DE8110370U1

DE8110370U1 - Fahrrad mit Armantrieb

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Publication number: DE8110370U1
Application number: DE19818110370
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-04-06
Filing date: 1981-04-06
Publication date: 1989-06-29

Description

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Die Erfindung betrifft ein Fahrrad mit einem zusätzlichen Antrieb des Vorderrades, welcher durch die Arme betätigt wird.

Die Entwicklung von Fahrrädern, bei denen ein zusätzlicher Armantrieb entweder auf das Vorderrad oder das
Hinterrad wirkt, ist nicht neu. Auch sind die Vorteile
eines zusätzlichen Antriebs - entweder zum Zwecke der
allseitigen körperlichen Betätigung aus sportlichen
Gründen oder zwecks Heilgymnastik (vergleichbar mit Rudern, Schwimmen oder Skilanglauf) - oder zur besseren " Fortbewegung bei hohen Bremsmomenten (Berganfahreni, Gegenwind) hinlänglich beschrieben. Jedoch hat sich keine der vorliegenden Erfindungen wegen offensichtlicher Kachteile bis jetzt durchsetzen können.

Um dies zu begründen, muß zunächst auf die Funktionsteilung bei einem normalen Fahrrad eingegangen werden. Bei diesem wird über die Arme in den lenker

1) eine Drehbewegung um die Lenkachse zur Erhaltung des Gleichgewichta und zu Kurvenfahrten und

■ &iacgr;'&idigr;'^: ./■ ■■'' ·. ' .*■''.' ··■ ■ . ' · : 2) eine ruhende Abstützung des Teiles dee Körpergewichtes: vorgenomman, welches nicht über den Sattel in

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·».!.'; den Rahmen geht. ··.■·.

Beide Punktionen werden ao vollzogen, daß keine die andere behindert. Sie stellen demnach notwendige Bedingungen dar. Bei einem zusätzlichen Armantrieb sind nun, wenn das Fahrrad voll gebrauchstüchtig sein soll, .,die Erfüllung weiterer Bedingungen unumgänglich: ' , . . .

3) Die Krafteinleitung durch die Arme muß alternativ zur Abstützung gemäß 2) möglich sein und ebenso wie diese ohne Beeinträchtigung von 1) vorgenommen werden können. D.h. die Kraftwirkungen dürfen keine resultierenden Momente um die Lenkachse 1 ergeben, da sonst

ein unbeabsichtigtes- Kurven- oder Schlangenlinienfahren erzeugt würde.

4) Der Armantrieb soll zweckmäßigerweise völlig unabhängig vom Beinantrieb sein (also kein erzwungener Synchronismus). Dies, kann einerseits damit begründet werden, daß die Anatomie der Arme anders als die der Beine ist, nämlich schwächer, aber auch leichter, diese somit grundsätzlich einer anderen Übersetzung bedürfen. Andererseits wird man bei besonders leichten Fahrbe- · dingungen (Bergabfahren, Rückenwind) den Armantrieb stillsetzen wollen, den Beinantrieb aber weiterbedienen. Damit tritt Bedingung 2) anstatt 3) in Kraft,

nämlich wieder die Abstützung der Arme zu deren Erholung. \

In Beachtung der vorgenannten Bedingung 4) empfiehlt sich nun eine Konstruktion, bei der die Armkraft di- '

rekt in das Yorderrad geleitet wird, weil die Umsetzung j auf das Hinterrad wegen der notwendigen Lenkfähigkeit j technisch aufwendiger ist (Pat.Nr. 8&udiagr;445,83422,93198,107848) diese aber nur bei gewolltem Synchronismus einen Sinn ' gäbe.

Wegen Bedingung 3) verbieten sich num Antriebe, bei denen die Hände direkt gegeneinander versetzte Kurbeln betätigen, wie z.B. im Patent Nr. 801759, Fig. 6 dargestellt ist. Denn bei beispielsweise vertikaler Stellung der Kurbeln würde eine Kraft einleitung sofort ein freies Moment um die Lenkachse ergeben, was zu einer ungewollten Kurvenfahrt führen würde. Andererseits· ist auch die Anordnung paralleler Kurbeln gemäß Patent Kr. 46996 unzweckmäßig, da hierbei zwar die Bedingung 3) erfüllt wird, jedoch bei beispielsweise vertikaler Kurbelstellung vom Fahrer eine horizontale Kraft ausgeübt wird, deren Reaktion nicht mittels des Körperge- j wichtea abgefangen werden kann (wie bei Beinantrieb), sondern die den Fahrer auf dem Sattel hin- und herruts-chen läßt. Dies gilt übrigens auch für die Kon- · struktion gemäß Patent Nr. 473125.

