DE19501926A1 - Antriebseinrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere für einen Rollstuhl, mit zumindest einer Felge und einer Achswelle.

Elektrisch betriebene Fahrzeuge gibt es in vielfältiger Form und Ausführung. Hierzu gehören beispielsweise Elek­ tro-PKW, Fahrzeuge im Innenbereich von Bahnhöfen und In­ dustriehallen, Kinderfahrzeuge und insbesondere auch Roll­ stühle. Meist sind hier die Antriebsräder über eine Achs­ welle mit einem Getriebe verbunden, weshalb die Energie­ aufnahme derartiger Antriebe wesentlich erhöht ist.

In neuerer Zeit wird dazu übergegangen, den Antrieb und insbesondere den Motor in das Rad selbst zu integrieren, wobei hier sogenannte Radnabenantriebe oder Trommelmotoren bekannt sind. Hierzu zählen die elektronisch kommutierten Radnabenmotoren. Diese Radnabenmotoren sind aber ebenfalls über ein Getriebe mit der Antriebswelle verbunden, so daß nach wie vor erhebliche Energie verloren geht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung der oben genannten Art zu schaffen, mit welcher das Fahrzeug so energiearm und geräuscharm wie möglich betrieben werden kann und die eine geringstmögliche Baubreite aufweist. Ferner soll die Bremsfunktion wesentlich verbessert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß zwischen der Felge und der Achswelle ein Ringkanal ausgebildet und in diesen ein Motor und eine Bremse integriert sind.

Der wesentliche Vorteil dieser erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung liegt darin, daß die Baubreite des gesamten Antriebes auf ein Minimum reduziert ist. Der gesamte Antrieb und auch das Bremssystem ist innerhalb der Felge selbst angeordnet. Mit dem statischen Teil dieser Antriebseinrichtung ist dann ein Chassis eines Fahrzeuges oder beispielsweise der Stuhl eines Rollstuhles auf beliebige Art und Weise verbunden.

Bevorzugt sind Motor und Bremse über einen Innenge­ häusering voneinander getrennt. Dieser Innengehäusering ist Teil des statischen Teils und bietet sich zur Verbindung mit dem Stuhl bzw. dem Chassis des Fahrzeuges an. Ferner soll der Statorteil des Motors ebenfalls mit diesem Innengehäusering drehfest verbunden sein. Der Rotorteil ist dagegen an der Felge selbst um das Statorteil herum angeordnet. Zum Statorteil hin ist der Rotorteil mit ent­ sprechenden Magnetstreifen bestückt, die zum Statorteil hin einen Luftspalt bilden. Auf diese Weise dreht der Ro­ torteil um den Statorteil.

Bevorzugt werden Permanentmagnetstreifen benutzt, die eine hohe Energieübertragung gewährleisten.

Durch die gewählte Anordnung ist es möglich, das Innenge­ häuse über zwei Lager gegen die Achswelle abzustützen, wo­ bei diese Lager relativ weit voneinander beabstandet sind. Damit ist für das entsprechende Rad ein maximaler Lagerab­ stand erreicht bei gleichzeitig minimalster Baubreite des gesamten Antriebes. Ferner können Lagerkonstruktionen ver­ wendet werden, die sich ohne weiteres spielfrei einstellen lassen. Als Lager bieten sich vor allem Wälzlager (Schul­ ter-Schräglager) an, die eine größtmögliche Laufruhe ge­ währleisten.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung rich­ tet sich jedoch auf das Bremssystem. Insbesondere für Rollstühle ist es notwendig, daß beim Ausfall der Elektrik eine Stoppbremse vorhanden sein muß, die den Rollstuhl möglichst schnell abbremst. Gemäß der vorliegenden Erfin­ dung ist diese Stoppbremse ebenfalls in dem Ringkanal der Felge integriert, so daß kein zusätzlicher Raum in An­ spruch genommen werden muß.

Von dem Innengehäusering wird zusammen mit einem Ring aus einem ferritischen Werkstoff ein Bremsraum gebildet, in den zumindest eine Bremsscheibe einragt. Bevorzugt werden allerdings mehrere Bremsscheiben verwendet. Diese Bremsscheiben sind entlang einer Achse der Achswelle selbst aufgesetzt, wobei sie jedoch gegenüber der Achswelle axial verschiebbar sind. Dies wird gewährleistet durch eine Keilnutenverbindung zwischen Bremsscheibe und Achswelle, wobei die Bremsscheibe bevorzugt aus einem für Bremsbeläge verwendeten Material hergestellt ist.

