DE9407488U1

DE9407488U1 - Fahrzeug mit Schubkurbelantrieb

Info

Publication number: DE9407488U1
Application number: DE9407488U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-05-05
Filing date: 1994-05-05
Publication date: 1995-09-07
Anticipated expiration: 2004-05-06
Also published as: US5697627A; DE19516216A1; DE19516216C2

Description

RICHTER, WERDERWMJlN*^

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS '

HAMBURG ■ BERLIN

DIPL-ING. JOACHIM RICHTER DIPL-ING. HANNES GERBAULET DIPL-ING. FRANZ WERDERMANN

-1986

NEUER WALL 10 KURFURSTENDAMM

2O354 HAMBURG 1O719 BERLIN

*£ (040) 340045/ 34OO56 S (0 30) S 82 74 TELEX 2163551 INTU D TELEFAX {0 30) 8 82 32

TELEFAX (0 40) 35 24 15 !N BUROGEMEINSCHAFT UIT

MAINITZ & PARTNER RECHTSANWÄLTE ■ NOTARE

IHR ZEICHEN UNSER ZECHEN LJ &Lgr; &Ngr; &Lgr; &Ggr;3 I irr»/-»

YOUR RLE OUR FiLE ^{H AM B U RG}

Sch94209III5482 02.05.1994

Anmelder: Schnell, Thomas

Hauptstr. 47, 25469 Halstenbek

Titel : Fahrzeug mit Schubkurbelantrieb

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit einem angetriebenen Rad, welches eine äussere Radnabe aufweist und mittels eines Schubkurbelantriebs angetrieben wird.

Derartige Fahrzeuge sind beispielsweise in Form von Rollstühlen mit Schubkurbelantrieb aus dem Stand der Technik bekannt. Bei den bekannten Fahrzeugen (Rollstühlen) ist die Schubstange des Schubkurbelantriebs üblicherweise

direkt an einem der seitlichen Räder drehbar gelenkt. Der Kurbelantrieb dreht sich daher während der Fahrt des Fahrzeugs ständig mit. Dies hat einerseits den Vorteil, daß der Kurbelantrieb beim Stoppen des Fahrzeugs nur selten in seinem oberen oder unteren Totpunkt zur Ruhe kommt und daher ohne Schwierigkeiten auch wieder zum Anfahren benutzt werden kann. Dies hat jedoch andererseits den Nachteil, daß der mitdrehende Kurbelantrieb, wenn er losgelassen wird, leicht zu Verletzungen führen kann und nur schwer wieder zu ergreifen ist.

Es ist weiterhin auf dem Gebiet der muskelbetriebenen Roller ein Wipprolle (der Firma Wittkopp & Co. Bielefeld) aus den Dreißiger Jahren bekannt, bei dem eine an einer Wippe drehbar angelenkte Zahnstange als Schubstange auf ein auf der Hinterradachse gelagertes Zahnrad einwirkt, welches mit dem Hinterrad über einen Freilauf in Wirkverbindung steht. Bei der Abwärtsbewegung der Wippe wird ein Kraftmoment erzeugt, welches über das Schubstangenhebelverhältnis übersetzt und über die Schubstange auf das Antriebszahnrad am Hinterrad übertragen wird. Um erneute Auftriebsenergie zu erzeugen, wird die Wippe in einer antriebslosen Aufwärtsbewegung in die Ausgangsstellung gebracht, was durch den integrierten Freilauf ermöglicht wird. Ungünstig ist bei dieser Lösung, daß nur die Abwärtsbewegung der Wippe zur Fortbewegung des Fahrzeugs ausgenutzt werden kann, was die erreichbare Geschwindigkeit begrenzt.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug mit Schubkurbelantrieb zu schaffen, welches bei bequemer und

sicherer Bedienbarkeit gleichzeitig eine hohe Endgeschwindigkeit erreichen kann und einfach im Aufbau des Antriebs ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Der Kerngedanke besteht dabei darin, daß der Schubkurbelantrieb ein Kurbelrad und eine mit dem einen Ende an dem Kurbelrad außerhalb der Radachse drehbar angelenkte Schubstange zur Einleitung der Antriebskraft umfaßt, daß das angetriebene Rad über ein Antriebsrad angetrieben, welches mit der äußeren Radnabe des angetriebenen Rades über einen Freilauf in Wirkverbindung steht, daß erste Mittel vorgesehen sind, welche die Kraft zwischen dem Kurbelrad und dem Antriebsrad übertragen, und daß zur Überwindung des Totpunktes beim Schubkurbelantrieb zweite Mittel vorgesehen sind, welche die Wirkung des Freilaufes zumindest teilweise aufheben.