Um die Nachteile zu umgehen, ist also zwischen den ain Kettenrad 2 "befestigten Kurbeln 3 und den Handgriffen 4 (Pig. 1), durch die die Armkraft eingeleitet wird, die Zwischenschaltung weiterer Hebel nötig ,(beispielsweise wie im Patent Nr. 107848 k und d). Hierbei sind spezielle Hebel 8 so angeordnet, daß sie in ihrer Mittelstellung mit der Lenkachse 1 etwa einen Winkel von 90 Grad bilden, wodurch dann Bedingung 3) erfüllt wird.

Aber auch bei Armantrieben auf das Vorderrad sind Konstruktionen bekannt, wo Zwischenhebel eingeschaltet sind. Dies, geht beispielsweise hervor aus der Patentschrift Nr. 112620 Klasse 63 k sowie aus der Offenlegungsschrift Nr. 2719846. Beide.'Konstruktionen sind allerdings - ohne hier auf die Zweckmäßigkeit der Hebelanordnung einzugehen - mit mindestens einem Mangel behaftet, nämlich dem, daß mangels Synchronismus mit dem Hinterrad bei Vorhandensein eines Freilaufes in der Vorderradnabe es mindestens eine Stellung der Zwischenhebel gibt - Totpunktstellung - aus welcher ohne zusätzlicher Maßnahmen oder Mittel nicht herauszukommen ist, und somit eine kontinuierliche Drehbewegung des Kettenrades d in Nr. 112620 oder Rad 21 in der Offenlegungsschrift 2719846 nicht gewährleistet ist. Somit ergibt sich als Folge der Bedingungen 1)

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bis 4) eine weitere Bedingung

' . 5) gemäß der Mittel zur kontinuierlichen Totpunktüber-,; windung vorhanden sein müssen.

'.',"· Es ist aber offensichtlich, daß keine der den Stand ■ ■·■' der Technik darstellenden Konstruktionen für sich allein alle notwendigen Bedingungen erfüllt. Es bestand also die Aufgabe, eine solche zu schaffen.

Eine solche ist in Fig. 1 in der Seitenansicht und in Figur 2 in der Vorderansicht dargestellt, Fig. 3 und enthalten einige Details und Fig. 4 eine kinematische Darstellung.

Die Konstruktion besteht nun einerseits aus der Vorderradgabel 5 mit dieser zugehörigen Teilen und andererseits aus Rahmen 18 mit jenem zugehörigen Teilen. Die zu 18 gehörigen Teile sowie 18 selbst können üblicher Bauart sein und sind hier nicht weiter beschrieben.

Die Vorderradgabel 5 ist nun im Steuerkopf 17 des Rahmens 18 drehbar· um die Lenkachse 1 gelagert. Sie enthält u.a. das Vorderrad 16, welches mit einem Antriebsritzel 19 und einem Freilauf ausgerüstet ist (z.ur Erfüllung von Bedingung 4)» desweiteren die Lagerung 6 des· Kettenrades 2 und auch den Distanzhalter 7, der gleichzeitig die Lagerung der Horizontalltebel

. 8a, b enthält.

Das Kettenrad 2 treibt in bekannter Weise über eine Kette 15 entweder direkt oder über eine Schaltung das Vorderrad an. An Stelle des Kettenantriebes kann, aber auch ein Kardanantrieb benutzt werden.

Das Kettenrad 2 wird ebenfalls in bekannter Weise über die Kurbeln 3a,b und Pleuelstangen 9a,b angetrieben, die ihrerseits am vorderen Drehpunkt der Horizontalhe-

f bei 8a,b angelenkt sind. Am hinteren, dem Fahrer zugekehrten Endpunkt der Horizontalhebel sind die Handgriffe ! 4a,b für den Fahrer drehbar um ihre Längsachsen ange-

ordnet. Die ansich bekannte Anordnung der Horizontal-

f hebel, deren Armkrafteinleitungspunkte an den Handgrif-

J; fen 4a,b Kreisbögen um 7 beschreiben, bewirkt eine

praktisch momentfreie Krafteinleitung um die Lenkachse 1 (zur Erfüllung von Bed. 3). Die Drehbarkeit der Handgriffe 4a,b verhindert Reibungskräfte zwischen den Handflächen des Fahrers und den Griffen während der Auf- und Abbewegung der Hebel infolge der verschiedenen Kinematik von Hand und Handgriff.

