnkranz-Ring),
der in einer Einrichtungs-Antriebsbeziehung bzw. einer in einer
Richtung wirksamen Antriebsbeziehung zu dem Achsengehäuse 64 derart
angebracht ist, dass die Rotationsbewegung des Nebenzahnkranz-Rings
in der einen Richtung ein direktes Antreiben des Achsengehäuses zur
Folge hat und die Rotationsbewegung des Nebenzahnkranz-Rings in
der entgegengesetzten Richtung kein Antreiben des Achsengehäuses zur
Folge hat (ein "Freilaufen" zulässt). Diese
Freilaufbeziehung wird durch Einrich tungslager 66 oder durch
eine Sperren- und Rastklinkenkonstruktion hergestellt, die zwischen
dem Nebenzahnkranz-Ring und dem Achsengehäuse verwendet wird.
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Die Freilaufbewegung des Nebenzahnkranz-Rings 58 in
Bezug auf das Achsengehäuse 64 (und
somit die Nabe 62 und das Schwungrad 44) wird durch
Kupplungsplatten 68 und Kupplungs- oder Bremsmaterial 70,
die auf den Nebenzahnkranz-Ring wirken, gemäßigt oder vermindert. Ein Kupplungsplatten-Ring 69 ist
an dem Achsengehäuse 64 befestigt,
um das eine Ende des Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 fest
zu positionieren. Die Kupplungsplatten 68 sind starr angebracht,
um sich zusammen mit dem Achsengehäuse (und somit der Nabe und dem
Schwungrad) zu drehen, und werden durch eine Vorspanneinrichtung,
wie zum Beispiel ein Federelement 72, in Berührung mit
dem Zahnkranz-Ring 58 gedrückt. Das Bremsmaterial 70 ist
zwischen dem Zahnkranz-Ring und den Kupplungsplatten positioniert,
um zwischen den beiden eine Reibungsgrenzfläche zu schaffen. Das Bremsmaterial
kann entweder an dem Zahnkranz-Ring oder den Kupplungsplatten angebracht
sein oder frei schwebend vorgesehen sein. Die Berührungsfläche zwischen
der Kupplungsplatte und dem Zahnkranz-Ring (durch das Bremsmaterial)
in Kombination mit der durch die Vorspanneinrichtung 72 aufgebrachten
Kompressionskraft erzeugt die "Freibrechkraft", die durch den Zahnkranz-Ring
aufgebracht werden muss, um dem Zahnkranz-Ring ein "Freilaufen" auf dem Achsengehäuse zu ermöglichen.
Wenn die aufgebrachte Kraft nicht ausreichend ist, um die "Freibrechkraft" zu überwinden,
dann kann der Zahnkranz-Ring
nicht auf dem Achsengehäuse
freilaufen.
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Der Freilauf-Kupplungsmechanismus
ist unter der Vorspannkraft selbstjustierend, um einer Dickenreduzierung
des Bremsmaterials 70 Rechnung zu tragen, das im Gebrauch
verschleißt.
Die Kupplungsplatten 68 "schwimmen" auf dem Achsengehäuse, um den Kontakt mit dem
Zahnkranz-Ring einzustellen und aufrecht zu erhalten, wenn das Bremsmaterial
dünner
wird.
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Speziellen Ausführungsbeispiele des Freilauf-Kupplungsmechanismus
werden im Folgenden ausführlicher
beschrieben.
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Ein Übungsfahrrad 42, in
das die vorliegende Erfindung integriert ist, ist in 1 gezeigt. Das Fahrrad beinhaltet
einen Rahmen 80, der durch am Boden angreifende Elemente 82 auf
einer Abstützfläche abgestützt ist,
einen verstellbaren Sitz 84, eine verstellbare Lenkstange 86,
ein Schwungrad 44, das zwischen einem Paar von Vordergabelelementen 88 des
Rahmens drehbar positioniert ist, sowie eine Antriebs- bzw. Getriebeausrüstung 54,
die nahe dem Sitz sowie unterhalb von diesem an dem Rahmen angebracht
ist.
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Der Rahmen 80, wie er in 1 gezeigt ist, beinhaltet
ein vorderes und ein hinteres Bodentragteil 90, die durch
ein sich dazwischen erstreckendes, horizontales Rahmenstrebenelement 92 angebracht sind,
eine Vordergabel 88 und eine hintere Stütze 94. Die Vordergabel
und die hintere Stütze
sind durch eine gelenkig angebrachte Verbindungsstange 96 angebracht,
die sich von dem oberen Ende der Vordergabel schräg nach unten
zu einem in etwa mittleren Punkt zwischen der Vordergabel und der
hinteren Stütze
erstreckt, wobei sich die gelenkig angebrachte Verbindungsstange
an diesem Punkt horizontal nach hinten erstreckt, um mit der hinteren
Stütze
in Eingriff zu treten. Die gelenkig angebrachte Verbindungsstange
beinhaltet somit zwei Elemente, die in einem Winkel miteinander
verbunden sind, und erstreckt sich von dem oberen Ende der Gabel
zu dem ungefähren
Mittelpunkt der hinteren Stütze.
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Eine Öffnung ist an dem oberen Ende
der Gabel ausgebildet, um eine Lenkstangenstütze 98 aufzunehmen,
wobei die Lenkstangenstütze
an der Oberseite der Gabel durch eine Raststiftkonstruktion vertikal
verstellbar ist, wie diese in der Industrie bekannt ist. Eine Lenkstange
ist an dem oberen Ende der Lenkstangenstütze in einer beliebigen bekannten Weise
zur Verwendung durch den Fahrer angebracht. Eine Öffnung ist
in dem oberen Ende der hinteren Stütze zum Aufnehmen einer Sitzstütze 100 ausgebildet.
Die Sitzstütze
ist in der hinteren Stütze durch
eine Raststiftkonstruktion, wie diese in der Technik allgemein bekannt
ist, vertikal verstellbar. Der Sitz kann zusätzlich zu seiner vertikalen
Verstellbarkeit nach vorne und nach hinten an der Sitzstütze verstellt
werden, beispielsweise durch den Mechanismus, wie er in dem US-Patent
Nr. 4,772,069 von Szymski offenbart ist.
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Die hintere Stütze 94 weist ein oberes
Element 102 und ein unteres Element 104 auf. Das
obere Element 102 ist derart angebracht, dass es sich von
der Rückseite
des unteren Elements 104 weg erstreckt und sich in einer
nach hinten versetzten, überlappenden
Weise über
das obere Ende des Bodenelements 104 hinaus erstreckt.
Die gelenkig angebrachte Verbindungsstange 96 ist an der
hinteren Stütze 94 an
dem oberen Ende des Bodenelements 104 sowie an der Vorderseite
des oberen Elements 102 angebracht. Durch diese Anbringung
der gelenkig angebrachten Verbindungsstange an der hinteren Stütze wird
eine stabile konstruktionsmäßige Verbindung
geschaffen.
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Die Kurbelarme 48 für jedes
der Pedale 50 sind an einer Nabe 106 angebracht,
die von der hinteren Stütze
an einer Stelle entlang der Höhe
der hinteren Stütze
gelagert ist, an der das obere und das untere Element der hinteren
Stütze
erstreckungsgleich sind. Die hintere Stütze 94 ist an dem
horizontalen Rahmenelement 92 in etwa auf halbem Wege zwischen
dem vorderen und dem hinteren Bodentragteil 90 angebracht.
Eine hintere Abstützstange 107 erstreckt
sich in einem Winkel von der hinteren Stütze 94 weg nach unten
zu dem hinteren Bodentragteil 90, um für zusätzliche Festigkeit zu sorgen. Der
Rahmen ist aus rechteckigem oder hohlzylindrischem Stahlrohr gebildet,
wie es in der Technik bekannt ist. Rechteckrohr ist bevorzugt.
