Fahrzeugs

Beschreibung

Bezug zu verwandten Anmeldungen

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 017 977.4, hinterlegt am 12.09.2012, deren Offenbarungsgehalt hier- mit ausdrücklich auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein handgeführtes Fahrzeug wie einen Kinderbuggy oder einen Kinderwagen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 sowie einen Nachrüstsatz um Umrüsten eines handgeführten Fahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruches 10.

Stand der Technik

Aus der dem Oberbegriff des Anspruches 1 zugrundeliegenden DE 20 2009 016 279 U1 ist ein handgeführtes Fahrzeug in Form eines Golftaschenwagens bekannt, der mit einer Leistungsvorderradeinheit ausgestattet ist. Motoren sind zum Antrieb und zum motorischen Lenken des Vorderrads des dreirädrigen Fahrzeugs vorgesehen. Die Lenkung wird von dem am Chassis angebrachten Motor über ein Zahnradgetriebe betätigt.

Aus der DE 10 2006 023 577 A1 ist ein Radnabenantrieb für Flurförderzeuge bekannt, bei dem die motorischen Lenk- und Antriebskräfte über Planetengetriebe übertragen werden.

Einen üblichen Aufbau für eine Lenkantriebsordnung für ein Flurförderzeug zeigt die DE 10 2010 040 742 A1. Der Rotor eines Elektromotors ist der Lenkung zugeordnet,

BESTÄTIGUNGSKOPIE der Stator dem Lenkgehäuse. Dies erfordert Schleifkontakte oder verdrillbare Kabel zur Energieübertragung.

Aus der DE 20 2012 100 199 U1 ist es bekannt, ein handgeführtes Fahrzeug wie insbesondere einen Kinderwagen mit einem Nabenmotor an wenigstens einem antreibbaren Rad auszustatten. Es handelt sich um ein dreirädriges Fahrzeug, bei dem das Vorderrad entsprechend angetrieben wird. Ziel ist es, das Fahrzeug handgeführt zu betreiben und dennoch motorisch anzutreiben, um über größere Strecken wie bei Wanderungen eine Erleichterung beim Schieben desselben durch Eigenantrieb zu ermöglichen. Der Nabenmotor wird über einen Energiespeicher betrieben, der am hinteren Ende des Fahrzeuges untergebracht ist. (s.a. DE 20 2010 009 628 U1 , 20 2010 000 595 IM )

In der DE 10 2007 004 704 A1 wird ein Kinderwagen mit mindestens drei Laufrädern vorgeschlagen, der eine Antriebseinheit bestehend aus einem Elektromotor mit elektrischem Energiespeicher umfasst. Diese Antriebseinheit kann ohne Werkzeug vom Grundgestellt abgenommen und wieder angebracht werden. Der Antrieb erfolgt über ein zusätzliches Laufrad, das zum Antrieb auf die Fahrbahn abgesenkt wird. Ein Hilfsantrieb, der über ein Getriebe innenseitig an einem Laufrad des Kinderwagens ansetzt, ist aus der DE 37 33 698 A1 bekannt.

Aus der EP 662 012 B1 ist eine fahrbare Vorrichtung mit einem elektrischen Hilfsantrieb bekannt, der in Abhängigkeit der Muskelkraft des Bedieners eine Antriebskraft bzw. einen Bremsmoment erzeugt, so dass das Fahrzeug mit gleichmäßiger Kraft bewegt werden kann. Als Motor kann dabei ein getriebelos in das Rad integrierter Motor, wie z.B. ein Nabenmotor verwendet werden.

Grundsätzlich ist aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt, an Kinderwägen lenkbare Räder vorzusehen, was z.B. nach der DE 340 738 über ein Lenkgestänge erfolgen kann (vergleiche auch DE 1 699 475 U). Zum Lenken Signale zu verwenden, die bei Betätigung eines Griffs eines Fahrzeuges ausgewertet werden, ist aus der DE 10 2004 020 282 A1 bekannt, die sich mit der Ansteuerung und Verwendung von Einkaufswägen beschäftigt. Gemäß Fig. 224 erfolgt die Lenkung über die Griffstange, wobei gemäß den Absätzen (0705) bis (0707) und (0810) bis (0812) im Griff Spulen vorgesehen sind, so dass ein demgegenüber bewegliches Griffelement induktiv Spannungsänderungen hervorruft, die erfasst werden, um dadurch Lenksignale zu ermitteln.