Kern der Erfindung ist ein mit Freilauf ausgestatteter Schubkurbelantrieb, der zusätzlich Mittel enthält, welche die Wirkung des Freilaufes unter bestimmten Bedingungen zumindest teilweise aufheben. Der Schubkurbelantrieb mit Schubstange und Kurbelrad sorgt dafür, daß die Kraft über die gesamte Drehung, d.h. während der Vorwärts- und Rückwärtsbewegung der Schubstange, auf das angetriebene Rad übertragen werden kann. Der Freilauf sorgt dafür, daß sich der Schubkurbelantrieb in der Regel nicht mitdreht, wenn sich das Fahrzeug antriebslos fortbewegt. Die Mittel zur teilweisen Aufhebung des Feilaufes schließlich, daß unter bestimmten Bedingungen der Schubkurbelantrieb doch

vom sich bewegenden Fahrzeug mitgedreht werden kann, nämlich gerade in dem Fall, wenn der Antrieb bei Wiederaufnahme der Krafteinleitung ungünstigerweise im oberen oder unteren Totpunkt steht.

Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs sind die zweiten Mittel als Rutschkupplung, insbesondere als Kugelrutschkupplung, zwischen dem Antriebsrad und der äußeren Radnabe des angetriebenen Rades ausgebildet sind.

Eine Weiterbildung dieser Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Radnabe des angetriebenen Rades auf ene Achswelle drehbar gelagert ist, daß das Antriebsrad gemeinsam mit einem Antriebsradhalte in Achsrichtung mit zwei kreisringsformigen Kupplungsflächen gegenüberliegen, und daß in der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters eine Mehrzahl von in Achsrichtung federnd gelagerten Druckkugeln vorgesehen sind, welche im unbelasteten Zustand aus der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters teilweise heraustreten und in entsprechende Ausnehmungen in der Kupplungsfläche der äußeren Radnabe rastend eingreifen und so eine Mitnahme des Antriebsradhalters durch die äußere Radnabe bewirken, und welche im belasteten Zustand in der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters verschwinden und so eine Drehbewegung der äußeren Radnabe relativ zum Antriebsradhalter bewirken.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug als Roller ausgebildet ist, der neben dem angetrie-

benen Rad wenigstens ein weiteres Rad umfaßt, welche Räder drehbar in einem Rahmen gelagert sind, daß an dem Rahmen ein Wippenlager angebracht ist, in welchem eine Wippe schwenkbar gelagert ist, und daß die Schubstange mit ihrem anderen Ende schwenkbar an einem Ende der Wippe angelenkt ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 im Längsschnitt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine komplette Radnabe mit Freilauf und Kugelrutschkupplung, wie sie zur Verwirklichung der Erfindung besonders geeignet ist,

Fig. 2 die Seitenansicht eines Rollers mit einem durch eine Wippe betätigten Schubkurbelantrieb nach der Erfindung,

Fig. 3 den vergrößerte Ausschnitt des Schubkurbelantriebs aus Fig. 2 zur Erläuterung der Totpunkt-Problematik, und

Fig. 4 im Längsschnitt ein Ausführungsbeispiel für eine Lagerung des Kurbelrades (vorderen Zahnrades) bei einem Schubkurbelantrieb nach der Erfindung.

Nachfolgend wird der Schubkurbelantrieb der Erfindung ohne Beschränkung der Allgemeinheit am Beispiel eines mit den Füßen vorwärtsbewegbaren Rollers erläutert, wie er in Fig. 2 in der Seitenansicht zu sehen ist. Der Roller 100

umfaßt einen in an sich bekannter Weise augebildeten Rahmen 29, der sich am hinteren Ende gabelt und in der Gabel als Hinterrad ein angetriebenes Rad 3 0 aufnimmt. Auf der Achse des angetriebenen Rades 3 0 sitzt gleichzeitig ein Antriebsrad 7 in Form eines (kleinen) Zahnrades oder Ritzels, welches über eine Kette 36 mit einem weiter vorne am Rahmen 29 drehbar gelagerten Kurbelrad 3 8 (vorderen Zahnrad) kraftschlüssig verbunden ist. Das Anttriebsrad 7 ist mit dem angetriebenen Rad 30 über einen (nicht sichtbaren) Freilauf gekoppelt. Außerhalb der Drehachse des Kurbelrades 38 ist an diesem eine Schubstange 37 mit ihrem einen Ende drehbar angelenkt. Mit ihrem anderen Ende ist die Schubstange 3 7 am hinteren Ende einer Wippe 39 schwenkbar angelenkt. Die Wippe 39, die gleichzeitig als Trittbrett dient, ist in einem Wippenlager 40 gelagert, welches auf der Oberseite des Rahmenmittelteils befestigt ist.

