SI9300154A - Pogonski mehanizem vozila na mišični pogon - Google Patents

Abstract

Predmet izuma je pogonski mehanizem vozila na mišični pogon, ki je vgrajen v samo pogonsko kolo vozila (dvokolesa, trokolesa, invalidskega vozička ipd.) in katerega konstrukcija omogoča enostaven prenos sile z ročičnega pogona ali direktnega vplivanja na pedale ali ročice v krožno gibanje. Pogonski mehanizem vozila na mišični pogon po izumu, ki omogoča enostaven prenos sile z ročičnega ali direktnega vplivanja na pedale ali ročice je izveden s pomočjo prečno na os vrtenja pogonskega kolesa nameščenim kolutom, katerega izmenično vrtenje je omogočeno z izmeničnim premikanjem jeklene žice ali drugega prenosnega sredstva, pri čemer je zaradi enosmernih rotacijskih zapor omogočen prenos izmeničnega vrtenja koluta v enosmerno vrtenje pogonskega kolesa. Glede na uporabljena prenosna sredstva se ustrezno spreminja tudi oblika koluta, popolni izkoristek izmeničnega vrtenja koluta pa omogočajo zobniški in vrvni prenosi, ki v kombinaciji z enosmernimi rotacijskimi zaporami omogočajo enosmerno vrtenje pogonskega kolesa.

Description

POGONSKI MEHANIZEM VOZILA NA MIŠIČNI POGON

Predmet izuma je pogonski mehanizem vozila na mišični pogon, ki je vgrajen v samo pogonsko kolo vozila (dvokolesa, trokolesa, invalidskega vozička ipd.) in katerega konstrukcija omogoča enostaven prenos sile z ročičnega pogona ali direktnega vplivanja na pedale ali ročice v krožno gibanje. Izum spada v razred B 62 M 1/04 mednarodne patentne klasifikacije.

-2Tehnični problem, ki ga predložen izum uspešno rešuje je takšna konstrukcija in izvedba pogonskega mehanizma, ki bo primeren za pogon najrazličnejših vozil (dvokoles, trokoles, invalidskih vozičkov) tako s spodnjimi kot zgornjimi okončinami in pri katerem bo dosežen zvezni (kontinuiran) pogon ob čimmanjši poti gibanja okončin. Konstrukcijska rešitev mehanizma naj bo enostavna za izdelavo in primerna za namestitev v samo pogonsko kolo.

Izvedbe pogonskih mehanizmov vozil na mišični pogon, predvsem dvokoles in njim podobnim ter iz njih izpeljanih vozil (npr. skirojev, triciklov, ipd.), ki so zasnovane na principu prenosa ponavljajočega gibanja človeškega telesa, predvsem nog in rok, lahko glede na osnovni princip razdelimo v dve skupini in sicer v izvedbe s krožnim gibanjem nog ali rok ter izvedbe s ritmičnimi nihaji nog ali rok gor - dol ali naprej - nazaj.

Osnovni konstrukcijski princip, ki je realiziran v velikem številu praktičnih izvedb, je pri prvi skupini ta, da krožno gibanje npr. nog voznika preko prenosnega mehanizma prenašamo v krožno vrtenje pogonskega kolesa ali koles vozil.

V ta namen so izdelane različne konstrukcije pogonskih mehanizmov, pri katerih se stopalke, ki so nameščene na središčno povezana rotirajoča ročična elementa, ki sta na središčno gred nameščena v diametralno nasprotnih straneh. Središčna gred, ki povezuje oba ročična elementa je prednostno vležajena na spodnjem vozlišču paličja osnovnega okvirja dvokolesa. Voznik s potiskanjem ene stopalke istočasno premika na središčno gred togo pritrjeno ozobljeno ploščo, ki preko znanih

-3konstrukcijskih elementov npr. verige, zobatega jermena ali podobno prenaša navor na pogonsko kolo, ter sočasno dviguje drugo stopalko v zgornji položaj. Sila potiska je odvisna od teže voznika, njegovih mišičnih sposobnosti ter konstrukcijskih značilnosti dvokolesa.

