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Die Erfindung betrifft ein Armantriebssystem für Fahrräder, das
mit dem traditionellen Fußantriebssystem verbunden werden kann
und aus zwei Kurbeln besteht, die an den Enden einer
Verbindungs- und Drehachse spiegelbildlich zueinander befestigt sind
und an deren freien Enden Handgriffe angebracht sind, die sich
auf ein und derselben Achse befinden und drehen, welche parallel
zu der Verbindungsachse der Kurbeln liegt, die über einen
Zahnkranz und eine Kette oder über eine Welle und Riemen oder
dergleichen mit dem Vorderrad des Fahrrades verbunden ist, wobei
der koaxial zu der die Kurbeln verbindenden Achse liegende
Zahnkranz frei drehbar auf dieser Achse rotiert und auf einer Seite
eine radial verzahnte Oberfläche aufweist, die in Eingriff kommt
mit einer oder zwei identisch gezahnten Oberflächen, welche auf
den Seiten eines Verbindungselementes vorhanden sind, das sich
zusammen mit der Achse dreht, wodurch das Zahnrad in
Abhängigkeit von der Verschiebebewegung der Achse oder nur des
Verbindungselementes mit der Achse der Kurbeln verbunden oder von
dieser abgekoppelt wird.
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Bekanntlich besteht die größte Einschränkung beim Einsatz
herkömmlicher Fahrräder darin, daß nur die Beinmuskulatur
betätigt wird, während die Arme dazu dienen, die Richtung,
Stabilität und Abbremsung des Fahrzeugs zu übernehmen, ohne dabei eine
Vortriebskraft zu erzeugen.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, sind im Stand der Technik
verschiedene Systeme zur Übertragung der Bewegung auf Fahrräder
bekannt, die darin bestehen, die Tätigkeit des Beins und des
Beckens oder der Beine und der Arme zu kombinieren.
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Alle diese Systeme verursachen allerdings eine Beeinträchtigung
des Gleichgewichtes für den Benutzer und/oder eine eingeschränkte
Manövrierfähigkeit und/oder sie benötigen einen
Mechanismus, der zu kompliziert, kostenaufwendig und schwer ist.
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In der US-PS 632 797, erteilt am 12.09.1899 für G. von Horn, ist
bereits ein Fahrrad mit einer Lenkstange beschrieben, die in
Form von Kurbeln ausgebildet ist und dazu dient, über die Arme
eine Vortriebskraft zu erzeugen, die auf das Hinterrad des
Fahrrades übertragen wird. Dieser rotierende Lenker versetzt ein
Zahnrad in Drehung, das über eine sehr lange Kette mit einem
weiteren Zahnrad verbunden ist, welches in der Nähe des
herkömmlichen Zahnkranzes angeordnet ist, der von den Pedalen betätigt
wird.
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Der Nachteil bei diesem Patent besteht darin, daß die sehr
lange, durchgehende Kette, die von dem Lenker bis zur Nabe der
Pedale läuft, in dem Augenblick verdreht wird, in dem der Lenker
für die Richtunggebung des Fahrrades gedreht wird.
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Viele Jahre später wurde dieses Problem in der CA-PS 606 713 auf
den Namen Ernesto Nacar aufgenommen, der auf der Grundlage des
Fahrrades von G. von Horn versucht hat, ein Verdrehen der Kette
zu vermeiden, die die Verbindung zwischen dem schwenkbaren
Lenker mit dem Ritzel der Pedale herstellt, die das Hinterrad
antreiben, wozu er eine große Folge von mit Übertragungswellen und
Ketten verbundenen Zahnrädern vorgesehen hat, um auf diese Weise
das Eingriffsvermögen der Kette auch bei Drehung des Lenkers
sicherzustellen. Allerdings ist dieser Mechanismus
verhältnismäßig kompliziert und vermutlich auch sehr schwer.
