Die Erfindung betrifft eine Konstruktion zur Verdoppelung der Hublänge und der Geschwindigkeit einer geradlinigen alternierenden (hin- und hergehenden) Bewegung. Diese Konstruktion ist besonders vorteilhaft für Antrieb der durch menschliche Muskelkraft, in erster Linie durch alternierende Fußbewegung (Pedaltreten) betätigten Fahrzeuge bzw. Sport¬ geräte, wie z.B. von Fahrräder oder Wassertreter

Bei den herkömmlichen Fahrrädern stellt das durch Treten in die Pedale hervorgerufene Drehmoment eine veränderliche Größe dar, die im unteren und oberen Totpunkt auf Null zurückgeht. Von dem auf die Hauptachse der Pedale aufgekeilten Kettenrad wird das Drehmoment durch eine Kette auf ein oder mehrere, auf die Radnabe des Hinterrades angebrachte Kettenräder übertragen. Im Falle mehrerer

Kettenräder kann die Frequenz der alternierenden Fußbewegung mit Hilfe einer Gangschaltvorrichtung an die Geländeverhältnisse angepaßt werden. Bei diesen Konstruktionen wird die durch die Fußbewegung ausgeübte Kraft unmittelbar in eine Antriebskraft umgewandelt, die der ausgeübten Kraft proportional ist. Das Ziel der mit Muskelkraft getriebenen Fahrzeuge besteht darin bei Einsatz einer bestimmter Kraft die größtmögliche Geschwindigkeit zu

erreichen, d.h. die ausgeübte Kraft so effektiv als möglich zum Zurücklegen der längstmöglichen Strecke auszunutzen.

Aus der Physik ist der Grundsatz für ein aus einer ortsfesten Rolle und einer losen Rolle bestehenden System (Flaschenzug) bekannt, daß in einem solchen System zur Bewegung einer Last eine der Hälfte der Last entsprechende Kraft notwendig ist. Die Weiterführung dieses Lehrsatzes

10 führt zu der Erkenntnis, daß in einem solchen System durch den Einsatz einer bestimmten Kraft auf die lose Rolle eine doppelte Hublänge bzw. dadurch eine doppelte Geschwindigkeit erzielt werden kann.

5 Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Konstruk¬ tion, bei der durch die Verdoppelung der Hublänge und der Geschwindigkeit der geradlinigen alternierenden Bewegung eine effektivere Kraftverwertung, insbesondere eine größere Geschwindigkeit der mit Hilfe von Fußpedalen angetriebenen

20 Fahrzeuge bzw. Sportgeräte ermöglicht wird.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Konstruktion gelöst, die aus zwei ortsfesten Umlenkrädem, zwei zwischen diesen angeordneten, miteinander fest

~- ^J verbundenen beweglichen Umlenkrädem sowie einem am Umfang der Umlenkräder geführten, an seinen beiden Enden jeweils zu einem Fixpunkt befestigten Zugelement besteht, das zunächst um das eine bewegliche Umlenkrad, im weiteren um das eine ortsfeste Umlenkrad, dann um das andere ortsfeste

-" - ^■ Umlenkrad und schließlich um das andere bewegliche Umlenkrad geführt ist.

Für eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist es kennzeichnend, daß das ortsfeste Umlenkrad in Form einer Festrolle, das bewegliche Umlenkrad in Form einer losen Rolle, während das Zugelement in Form eines Seiles

ausgebildet ist.

Die oben beschriebene Konstruktion ist zur Betätigung eines Wassertreters derart zu ergänzen, daß den miteinander verbundenen losen Rollen ein Fußpedal zugeordnet ist, während am unteren, angetriebenen Strang des Seiles mindestem eine Antriebsschaufel angebracht ist.

Es ist zweckmäßig, wenn die Antriebsschaufel in eine

10 Richtung schwenkbar angebracht ist.

Für eine andere grundsätzliche Ausführungsform der Erfindung ist es kennzeichnend, daß die Umlenkräder Kettenräder sind und das Zugelement aus einer Kette besteht.

