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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Kinderwagen mit Elektroantrieb,
bestehend aus einem Grundgestell, an welchem wenigstens drei Laufräder und
wenigstens ein Sitz und/oder Liege für ein Baby oder Kleinkind
und wenigstens ein Handgriff und wenigstens ein Elektromotor und
wenigstens ein Elektroenergiespeicher befestigt sind.
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Kleine,
zum manuellen Schieben gedachte Fahrzeuge mit einem Liegeplatz und/oder
Sitzplatz für Babys oder Kleinkinder sind seit wenigstens
200 Jahren als Kinderwagen bekannter Stand der Technik, wobei es üblich
ist, dass er von einer größeren Person geschoben
wird, sodass das Kind im Kinderwagen stets im Blickfeld der schiebenden
Person ist.
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Da
das Schieben des Kinderwagens insbesondere an Steigungen einen erhöhten
körperlichen Einsatz erfordert, liegt es prinzipiell nahe,
den Kinderwagen mit einem Antrieb auszustatten. Dazu ist insbesondere
der Elektroantrieb geeignet, weil er keine Abgase oder andere Emissionen
abgibt, ohne Startprozedur sofort einsatzbereit ist und nach derzeitigem
Stand der Technik leistungsfähige und kompakte Elektroenergiespeicher
verfügbar sind, deren Energiespeichermenge in einem vernünftigen
Verhältnis zu den durch Kinderwagen normalerweise zu bewältigenden
Strecken steht.
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Durch
das Gebrauchsmuster
DE
203 11 123 ist ein Kinderwagen bekannt, der mit einem fest
installierten Elektroantrieb ausgerüstet ist, welcher über
einen Zahnriemen ein Laufrad des Kinderwagens antreibt. Dabei ist
der motorische Betrieb nicht für ebene Strecken oder für
Fahrbahnen mit einem Gefälle vorgesehen, sondern nur für
den Betrieb an Steigungen gedacht.
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Wenn
der Motor eigentlich nicht benötigt wird, so soll er trotzdem „frei"
mitlaufen, also die mechanische Verbindung zwischen Laufrad und
Motor über den Zahnriemen stets im Eingriff bleiben. Das hat
jedoch den gravierenden Nachteil, dass im Normalbetrieb die Reibung
innerhalb dieses Getriebes und innerhalb des Motors stets überwunden
werden muss. Durch die offene Bauweise des Getriebes können
Fremdkörper und Niederschläge zwischen Riemen
und Riemenrad geraten und dort die Reibung und den Verschleiß erhöhen.
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Nachteilig
ist ebenfalls, dass das beschriebene Zahnriemengetriebe für
einen reibungsarmen Lauf nur ganz geringe Toleranzen bei der Parallelität zwischen
Elektromotor und angetriebenem Rad zulässt. Zwar erlaubt
der Zahnriemen eine gewisse Abweichung, jedoch steigt dann der Reibungsverlust deutlich
an und die Lebensdauer sinkt deutlich ab. Um dem entgegenzuwirken,
ist eine geringe mechanische Toleranz konstruktiv sicherzustellen,
was nur durch eine entsprechend solide, mechanische Verbindung des
Motors mit dem Grundgestell des Kinderwagens sichergestellt werden
kann, wodurch sich jedoch Nachteiligerweise das Gesamtgewicht weiter erhöht.
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Ein
weiterer, prinzipieller Nachteil eines fest eingebauten Elektroantriebes
ist, dass der vorhandene Stauraum permanent eingeschränkt
wird und auch in den Situationen, in denen viel Stauraum, jedoch
kein Antrieb gefordert wird, der Antrieb nicht ohne erhöhten
Aufwand demontiert werden kann.
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Auf
diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt,
eine universell verwendbare Elektroantriebseinheit für
Kinderwagen zu entwickeln, die kompakte Außenabmessungen
und eine hohe Schutzart gegen Witterungseinflüsse bietet,
die innerhalb kürzester Zeit deaktiviert und dann ohne Reibungsverluste
mitgeführt werden kann, die innerhalb kurzer Zeit mit einfachen
Standardwerkzeugen vom Kinderwagen demontiert und auch wieder angebaut
werden kann.