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Der vordere Bereich, der durch die
Gabel 88, die gelenkig angebrachte Verbindungsstange 96,
die hintere Stütze 94 und
das horizontale Rahmenelement 92 gebildet ist, ist ein
fünfseitiges
Polygon. Der hintere Bereich, der durch die hintere Stütze, die
hintere Abstützstange 107 und
das horizontalen Rahmenelement 92 gebildet ist, ist ebenfalls
ein fünfseitigen
Polygon. Eine Reibungsbremse 108 ist nahe dem oberen Ende
der Vordergabel angebracht, um selektiv an den entgegengesetzten
Außenrändern des
Schwungrads 94 anzugreifen, um eine zusätzliche Reibungslast zu schaffen,
gegen die der Fahrer beim Trainieren auf dem Übungsfahrrad trainieren muss.
Diese Rahmenausbildung ist bis zur Geometrie der Rahmenkonstruktion
sehr stabil und dauerhaft sowie in der Lage, den Belastungen häufigen Gebrauchs
standzuhalten. Derjenige Bereich des Rahmens, der die Kurbelarme
und den Kettenring abstützt, ist
besonders stabil und dauerhaft in seiner Ausbildung, und zwar aufgrund
der überlappenden Konstruktion
der hinteren Stütze 94.
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Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, beinhaltet
die Antriebs- oder Räderwerkausrüstung (wie vorstehend
beschrieben) einen Antriebszahnkranz 46, der drehbar an
dem Rahmen angebracht ist, Kurbelarme 84 sowie zugeordnete
Pedale, die zum Antreiben des Antriebszahnkranzes an dem Rahmen drehbar
angebracht sind, eine Freilauf-Kupplungsanordnung 40, einen
Nebenzahnkranz 54, der an dem Schwungrad 44 angebracht
ist, sowie eine Kette 56, die den Antriebszahnkranz mit
dem Nebenzahnkranz sowie mit der Freilauf-Kupplungsanordnung verbindet.
Die Kette könnte
durch einen Riemen ersetzt sein, und zwar zusammen mit diesbezüglichen
Modifikationen an dem Antriebszahnkranz und dem Nebenzahnkranz,
ohne dass es zu nachteiligen Auswirkungen auf die Arbeitsweise des
Freilauf-Kupplungsmechanismus der vorliegenden Erfindung kommt.
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Wie bei einem standardmäßigen Antriebs-Übungsfahrrad
betätigt
der Fahrer das Übungszahnrad
unter Verwendung der Kurbelarme und Pedale, um den Antriebszahnkranz 64 anzutreiben.
Die Kette 56, die sich zwischen dem Antriebszahnkranz und
dem Nebenzahnkranz 54 in Eingriff befindet, veranlasst
das Schwungrad 44 zur Ausführung einer Rotation mit der
jeweiligen Umdrehungsgeschwindigkeit pro Minute auf der Basis des
Untersetzungs-/Übersetzungsverhältnisses
zwischen dem Antriebszahnkranz und dem Nebenzahnkranz.
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Der Freilauf-Kupplungsmechanismus
tritt mit dem Schwungrad in Eingriff, wie dies nachfolgend beschrieben
ist, um die Übertragung
der Rotationsbewegung von dem Nebenzahnkranz 54 auf das Schwungrad 44 in
einer Direktantriebsbeziehung zu ermöglichen, wenn er in Vorwärtsrichtung
angetrieben wird. Normale Pedalbetätigungsumstände beinhalten die Verwendung
des Übungsfahrrads
während einer
organisierten Trainingsklasse oder individuell und beinhalten ein
Starten bei 0,00 min–1 sowie eine Steigerung
und Reduzierung der Umdrehungsgeschwindigkeiten pro Minute, wie
dies für
bestimmte Trainingsprogramme erforderlich oder erwünscht ist, ob
der Fahrer nun steht, sitzt oder während des Gebrauchs abwechselnd
steht und sitzt. Der Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 der
vorliegenden Erfindung sorgt für
eine Aufrechterhaltung des "Durchtret"-Vorteils von standardmäßigen Direktantriebs-Übungsfahrzeugen. Der Durchtret-Vorteil
hilft dem Fahrer bei einer kontinuierlichen und gleichmäßigen Pedalbetätigung
unter Durchlaufung der oberen und unteren Pedalstellungen, wo Fahrradfahrer typischerweise
am schwächsten
sind.
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Der Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 wandelt
die Direktantriebsbeziehung zwischen den Pedalumdrehungen und den
Schwungradumdrehungen in eine "Freilauf"-Beziehung um, um
ein Stoppen der Pedale 50, eine Richtungsumkehr derselben oder
eine langsamere Rotationsbewegung derselben als das Schwungrad 44 zu
ermöglichen,
wenn eine ausreichende Kraft in der entgegengesetzten Richtung auf
eine der Pedale oder irgendwo an der Antriebsausrüstung (wo
der Kupplungsmechanismus an dem Trägheitsrad positioniert ist)
aufgebracht wird. Beispiele für
die Aufbringung einer entgegengesetzten Kraft beinhalten die beabsichtigte
Aufbringung einer Umkehrkraft durch den Fahrer während des Tretvorgangs, zum
Beispiel wegen Ermüdung, oder
die Berührung
des Pedals an dem Unterschenkel des Fahrers, wenn ein Fuß versehentlich
von dem Pedal gelöst
wird.
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Wie in den 4, 5A, 5B, 6 und 7 gezeigt
ist, ist der Freilauf-Kupplungsmechanismus 40 an der Nebenachsenanordnung 60 angrenzend
an die Nabe 62 des Schwungrads 44 angebracht.
Ein zylindrisches Nebenachsengehäuse 64 ist
im Presssitz in einer zylindrischen axialen Bohrung angeordnet,
die durch die Nabe 62 des Schwungrads hindurch gebildet
ist. Das sich von der Nabe weg erstreckende Ende des Achsengehäuses ist
mit einem Außengewinde
versehen, um den Kupplungsplatten-Ring 69 aufzunehmen.
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In der nachfolgenden Beschreibung
beziehen sich die Begriffe "innen" und "inneres" auf das am nähesten bei
dem Schwungrad 44 gelegene Ende, und die Begriffe "außen" und "äußeres" beziehen sich auf das von dem Schwungrad
am weitesten entfernte Ende. Der Kupplungsplatten-Ring 69 beinhaltet
einen hohlzylindrischen Hauptkörper 118 mit
Innengewinde an seinem einen Ende für den Eingriff mit dem Außengewinde
an dem äußeren Ende
des Achsengehäuses 64.
Der Kupplungsplatten-Ring 69 weist einen äußeren, radial
verlaufenden Eingriffsflansch 120 auf, der an dem äußeren Ende
des zylindrischen Hauptkörpers 118 angebracht
ist, und weist einen inneren radial verlaufenden Eingriffsflansch 122 auf,
der an dem inneren Ende des zylindrischen Hauptkörpers beweglich angebracht
ist.