15

Zum Antreiben eines Fahrrades ist diese Ausführungsform derart zu erweitern, daß die Kette zwischen den beiden ortsfesten Kettenrädern zusätzlich noch um ein weiteres ortsfestes Kettenrad geführt ist, das mit einem Kettenrad

20 kleineren Durchmessers koaxial und drehfest verbunden ist, und dieses Kettenrad kleineren Durchmessers über eine weitere Kette mit einem an der Nabe des Hinterrades befestigten, in die eine Richtung freilaufenden Kettenrad verbunden ist, wobei den miteinander verbundenen beweglichen ² 5 Kettenrädern ein Fußpedal zugeordnet ist.

Hinsichtlich der praktischen Anwendung ist es unbedingt vorteilhaft, wenn die Konstruktion in gleicher Ausführung an beiden Seiten des Fahrradrahmens angebracht ist und diese ~ ^> ~- beiden Antriebseinheiten voneinander unabhängig betätigbar sind.

Die Erfindung wird ausführlicher anhand von Ausführungs¬ beispielen, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung ^5 erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 den schematischen theoretischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Konstruktion; Fig. 2 die perspektivische Darstellung eines mit einer erfindungsgemäßen Konstruktion ausgerüsteten

Wassertreters; Fig. 3 den Antriebsmechanismus des Wassertreters in Fig. 2 in der Antriebsphase, in einer schematisehen

Seitenansicht; Fig. 4 den Antriebsmechanismus des Wassertreters in Fig. 2 in der Leerlaufphase, in einer schematischen

Seitenansicht; Fig. 5 den schematischen Aufbau eines mit einem herkömmlichen Antriebsmechanismus ausgerüsteten

Fahrrads in Seitenansicht; Fig. 6 die schematische Seitenansicht eines mit einer erfindungsgemäßen Konstruktion als Antriebs¬ mechanismus ausgerüsteten Fahrrads in der Antriebs- phase, während Fig. 7 die schematische Seitenansicht des Fahrrads in Fig. 6 der Leerlaufphase.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht die allgemeinste theoretische Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konstruktion aus zwei ortsfesten, gegebenenfalls als Fest¬ rollen 1, 4 ausgebildeten Umlenkrädem, aus zwei zwischen diesen angeordneten, miteinander fest verbundenen, gegebenenfalls als lose Rollen 2, 3 ausgebildeten Umlenk¬ rädem sowie einem am Umfang der Umlenkräder geführten, an seinen beiden Enden jeweils an einem Fixpunkt A, B be¬ festigten Zugelement, z.B. aus einem Seil 5. Das Seil 5 ist zuerst um die erste lose Rolle 2, dann um die erste Festrolle 1, dann um die zweite Festrolle 4, und schließlich um die zweite lose Rolle 3 geführt.

Aus der Figur ist es gut ersichtlich, daß die miteinander fest verbundenen losen Rollen 2, 3 auf einer Strecke "s"

zwischen den Fixpunkten A und B mit einer Kraft F auf dem oberen Strang des Seiles 5 verschoben.:werden können. Demzu¬ folge verschiebt sich der Punkt K auf dem unteren, "angetriebenen" Strang des Seiles 5 den Gesetzmäßigkeiten der Flaschenzüge entsprechend auf einer Strecke "2s" und somit wird auch seine Geschwindigkeit das Zweifache der Geschwindigkeit der losen Rollen 2, 3 betragen, wobei die Zeit für die Verschiebung auf beiden Strängen gleich ist. Dabei ist die Richtung der Verschiebung der losen Rollen 2, 3 der Verschiebungsrichtung des Punktes K entgegengesetzt und die im unteren Strang des Seiles 5 wirkende Kraft beträgt die Hälfte der auf die losen Rollen 2,3 wirkenden Kraft F.

