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    公开号:WO1988002331A1
    申请号:PCT/CH1987/000121
    申请日:1987-09-23
    公开日:1988-04-07
    发明作者:Marco Geissmann
    申请人:Marco Geissmann；
    IPC主号:B62M1-00
    专利说明:
    [0001] Apparat oder Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, mit Tretkurbe lantrieb
    [0002] Apparat oder Fahrzeug, insbesondere Fahrrad, mit Tretkurbe lantrieb.
    [0003] Die Erfindung betrifft einen Apparat oder ein Fahrzeug, welches mit einem Sitz für eine eine Kraftquel le bi ldende Person, mit mindestens einer Tretkurbel mit zwei Pedalhebeln als Fussantrieb für die Person und mit einer Kraftübertragung von dem Peda I hebe I zu einem angetriebenen Tei l des Apparates oder des Fahrzeuges ausgerüstet ist.
    [0004] Tretkurbe I antriebe, wie sie vor al lem für Fahrräder, aber auch für andere Fahrzeuge und ortsfeste Apparate und Aggregate verwendet werden, sind in vielen Ausführungen bekannt. Es ist weiter bekannt, dass der Tretkurbe I antr ieb die g I e i chmäss ige Beanspruchung des Benutzers nicht gewährleisten kann. Es ist nur jewei ls ein Teil einer Umdrehung des Tretkurbe I antri ebes kraftbe¬ lastet, während der andere, mindestens gleichgrosse Tei l der Tretkurbe I -Umdrehung unbenutzt abläuft.
    [0005] Es hat nicht an Versuchen gefehlt, diesen bekannten Nachtei l zu vermindern oder gar auszumerzen. So ist ein ein- oder mehrspuriges Fahrzeug bekannt (DE-OS 31 49 184) dessen Fussantrieb aus zwei oberhalb des Vorderrades angeordneten Pedalhebeln besteht, die schwenkbar gelagert und abwechselnd betätigbar sind. Ueber Zugorgane wird die Kraft der Pedalhebel auf Frei lauf rommeln übertragen, welche mit einem Kettentrieb zum Antrieb des Hinterrades zusammenwirken. Abgesehen davon, dass die Konstruktion des Fahrrades hierbei stark von der normalen Form abweicht, ist der Aufwand für diesen Antrieb beträchtlich.
    [0006] Bei einer weiteren bekannten Ausführungsform (NL-OS 78 06 268) wird versucht, den Kraftangriff am angetriebenen Rad dadurch zu verbessern, dass die einfache Pedalkurbel durch ein Getriebe ersetzt wird. Auch hier ist der konstruktive Aufwand erheblich, ohne dass dafür eine wesentliche Kraftverstärkung erzielt werden könnte.
    [0007] Die Tatsache, dass bisher der Tretkurbelantrieb als einzige technische Lösung verwirklicht wurde, wobei Verbesserungen ledigl ich durch Verfeinerung bzw. Vermehrung der verschiedenen Drehmomentstufen (Uebersetzungen) erfolgt ist, ist darauf zurückzuführen, dass die Versuche, die Energie anderer Muskeln i tzuverwenden, bis jetzt entweder zuwenig wirkungsvoll, oder kosten- bzw. gewichtsmässig zu aufwendig oder zuwenig dem Körper in anatomischem und phys iologoischem Sinne angepasst waren. Das Bestreben, den Tretkurbelantrieb, insbesondere beim Fahrrad zu verstärken und damit dem Fahrrad im Nahverkehr mehr praktische Bedeutung zu verschaffen, ist aus verkehrstechnischen und umweI tschützerisehen Gründen bedeutungsvoller denn je.
    [0008] Die Erfindung befasst sich mit der Steigerung der einem TretkurbeIantrieb zuzuführenden Energie und es ist Aufgabe der Erfindung, einen Apparat oder ein Fahrzeug mit einem Tretkurbe I antr ieb der eingangs beschriebenen Art so auszugestalten, dass die vom Körper auf die Tretkurbel übertragende Tret-Energie vergrössert wird.