Aufgabe der Erfindung

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein handgeführtes Fahrzeug mit einem mit einem kompakten lenkbaren Antrieb zu schaffen, der leicht austauschbar und nachrüstbar ist. Dies gilt entsprechend für einen Nachrüstsatz.

Diese Aufgabe wird durch ein handgeführtes Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch einen Nachrüstsatz mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst. Das antreibbare Rad weist neben einem Nabenmotor einen Lenkmotor auf, der das antreibbare Rad vorzugsweise um eine vertikale Achse zur Lenkung dreht. Um den kompakten Aufbau nachhaltig umzusetzen, werden dabei Rotor und Stator im Lenkmotor quasi vertauscht, so dass die baulichen Eigenschaften dafür geschaffen werden, die Energiezufuhr für die Einheit von Lenk- und Antriebsmotor kabel- und kon- taktfrei auf dem sich zum Lenken drehenden Stator des Lenkmotors positionieren zu können, während der Rotor des Lenkmotors fest mit dem Gehäuse des Chassis verbunden ist. Eine Getriebeüber- oder -Untersetzung ist nicht erforderlich.

Vorzugsweise greift an der vertikalen Achse auch der Lenkmotor an, so dass bei einem Elektromotor die Mittelachse von Stator und Rotor des Lenkmotors mit der vertikalen Achse zusammenfällt. Dadurch ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau der Lenk- und Antriebseinheit. Dieser kompakten Einheit ist vorzugsweise auch der Energiespeicher zugeordnet, so dass bedarfsweise die gesamte Einheit bestehend aus Nabenmotor für den Antrieb des Rades und Lenkmotor zum Lenken des Rades gemeinsam mit dem Energiespeicher vom Fahrzeug abgenommen und durch ein nicht angetriebenes Rad ausge- tauscht werden kann oder umgekehrt eine entsprechende Nachrüstung ohne weiteres möglich ist. Die Motoren sind vorzugsweise baugleich bzw. identisch, um dadurch eine erhöhte Modularität zu erreichen und die Kosten bei der Herstellung gering zu halten. Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Kurzbeschreibung der Figuren Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines dreirädrigen handgeführten Fahrzeuges, das als Gestell für einen Kinderwagen dienen kann, Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des angetriebenen

Vorderrades,

Fig. 3 einen Schnitt durch das Vorderrad und seine Aufhängung am Vorderteil des Fahrzeuges,

Fig. 4,5 vergrößerte, teilweise geschnittene dreidimensionale Ansichten des

Griffs des Fahrzeuges.

Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Be- schreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht. Die Erfindung wird jetzt beispielhaft unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Aller- dings handelt es sich bei den Ausführungsbeispielen nur um Beispiele, die nicht das erfinderische Konzept auf eine bestimmte Anordnung beschränken sollen.

Die Figuren zeigen ein handgeführtes Fahrzeug, wie es z.B. als Kinderbuggy oder Kinderwagen verwendet werden kann, denkbar sind jedoch auch Kindertransporter, Joggingtrailer oder andere handgeführte Fahrzeuge, die ausgehend von einem Grundfahrzeug durch Abwandlung und Austausch von Teilen für unterschiedliche Einsatzzwecke umrüstbar sind. Gerade für den Einsatz in ansteigendem oder steilem Gelände ist eine Nachrüstung mit einem umweltfreundlichen und weitgehend wartungsfreien Elektroantrieb zur Unterstützung der Körperkräfte von Vorteil, wie er durch einen Antrieb mit einem Nabenmotor 13 zur Verfügung gestellt werden kann.

