WO2013023310A1

WO2013023310A1 - Fahrzeug mit pedalantrieb und umkehrgetriebe

Info

Publication number: WO2013023310A1
Application number: PCT/CH2011/000183
Authority: WO
Inventors: Kurt Ruffieux
Original assignee: Synergy Biosurgical Ag
Priority date: 2011-08-17
Filing date: 2011-08-17
Publication date: 2013-02-21
Also published as: EP2744701A1; US20140251709A1

Abstract

Fahrzeug (1) mit Pedalantrieb (2) umfassend: A) einen Fahrzeugrahmen (3) mit einer Lenkvorrichtung (4); B) ein mittels einer ersten Radachse (16) an der Lenkvorrichtung (4) befestigtes erstes Fahrzeugrad (12); C) ein oder mehrere zweite Fahrzeugräder (13), welche mittels mindestens einer zweiten Radachse (14) an dem Fahrzeugrahmen (3) befestigt sind; D) eine Bremsvorrichtung (5); E) eine Antriebsvorrichtung (10) mit einer durch Pedale (7) antreibbaren Tretkurbel (6) und einem zwischen der Tretkurbel (6) und dem mindestens einen zweiten Fahrzeugrad (13) angeordneten Kettenantrieb (9), Riemenantrieb oder Kardanantrieb; F) eine Freilaufkupplung (11), welche an dem mindestens einen zweiten Fahrzeugrad (13) oder an der Tretkurbel (6) angeordnet ist und in einem Antriebsmodus bei einem Vorwärtsantrieb der Pedale (7) in einem eingekuppelten Zustand ist, so dass eine Kraftübertragung von der Antriebsvorrichtung (10) auf mindestens ein zweites Fahrzeugrad (13) ausführbar ist; und G) ein wahlweise ein- und ausschaltbares Umkehrgetriebe (15), wobei bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe (15) eine gegenläufige Drehrichtung zwischen dem oder den zweiten Fahrzeugrädern (13) und der Tretkurbel (6) erzeugbar ist; wobei H) die Freilaufkupplung (11) beim Einschalten des Umkehrgetriebes (15) von dem Antriebsmodus in einen Bremsmodus umschaltbar ist, so dass im Bremsmodus die Tretkurbel (6) und das mindestens eine zweite Fahrzeugrad (13) drehsteif miteinander verbunden sind.

Description

Fahrzeug mit Pedalantrieb und Umkehrgetriebe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug mit Pedalantrieb und Umkehrgetriebe gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren für das exzentrische Muskeltraining mit einem erfindungsgemässen Fahrzeug gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 26.

Fahrräder werden üblicherweise mit Pedalen angetrieben, welche mit den Füssen getreten werden. Für eine Vorwärtsbewegung werden dafür die Pedale üblicherweise vorwärts getreten, was eine optimale Belastung der Gelenke und der Muskulatur bewirkt. Bei der Abwärtsfahrt können die Pedale stillstehen und eine Freilaufmechanik lässt die Räder frei rollen, ohne dass die Pedale mitdrehen. Als Bremsen werden Bremsbacken, Trommelbremsen Scheibenbremsen oder andere energieumwandelnde Mechanismen über einen Handhebel oder eine Rücktrittmechanik verwendet.

Aus der US 7,445,223 HONG ist ein Fahrradantrieb mit Umkehrgetriebe bekannt, wobei durch Ein- und Ausschalten des Umkehrgetriebes erreichbar ist, dass sich das Fahrrad vorwärts bewegt, wenn die Pedale in vorwärts oder rückwärts gerichteter Drehrichtung angetrieben werden. Das Umkehrgetriebe ist am Tretachsenlager angeordnet. Beim Vorwärtsdrehen der Tretachse wird das über die Pedale ausgeübte Drehmoment durch eine erste Einweg-Kupplung auf das Kettenrad übertragen, so dass das Hinterrad vorwärts dreht, während bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe beim Rückwärtsdrehen der Tretachse das über die Pedale ausgeübte Drehmoment durch eine zweite Einweg- Kupplung über ein Planetenradgetriebe auf das Kettenrad übertragen wird, so dass das Hinterrad ebenfalls vorwärts dreht. Dadurch, dass beide Einweg-Kupplungen ein Drehmoment nur von der Tretachse auf das Kettenrad übertragen und ein Drehmoment vom Hinterrad auf die Tretachse in beiden Fällen durch die beiden Einweg-Kupplungen nicht übertragen wird, kann bei bergabwärtsfahrendem Fahrrad keine Bremswirkung durch Rückwärtsdrehen der Tretachse auf das Hinterrad ausgeübt werden.

Es gibt jedoch biomechanische sportphysiologische Aspekte, welche eine aktive Abbremsung der Fahrt durch die Muskulatur (sog. „exzentrisches Training") attraktiv erscheinen lassen. Dies ist mit Fahrrädern des heutigen Standes der Technik aber nicht in sinnvoller Weise möglich. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit Pedalantrieb und einem Umkehrgetriebe zum exzentrischen Training zu schaffen.