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Als
Lösung präsentiert die Erfindung einen Kinderwagen
mit Elektroantrieb, bei dem Elektromotor und Elektroenergiespeicher
im Gehäuse einer Antriebseinheit eingebaut sind und am
Elektromotor ein Getriebe angeflanscht ist und damit ein Antriebsrad verkuppelt
ist, welches zusammen mit der gesamten Antriebseinheit ohne Werkzeug
auf die Fahrbahn des Kinderwagens absenkbar und wieder davon abhebbar
ist.
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Dafür
geeignete Elektromotoren, Elektroenergiespeicher und Antriebe sind
in großer Stückzahl bekannter Stand der Technik
und werden in den verschiedensten Bauarten von Elektrofahrzeugen
wie z. B. Flurförderfahrzeuge, Gabelstapler oder Handlingsysteme
zahlreich eingesetzt. Im Unterschied hierzu ist die Kernidee der
Erfindung eine elektrische Antriebseinheit, welche als kompaktes
Paket für den temporären Einsatz an wechselnden
Kinderwagen schnell und höchstens mit einfachem, in allen
Haushalten vorhandenem Werkzeug aufgesetzt, und ebenso schnell wieder
abgenommen werden kann.
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Nach
erfolgreicher Montage am Kinderwagen kann die Einheit mit einem
einzigen Handgriff in eine von der Fahrbahn entfernte Schiebeposition
geschwenkt werden und bei Bedarf, vor allem an Steigungen, mit einem
einzigen Handgriff wieder aktiviert werden. Durch die kompakte Bauform
und das allseits geschlossene Gehäuse ist die Antriebseinheit gegen
Witterungseinflüsse und von außen her auftreffende
Fremdkörper gut geschützt. Diese kompakte Bauform
stellt auch sicher, dass weitere, begleitende Kinder von der Innenstruktur des
Antriebsystems ferngehalten werden und beim Spielen keine unerwünschten
Veränderungen an der Antriebseinheit vornehmen können.
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In
seiner mechanischen Grundstruktur spart die Antriebseinheit durch
ihren kompakten Aufbau zusätzliche Montagegestelle, lange
Wellen und Verkabelungen, wodurch vorteilhaft das Gesamtgewicht reduziert
wird. Z. B. kann direkt am Motor und/oder am Getriebe ein kurzes
Befestigungselement zur Verbindung mit dem Grundgestell des Kinderwagens befestigt
werden. Das Antriebsrad wird sinnvoller weise direkt auf der Ausgangswelle
des Getriebes montiert. Auch der Elektroenergiespeicher sollte mit an
dem kurzen Befestigungselement montiert werden.
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Im
manuellen Betrieb des Kinderwagens wird die Antriebseinheit soweit
angehoben oder verschwenkt, dass ihr Antriebsrad die Fahrbahn des
Kinderwagens nicht mehr berührt. Vorzugsweise sollte die
Antriebseinheit bei manuellem Betrieb möglichst senkrecht
unterhalb des Schwerpunktes des Kinderwagens und möglichst
nahe an der Fahrbahn angeordnet werden. Die Positionierung in der
Nähe der Fahrbahn erhöht die Standsicherheit des
gesamten Kinderwagens mit samt Elektroantrieb, die Positionierung
senkrecht unterhalb des Schwerpunktes vom Kinderwagen verbessert
die Manövrierbarkeit in Kurven und bei Wendemanövern,
weil dadurch das Massenträgheitsmoment um die Hochachse
auf das denkbare Minimum reduziert wird.
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Zum
motorischen Vortrieb des Kinderwagens sollte die Antriebseinheit
soweit abgesenkt werden, dass das Antriebsrad die Fahrbahn berührt
und möglichst die gesamte Masse der Antriebseinheit gegenüber
dem Grundgestell des Kinderwagens frei verschwenkbar ist, sodass
sie voll umfänglich auf dem Antriebsrad lastet, um einen
ausreichenden Anpressdruck zu gewähren.