Weiter enthält die Konstruktion eine Rückdrehsperre 10, die eine Bewegung des Kettenrades 2 und damit der gesamten Mechanik nur in einer Richtung, nämlich der vortreibenden, ermöglicht. Bei Krafteinleitung in umgekehrter Richtung ermöglicht sie somit ein bequemes Ausruhen der

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Arme und ein Abstützen desi Oberkörpers (zur Erfüllung von Bed. 2).

Zur Erfüllung der Bed. 5 - nämlich der kontinuierlichen Totpunktüberwindung - enthält die Konstruktion nun die Zugfedern 11a,b , wobei 11a die Teile 8a und 9a und 11b die Teile 8b und 9b miteinander verbindet (Fig. 1,2). Zugfedern arbeiten nahezu verlustlos und geben die beim Spannvorgang aufzuwendende Energie bei der Entspannung wieder vollständig ab.

Durch geeignete Wahl der Anlenkpunkte der Federn 11 an den Teilen 8 und 9 im Verein^ mit einer geeigneten ungespannten Federlänge ist es nun möglich, Drehmomente am Kettenrad 2 zu erzeugen, die in den beiden TotpunktStellungen, von Pleuelstangen 9 und Kurbeln 3 immer im gewünschten vortreibenden Drehsinn' (siehe Pfeil) wirken und damit die Totpunkte überwinden. Letztere sind dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinien der Pleuelstange 9a und der Kurbel 3a einerseits sowie die der Pleuelstangen 9b und der Kurbel 3b andererseits parallel verlaufen. Somit gibt es bei genauer kinematischer Betrachtung insgesamt 4 Totpunkte, wovon jedoch immer 2 praktisch zusammenfallen. Bezeichnet man den Anlenkpunkt, der Pleuelstange 9a am Kettenrad 2 mit 20a, dann befindet sich dieser Punkt dabei in Pos. 0° und 180°, wenn man mit 0° seine räumlich tiefste Position bezeichnet

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und im übrigen in Pfeilrichtung (gewünschter Drehsinn des Kettenrades 2) zählt (Fig. 1,4). Dabei befinden sich dann die Handgriffe 4a und 4b. weeheerweise in ihren höchsten respektive tiefsten Positionen.

In den Positionen 90° und 270° hingegen stehen die Horizontalhebel 8a,h zueinander parallel, und die Krafteinleitung an den Handgriffen 4a,b hat ihren höchsten kinematischen Wirkungsgrad ( nicht dargestellt ).

Pig. 4 zeigt nun die Wirkung des federerzeugten Drehmomentes für die rechte, mit a bezeichnete Seite der Konstruk- · tion genauer. Es¹ sind 4 Positionen der Teile 3a, 4a, 8a, 9a, 11a und 20a dargestellt. Sie sind mit f')i ('*)» (^llf) und C¹¹¹¹) gekennzeichnet. Dabei stellt (·) etwa die Totpunktposition bei 0° dar. Die Positionen ('") und ('''·) sind dadurch gekennzeichnet, daß hierbei die Verbindungslinien zwischen 4a und 20a gleich lang sind. Diese Verbindungslinie ist identisch mit der jeweiligen Federlänge 11a, wenn man der Übersichtlichkeit halber diese direkt zwischen 4a und 20a spannt, und sie ist proportional der jeweiligen Federlänge bei deren Anordnung gemäß Pig. 1 und 2 etwas neben den Punkten 4a und 20a.

Bei dieser beispielhaften Anordnung soll die Feder 11a in den Positionen (' ^f') und (''·') gerade ungespaniat sein. In Position (") hingegen ist diejenige Stellung gezeichnet, in welcher die Verbindungslinie 4a¹¹ - 20a·'

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ihre größte Erstreckung hat> die Federkraft damit am größten ist. Zwischen 20a"¹¹ und 20a" - im Drehsinn (Pfeil) gezählt - und entsprechend 4a"" und 4a", wird die Feder 11a also durch die Armkraft gespannt, zwischen 20a¹' und 20a¹·· und entsprechend 4a¹· und 4a¹'· entspannt.

Dies· ist sinnbildlich durch die mit (-) = rücktreibendes Momentj, ^und ^"t (+) = vortreibendes Moment - bezeichneten Und verschieden schraffierten Flächen dargestellt. Die Position 20a" ist also diejenige, in der das rücktreibende Moment in ein vortreibendes übergeht.