In dem in Fig. 1 dargestellten Chassis 10 kann eine übliche Sitzschale oder Baby- Liegeschale angeordnet werden, ebenso ist jedoch auch ein Lastentransport mit einem derartigen Fahrzeug möglich. Das elektromotorisch angetriebene Fahrzeug kann auch zur Beförderung behinderter oder verletzter Personen eingesetzt werden. Das Fahrzeug weist im Ausführungsbeispiel einen Klappmechanismus 20 zum Zusammenklappen des Fahrzeugs auf.

Das Fahrzeug weist am Chassis 10 wenigstens drei Räder auf, von denen wenigs- tens ein Rad 11 mittels eines Nabenmotors 3 antreibbar ist. Das antreibbare Rad 11 ist im vorliegenden Fall das Vorderrad eines dreirädrigen Fahrzeuges. Die Hinterräder 12 sind im Ausführungsbeispiel nicht angetrieben, könnten jedoch analog ebenfalls antreibbar ausgebildet werden. Die Verwendung von Nabenmotoren zum Antrieb ist seit langem zum Beispiel aus der EP 662 012 B1 bekannt.

Ergänzend zum Antrieb des Fahrzeuges durch den Nabenmotor ist ein Lenkmotor 14 vorgesehen, der das antreibbare Rad 11 um eine im Wesentlichen vertikale Ach- se v-v (Fig. 3) dreht, die am Chassis 10 und genauer am Vorderteil 10a des Fahrzeuges vorgesehen ist.

Auf aus dem Stand der Technik bekannte Art und Weise erfolgt die Ansteuerung des Antriebs so, dass sich eine elektromotorische Unterstützung des Fahrzeugführers ergibt. Bei einem Kinderwagen wird dabei von einem Schieben auf der Ebene bei Windstille ausgegangen. Das Schieben des Kinderwagens wird bei Gegenwind, Steigungen und Unebenheiten des Untergrundes progressiv motorisch unterstützt. Bergab wird das Fahrzeug energierückgewinnend gebremst. Die Landschaft wird dadurch nivelliert und es ergibt sich ein angenehm leichtes Schieben.

Der Lenkmotor 14 ist wie der Nabenmotor 13 als elektromotorischer Antrieb mit Rotor und Stator ausgestattet. Die Mittelachse dieses Lenkmotors 14 fällt vorzugsweise mit der im Wesentlichen vertikalen Achse v-v zusammen, um die die Lenkung des antreibbaren Rades 11 erfolgt.

Für diese Anmeldung wird dabei davon ausgegangen, dass bei einem üblichen Aufbau der Rotor eines Elektromotors drehbeweglich im Innern eines Stators aufgenommen ist, wobei der Stator zur Rotation des Rotors entsprechend bestromt wird. Damit ist der Stator üblicherweise feststehend.

Im Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß jedoch der Rotor 14b des Lenkmotors 14 gemäß Fig. 3 am Vorderteil 10a des Chassis 10 befestigt, während sich der Stator 14b mit zugehöriger Ansteuerelektronik mit dem antreibbaren Rad 11 gegenüber dem Chassis 10 drehen kann, also am Vorderteil 10a drehbeweglich gelagert ist. Mit anderen Worten werden Rotor und Stator im Lenkmotor quasi vertauscht, so dass die Energiezufuhr für die Einheit von Lenk- und Antriebsmotor kabel- und kontaktfrei auf dem sich zum Lenken drehenden Stator 14b des Lenkmotors 14 positioniert werden können, während der Rotor 14b des Lenkmotors 14 fest mit dem Gehäuse des Chassis verbunden ist.

In Fig. 3 über Stator 14a und Rotor 14b befindet sich ein Energiespeicher 13, der durch wieder aufladbare Akkumulatoren oder Batterien gebildet ist. Alternative Ener- giespeicherformen sind entsprechend verwendbar. Auch der Energiespeicher 15 für den Nabenmotor 13 und den Lenkmotor 14 ist mit dem antreibbaren Rad 11 gegenüber dem Chassis 10 drehbeweglich gelagert. Vorzugsweise sind der Nabenmotor 13 und der Lenkmotor 14 im Wesentlichen baugleich, vorzugsweise sogar identisch ausgebildet, wodurch die Modularität erhöht werden kann, was die Herstellungskosten beim Hersteller verringert.

