DE3905579A1

DE3905579A1 - Antriebsvorrichtung fuer ein fahrrad

Info

Publication number: DE3905579A1
Application number: DE3905579A
Authority: DE
Inventors: Se Ung Kim
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-02-29
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1989-09-07
Also published as: IT8967113A0; JPH01266089A; AU3082989A; KR910000520B1; CN1012055B; FR2657061A1; KR890012854A; US5154676A; CN1036733A; IT1231862B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein Planetengetriebe bzw. Planetengetriebe zwischen entweder ei ner Antriebswelle und einem Kettenrad oder einer Hinterrad welle und seiner Nabe angeordnet ist bzw. sind, so daß ein hohes Übersetzungsverhältnis selbst bei Verwendung eines Kettenrades von kleinem Durchmesser gleichzeitig bei hoher Antriebskraft erreicht werden kann, wobei die Pedalen mit geringer Kraft gemäß dem Hebelprinzip gedreht werden.

Mit Bezugnahme auf den Antriebsmechanismus eines herkömm lichen Fahrrades nach Fig. 9 ist ein Kettenrad 101 mit re lativ großem Radius (z.B. etwa 10 bis 13 cm), welches di rekt an eine Antriebswelle 100 gekuppelt ist, die durch Treten des Pedals gedreht wird, Seite an Seite mit einem Zwillings- oder Drillingsrad angeordnet und eine Kette ist über ein Kettenrad 101 und ein Kettenrad des Hinterrades so angeordnet, daß Kraft übertragen wird, wobei das Über setzungsverhältnis oder Untersetzungsverhältnis nur gemäß des Unterschiedes der Zähnezahl des Antriebskettenrades 101 und des Kettenrades des Hinterrades bestimmt ist.

Das US-Patent 37 52 013 von Norman A. Cross offenbart eine hydrostatische Kraftübertragung mit einer Eigangswelle, die mit einer Energiequelle verbunden ist, und einer Aus gangswelle, die mit einem einfachen Planetengetriebe und mit dem Impeller oder Antriebsteil einer hydrodynamischen Vorrichtung verbunden ist.

US-Patent 37 74 476 (Dieter Söhnlein, Edwald Merz) offen bart eine Konstruktion, in der ein Hauptgetriebe mit Außen und Innenverzahnung durch eine eine Verzahnung aufweisende Motorwelle angetrieben wird, die im Eingriff mit Planeten rädern auf einem Planetenradträger ist.

Das US-Patent 36 90 198 (William B. Huber) offenbart eine Konstruktion, in der ein Kassettenmagnetbandrecorder einen Planetgetriebemechanismus zum Erhöhen der Drehgeschwindig keit der Spulenwelle aufweist, um die Transportgeschwindig keit des Bandes in der Kassette zu erhöhen, ohne daß die Drehgeschwindigkeit des verbundenen Antriebsmotors erhöht wird, und wobei der Planetengetriebemechanismus ein an der Spulenwelle befestigtes Sonnenrad aufweist, das zusammen mit einem Innenrad mit der Spulenwelle unter normalen Be triebsbedingungen drehbar ist.

Das US-Patent 35 29 493 (Peter Egli) offenbart eine Kon struktion, in der die Kraftübertragung ein Planetengetrie besystem aufweist, welches Mittel beinhaltet, um wirksam die Drehgeschwindigkeit des Innenrades des Systems zu re geln und dadurch das Übersetzungsverhältnis der Übertra gung zu ändern.

Das US-Patent 34 56 528 (Kunimori Maruyama) offenbart eine Konstruktion, in der ein Gerät zur Übertragung der Antriebs kraft von einem Antriebsmotor an einem Betätigungsarm einer automatischen Türbetätigung einen Planetgetriebemechanis mus und eine Drehzahlkontrolle aufweist, um die Drehung des Innenrades des Planetgetriebesystems zu regeln, um das Leer laufen des Innenrades zu ermöglichen, um das Einklenmen ei nes menschlichen Körperteils durch das Schließen der Tür und das Anhalten und Fressen des Antriebsmotors zu verhin dern.