Am vorderen Ende geht der Rahmen 29 in ein Gabellager 3 3 über, in welchem in bekannter Weise eine Vorderradgabel drehbar gelagert ist. Die Vorderradgabel 32 nimmt unten ein Vorderrad 31 auf. Oben geht sie in einen Lenkervorbau 34 über, der an seinem oberen Ende eine Lenkstange trägt. Weiterhin können Felgenbremsen, eine Beleuchtung und andere übliche Sicherheitsvorrichtungen vorgesehen sein.

Der Schubkurbelantrieb aus Fig. 2 ist in Fig. 3 zur Erläuterung der Arbeitsweise noch einmal vergrößert und in schematisierter Form dargestellt. Eingezeichnet und mit Pfeilen markiert sind hier zwei ausgezeichnete Punkte des Schubkurbelantriebs, nämlich der obere Totpunkt OT und der

• SI

— 7 —

untere Totpunkt UT. Stehen Kurbelrad 38 und Schubstange in einem dieser beiden Totpunkte, ist aus geometrischen Gründen eine Kraftübertragung von der Wippe 39 auf das Antriebsrad nicht möglich, da der (verlängerte) Kraftvektor direkt durch die Drehachse des Kurbelrades 38 geht und der Drehmoment null ist. Soll also in einem solchen Fall Antriebskraft von der Wippe auf das Hinterrad 30 übertragen werden, muß zunächst dafür gesorgt werden, daß der Schubkurbelantrieb 37,38 aus seinem Totpunkt herausbewegt wird. Sobald der Totpunkt OT oder UT verlassen ist, ergibt sich ein von null verschiedener Drehmoment am Kurbelrad 38, welches über die Kette 36 auf das Antriebsrad übertragen wird und das Hinterrad 30 antreibt.

Wäre das Antriebsrad 7 mit dem angetriebenen Rad 3 0 nicht über einen Freilauf gekoppelt, könnte die Bewegung bzw. der Schwung des Rades 3 0 dazu benutzt werden, den Schubkurbelantrieb 37,38 aus seinem Totpunkt herauszubewegen. Durch den eingebauten Freilauf wird dies jedoch zunächst verhindert. Erfindungsgemäß sind nun aber Mittel vorge- ' sehen, welche die Wirkung des Freilaufes zumindest teilweise aufheben. Diese Mittel umfassen vorzugsweise eine Rutschkupplung, insbesondere in Form einer Kugelrutschkupplung, die zwischen dem Antriebsrad 7 und dem angetriebenen Rad 30 vorgesehen ist.

Die Rutschkupplung hat folgende Wirkung: Während des Fahrens wird durch eine kraftschlüssige Verbindung von Antriebsrad 7 und Hinterrad 3 0 mittels der Rutschkupplung dei rotatorische Energie des fahrenden Systems genutzt, um die Totpunkte des Schubkurbelantriebs zu überwinden.

• ·

Beim Fahren ohne Wippkraftunterstützung wird durch die Kombination von Kugelrutschkupplung und Freilauf die kraftschlüssige Verbindung gelöst und der Stillstand der Wippe 39 ist ermöglicht. Will man dem System wieder Energie zuführen, genügt eine geringe Entlastung der Krafteinleitungsvorrichtung (Wippe), und die vorhandene rotatorische Energie der Bewegung wird durch das Eingreifen der federbelasteten Druckkugeln (15 in Fig.l) in die Druckhalteplatte (17 in Fig.l) in einer kraftSchlussigen Verbindung auf den Schubkurbelantrieb übertragen. Dadurch wird die Schubstange 37 des Schubkurbelantriebs aus ihrem Totpunkt gezogen und eine Fortsetzung der Krafteinteilung kann erfolgen.

Die Kopplung des Antriebsrades 7 und des Hinterrades 3 0 über die Kugelrutschkupplung (Fig.l) ermöglicht ein ständiges Wiedereinsetzen der Krafteinleitungsvorrichtung (Wippe). Somit kann dem System beliebig oft Energie zugeführt werden, da der Schubkurbelantrieb durch die oben erwähnte kraftschlüssige Verbindung (Rutschkupplung) immer wieder aus der sich bei einem Krafteinleitungsstop einstellenden Totpunktstellung gezogen werden kann.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Hinterradnabe mit Freilauf und Kugelrutschkupplung, die auf einer herkömmlichen Freilaufnabe basiert, ist in der Fig. 1 im Längsschnitt dargestellt. Die Nabe umfaßt eine mit Muttern 1, 1" und Unterlegscheiben 3, 3" in den gegabelten Rahmenrohren 2, 2" des Rahmens 29 befestigte Achswelle 28, auf der eine äußere Radnabe 23 mittels eines Rillenkugellagers 27 und entsprechender Distanzhülsten 26

drehbar gelagert ist. Auf der linken Seite der äußeren Radnabe 23 ist ein Trommelbremsanker 25 angeordnet.

