GEARING

Abstract: In a gearing for muscle-driven vehicles or apparatuses for converting a to-and-fro movement into a rotation of constant direction by means of two freewheels (18, 20) driven alternatingly in opposite directions and acting in the same direction on a shaft (12), at least one additional freewheel (31) is provided, which although acting in the opposite direction is driven simultaneously. A coupling arrangement (23, 24, 33, 34) causes either the codirectional freewheels (18, 20) for the forward movement to act on the shaft (12), the counterdirectional freewheels (31) for the reverse movement to act on the shaft (12), or, in the idling mode, none of the freewheels (18, 20, 31) to act on the shaft (12). <IMAGE>

Description: Getriebe Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe fUr muskelbetriebene Fahrzeuge oder Geräte zur Umwandlung hin- und hergehender Bewegung in Drehbewegung konstanten Drehsinnes mittels zweier gegenläufig alternierend angetriebener und gleichsinnig auf eine Welle wirkender Freiläufe. Um eine hin- und hergehende Bewegung in eine Drehbewegung konstanten Drehsinns umzuwandeln, sind aus EP-OS 0 004 205 und US-PS 3 301 574 Getriebe mit Rückwärtsgang bekannt, die mit richtungsumkehrbaren Richtgesperren arbeiten. Diese Getriebe besitzen jedoch den Nachteil, dass sie nur eine der beiden Antriebsbewegungen für die Drehbewegung des Antriebs ausnutzen und jeweils einen Leerhub in Kauf nehmen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein möglichst kleines, leichtes Getriebe der genannten Gattung zu schaffen, bei dem die Bewegungsrichtung wahlweise in eine hin- und hergehende Bewegung umgesetzt werden soll, ohne einen Leerlauf überbrücken zu müssen. Diese Aufgabe wird bei einem Getriebe gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruches dadurch gelöst, dass mindestens ein weiterer Freilauf, jedoch gegensinnig wirkend, zugleich angetrieben wird, wobei eine Kupplungseinrichtung entweder die gleichsinnigen Freiläufe für den Vorwärtsgang, die gegensinnigen Freiläufe für den Rückwärtsgang oder im Leerlauf keinen der Freiläufe auf die Welle wirken lässt. Es ist bevorzugt, neben den beiden Freiläufen gleichen Drehsinns, die dem Vorwärtsgang dienen, noch mindestens einen weiteren Freilauf anzuordnen, der einen gegenläufigen Drehsinn hat. Alle Freiläufe wirken nicht direkt auf die Antriebswelle, sondern die beiden Freiläufe gleichen Drehsinns wirken auf einen für den Vorwärtsgang bestimmten Innenring und der gegenläufige Freilauf wirkt auf einen für den Rückwärtsgang als Rückwärtshülse ausgebildeten Innenring ein. Beide Innenringe können mittels Schaltverzahnungen wahlweise mit einer Hohlwelle als Antriebswelle gekoppelt sein oder im Leerlauf ungekoppelt mit der Hohlwelle bleiben. Es ist weiter bevorzugt, den Antriebshebel des Getriebes über einen offenen und einen gekreuzten Seiltrieb auf die Freiläufe zu verbinden, um diese stets gegenläufig zueinander anzutreiben. Weiterhin kann der Antriebshebel durch Verschieben zu seinem Drehpunkt hin zur Bremsbetätigung und durch Drehen um seine Längsachse zur Lenkung ausgenutzt werden. Auch wird durch eine Verbindung der Schalt-stange und der Lenkstange dafür gesorgt, dass im Vor- und Rückwärtsgang die Zwangslenkung und im Leerlauf die Selbstlenkung des muskelbetriebenen Fahrzeugs wirksam wird. Weiter bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Anspruchen enthalten. Der Schutzumfang erstreckt sich nicht nur auf die beanspruchten Einzelmerkmale, sondern auch auf deren Kombination. Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispi#l der Erfindung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1 einen senkrechten Halbschnitt des Getriebes mit Radnabe und Freiläufen; Fig.2 eine Seitenansicht des Antriebshebels mit Verbindung zum Getriebe; Fig.3 eine schematische Seitenansicht der Schalt stange in Leerlaufstellung mit freigegebenem Lenkrad; Fig.4 eine Draufsicht der Verbindung zwischen Lenkstange und Lenkradgabel und Fig.5 eine schematische Seitenansicht der Schalt stange mit in die Lenkradgabel eingerasteter Lenkstange. Ein Getriebe 10 ist auf einer Steckachse 11 eines Fahrzeuges, beispielsweise eines Rollstuhles, mittels Wälzlagern 13, 14 auf einer Hohlwelle 12 drehbar gelagert. An dieser Hohlwelle 12 ist eine Radnabe 15 durch Schrauben 16 o.dgl. befestigt, wobei an der Radnabe 15 in üblicher Weise die Speichen (nicht dargestellt) für eine Radfelge 17 eines muskelbetriebenen Fahrzeuges, wie Rollstuhl o.dgl., befestigt sind. Die Radnabe 15 stellt das Abtriebsglied des hier beschriebenen Getriebes 10 dar. Innerhalb der Radnabe 15 befindet sich ein erster Freilauf 18, der durch ein Rad, beispielsweise ein Seilrad 19, angetrieben wird. Daneben ist ein zweiter Freilauf 20 angeordnet, der durch ein zweites Seilrad 21 angetrieben ist. Die Freiläufe 18, 20, sind mit gleichem Drehsinn wirkend montiert, während die beiden Seilräder 19, 21 gegenläufig oszillierend angetrieben werden und für die Vorwärtsbewegung der Radnabe 15 vorgesehen sind. Die Funktion des schaltbaren Leerlaufs wird dadurch erreicht, dass die beiden Freiläufe 18, 20 nicht unmittelbar auf die Welle 12, sondern auf einen Innenring 22 wirken, der als Vorwärtshülse ausgebildet ist. In der in Fig.1 dargestellten Position kann sich die Vorwärtshülse 22 auf der Welle 12 drehen, ohne dieselbe mit zunehmen. Sie befindet sich somit in Leerlaufstellung. Für die Mitnahme der Hohlwelle 23 durch die Vorwärtshülse 22 dienen Kupplungselemente, z.B. die Innenverzahnung 23 der Vorwärtshülse 22, die in eine Aussenverzahnung 24 der Welle 12 eingreift, wenn die Vorwärtshülse 22 nach rechts verschoben wird. Dieses kann bewirkt werden durch Drehen einer Schalthülse 25 auf der Steckachse 11, da sie auf ihrem Umfang drei oder mehr radial schräg verlaufende Schlitze 26 besitzt, in denen Kugeln 27 laufen, die aussen in der Ringnut 28 der Vor wärtshülse 22 und innen in Längsschlitzen 29 der Steckachse 11 geführt sind. Die Drehung der Schalthülse 25 kann durch die Schaltstange 30 bewirkt werden. Zur Realisierung des Rückwärtsganges steckt in dem Seilrad 21 ausser dem Freilauf 20 noch ein weiterer Freilauf 31, der mit gegenläufigem Drehsinn gegenüber dem Freilauf 20 in dem Seilrad 21 montiert ist. Dieser Freilauf 31 wirkt auf die RückwärtshUlse 32, die sich in der