Exzentrische Muskelarbeit ist bei vielen alltäglichen Aktivitäten und im Sport von grosser Bedeutung, so bei Abbremsbewegungen während einer Landung, beim Skifahren oder beim Bergabwandern. Auch beim Joggen ist der Anteil exzentrischer Muskelarbeit gross. Jedes Mal, wenn ein Fuss aufsetzt, wird das Muskel-Sehnen- System wie eine Feder elastisch gedehnt. Während des unmittelbar folgenden Beinabstosses trägt diese elastische Feder-Energie bis zu 50 Prozent zur Vortriebsleistung bei. Diese Eigenschaft der Muskulatur machen sich auch rennende oder hüpfende Tiere zunutze.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Fahrzeug mit Pedalantrieb und Umkehrgetriebe, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie mit einem Verfahren für das exzentrische Muskeltraining mit einem erfindungsgemässen Fahrzeug gemäss dem Anspruch 26.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung:

- die Muskeln gegen ihren Widerstand gedehnt, belastet und auf andere Weise trainiert werden als beim konzentrischen Training. Vorteile dieser Bewegungsumkehr liegen in einem bei gleicher Arbeit bis zu Faktor 5 verminderten Sauerstoffverbrauch bei gleichem oder sogar gesteigertem Muskelaufbau. Die Muskeln und Gelenke werden bei der Bremsbewegung mit denselben Kraftvektoren belastet wie bei der aktiven Vorwärtsbewegung des Fahrrads, jedoch eben in der entgegengesetzten Bewegungsrichtung der Muskeln (d.h. z.B. Pedale und Füsse drehen bremsend rückwärts während z.B. das Fahrrad vorwärts bergab rollt). Dies hat sich auch als vorteilhaft für die Gelenkbelastung erwiesen, da so die optimalen Belastungsverhältnisse für Muskeln und Gelenke erreicht werden; und

- der Bewegungsapparat (Muskeln, Sehen, Bänder, Knochen und Gelenke) im Vergleich zum Kreislauf überproportional belastet wird. Der Energieverbrauch und damit die Kreislaufbelastung ist bei exzentrischer Muskelarbeit deutlich geringer als bei vergleichbarer konzentrischer Belastung.

Im Antriebsmodus des Fahrzeugs, d.h. bei ausgeschaltetem Umkehrmechanismus kann das Fahrrad im herkömmlichen Sinn angetrieben werden, während bei eingeschaltetem Umkehrmechanismus, d.h. im Bremsmodus bei einer durch Bergabwärtsfahren oder einen Elektroantrieb verursachten Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs eine Kraftübertragung vom vorwärtsdrehenden Hinterrad auf die gegenläufig, d.h. rückwärts drehende Tretachse erfolgt, so dass das Fahrzeug mittels Muskelkraft exzentrisch gebremst werden kann. Ziel ist nicht die Aktivierung einer Bremse, sondern die Übertragung der Bewegung auf Pedale oder z.B. bewegliche Hebel, deren aktive, exzentrische Abbremsung eine Verlangsamung der Fahrt bewirkt. Da bei umgeschalteter Freilaufkupplung die Tretkurbel und das zweite Fahrzeugrad in beiden Drehrichtungen drehsteif verbunden sind, kann das Fahrzeug bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe durch Rückwärtsantreiben der Pedale auch in Vorwärtsrichtung angetrieben werden. Beispielsweise kann es beim Fahrradfahren zwischendurch angenehm sein, auch rückwärts aktiv konzentrisch in die Pedale zu treten um z.B. über kleine Steigungen vorwärtszukommen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können wie folgt kommentiert werden:

In einer speziellen Ausführungsform des Fahrzeugs ist die Freilaufkupplung im Bremsmodus blockierbar oder überbrückbar.

In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst die Bremsvorrichtung einen Bremshebel, wobei bei einer Betätigung des Bremshebels die Freilaufkupplung vom Bremsmodus in den Antriebsmodus umschaltbar ist. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass falls im Bremsmodus beim Bergabwärtsfahren die vom Hinterrad auf die Pedale übertragene Antriebskraft zu gross wird, durch Betätigen des Bremshebels die Freilaufkupplung in den Antriebsmodus umgeschaltet werden kann, so dass die Freilaufkupplung bei vorwärts drehendem Hinterrad im Leerlauf ist. Durch diesen Sicherheitsmechanismus wird das Fahrrad bei zu hoher Bremskraft auf einen Betrieb wie bei einem handelsüblichen Fahrrad umgeschaltet. In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst dieses eine automatische Überlastsicherung, mittels welcher die Freilaufkupplung vom Bremsmodus in den Antriebsmodus umschaltbar ist und vorzugsweise das Umkehrgetriebe ausschaltbar ist. Diese Ausführungsform ermöglicht den Vorteil, dass beim Ansprechen der Überlastsicherung, z.B. einer Fliehkraftsteuerung die Freilaufkupplung in den Antriebsmodus umgeschaltet wird und die Antriebskraft vom Hinterrad nicht mehr auf die Pedale übertragen wird, und das Fahrrad kann bergabrollen, ohne dass die Pedale mitdrehen.