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Wie unter Bezugnahme auf die 5A und 5B zu sehen ist, ist der innere Flansch 122 entlang der
gesamten Länge
oder eines Bereichs der Länge des
zylindrischen Hauptkörpers 118 des
Kupplungsplatten-Rings 69 axial (in Längsrichtung) beweglich. Wie
unter Bezugnahme auf die 7, 8 und 9 zu sehen ist, weist der innere Flansch 122 eine
zentrale Bohrung 124 auf, die eine Mehrzahl von sich radial nach
innen erstreckenden Rippen 126 bildet. Entsprechende in
Längsrichtung
verlaufende Schlitze 128 sind in der Oberfläche des
zylindrischen Hauptkörpers
des Kupplungsplatten-Rings 69 an dessen innerem Ende gebildet
und erstrecken sich zumindest über
einen Teil der Länge
des Haupfkörpers,
um die Rippen 126 aufzunehmen und dem inneren Flansch 122 zu
ermöglichen,
sich axial entlang der Länge
des zylindrischen Hauptkörpers über das Längserstreckungsausmaß der Schlitze
zu bewegen (zu schwimmen). Der Vorteil der axialen Bewegung des
inneren Flansches des Kupplungsplatten-Rings 69 wird im
Folgenden ausführlicher
beschrieben. Wenn der zylindrische Hauptkörper 118 mit dem Achsengehäuse 64 in
gewindemäßigen Eingriff
gebracht ist, ist der innere Flansch derart positioniert, dass die Rippen
in den Schlitzen verschiebbar aufgenommen sind und der innere Flansch
ist an dem Ende des zylindrischen Hauptkörpers durch die Nabe 62 oder
das Achsengehäuse
(durch das Ende des Achsengehäuses,
wie in 5A gezeigt) festgehalten.
Die Schnittstelle der Rippen 126 in den Schlitzen 128 veranlasst den
inneren Flansch zur Ausführung
einer Drehung zusammen mit dem zylindrischen Hauptkörper 118.
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Ein Einrichtungslager 66 bzw.
in einer Richtung wirksames Lager, wie zum Beispiel eine INA-Rollenkupplung
vom Mantel-Typ, wie man sie bei der INA-Bearing Company, Inc., Fort Mill, South Carolina,
Katalog nr. 305, 1988 auf Seite 164 findet, ist an dem zylindrischen
Hauptkörper 118 des
Kupplungsplatten- Rings 69 zwischen
dem Ende der Schlitze 128 und dem äußeren Flansch 120 angebracht.
Die Rollen des Lagers 66 stehen mit der Außenfläche des
zylindrischen Hauptkörperelements 118 in
Eingriff und können
entlang der Länge
des Hauptkörpers
gleiten (schwimmen), wie dies nachfolgend noch ausführlicher
beschrieben wird. Das Einrichtungslager gestattet einen Direktantrieb
in der einen Richtung sowie ein Freilaufen in der anderen Rotationsrichtung,
wie dies im Folgenden ausführlicher erläutert wird.
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Wie unter Bezugnahme auf die 5A, 7 und 10 bis 13 zu sehen ist, bildet der
Zahnkranz-Ring 58 eine zentrale Bohrung und ist konzentrisch über dem
zylindrischen Hauptkörperelement 118 des Kupplungsplatten-Rings 69 positioniert
und an dem äußeren Laufring
des Einrichtungslagers angebracht. Der Zahnkranz-Ring 58 bildet
einen äußeren, radial
verlaufenden Eingriffsring 130, der von dem äußeren Flansch 120 des
Kupplungsplatten-Rings 69 beabstandet ist, jedoch im wesentlichen
erstreckungsgleich mit diesem ist, einen inneren radial verlaufenden
Eingriffsring 132, der von dem inneren Flansch 122 des
Kupplungsplatten-Rings 69 beabstandet ist, jedoch im Wesentlichen
erstreckungsgleich mit diesem ist, sowie den Nebenzahnkranz 54, der
um die Außenfläche des
Zahnkranz-Rings 58 sowie zwischen dem sich innen erstrecken
und dem sich außen
erstreckenden Ring 130 und 132 gebildet ist. Die
Kette 56 steht in Eingriff mit dem Nebenzahnkranz 54.
Die Eingriffsringe 130 und 132 sind Verlängerungen
der Seitenwände
des Zahnkranz-Rings und schaffen bei Bedarf mehr Oberfläche für die von ihnen
ausgeführte
Kupplungsfunktion, wie dies im Folgenden erläutert wird.
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Im Folgenden werden die Relativbewegungs-
und Antriebseigenschaften des Kupplungsplatten-Rings 69,
des Zahnkranz-Rings 58 und des Schwungrads 44 mit
der an dieser Stelle beschriebenen Konstruktion erläutert. Wenn
der Nebenzahnkranz 54 in Vorwärtsrichtung (in Bezug auf 3 im Uhrzeigersinn und in
Bezug auf die 1 und 2 im Gegenuhrzeigersinn)
durch die Kette 56 angetrieben wird, tritt das Einrichtungslager 66 mit
dem Nebenzahnkranz 54 in Eingriff und veranlasst diesen
zum Drehen des Zahnkranz-Rings 58, der wiederum den Kupplungsplatten-Ring 69 dreht,
welcher wiederum das Achsengehäuse 64 dreht,
wodurch das Schwungrad zum Drehen gebracht wird.
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Wenn der Nebenzahnkranz 54 zur
Ausführung
einer Bewegung in der entgegengesetzten Richtung (im Gegenuhrzeigersinn
in 3 und im Uhrzeigersinn
in den 1 und 2) veranlasst wird, ermöglicht das
Einrichtungslager dem Zahnkranz-Ring 58 ein Freilaufen
auf dem Kupplungsplatten-Ring 69.
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Idealerweise ist ein Reibungskupplungs- oder
Bremsmaterial 70 in Form einer ebenen Unterlegscheibe (einer
Scheibe mit einer darin ausgebildeten zentralen Öffnung) zwischen dem äußeren Flansch 120 des
Kupplungsplatten-Rings 69 und dem äußeren Ring 130 des
Zahnkranz-Rings 58 sowie zwischen dem inneren Flansch 122 des
Kupplungsplatten-Rings 69 und dem inneren Ring 132 des Zahnkranz-Rings
positioniert, wie dies am Besten in den 5A, 5B und 7 gezeigt ist. Das Reibungskupplungsmaterial 70 kann
entweder an dem äußeren Flansch 120 oder
dem äußeren Ring 130 angebracht
sein, und das Reibungskupplungsmaterial 70 kann entweder
an dem inneren Flansch 122 oder dem inneren Ring 132 angebracht
sein, um das Kupplungsmaterial zu verankern. Bei dem Kupplungsmaterial 70 kann
es sich um Filz, Kork, standardmäßiges Bremsmaterial
oder ein beliebiges anderes Material handeln, das eine ausreichende
Reibungsbeziehung zwischen den erstreckungsgleichen Flanschen und
Ringen schafft. Vorzugsweise wird Kupplungsbelag, wie er in dem
Katalog der McMaster-Carr Company unter der Nummer 101, 1995, auf Seite
2530 gezeigt ist, mit einer Dicke von circa 2,0 mm verwendet. Beschreibung
einfügen
für den
Ring für
einen Innendurchmesser für
eine frei schwimmende, mit keiner Seite verbundene Ausführung. In
manchen Fällen,
zum Beispiel wenn das Kupplungsmaterial weder an der Kupplungsplatte
noch dem Zahnkranz-Ring angebracht ist, sondern statt dessen zwischen
diesen beiden Elementen lediglich schwimmt, wird eine Lagerscheibe
an dem Umfang der zentralen Öffnung
angebracht, um zur Unterstützung
des Kupplungsmaterials an dem Achsengehäuse beizutragen.