in Fig.1 dargestellten Leerlaufstellung befindet und sich frei auf der Hohlwelle 12 drehen kann. Bei axialer Verschiebung der Rückwärtshülse 32 nach links greift jedoch ihre Innenverzahnung 33 in eine Aussenverzahnung 34 der Hohlwelle 12 ein, wodurch der Freilauf 31 die Hohlwelle 12 drehen kann, und zwar mit rückwärtigem Drehsinn. Der in die Rückwärtshülse 32 fest eingepresste Haltering 35 sorgt im Zusammenwirken mit einem fest in die Vorwärtshülse 22 (Innenring) eingepressten Flanschring 36 dafür, dass eine Rückwärtshülse 32 an der Axialverschiebung der Vorwärtshülse 22 teilnehmen, aber sich unabhängig von ihr drehen kann. Bei der axialen Verschiebung nach rechts (Vorwärtsgang) gerät die Rückwäftshülse 32 etwaSin den ¯falschen" Freilauf 20. Dem wird durch eine Fase 37 der Rückwärtshülse 32 abgeholfen. Xhnliches gilt für eine Fase 38 der Vorwärtshülse 22. Der Rückwärtsgang, der durch den Freilauf 31 vorgesehen ist, ist nur einfachwirkend ausgebildet, der nur im Zugoder Druckhub eines Antriebshebels 39, siehe Fig.2, wirksam ist. Dieses ist angesichts der seltenerenBenutzung des Rückwärtsganges ausreichend. Für einen doppeltwirkenden Rückwärtsgang müsste ein ein weiterer vierter Freilauf in das Seilrad 19 eingesetzt werden. Wie Fig.1 zeigt, ist der doppeltwirkende Vorwärtsgang, der einfachwirkende Rückwärtsgang und der Leerlauf einschliesslich des Schaltmechanismus sehr klein in den Abmessungen und damit gewichtssparend in der Radnabe 15 untergebracht. Die im wesentlichen aus der Breite der drei Freiläufe 18, 20, 31 resultierende Breite des Getriebes 10 führt zu einem Flanschabstand der Radnabe 15, der demjenigen üblicher Radfelgen 17 von muskelbetriehenen Fahrzeugen entspricht. Nach dem eingangs geschilderten Getriebeprinzip müssen die Seilräder 19, 21 stets gegenläuag oszillierend angetrieben werden. Würden sie in Zahnrädern enden, könnten sie mit einer Doppelzahnstange angetrieben werden. Würden sie in Hebeln enden, könnten sie mit je einer Schubstange angetrieben werden. Auch Zahnrad-, Kettenoder Riementriebe sind möglich. Noch leichter, platzsparender und kostengünstiger sind Seiltriebe, wie sie in Fig.2 dargestellt sind. Während das eine Seilrad 19 als Umschlingungstrieb mit einem grösseren Teilkreisrad 40 verbunden ist, wirkt das davor liegende Seilrad 21 mit gekreuztem Umschlingungstrieb auf das grösser ausgebildete Teilkreisrad 40 ein. Hierdurch drehen sich die Seilräder 19, 21 mit jeder hin- und hergehenden Bewegung des grösseren Teilkreisrades 40 stets gegenläufg zueinander. Die für den jeweiligen Anwendungsfall, z.B. Rollstuhlantrieb, zweckmässige Grundübersetzung wird durch das Durchmesserverhältnis der kleinen Seilräder 19, 21 zum grösseren Teilkreisrad 40 herausgestellt. Andere Ubersetzungen lassen sich leicht durch andere Durchmesser des Teilkreisrades 40 realisieren, und zwar ohne Eingriff in das Getriebe 10 nach Fig.1. Da alle Seilräder 19, 21, 40 nur oszillierende Bewegungen machen, sind die Enden der Seile 41, 41a, 42, 42a formschlüssig am Teilkreisrad 40 und an den Seilrädern 19, 21 befestigt. Am grösseren Teilkreisrad 40 ist eine rohrförmige Antriebshülse 43 befestigt, in der ein