    [0009] Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass der Tretkurbel Kraf übertragungselemente mit einem Antriebshebel zugeordnet sind, wobei der Hebel am Oberschenkel anzul iegen und den Bewegungen desselben zu folgen sowie die vom Oberschenkel ausgeübten Kräfte, über die Kraftübertragungselemente auf die Tretkurbel zu übertragen bestimmt ist. Dadurch wird erreicht, dass die Kraft der Oberschenkelmuskeln beim Hochziehen des sonst nicht belasteten Oberschenkels auf die Tretkurbel übertragen wird und zwar im Drehsinn des Antriebs.
    [0010] Zweckmässig ist der Hebel mittels eines Lagersupportes am Apparat oder Fahrzeug schwenkbar abgestützt und trägt ein Umlenkgl ied, an welchem ein flexibles Zugelement geführt ist.
    [0011] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der .Ze i chnung dargestel lt und nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
    [0012] Fig. 1 eine schematisch dargestel lte Seitenansicht eines Fahrrades und eines auf dem Fahrrad sitzenden Fahrers sowie von am Fahrrad angeordneten Kraftύbertragungse I ementen gemäss der Erfindung,
    [0013] Fig. 2 eine schematisch dargestel lte Ansicht des Fahrrades, des Fahrers und der Kraftübertragungse I emente aus Pfe i I r i chtung I I in Fig. 1 , Fig. 3 die Kraftübertragungselemente in räuml icher Darste I I ung,
    [0014] Fig. 4 eine Variante der Kraftübertragungselemente in räuml icher Darstel lung,
    [0015] Fig. 5 eine schematische Seitenansicht einer weiteren Variante der Kraftübertragungselemente und einen Te i I sehn i tt a - a ,
    [0016] Fig. 6 eine schematisch dargestellte Seitenansicht eines Fahrrades und seines Fahrers mit am Fahrrad angeordneten
    [0017] Kraftübertragungselementen ähnl ich wie in Fig. 1,
    [0018] Fig. 7 einen schematisch dargestel lten Ausschnitt des in Fig. 6 dargestel lten Uebertragungsmechan i smus im Bereich der Tretkurbel bzw. der unteren Befestigung des flexiblen Zugelementes, und
    [0019] Fig. 8 einen schematisch dargestel lten Ausschnitt des Uebertragungsmechanismus im Bereich der oberen Befestigung des flexiblen Zuge I ementes.
    [0020] Die Erfindung geht von der Ueberlegung aus, dass für den erfolgreichen Einsatz weiterer Muskel part ien für die Uebertragung von Kräften auf die Tretkurbel mindestens annähernd körperanaloge Elemente eingesetzt werden müssen. Diese Elemente sol len sowohl an bestehenden Fahrrädern angebaut als auch bei einer Neukonstruk ion des Fahrrades integriert werden können.
    [0021] Das in Fig. 1 dargestel lte Fahrrad 1 weist einen Rahmen 2, ein Vorderrad 3, ein Hinterrad 4, einen Sitz 5, eine Tretkurbel 7 mit zwei Pedalhebeln 8, 9 und eine Kraftübertragung 11 , beispielweise einen Kettentrieb, auf. Der Fahrer 12 sitzt in der übl ichen Weise auf dem Sitz 5, lenkt das Fahrrad 1 mit Hi lfe einer schwenkbaren Lenkstange 13 und bewegt das Fahrzeug, indem er mit seinen Beinen die Tretkurbel 7 betätigt.
    [0022] Am Rahmen 2 ist an einer geeigneten Stel le, siehe Fig. 3, beispielsweise an der Hinterradstrebe 14, ein Lagersupport 15 mittels einer Befestigungsvorrichtung 16, beispielsweise Klemmplatten, befestigt. Der Lagersupport 15 ist im wesentl ichen als eine gegen den Rücken sich erstreckende Strebe ausgebi ldet, die an ihrem obern Ende 17 ein Lagergehäuse 18 aufweist, an welchem zwei An riebshebel 20, 21 schwenkbar gelagert sind. Es ist vortei lhaft, dass die Lage der Hebe I drehachse 18' mögl ichst nahe bei der Hüftgelenkachse 37, siehe Fig. 1 , l iegt, da diese Abweichung auch eine Verschiebung des Kra tangriffspunktes auf dem Oberschenkel während des Bewegungsablaufes bewirkt. Die Antriebshebel 20, 21 weisen eine Verlängerung 22, 23 auf, die sich auf den Oberschenkel des Fahrers zu stützen bestimmt sind. Die Verlängerungen 22, 23 s i nd- a I s gebogenes Ende eines Metal l- oder Kunststoffstabes ausgebi ldet, könnten jedoch auch als der Form des Oberschenkels angepasste Platte geformt sein. Zudem könnte der Antriebshebel 20 21 mit einem Band am Oberschenkel befestigt sein; er könnte auch it einem Polster 23 (Fig. 1 ) versehen sein. Am Lagersupport 15 sind zwei Lagerzapfen 24, 25 angeformt, an welchem das eine Ende 26 eines flexiblen Zugelementes 27, 28 befestigt ist. Das andere Ende 29 des flexiblen Zugelementes 27, 28 ist an dem Pedalhebel 8, 9 bei den Pedalen 10 befestigt. Das flexible Zugelement 27, 28 kann ein Drahtsei l , eine Kette oder ein Federstahldraht sein und ist über ein an der Unterseite des Antriebhebels 20, 21 befestigten Umlenkgl iedes geführt. Das Umlenkgl ied 30, 31 kann eine Rol le 32, siehe Fig. 3, oder eine Kul isse 33, siehe Fig. 4, sein.