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Eine Kompressionseinrichtung, wie
zum Beispiel eine Druckfeder 72, ist um die Nabe 62 des Schwungrads 64 herum
positioniert, um mit dem inneren Flansch 122 des Kupplungsplatten-Rings 69 in Eingriff
zu treten, um den inneren Flansch in Richtung auf den äußeren Flansch 120 des
Kupplungsplatten-Rings vorzuspannen. Die Feder 72, wie
zum Beispiel eine Jumbo-Kompressionsfeder aus dem Katalog von McMaster-Carr
mit der Katalognummer 101, spannt den inneren Flansch 122 nach
außen vor,
um das Kupplungsmaterial 70 zwischen diesem und dem inneren
Ring 132 einzuklemmen, und ferner klemmt sie das Kupplungsmaterial 70 zwischen
dem äußeren Ring 130 und
dem äußeren Flansch 120 ein. Die
vorgesehene axiale Bewegung des inneren Laufrings (beispielsweise
durch Gleiten) auf dem zylindrischen Hauptlager 66 (in
den Schlitzen 128 gleitende Rippen 126) ermöglicht dem
Zahnkranz-Ring 58 ein Schweben und Übertragen der Kraft der Feder 72 auf den äußeren Flansch 122.
Die Kombination aus der durch die Feder 72 erzeugten Vorspannkraft
und dem Eingriff des Kupplungsplatten-Rings 69 und des Zahnkranz-Rings 58 mit
dem Kupplungsmaterial 70 dazwischen erzeugt eine Reibungskraft,
die eine obere Grenzkraft ("Freibrechkraft") aufweist, die erforderlich
ist, um eine Bewegung des Zahnkranz-Rings 58 unabhängig von
dem Kupplungsplatten-Ring in der Rückwärtsrichtung hervorzurufen.
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Wenn die Federkraft zum Beispiel
ca. 225 Pounds bei vollständiger
Kompression beträgt
und das Kupplungsmaterial einen Innendurchmesser von 1,65 Inch sowie
einen Außendurchmesser
von 2,52 Inch aufweist wurde bei Verwendung von zwei Kupplungsmaterialscheiben
(5B) die Freibrechkraft
in Tests mit circa 55 Pounds an dem Pedal ermittelt. Es hat sich
herausgestellt, dass bei Erweiterung der Feder aufgrund von Verschleiß des Kupplungsmaterials die
Federkraft auf circa 200 Pounds sinkt, die Freibrechkraft jedoch
ansteigt. Man ist der Ansicht, dass dies durch die Tatsache bedingt
ist, dass die das Kupplungsmaterial einklemmenden Eingriffsflächen poliert
werden und die Oberfläche
vergrößern, wodurch
die zu überwindende
statische Reibungskraft erhöht
wird.
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Im Folgenden wird die Relativbewegung
des Kupplungsplatten-Rings 69, des Zahnkranz-Rings 58 und
des Schwungrads 44 mit der bisher beschriebenen Konstruktion
erläutert.
Wenn der Nebenzahnkranz 54 in der Vorwärtsrichtung angetrieben wird, wie
diese vorstehend definiert worden ist, erzeugt das Einrichtungslager
die Direktantriebsbeziehung zu dem Schwungrad 44, die für diesen
Typ von Übungsfahrrad
erwünscht
ist. Wenn der Nebenzahnkranz 54 in der Rückwärtsrichtung
angetrieben wird oder eine Rückwärtskraft
auf den Nebenzahnkranz aufgebracht wird, um den Versuch zu unternehmen, diesen
in einer zu der Rotationsrichtung des Schwungrads entgegengesetzten
Richtung zu drehen, treibt das Einrichtungslager das Schwungrad 44 nicht
an, sondern ermöglicht
den Pedalen statt dessen ein Freilaufen. Die zwischen dem Kupplungsplatten-Ring 69 und
dem Zahnkranz-Ring 58 erzeugte Reibungskraft aufgrund des
Eingriffs des äußeren Flansches 120 und
des äußeren Rings 130 mit
dem dazwischen positionierten Kupplungsmaterial 70 sowie
des Eingriffs des inneren Flansches 122 und dem inneren
Ring 132 mit dem dazwischen angeordneten Kupplungsmaterial 70 bewirkt
die Erzeugung einer Schwellen-Reibungskraft,
die überwunden
werden muss, um dem Fahrer zu ermöglichen, den Zahnkranz-Ring 58 unabhängig von
dem Schwungrad 44 anzutreiben. Wenn die von dem Fahrer
auf die Pedale aufgebrachte Kraft ausreichend groß ist, um
die Reibungskraft ("Freibrechkraft") zu überwinden,
veranlassen die Pedale den Zahnkranz-Ring 58 zur Ausführung einer
Drehung unabhängig
von dem Kupplungsplatten-Ring 69, wobei das Kupplungsmaterial 70 bei
diesem Vorgang abgerieben wird und Verschleiß unterliegt.
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Wenn das Kupplungsmaterial 70 verschleißt und dünner wird,
erweitert sich die Feder 72, um den inneren Flansch 122 (schwebend)
die Schlitze entlang zu drücken,
um die geeignete Kraft auf dem Kupplungsmaterial 70 aufrechtzuerhalten.
Der Zahnkranz-Ring 58 wird ebenfalls nach außen gedrückt, um
die gewünschte
Kraft und die daraus resultierenden "Freibrech"-Eigenschaften aufrechtzuerhalten. Die
Feder 72 ermöglicht
somit eine automatische Justierung, um den Verschleiß des Kupplungsmaterials 70 zu
kompensieren. Die Feder 72 muss derart ausgewählt sein,
das sie eine relativ vorhersehbare und stabile Federkonstante entlang
ihrer Erstreckungslänge
hat, um die Entwicklung der geeigneten Reibungskräfte sicherzustellen.
Die Feder kann durch ein elastomeres Rohr 73 ersetzt werden,
das ausreichende Federkräfte
in Axialrichtung aufweist, wie es zum Beispiel in 5C gezeigt ist. Einige elastomere Materialien
haben sehr stabile Federkonstanten. Ein solches geeignetes elastomeres
Material ist ein Polyurethan, hergestellt von Kryptonics Inc., Louisville,
Colorado. Vorzugsweise hat das Rohr 73 eine Länge von
circa 1 Inch, die bei anfänglicher Kompression
0,887 Inch beträgt,
sowie eine Wandstärke
von circa 0,225 Inch. Ferner könnte
auch eine verstellbare Druckfeder verwendet werden, die ein Einstellen
der Federkraft zulässt,
um die Freibrechkraft bei Wunsch zu modifizieren.
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Das innere oder äußere Kupplungsmaterial 70 kann
durch ein Lager ersetzt werden, wenn es erwünscht ist, nur ein einziges
Kupplungsmaterial 70 zu verwenden. Die Freibrechkraft-Grenze
lässt sich somit
als Ergebnis davon modifizieren.
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Eine ähnliche Relativbewegung findet
man vor, wenn das die vorliegende Erfindung beinhaltende Übungsfahrrad
in Gebrauch ist und sich die Vorteile des Freilauf-Kupplungsmechanismus
der vorliegenden Erfindung deutlicher zeigen. Wenn ein Fahrer auf
dem Übungsfahrrad
trainiert, veranlasst der vordere Antrieb der Antriebsausrüstung den
Nebenzahnradkranz 54, den Zahnkranz-Ring 58 in der Eingriffrichtung
des Einrichtungslagers anzutreiben, um letztendlich das Schwungrad 44 in
Direktantriebsweise anzutreiben. Wenn der Fahrer es wünscht kann
er eine Kraft von circa 50 Pounds in der entgegengesetzten Richtung
aufbringen, wodurch die Schwellenwert-Reibungskraft zwischen dem
Kupplungsplatten-Ring 69, dem Zahnkranz-Ring 58 und
dem Kupplungsmaterial 70 überwunden wird (die "Freibrechkraft") und der Zahnkranz-Ring 58 in
Bezug auf den Kupplungsplatten-Ring 69 und das Schwungrad 44 freilaufen
kann. Der Zahnkranz-Ring 58 bewegt sich somit in der entgegengesetzten
Richtung in Bezug auf die Rotationsrichtung des Schwungrads 44.
