用于人力驱动的交通工具和器械的传动装置特别是用于自行车的传动装置

摘要

本发明是一个能充分利用人体各部体力的、和能最好地锻炼身体各部肌肉的、为人力水陆空交通工具与/或器械用的人力驱动装置，尤其为自行车。这种装置可由至少任意两个下列驱动部分组成：下肢部、上肢部、坐位部、倚背部和肩部。它们各自的运动由各自的传动部件和飞轮系统传到驱动轴上。多个组成部分各自的运动可通过离合部件相互任意组合和叠加。

说明书

本发明涉及一种用于人力驱动的交通工具和/或器械的传动装置，特别是自行车的传动装置，它属于权利要求1前序部分所述的技术领域。

已经公知了各种各样的设置方案，以便使骑车人的肌肉能力从多方面利用到自行车或类似交通工具的驱动上，进而使驱动效率最佳化。这样，在DE-OS3737294中公开了此类现有技术，其中，脚踏板与一种索链相连接，脚踏运动通过惰转件而传递到后轮上。同时，脚踏板通过两个纵向设置的杆与一个控制件相连接，而该控制件可以绕一根垂直轴而往返摆（转）动。在此方式的基础上还在脚踏驱动构件和手动驱动构件之间安置一个离合器。但是，这个离合器只允许手臂和腿部的驱动运动是同时且同向进行。对于一种相反方向的运动则是不可能的，手臂或者腿部的休息则同样是很少的。此外，骑车人被杆形结构包围起来，这就导致在特别紧急的情况下妨碍下车。还有，脚踏板与操纵控制件的连接方式使控制不便。

在DE-P5  88425中也公开了一种自行车传动装置，其中，驾驶人车座是安置在框架的一个较低点并可在纵方向上摆动，这种摆动运动通过一个链条和飞轮传递到后轮上。为此目的，骑车人被捆在车座上，而手和脚支承在框架上相应的支承件上。通过一种手臂的拉动，则上身和该捆住的车座靠背就向前运动，这就导致车座同样地向前作摆动。在返回摆动时，用腿部的伸展支持这一运动。在这种车座驱动装置中，首先需要的是驾驶人的手臂，而他的腿部的活动空间受到了限制。

在另一个US-PS3979135的车座驱动装置中，该车座在纵向可沿一个弧形轨道滑动。这种车座的往返运动是如此实现的，驾驶人可以支承在固定于框架上的脚踏器上，然后通过腿部和手臂的伸展使车座运动，而手和腿可支承在框架或控制杆上。这种车座通过一条链带和一个飞轮（惰轮）系统与后轮相连接。由于轨道是曲线形的结构，所以驾驶者的体重还会对这一运动有补充作用。

所有这些不同的传动系统具有的缺点是，只有身体的某一部分对于驱动作用是有用的，或者说，在整个身体运动的情况下，所获得的驱动功率与身体某个部分的辛劳是不成比例的。

为此，本发明的任务在于，设置一传动装置，其中，身体各个部分的运动都能够有效地作用，而不会相互之间发生作用相反的不利影响，如果能做到有效地使用它所包括的传动装置的话，就能按此方式使驱动力与身体各部的参与程度成比例增加，并且驾驶人的操作时间明显地延长，此外，驱动运动不会受操纵杆的干扰。

这一任务在本类型的传动装置情况下通过权利要求1特征部分的技术方案加以解决。以这种方式设置一个传动系统，能充分地利用驾驶人具备的主要的肌肉力量，同时，还能够将单一的驱动分力按照要求而相互组合起来。

另外的优选实施方案包括在从属权利要求中。这样，在按照权利要求2的脚动驱动装置情况下，用于脚踏板围绕一根垂直轴作摆动，所以驱动力与驾驶人的重量是无关的。这种脚踏板在水平平面中的园弧形运动能够使腿部肌肉组织得到很好的利用。

按照权利要求3的脚踏传动装置，描绘了一个很好的改型，因为，通过线性的脚踏运动，可以使肌肉力量得到理想的利用。还有的可能性是，将一个脚踏板从相应的绳索上放松，而与另一个脚踏板连紧，以便用此方式，获得一个同向的腿部运动。