Der Bremsscheibe sind wiederum entlang der Achse der Achs­ welle verschiebbare Bremsringe zugeordnet. Diese Bremsrin­ ge sind bevorzugt über Keilnutenverbindungen mit dem In­ nengehäusering gekoppelt. Bei Verwendung von mehreren Bremsscheiben und mehreren Bremsringen befinden sich die Bremsringe immer zwischen zwei Bremsscheiben. Zur Abbrem­ sung des Fährzeuges ist dem äußersten Bremsring ein Kraft­ speicher zugeordnet, der den äußersten Bremsring gegen seine benachbarte Bremsscheibe drückt. Sind mehrere Brems­ ringe und Bremsscheiben angeordnet, so wird dieser Druck von Bremsscheibe zu Bremsring und umgekehrt weitergegeben. Hierdurch erfolgt ein wirkungsvolles Abbremsen des Fahr­ zeuges.

Um die Bremswirkung dagegen aufzuheben, ist eine axial wirkende Magnetspule dem äußersten Bremsring zugeordnet. Diese Magnetspule wirkt gegen die Kraft des Kraftspeichers und zieht den äußersten Bremsring an, so daß die Brems­ scheiben zwischen den Bremsringen frei laufen können. Da­ bei befindet sich die Magnetspule in einem Ringraum in dem oben erwähnten ferritischen Ring. Fällt der Strom aus, so läßt die Magnetspule den äußersten Bremsring los, und es findet eine sofortige Abbremsung statt. Soll dann die Bremse wieder gelöst werden, so geschieht dies über über die Magnetspule oder, falls die Elektrik immer noch ausgefallen ist, über eine Einrichtung, mittels derer der äußerste Bremsring beispielsweise von Hand gegen die Kraft des Kraftspeichers axial bewegt wird. Diese Einrichtung kann aus beliebigen Hebeln, Exzenterhebeln oder Hebelanordnungen bestehen.

Die Bremsscheiben und auch die Bremsringe befinden sich im übrigen zwischen den beiden oben erwähnten Lagern, so daß ein sehr gutes Kräfteverhältnis beim Abbremsen gewährlei­ stet ist. Es kann nicht zu einem Verziehen infolge der Bremswirkung kommen.

Hervorzuheben ist vor allem, daß beim Lösen der Bremse aber auch beim Einleiten des Bremsvorganges kaum ein Geräusch entsteht. Es ist lediglich ein leichtes Klicken beim Anziehen des äußersten Bremsringes durch die Magnetspule zu hören. Dies stellt einen großen Vorteil gegenüber den bisher bekannten Bremseinrichtungen dar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur einen Teilquerschnitt durch eine erfindungsgemäßen Antriebsein­ richtung für ein elektrobetriebenes Fahrzeug. Dabei handelt es sich um einen sogenannten Radnabenantrieb oder Trommelmotor ohne Getriebe.

In einer Achswelle 1 ist stirnwärtig ein Sackloch 2 eingeformt, in welches ein Zapfen 3 einer Felge 4 eingreift. Der Zapfen 3 ist in dem Sackloch 2 der Achswelle 1 drehfest festgelegt, beispielsweise eingeschrumpft, geklebt od. dgl.

Der Zapfen 3 ragt etwa mittig aus einer Felgenscheibe 5 hervor, die randwärtig von einem Felgenbett 6 begrenzt ist. Das Felgenbett 6 geht einstückig in ein inneres Felgenhorn 7 über, an das ein Gehäusering 8 anschließt. Von außen her ist beim Übergang von Felgenscheibe 5 zu Felgenbett 6 ein Felgenhornring 9 entfernbar der Felge 4 aufgesetzt, wobei entsprechende Befestigungselemente strichpunktiert angedeutet sind. Die Entfernbarkeit des Felgenhornringes 9 gewährleistet, daß beispielsweise auch ein Rollstuhlfahrer einen sich im Felgenbett 6 befindlichen, nicht näher gezeigten Reifen leicht entfernen und durch einen neuen ersetzen kann.

Insgesamt bildet die Felge 4 zusammen mit der Achswelle 1 einen Ringkanal 10 zur Aufnahme eines Motors 11 sowie einer Stoppbremse 12 aus. Dabei ist der Motor 11 als Elektromotor ausgebildet. Sein Rotorteil 13 ist drehfest mit der Felge 4 verbunden, wobei der entsprechende Rotorteil 13 sich als Blechpaket gegen eine Innenfläche 14 des Felgenbettes 6 kreisringartig anschmiegt und sich einerseits gegen eine Schulter 15, die in die Innenfläche 14 eingeformt ist, abstützt.

Von der anderen Seite drückt ein Druckring 16 auf den Rotorteile 13 und diesen gegen die Schulter 15, 50 daß der Rotorteil 13 zwischen der Schulter 15 und dem Druckring 16 eingespannt ist. Die Festlegung bzw. das Einspannen geschieht über strichpunktiert angedeutete Befestigungs­ elemente 17.