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Die italienische Patentanmeldung Nr. 48237A/86 auf den Namen
Roberto Mezzini ist ein Beispiel dafür, daß die Vortriebskraft
anstatt auf das Hinterrad direkt auf das Vorderrad übertragen
werden kann. Hierzu wird eine Gabel verwendet, die fest mit dem
Steuerrohr verbunden ist, das normalerweise zur Lagerung des
Lenkers dient, wobei die Gabelscheiden nach oben weisen und an
ihren oberen Enden eine Pedaleinheit tragen, die von
den Händen
des Fahrers betätigt wird und die über eine Kette mit der Nabe
des Vorderrades verbunden ist, welches ein Ritzel aufweist. Das
Fahrrad ist mit in der Nabe eingebauten Gegenpedalbremsen
ausgestattet.
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Diese Art von Fahrrad nutzt eine Bewegung, die gleich der von
den Beinen ausgeübten Bewegung ist, wozu die gleiche Bauart der
Pedale in der Nähe des Lenkers angebracht ist. Der ersichtliche
Nachteil dieser Bauart besteht in der Instabilität und der
Schwierigkeit, das Fahrrad zu lenken, da sich die Arme im
Gegensatz zu einem herkömmlichen Lenker niemals in einer
spiegelbildlichen Position zueinander befinden. Zur Vermeidung dieses
Problems hat derselbe Erfinder am 12.09.1995 die weitere
Patentanmeldung RM 95 A 608 eingereicht, gemäß welcher zusätzlich zu der
Pedaleinheit ein zweiter fester Lenker und ein zweiter Sattel
vorgesehen sind, der in der Nähe des festen Lenkers eingebaut
ist und zur Abstützung der Brust des Fahrers dient, damit dieser
beim Fahren des Fahrrades mit doppeltem Antrieb ein besseres
Gleichgewicht hat.
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Weitere Vorschläge für ein Fahrrad mit doppeltem Antrieb durch
Verwendung von Hebeln und Hebelsystemen wurden beispielsweise
unternommen von Antonio Gomezzarco (Spanien) gemäß
Patentanmeldung Nr. 523 432 vom 21.06.1983 und von Horst Eifler gemäß
deutscher Patentanmeldung DE 24 36 774 - A1.
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Bei diesen Fahrrädern wird versucht, einen Hilfsantrieb auf dem
Hinterrad zu erzeugen, indem die Arme des Radfahrers eingesetzt
werden, welche Hebel oder den Lenker ziehen.
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Zum Stand der Technik zählt ferner die EP-A 285 115, die
gekennzeichnet ist durch ein Lager am oberen Teil des Rahmens und ein
Handrad, welches auf diesem oberen Rahmen gelagert ist und
Griffe aufweist, über die das Handrad durch manuelle Betätigung
des Fahrers geführt wird. Auf dem oberen Lager sind Getriebe
gelagert, und ein Riemen verbindet das Handrad mit den
Getrieberädern, um über die Drehung des Handrades die
Getriebedrehung herbeizuführen. Weiterhin sind Sperrvorrichtungen
vorgesehen, um das Handrad lösbar zu verriegeln, so daß die Griffe
und die Kette in fester Stellung zueinander bleiben. Ein Zahnrad
ist axial am Vorderrad gelagert, und eine Kette verbindet dieses
Zahnrad mit den Zahnrädern, so daß diese zusammen mit dem Griff
drehbar sind.
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Das Ergebnis dieses Systems sind eine erhebliche Instabilität
sowie ein sehr komplizierter Mechanismus.
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Im Gegensatz zu den bisher erläuterten Systemen erweist sich das
Armantriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung als sehr
stabil und leicht zu führen und hat außerdem eine gute
Manövrierfähigkeit und Sicherheit. Es ist ausgestattet mit einem starren
Gehäuse, das das Kurbelsystem aufnimmt und in der Nähe des
Verbindungselementes eine radial gezahnte Oberfläche aufweist, so
daß bei einer Verschiebung des Verbindungselementes in Richtung
auf das Gehäuse und von dem Zahnrad weg dieses Zahnrad um die
Achse der Kurbeln frei drehbar ist, während die Achse fest mit
dem Gehäuse verbunden wird.