Der Fahrer kann somit unabhängig
von der Bewegung des Schwungrads 44 treten, bis die Reibung
zwischen dem Kupplungsplatten-Ring und dem Zahnkranz-Ring (die durch
das Kupplungsmaterial hervorgerufen wird) die Umdrehungsgeschwindigkeit
des Schwungrads pro Minute bis auf einen Punkt vermindert, an dem
die Umdrehungsgeschwindigkeiten pro Minute einander auf der Basis
des Übersetzungs-/Untersetzungsverhältnisses
entsprechen, um eine "Kopplung" hervorzurufen.
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In einer extremeren Situation, wenn
der Fuß des
Fahrers von dem Pedal abrutscht und das Pedal gegen das Bein des
Fahrers stößt, wird
eine ausreichende Kraft erzeugt, um die "Freibrechkraft" zu überwinden,
damit die Pedale stoppen können,
um das Risiko einer ernsthaften Verletzung zu vermindern, wobei
das Schwungrad weiterdrehen kann, bis die Reibungskraft der Rotation
des Schwungrads stoppt.
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Ein Achse 134 (5A und 5B) ist durch die Bohrung in der Nabe
hindurch positioniert, und zwar zusammen mit zugehörigen Lagern
zum Abstützen des
Schwungrads 44 und Ermöglichung
einer Rotationsbewegung desselben gemäß dem Antrieb durch die Antriebsausrüstung.
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Das Einrichtungslager ist für die Anwendung beim
Arbeiten auf einem Übungsfahrrad
nicht notwendig. Ohne das Einrichtungslager würde jedoch der Zahnkranz-Ring
auch in Vorwärtsrichtung "Freilaufen", wenn die Antriebskraft
höher ist
als die "Freibrechkraft", wodurch das Ausmaß an Kraft
begrenzt wird, das der Fahrer beim Treten des Fahrrads in der Vorwärtsrichtung
aufbringen kann.
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Das Einrichtungslager 66 kann
durch einen unter Federvorspannung stehenden Sperren- und Sperrklinken-Antriebsmechanismus
ersetzt werden, wie man ihn bei normalen Fahrradanwendungen vorfindet,
oder durch andere Einrichtungs-Antriebmechanismen, die funktionsmäßig das
vorstehend beschriebene Einrichtungslager ersetzen können. Ein solcher
geeigneter, einfach erhältlicher
Sperren- und Sperrklinkenmechanismus ist der LMA-8 von der LIDA
Mashinen Company, Limited, Taoyuan, wie er in dem Katalog der Taoyuan
Bicycle Source 1997-1998 auf Seite 370 gezeigt ist.
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Die 8 bis 16 zeigen Details von einigen der
vorstehend beschriebenen Komponenten.
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Ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Freilauf-Kupplungsmechanismus ist in den 17 bis 20 gezeigt.
Dieses alternative Ausführungsbeispiel
arbeitet nach demselben Prinzip wie das vorstehend beschriebene
erste Ausführungsbeispiel,
mit der Ausnahme, dass es im Grunde die einzelne große Feder,
die die Nabe 150 umgibt, durch die Mehrzahl von kleineren
Federn 152 ersetzt, die zwischen dem Schwungrad 154 und
der inneren Kupplungsplatte 156 angeordnet sind. Diese
Mehrzahl von Feder 152 bewirkt ein Drücken der inneren Kupplungsplatte 156 nach
außen,
wenn das Kupplungsmaterial 158 durch Gebrauch verschleißt. Wie
am Besten in den 19 und 20 zu sehen ist, umgibt jede
der mehreren Federn eine Führungsstange 160,
die an dem Schwungrad 154 angebracht ist und in einer Führungsbohrung 162 aufgenommen
ist, die an der Innenseite der inneren Kupplungsplatte 156 angebracht
ist und sich von dieser weg erstreckt. Die gleitende Wechselwirkung
zwischen der Führungsstange 160 und
der Führungsbohrung 162 trägt dazu
bei sicherzustellen, dass die innere Kupplungsplatte 156 unter
der Vorspannung der Federn beim Verschleiß des Kupplungsmaterials aufgrund
von Gebrauch kräftig
nach außen
bewegt wird. Die Wechselwirkung der Führungsstange mit der Führungsbohrung
veranlasst ferner die innere Kupplungsplatte 156 zur Drehung
zusammen mit dem Schwungrad 154, da die Führungsstangen
im Inneren der Führungsbohrungen
seitlich in ihrer Position festgelegt sind, und da sich die Führungsstangen
zusammen mit der Bewegung des Schwungrads drehen, verursachen sie auch
eine Drehung der inneren Kupplungsplatte.
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Das Achsengehäuse 164 ist im Presssitz
in der Nabe 150 angebracht und erstreckt sich von dem Schwungrad 154 weg
und weist ein äußeres Ende 166 mit
Außengewinde
auf. Nach der Montage der inneren Kupplungsplatte 156 und
der zugehörigen Druckfedern 152 über dem
Achsengehäuse
und Positionierung desselben in der Nähe der Nabe wird der Nebenzahnkranz-Ring 170 positioniert,
um an der Außenfläche des
Achsengehäuses 164 in
Eingriff zu treten, wie dies bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel
der Fall ist, wobei auch die gleiche Lagerkonstruktion 172 vorhanden
ist. Der Nebenzahnkranz-Ring weist eine innere Oberfläche 174 nahe der äußeren Oberfläche 176 der
inneren Kupplungsplatte auf, wobei dazwischen eine innere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 178 angeordnet
ist. Die innere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 178 ist
vorzugsweise entweder an der äußeren Oberfläche der inneren
Kupplungsplatte 156 oder der inneren Oberfläche des
Nebenzahnkranz-Rings 170 fixiert. Ein Satz von Zahnradzähnen 180 ist
um den Außenumfang
des Nebenzahnkranz-Rings 170 ausgebildet, um die zum Antreiben
des Schwungrads verwendete Kette aufzunehmen.
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Die äußere Kupplungsplatte 182 (oder
Verankerungsplatte) wird dann auf das mit Außengewinde versehene äußere Ende 184 des
Achsengehäuses
aufgeschraubt. Eine äußere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 186 ist
zwischen der äußeren Oberfläche des
Nebenzahnkranz-Rings 170 und der inneren Oberfläche der äußeren Kupplungsplatte 182 positioniert.
Vorzugsweise ist die äußere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 186 entweder
an der äußeren Oberfläche des
Nebenzahnkranz-Rings 170 oder an der inneren Oberfläche der äußeren Kupplungsplatte 182 fixiert.
Die äußere Kupplungsplatte ist
an dem Achsengehäuse
mittels einer Verriegelungsmutter 188 fixiert, um die äußere Kupplungsplatte
daran zu hindern, sich unter der Kraft des Freilaufmechanismus zu
lockern.
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Dieses alternative Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung arbeitet im Großen und Ganzen in der selben
Weise wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel. Wenn eine Umkehrkraft
auf die Antriebsausrüstung
aufgebracht wird, wobei dies normalerweise durch Aufbringung einer
Umkehrkraft auf die Pedale erfolgt, und wenn diese Umkehrkraft die "Freibrechkraft" überwindet, überwindet der Nebenzahnkranz
die Reibungskraft zwischen dem Nebenzahnkranz-Ring 170 und
der äußeren Kupplungsplatte 182 und
der inneren Kupplungsplatte 156, die sich zusammen mit
dem Schwungrad 154 drehen. Dies ermöglicht dem Schwungrad eine
Fortsetzung seiner Rotationsbewegung, während die Antriebsausrüstung entweder
gestoppt wird, in Rückwärtsrichtung
getreten wird oder langsamer getreten wird als sich das Schwungrad dreht.