Parallel zu einer Hauptachse A des Antriebes sind dem Rotorteil 13 Magnetstreifen 18, insbesondere Permanentma­ gnetstreifen aufgesetzt. Die einzelnen Magnetstreifen 18 sind entlang dem Rotorteil 13 voneinander beabstandet angeordnet.

Zwischen den Magnetstreifen 18 und einem Statorteil 19, der ebenfalls als Blechpaket ausgebildet ist, befindet sich ein Luftspalt 20. Der Statorteil 19 ist, wie der Name sagt, fest stehend und einem Innengehäusering 21 aufgeschoben und mit diesem drehfest verbunden. Hierzu bildet dieser Innen­ gehäusering 21 ebenfalls eine Schulter 22 aus, gegen die der Statorteil 19 anschlägt. Verspannt wird der Statorteil 19 durch eine Stufenscheibe 23, die andernends der Schulter 23 auf den Statorteil drückt und über strichpunktiert angedeutete Befestigungselemente 24 mit dem Innengehäuse­ ring 21 verbunden ist. Beidseits des Statorteils 19 sind Freiräume 25.1 und 25.2 zur Aufnahme der jeweiligen Wickelköpfe des Statorteils 19 angedeutet.

Da der Druckring 16 zusammen mit der Felge 4 drehen kann, der Innengehäusering 21 jedoch feststehend ausgebildet ist, befindet sich zwischen beiden eine Dichtung 25, die bevorzugt aus zwei Kunststoffteilen besteht. Dabei ist ein Kunststoffteil gegenüber dem anderen Kunststoffteil ebenfalls drehbar, zwischen beiden Kunststoffteilen befindet sich allerdings eine Labyrinthdichtung 46.

Zur Drehbarkeit der Felge 4 gegenüber dem Innengehäusering 21 ist zwischen dem Innengehäusering 21 und der Achswelle 1 und zwischen einem ferritischen Ring 27, der mit dem Innengehäusering 21 verbunden ist, und der Achswelle 1 jeweils ein Lager 28 und 29 vorgesehen. Am geeignetsten kann hier ein Wälzlager (Schulter-Schräglager) Anwendung finden. Beide Lager 28 und 29 sind durch entsprechende seitliche Anschläge verspannt, wobei die gesamte Festlegung über eine Mutter 30 erfolgt, die auf ein Außengewinde 31 der Achswelle 1 aufgesetzt ist.

Der Innengehäusering 21 bildet zusammen mit der Achswelle 1 und dem ferritischen Ring 27 ein Bremsraum 32 aus, in den von der Achswelle 1 her drei Bremsscheiben 33.1, 33.2 und 33.3 einragen. Diese Bremsscheiben 33 können in dem Bremsraum 32 frei drehen. Sie bestehen aus einem entspre­ chenden Bremsbelagmaterial und sind der Achswelle 1 drehfest aufgesetzt. Hierzu besitzt die Achswelle 1 entsprechende parallel zur Achse A verlaufende Keilnuten 34, in die nicht näher gezeigte Keilleisten der Bremsscheiben 33 eingreifen. Auf diese Weise sind die Bremsscheiben 33 der Achswelle 1 aufgeschoben und können entlang der Achse A bewegt werden. Ihre Bewegung wird allerdings durch Bremsringe 35.1, 35.2, 35.3 und 35.4 begrenzt. Diese Bremsringe 35 weisen ebenfalls nicht näher gezeigte Keilnuten auf, in die Keilleisten 36 eingreifen, die wiederum von dem Innengehäusering 21 in den Bremsraum 32 einragen. Dabei kann der äußere Bremsring 35.1 zusätzlich über das Befestigungselement 24 mit dem Innengehäusering 25 verbunden sein. Die anderen Bremsringe 35.2, 35.3 und 35.4 sollten jedoch entlang der Achse A verschiebbar angeordnet sein.

Die gewünschte Bremswirkung zwischen den Bremsscheiben 33 und den Bremsringen 35 wird über einen Kraftspeicher 37 erzeugt, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine ent­ sprechend dimensionierte Feder bzw. Federn ist/sind. Dieser Kraftspeicher 37 drückt auf den äußersten Bremsring 35.4, über den dann die nachfolgenden Bremsscheiben 33 und Bremsringe 35 zusammengeschoben werden. Durch die Anordnung mehrerer Bremsscheiben 33 und Bremsringe 35 hintereinander kann der Durchmesser der gesamten Stoppbremse 12 extrem klein gehalten werden. Die Anzahl der Bremsscheiben 33 und Bremsringe 35 ist je nach dem geforderten Brems- bzw. Haltemoment beliebig wählbar.