Antriebshebel 39 mit Handgriff 44 herausziehbar lagert. Abgefederte Kugeln 45 im Antriebshebel 39 können in Verbindung mit Löchern 46 in der Antriebshülse 35 für eine bestimmte Hebellänge sorgen und sozusagen den 1., 2. und 3.Gang markieren. Unter der Voraussetzung konstanter Bogenlänge und Betätigungsfrequenz am Antriebshebel 39 stellt dieses Andern der Hebellänge eine echte Gangschaltung dar, nämlich bei längerem Hebel ein grösseres Drehmoment bei kleinerer Geschwindigkeit. Wegen des genannten Durchmesserverhältnisses der Seilräder 19, 21 sowie des Teilkreisrades 40 und wegen des Mindestkrümmungsradius der Seile 41, 41a, 42, 42a liegt der Drehpunkt 47 des Teilkreisrades 40 in der Nähe der Radfelge 17, die mit der Radnabe 15 durch Speichen verbunden ist und sich somit um die Steckachse 11 dreht. Dieser Umstand wird in der weiteren Ausgestaltung des Getriebes genutzt, um mit dem Handgriff 46 eine Bremse zu betätigen, die unabhängig von der Winkelstellung des Teilkreisrades 40 und ihres Antriebshebel 39 ist. Dies wird dadurch erreicht, dass sich die Spitze des Bremshebels 48 in der Nähe des Drehpunktes 47 des Teilkreisrades 40 befindet und durch Verschieben des Antriebshebels 39 mit seiner Stirnfläche 49 so um die Achse 50 verdreht werden kann, dass der Bremsbelag durch Herunterdrücken des Handgriffs 44 mit mehr oder weniger Kraft an die Radfelge 17 gedrückt werden kann. Hierbei erfolgt ein radialer Druck auf die Radfelge 17. Mit grösserem Aufwand lässt sich statt dessen auch ein axialer Druck auf die Radfelge 17 realisieren. Eine weitere Vervollkommnung des Getriebes bezieht sich auf die Betätigung der Schalthülse 25 durch die Schaltstange 30. Da bei der in Fig.1 dargestellten Bauart Synchronisationsmittel für die Verzahnungen 23, 24 sowie 33, 34 fehlen, können beim Schalten deren Stirnseiten voreinanderstossen, so dass kein Eingriff stattfindet. Bei langsamer Relativbewegung der Verzahnungen müsste mit Gefühl geschaltet werden, um die Zähne in die Zahnlücken gelangen zu lassen. Vorteilhafter ist eine Vorwahl der Gänge mittels eines Kippschalters, der in Fig.3 und 5 dargestellt ist. In Fig.3 steht die Schalthülse 25 in Leerlaufstellung. Zur bequemen Betätigung ist die Schaltstange 30 mit einem Kugelgriff 52 ausgestattet. In einem Gelenk 53 an der Schaltstange 30 ist ein Kipphebel 54 und eine Druckfeder gelagert, die ihrerseits an dem ortsfesten Dreh punktçn 56 sich abstützt. Da in Fig.3 die Wirkungslinien des Kipphebels 54 und der Druckfeder 55 fluchten, befindet sich das System in metastabilem Gleichgewicht. Nach leichtem Ziehen am Kugelgriff 52 nach links, siehe Fig.5, drückt die Druckfeder 55 weiter nach links und zieht den Kipphebel 54, die Schaltstange 30 und die Schalthülse 25 mit sich. Wenn hierbei die Verzahnungen 23, 24 voreinanderstossen, wird zwar die in Fig.5 skizzierte Position nicht gleich erreicht, aber nach geringer Relativbewegung der Verzahnungen 23, 24 kommt diese in Eingriff unter dem Einfluss der Druckfeder 55 selbsttätig zustande, ohne dass der Kugelgriff 52 nachbetätigt werden müsste. Ahnlich funktioniert auch die Vorwahl des Rückwärtsganges: Durch Drücken des Kugelgriffes 52 