按照权利要求4的脚踏传动装置实施方案，允许在该结构条件下的一种配合。

所有的脚踏驱动的改型方案都允许脱离脚踏驱动，这样，脚踏板仅仅起一种支承和短时休息的作用。

权利要求5的手动传动装置能使手和臂进行不同的运动。手和臂例如可以向前和向后运动，并且可以与腿部运动同步进行。而手臂还可以作侧向的张开和合扰运动。但是，控制作用是与手驱动装置无关的。

权利要求5的换向离合器能使手部和脚部即可同向地，也可反向地运动。这个离合器还允许手动传动装置作如此形式的脱离，即手动装置空转。但是，手动装置还可以通过另外的离合器与框架固定连接。

按照权利要求6，操作杆的转换插头具有的优点是，手臂可以在一个垂直的纵向平面内运动，同时，这一运动既可以是同向的，或者可以是反向的。

按照权利要求7的车座驱动装置可以单独地通过腿部的力来操作。由于车座的线性运动所以它是与驾驶者的体重无关，特别是在现有技术中需要驾驶人的离心力，而在此处不再需要了。亦即，在爬坡行驶时，不再可能利用离心力。

权利要求7的靠背驱动装置首先描绘了一个附加的驱动分力，它可以叠加在车座驱动分力上。但是也可以将车座锁固在框架上，以便使它与通常的座鞍相类似，而靠背与车座是相互独立的，同时，靠背可相对该车座位置而移动。此处按照要求在靠背上设置一条带子，同样对于车座也要设置。这样，就能够使，例如，一种残疾的驾驶人，仅仅操作靠背传动装置就可驱动这种车辆。还有的可能方案是，将车座和靠背的运动进行不同的组合，这样，例如，车座向前移动，同时靠背也向前倾斜，同样也可以，在车座返回移动时，而靠背向后倾斜，在这两种情况下，所产生的驱动力都可叠加起来。当然，车座和靠背的相反方向的移动也是可能的。这些运动就能使腹部和背部的肌肉组织得到理想的利用。

按照权利要求8和9的传动装置需要对相应的那些肌肉有一些特别的利用，即这些以经不被强烈地使用的部位。可以使环形把柄与靠背脱离，这些把柄用手，或者紧急时用另外的身体部分来操作。

按照权利要求10的传动装置就能够实现手动驱动装置和脚动驱动装置同步，使该运动很合谐地进行。这样，在现有技术中手和脚踏传动装置间的连接结构的缺点就避免了。

按照权利要求11的绳索可以允许通过缩短传递轴和缩短任何传动机构的结构来减轻重量。

通过权利要求14的结构设置，手动驱动杆可以作为控制件使用。

而且还有的可能方案是，手动驱动杆与框架连接配合时，不产生控制作用。然而这种控制是由安置在前轮叉上的脚踏板实现的。这就意味着，一个驾驶者，不用手就可以控制自行车。

这样通过本发明就设置了一个用于交通工具的人力驱动的传动装置，它可以在各个方面得以应用。通过单个传动分力（手臂，腿部，肩部，臀部和躯干等）的组合作用，就能使人体具备的主要肌肉力量得到最佳的利用。这样，本发明就可以提供一个比现有技术有明显的提高的总功率，而且还能够通过利用仅仅一个驱动分力-即可以单个分力本身，也可以不同分力的组合-使用一定的身体部位，而让其他部位得到休息。因此，驾驶人的驱动时间就可明显地得到延长。

一个另外的可能性在于，例如，对于截臂和截腿的残疾人，只要相应地利用驱动装置的有关部件就可使用自行车或器械，尤其是，控制作用可以根据需要用手或者脚来完成。

本发明传动装置还能使这类残疾人通过相应的部件结构设置按照自己的愿望来使用不同部位的肌肉群。

本传动装置可以应用于不同的交通工具，也可用于水上和空中交通工具。一个另外的应用领域是锻炼身体的各种训练器械。

前面描述的是绳索和链带将不同驱动装置的运动传递至驱动轴上的情况。但是这不是唯一的可能方案，而是人们可以用一般的运动传递措施来实现本发明，例如也可用皮带传动，液压传递机构和其他的传动机构。