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Das nachstehend erläuterte System bezieht sich auf die Anwendung
der Bewegungsübertragung auf das Vorderrad eines beliebigen
Fahrrades, auch als Ersatz für und/oder zusätzlich zu bereits
vorhandenen Strukturen, wodurch ein vollständig unabhängiges
Antriebssystem geschaffen wird, das von der Muskelkraft der Arme
betrieben wird und in Kombination mit oder alternativ zu dem
herkömmlichen System verwendet werden kann.
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Gemäß der Erfindung kann das System des Armantriebs mit dem
herkömmlichen Beinantriebssystem kombiniert werden, ohne daß
dabei die bezüglich der oben erläuterten Systeme mit gemischtem
Antrieb angegebenen Nachteile in Kauf genommen werden müssen;
das System gemäß der Erfindung hat eine Kurbeleinheit, die in
der Nähe des herkömmlichen Lenkers angeordnet ist, wobei das
Kurbelpaar mit dem Rohr für die Aufnahme des Lenkers verbunden
ist, so daß es der Lenkerbewegung immer dann folgt, wenn die
Fortbewegungsrichtung des Fahrrades verändert wird.
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Auf diese Weise benutzt der Fahrer den festen Lenker in
herkömmlicher Weise nur für die Richtungsänderung und zum
Bremsen. Wenn er alternativ die Kurbeln erfasst, kann er durch
eine synchrone und parallele Kreisbewegung mit den Armen und den
Händen, die exakt ausgeglichen ist, eine Vortriebskraft erzeugen
und gleichzeitig die Fortbewegungsrichtung vorgeben.
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Während der Fahrt kann der Radfahrer nämlich sehr bequem das
Fahrrad unter Kontrolle halten und lenken, weil die von den
Armen und Händen auf die Kurbeln ausgeübten Kräfte immer
dieselben bleiben, so naß keinerlei Schwingungen oder
Seitenkräfte auf die Vorderradgabel ausgeübt werden.
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Durch seitliche Verschiebung der Kurbeln bei Stillstand oder bei
Drehung, so als ob diese ein Lenker wären, kann der Fahrer
außerdem das Vorderrad und damit das gesamte Fahrrad einwandfrei
lenken.
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Bei einer möglichen Variante der Erfindung ist vorgesehen, den
herkömmlichen, festen Lenker wegzulassen in diesem Fall
übernimmt die Funktion des festen Lenkers ein Mechanismus, der
eine mögliche Blockierung der Drehbewegung der Kurbeln erlaubt,
die nach ihrer Verriegelung unter Beibehaltung der Verbindung
mit dem Lenkerrohr zu einer ausgezeichneten Lenkstange werden.
Wenn sie andererseits nicht verriegelt werden, sind sie frei,
sich zu drehen und damit die Bewegung zu übertragen, wobei die
Lenkungsmöglichkeit des Fahrrades beibehalten bleibt.
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Sobald die Kurbeln verriegelt sind, kann der Nachteil auftreten,
daß bei einer Rückwärtsbewegung, etwa zur Verschiebung des
Fahrrades, das Vorderrad die Bewegung über die Kette auf das
Zahnrad überträgt, das fest mit der Verbindungsachse der Kurbeln
verbunden ist; wenn die Kurbeln verriegelt sind, verhindern sie
die Rückwärtsdrehung des Vorderrades, so daß das Fahrrad nach
hinten gezogen werden muß.