über die in Fig.3 dargestellte Position nach rechts schnappt die Druckfeder 55 weiter nach rechts, so dass die Schalthülse 25 über die Schaltstange 30 in Rückwärtspostion gedrückt wird. Auch hierbei kommt der Eingriff der Verzahnungen 33, 34 selbsttätig zustande. Eine zu sätzliche Sicherung des metastabilen Gleichgewichts für die Leerlaufstellung nach Fig.3 kann z.B. durch eine Blattfeder 57 erfolgen. Wenn das hier beschriebene Getriebe 10 für einen normalen Rollstuhl verwendet wird, dann dient die in Fig.3 skizzierte Leerlaufstellung dazu, dass dieser Rollstuhl wie üblich mittels seiner Greifreifen gefahren werden kann, weil das Getriebe 10 wegen fehlenden Zahneingriffs abgeschaltet ist. Der Antriebshebel 39 kann hierbei in eine die Greifreifenbetätigung nicht störende Position geschwenkt werden. Das Fahren mittels Greifreifen eignet sich besonders für das Fahren im Zimmer und auf engem Raum. Hierbei können sich die Lenkräder des Rollstuhls selbsttätig um 3600 drehen. Für das Fahren im Freien ist aber der Rollstuhlantrieb über Handhebel wesentlich geeigneter. Bei zu befahrenden Strecken, die quer zur Fahrtrichtung geneigt sind, kann jedoch die Lenkung problematisch sein. Die Lenkräder, die sich dann talabwärts einstellen, werden vorteilhafterweise über die Antriebshülse 43 zwangsgelenkt, die an dem grösseren Teilkreisrad 40 um die Längsachse 58 drehbar befestigt ist, siehe Fig.2. Durch den an der Antriebshülse 43 in Höhe des Drehpunktes 47 befestigten Ausleger 59, siehe Fig.4, wird über ein Kugelgelenk 60 und eine Lenkstange 61 durch deren Bolzen 62 die Lenkradgabel 63 um ihre Drehachse 64 gedreht und zwar durch Drehen des Handgriffes 44. Diese Art der Lenkung ist aber nur bei eingeschaltetem Vorwärts- oder Rückwärtsgang wünschenswert. Deshalb kann die Lenkstange 61 von der Lenkradgabel 63 getrennt werden, siehe Fig.3, und zwar bewirkt durch eine z.B. seilartige mechanische Verbindung 65 zwischen der Lenkstange 61 und der Schaltstange 30, indem der Kipphebel 54 die Schaltstange 30 bei Leerlaufstellung in eine höhere Position bringt, wodurch die Lenkstange 61 ebenfalls angehoben wird, so dass sich ihr Bolzen 62 vom Loch 66 der Lenkradgabel 63 trennt. Beim Drücken des Kugelgriffs 52 in den ¯Vor- oder Rückwärtsgang senkt sich die Schaltstange 30 und mit ihr die Lenkstange 61 so, dass ihr Bolzen 62 in das Loch 66 der Lenkradgabel 63 eintauchen kann. Allerdings kann sich die Lenkradgabel 63 um ihre Drehachse 64 gedreht haben, so dass der Bolzen 62 ins Leere taucht. Deshalb ist das bolzenseitige Ende der Lenkradstange 61 durch den Doppelring 67 drehbar um die Drehachse 64 gefesselt und die Lenkradgabel 63 ist mit Schrägen 68 versehen, die zusammen mit der Spitze des Bolzens 62 beim Drehen der Radgabel 63 ein selbsttätiges Einfädeln des Bolzens 62 in das Loch 66 der Radgabel 63 bewirken. Durch diese Kopplung zwischen Schaltstange 30 und Lenkstange 61 wird mit der Vorwahl des Getriebes 10 in den Vor- oder Rückwärtsgang ohne weiteres Zutun die Umschaltung von Selbstlenkung auf Zwangs lenkung und beim Schalten des Getriebes 10 in die Leerlaufstellung die Umschaltung von Zwangslenkung auf Selbstlenkung bewirkt.