Das US-Patent 41 08 459 (Morio Filippo Alvigini) offenbart einen Mechanismus für ein von einem Fahrer angetriebenes Fahrzeug mit einem Rahmen und einem daran montierten, den Boden berührenden Rad, welcher zwei Hebelarme an gegenüber liegenden Seiten des Rahmens aufweist, die sich nach hinten erstrecken mit Fußpedalen an ihren äußersten Enden, wobei jeder auf einer zylindrischen oszillierenden Welle auf ge genüberliegenden Seiten eines Getriebes für das Antriebsrad angeordnet ist.

Das US-Patent 33 14 308 (Eugene R. Ziegler) offenbart ei ne Vielfachgeschwindigkeitsübertragung und einen Steuer mechanismus zum Antrieb von angetriebenen Hilfsaggregaten in einem Kraftfahrzeug.

Wie in den oben aufgeführten US-Patenten dargestellt, sind verschiedene Arten solcher Geräte vorgeschlagen worden, sie weisen aber immer noch einige Nachteile auf.

Die oben angeführten US-Patente schlagen keine Kraftan triebsvorrichtung für ein Fahrrad vor, das eine Antriebs welle aufweist, die mit den Antriebsarmen gekoppelt ist, die integriert mit dem Träger der Planetengetriebevorrich tung ausgeformt sind und wobei ein Sonnenrad der Planeten getriebevorrichtung integriert mit einem Antriebskettenrad in einem Planetenradgetriebe ausgebildet ist, welches ei nen scheibenförmigen Träger, einige Planetenritzel, eine Innenverzahnung des Gehäuses und ein mittig dazu angeord netes Sonnenrad aufweist.

Um ein höheres Übersetzungsverhältnis zu erreichen, muß deswegen der Durchmesser des Antriebskettenrades 101 größer sein, während der Durchmesser des hinteren Kettenrades re lativ kleiner sein muß, und um eine große Antriebskraft und ein Untersetzungsverhältnis zu erreichen, muß ein Me chanismus entgegengesetzt dem oben beschriebenen eingesetzt werden.

Da jedoch die Positionierung der Antriebswelle 100 eines Fahrrades auf eine vorbestimmte Höhe (ungefähr 20 cm) vom Boden begrenzt ist, und die Länge des Antriebsarmes 103 so bestimmt werden muß, daß sie einen Abstand von etwa 16 cm von der Achse der Antriebswelle 100 nicht überschreitet, besteht eine Begrenzung im wesentlichen Erhöhen des Über setzungsverhältnisses als auch im Reduzieren des Unterset zungsverhältnisses, weil verschiedene Begrenzungen vorlie gen, den Durchmesser des Antriebskettenrades 101 zu erhöhen, besonders, da das Gewicht des Antriebskettenrades hoch und sein Durchmesser groß ist, die Fahrgeschwindigkeit begrenzt ist und ein unnötiger Kräfteverbrauch bei Fahren auf geneig ten und geraden Straßen vorliegt.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausgestaltung der vorliegen den Erfindung in der

Fig. 1 eine Seitenansicht der vorliegenden Erfindung in der Anwendung ist,

Fig. 2 ein Längsschnitt ist, wobei der wichtige Teil der vorliegenden Erfindung vergrößert ist,

Fig. 3 eine perspektivische, auseinandergezogene Darstel lung von Fig. 2 ist,

Fig. 4 ein Querschnitt ist, wobei der wichtige Teil der vorliegenden Erfindung vergrößert ist.

Die Fig. 5 bis 6 zeigen eine andere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in der

Fig. 5 eine Seitenansicht ist, die eine weitere Ausge staltung der vorliegenden Erfindung in der Anwen dung zeigt,

Fig. 6 ein Längsschnitt einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist.