In wiederum einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst dieses eine Kupplung. Dadurch wird beim Abwärtsfahren ein Einschalten des Bremsmodus ohne Schlagkräfte ermöglicht. Die Kupplung kann als ein- und auskuppelbare Kupplung oder als elastische nicht schaltbare Kupplung ausgebildet sein und z.B. im Umkehrgetriebe angeordnet sein.

In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst das Umkehrgetriebe ein ein- und ausrastbares Zwischenrad.

In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst das Umkehrgetriebe eine zweite Kette oder einen zweiten Riemen, welche zwischen der Tretkurbel und dem zweiten Fahrzeugrad gekreuzt ist.

In wiederum einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst das Umkehrgetriebe ein Planetenradgetriebe.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrzeug ein Brems-/Leerlaufsystem, welches bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe aktivierbar ist und im Bremsmodus alternierende Brems- und Leerlaufmodi der Tretkurbel verursacht. Das Brems- /Leerlaufsystem kann in schneller Abfolge alternierende Blockier- und Leerlaufmodi ausführen, z.B. Klemm- und Loslassbewegungen, was zu einem Rütteln der Pedale während der Bremsbelastung führt (Rüttelmechanismus). In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst die Antriebsvorrichtung oder das Umkehrgetriebe eine Übersetzung. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass der Fahrer vor dem Bergabwärtsfahren und dem exzentrischen Training einen bestimmten Gang einlegen kann und sich so dem anstehenden Gefälle anpassen kann. Damit bei unterschiedlicher Neigung der Fahrbahn ein annähernd gleich bleibendes Drehmoment geleistet werden kann, braucht es ändernde Übersetzungsverhältnisse bei der Kraftübertragung von der Tretkurbel auf die Hinterachse. Dies gilt auch für die Übertragung der Bremskraft in umgekehrter Richtung.

In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs ist das Umkehrgetriebe an der Tretkurbel angeordnet.

In wiederum einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs ist das Umkehrgetriebe in das mindestens eine zweite Fahrzeugrad integrierbar.

Vorzugsweise umfasst das Umkehrgetriebe eine erste Welle mit einer Längsachse, Antriebsmittel, welche ein oder mehrere Kettenräder, Riemenräder oder Elemente eines Kardanantriebs umfassen, und eine zweite Welle, die als konzentrisch um die erste Welle angeordnete Hohlwelle ausgebildet ist, wobei das Umkehrgetriebe zwischen der ersten und zweiten Welle angeordnet ist, so dass bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe eine gegenläufige Drehrichtung zwischen der ersten und zweiten Welle erzeugt wird und bei ausgeschaltetem Umkehrgetriebe eine gleichsinnige Drehrichtung zwischen der ersten und zweiten Welle erzeugt wird.

In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugs ist die erste Welle als Hohlwelle ausgebildet und in das mindestens eine zweite Fahrzeugrad einbaubar. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass die erste Welle auf die Achse eines Fahrradhinterrads montiert werden kann. Über eine solche handelsübliche Achse z.B. mit Schnellspannern kann das gesamte Umkehrgetriebe an der Hinterradgabel eines Fahrradrahmes fixiert werden.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Messvorrichtung zum Messen der Bremsleistung im Bremsmodus und vorzugsweise einen Mikrocomputer. Die Messvorrichtung kann beispielsweise in der Hinterradnabe des Fahrzeugs eingebaut werden. Mit einem ebenfalls eingebauten Computer und einer gleichzeitig durchgeführten Pulsmessung kann das Fahrzeug auch therapeutisch oder für den Leistungssport eingesetzt werden.

In wiederum einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Schaltvorrichtung zum Ein- und Ausschalten des Umkehrgetriebes.

In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs ist die Freilaufkupplung mittels einer zweiten Schaltvorrichtung von dem Antriebsmodus in einen Bremsmodus umschaltbar.

In einer anderen Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Betätigungsvorrichtung umfasst, mittels welcher die erste und die zweite Schaltvorrichtung betätigbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrzeug einen Elektroantrieb, mittels welchem das Fahrzeug in Vorwärtsrichtung antreibbar ist.

In wiederum einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs umfasst der Elektroantrieb einen programmierbaren Mikrocomputer, mittels welchem die Antriebskraft und/oder die Drehzahl des Elektroantriebs einstellbar ist. Damit sind die Vorteile erreichbar, dass beispielsweise Belastungsmuster für Trainingszwecke, für eine Diagnose oder für eine Therapie programmiert werden können. Ferner wird ermöglicht, dass je mehr ein Trainierender im Bremsmodus bremst, d.h. exzentrisch trainiert, desto schneller wird das Fahrrad durch den Elektroantrieb angetrieben, wodurch ein motivierender Effekt erreichbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Fahrzeug einen Kraftsensor, mittels welchem die Antriebskraft des Elektroantriebs regelbar ist. Damit kann bei einer bestimmten gewählten Drehzahl die Antriebsleistung an die Bedürfnisse des Benützers angepasst werden.