Die oben erwähnte Verdoppelung des Weges (der "Hublänge ¹¹ ) und der Geschwindigkeit der Verschiebung auf einem beliebigen Punkt des unteren (zwischen den Festrollen 1 und 4 befindlichen) Stranges des Seiles 5 kann zweckmäßigerweise beim Entwurf der durch Muskelkraft, insbesondere durch alternierende Fußbewegung angetriebenen Fahrzeuge bzw. Sportgeräte ausgenutzt werden.

Die erfindungsgemäße Konstruktion kann z.B. sehr vorteilhaft als Antriebsmechanismus eines Wassertreters verwendet werden, wie es in den Figuren 2 bis 4 dargestellt ist. Dieser Antriebsmechanismus stimmt im wesentlichen mit der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion überein, lediglich mit der Ergänzung, daß den losen Rollen 2, 3 ein Fußpedal 7 zugeordnet ist. Am unteren Strang des Seiles ist über ein Scharnier 8 mindestens eine Antriebsschaufel 6 angebracht.

Es ist offensichtlich, daß ein Wassertreter gemäß Fig. 2 zweckmäßigerweise mit zwei symmetrisch angeordneten erfindungsgemäßen Konstruktionen ausgerüstet ist, die vorteilhafterweise durch die beiden Füße im Vergleich zueinander jeweils in einer entgegengesetzen Phase, konti-

nuierlich betätigt werden, damit die Bewegung des Wasser¬ treters möglichst gleichmäßig wird.

Die Antriebsschaufel 6 kann um das Scharnier in eine Richtung verschwenkt werden und zwar so, daß die Kraft¬ übertragung in das Wasser nur in der Antriebsrichtung wirkt. Wenn der Sportler mit seinen Füßen eine schiebende Wirkung auf das Fußpedal 7 ausübt, was mit Rücksicht auf die Gegebenheiten der menschlichen Anatomie die größtmögliche Kraftausübung ermöglicht, tritt dieser Effekt ein.

Fig. 3 und 4 veranschaulichen die beiden Phasen des Antriebs bei der oben beschriebenen Konstruktionsausführung.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Antriebsphase ist ersichtlich, daß sich das Fußpedal 7 vom Fixpunkt B nach Fixpunkt A bewegt und dementsprechend bewegt sich auch die Antriebsschaufei 6 von der vorderen Festrolle 1 in Richtung der hinteren Festrolle 4, wobei sie vertikal starr nach unten hinaus ausragend eine Schiebekraft ausübt.

In der in Fig. 4 dargestellten Leerlaufphase bewegt sich das Fußpedal 7 vom Fixpunkt A in Richtung des Fixpunktes B, demzufolge bewegt sich die Antriebsschaufel 6 von der hinteren Festrolle 4 in Richtung der vorderen Festrolle 1, also der Antriebsrichtung entgegengesetzt, wobei sie um das Scharnier 8 nach hinten geschwenkt unwirksam wird und prak¬ tisch ohne Widerstand verschoben werden kann.

Eine andere praktische Einsatzmöglichkeit des Erfindungs¬ gedankens bedeutet eine spezielle Ausführungsform eines Fahrrads.

Zum Vergleich ist in Fig. 5 ein Fahrrad herkömmlichen Aufbaus dargestellt, mit einem Vorderrad 9, einem Hinterrad 10, einem mit Fußpedalen 11 ausgerüsteten Kettenrad 12,

einem weiteren, an der Nabe des Hinterrades 10 angebrachten Kettenrad 13 sowie einer um die Kettenräder 12 und 13 geführten Kette 14.,

In diesem Fall hat das während des Tretens der Pedale entstehende Drehmoment einen veränderlichen Wert: in den Totpunkten ist es Null, während das Maximum M _ma χ des Drehmomentes, das zwischen den beiden Totpunkten erreicht wird, ist gleich dem Produkt der ausgeübten maximalen Kraft

10 ^F max ^unc -~ ^er Länge 1 der Fußpedalarme. Während einer Halbumdrehung des Kettenrades 12 beträgt der durchschnitt¬ liche Wert des Drehmomentes M ₍ j=0,63 x M _max .