Auf der rechten Seite der äußeren Radnabe 23 sind diejenigen Elemente angeordnet, die zusammen sowohl den Freilauf als auch die Kugelrutschkupplung bilden. Das Antriebsrad 7, welches als Zahnrad ausgebildet ist, ist mit einem Antriebsradhalter 10 verschweißt, der auf der linken Seite mit einer kreisringförmigen, in Achsrichtung orientierten Kupplungsfläche einer entsprechenden Kupplungsfläche an der äußeren Radnabe 2 3 gegenüberliegt. In der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters 10 sind in Achsrichtung kranzförmig eine Mehrzahl von Sacklöchern vorgesehen, welche jeweils federgelagerte Druckkugeln aufnehmen. Die Druckkugeln 15 werden gegen den Federdruck mittels einer Druckplatte 16 in den Sacklöchern zurückgehalten, wobei sie mit einem Teil ihres Kugelvolumens aus der Druckplatte 16 herausragen. Der Druckplatte 16 gegenüber liegt eine an der äußeren Radnabe 2 3 befestigte Druckhalteplatte 17 mit entsprechenden Ausnehmungen, in welche die Druckkugeln 15 bei entsprechender Stellung lösbar einrasten können. Der Antriebsradhalter 10 ist mittels eines weiteren Rillenkugellagers 8 auf der Achswelle 28 gelagert. Auf der rechten Seite des Antriebsrades 7 ist ein Anlauflager 6 aus PC angeordnet. Antriebsrad 7 und Antriebsradhalter 10 sind von einer Schutzabdeckung 4 umgeben, welche eine Verschmutzung verhindert und mittels Distanzscheiben 5 auf der Achswelle 28 befestigt ist.

Antriebsradhalter 10 und äußere Radnabe 23 bilden zwischen sich einen Hohlraum, in welchem der Freilauf unter-

- 10 -

gebracht ist. Der Freilauf umfaßt eine innere Radnabe 18, welche über Klemmstifte in Querbohrungen 21 mit der äusseren Radnabe fest verbunden ist, eine Rücktrittsperre 22, einen Freilaufkäfig 19, zwei Freilauflager 11 und 14, einen Freilaufkorpus 13, Arretierungssbolzen 12 und einen Lagerhalter 9. Der Freilauf entspricht in Aufbau und Funktion den bekannten Freiläufen, weshalb auf eine nähere Erläuterung hier verzichtet werden kann. Die Funktionsweise der Kuge!rutschkupplung 10,15,16,17 ergibt sich ohne weiteres aus der Fig. 1.

Der Aufbau und die Lagerung des Kurbelrades (vorderen Zahnrades) 38 (Fig. 2) erfolgt vorzugsweise gemäß dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel. Im Rahmen 29 ist das Kurbelrad 38 mit Hilfe eines Lagerbolzens 43, einer Anlaufscheibe 50, eine Sicherungsmutter 51, eines Rillenkugellagers 42 und zweier mit Innensechskantschrauben 41 verschraubten Lagerdeckel 44 und 49 gelagert. Weiter außen ist die Schubstange 37 mittels Schubstangenbolzen 47, Sicherungsmutter 48, Unterlegscheibe 46 und Sicherungsring 45 an dem Kurbelrad 38 drehbar angelenkt.

Obgleich die Erfindung oben anhand eines Wipprollers beschrieben worden ist, läßt sie sich selbstverständlich auch bei Rollstühlen oder anderen Systemen anwenden, die mit einem durch Muskelkraft oder maschinell betriebenen Schubkurbelantrieb ausgerüstet sind und ohne eine mechanische Trennkupplung betrieben werden sollen. Vorteilhaft ist dabei eine höhere erreichbare Geschwindigkeit, eine besondere bauliche Einfachheit (insbesondere bei Wippkonstruktionen) und eine große Betriebssicherheit (geringe Unfallgefahr).