下面，借助附图描述本发明的实施例。它表明：

图1：一个传动系统的简图。

图2和3：用于脚踏驱动装置的实施例。

图4和5：用于手动驱动装置的实施例。

图6：一个用于车座和靠背的驱动装置图。

图6′：一个用于车座和靠背驱动装置并能使车座和/或靠背锁住的组合方案。

图7：一个手动驱动装置的改型方案。

图8和9：另外的用于手动和脚踏驱动装置的传动方案。

图10：安置在前轮叉架上的操纵用的和刹车用的脚踏板。

图11：用于操纵传动系统的实施例。

图12：一个对应于图6中空转时的详细图。

图13：一个手动驱动装置连杆的改型方案。

在图1中描述的传动系统包括，一个脚踏驱动板1，一个手动驱动机构2，一个车座和靠背驱动装置3和一个肩部驱动装置4。这些驱动装置可通过一个飞轮系统5，和一个链带或传动带6而传递到传动轴9上。通过前叉8实现操纵。

在图1中描绘的脚踏驱动系统1包括由脚作往返运动的脚踏板1.1，它与一个连杆1.2活节式连接。该杆1.2在其中部1.3所示处可转动地支承在框架上。在杆1.2上离旋转点1.3一定距离处安装了两条拉绳1.4，该绳的另一端则与一个双臂杠杆1.5相连接。这个杠杆1.5可以通过一个离合器1.5a与轴7相连接。离合器1.5可以使踏板1.1与框架11固定连接。另外一个可能是，该离合器1.5可以安置在一个中间位置上，此情况下，踏板可以作无传动地运动（即空踏）。

图5是对图1中手动驱动装置2的放大图，包括两个拉杆2.1L，2.1R，它们在其自由端置有操纵手柄。

作往返运动的手杆2.1R，2.1L，则通过铰链将运动传递到一根横轴2.13上。其铰链轴用2.2和2.10标明。该横轴2.13在其中部可转动地支承在一根轴2.6上。而且轴2.13可以通过一个离合器2.12并借助一个另件2.66与该轴2.6作啮合连接。轴2.6在其下端部置有一个万向接头2.15。在铰轴2.2和2.10上，可使杆2.1R和2.1L分别与杆2.3R和2.3L固定连接。在杆2.3R和2.3L的自由端上分别铰接一个杆2.4R和2.4L。其向内的端部与杆件2.7及2.8铰接，而杆件2.7和2.8的另外端可以彼此固定连接。还有一个离合器2.9将杆件2.8与一个支承轴2.11相连接，该轴2.11置有作用于轴2.6的支承件，并且轴2.6是可转动地支承在框架11上的（转轴为2.14）。

图4表示图5中手动驱动装置的改型方案。其中，与图5的不同点如下：

杆2.3R从图5所示的位置上向内转动，同时，杆件2.7也相对杆件2.8转动如图4所示。杆2.7借助一个在中间连接件2.6a下边的离合器2.5可与轴2.6相连接。以这种方式使另件2.8，2.7和2.6相互固定连接。在这种情况下松开离合器2.9，杆件2.8与支承轴2.11脱离连接，并且，横杆2.13则通过离合器2.12与支承轴2.11相连接。支承轴2.11在水平平面内是不可转动的。由于这种离合器的啮合连接，横杆2.13在此平面内同样是不可转动的。但横杆2.13只可以和支承轴2.11围绕2.14在端平面内转动，这是对于操纵前轮所需要的。在这一组合方案中就能够将两个手所做的合拢（箭头a）和张开（箭头b）运动使用于驱动上（见箭头a′，b′）。

通过离合器7，2a就能使三种不同的由手和脚驱动过程组合起来：

在右边的脚踏板向前运动时，右手的运动在第一位置上与脚踏运动无关，在第二位置时右手的运动朝后，也就是说朝（与脚踏）相反的方向，而在第三位置时，手的运动是（与脚踏）同向的。

