Radfahrzeuge werden üblicherweise durch Drehen von Rädern um deren Hoch- achse (Achsschenkel-oder Ackermann-Lenkung) gelenkt. Um den damit verbun- denen zusätzlichen Aufwand für Lenkgestänge und Lagerung der gelenkten Räder mit mehreren freien Achsen zu vermeiden und um eine wesentlich höhere Beweg- lichkeit durch kleinere fahrbare Kurvenradien zu ermöglichen, kommt auch bei Radfahrzeugen die sogenannte Radseitenlenkung zum Einsatz, z. B. im Bauge- werbe oder bei militärischen Radfahrzeugen. Bei der Radseitenlenkung müssen während der Kurvenfahrt die Räder der Kurveninnenseite des Fahrzeuges ge- bremst werden. Zumeist sind derartige Baufahrzeuge nur für langsame Geschwin- digkeiten vorgesehen, da bei höheren Geschwindigkeiten zunehmende Brems- leistungen zum Lenken erforderlich sind.

Effiziente Antriebssysteme für schnelle Fahrzeuge mit Radseitenlenkung übertra- gen die an der kurveninneren Antriebsseite entstehende Bremsleistung an die kurvenäußere Antriebsseite. Aufgrund dieser regenerierten Bremsleistung, welche somit an der kurvenäußeren Antriebsseite zusätzlich zum Antrieb zur Verfügung steht, spricht man dabei auch von regenerativem Lenken.

Bei Fahrzeugen mit separaten elektrischen Antrieben für jede Antriebsseite oder für jedes Antriebs (ketten) rad muß die Leistungsfähigkeit dieser Elektromotoren nicht nur nach der Leistung des primären Energieerzeugers (z. B. Dieselmotor) ausgelegt werden, sondern auch nach der fließenden regenerativen Leistung.

Dies führt zu deutlich überdimensionierten Elektromotoren und aufwendigen Ver- kabelungen für die entsprechend großen elektrischen Ströme.

Aus der DE 198 50 606 ist eine derartige Anordnung für Kettenfahrzeuge bekannt.

Es ist ein Verbrennungsmotor zum Antreiben eines Generators vorgesehen, der elektrische Leistung zum Antreiben des Fahrzeugs mittels elektrischer Antriebs- motoren erzeugt. Zum regenerativen Lenken ist eine elektrische Leistungsübertra- gung von den kurveninneren zu den kurvenäußeren Antriebsmotoren vorgesehen.

Aus der US 1 997 974 ist ein Radfahrzeug mit Radnabenmotoren bekannt. Dort sind die Motoren in den sonst brach liegenden Leerraum im Inneren der Räder verlegt, so daß im Fahrzeuginneren mehr Platz zur Verfügung steht.

Die DE 37 28 171 beschreibt eine elektro-mechanische Antriebsanlage für Voll- kettenfahrzeuge. Im einfachsten Fall besteht dieses Antriebssystem aus einem e- lektrischen Fahrmotor, der beide Fahrzeug-Seiten über eine Zentralwelle in die gleiche Richtung antreibt und einem elektrischen Lenkmotor, der eine Nullwelle antreibt, deren Drehzahl auf die eine Seite positiv und auf die andere Seite negativ wirkt. Lenkdifferentiale links und rechts addieren die Drehzahlen der beiden Moto- ren und leiten die Summe weiter an die Kettenräder.

Diese Lösung bietet den Vorteil, daß die elektromechanische Lenkanlage ein mehrfaches der Lenkmotor-Nennleistung als sogenannte"regenerative Leistung" von der kurveninneren Antriebsseite zur kurvenäußeren Antriebsseite übertragen kann. Durch diesen elektro-mechanischen Leistungstransfer fließt die Blindleis- tung über die mechanische Getriebeanordnung und nicht über die Elektromotoren, so daß diese entsprechend der Primärleistung des Fahrzeugs ausgelegt werden können. Nachteilig gegenüber Antrieben mit Radnabenmotoren ist jedoch der im Inneren des Fahrzeugs benötigte Bauraum, welcher die Nutzungsmöglichkeiten einschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen effizienten und kompakten elektrischen An- trieb für ein Fahrzeug zu schaffen, der regeneratives Lenken erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch die vorteilhafte Kombination von rein elektrisch funktionierenden Radna- benantrieben mit einer elektro-mechanischen Antriebsanlage, die das Prinzip einer "Nullwelle"verwendet, können in einem Fahrzeug mit Radseitenlenkung die Vor- teile beider Systeme genutzt bzw. die Nachteile dieser Systeme vermieden wer- den.