In einer anderen Ausführungsform des Fahrzeugs ist der Elektromotor auch als Generator betreibbar. In einer weiteren Ausführungsform des Fahrzeugs ist eine zusätzliche Motor/Generator- Gruppe am zweiten Fahrzeugrad angeordnet. Damit ist der Vorteil erreichbar, dass es zwei mechanisch getrennte Funktionelle Gruppen gibt. Die Erste ist mit dem Tretlager verbunden und somit in direktem mechanischem Kontakt mit dem Fahrer. Der Motor im Tretlager kann dabei auch als Generator betrieben werden. Ebenfalls sitzt in der Hinterradnabe eine Motor/Generator-Gruppe. Die Verbindung zwischen den beiden Funktionellen Gruppen ist ein elektrischer Speicher/Akku. Beim Bremsen treibt der Motor (im Tretlager) das Fahrrad an und bezieht Energie vom Akku. Im Antriebsmodus agiert der Motor als Generator und speist den Akku. Genau gleich verhält es sich mit der Funktionellen Gruppe am Hinterrad. Durch die mechanische Entkopplung der beiden funktionellen Gruppen ist das System sehr variabel.

Bevorzugt wird das erfindungsgemässe Fahrzeug für das exzentrische Muskeltraining verwendet.

Weitere bevorzugte Verwendungen des erfindungsgemässen Fahrzeugs sind dessen Verwendung in Diagnose- und/oder Therapieverfahren, insbesondere im Rehabilitationstraining von Herzpatienten. Der Vorteil dieser Verwendungen des erfindungsgemässen Fahrzeugs liegt darin, dass der Energieverbrauch und damit die Kreislaufbelastung bei exzentrischer Muskelarbeit deutlich geringer sind als bei vergleichbarer konzentrischer Belastung. Der Bewegungsapparat (Muskeln, Sehen, Bänder, Knochen und Gelenke) wird im Vergleich zum Kreislauf überproportional belastet. Diese Eigenschaft kann man sich beispielsweise im Rehabilitationstraining von Herzpatienten zunutze machen.

In einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Antreiben des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung durch Bergabwärtsfahren.

In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens kann das Antreiben des Fahrzeugs in Vorwärtsrichtung allein oder zusätzlich durch einen Elektromotor erfolgen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs;

Fig. 2 einen vergrösserten Ausschnitt der Antriebsvorrichtung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs im Antriebsmodus;

Fig. 3 einen vergrösserten Ausschnitt der Antriebsvorrichtung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs im Bremsmodus;

Fig. 4A einen vergrösserten Ausschnitt der Freilaufkupplung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs im Antriebsmodus;

Fig. 4B einen vergrösserten Ausschnitt der Freilaufkupplung der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs im Bremsmodus;

Fig. 5 einen vergrösserten Ausschnitt der Antriebsvorrichtung einer anderen Ausführungsform erfindungsgemässen Fahrzeugs;

Fig. 6 eine Aufsicht auf den in Fig. 5 dargestellten Ausschnitt der Antriebsvorrichtung;

Fig. 7 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs;

Fig. 8 einen vergrösserten Ausschnitt der Freilaufkupplung der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs im Antriebsmodus; und

Fig. 9 eine Ansicht auf das Umkehrgetriebe der in Fig. 7 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs.

Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs 1 mit Pedalantrieb 2 ist als Fahrrad ausgebildet und umfasst im Wesentlichen einen Fahrzeugrahmen 3 mit einer Lenkvorrichtung 4, ein erstes und ein zweites Fahrzeugrad 12; 13, eine Bremsvorrichtung 5, eine Antriebsvorrichtung 10, eine blockierbare Freilaufkupplung 11 und ein ein- und auschaltbares Umkehrgetriebe 15.

Das erste Fahrzeugrad 12 ist als Vorderrad ausgebildet und mittels einer ersten Radachse 16 an der Lenkvorrichtung 4 befestigt während das zweite Fahrzeugrad 13 als Hinterrad ausgebildet ist und mittels mindestens einer zweiten Radachse 14 an dem Fahrzeugrahmen 3 befestigt.

Die Antriebsvorrichtung 10 umfasst eine durch Pedale 7 antreibbare Tretkurbel 6 und einen zwischen der Tretkurbel 6 und dem zweiten Fahrzeugrad 13 angeordneten Kettenantrieb 9. Alternativ kann zwischen der Tretkurbel auch ein Riemenantrieb oder ein Kardanantrieb angeordnet sein.

Das Fahrzeug 1 umfasst zudem eine Freilaufkupplung 11 , welche an der zweiten Radachse 14 angeordnet ist und in einem Antriebsmodus bei einem Vorwärtsantrieb der Pedale 7 in einem eingekuppelten Zustand ist, so dass eine Kraftübertragung von der Antriebsvorrichtung 10 auf das zweite Fahrzeugrad 13 ausführbar ist.