在图2中描绘了一个另外的脚踏驱动方案。代替图1中围绕轴1.3做的一个部分园形（也可说近似直线）运动，在图2描绘的方案中，脚可以在一个完全线性的轨道上运动。

在这个实施例中，脚踏板1.1a和1.1b，总是以铰接方式与一个在链带或绳索1.4a上安装的同步件（1.2a，1.2b）连接的，这些同步件（1.2a，1.2b）则沿着直线轨道1.8和1.9运动。而链带1.4a一方面环绕着一个在轴7上可转动地支承的轮1.6，另一方面还环绕着一个在轴1.3上支承的轮子1.7。而轴1.3支承在框架上，并置有第二个轮子1.7b。这个轮子1.7b则通过一个链带1.4b而与一个在轴7上可转动支承的轮子1.5配合作用，轮子1.5是通过离合器1.5a与轴7相连接的。还是在这个实施例中，脚踏板可以通过离合器1.5a和框架作刚性连接，以便使脚踏板只用来作脚支承物。

还有一个方案是同向的脚踏运动。由此，必须有一个同步件，例如1.2a与链带1.4a脱离连接，然后连接到另一个同步件上。和图2中描绘的方案之不同点在于，下边的链带传动可以省去。在这种情况下，离合器1.5a仅仅与轮子1.6相连接。

图3表示一种公知的脚踏传动。其中，脚踏板1.1各支承在一个杆1.2上，而杆1.2则可以围绕一根固定在框架上的轴1.3摆动。在杆1.2上背离脚踏板1.1的区域中固定一条链带1.4，它带动可与轴7或框架离合连接的轮子1.5。为了在杆1.2的返回运动中也有一个驱动力，就在每个杆1.2上铰接一个连接元件1.10。这个元件固定在一个杠杆1.11上，它在中间通过一轴1.12铰节地安装在框架上。

图6表示车座驱动系统，另外它还包括一个车座靠背驱动装置和一个肩部驱动装置。该车座的驱动是通过车座3.11在一个轨道3.12上的往返运动而实现的。同时，驾驶者用一条皮带3.10捆在车座3.11上。这种车座运动是通过一个在车座底面安装的并被一条绳索或链条3.14环绕的轮子3.9传递的，并且由这条绳索或链条3.14传递至自由转动（空转）系统5的中心轴5.1上，只要此时靠背（框件3.1）相对于车座不产生相对运动。

轮子3.9与一根轴3.7是旋转地紧固连接的，而轴3.7是在轴承3.8b中可转动地支承在车座底部上。在轴3.7的另一端部设置一个齿轮3.5，它与一个另外的齿轮件3.4啮合，而旋转地连接在一个轴3.3上的齿轮件3.4与靠背框架相固连。该轴3.3则用轴承3.8a可转动地支承在车座3.11上。一种靠背的倾翻运动例如按图6中的向前倾翻，就通过齿轮3.4和3.5以及轴3.7使轮子3.9产生一个顺时针方向的转动。由此，索链3.14相对于车座被向后拉。

在图6中所描绘的带有齿轮3.6的轴本身也是图6′中改型方案的构件。

图6′表明车座驱动和靠背驱动的中一种运动合成。齿轮3.6与齿轮件3.4直接处在啮合状态，同时，与齿轮3.5相啮合。当靠背框件3.1向前（方向V）倾翻时，那么齿轮3.6按顺时针方向转动，并依此，齿轮3.5和齿轮3.9沿逆时针方向转动，因此，该索链3.14则相对于车座向前拉动。

当车座3.11在轨道3.12上运动而不用制动件3.17锁住，并且靠背3.1还可以相对座垫3.11自由运动时，那么车座3.11的往返运动就与靠背3.1的倾翻运动叠加起来。相反地当将车座3.11用制动系统3.17与框架固定连接时，则车座就不再运动了。当靠背3.1也用锁固件3.16与车座3.11固定连接时，那么这两个部件就都不再运动了。在这种情况下，车座3.11只起座位功能，并支承着另外的传动系统。此外，该车座还可借助制动系统3.16和3.17进行无级调节。可调节的范围与驱动的运动范围相一致。

关于肩部传动装置4的情况：（图1）

两个环形把柄4.1L和4.1R可以分别钩在靠背的3.1L和3.1R上，通过肩部作绕轴3.1且与靠背驱动运动无关的往返运动，就拉动索绳4.2，同时，这一运动就传递至飞轮系统5上。在图1所表示的情况下，该绳索4.2与轮子7.13相连接，而轮子7.13的旋转运动则通过变速系统7.15，7.12，7.8和离合器7.16传递到轮子7.9上，并且通过绳索7.14传递到飞轮系统的5C轮上。同时前提是离合器3.16与靠背3.1脱开。