Wichtig im Sinne der vorliegenden Erfindung ist nun, daß die Position !.-,2Oa' · um den Winkelt im Drehsinn gezählt vor Position 20a* liegt - Totpunktposition -, und damit dieser ohne Einleitung einer weiteren Armkraft über wunden wird. Über den Winkel &rgr; wird dann das restliche vortreibende Moment abgebaut.

Zwischen 20a'" und 20a"" - im Drehsinn gezählt - hat die Feder 11a keine Wirkung, weil ihre ungespannte Länge stets größer als der jeweilige Abstand 4a - 20a ist.

Den anderen, bei 180° liegenden Totpunkt überwindet die Feder _#11b in gleicher Weise, da 20b um 180° gegenüber 20a versetzt ist, somit in den wirkungslosen Bereich der

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Feder 11a der wirksame von Feder 11b fällt und umgekehrt. Die in Pig. 1 unci Fig. 4 gezeigte Anordnung der Federn 11a,b gewährleistet dieö qualitativ in jedem Fall, die quantitative Festlegung der Winkel (SL und /y hingegen ist eine Angelegenheit der Ausführungskonstruktion, da die Federn 11a,b neben der schon genannten Wahl ihrer ungespannten Länge auch zwischen den Aufhängern 21a,b und 22a,b gespannt sein können·, die wiederum, mit den Hebeln 8a,b und den Pleuelstangen 9a,b jeweils fest verbunden sind. Dies ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur für die rechte Seite a der Konstruktion in Pig. 5 dargestellt.

Eine weitere Maßnahme zur Erreichung des gewünschten Momentverlaufes über einer Kettenradumdrehung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Federn 11a,b über Rollen 23a,b geführt werden, deren Lagerungen mit der Vordergabel 5 fest verbunden sind.(Fig.5)·

Die Federmechanik wird überflüssig bei unsymmetrisch angeordneten, also nicht 180° gegeneinander versetzten Kurbeln, jedoch ist dann ein ungleichmäßiger Bewegungsrhythmus des Fahrers die Folge davcn.

Uli ItIt

Claims

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1) Fahrrad mit.einem zusätzlichen, armbetätigten Antrieb auf das Vorderrad, bestehend aus 2 Horizontalhebeln (8), die in einer Torderradgabel (5) - welche ihrerseits wiederum im Steuerkopf (17) de» Rahmens (18) drehbar gelagert ist - im Distanzhalter (7) gelagert sind und die an ihrem, dem Fahrer zugekehrten Ende je einen Handgriff (4) tragen, wobei am entgegengesetzten Ende je eine Pleuelstange (9) befestigt ist, welche über zwei 180° zueinander versetzte Kurbeln (3) ein Kettenrad (2) treiben, das; über bekannte Mechaniken das Vorderrad antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem unteren Teil je einer Pleuelstange (9) und der dem Fahrer zugekehrten Seite des zugehörigen Horizontalhebels· (8) je eine Zugfeder (11) gespannt ist, daß an der Vordergabel klappbar eine Rückdrehsperre (10) angeordnet ist, welche von einer Feder stets im Eingriff mit dem Kettenrad (2) gehalten wird, und daß die Handgriffe (A) drehbar um ihre Längsachsen an den Horizontalhebeln (8) befestigt sind (Fig· 1,2).

2) Fahrrad nach Anspx'uch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Zugfedern (11) die Kurbeln (3) um anders als 180° zueinander versetzt sind.

Ansprüche (Fortsetzung)

3) Fahrrad nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Rückdrehsperre (10) eine solche in Form einer gewöhnlichen Ratsche (12) nach Fig.3 zwischen Lagegehäuse (6) und Welle (13) des Kettenrades· (2) eingebaut angeordnet ist.

4) Fahrrad nach Ansprüchen 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Rückdrehsperren (10) und (12) eine solche (H) nach Fig. (3) zwischen radgabel (5) und Kette (15) angeordnet ist.

5) Fahrrad nach Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) zwischen den Aufhängern (21) und (22) gespannt sind, welche ihrerseits fest mit den Teilen (8) und (9) verbunden sind (Fig.5)

6) Fahrrad nach Ansprüchen 1, 2, 3» 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (11) über Rollen^23) geführt sind, deren Lagerung fest mit der Vorderradgabel (5) verbunden ist (Fig. 5).

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