Das antreibbare Rad 11 kann, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, sehr leicht gegen ein nichtangetriebenes Rad ausgetauscht werden. Letztlich bleibt am Vorderteil 17 die Lagerung für das antreibbare Rad zurück, während das Rad 11 inklusive Nabenmotor 13 und Lenkmotor 14 vom Chassis 10 abgenommen werden kann und durch ein nicht angetriebenes Rad austauschbar ist. Ebenso ist ein nicht angetriebener Kinderwagen auf diese Weise ohne weiteres nachrüstbar. Vorzugsweise wird jedoch das gesamte Vorderteil 10a, in dem bei einer antreibbaren Lösung sowohl Rotor 14b als auch Stator 14a des Lenkmotors 14 gelagert sind, durch ein Vorderteil 10a mit nicht angetriebenen Rad ersetzt.

Die Lenkung des angetriebenen Rads 11 bzw. des Vorderrades erfolgt über eine Lenkvorrichtung, wozu die Einwirkung des Fahrzeugführers auf den Griff 16 erfasst wird. Gemäß den Figuren 4 und 5 sind am Griff 16 Griffhülsen 16a vorgesehen, die gegenüber Griffhalterungen 17 relativ verschieblich sind. Diese Relativverschiebung wird induktiv erfasst, wozu im Griff mehrere Spulen 18 angeordnet sind. Bei der Verschiebung ergeben sich damit Spannungsänderungen, die von einer zeichnerisch nicht dargestellten Steuereinrichtung in Stellsignale für die Lenkvorrichtung gewandelt werden. Gemäß den in Fig. 4 und 5 angedeuteten Pfeilen erfasst die Sensorik dabei einerseits Bewegungen quer zur Mittelachse des Griffs als auch in axialer Richtung des Griffs. Im Ausführungsbeispiel werden also induktiv die Kraftvektoren gemessen, welche in den Griff beim Führen des Fahrzeuges eingegeben werden. Dazu sind die Griffhülsen 16a oder andere entsprechend gelagerte Teile des Griffs um die als Schieberkern ausgebildete Griffhalterung beweglich gelagert. Zunächst weisen die Griffhülsen 16a ein Spiel von 0,5 mm gegenüber den Griffhalterungen 17 auf. Bei diesen Griffhalterungen handelt es sich um innenliegende Ringe aus elektrisch leitendem, nicht magnetischem Material. Vorzugsweise sind diese Ringe in Polyurethan mit einem hohen Rückstellvermögen gelagert, um eine entsprechende Erfassung der beim Führen des Fahrzeugs auftretenden Kräfte auf Dauer zu gewährleisten. Über dieses beim Führen des Fahrzeuges nicht wahrnehmbare Spiel werden zunächst drei Richtungen in der Vertikalen gemessen, also quer zum Griff 16. Gemessen werden kann damit z.B. Zug und Druck entsprechend einem Schieben oder Halten bzw. Bremsen des Fahrzeuges oder auch ein Druck von oben, das zu einem Abheben des wenigs- tens einen antreibbaren Rads 1 führt, nämlich des Vorderrads, das dadurch angehoben wird, wobei als Folge der Krafterfassung der Antrieb verlangsamt wird. Quer zu dieser Richtung werden für das Lenken die Bewegungen der Griffhülsen 16a horizontal also nach links und rechts gemessen. Da der Griff 16 symmetrisch aufgebaut ist und links und rechts jeweils eine Griffhülse 16a vorgesehen ist, ist auch ein einhändiges Führen des Fahrzeuges zuverlässig zu erfassen und kann in einen entsprechenden Lenkausschlag des Vorderrades und die erforderliche Traktion umgerechnet werden. Die Verwendung nur eines antreibbaren Rades an einem dreirädrigen Fahrzeug führt zu einer kompakten Antriebs- und Lenkeinheit, die im Ausführungsbeispiel knapp zwei Kilogramm wiegt. Bei einer dreirädrigen Lösung hat das antreibbare Rad 11 beim Fahren auch um Kurven permanent Bodenkontakt und gewährleistet so eine gleichmäßige Traktion. Lenkmotor 14 und Nabenmotor 13 sind baugleich und haben eine geringe Bauhöhe von 10 bis 12 mm bei einem Außendurchmesser im Ausführungsbeispiel von etwa 80 mm. Es handelt sich um Direktantriebe mit geringer Leistung aber hohem Drehmoment. Sie haben eine Nennleistung von 20 bzw. 50 Watt. Um ein ruckelfreies Lenken zu ermöglichen, sind die Wicklungen des Stators dreifach ausgerichtet.