Zaradi krožnega gibanja nog voznika nastaja v vrtišču ročičnega sistema navor, ki se po svoji velikosti ciklično spreminja, praktično od vrednosti nič, ko sta ročici stopalk v vertikalnem položaju pa do maksimalne vrednosti, ko sta ročici v približno horizontalnem položaju. Sili obeh nog povzročata nastanek navora, ki se ciklično spreminja in katerega vrednost je enaka seštevku pozitivnih polovic sinusoidne krivulje. Maksimalen navor je določen s trenutnim kotnim zamikom stopalčne ročice, oziroma z efektivno dolžino stopalčne ročice na katero deluje sila voznikove noge.

Prenos navora na pogonsko kolo, ki je lahko izveden na razne načine, ne vpliva na spremembo njegove izhodiščno sinusoidne oblike, za spremembo hitrosti pogonskega kolesa pa je možno v katerem koli delu sistema gonila vgraditi menjalnik.

Glavna pomanjkljivost opisanih pogonov leži v dejstvu, da ob konstantni pogonski sili na stopalko energetski potencial npr. dvokolesnega pogona lahko definiramo predvsem z razdaljo med zgornjo in spodnjo mrtvo točko pogonskega pedala. Ker je obseg krožnice za 3,14 krat večji od njenega premera lahko ugotovimo, da v enem obratu pedala voznikova noga opravi, za 1,54 krat daljšo pot kot bi jo opravila ob le aksialnem potiskanju pedala v navpični smeri.

Druga pomanjkljivost opisanega načina pogona je v izgubah, ki

-4posledično nastanejo zaradi cikličnega spreminjanja, trenutnih vrednosti navora pogojenih z načinom vpetja stopalk in stopalčnih vzvodov, ki ležita v diametralni smeri.

Drugo skupino pogonskih mehanizmov pa predstavljajo mehanizmi, pri katerih je gibanje pogonskih ročic linearno gor - dol.

V kolikor ne vsebujejo elementov ekscentričnega pogona oz. ekscentričnega načina pretvorbe linearnega gibanja v rotacijo, ti mehanizmi odpravljajo pomanjkljivosti izvedb s krožnim gibanjem, saj je velikost navora v katerikoli legi pogonske ročice enaka, oziroma manj spremenljiva glede dovedeno vertikalno silo na to ročico.

V praksi pa je večina tovrstnih mehanizmov konstruirana tako, da se sila preko gibanja na enem koncu vpetih ročic prenaša preko ekscentra v krožno gibanje samega pogonskega kolesa ali pomožnega kolesa in ustreznega prenosa. Takšne izvedbe znova povzročajo pojav sinusoidne oblike nastalega navora. Tehnični problemi, ki nastopajo pri tovrstnih izvedbah se odražajo predvsem v tem, da ni možno uskladiti vseh zahtev, med katerimi izstopajo:

- položaj stopalk naj bi bil za ugodno vožnjo s konvencionalno obliko okvirja dvokolesa približno tam, kjer je pri mehanizmu s krožnim gibanjem nog

- vertikalni pomik stopalk z ročicami je omejen glede na majhno višino od tal

- celotni mehanizem naj bi se čimbolj vklapijal v samo konstrukcijo kolesa, tako, da bi bil čimmanj moteč za voznika.

-5Praktične izvedbe tovrstnih pogonov so pokazale, da s konstrukcijo ekscentrične pretvorbe linearnega gibanja v krožno ni možno zadovoljivo ugoditi vsem zahtevam.

Ena izmed izvedb takega mehanizma je opisana v DE patentnem dokumentu 3 709 648.

Za doseganje ustreznega pomika stopalk z ročicami morajo biti ročice primerno dolge, kar pogojuje njuno vpetje blizu vrtišča pogonskega kolesa, kar pa spet onemogoča enostavno namestitev ekscentričnega dela pogona. Zato so dosedanje izvedbe, ki so konstrukcijsko tako izvedene, da je vrtišče ekscentra oddaljeno od vrtišča pogonskega kolesa, kar pogojuje izvedbo prenosnega mehanizma, ki je ob morebitni zahtevi po vgraditvi menjalnika, oblikovno ter funkcionalno nesprejemljiv.