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Um die erläuterten Nachteile vollständig zu vermeiden, sind bei
einer bevorzugten und exakt funktionierenden Variante der
Erfindung vorgesehen:
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- ein gesondertes System zur Blockierung der Kurbeln, das nach
seiner Aktivierung gewährleistet, daß das Primärzahnrad frei auf
der Achse drehbar bleibt und mithin keine Bewegung vom Vorderrad
auf die Kurbeln überträgt, wenn das Fahrrad nach hinten
verschoben wird;
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- ein Kettenübertragungssystem mit Untersetzungsgetriebe mit
Zahnrädern unterschiedlicher Durchmesser, im Unterschied zu der
bereits erläuterten Variante, bei der ein beliebiges
Übertragungssystem von den Kurbeln auf das Vorderrad vorgesehen
ist; auf diese Weise werden die folgenden drei Ziele erreicht:
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- geringerer Raumbedarf im vorderen Bereich,
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- besseres Aussehen,
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- größere Sicherheit bei Zusammenstößen, da dieses System
in einem Schutzgehäuse untergebracht ist, das kleinere
Abmessungen als das Gehäuse hat;
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- ein System zur Verriegelung der Handgriffe unabhängig von der
Verriegelung der Kurbeln;
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- Montage der Bremshebel in herkömmlicher Weise, wobei die Kabel
immer in der vorbestimmten Position bleiben, um zu vermeiden,
daß sie sich verdrehen, ohne daß dadurch die Drehung der Kurbeln
beeinträchtigt wird.
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Das System gemäß der vorliegenden Erfindung hat zwei Kurbeln,
die spiegelbildlich zueinander an den Enden einer Drehachse
gelagert sind, welche die Kurbeln verbindet. Über zwei
Handgriffe können die Kurbeln erfasst werden, die um ihre eigene
Achse frei drehbar sind oder gegen die Kurbeln verriegelt werden
können. Dieses System besteht aus folgenden Teilen:
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- ein gabelförmiger Halter, der mit der Lenkerbefestigung
verbunden ist und zur Aufnahme der Drehachse der in Lagern
gehaltenen Kurbeln sowie der beiden Zahnkränze und der diese
verbindenen Kette dient, wobei diese Elemente Teil des
Untersetzungsgetriebes sind;
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- ein zylindrisches Verbindungselement, das koaxial und drehfest
auf der Dreh- und Verbindungsachse der Kurbeln sitzt und an
beiden Seitenflächen Profilierungen in Form von Zähnen, Stufen
oder dergleichen aufweist, die mit übereinstimmenden
profilierten Oberflächen in Eingriff kommen können, welche
einerseits an identisch geformten Flächen an einer Seite des
oberen Zahnrades und andererseits an identisch ausgebildeten
Oberflächen auf einer Innenseite eines gabelförmigen
Lagergehäuses ausgebildet sind;
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- ein koaxiales Zahnrad, das frei drehbar auf der Dreh- und
Verbindungsachse der beiden Kurbeln gelagert und über eine
Zahnkette oder ein Zahnrad mit einem unteren Zahnrad verbunden
ist, welche beide in einem Gehäuse eingeschlossen sind;
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- ein drittes Zahnrad, das über einen zentralen Stift mit dem
unteren Zahnrad koaxial fest verbunden ist, welches seinerseits
mit der Nabe des Vorderrades des Fahrrades über eine Zahnkette
oder dergleichen verbunden ist, beispielsweise über einen
Riemen, eine Welle o. ä.
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Es ist hervorzuheben, daß die gesamte Achse mit Hilfe eines
Wählmechanismus in Richtung auf das obere Zahnrad oder eine
diesem gegenüberliegenden Wand des Gehäuses verschoben werden
kann, wobei die Welle im ersten Fall in Eingriff mit einer Seite
des Zahnrades kommt und somit eine Traktion über die Kurbeln
erlaubt. Wenn umgekehrt die Drehachse in Richtung auf die
gegenüberliegende Wand verschoben wird, kommt sie in Eingriff
mit der Wand des Gehäuses, das fest ist, so daß die Kurbeln
verriegelt werden.