Ein weiterer großer Vorteil der Anordnung von mehreren Bremsscheiben und Bremsringen liegt darin, daß die Kraft des Kraftspeichers 37 relativ klein gehalten werden kann, wodurch auch eine Geräuschentwicklung beim Betätigen der Bremse sehr klein ist. Auch sind die elektrischen Verluste dadurch äußerst gering.

Zum Öffnen der Stoppbremse 12 ist in dem ferritischen Ring 27 ein Ringraum 38 angedeutet, in dem sich eine nicht näher gezeigte Magnetspule befindet. Solange der gesamte Antrieb mit Strom versorgt ist, zieht die Magnetspule den äußersten Bremsring 35.4 gegen die Kraft des Kraftspeichers 37 an, so daß zwischen den Bremsscheiben 33 und den Bremsringen 35 kein Kraftschluß besteht. Die Bremse ist gelöst.

Fällt jedoch der Strom aus, so wird auch die Magnetspule in dem Ringraum 38 nicht mit Strom versorgt, so daß sich der äußerste Bremsring 35.4 löst und sich die Bremsringe und Bremsscheiben unter dem Druck des Kraftspeichers 37 schließen. Damit der äußerste Bremsring 35 mit der Magnetspule zusammenwirken kann, besteht der äußerste Bremsring 35.4 ebenfalls aus einem ferritischen Material, beispielsweise aus Stahl. Die übrigen Teile des Antriebes, bis möglicherweise auf die Achswelle 1, können aus Aluminium bestehen.

Es muß jedoch Vorsorge getroffen werden, daß die Stoppbremse 12 auch dann gelöst werden kann, wenn kein Stromfluß zu der Magnetspule in dem Ringraum 38 stattfindet. Hierzu ist lediglich eine Öffnung 39 durch einen Deckel 40 und den ferritischen Ring 27 angedeutet, durch den ein entsprechender Hebel oder ein beliebiges Zugelement eingreift, mit dem von Hand der äußerste Bremsring 35.4 gegen den Kraftspeicher 37 geführt werden kann. Die Ausgestaltung dieses Hebels ist jedoch von untergeordneter Bedeutung.

Der gesamte Antrieb wird an einem, nicht näher gezeigten, elektrischen Fahrzeug festgelegt. Hierzu ist lediglich eine Befestigungsmöglichkeit 41 zwischen dem Innengehäusering 21 und dem Fahrzeug angedeutet.

Claims (17)

1. Antriebseinrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere für einen Rollstuhl, mit zumindest einer Felge (4) und einer Achswelle (1), dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Felge (4) und der Achswelle (1) ein Ringkanal (10) ausgebildet und in diesem ein Motor (11) und eine Bremse (12) integriert ist.

2. Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) und die Stoppbremse (12) über einen Innengehäusering (21) voneinander getrennt sind.

3. Antriebseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Statorteil (19) des Motors (11) mit dem Innengehäusering (21) drehfest verbunden ist.

4. Antriebseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rotorteil (13) mit der Felge (4) drehfest verbunden und um den Statorteil (19) angeordnet ist.

5. Antriebseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rotorteil (13) Magnetstreifen (18), insbesondere Permanentmagnetstreifen, angeordnet sind und diese einen Luftspalt (20) zum Statorteil hin ausbilden.

6. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innengehäusering (21) über Lager (28, 29) gegen die Achswelle (1) abstützt.

7. Antriebseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innengehäusering (21) teilweise aus einem ferritischen Werkstoff besteht, der bevorzugt einen Ring (27) ausbildet, mit dem der Innengehäusering (21) einen Bremsraum (32) teilweise umfängt.

8. Antriebseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bremsraum (32) von der Achswelle (1) her zumindest eine Bremsscheibe (33) einragt.

9. Antriebseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (33) entlang einer Achse (A) der Achswelle (1) verschiebbar auf dieser aufsitzt.

10. Antriebseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (33) mit der Achswelle (1) eine Keilnutverbindung eingeht.

11. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsscheibe (33) zumindest ein entlang der Achse (A) verschiebbarer Bremsring (35) zugeordnet ist.

12. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremsring (35) mit dem Innengehäusering (21) eine Keilnutverbindung eingeht.

13. Antriebseinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bremsring (35) ein in Richtung der Achse (A) wirkender Kraftspeicher (37) zugeordnet ist.

14. Antriebseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bremsring (35) eine axial wirkende Magnetspule zugeordnet ist.

15. Antriebseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Magnetspule in einem Ringraum (38) in dem ferritischen Ring (27) befindet.

16. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bremsring (35) eine Einrichtung zum manuellen Ausführen des Bremsvorganges (35) gegen die Kraft des Kraftspeichers zugeordnet ist.

17. Antriebseinrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in den Bremsraum (32) eine Mehrzahl von Bremsscheiben (33) zwischen eine Mehrzahl von Bremsringen (35) einragen.