Ferner umfasst das Fahrzeug 1 ein wahlweise ein- und ausschaltbares Umkehrgetriebe 15 umfasst, welches im Bereich des zweiten Fahrzeugrads 13 am Fahrzeugrahmen 3 angebracht ist. Bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe 15 ist eine gegenläufige Drehrichtung zwischen dem zweiten Fahrzeugrad 13 und der Tretkurbel 6 erzeugbar (Fig. 3).

Die Freilaufkupplung 11 wird beim Einschalten des Umkehrgetriebes 15 von dem Antriebsmodus in einen Bremsmodus blockiert, so dass im Bremsmodus die Tretkurbel 6 und das mindestens eine zweite Fahrzeugrad 13 drehsteif miteinander verbunden sind.

Das Fahrzeug 1 umfasst eine Schaltvorrichtung 17 zum Ein- und Ausschalten des Umkehrgetriebes 15, wobei die Schaltvorrichtung 17 in dieser Ausführungsform durch eine an der Lenkvorrichtung 4 angeordnete Betätigungsvorrichtung 19 bedient werden kann. Das Umkehrgetriebe 15 umfasst ein mit dem hinteren Kettenrad 8 (Fig. 2) der Antriebsvorrichtung 10 drehsteif verbundenes erstes Zahnrad 28, ein mit der Freilaufkupplung 11 (Fig. 4) verbundenes zweites Zahnrad 29 und ein Zwischenrad 22.

Im Antriebsmodus (Fig. 2), d.h. bei ausgeschaltetem Umkehrgetriebe 15 werden durch die Schaltvorrichtung 17 das erste Zahnrad 28 und das Zwischenrad 22 derart zum zweiten Zahnrad 29 positioniert, dass das erste Zahnrad 28 nur mit dem Zwischenrad 22 im Eingriff ist und das Zwischenrad 22 mit dem ersten Zahnrad 28 und dem zweiten Zahnrad 29 im Eingriff ist. Durch den über die Pedale 7 in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 1 angetriebenen Pedalantrieb 2 wird das erste Zahnrad 28 über den Kettenantrieb 9 vorwärts angetrieben, so dass im Antriebsmodus, d.h. bei ausgeschaltetem Umkehrgetriebe 15 das mit dem ersten Zahnrad 28 im Eingriff stehende Zwischenrad 22 in gegenläufiger Drehrichtung und das mit dem Zwischenrad 22 im Eingriff stehende zweite Zahnrad 29 wiederum gleichsinnig zum ersten Zahnrad 28, d.h. in Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 1 angetrieben wird. Die Freilaufkupplung 11 umfasst eine erste Sperrklinke 31 , welche im Antriebsmodus bei vorwärts drehendem zweiten Zahnrad 29 mit dem ersten Klinkenrad 32 im Eingriff ist, so dass eine Kraftübertragung in Vorwärtsdrehrichtung vom zweiten Zahnrad 29 auf die rotierbar auf der zweiten Radachse 14 gelagerte Radnabe 35 erfolgt (Fig. 4A).

Im Bremsmodus (Fig. 3), d.h. bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe 15 werden durch die Schaltvorrichtung 17 das erste Zahnrad 28 und das Zwischenrad 22 so zum zweiten Zahnrad 29 positioniert, dass das erste Zahnrad 28 mit dem zweiten Zahnrad 29 im Eingriff ist und das Zwischenrad 22 nur mit dem ersten Zahnrad 28 im Eingriff ist. Im Bremsmodus ist die Freilaufkupplung 11 blockiert (Fig. 4B), was durch eine in ein zweites Klinkenrad 34 eingreifende zweite Sperrklinke 33 erfolgt. Wenn die zweite Sperrklinke 33 mit dem zweiten Klinkenrad 34 im Eingriff ist, erfolgt eine Kraftübertragung vom zweiten Fahrzeugrad 13 über die rotierbar auf der zweiten Radachse 14 gelagerten Radnabe 35 auf das zweite Zahnrad 29 in Vorwärtsrichtung, welche durch eine handelsübliche Freilaufkupplung nicht übertragen würde. Durch das in Vorwärtsrichtung, z.B. beim Bergabwärtsfahren angetriebene zweite Zahnrad 29 wird das mit diesem im Eingriff stehende erste Zahnrad 28 gegensinnig, d.h. in Rückwärtsrichtung angetrieben, so dass eine Zugkraft in Richtung des Pfeils A in Fig. 3 auf den Kettenantrieb 9 ausgeübt wird. Der Pedalantrieb 2 wird in der Folge durch den Kettenantrieb 9 ebenfalls in Rückwärtsrichtung angetrieben, so dass durch den Fahrer eine exzentrische Bremskraft auf die Pedale 7 ausgeübt werden kann. Zwischen der auf der zweiten Radachse 14 gelagerten Radnabe 35 und dem zweiten Klinkenrad 34 kann eine ein- und ausschaltbare oder drehelastische Kupplung, z.B. eine Gummikupplung eingefügt sein, so dass allfällige beim Einschalten des Bremsmodus auftretenden Schlagkräfte gedämpft werden.