Fig. 7 bis 9 sind Prinzipdiagramme, die die vorliegende Erfindung mit der herkömmlichen Ausführung vergleichen, in der

Fig. 7 ein schematisches Diagramm der vorliegenden Erfin dung ist,

Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer weiteren Ausge staltung der vorliegenden Erfindung ist,

Fig. 9 ein schematisches Diagramm der herkömmlichen Aus führung ist.

Die vorliegende Erfindung verbessert die unmäßigen Nachtei le herkömmlicher Fahrräder, wobei dies im folgenden ausführ lich mit Bezugnahme auf die angeführten Zeichnungen erklärt wird.

Die Fig. 1 bis 4 und 7 der anliegenden Zeichnungen zei gen eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei die Bezugsnummer 14 eine Planetgetriebevorrichtung be zeichnet mit einem scheibenförmigen Träger 1, einigen Pla netritzeln 4, einem Innenrad, welches integriert in einem Gehäuse 6 ausgebildet ist, und einem mittig dazu angeordne ten Sonnenrad 7, wobei ein Träger 1 dieser Planetenge triebevorrichtung 14 integriert mit einer Antriebswelle 3 und den Antriebsarmen 2 ausgebildet ist und wobei das Son nenrad 7 integriert mit den Kettenrädern 8, 8 a ausgebildet ist, die die Antriebskraft übertragen. Die Fig. 5, 6 und 8 zeigen eine weitere Ausgestaltung dieser Erfindung, in der die gleichen Teile, die in den Fig. 1 bis 4 und 7 gezeigt sind, die gleichen Bezugszahlen tragen. Die Bezugs zahl 9 bezeichnet eine Welle eines Hinterrades, an der ein scheibenförmiger Träger 1 integriert befestigt ist, und die Planetengetriebevorrichtung 14 weist die Planetenritzel 4, eine Innenverzahnung an der Innenfläche des Gehäuses 6 und ein Sonnenrad 7 wie in der vorigen Ausgestaltung auf, der Unterschied besteht darin, daß eine Nabe 10, die integriert mit einem Sonnenrad 7 ausgebildet ist, integriert mit einem Radkranz des Hinterrades eines Fahrrades ausgebildet ist. Die Bezugszahl 11 bezeichnet ein Kettenrad für die Kraft übertragung, welches an einer Seite der Hinterradwelle 9 angeordnet ist, wobei an dem Kettenrad 11 ein Sperrklinken rad 12 vorgesehen ist, um eine freie Drehung zu verhindern. Die Bezugszahl 13 bezeichnet ein Kettenrad von kleinem Durchmesser, welches integriert mit einer Antriebswelle 3 und den Antriebsarmen 2 ausgebildet ist.

Die Arbeitsweise und Wirkung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend detailliert dargestellt.

Wenn die Antriebsarme 2 und die Antriebswelle 3 durch Dre hen der Pedalen gedreht werden, fangen die Planetritzel 4, die drehbar auf dem Träger 1 befestigt sind, ihrerseits an zu drehen, da der Träger 1 der Planetengetriebevorrichtung integriert mit der Antriebswelle 3 ausgebildet ist und sich ebenfalls dreht, wobei die Planetenritzel 4 mit der Innenverzahnung 5 des Gehäuses 6 und dem mittigen Sonnen rad 7 kämmen.

Während sich der Träger 1 in Richtung der Antriebsarme 2 dreht, drehen sich die Planetritzel 4 ihrerseits in entge gengesetzter Richtung, wobei sie mit der am Gehäuse be festigten Innenverzahnung 5 kämmen.