环形把柄4.1L和4.1R在不与靠背连接的情况下还可以由其它的身体部分例如手或脚部来驱动。同时，转向轮4.3L和4.3R必须分别与最有利的位置相配合。为此，许多不同的手臂和腿部运动可以实现不同的改型方案。

为了实现靠背驱动和肩部驱动，使用皮带3.2将上身固定住。

关于飞轮系统5。

如图6表示的那样，该绳索3.14与飞轮5e相连接。在车座3.11向后运动的情况下，则飞轮5e通过绳索3.14而按顺时针方向转动（空转），也就是说在此情况下与驱动方向相反。通过图12描绘的结构设置，这两个飞轮5e和5a总是相反作用的，也就是说，该中心轴5.1总是被这两个飞轮之一来驱动的。

在图1中表示的车座驱动系统带动绳索3.14作往返运动。与飞轮5a相连的绳索3.14的异向是通过换向轮5.3，飞轮5b，经过换向轮3.15a，3.15b回到轮子3.9上而实现的。当轮子3.9在沿方向V转动或者通过车座3.11在这一方向移动时，那么，绳索3.14在换向轮3.15C和飞轮5a之间就被拉向后上方。飞轮5a就带动轴5.1进入驱动方向。在使轮子3.9沿方向H转动和/或移动时，飞轮5b则起驱动作用。

该中心轴5.1是通过轴承支承在框架11上的。换向轮5.3，5.4同样是固定在框架上的或用弹簧作弹性固定。在中心轴5.1上支承着一个传动轮5.2，它是通过一个离合器5.5可与轴5.1作固定连接。驱动力就从该轮5.2起通过一条链带6传递至后轮9上。这种传动可以通过离合器5.5（例如在自行车后退时）被脱开。还要提及的是，在轴7的下端部固定安装一个齿轮7.10，它通过一个传动装置7.11和7.9将轴7的旋转运动传递到飞轮5C上。

这个支承在框架上的支承轴的旋转运动，通过一个传动系统8a（例如，锥齿轮变速器8aⅠ，绳索8aⅡ，万向接头轴8aⅢ，参见图11）就可传递到经过离合器8.3的轴8b上，（见图1），和前轮叉8上。用8.1表示一个脚控踏板，（见图10），使用它就可刹闸。该踏板8.1是可转动地支承在前叉8的一根轴8.2上的。箭头a表示刹闸运动，而箭头b表示对踏板8.1的控制运动。零件10是前轮轴，其固定在前叉8的端部。

图7表示另一个手驱动系统2的实施方案：轴2.6上的往返旋转运动是通过一个索轮2.6b用其上绕着的绳索7.6和换向轮R₁至R₄转换成一种往返运动。重要的是，轮子R₃和R₄是与轴线2.14和支承轴2.11是同轴的。因此，传动运动实际上也是与操纵运动无关的。此外，图8表示另一个实施方案，手驱动系统的运动是通过换向轮7.5和一个绳索或链条来传递的。以这种方式，结构设置就可以用简单省力的方法进行计算。

图9表示手动和脚动的另一种驱动方案。以及这两种驱动的另一种组合方案。此外，绳索1.4不象图1至3中所表示的那样，直接与轴7相连接的，（例如可通过1.5和1.5a），而是通过轮子直接与飞轮5C相连接，然后再与轮子7.10（或轮子7.9）连接。

图13表示一种对图1、4和5中手动驱动装置的改型方案，其中，杆2.1R和杆2.1L相对于与自行车纵轴相平行的平面内既可以作同向的也可以作反向的转动。在这一改型中为了操纵，脚踏板则是必需的（例如图10）。此情况下，手动驱动系统2通过离合器8.3与框架固定相连，而横杆2.13则通过离合器2.12与支承轴2.11相连接。由此，横杆2.13相对于框架就不再是可移动的。同时，离合器2.6C（图5）就与杆件2.7并依此和另件2.8相连接（处于相反方向的运动）。与此相反，在同向摆动时，离合器2.5，如图4所示的那样，就与杆件2.7相连接。