Die Bremsvorrichtung 5 umfasst einen mit der Hinterradbremse verbunden Bremshebel 20, mittels welchem im Antriebsmodus nur die Hinterradbremse bedient wird und im Bremsmodus bei einer Betätigung des Bremshebels 20 die Freilaufkupplung 11 vom Bremsmodus, d.h. vom blockierten Zustand in den Antriebsmodus umgeschaltet wird, d.h. deblockiert wird.

In den Figuren 5 und 6 ist ein Umkehrgetriebe 15 weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs 1 dargestellt. Das Umkehrgetriebe 15 umfasst einen zweiten Kettenantrieb 30 mit einer zweiten Kette 23, welcher in einer zum Kettenantrieb 9 der Antriebsvorrichtung 10 parallelen Ebene angeordnet ist. Die zweite Kette 23 ist zwischen der Tretkurbel 6 und der auf der zweiten Radachse 14 rotierbaren Radnabe

35 des zweiten Fahrzeugrads 13 gekreuzt. Die blockierbare Freilaufkupplung 11 ist zwischen der Radnabe 35 und dem zum zweiten Kettenantrieb 30 zählenden zweiten hinteren Kettenrad 36 angeordnet, so dass im Antriebsmodus, d.h. bei ausgeschaltetem Umkehrgetriebe 15 keine Kraftübertragung zwischen dem zweiten hinteren Kettenrad

36 und der Radnabe 35 erfolgt. Am hinteren Kettenrad 8 des Kettenantriebs 9 der Antriebsvorrichtung 10, welche als Antriebsvorrichtung zum Vorwärtsantreiben des Fahrzeugs 1 durch den Pedalantrieb 2 dient, ist eine handelsübliche Freilaufkupplung

37 angeordnet. Im Bremsmodus, d.h. bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe 15 wird die blockierbare Freilaufkupplung 11 zwischen der Radnabe 35 und dem zweiten hinteren Kettenrad 36 des zweiten Kettenantriebs 30 blockiert, so dass eine z.B. beim Bergabwärtsfahren eine Kraftübertragung vom der am Hinterrad angeordneten Radnabe 35 auf den zweiten Kettenantrieb 30 erfolgt und infolge der gekreuzten zweiten Kette 23 die Pedale 7 des Pedalantriebs 2 in Rückwärtsrichtung angetrieben werden. Der Kettenantrieb 9 der Antriebsvorrichtung 10 wird wegen des handelsüblichen Freilaufs 37 im Bremsmodus nicht vom Hinterrad angetrieben. In den Figuren 7 bis 9 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Fahrzeugs 1 dargestellt, welche sich von der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsform nur darin unterscheidet, dass das Umkehrgetriebe 15 als Planetenradgetriebe ausgebildet ist. Das Umkehrgetriebe 15 ist am Pedalantrieb 2 zwischen der Tretkurbel 6 und dem vorderen Kettenrad 38 angeordnet. Die Freilaufkupplung 11 ist zwischen den Kettenrädern 8 der als Kettenantrieb 9 ausgebildeten Antriebsvorrichtung 10 und der auf der zweiten Radachse 14 rotierbar angeordneten und mit dem zweiten Fahrzeugrad 13 drehsteif verbundenen Radnabe 35 angeordnet.

Die Freilaufkupplung 11 umfasst eine erste Sperrklinke 31 , welche im Antriebsmodus bei vorwärts drehendem Kettenrad 8 mit dem ersten Klinkenrad 32 im Eingriff ist, so dass eine Kraftübertragung in Vorwärtsdrehrichtung vom Kettenrad 8 auf die rotierbar auf der zweiten Radachse 14 gelagerte Radnabe 35 erfolgt.

Im Bremsmodus ist die Freilaufkupplung 11 blockiert, was durch eine in ein zweites Klinkenrad 34 eingreifende zweite Sperrklinke 33 erfolgt. Wenn die zweite Sperrklinke 33 mit dem zweiten Klinkenrad 34 im Eingriff ist, erfolgt eine Kraftübertragung vom zweiten Fahrzeugrad 13 über die rotierbar auf der zweiten Radachse 14 gelagerten Radnabe 35 auf das Kettenrad 8 in Vorwärtsrichtung. Durch das in Vorwärtsrichtung, z.B. beim Bergabwärtsfahren angetriebene Kettenrad 8 wird das über die Kette mit dieser im Eingriff stehende vordere Kettenrad 38 am Pedalantrieb 2 gleichsinnig, d.h. in Vorwärtsrichtung angetrieben.