Da sich zusätzlich das mittige Sonnenrad 7, welches mit den Planetenritzeln 4 kämmt, in entgegengesetzter Richtung zu den Planetenritzeln 4 dreht, dreht sich folglich das Son nenrad 7 ähnlich wie die Drehrichtung der Antriebsarme 2 und das Übersetzungsverhältnis ist in diesem Fall das fol gende:

Anzahl der Zähne des Sonnenrades 7/(Anzahl der Zähne des Sonnenrades 7 + Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 5) = Übersetzungsverhältnis des Sonnenrades 7.

Wenn z.B. die Anzahl der Zähne des Sonnenrades gleich 21 ist, und die Anzahl der Zähne der Innenverzahnung gleich 53 ist, dann ist das Verhältnis = 21/(21+53) = 1/3,5.

Das bedeutet, daß die Kettenräder 8, 8 a, die zur Kraftüber tragung integriert mit dem Sonnenrad 7 ausgebildet sind, sich 3,5 mal drehen, wenn die Antriebswelle 3 sich mit ei ner Umdrehung dreht, falls die Anzahl der Zähne auf dem Kettenrad 8 35 beträgt, würde das Verhältnis bei herkömmli chem Mechanismus des Kettenrades 101 3,5 × 35 betragen, d.h. es würde einer Zähnezahl von 123 entsprechen.

Tatsächlich beträgt der Durchmesser des herkömmlichen Ket tenrads 101 13 cm mit 52 Zähnen für ein großes und 11 cm Durchmesser und 48 Zähnen für ein kleines Kettenrad, daher erhöht die vorliegende Erfindung das Übersetzungsverhält nis etwa um das Doppelte gegenüber dem herkömmlichen Mecha nismus.

Weiterhin bietet die vorliegende Erfindung ausgezeichnete Vorteile bezüglich der Kraft beim Pedaldrehen, da beim her kömmlichen Mechanismus das antreibende Kettenrad 101 inte griert an den Pedalen befestigt ist und der Radius (11-13 cm) groß und das Gewicht hoch ist, und viel physische Kraft beim Treten der Pedale verbraucht wurde und es nicht möglich war, über lange Zeit zu fahren oder sich bei hoher Geschwindigkeit fortzubewegen oder eine hohe Steigung zu bewältigen, nunmehr ist das Kettenrad 8 der vorliegenden Erfindung von der Antriebswelle getrennt und der Radius des Kettenrades ist wesentlich verringert, so daß sich auch das Gewicht verringert, besonders wegen des Verhältnisses der Länge des Radius zu den Antriebsarmen (z.B. etwa 1:4) und somit ist schnelles Fahren über eine lange Zeit bei ge ringer Kraft möglich, und wenn ein Wechsel zu einem An triebskettenrad 8, 8 a mit kleinerer Zähnezahl vorgenommen wird, ist es auch möglich, leicht eine steile Straße hinauf zufahren.

Zusätzlich wird in den Fig. 5 bis 6 und 8 gezeigt, daß die erfindungsgemäße Planetengetriebevorrichtung 14 an der Hinterradwelle 9 angeordnet ist, in diesem Fall ist ein Kettenrad 13 kleineren Durchmessers integriert mit der An triebswelle 3 ausgeführt und wird gemäß der Drehung der Antriebswelle 3 durch Drehen der Antriebsarme 2 gedreht und diese Drehkraft wird auf ein Kettenrad 11 der Hinter radachse 9 über die Kette übertragen, damit wird ein Trä ger 1 gedreht und so entspricht das Arbeitsprinzip nun mehr dem der Beschreibung der obigen Ausgestaltung. Die jetzt erhaltene Antriebskraft wird auf eine Nabe 10 über tragen, die integriert mit dem Sonnenrad 7 ausgeführt ist und damit wird der Zahnkranz des Hinterrades des Fahrrades gedreht, der integriert mit der Nabe 10 ausgeführt wird, und das Fahrrad wird nach vorn bewegt, wie in Fig. 8 darge stellt, da der Radius des Kettenrades 13, welches inte griert mit der Antriebswelle 3 angeordnet ist, gegenüber dem in Fig. 7 verringert ist, und demgemäß wird nicht nur sein Gewicht reduziert, sondern auch das Verhältnis des Radius zur Länge des Antriebsarmes 2 wird größer, so daß der Vorteil besteht, daß der vorher beschriebene Effekt mit noch weiter verringerter Kraft erreicht werden kann.