    [0023] Im Fal le einer Kul isse 33 ist es nicht erforderl ich, dass das eine Ende 26 des flexiblen Zugelementes 27, 28 am Lagerzapfen 24, 25 des Lagersupports 15 befestigt sein muss, es kann auch am Antriebshebel 20, 21 bzw. auch an der Kul isse 33 befestig! sein so dass der Lagerzapfen 24, 25 entfa I I en kann.
    [0024] Fig. 2 verdeutl icht die Lage der beschriebenen Uebertragungsel emente , wobei gleiche Bezugszeichen mit denjenigen der andern Figuren überei stimmen. Die Gesamtheit der Uebertragungsel emente bi ldet einen Uebertragungsmechan i smus 6, bei dem drei in Paaren angeordnete Elemente in körperanaloger Weise angeordnet sind, näml ich: Das Lagergehäuse 18 mit den Lagern für die Antriebshebel 20, 21 hinter dem Hüftgelenk des auf dem Sattel 5 sitzenden Fahrers 12, das Umlenkgl ied 30, 31 beim Kniegelenk und das über das Umlenkgl ied 30, 31 geführte flexible Zugelement 27, 28, analog etwa der über das Knie laufenden Sehne, wobei das eine Ende 26 am Lagersupport 15 und das andere Ende 28 zwischen dem Fuss und dem Pedalhebel 8, 9 auf der Achse der Pedale 10 l iegt. Durch diese Anordnung kann die Zugbewegung der Oberschenkel gegensrnnig zur Tretbewegung auf die Tretkurbel 7 übertragen werden. Im Gegensatz zu der bei Rennfahrrädern erfolgenden Kraftübertragung mit Hi lfe des im Pedalenkorb festgeschnal lten Fusses wird bei der vorl iegenden Ausführung durch die gelenkige Befestigung des flexiblen Zugelementes 27, 28 an der Pedalachse ein dem Fuss und Fussgelenk sowie dem Unterschenkel analoges Kraftübertragungselement el iminiert. Die grosse Kraft, welche die Oberschenkelmuskulatur aufbringen kann und gegenüber den übrigen Be inmuske I part ien für diese Bewegung wesentl ich stärker ist, kann durch die Uebertragung auf maschinel le Uebertragungse I emente vol l ausgenützt werden, insbesondere nach Ueberwinden des unteren Totpunktes des Zugelementes 27, 28, an welcher durch die geometrischen Verhältnisse des Kraftangriffes auf dem Zugelement 27, 28 eine grosse Kraftübersetzung stattfindet. Da bei dieser Art der menschl ichen Energieübertragung die beiden Beine gegensinnig arbeiten, ist der Oberkörper von der Funktion der Kraftabstützung beim Treten weitgehend entlastet, was als angenehm empfunden wird. Bei zusätzl ichem Einsatz der Oberkörper- und Ar musku I atur als Widerlager kann die Kraftübertragung noch erhöht werden. Ausserdem wird die Zugbewegung des Oberschenkels nach kurzer Angewöhnung reflexartig und mit unbewusster Routine erfolgen.