Bei den Lagern 172, die den Nebenzahnkranz-Ring 170 mit
dem Achsengehäuse 164 verbinden,
handelt es sich um Einrichtungslager, wie dies vorstehend beschrieben
wurde, und bei Betätigung der
Antriebsausrüstung
in der normalen Richtung oder Vorwärtsrichtung kommt es zu einem
Greifen oder einer Kopplung der Lager, und diese wirken als Direktantriebsverbindung
zwischen der Antriebsausrüstung
und dem Schwungrad.
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Bei Rotation in der entgegengesetzten
Richtung erlauben die Lager 172 dem Nebenzahnkranz-Ring 170 ein
Freilaufen, wobei das Freilaufen von diesem durch den Reibungseingriff
des Nebenzahnkranz-Rings 170 mit dem umgebenden Kupplungsmaterial 178, 186 begrenzt
ist. Die Druckfedern 152 üben die Kraft auf die innere
Kupplungsplatte 156 auf, die das innere Kupplungsmaterial 178 gegen den
Nebenzahnkranz-Ring drückt.
Der Nebenzahnkranz-Ring 170 kann sich in Längsrichtung
auf dem Achsengehäuse 164 bewegen
(das Lager ermöglicht geringfügige Bewegungen
in dieser Richtung), und es überträgt somit
eine Kraft auf das äußere Kupplungsmaterial 186 und
schließlich
auf die äußere Kupplungsplatte 182.
Beim Verschleiß des
inneren oder äußeren Kupplungsmaterials
werden die Federn 152 länger,
und diese drücken
die innere Kupplungsplatte 156 nach außen und halten somit die Berührung aufrecht,
die für
den Reibungseingriff zwischen der inneren Kupplungsplatte 156,
dem inneren Kupplungsmaterial 178, dem Nebenzahnkranz-Ring 170,
dem äußeren Kupplungsmaterial 186 und
der äußeren Kupplungs-/Verankerungsplatte 182 erforderlich
ist.
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20 veranschaulicht
die Einstellbeziehung der Konstruktion des alternativen Ausführungsbeispiels,
wenn die innere und äußere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 178, 186 Verschleiß erlitten haben.
Beim Vergleichen der 19 und 20 miteinander ist der Spalt
zwischen der inneren Kupplungsplatte 156 und dem äußeren Ende
der Nabe 150 zu bemerken. Die Lager 172 ermöglichen
dem Nebenzahnkranz-Ring 170 eine Bewegung in Längsrichtung
auf dem Achsengehäuse 164.
Sowohl das innere als auch das äußere Kupplungsmaterial 178, 186 kann
durch ein Lager ersetzt werden, falls entschieden wird, dass diese
Materialien nicht notwendig sind.
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Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
ist in den 21 bis 23 dargestellt. Bei diesem alternativen
Ausführungsbeispiel
ist eine Belleville-Scheibe
auf dem Ende des Achsengehäuses 202 angebracht,
um die äußere Kupplungsplatte 204 nach
innen vorzuspannen und die gewünschte
Reibungskraft zwischen dem Nebenzahnkranz-Ring 206 und
der äußeren und
inneren Kupplungsplatte 204, 208 durch die innere
und die äußere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 210, 212 zu
erzeugen. Bei dem zweiten alternativen Ausführungsbeispiel ist eine Festhalteeinrichtung 214 mit
einem inneren Ende 215, das einen nach außen gehenden
Flansch aufweist, auf das Ende des sich von der Nabe 216 weg
erstreckenden Achsengehäuses 202 aufgeschraubt,
das ein Außengewinde
aufweist. Der sich nach außen
erstreckende Flansch 215 der Festhalteeinrichtung liegt
an der Nabe 216 an. Die innere Kupplungsplatte 208 wird
dann unmittelbar neben dem sich nach außen erstreckenden Flansch 215 positioniert
und wird in rotationsmäßiger Positionierung mit
diesem durch Längsrippen
in Schlitzen oder durch ein beliebiges anderes Befestigungsverfahren, wie
zum Beispiel Schweißen
(wie in 22 gezeigt) festgehalten.
Alternativ hierzu kann der sich nach außen erstreckende Flansch als
innere Kupplungsplatte wirken.
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Eine innere Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 210 ist
angrenzend an sowie in Berührung mit
der inneren Kupplungsplatte 208 positioniert, und der Nebenzahnkranz-Ring 206 ist über dem
zylindrischen Körper
der Festhalteeinrichtung 214 montiert. Der Nebenzahnkranz-Ring 206 ist ähnlich den
Nebenzahnkranz-Ringen, wie diese in den beiden vorausgehenden Ausführungsbeispielen
beschrieben worden sind, und beinhaltet ein Lager 218,
das zwischen dem Nebenzahnkranz-Ring 206 und dem Außenumfang
der Festhalteeinrichtung 214 positioniert ist, wobei es
sich bei dem Lager 218 um ein Einrichtungslager handelt,
das dem Nebenzahnkranz-Ring 206 bei Drehung in der Rückwärtsrichtung
ein Freilaufen ermöglicht
und bei Drehung in der Vorwärtsrichtung
eine Verriegelung ermöglicht,
um einen Direktantrieb zu schaffen. Eine Verzahnung 220 ist
an dem Außenumfang
des Nebenzahnkranz-Rings 206 für den Eingriff mit der Kette
der Antriebsausrüstung ausgebildet.
Eine äußere Kupplungsplatte 204 ist über dem
Außenumfang
der Festhalteeinrichtung 214 positioniert. Wie in 23 gezeigt ist, bildet die äußere Kupplungsplatte 204 eine
zentrale Bohrung 222 mit wenigstens einer Rippe 224,
die zum komplementären
Einführen
in einen entsprechenden Schlitz ausgebildet ist, der in der Festhalteeinrichtung 214 ausgebildet
ist. Die komplementäre
Rippen- und Schlitz-Beziehung zwischen der äußeren Kupplungsplatte 204 und
der Festhalteeinrichtung 214 veranlasst die äußere Kupplungsplatte
zur Ausführung
einer Drehung zusammen mit den Schwungrad, da die Festhalteeinrichtung
sich mit dem Schwungrad 226 dreht und die rotationsmäßige Wechselwirkung
zwischen der Rippe und dem Schlitz auch die äußere Kupplungsplatte 204 zum
Drehen veranlasst, und zwar zusätzlich
dazu, dass der äußeren Kupplungsplatte
ein Schwimmen oder eine Bewegung in Richtung nach innen und nach
außen
in Bezug auf die innere Kupplungsplatte 208 ent lang des
Körpers
der Festhalteeinrichtung ermöglicht
wird, wenn das Kupplungsmaterial 210, 212 verschleißt.
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Die Belleville-Scheibe 200 ist
um das Ende des Achsengehäuses
herum positioniert, um an der äußeren Kupplungsplatte 204 mit
Vorspannkraft anzugreifen. Die Vorspannkraft wird erzeugt durch
eine äußere Festhalteeinrichtung 228,
die einen zylindrischen Hauptkörper 230 mit
Außengewinde
sowie einen sich nach außen
erstreckenden Flansch 232 an dem einen Ende bildet. Das äußere Ende
des Außengehäuses 202 bildet
ein Innengewinde 234, sodass der zylindrische Hauptkörper 230 der äußeren Festhalteeinrichtung 228 bis
zu dem Punkt in das äußere Ende
des Achsengehäuses 202 eingeschraubt
ist, an dem der sich nach außen
erstreckende Flansch 232 an dem äußeren Ende des Achsengehäuses anstößt und auch
an dem inneren Rand der Belleville-Scheibe 200 angreift,
um die Belleville-Scheibe gegen die äußere Kupplungsplatte 204 zusammenzudrücken. Das
Zusammendrücken
der Belleville-Scheibe 200 gegen die äußere Kupplungsscheibe 204 verursacht ein
Vorspannen der äußeren Kupplungsplatte
nach innen gegen das äußere Reibungskupplungsmaterial 212,
das gegen den Nebenzahnkranz-Ring 206 gedrückt wird,
der wiederum auf der äußeren Oberfläche der
inneren Festhalteeinrichtung 214 relativ schwimmen kann,
um gegen das innere Kupplungsmaterial 210 zu drücken und
wiederum reibungsmäßig an der
inneren Kupplungsplatte 208 anzugreifen.