Im Ausführungsbeispiel wird die gesamte Einheit mit Lenkmotor 14 und Nabenmotor 13 von sieben Lithium-Ionen-Standardzellen im Energiespeicher 15 versorgt. Sie sind damit im Stator 14a des Lenkmotors 14 untergebracht. Der Energiespeicher dreht sich auf der Oberseite des Vorderteils 10a sichtbar beim Lenken mit. Damit und durch die Anordnung des Rotors 14b am Vorderteil 10a sind keine Schleifkontakte für die Stromübertragung erforderlich, so dass die gesamte Einheit sich um 360 Grad drehen kann. Gleichzeitig ist damit problemlos die Stromversorgung des Nabenmotors sichergestellt.

Der Griff 16, dessen Bewegung gegenüber der Griffhalterung 17 für die Lenkung ausgewertet wird, kann über eine dort angebrachte Platine die erfassten Spannungssignale auswerten und an die Lenkvorrichtung übermitteln. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die Sensordaten über Kabel in den Schieberrohren an Spulen am Ende der Schieberohre des Chassis 10 überführt werden. Im Führungsrohr des teleskopierbaren Chassis können dazu koaxial angeordnete Spulen vorgesehen werden, um dadurch berührungslos den geringen Datenstrom bis zum Vorderteil 10a zu übermitteln. Dasselbe Prinzip kann dann am Vorderteil beim Übergang vom Vor- derteil zu den Motoren erfolgen.

Um Eigenlenkkräfte auszuschließen, ist das als antreibbares Rad 11 ausgebildete Vorderrad senkrecht, d.h. ohne Nachlauf unter dem Lenkmotor 14 angeordnet. Vorzugsweise kann ein entsprechender Nachrüstsatz zum Umrüsten eines derartigen handgeführten Fahrzeugs wie eines Kinderwagens mit Chassis 0 wie folgt aufgebaut werden:

- Vorderteil 10a,

- antreibbares Rad 11 mit Nabenmotor 13 zum Antrieb des antreibbaren Rades, - Lenkmotor 14 einer Lenkvorrichtung, der zum Lenken des antreibbaren Rades 11 um eine vertikal Achse v-v angeordnet wird, wobei die Mittelachse von Rotor 14b und Stator 14a des Lenkmotors 14 mit der vertikalen Achse zusammenfällt,

- einer Lagerung zur Lagerung des antreibbaren Rades 11 und des Lenkmotors 14 am Chassis 10,

- einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Lenkvorrichtung. Es versteht sich von selbst, dass diese Beschreibung verschiedensten Modifikationen, Änderungen und Anpassungen unterworfen werden kann, die sich im Bereich von Äquivalenten zu den anhängenden Ansprüchen bewegen.

Bezugszeichenliste

10 Chassis

10a Vorderteil

11 antreibbares Rad

12 Hinterrad

13 Nabenmotor

13a Stator

13b Rotor

14 Lenkmotor

14a Stator

14b Rotor

15 Energiespeicher

16 Griff

16a Griffhülse

17 Griff halterung

18 Spule

20 Klappmechanismus v-v vertikale Achse