    [0025] Die in Fig. 5 dargestel lte Varainte der Kraftübertragungselemente 6 verwendet für die Lagerung der Antriebshebel 20, 21 je eine Kurvenführung 35. Die Kurvenführung 35 ist ein Hohlprofi l , in welchem einer der Antriebshebel 20, 21 mittels Rol len 38 geführt ist. Die Kurvenführung 35 kann kre i ssegmen förmig mit einem Mittelpunkt 36 oder auch mit einer anderen Krümmung geformt sein. Wesentl ich ist ledigl ich, dass der Drehpunkt 36 auf derjenigen Achse 37 (Fig. 1 ) l iegt. welche durch die Hüftgelenke der Person geht. Die Kurvenführungen 35 sind an der den Sattel 5 tragenden Strebe 39 befestigt, an welcher auch der Support 15 mit den Armen 24, 25 in Abweichung von Fig. 1 befestigt ist, in welcher der Support an der Hinterradstrebe 14 befestigt ist. Das Profi l der Kurvenführungen 35 weist auf der Unterseite einen Schl itz 40 auf, durch den der Antr ϊebshebe I 20, 21 ragt. Die Kurvenführungen 35 ändern jedoch nichts an dem grundsätzl ichen Aufbau der Uebertragungse I emente 6. Durch diese Variante wird ledigl ich die geringfügige Verschiebung der sich auf den Oeberschenke 1 des Fahrers stützenden Verlängerungen 22, 23 vermieden.
    [0026] Selbstverständl ich müssen bei einem solchen Gerät oder Fahrzeug bestimmte Dimensionen auf die Körpergrösse und die Eigenart der Bewegung des Benutzers abgestimmt sein. Eine solche Anpassung kann durch die Einstel lbarkeit der Elemente des Uebertagungs echan ϊ smus erreicht werden.
    [0027] Eine grundsätzl iche Anpassung kann dadurch erreicht werden, dass am Uebertragungsmechani smus einzelne Elemente eine speziel le Ausgestaltung erfahren und der Uebertragungsmechan i smus durch den Einbau weiterer Elemente verfeinert wird. Eine solche Ausführung zeigt die in Fig. 6, 7 und 8 dargestellte Variante.
    [0028] In Fig. 6 sind diese Zusatzmittel dargestel lt. Die Bezugszahlen stimmen mit denjenigen des genannten älteren Schutzrechtes überein und werden nur soweit beschrieben, als es für die Erläuterung dieser Zusatzmfttel erforderI i ch ist. Die Pedalhebel 8, 9 der Tretkurbel 7 weisen an ihrem freien Ende festverbundene zusätzl iche Pedalhebel auf, an deren Freien Enden die Pedale 10 drehbar gelagert sind. Durch diese zusätzl ichen Pedalhebel 41 wird erreicht, dass die Lage der Fussohle sich in seiner Höhe gegenüber dem freien Ende der Pedalhebel 8, 9 ändert, während aber das Ende 29 des flexiblen Zugelementes 27, 28 am freien Ende der Pedalhebel 8, 9 befestigt ist. Diese Aenderung ist als Aenderung der Höhenlage X in Fig. 6 eingetragen.
    [0029] In Fig. 7 ist das Mass X noch deutl icher erkennbar. Hier ist nun auch die unterschiedl iche Fersenstel lung in der Tretphase, siehe den Fuss l inks in Fig. 7 und in der Zugphase, siehe den Fuss rechts in Fig. 7, ersichtl ich. Beim Fuss in der Tretphase ist die Ferse weniger stark angehoben als in der Zugphase. In der Tretphase sol l das flexible Zugelement 27, 28 entspannt werden, was durch, die tiefere Lage des Fusses gegenüber dem Ende 29 des flexiblen Zugelementes erreicht wird. Bei der Zugphase ist es gerade umgekehrt, denn das Pedal 10 l iegt höher als das untere Ende des fle iblen Zugelementes 27, 28, so dass dadurch ein zusätzl iches Spannen desselben durch den Antriebshebel 20, 21 auftritt.
    [0030] Die Zusatzmittel im Bereich der oberen Befestigung des flexiblen Zugelementes 27, 28 sind in Fig. 8 dargestel lt und bestehen aus einer Rol le 42, an welcher das flexible Zugelement 27, 28 mit einer U-Bride 43 befestigt ist, sowie aus einer Rol lenbahn 41 , welche beispielsweise am Lagersupport 15 und auf den Hinterradstreben 14 abgestützt ist.
