DE20215084U1 - Fahrradantriebsvorrichtung - Google Patents

Description

• ·

— 2 —
Beschreibung

Die Fahrradantriebsvorrichtung besteht aus einer getrieblichen Flachzahnscheiben-ZRiemen-Konstruktion, die zur Funktion hat, die Muskelkraft des Radfahrers auf das Hinterrad zu übertragen.

Die Pedalkraft wird mit Hilfe von Tretkurbeln und einer großen Riemenscheibe, die im Tretlagerbereich sitzt, über einen Flachriemen auf ein kleineres Riemenrad transmissioniert. Die weitere Kraftübertragung erfolgt vom ersten kleinen Riemenrad über eine Welle auf eine zweite große Riemenscheibe. Die Antriebskraft gelangt jetzt von dem großen Riemenrad mittels Transmissionsriemen auf das zweite kleine Riemenrad und wird über die Welle an das Antriebsrad weitergeleitet. Das Zahnrad (mit breiten Zahnflanken) überträgt nun die Antriebsenergie auf eine starre Verzahnungsvorrichtung, die im Felgenbereich des Hinterrades installiert ist. Die Drehkraft erzeugt jetzt eine Drehbewegung des Rades.

Der Verzahnungsdoppelring ist ein spezielles Antriebsteil der Antriebskonstruktion. Er besteht aus zwei gleichgroßen, kreisrunden Metall-ZKunststoffringen. Zwischen diesen Ringen sitzen in gleichen Abständen zylindrische Bolzen, in die die Zahnflanken des Antriebsrades greifen. Die Oberfläche der Bolzen sind mit gehärtetem Kunststoff überzogen. So werden beim Ineinandergreifen der Zähne des Zahnrades zwischen die Bolzen unnötige Geräuschemissionen vermieden.

Antriebstechnisch zeichnet sich diese Antriebsform durch geringste Reibungsverluste (schlupffrei) aus. Damit sich beim Fahren die Tretkurbel im Leerlauf nicht ständig mitdreht, ist eine Freilaufvorrichtung in das Antriebsrad eingebaut.

Nachteile bei dieser Bauart entstehen, wenn die Antriebskraft der Rollkette auf ein Kettenrad übertragen wird, das auf der Hinterradnabe angeordnet wurde. Ein kraftvoller Antrieb des Hinterrades ist aufgrund des kurzen Hebelarmes als Kraftarm mit hohen Leistungswirkungsgraden verbunden. Eine effiziente Kraftumsetzung des Rades kann antriebstechnisch nicht erreicht werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Anordnung der anfangs genannten Bauart zu konstruieren, der den dargestellten Nachteil beseitigen soll.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, dass die Kraftübertragung auf das Hinterrad nicht im Nabenbereich, sondern im Felgenbereich erfolgt. Die Hebelkraft steigt mit größerwerdendem Radradius exponentiell an. Der Hebelarm fungiert als imaginärer Kraftarm bei der Übertragung der Antriebskraft auf das Hinterrad. Hier zeigt sich der Vorteil gegenüber dem Rollkettenantrieb der herkömmlichen Art. Die antriebstechnische Umsetzung der Kraft am äußersten Radradius bewirkt eine leistungsstarke Drehbewegung des Hinterrades.

-3-

-3-

Der physische Kraftaufwand reduziert sich beim Anfahren erheblich. Ein Leistungsabfall bei langen Fahrten macht sich nur allmählich bemerkbar.

Vorteilhaft ist eine Antriebshilfe in Form eines Elektromotors. Der Zusatzantrieb hat die Aufgabe, physische Leistungsdefizite des Radfahrers auszugleichen. Der &Egr;-Motor ist aus Platzgründen oberhalb der Antriebsmechanik installiert. Die Antriebskraft wird auch hier über eine getriebliche Riemenverbindung mittels eines Zahnrades auf die Verzahnungsvorrichtung im Felgenbereich übertragen.

Aus der nachfolgenden Beschreibung und der skizzierten Darstellung des hybriden Antriebssystems in einer kombinierten muskel-elektrischen Antriebsform soll die Erfindung ausführlich erläuteret werden.

Fig. 1: Schematische und perspektivische Darstellung der getrieblichen Scheiben-ZRiemen-Verbindung mit Antriebszahnrad und die Verzahnungsvorrichtung als Antriebsteil;

Fig. 2: Perspektivische Darstellung der mechanischen Scheiben-ZRiemenkombination und der elektromotorischen Rad-/Riemenkonstellation mit Zahnrad und Verzahnungsvor richtung als Antirebsteil;

Fig.3: Schematische Gesamtdarstellung der Fahrradantriebsvorrichtung;