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Bei einer äquivalenten Funtionsvariante verschiebt sich die
Rotations- und Verbindungsachse der Kurbeln nicht seitlich,
sondern nur das zylindrische Verbindungselement. In diesem Fall
hat das zylindrische Verbindungselement, das koaxial zu der
Achse der Kurbeln angeordnet ist, eine zentrale, profilierte
Bohrung und verschiebt sich auf der Achse der Kurbeln, so daß es
sich mit dieser dreht.
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Durch seitliche Verschiebung des Verbindungselementes über
geeignete Hebel oder dergleichen wird das Verbindungselement
entweder mit dem koaxial auf der Achse der Kurbeln sitzenden
Zahnkranz und damit mit dieser Achse verriegelt oder mit dem
festen Teil der Struktur, so daß die Rotation der Achse der
Kurbeln unterbunden wird.
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Sobald der Radfahrer beschlossen hat, den vorderen Antrieb zu
benutzen, verschiebt er das Verbindungselement in Richtung auf
den Zahnkranz, der damit in Eingriff mit dem Verbindungselement
kommt. Durch Betätigung der Handgriffe mit den Armen und Händen
in Form einer parallelen Drehbewegung wird die Achse bewegt,
welche ihrerseits den Zahnkranz dreht, der die Bewegung auf das
Rad überträgt.
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Die optimale Kombination des Untersetzungsgetriebes sieht den
Einsatz eines Zahnkranzes vor, der koaxial auf der Achse der
Kurbel sitzt, 30 Zähne aufweist und über eine Kette mit
Achterteilung mit einem Zahnkranz mit neun Zähnen verbunden ist.
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Auf der Achse und mit dem Zahnkranz mit neun Zähnen verbunden
ist ein Zahnkranz mit 18 Zähnen für eine herkömmliche Kette
vorgesehen, die mit den Zahnrädern des Getriebes verbunden ist.
Während der Fahrt kann der Fahrradfahrer das Fahrrad unter
Kontrolle halten und steuern, da die von ihm auf die Kurbeln
ausgeübten Kräfte immer gleich bleiben, was auch für ihre
Richtung gilt, so daß sie keine Schwingungen oder Seitenkräfte
auf die vordere Gabel ausüben. Durch eine seitliche Verschiebung
der Kurbeln, die feststehen oder sich drehen, wird auch das
Vorderrad gedreht, so daß das Fahrrad beliebig gelenkt werden
kann; die Kurbeleinheit wirkt somit wie ein Lenker, auf welchem
die Bremshebel gelagert sind. Wenn der Fahrer nur eine
Bewegungsübertragung mit Hilfe der Beine wünscht, insbesondere
bei besonderen Bedingungen wie beispielsweise im Stadtverkehr,
kann er sich dazu entscheiden, die Kurbeln fest zu verriegeln
oder die Kurbeln und auch die Griffe in jeder gewünschten
Kurbelstellung fest zu verriegeln.
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Hierzu verschiebt er mit Hilfe des Wählschalters das
Verbindungselement in Richtung auf die feste Wand des Gehäuses,
so daß die Kurbeln verriegelt werden, worauf er die Handgriffe
mit einem nachstehend erläuterten System blockiert.
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Dieses System zur Blockierung der Handgriffe beruht auf der
Kupplung von zwei komplementären Oberflächen mit Zähnen, Stufen
oder dergleichen, die einerseits am Ende jeder Kurbel und
andererseits am Boden des Zylinders des Handgriffes ausgebildet
sind. Wenn die Handgriffe in Richtung auf das Zentrum des
Fahrrades verschoben werden, kommen die Oberflächen gegenseitig
in Eingriff und verhindern eine Relativdrehung zwischen den
Griffen und den Kurbeln. Wenn andererseits die Handgriffe nach
außen verschoben werden, wird, ein Abstand zwischen diesen
Flächen hergestellt, so daß sich die Handgriffe um die Kurbeln
frei drehen können. Die profilierten Oberflächen erlauben es,
die Handgriffe in unterschiedlichen Winkelstellungen um ihre
Achse zu verriegeln, so daß der Fahrer eine Vielzahl von
Stellungen der Handgriffe wählen kann.