BEZEICHNUNGSLSITE

1,1'	Mutter
2,2'	Rahmenrohr
3,3'	Unterlegscheibe
4	Schutzabdeckung
5	Distanzscheiben
6	Anlauflager
7	Antriebsrad (hinteres Zahnrad)
8	Rillenkugellager
9	Lagerhalter
10	Antriebsradhalter
11	Freilauflager (Wellenlagerung)
12	Arretierungsbolzen
13	Freilaufkorpus
14	Freilauflager (Nabenlagerung)
15	Druckkugel (Freilaufverzögerung)
16	Druckplatte (für Druckkugeln)
17	Druckhalteplatte
18	innere Radnabe
19	Freilaufkäfig
21	Querbohrung
22	Rücktr ittsperre
23	äußere Radnabe
25	Trommelbremsanker
26	Distanzhülse
27	Rillenkugellager
28	Achswelle
29	Rahmen
30	angetriebenes Rad (Hinterrad)

31 Vorderrad

32 Vorderradgabel 3 3 Gabellager

3 4 Lenkervorbau

35 Lenkstange

36 Kette

37 S chubstange

38 Kurbelrad (vorderes Zahnrad)

39 Wippe

40 Wippenlager

41 Innensechskantschraube

42 Rillenkugellager

43 Lagerbolzen

44 Lagerdeckel

45 Sicherungsring

4 6 Unterlegscheibe

47 Schubstangenbolzen

48 Sicherungsmutter

49 Lagerdeckel

50 Anlaufscheibe

51 Sicherungsmutter 100 Roller

OT oberer Totpunkt

UT unterer Totpunkt

Claims

Ansprüche:

1. Fahrzeug mit einem angetriebenen Rad (30), welches eine äußere Radnabe (23) aufweist und mittels eines Schubkurbelantriebs angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet,

daß der Schubkurbelantrieb ein Kurbelrad (38) und eine mit dem einen Ende an dem Kurbelrad (38) außerhalb der Radachse drehbar angelenkte Schubstange (37) zur Einleitung der Antriebskraft umfaßt, daß das angetriebene Rad (30) über ein Antriebsrad (7) angetrieben wird, welches mit der äußeren Radnabe (23) des angetriebenen Rades (30) über einen Freilauf (11, 12, 13, 14, 19) in Wirkverbindung steht, daß erste Mittel (3 6) vorgesehen sind, welche die Kraft zwischen dem Kurbelrad (38) und dem Antriebsrad (7) übertragen, und daß zur Überwindung des Totpunktes beim Schubkurbelantrieb zweite Mittel vorgesehen sind, welche die Wirkung des Freilaufes ( 11, 12, 13, 14, 19) zumindest teilweise aufheben.

2. Fahrzeug nach Anspuch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die zweiten Mittel als Rutschkupplung zwischen dem Antriebsrad (7) und der äußeren Radnabe (23) des angetriebenen Rades (30) ausgebildet sind.

3. Fahrzeug nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Rutschkupplung als Kugelrutschkupplung (10, 15, 16, 17) ausgebildet ist.

4. Fahrzeug nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß die äußere Radnabe (23) des angetriebenen Rades(30) auf einer Achswelle (28) drehbar gelagert ist, daß das Antriebsrad (7) gemeinsam mit einem Antriebsradhalter (10) neben der äußeren Radnabe (23) auf der Achswelle (28) drehbar gelagert ist, wobei sich die äußere Radnabe (23) und der Antriebsradhalter (10) in Achsrichtung mit zwei kreisringförmigen Kupplungsflächen gegenüberliegen, und daß in der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters (10) eine Mehrzahl von in Achsrichtung federnd gelagerten Druckkugeln (15) vorgesehen sind, welche im unbelasteten Zustand aus der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters (10) teilweise heraustreten und in entsprechende Ausnehmungen in der Kupplungsfläche der äußeren Radnabe (2 3) rastend eingreifen und so eine Mitnahme des Antriebsradhalters (10) durch die äußere Radnabe (23) bewirken, und welche im belasteten Zustand in der Kupplungsfläche des Antriebsradhalters (10) verschwinden und so eine Drehbewegung der äußeren Radnabe (23) relativ zum Antriebsradhalter (10) bewirken.

5. Fahrzeug nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Antriebsrad (7) und das Kurbelrad (38) als Zahnräder ausgebildet sind, und daß die ersten Mittel (36) eine Kette oder einen Zahnriemen umfassen.

6. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

daß das Fahrzeug als Roller (100) ausgebildet ist, der neben dem angetriebenen Rad (30) wenigstens ein weiteres Rad (31) umfaßt, welche Räder drehbar in einem

Rahmen (29) gelagert sind, daß an dem Rahmen ein Wippenlager (40) angebracht ist, in welchem eine Wippe(39) schwenkbar gelagert ist, und daß die Schubstange (37) mit ihrem anderen Ende schwenkbar am einen Ende der Wippe (39) angelenkt ist.