Wie aus den Darstellungen der drei Figuren zu ersehen ist, handelt es sich erfindungsgemäß um ein hybrides Antriebssystem in Form eines muskel-elektrischen Zweiradantriebes. Der Aufbau des mechanischen Antriebsteils besteht aus einem Wellenlager mit drehbar gelagerter Welle und angeordneter Pedalkurbel mit Riemenscheibe la im Tretlagerbereich. Die große Riemenscheibe la ist über einen Flachzahnriemen Ic mit einer kleineren Riemenscheibe Ib im Übersetzungsverhältnis 1 : 5 mechanisch verbunden. Aus Gründen einer physischen Tretzahlbegrenzung (etwa 60 Pedalumdrehungen pro Minute) wurde eine weitere getriebliche Übersetzung von 1 : 5 in Form einer zweiten großen Riemenscheibe 2a mit Welle Id, Flachriemen 2c und kleines Riemenrad 2b installiert. Die Antriebskraft wird über die Welle 2d an das Zahnrad 3 weitergeleitet. Das Antriebsrad treibt über die starre Verzahnungskonstruktion 4a,b,c, die im Felgenbereich sitzt, das Hinterrad an. Der Verzahnungsteil 4a,b,c an der Felge ist ein weiteres Teil der Antriebsvorrichtung.

Bei diesem Antriebselement 4a,b,c handelt es sich um zwei gleichgroße, kreisförmige Metall-ZKunststoffringe 4a,b. Zwischen den Ringen sind zylindrische Bolzen 4c aus Metall mit Kunststoffummantelung (Geräuschreduzierung) in gleichen Abständen eingepasst. Die Ringkonstruktion 4a,b,c stellt eine starre Kettengliedanordnung dar. Die Zahnflanken des Antriebsrades sind aus Last- und Verschleißgründen mit einer größeren Zahnbreite versehen als Kettenräder der bekannten Art.

Die dargestellte Antriebskonfiguration ermöglicht eine effizientere Kraftumsetzung, als dies mit einem Rollkettenantrieb der herkömmlichen Art und Weise durchführbar wäre. Realisiert wird die Umsetzung dieses Konstruktionsprinzips durch Anwendung des Hebelgesetzes. Mit zunehmendem Radius der Verzahnungsvorrichtung (von der Hinterradnabe ausgehend) steigt die Hebelkraft proportional an. Sie wird hier als imaginärer Kraftarm leistungsmäßig umgesetzt; d.h. die Drehkraft wird kraftvoll auf das Hinterrad übertragen.

Als zweite Antriebsvariante kann noch ein Elektromotor 5 als additive Kraftverstärkung bei erschwerten Fahrbedingungen antriebstechnisch genutzt werden. Dieser Antriebskomplex hat die Funktion, physische Ermüdungserscheinungen des Radfahrers auszugleichen. Der E-Motor 5 ist oberhalb der mechanischen Antriebskonstruktion installiert. Auch hier besteht eine getriebliche Scheiben-ZRiemenverbindung 6a,b,c zur Antriebswelle 6d und Antriebsrad 7. Bei Langstreckenfahrten, sowie bei wechselnden topographischen Verhältnissen, steht dem Radfahrer eine zusätzliche Antriebshilfe neben der Tretkraft in hybrider Form zur Verfugung.

Die vergrößerte Verfügbarkeit und Bereitstellung von ausreichenden Kraftreserven bedeutet für den aktiven Fahrradfahrer ein verbessertes und bequemeres Fahrverhalten, also eine Verbesserung der Fahrqualität.

-5-

Claims (1)

1. Fahrradantriebsvorrichtung, bestehend aus einer getrieblichen Tretkurbel- Flachzahnscheiben/Riemenkombination, die die Aufgabe hat, die Tretkraft der Pedalkurbel über die Riemen-/Scheibenverbindung auf ein Zahnrad zu übertragen, um dann die Antriebsenergie an eine starre kreisförmige Verzahnungsvorrichtung, die im Radfelgenbereich sitzt, weiterzuleiten und das Hinterrad antreibt, dadurch gekennzeichnet, dass

   1. im Tretkurbellager eine kreisrunde Flachzahnriemenscheibe (1a) drehbar gelagert ist;

   2. die Tretkraft von der großen Riemenscheibe (1a) mittels eines Flachzahnriemen (1b) auf eine kleine Riemenscheibe (1c) übertragen wird;

   3. von der kleinen Riemenscheibe (1c) die Drehkraft mit Hilfe einer gemeinsamen Welle (1d) auf ein zweites großes Riemenrad (2a) weitergeleitet wird;

   4. die weitere Kraftübertragung über einen zweiten Flachriemen (2b) erfolgt, der wiederum ein kleines Riemenrad (2c) mit Welle (2d) und Zahnrad (3) in eine Drehbewegung versetzt;

   5. das Antriebsrad (3) die Kraft auf eine starre kreisrunde Verzahnungsvorrichtung (4a, b, c) überträgt, die im Felgenbereich installiert ist und das Hinterrad antreibt;

   6. die Verzahnungskonstruktion (4a, b, c) aus zwei kreisförmigen Metall-/Kunststoffringen (4a, b, c) besteht und zwischen den Ringen (4a, b) zylindrische Bolzen (4c) in gleichgroßen Abständen angeordnet sind;

   7. das ein Elektromotor (5) als Antriebshilfe nahe dem Felgenbereich installiert ist;

   8. der E-Motor (5) mittels einer getrieblichen Flachzahnscheiben-/Riemenverbindung (6a, b, c) über ein weiteres Antriebsrad (7) Leistung auf das Hinterrad überträgt;