Bei dem in Fig.6 dargestellten erfindungsgemäßen Fahrrad ^• ' ^■• ' sind an die Nabe des Hinterrades 10 beiderseits solche

Kettenräder 20 angebracht, die in der Antriebsphase auf das Hinterrad 10 wirksam sind, während sie in der Leerlaufphase freilaufen. Die beiden Kettenräder 20 können unabhängig voneinander betätigt werden. Diese Kettenräder 20 sind über 0 Ketten 14 mit den Kettenrädern 12 verbunden, die auf den früher die Fußpedale 11 aufnehmenden Halbwellen 22 gelagert sind. Neben den Kettenrädern 12 sind auf den Halbwellen 22 Kettenräder 19 größeren Durchmessers d gelagert, die mit den Kettenrädern 12 drehfest verbunden sind und über Ketten 21 5 mit Bewegungsmechanismen in Funktionsverbindung stehen, die gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prinzip aufgebaut sind. Diese Bewegungsmechanismen, die beiderseits des Fahrradrah¬ mens hinter dem Lenker vertikal angeordnet sind, bestehen jeweils aus zwei als Umlenkräder funktionierenden ortsfesten 0 Kettenrädern 15, 18 und aus zwei miteinander fest verbundenen beweglichen Kettenrädern 16, 17, wobei die beiden Enden der Kette 21 an zwei am Fahrradrahmen befindlichen Fixpunkten A und B befestigt sind, und die Kette 21 zwischen den beiden Fixpunkten A und B zunächst um 5 das bewegliche Kettenrad 16, dann um das ortsfeste Kettenrad 15, nun um das Kettenrad 19, weiterhin um das ortsfeste

Kettenrad 18, schließlich um das bewegliche Kettenrad 17 geführt ist. Den beweglichen Kettenrädern 16, 17 sind zweckmäßigerweise über einen Rahmen Fußpedale 11 zugeordnet.

In Fig. 6 ist die Antriebsphase des erfindungsgemäßen Fahrrades dargestellt. In dieser Phase wird das Fußpedal 11 nach unten bewegt, wobei die Drehrichtung der Kettenräder 12, 19 und 20 bzw. der Ketten 14 und 21 mit der Drehrichtung des Vorderrades 9 bzw. des Hinterrades 10 übereinstimmt, d.h. der Antrieb ist wirksam.

In der in Fig. 7 dargestellten Leerlaufphase wird das Fu߬ pedal 11 nach oben bewegt. In diesem Fall ist die Drehrichtung der Kettenräder 12, 19, 20 und die der Ketten 14, 21 der Drehrichtung des Vorderrades 9 bzw. des Hinterrades 19 entgegengesetzt. Demzufolge ist der Antrieb unwirksam und, funktioniert also als Freilauf .

Durch Berechnungen kann es eindeutig nachgewiesen werden, daß durch die Anwendung der erfindungsgemäßen Konstruktion, die durch geradlinig alternierende Pedalbetätigung angetriebenen Fahrräder während einer Hublänge eine längere Strecke zurücklegen als die Fahrräder mit einem herkömmlichen Antriebsmechanismus, bezogen auf eine halbe Umdrehung der Pedale.

Durch Anwendung des erfindungsgemäßen Grundgedankens ist die Schaffung von zwei grundsätzlich neuen und wirkungsvollen Sportgeräten möglich geworden.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht bei einem Wassertreter darin, daß die erreichbare Geschwindigkeit des Fahrzeuges größer ist als bei ähnlichen, aber mit einem herkömmlichen Schaufelradantrieb ausgerüsteten Wasser¬ fahrzeugen.

Bei einem erfindungsgemäß gestalteten Fahrrad kann man neben der größeren erreichbaren Geschwindigkeit noch den Vorteil verzeichnen, daß das wirksame Drehmoment während der gesamten Antriebsphase konstant ist. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Kraftausübung Weiterhin ist im Vergleich zu einem herkömmlich angetriebenen Fahrrad bei gleicher Geschwindigketi eine niedrigere Frequenz der Pedalbetätigung erforderlich.