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Wenn der Nebenzahnkranz-Ring 206 durch die
Antriebsausrüstung
in Vorwärtsrichtung
angetrieben wird, kommt es zu einem Greifen der Einrichtungslager 218 und
damit zur Erzeugung einer Direktantriebsbeziehung. Wenn eine ausreichende Umkehrkraft
auf den Nebenzahnkranz-Ring durch die Antriebsausrüstung aufgebracht
wird, werden die Einrichtungslager freigegeben, und diese ermöglichen
dem Antriebsausrüstungs-Ring
ein Freilaufen unter dem Einfluss der Reibungsbeziehung mit der inneren
und der äußeren Kupplungsplatte,
und zwar ähnlich
der Wechselwirkung, wie diese unter Bezugnahme auf die vorstehenden
Ausführungsbeispiele beschrieben
worden ist.
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Wenn das Kupplungsmaterial 210, 212 verschleißt und dünner wird,
wird die Belleville-Scheibe 200 erweitert, um eine Reibungskraft
in dem Kupplungs system zu erzeugen, und zwar durch Drücken der äußeren Kupplungsplatte 204 in
Richtung auf die innere Kupplungsplatte 208 und dadurch
das innere und das äußere Kupplungsmaterial
und den Nebenzahnkranz-Ring 206 dazwischen einzuklemmen.
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Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
ist in 24 dargestellt,
dass zwei Belleville-Scheiben 240, 242 in einer
Anordnung Rücken
an Rücken
zeigt, um eine längere
Verstellstrecke aufgrund von Verschleiß der inneren und der äußeren Kupplungsmaterial-Unterlegscheibe 244, 246 zu
ermöglichen.
Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel ist
der sich nach außen
erstreckende Flansch 248 der zweiten Festhalteeinrichtung 250 vergrößert, um mit
dem äußeren Rand
der zweiten Belleville-Scheibe 240 in Eingriff zu treten.
Belleville-Scheiben sind sehr steif und schaffen ein hohen Ausmaß an Kraft über ihre
Erstreckungslänge.
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Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
ist in den 25 und 26 offenbart. Dieses vierte alternative
Ausführungsbeispiel
verwendet eine Bandbremse zum Erzeugen der reibungsmäßigen Freibrechkraft.
Die Bandbremse 260 beinhaltet eine an dem Schwungrad 264 festgelegte
Festhalteeinrichtung 262, durch die hindurch eine unter
Federvorspannung stehende Einstellschraube 266 positioniert ist,
die an einem Gehäuse 268 angebracht
ist. Das Gehäuse
weist zwei Führungsschlitze 270 zum
verschiebbaren Aufnehmen von Vorsprüngen 272 auf, die
an dem Schwungrad ausgebildet sind. Ferner ist das Gehäuse an den
entgegengesetzten Enden eines Riemens 274 angebracht. Der
verschiebbare Eingriff der Führungsschlitze 270 mit
den Vorsprüngen 272 trägt dazu
bei, eine korrekt ausgerichtete Einstellung der Bandbremse mittels
der unter Federvorspannung stehenden Schraube zu gewährleisten. Die
Schlitze sind in dem Gehäuse
der Bandbremse gebildet, wobei das Gehäuse an einem Riemen angebracht
ist, wobei das Bandbremsenmaterial 276 an der Innenfläche eines
Verstärkungsmantels 278 des Riemens
(am Besten in 26 zu
sehen) angebracht ist. Die Vorsprünge, die unter Federvorspannung
stehende Schraube, das Gehäuse
und der Riemen sind alle zur Rotation zusammen mit dem Schwungrad
festgelegt. Die von der Feder umgebene Schraube 266 macht
das System selbstjustierend hinsichtlich Verschleißes des
Bandmaterials durch Aufbringen einer vorzugsweise konstanten Spannbelastung
auf den Riemen durch das Gehäuse.
Die Auswahl der Federkonstanteigenschaften der Feder bestimmt das
Ausmaß an
Spannung auf dem Riemen sowie das Ausmaß der Einstellung (Verlagerung),
das die Bandbremse bewältigen
kann.
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Wie am Besten in 26 gezeigt ist, bildet der Nebenzahnkranz-Ring 280 einen
ringförmigen axialen
Fortsatz 282, der über
einen Bereich der Nabe 284 gepasst ist, ohne mit der Nabe
in Berührung
zu treten. Dieser ringförmige
Fortsatz 282 bildet einen inneren Rand 286 und
einen äußeren Rand 288,
zwischen denen eine Eingriffsfläche 290 vorhanden
ist. Das Band berührt
die Eingriffsfläche 290 zwischen
dem inneren Rand und dem äußeren Rand. Der
Nebenzahnkranz-Ring 280 beinhaltet das gleiche Lagersystem,
wie dies vorstehend für
den Einrichtungseingriff mit der Außenfläche des Achsengehäuses 292 beschrieben
worden ist. Die korrekte Positionierung des Nebenzahnkranz-Rings 280 auf
dem Achsengehäuse
wird durch eine große
Unterlegscheibe 294 aufrechterhalten, die mittels einer
Mutter 296 fest gegen die äußere Oberfläche des Nebenzahnkranz-Rings
gedrückt
ist, um den Nebenzahnkranz-Ring derart zu halten, dass dieser nicht
in ein Ungleichgewicht gerät.
Ein zweiter Satz von Einrichtungslagern könnte zwischen dem ringförmigen Fortsatz 282 von
dem Nebenzahnkranz-Ring und der äußeren Oberfläche der
Nabe positioniert sein, über
der der ringförmige
Fortsatz des Nebenzahnkranz-Rings positioniert ist.
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Wenn die Antriebsausrüstung durch
den Fahrer in Vorwärtsrichtung
betätigt
wird, gelangt das Einrichtungslager 298 zwischen dem Nebenzahnkranz-Ring 280 und
dem Achsengehäuse 292 in
Eingriff, um eine Direktantriebsbeziehung zwischen der Antriebsausrüstung und
dem Schwungrad hervorzurufen, wie dies auch bei dem vorstehend beschriebenen
Ausführungsbeispielen
der Fall ist. Wenn ein ausreichende Umkehrkraft bzw. in der entgegengesetzten
Richtung wirkende Kraft durch die Antriebsausrüstung auf den Nebenzahnkranz-Ring aufgebracht
wird, wird das Einrichtungslager 298 gelöst, und
diese ermöglicht
dem Nebenzahnkranz-Ring ein Freilaufen unter dem Einfluss des Reibungseingriffs des
Nebenzahnkranz-Rings und des Riemens 274. Die Eingriffsfläche 290 befindet
sich in Reibungseingriff mit dem Riemen, um die "Freibrechkraft" zu erzeugen. Die "Freibrechkraft" wird durch die Festigkeit des Riemens
um die Eingriffsfläche
an dem ringförmigen
Fortsatz 282 des Nebenzahnkranz-Rings bestimmt. Diese "Freibrechkraft" wirkt dem Freilaufen des
Nebenzahnkranz-Rings auf dem Achsengehäuse 292 entgegen und
sorgt für
das vorteilhafte Durchtret-Merkmal traditioneller Direktantriebs-Übungsfahrräder. Sie
ermöglicht
der Antriebsausrüstung auch
ein Freilaufen, wenn eine ausreichende entgegengesetzte Kraft auf
die Antriebsausrüstung
aufgebracht wird, wobei dies wahrscheinlich durch die Pedale und
Kurbeln folgt, um ein Antreiben der Antriebsausrüstung mit einer relativ niedrigeren
Umdrehungsgeschwindigkeit pro Minute als das Schwungrad zu ermöglichen,
wobei dies von dem Untersetzungs-/Übersetzungsverhältnis abhängig ist.