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Ein Wählsystem, das von einem Druckschalter betätigt wird,
verhindert eine unerwünschte Seitenverschiebung der Handgriffe,
ohne daß dies der Fahrer wünscht, wodurch eine freie Drehung
oder einen Positionsverriegelung der Handgriffe gewährleistet
wird.
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Wenn beide Blockiersysteme aktiviert werden (für die Kurbeln und
für die Handgriffe), fährt der Radfahrer wie mit einem
vollständig konventionellen Fahrrad.
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Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel
erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Vorderansicht eines Fahrrades mit
Armantriebssystem,
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Fig. 2 eine Seitenansicht des oberen, vorderen Teils des
Fahrrades,
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Fig. 3 und 4 eine Schnittdarstellung der Handgriffe 10, die
auf geeigneten Zylindern 11 gelagert sind und mit Profilierungen
mit Zähnen oder radialen Sicken gemäß Fig. 5 ausgebildet sind
und
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Fig. 6 einen Schnitt durch den Handgriff 10 mit Wählschalter
14.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Fall dargestellt,
bei dem nur die Achse der Kurbeln rotiert und das
Verbindungselement auf der Achse der Kurbeln verschiebbar ist.
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Die Figuren zeigen zwei koaxiale Zahnräder 1, 2, die über zwei
Ketten 3, 4 miteinander verbunden sind, wobei die erste Kette
über das Primärzahnrad 5 läuft, das frei drehbar auf der
Drehachse der. Kurbeln 6 gelagert ist, während die zweite Kette
mit dem Getriebe verbunden ist, welches am Vorderrad des
Fahrrades angebracht ist.
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In Fig. 1 ist ferner ein Verbindungselement 7 gezeigt, das mit
der Achse der Kurbeln 6 rotiert und auf dieser verschiebbar ist.
Dieses Verbindungselement 7 hat auf beiden Seiten gezahnte
Oberflächen, die alternativ mit identisch ausgebildeten
Oberflächen in Eingriff kommen können, welche auf einer Seite
des Primärzahnrades 5 ausgebildet sind, das koaxial auf der
Achse der Kurbeln 6 sitzt, oder auf einem festen Teil eines
Gehäuses 8, das die Kurbeln trägt.
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Ein geeigneter Wählschalter 9 erlaubt die Verschiebung des
Verbindungselements 7 auf der Achse 6, um diese mit der einen
oder mit der anderen Zahnfläche in Eingriff zu bringen.
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Wenn die Griffe 10 mit ihren Zylindern 11 so verschoben werden,
daß die beiden Zahnflächen voneinander entfernt werden (vgl.
Fig. 3), können sich die Griffe 10 auf den Kurbeln 12 drehen,
während bei einer Verschiebung der Griffe 10 in die
entgegengesetzte Richtung (vgl. Fig. 4) die beiden Zahnflächen
der Zylinder 11 und der Kurbeln 12 in Eingriff gebracht werden,
so daß eine Drehung der Griffe 10 auf den Kurbeln 12 verhindert
wird.
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Die Kurbeln 12 haben zwei ringförmige Nuten 13, die einen
Abstand voneinander aufweisen und in die ein Wählelement 14
eingreift, dessen Funktion darin besteht, die Zylinder 11 und
die Griffe 10 in ihren beiden äußeren Stellungen zu halten, in
denen eine Entriegelung bzw. eine Verriegelung stattfindet.
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Es besteht die Möglichkeit, ein Zahnradgetriebe als äquivalente
Lösung zu der Kette 3 und den entsprechenden Zahnrädern
vorzusehen.