Tovrstni pogonski mehanizmi sicer odpravljajo pomanjkljivosti izvedb mehanizmov s krožnim gibanjem predvsem v pogledu zmanjšanja oziroma odpravljanja sinusoidnega gibanja, ne odpravijo pa sinusoidne oblike nastalega navora v celoti, poleg tega pa so za izdelavo mehanizma potrebni dražji konstrukcijski sklopi.

Pogonski mehanizem vozila na mišični pogon po izumu, ki omogoča enostaven prenos sile z ročičnega ali direktnega vplivanja na pedale ali ročice je izveden s pomočjo prečno na os vrtenja pogonskega kolesa nameščenim kolutom, katerega izmenično vrtenje je omogočeno z izmeničnim premikanjem jeklene žice ali drugega prenosnega sredstva, pri čemer je zaradi ensomernih rotacijskih zapor omogočen prenos izmeničnega vrtenja koluta v enosmerno vrtenje pogonskega kolesa. Glede

-6na uporabljena prenosna sredstva se ustrezno spreminja tudi oblika koluta, popolni izkoristek izmeničnega vrtenja koluta pa omogočajo zobniški in vrvni prenosi, ki v kombinaciji z enosmernimi rotacijskimi zaporami omogočajo enosmerno vrtenje pogonskega kolesa.

Glede na različne konstrukcijske variante je osnovni kolut, ki ima lahko obliko vrvenice, zobnika ali jermenice lahko nameščen tudi na glavni osi pogonskega kolesa tako, da leži na eni ali na obeh straneh, aii pa je nameščen prečno znotraj osi vrtenja pogonskega kolesa. Delovanje pogonskega mehanizma po izumu je podobno kot pri prečno na os postavljenemu kolutu, le da je tu možno voditi oba dela prenosnega sredstva skupaj v okvirju, pri namestitvi dveh osnovnih kolutov, vsakega na eno stran glavne osi pogonskega kolesa pa se izognemo dodatnim zobniškim ali vrvnim prenosom za popoln izkoristek vrtenja koluta v obe smeri.

Izum bom podrobneje obrazložil na osnovi izvedbenega primera in slik, od katerih kaže:

slika 1 prerez pesta pogonskega kolesa vozila z vgrajenim pogonskim mehanizmom po izumu slika 2 prerez pesta pogonskega kolesa vozila z vgrajenim pogonskim mehanizmom po izumu v pogledu A-A z jekleno žico slika 3 prerez pesta pogonskega kolesa vozila z vgrajenim pogonskim mehanizmom po izumu v pogledu A-A z verigo

-7slika 4 prerez pesta pogonskega kolesa vozila z vgrajenim pogonskim mehanizmom po izumu v pogledu A-A z zobatim jermenom slika 5 primer konstrukcijske izvedbe in namestitve pogonskega mehanizma po izumu na dvokolo z ročičnim pogonom slika 6 primer konstrukcijske izvedbe in namestitve pogonskega mehanizma po izumu na dvokolo z aksialnim delovanjem stopalk na sredstvo 6

Pogonski mehanizem vozila na mišični pogon po izumu sestavlja v pesto 1 pogonskega kolesa, prečno na os vrtenja kolesa, vrtljivo viežajena preko ležajev 3,4 večja vrvenica 2, ki leži na isti osi z zobnikoma 5,7, pritrjenima preko enosmernih rotacijskih zapor. Na vrvenico 2 je z večimi ovoji navita gibka pletena jeklena vrv 6, ki poteka skozi vrtišče pogonskega kolesa in je preko pomožnih kolutov 8,9 speljana v okvir 11 vozila. Zobnika 5,7 ležita v oprijemu z, na pesto 1 togo pritrjenim zobnikom ali ozobljenim delom 10 jeklena žica pa se aksialno pomika skozi vrtišče pogonskega kolesa.