Durch die vorteilhafte Kombination von Radnabenmotoren auf einer Achse mit dem Prinzip der Nullwelle eines elektro-mechanischen Antriebes an einer anderen Achse können die Radnabenmotoren alleine unter Berücksichtigung der am Fahr- zeug tatsächlich installierten Antriebsleistung ausgelegt werden. Die gewaltig Ü- berdimensionierung der Radnabenmotoren ist nicht mehr nötig, so daß aufgrund der kleineren Elektromotoren in besonders vorteilhafter Weise leichtere Fahrzeug möglich sind.

Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise einen hoch integrierten elektri- schen Antrieb mit hoher Beweglichkeit, der das vorhandene Volumen eines Fahr- zeugs bei minimalem Gewicht optimal ausnützt.

Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbin- dung mit der Beschreibung.

Nachfolgend werden die Merkmale der vorliegenden Erfindung anhand bevorzug- ter Ausführungsformen näher erläutert. In den zugehörigen schematischen Zeich- nungen zeigt, die Fig. 1 ein Radfahrzeug mit Radnabenmotoren gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Radfahrzeug, nach einer ersten Ausführungs- form und Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Radfahrzeugs, Fig. 4 zeigt ein Kettenfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Antriebsanord- nung und Fig. 5 stellt einen elektro-mechanischen Antrieb gemäß dem Stand der Technik dar.

In Fig. 1a ist ein Fahrzeug 1a mit vier Rädern 3a dargestellt, die jeweils über Rad- nabenmotoren 2a gemäß dem Stand der Technik angetrieben werden. Zur Bereit- stellung von elektrischer Leistung ist ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der ei- nen Stromgenerator als Stromquelle 4a antreibt. Dieses Fahrzeug 1 a ist lediglich für Geradeausfahrt ausgelegt, bzw. zum Lenken werden die kurveninneren Räder 3a nur gebremst, das heißt die vorhandene kinetische Energie wird in Wärme um- gewandelt. Da hier kein regeneratives Lenken vorgesehen ist-also der Leis- tungstransfer von der kurveninneren zur kurvenäußeren Fahrzeugseite-können die Radnabenmotoren 2a alleine auf der Grundlage der elektrischen Leistung aus der Stromquelle 4a ausgelegt werden. Im dargestellten Beispiel wird von 100 Ki- lowatt Leistung der Stromquelle 4a ausgegangen, die gleichmäßig auf alle vier Radnabenmotoren 2a aufgeteilt wird. Für jeden Radnabenmotor 2a muß deshalb

eine maximale Leistungsaufnahme von 25 Kilowatt angenommen werden und die Motoren können entsprechend klein dimensioniert werden.

In Fig. 1 b ist die Auslegung des gleichen Fahrzeugs beim Fahren einer Linkskurve - unter Berücksichtigung von regenerativem Lenken-gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Ausgehend von 100 Kilowatt Leistung aus der Stromquelle 4b und Einrichtungen zum Übertragen der elektrischen Leistung von den kurveninne- ren Radnabenmotoren 2b, welche in diesem Fahrzustand als Generatoren arbei- ten, zu den Radnabenmotoren 2b der Kurvenaußenseite ergibt sich folgende E- nergie-bzw. Leistungsbilanz. Die gesamte verfügbare elektrische Leistung aus der Stromquelle 4b wird durch entsprechende Steuerung der Leistungselektronik an die kurvenäußeren Radnabenmotoren 2b abgegeben und zwar 50 Kilowatt auf das vordere und 50 Kilowatt auf das hintere Rad 3b. Weiterhin wird die Brems- leistung an den kurveninneren Radnabenmotoren 2b im Generatorbetrieb zu elekt- rischer Antriebsleistung umgewandelt, welche ebenfalls den kurvenäußeren Rad- nabenmotoren 2b zugeführt wird. Dies bedeutet nochmals jeweils 50 Kilowatt Leistung für den vorderen und hinteren Radnabenmotor 2b der Kurvenaußenseite.

Um diese extremen Fahrzustände bewältigen zu können, müssen die Radnaben- motoren 2b auf 100 Kilowatt maximale Leistungsaufnahme ausgelegt werden.

Diese erforderliche Überdimensionierung der Antriebsmotoren 2b erhöht die Fahr- zeugmasse und erfordert entsprechenden Bauraum, so daß-aufgrund der nur begrenzt vergrößerbaren Raddurchmessern-die Antriebsleistung des Fahrzeugs begrenzt ist oder entsprechende Motoren außerhalb der Radnabe vorzusehen sind. Für diese muß dann gegebenenfalls Bauraum im Inneren des Fahrzeuges vorgesehen werden.

Eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 2 an einem Radfahrzeug 15 dargestellt. Ausgehend von einer Stromquelle 18 mit einer elektrischen Leis- tung von 100 Kilowatt sind an den Rädern 16 der Vorderachse vorzugsweise Radnabenmotoren 17 vorgesehen und an der hinteren Achse ein elektro- mechanischer Antrieb 5. Für die Geradeausfahrt werden von der Stromquelle 18 an beide angetriebenen Achsen jeweils 50 Kilowatt Antriebsleistung abgegeben.

Der elektro-mechanische Antrieb 5 ist aus einem elektrischen Fahrmotor 7, der die beiden Antriebsseiten gleichmäßig antreibt, und einem Lenkmotor 8, zum Übertra- gen von regenerativer Leistung, aufgebaut. Die prinzipielle Funktion des elektro- mechanischen Antriebs 5 geht aus der schematischen Fig. 5 hervor. Der Fahr- motor 7 treibt über eine Zentralwelle 11 ein linkes und rechtes Lenkdifferentialge- triebe 10 an, welche über ihre Abtriebswellen 12 Räder oder Kettenräder antrei- ben. Die Lenkdifferentiale 10 sind über eine Nullwelle 9 mechanisch miteinander verbunden. Durch den Antrieb der Nullwelle 9 kann der Lenkmotor 8 ein mehrfa- ches seiner eigenen Nennleistung als regenerative Leistung von der kurveninne- ren zur kurvenäußeren Seite übertragen. Aufgrund dieser höheren Effizienz der elektromechanischen gegenüber der rein elektrischen Leistungsübertragung, kann

der Lenkmotor 8 verhältnismäßig klein dimensioniert werden. Der Lenkmotor 8 kann im Fahrzeuginnenraum oder außerhalb des Fahrzeugs angeordnet werden.

Bei der in Figur 2 dargestellten Kurvenfahrt des Fahrzeugs 15 wird ein Großteil der regenerativen Leistung von der kurveninneren Seite über die mechanische Nullwelle 9 auf die kurvenäußere Fahrzeugseite übertragen und nur ein kleiner Teil über die rein elektrische Kopplung an der anderen Achse. Bei der beispielhaft dargestellten Kurvenfahrt wird die gesamte Leistung der Stromquelle 18 dem e- lektro-mechanischen Antrieb 5 zugeführt, so daß der Lenkmotor 8 eine regenerati- ve Leistung von 75 Kilowatt zur kurvenäußeren Seite überträgt, die sich mit der Leistung der Stromquelle 18 zu einer Gesamtleistung von 175 Kilowatt summiert.

Da die Radnabenmotoren 17 der anderen Achse bei Kurvenfahrt keine Leistung aus der Stromquelle 18 erhalten, muß lediglich eine regenerative Leistung von 25 Kilowatt rein elektrisch auf die kurvenäußere Fahrzeugseite übertragen werden.

Aufgrund dieser vorteilhaften Aufteilung der Leistungsübertragung müssen die Radnabenmotoren 17 nicht überdimensioniert werden. Die Radnabenmotoren 17 können daher auf eine wesentlich geringere maximale Strom-bzw. Leistungsauf- nahme ausgelegt werden-im vorliegenden Ausführungsbeispiel könnten also beispielsweise 25 Kilowatt pro Radnabenmotor 17 vorgesehen werden.

Zum Lenken des Fahrzeugs 15 kann es auch zweckmäßig sein, die Radnaben- motoren 17 der rein elektrischen Achse gleichmäßig weiter zu betreiben, ohne e- lektrische Leistungsübertragung vorzusehen, und die regenerative Lenkleistung alleine über die elektro-mechanische Nullwelle 9 zu übertragen. Ebenso ist es möglich den kurveninneren Radnabenmotor 17 abzuschalten oder herunter zu re- geln, um den zu fahrenden Kurvenradius zu beeinflussen.