Claims: Gear for muscle-operated vehicles or equipment for converting a reciprocating movement in to a rotary movement with a constant rotation direction with two oppositely, alternately drivable freewheels (18,20) acting in the same direction on a shaft, characterized in that at least one third freewheel (31), which is constructed so as to act in the opposite direction to the first two freewheels (18,20) is driven at the same time as the latter, and that by means of a coupling mechanism (23,24,33,34) either the freewheels (18,20) rotating in the same direction for the forward gear, or the third contrarotating freewheel (31) for the reverse gear or, when idling, none of the three freewheels (18,20,31) can be brought into driving connection with the shaft (12). Gear according to claim 1, characterized in that on the shaft (12), the third freewheel (31) for the reverse gear is associated via a tooth system (33,34) with the two oppositely driven freewheels (18,20) and the tooth system (33,34) of the third freewheel (31) and the tooth systems, (23,24) of the first tooth freewheels (18,20), via a gearshift bush (25), are constructed in controllable manner by means of a gear shift bar. Gear according to claims 1 or 2, characterized in that the first two freewheels (18,20) are mounted on an inner ring (22) and can be driven in opposite directions via a first cable wheel (19) and a second cable wheel (21) by means of a first cable (41,41a) or a second cable (42,42a), which are connected by means of a pitch circle wheel (40) and that, in axial manner with respect to the shaft (12), a reverse bush (32) is associated with the inner ring (22). Gear according to cliam 3, characterized in that the reverse bush (32) located in the third freewheel (31) is provided with internal tooth systems (33), which can be engaged with external tooth systems (34) of the shaft (12) for driving a wheel hub (15) are are drivable via the second cable wheel (21). Gear according to claims 3 or 4, characterized in that the inner ring (22) has an internal tooth system (23), which can be connected to an external tooth system (24) of the shaft (12) for driving the wheel hub (15) for the forward movement and idling is possible when all the tooth systems (23,24,33,34) are not engaged. Gear according to one of the claims 3 to 5, characterized in that the first cable wheel (19) is drivable by means of the first cable (41,41a) and the second cable wheel (21) by means of the second crossed cable (42,42a) and the pitch circle wheel (40), that the latter is constructed so as to reciprocate about a fulcrum (47) by means of a driving sleeve (43) fixed thereto and having a driving lever (39) and that the ends of the cables (41,41a,42,42a) are positively fixed to the cable wheels (19,21) and the pitch circle wheel (40). Gear according to one of the claims 2 to 6, characterized in that the locking of the tooth systems (23,24,33,34) is brought about by axial displacement of the inner ring (22) by means of the gear shift bush (25) connected thereto, which has axially sloping slots (26), in each of which is mounted a ball (27), which on the one hand engages and is guided in axially directed longitudinal slots (29) of the floating axle (11) and on the other hand in a circular groove (28) of the inner ring (22). Gear according to claim 7, characterized in that the gear shift bush (25) is connected to the gear shift bar (30) and mounted in rotary manner about the floating axle (11) and by means of the axially sloping slots (26) of the gear shift bush (25), the inner ring (22) is axially displaceable for the locking of the tooth systems (23,24,33,34). Gear according to one of the claims 2 to 8, characterized in that at its end remote from the gear shift bush (25), the gear shift bar (30) has a ball handle (52), in the vicinity of which the gear shift bar (30) is connected by means of a joint (52) to a compression spring (55) and a rocker arm (54) and when the gear (10) is in the idling position the compression spring (55) forms with the rocker arm (54) a vertical axis. Gear according to claim 9, characterized in that the displacement movement of the gear shift bar (30) supports by means of the compression spring (55) the locking of the tooth systems (23,24,33,34) for the forward or reverse gear, the gear shift bar (30) being connected via a connection (65) to a steering rod (61) for detachable connection to a steering wheel fork (63). Gear according to one of the claims 6 to 10, characterized in that, by vertical displacement, by means of the driving lever (39) guided in the driving sleeve (43) a brake lever (48) can be operated and its brake lining (51) acts on a rim (17) of the wheel hub (15) and level with the fulcrum (47) the driving lever (39) has an arm (59), which for rotating the driving lever (39) about its axis (58) pivots the steering rod (61) for fixing with the steering wheel fork (63).

Inventors: SEELIGER, KLAUS, DIPL.-ING.
Applicants: MEYRA WILHELM MEYER GMBH & CO KG
Application year: 1984
Main classification: A61G5
IPC codes: A61G5, B62M1