    [0031] Auf diese Weise kann sich der obere Befestigungspunkt des flexiblen Zugelementes in Abhängigkeit von der Richtung der Zugkraft in gewissen Grenzen bewegen, wodurch eine weitere Anpassung des flexibi len Zugelementes 27, 28 an die erforderl iche Spannung bzw.. Entspannung in der jewei l igen Phase erreicht wird.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Gerät oder Fahrzeug, welches mit einem Sitz (5) für eine, eine Kraftquel le bi ldende Person, mit einer Tretkurbel (7) mit zwei Pedalhebeln (8, 9) als Fussantrieb für die Person und mit einer Kraftübertragung von den Pedalhebeln zu einem angetriebenem Tei l des Gerätes oder des Fahrzeuges ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tretkurbel (7) Kraftübertragungselemente (27, 28, 30, 31) mit einem Antriebshebel (20, 21) zugeordnet sind, wobei der Hebel am Oberschenkel der Person anzul iegen und den Bewegungen desselben zu folgen sowie die von dem Oberschenkel ausgeübte Kraft über die Kraftüber ragungselemente auf die Tretkurbel zu übertragen bestimmt ist.
    2. Gerät oder Fahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebshebel (20, 21) mittels eines Lagersupportes (15) am Gerät oder am Fahrzeug schwenkbar abgestützt ist und ein Umlenkgl ied (30, 31) trägt, an welchem ein flexibles Zugelement (27, 28) geführt ist.
    3. Gerät oder Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Zugelement (27, 28) mit seinem oberen Ende (26) an dem Lagersupport (15) und mit seinem unteren Ende (29) an der Achse der Pedale des Pedalhebels (8, 9) befestigt ist.
    4. Gerat oder Fahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkgl ied (30, 31) eine an der Unterseite des Antriebshebels (20, 21) gelagerte Umlenkrolle (32) ist, über die das flexible Zugelement (27, 28) geführt ist.
    5. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkglied (30, 31) eine am Hebel befestigte Kulisse (33) ist, an welche sich das flexible Zugelement (30, 31) anlegt.
    6. Gerät oder Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexibile Zugelement (27, 28) mit seinem obern Ende (26) an der Kulisse (33) befestigt ist.
    7. Gerät oder Fahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Zugelement (27, 28) mit seinem obern Ende (26) an dem Antriebshebel (20, 21) befestigt ist.
    8. Gerät oder Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebshebel (20, 21) in einer kurvenförmigen, z.B. kreissegmentförmigen Führung (35) geführt ist, dessen Drehzentrum (36) auf derjenigen Achse (37) liegt, die durch die Hüftgelenke der Person geht.
    9. Gerät oder Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tretkurbel (7) und den Kraftübertragungselementen (27, 28, 30, 31) Zusatzmittel (41; 42, 43, 44) im Bereich der Tretkurbel und/oder im Bereich der oberen Befestigung des flexiblen Zugelementes (27, 28) zugeordnet sind, die in der Tretphase eine Entspannung der Kraftübertragungselemente und in der Zugphase ein Spannen derselben bewirken. Gerät oder Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzmittel im Bereich der Tretkurbel (7) an dem freien Ende der Pedalhebel (8, 9) der Tretkurbel (7) ein weiterer Pedalhebel (41) befestigt ist, an dessen freiem Ende die Pedale (10) schwenkbar gelagert sind.
    Gerät oder Fahrzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Befestigung des flexiblen Zugelementes (27, 28) eine Rol le (42) ist, an welcher das Zugelement mit einer U-Bride (43) befestigt ist und welche in einer Rol lenbahn (44) über einen begrenzten Weg verfügt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    EP0282530B1|1991-11-27|
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1988-04-07| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DK JP US |
    1988-04-07| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-05-13| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987905937 Country of ref document: EP |
    1988-09-21| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987905937 Country of ref document: EP |
    1991-11-27| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987905937 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    CH3798/86-1||1986-09-23||
    CH379886A|CH670997A5|1986-09-23|1986-09-23||DE19873774871| DE3774871D1|1986-09-23|1987-09-23|Apparat oder fahrzeug, insbesondere fahrrad, mit tretkurbelantrieb.|
    AT87905937T| AT69772T|1986-09-23|1987-09-23|Apparat oder fahrzeug, insbesondere fahrrad, mit tretkurbelantrieb.|
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