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Beim Verschleißen des Reibungsbremsenmaterials 276 wird
das Gehäuse 268 durch
Festziehen der Schraube 266 justiert, um das Gehäuse zu bewegen
und somit den Riemen 274 um den ringförmigen Fortsatz 282 des
Nebenzahnkranz-Rings 280 festzuziehen, um den gewünschten
Reibungseingriff aufrecht zu erhalten, wobei dies zu der gewünschten "Freibrechkraft" führt.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den 27 bis 29 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
weist der Nebenzahnkranz-Ring 300 die gleiche Konstruktion
wie bei dem vorausgehenden Ausführungsbeispiel
auf und wird in der gleichen Weise in Eingriff mit dem Achsengehäuse 302 gehalten.
Ein Kompressionsbremsgehäuse 304 ist
in Eingriff mit dem Schwungrad 306 angebracht und beinhaltet eine
Einrichtung 308 zum Veranlassen eines Eingriffs von bogenförmigen Kompressionselementen 310 mit der
Eingriffsfläche 312 an
dem ringförmigen
Fortsatz 314 des Nebenzahnrads (Nebenzahnkranzes), und zwar
zwischen dem inneren und dem äußeren Rand 316, 318.
Die bogenförmigen
Kompressionselemente 310 weisen einen harten Rücken 320 und
ein Reibungskupplungsmaterial 322 in Verbindung mit ihrer konkaven
Innenfläche
zum Eingriff mit dem ringförmigen
Fortsatz 314 des Nebenzahnkranz-Rings auf. Das Bremsgehäuse 304 weist
eine Einrichtung 308 zu radialen Einstellen der Kompression
der Kompressionselemente gegen den ringförmigen Fortsatz 314 auf,
wie zum Beispiel Stellschrauben, die durch das Bremsgehäuse hindurch
gewindemäßig einstellbar
sind, um an der harten Rückenfläche 320 der
bogenförmigen
Kompressionselemente 310 anzugreifen, um das Reibungs material 322 der
Kompressionselemente gegen die Eingriffsfläche 312 des ringförmigen Fortsatzes
zu drücken.
Diese Mittel können selbstjustierend
sein, um Verschleiß des
Reibungsmaterials Rechnung zu tragen, wobei sie zum Beispiel unter
Federvorspannung stehende Stellschrauben sein können. Beim Verschleißabrieb
des Reibungskupplungsmaterial können
die Stellschrauben 324 dazu verwendet werden, die geeignete
Kompression der Kompressionselemente 310 gegen die Eingriffsfläche 312 aufrecht
zu erhalten, wodurch die gewünschte "Freibrechkraft" erzeugt wird.
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Das vorliegende Ausführungsbeispiel
arbeitet in der gleichen Weise wie die vorstehende beschriebenen
Ausführungsbeispiele,
um einen Freibrech-Kupplungsmechanismus
an dem Schwungrad zu ermöglichen.
Das Bremsgehäuse 304 ist
in einer rotationsmäßigen feststehenden
Orientierung an dem Schwungrad durch einen Stift 326 gehalten,
der durch einen Schlitz 328 in dem Bremsgehäuse hindurch
positioniert ist. Die Bewegung des Stifts in dem Schlitz trägt ungleichmäßigem Verschleiß der Kompressionselemente 310 Rechnung.
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Ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel
ist in 30 dargestellt.
Nur eine Seite, nämlich die
dargestellte innere Seite 329, des Zahnkranz-Rings 330 wird
zum Erzeugen eines Reibungseingriffs mit einem Eingriffsflansch 332 verwendet, der
an dem Achsengehäuse 334 an
der Nabe 336 des Schwungrads 338 angebracht ist.
Der Zahnkranz-Ring ist auf einer Hülse 333 angeordnet,
die mit dem Achsengehäuse 334 an
der Nabe 336 in gewindemäßigem Eingriff steht, wobei
ein Einrichtungslager 337 (oder ein Sperren- und Sperrklinken-Mechanismus) zwischen
dem Zahnkranz-Ring und der Hülse 333 zu
demselben Zweck angeordnet ist, wie dieser vorstehend bei vielen
der anderen Ausführungsbeispiele
offenbart ist. Kupplungsmaterial 340 ist zwischen der Seite
329 des Zahnkranz-Rings 330 und dem Eingriffsflansch 332 angeordnet
und kann an dem einen oder dem anderen dieser Elemente angebracht
sein, um den Reibungseingriff dazwischen zu erzeugen. Der Eingriffsflansch
ist entlang des Achsengehäuses
der Nabe beweglich, um ein Aufrechterhalten der Reibungskraft auf
einem relativ konstanten Niveau zu ermöglichen, während das Kupplungsmaterial
verschleißt.
Diese Selbstjustierung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist,
erfolgt dann, wenn die Feder 342 oder eine andere Einrichtung
den Eingriffsflansch von der Nabe nach außen drückt, um das Kupplungsmaterial
gegen die Innenseite 329 des Zahnkranz-Rings 330 zu
klemmen. Der Zahnkranz-Ring 330 ist an der inneren und
der äußeren Seite
durch ein inneres Lager 344 bzw. ein äußeres Lager 346 gelagert.
Der innere Rand 335 der Hülse bildet den äußeren Laufring
für das
innere Lager 334, während
der Zahnkranz-Ring den inneren Laufring sowohl für das innere Lager 344 als
auch das äußere Lager 346 bildet.
Der äußere Laufring 348 oder
Konus steht in gewindemäßigem Eingriff
mit dem äußeren Ende
der Hülse 333,
um den Zahnkranz-Ring 330 in Position zu halten und ein
Drucklager zu schaffen, gegen das die Feder 342 drückt.
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Es ist ins Auge gefasst, das die
vorliegend beschriebenen Freilauf-Kupplungsmechanismuskonstruktionen
zusätzlich
zu dem Nebenzahnkranz der Antriebsausrüstung auch an dem Antriebszahnkranz
der Antriebsausrüstung
angebracht sein könnten.
Ferner ist ins Auge gefasst, dass ein Einrichtungslager bzw. in
einer Richtung wirksames Lager nicht unter allen Umständen verwendet
werden muss, wobei in diesem Fall der Kupplungsmechansimus zum Schlupfen
gebracht würde,
wenn die Freibrechkraft-Schwelle entweder in Vorwärtsrichtung oder
in Rückwärtsrichtung
der Antriebsausrüstung erreicht
wird.
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Derzeit bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung sowie viele Verbesserungen davon sind im
Spezielleren beschrieben worden. Die vorstehende Beschreibung erläutert bevorzugte Beispiele
zum Ausführen
der Erfindung, und der Umfang der Erfindung ist nicht notwendigerweise
durch diese Beschreibung zu beschränken. Der Umfang der vorliegenden
Erfindung ist durch den Umfang der nachfolgenden Ansprüche definiert.