Diese Ausführungsform nutzt in vorteilhafter Weise den Bauraum in den Radna- ben der einen Achse und aufgrund der normalen Dimensionierung der Motoren ergibt sich ein niedrigeres Fahrzeuggewicht sowie ein niedrigerer Investitionsauf- wand für den Antrieb. Bei Ausführungen mit Elektromotoren im Inneren des Fahr- zeuges-statt den Radnabenmotoren-muß selbstverständlich entsprechender Bauraum im Fahrzeug vorgesehen werden.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, in welcher die kompakte Baugruppe des elektro-mechanischen Antriebs aufgelöst ist. Statt einem Fahrmo- tor 7 im Inneren des Fahrzeuges 15 sind zwei Radnabenmotoren 17 innerhalb der Räder 16 der mechanisch gekoppelten Achse vorgesehen. Diese Radnabenmoto- ren 17 werden vorzugsweise genauso dimensioniert wie die an einer oder mehre- ren anderen Achsen. In diesem Beispiel sind 25 Kilowatt maximale Leistungsauf- nahme vorgesehen. Die Lenkdifferentiale können ebenfalls in die Radnabe integ- riert werden oder am-im Fahrzeug 15 angeordneten-Lenkmotor 8 vorgesehen werden. Durch diese vorteilhafte Antriebsanordnung wird weiterer Raum innerhalb des Fahrzeuges frei, weil nur noch die Nullwelle 9 und der Lenkmotor 8 im Inneren angeordnet sind.

In Fig. 4 ist ein Kettenfahrzeug 6 mit einem erfindungsgemäßen Antrieb darge- stellt. Die Kette 13 wird über zwei Umlenkrollen 14 und mehrere Kettenräder 16 geführt, wobei an einer Umlenkrolle 14 ein elektro-mechanischer Antrieb 5 und in- nerhalb der Kettenräder 16 jeweils Radnabenmotoren 17 vorgesehen sind. Die nicht sichtbare andere Antriebsseite ist selbstverständlich analog dazu aufgebaut.

Die Radnabenmotoren 17 können für den Vortrieb sorgen und die elektro- mechanisch angetriebene Achse kann die Blindleistung übertragen.

Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen wird als Stromquelle 18 vorzugs- weise ein oder mehrere Verbrennungsmotoren mit elektrischen Strom- Generatoren eingesetzt. Selbstverständlich sind jedoch auch entsprechend leis- tungsfähige Batterien bzw. sonstige Speichereinrichtungen für elektrische Energie möglich. Für-im Bewegungsradius eingeschränkte-Fahrzeuge könnten auch e- lektrische Leitungen für die Leistungszufuhr vorgesehen werden.

Die beschriebenen Fahrzeuge 6,15 sind jeweils mit entsprechenden Leistungs- elektronikteilen und Steuerungen zur betriebssicheren Verteilung der Leistung und Regelung der Antriebe ausgestattet-gemäß den Vorschriften für die Straßenzu- lassung-und gewährleisten einen verkehrssicheren Betrieb.

Neben den dargestellten und beschriebenen zweiachsigen Radfahrzeugen und dem Kettenfahrzeug sind selbstverständlich auch Ausführungen mit mehr als zwei Achsen möglich, wobei bei allen Varianten mindestens eine Achse mit einer me- chanischen Kopplung versehen sein muß, um die regenerative Leistung von einer zur anderen Antriebsseite zu übertragen.

Bei einem vier-achsigen Fahrzeug können beispielsweise zwei Achsen mit me- chanisch entkoppelten Radnabenantrieben und zwei Achsen jeweils mit elektro- mechanischen Antrieben ausgestattet sein.

Bei Fahrzeugen mit mehr als zwei Achsen, können auch mehrere Räder über drehmomentverteilende oder drehzahlausgleichende Getriebe-Elemente an einen elektro-mechanischen Antrieb gekoppelt werden.

Der wesentliche Kern der Erfindung besteht darin, die Übertragung der regenerati- ven Lenkleistung weitgehend mittels einer mechanischen Kopplung zu übertragen, da diese wesentlich effizienter ist als der rein elektrische Leistungstransfer. Durch diese erfindungswesentliche Aufgabenteilung, die Antriebsleistung elektrisch und die regenerative Lenkleistung mechanisch zu übertragen, ergibt sich eine Ge- wichtsersparnis sowie eine Investitionsersparnis bei den Antriebsmotoren und eine einfachere Verkabelung des Fahrzeuges. Ein erfindungsgemäß ausgestattetes Fahrzeug weist einen hoch integrierten elektrischen Antrieb mit hoher Beweglich- keit auf, der das Fahrzeugvolumen bei minimalem Gewicht optimal ausnützt.

Bezugszeichenliste 1a, b Fahrzeug 2a, b Radnabenmotor 3a, b Rad 4a, b Stromquelle 5 Elektromechanischer Antrieb 6 Kettenfahrzeug 7 Fahrmotor 8 Lenkmotor 9 Nullwelle 10 Lenkdifferentiai 11 Zentralwelle 12 Abtrieb 13 Kette 14 Umlenkrolle 15 Fahrzeug 16 (Ketten-) Rad 17 Radnabenmotor 18 Stromquelle