Wie in Fig. 9 dargestellt umfasst das Umkehrgetriebe 15 eine mit den Tretkurbel 6 fest verbundene erste Welle 24 mit einer Längsachse 25 und eine zweite Welle 27, die als konzentrisch um die erste Welle 24 angeordnete Hohlwelle ausgebildet ist und rotierbar im Fahrzeugrahmen 3 einbaubar ist. Die zweite Welle 27 ist drehsteif mit dem vorderen Kettenrad 38 verbunden.

Zwischen der ersten und zweiten Welle 24;27 ist eine innere Hohlwelle 39 angeordnet. Die innere Hohlwelle 39 ist mittels ersten Wälzlagern 40 auf der ersten Welle 24 gelagert, während die ebenfalls Hohlwelle ausgebildete zweite Welle 27 mittels zweiten Wälzlagern 41 auf inneren Hohlwelle 39 gelagert ist. Das Planetenradgetriebe umfasst ein mit der ersten Welle 24 fest verbundenes erstes Zahnrad 42 mit einer Aussenverzahung, mehrere z.B. drei rotierbar mit der inneren Hohlwelle 39 rotierbar verbundene mit einer Verzahnung versehene Planetenräder 43 und ein fest mit der zweiten Welle 27 verbundenes zweites Zahnrad 44 mit einer Innenverzahnung, wobei die Planetenräder 43 mit dem ersten und zweiten Zahnrad 42;44 im Eingriff sind.

Im Antriebsmodus, d.h. bei ausgeschaltetem Umkehrgetriebe 15 wird die innere Hohlwelle 39 über die Schaltvorrichtung 17 drehsteif mit der ersten Welle 24 verbunden (Fig. 9). Die Kraftübertragung erfolgt hier von der durch den Pedalantrieb 2 angetriebenen ersten Welle 24 direkt über die mit dem ersten Zahnrad 42 gleichsinnig zwangsläufig mitdrehende innere Hohlwelle 39 mit den Planetenrädern 43 auf das zweite Zahnrad 44 und damit auf die zweite Welle 27.

Im Bremsmodus, d.h. bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe 15 wird die Schaltvorrichtung 17 aus ihrem Eingriff in der ersten Welle 24 ausgerastet, so dass die erste Welle 24 relativ zur inneren Hohlwelle 39 rotierbar ist. Die Schaltvorrichtung 17 ist in dieser Position mit einem fest mit dem Fahrzeugrahmen 3 verbundenen Teil 45 im Eingriff, so dass innere Hohlwelle 39 drehsteif mit dem Fahrzeugrahmen 3 verbunden ist. Daher wird bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe 15 durch die Planetenräder 43 eine gegenläufige Drehrichtung zwischen der ersten und zweiten Welle 24;27 erzeugt. Der Pedalantrieb 2 wird im Bremsmodus durch das Umkehrgetriebe 15 in Rückwärtsrichtung angetrieben, so dass durch den Fahrer eine exzentrische Bremskraft auf die Pedale 7 ausgeübt werden kann.

Alternativ kann ein zu dem in Fig. 9 analoges Umkehrgetriebe 15 in das zweite Fahrzeugrad 13 eingebaut werden, wobei die erste Welle 24 über die Freilaufkupplung 11 mit dem hinteren Kettenrad 8 verbunden ist und die zweite Welle 27 drehsteif der Radnabe 35 verbunden ist. Die erste Welle 24 ist als Hohlwelle ausgebildet und rotierbar auf der zweiten Radachse 14 des zweiten Fahrzeugrads 13 gelagert.

Claims

Patentansprüche

1. Fahrzeug (1) mit Pedalantrieb (2) umfassend:

A) einen Fahrzeugrahmen (3) mit einer Lenkvorrichtung (4);

B) ein mittels einer ersten Radachse (16) an der Lenkvorrichtung (4) befestigtes erstes Fahrzeug rad (12);

C) ein oder mehrere zweite Fahrzeugräder (13), welche mittels mindestens einer zweiten Radachse (14) an dem Fahrzeugrahmen (3) befestigt sind;

D) eine Bremsvorrichtung (5);

E) eine Antriebsvorrichtung (10) mit einer durch Pedale (7) antreibbaren Tretkurbel (6) und einem zwischen der Tretkurbel (6) und dem mindestens einen zweiten Fahrzeugrad (13) angeordneten Kettenantrieb (9), Riemenantrieb oder Kardanantrieb;

F) eine Freilaufkupplung (11), welche an dem mindestens einen zweiten Fahrzeugrad (13) oder an der Tretkurbel (6) angeordnet ist und in einem Antriebsmodus bei einem Vorwärtsantrieb der Pedale (7) in einem eingekuppelten Zustand ist, so dass eine Kraftübertragung von der Antriebsvorrichtung (10) auf das mindestens eine zweite Fahrzeugrad (13) ausführbar ist; und

G) ein wahlweise ein- und ausschaltbares Umkehrgetriebe (15), wobei bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe (15) eine gegenläufige Drehrichtung zwischen dem mindestens einen zweiten Fahrzeugrad (13) und der Tretkurbel (6) erzeugbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass

H) die Freilaufkupplung (11) beim Einschalten des Umkehrgetriebes (15) von dem Antriebsmodus in einen Bremsmodus umschaltbar ist, so dass im Bremsmodus die Tretkurbel (6) und das mindestens eine zweite Fahrzeugrad (13) drehsteif miteinander verbunden sind.

2. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (11) im Bremsmodus blockierbar oder überbrückbar ist.

3. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsvorrichtung (5) einen Bremshebel (20) umfasst und bei einer Betätigung des Bremshebels (20) die Freilaufkupplung (11) vom Bremsmodus in den Antriebsmodus umschaltbar ist.

4. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug

(I) eine automatische Überlastsicherung umfasst, mittels welcher die Freilaufkupplung

(I I) vom Bremsmodus in den Antriebsmodus umschaltbar ist und vorzugsweise das Umkehrgetriebe (15) ausschaltbar ist.

5. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Kupplung umfasst.

6. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (15) ein ein- und ausrastbares Zwischenrad (22) umfasst.

7. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (15) eine zweite Kette (23) oder Riemen umfasst, welche zwischen der Tretkurbel (6) und dem zweiten Fahrzeugrad (13) gekreuzt ist.

8. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (15) ein Planetenradgetriebe umfasst.

9. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) ein Brems-/Leerlaufsystem umfasst, welches bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe (15) aktivierbar ist und im Bremsmodus alternierende Brems- und Leerlaufmodi der Tretkurbel (6) verursacht.

10. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsvorrichtung (10) oder das Umkehrgetriebe (15) eine Übersetzung umfasst.

11. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (15) an der Tretkurbel (6) angeordnet ist.

12. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (15) in das mindestens eine zweite Fahrzeugrad (13) integrierbar ist.

13. Fahrzeug (1) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Umkehrgetriebe (15) eine erste Welle (24) mit einer Längsachse (25), Antriebsmittel, welche ein oder mehrere Kettenräder (8;38), Riemenräder oder Elemente eines Kardanantriebs umfassen, und eine zweite Welle (27) umfasst, die als konzentrisch um die erste Welle (24) angeordnete Hohlwelle ausgebildet ist, wobei das Umkehrgetriebe (15) zwischen der ersten und zweiten Welle (24;27) angeordnet ist, so dass bei eingeschaltetem Umkehrgetriebe (15) eine gegenläufige Drehrichtung zwischen der ersten und zweiten Welle (24;27) erzeugt wird und bei ausgeschaltetem Umkehrgetriebe (15) eine gleichsinnige Drehrichtung zwischen der ersten und zweiten Welle (24;27) erzeugt wird.

14. Fahrzeug (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Welle (24) als Hohlwelle ausgebildet ist und in das mindestens eine zweite Fahrzeugrad (13) einbaubar ist.

15. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Messvorrichtung zum Messen der Bremsleistung im Bremsmodus und vorzugsweise einen Mikrocomputer umfasst.

16. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Schaltvorrichtung (17) zum Ein- und Ausschalten des Umkehrgetriebes (15) umfasst.

17. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufkupplung (11) mittels einer zweiten Schaltvorrichtung (18) von dem Antriebsmodus in einen Bremsmodus umschaltbar ist.

18. Fahrzeug (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) eine Betätigungsvorrichtung (19) umfasst, mittels welcher die erste und die zweite Schaltvorrichtung (17; 18) betätigbar ist.

19. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) einen Elektroantrieb umfasst, mittels welchem das Fahrzeug (1) in Vorwärtsrichtung antreibbar ist.

20. Fahrzeug (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroantrieb einen programmierbaren Mikrocomputer umfasst, mittels welchem die Antriebskraft und/oder die Drehzahl des Elektroantriebs einstellbar ist.

21. Fahrzeug (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (1) einen Kraftsensor umfasst, mittels welchem die Antriebskraft des Elektroantriebs regelbar ist.

22. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor auch als Generator betreibbar ist.

23. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Motor/Generator-Gruppe an dem mindestens einen zweiten Fahrzeugrad (13) angeordnet ist.

24. Verwendung des Fahrzeugs (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 für das exzentrische Muskeltraining.

25. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23 zur Verwendung in Diagnose- und/oder Therapieverfahren, insbesondere im Rehabilitationstraining von Herzpatienten.

26. Verfahren für das exzentrische Muskeltraining mit einem Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 23, welches die Schritte umfasst:

a) Antreiben des Fahrzeugs (1) in Vorwärtsrichtung; b) Einschalten des Umkehrgetriebes (15) mittels der Schaltvorrichtung (17); und c) Bremsen der in Rückwärtsrichtung bewegten Pedale (7) mittels Muskelkraft.

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Antreiben des Fahrzeugs (1) in Vorwärtsrichtung durch Bergabwärtsfahren erfolgt.

28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Antreiben des Fahrzeugs (1) in Vorwärtsrichtung durch einen Elektromotor erfolgt.