Pri premiku jeklene vrvi 6 v eno smer, se le-ta odvija z večje vrvenice 2, medtem ko se istočasno druga polovica vrvi 6 navija na vrvenico 2. Vrv 6 je v določeni točki tudi pritrjena na vrvenico 2, kar preprečuje njeno popolno odvitje. Pri premiku vrvi 6 v drugo smer je navijanje in odvijanje obrnjeno. Tako dobimo vrtenje večje vrvenice 2 enkrat v eni, drugič v drugi smeri.

-8Glede na to, da sta na isti osi z večjo vrvenico 2 nameščena preko nasprotno delujočih rotacijskih zapor 24,24’ tudi zobnika 5,7, prenašata le-ta izmenično vrtenje vrvenice 2 v vrtenje pesta 1 glede na okvir 11 le v eno smer. Pesto 1 namreč leži preko ozobijenega dela 10 v oprijemu z zobnikoma 5,6.

Namesto jeklene vrvi 6 lahko kot prenosno sredstvo uporabimo tudi pogon z verigo 12, ki ga prikazuje slika 3, oziroma pogon z zobatim jermenom 13, ki je prikazan na sliki 4.

Glede na spremenjeno prenosno sredstvo se ustrezno spremeni tudi vrvenica 2 v verižnik 2a oziroma 2b, samo delovanje mehanizma pa je identično osnovni izvedbi.

Jeklena vrv 6 je v obeh variantnih primerih nadomeščena le v dolžini, ki se premika skozi pesto, v okvirju 11 pa ostaja žica 6.

Na sliki 5 je prikazan primer konstrukcijske izvedbe in namestitve pogonskega mehanizma po izumu na dvokolo z ročičnim pogonom. Jeklena vrv je vodena v okvirju dvokolesa in je preko manjših vodilnih vrvenic pripeljana na enostransko vpeti ročici. Izmenično premikanje teh ročic povzroči izmenično sukanje večje vrvenice v mehanizmu po izumu, ki se prenaša v enosmerno rotacijo pogonskega kolesa.

Na sliki 6 je shematsko prikazana rešitev primera konstrukcijske izvedbe in namestitve pogonskega mehanizma po izumu na dvokolo z aksialnim delovanjem stopalk na jekleno vrvenico 6. V tem izvedbenem primeru je jeklena vrv ravno tako vodena preko manjših vodilnih vrvenic in je neposredno povezana s stopalko 28, ki je lahko še dodatno vodena v

-9vodilu, ki tvori z navpičnim nosilcem 29 voznikovega sedeža 30 približno enak kot. Taka rešitev odpravlja pomanjkljivosti dosedanjih krožnih in ročičnih pogonov predvsem v pogledu gibanja človekovih okončin po večji ali manjši sinusoidi, medtem ko je lahko v konkretnem primeru gibanje premočrtno in tako odpravljeno sinusoidno gibanje v celoti.

Claims (2)

1. PATENTNA ZAHTEVKA

   1. Pogonski mehanizem vozila na mišični pogon, označen s tem, da je v pestu (1) prečno na os (14) pogonskega kolesa (27) vrtljivo vležajena večja vrvenica (2) na isti osi z, preko enosmernih rotacijskih zapor (24, 24’) ležečima zobnikoma (5,7), pri čemer je na vrvenico (2) navita jeklena vrv (6) ter nanjo pritrjena z elementom (23), preko pomožnih vrvenic (8,9) tako, da se aksialno pomika skozi vrtišče pogonskega kolesa (27) v okvir (11) na obeh straneh pesta (1) in da ležita zobnika (5,7) v oprijemu z zobniškim vencem (10) pritrjenim na ohišje pogonskega kolesa (27).
2. 2. Pogonski mehanizem vozila na mišični pogon po zahtevku 1, označen s tem, da poteka okoli verižnika (2a), ki je vrtljivo vležajen na osi (14) veriga (12) ali zobat jermen (13) pri čemer so jeklene vrvi (6) na enem koncu pritrjene na en konec verige (14) ali zobatega jermena (13), drug konci jeklenih vrvi (6) pa so pritrjeni na aksialno vodeni stopalčni ročici (28), katerih aksialna vodila tvorita z navpičnim nosilcem (29) vozniškega sedeža (30) enak ali približno enak kot.