Wenn auf der anderen Seite die Planetengetriebevorrichtung 14 nach der vorliegenden Erfindung sowohl in der Antriebs welle 3 als auch in der Hinterradwelle 9 angeordnet ist, statt nur in einem von den beiden, kann der oben beschrie bene Effekt doppelt erreicht werden, wenn auch die Montage kosten ein wenig ansteigen. Demzufolge kann ein noch höhe res Übersetzungsverhältnis mit noch geringerer Kraft er reicht werden.

Wie oben beschrieben, ist die vorliegende Erfindung so ausgeführt, daß die Antriebswelle 3, die über den Antriebs arm 2 angetrieben wird, entweder direkt den scheibenförmi gen Träger 1 an der Antriebswelle antreibt oder den schei benförmigen Träger 1 an der Hinterradwelle 9 über ein Kettenrad 13 von kleinerem Durchmesser, ein Kettenrad 11 und eine Hinterradwelle 9 antreibt, und die drehbar auf dem Träger 1 befestigten Planetenritzel 4 das mit ihnen kämmende Sonnenrad 7 antreiben, welches mittig angeordnet ist, wobei die Planetenritzel die Drehkraft durch Drehen mit dem Träger 1 sowie durch Eigendrehung durch Kämmen mit dem Innenzahnrad 5 des Gehäuses 6 erhalten, welches an dem Fahrradkörper befestigt ist, wobei dann entweder die An triebskraft auf die Hinterradwelle über ein Kettenrad 8 übertragen wird, welches integriert mit dem Sonnenrad 7 be festigt ist, oder das Hinterrad über eine Nabe 10 antreibt, welche integriert mit diesem Sonnenrad 7 ausgebildet ist, wodurch sich die Wirkungen ergeben, daß Hochgeschwindig keitsfahren und Bewältigen von steilen Straßen mit wenig Kraft gegenüber einer herkömmlichen Schaltgetriebevorrich tung ausgeführt werden können und daß, da die Konstruktion relativ einfach ist, die Herstellkosten gering sind und keine Schwierigkeiten vorliegen.

Claims

1. Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad, gekennzeichnet durch eine Planetengetriebevorrichtung (14), die einen schei benförmigen Träger (1) aufweist, einige Planetenritzel (4), eine Innenverzahnung (5) eines Gehäuses (6) und ein mittig dazu angeordnetes Sonnenrad (7), wobei eine An triebswelle (3), die mit Antriebsarmen (2) verbunden ist, integriert mit dem Träger (1) der Planetengetrie bevorrichtung (14) ausgebildet ist, wobei das Sonnen rad (7) der Plantengetriebevorrichtung (14) integriert mit einem Antriebskettenrad (8) ausgebildet ist.

2. Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß ein Träger (1) der Planeten getriebevorrichtung (14) integriert mit einer Hinterrad welle (9) verbunden ist, die integriert an einem Ket tenrad (11) befestigt ist und das Sonnenrad (7) der Pla netengetriebevorrichtung (14) integriert mit einer Nabe (10) ausgebildet ist.

3. Antriebsvorrichtung für ein Fahrrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (1) der Pla netengetriebevorrichtungen (14) jeweils an der Antriebs welle (3) und auch an der Hinterradwelle (9) angeordnet sind, die Sonnenräder (7) der Planetengetriebevorrich tung (14) jeweils integriert mit dem Antriebskettenrad (8) der Antriebswelle (3) und der Nabe (10) der Hinter radwelle (9) ausgebildet sind.