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Deshalb
ist bei der Auslegung der Antriebseinheit zu bevorzugen, dass der
Schwerpunkt der Antriebseinheit von ihrer Verschwenkachse am Grundgestell
des Kinderwagens einen möglichst großen Abstand
hat. Falls der dadurch erzielte Anpressdruck auf das Antriebsrad
zu gering sein sollte, kann er weiter erhöht werden, in
dem das Antriebsrad einen kleineren Abstand zur Schwenkachse der
Antriebseinheit hat, als ihr Schwerpunkt.
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Dabei
ist jedoch zu beachten, dass das Antriebsrad nicht so nahe zur Verschwenkachse
angeordnet werden darf, dass die Antriebseinheit den Kinderwagen
anhebt und dadurch mit ihrem von der Verschwenkachse entfernten
Ende auf die Fahrbahn aufschlägt. Zusätzlich sollte
eine gewisse Bodenfreiheit vorgesehen werden, damit die Antriebseinheit auch
kleinere Bodensenken durchfahren kann.
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Falls
das Antriebsrad einen sehr breiten Querschnitt aufweist, der nicht
nur in einem Punkt sondern auf einer Linie die Fahrbahn berührt,
muss die Befestigung der Antriebseinheit am Kinderwagen gegenüber
der Fahrbahn so justierbar sein, dass die Achse des Antriebsrades
parallel zur Fahrbahn ausgerichtet ist.
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Vorteilhafterweise
kann eine erfindungsgemäße Antriebseinheit so
am Kinderwagen montiert werden, dass im Betrieb die Schubkraft mittig
angreift und keine ungewollte Kurvenfahrt entsteht.
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Falls
die Antriebseinheit so ausgelegt werden soll, dass auch im abgesenkten
Zustand ein Schiebebetrieb möglich ist, kann es vorteilhaft
sein, einen Freilauf zwischen Antriebsrad und Getriebe zu flan schen.
Damit wird das Aufbringen zusätzlicher Kräfte
zur Überwindung von Reibung im Getriebe sowie im Elektromotor
vermieden.
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Ein
Freilauf ist insbesondere dann unerlässlich, wenn ein selbsthemmendes
Getriebe, wie z. B. ein Schneckengetriebe, eingesetzt wird. Bei
einem solchen Getriebe ist nur eine unidirektionale Kraftübertragung
von der schnell drehenden Schnecke auf das langsam drehende Schneckenrad
möglich, nicht umgekehrt. Ein Vorteil des Schneckengetriebes
ist sein niedriger Preis und seine kompakte Bauform.
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In
dieser Anwendung ermöglicht es zusammen mit einem Antriebsregler,
dass die abgesenkte Antriebseinheit als Brems- und Halteelement
einsetzbar ist, sofern kein Freilauf zwischen Antriebsrad und Getriebe
zwischengeflanscht ist. Durch die Reduktion der Drehzahl des Elektromotors
reduziert sich auch die Geschwindigkeit des Kinderwagens. Falls der
Geschwindigkeitssollwert so schnell reduziert wird, dass die von
der Antriebseinheit aufzubringende Bremskraft die Haftreibungsgrenze
des Antriebsrades überschreitet, gerät das Antriebsrad
ins Gleiten, wodurch zwar die Bremskraft absinkt, jedoch in keinem
Fall bis auf Null.
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Während
der Verzögerung muss der Elektromotor nur so viel Energie
an das Getriebe liefern, wie zur Überwindung von dessen
innerer Reibung erforderlich ist. Erst wenn der Kinderwagen zum
Halten gekommen ist, die Drehzahl von Motor und Getriebe also auf
Null abgesunken ist, wird auch keine Energie mehr benötigt.
In diesem Zustand fungiert die abgesenkte Antriebseinheit mit Selbsthemmendem Schneckengetriebe
als Haltebremse.
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Die
Vorteile der Konfiguration einer Antriebseinheit mit Schneckengetriebe
sind kompakte Bauform, geringer Preis und geringes Gesamtgewicht. Zu
beachten ist, dass die zuvor geschilderte gleichmäßige
Verzögerung mit einem Schneckengetriebe nur dann möglich
ist, wenn ein stufenloser Drehzahlregler oder zumindest ein Drehzahlsteuergerät
zwischen Elektroenergiespeicher und Elektromotor zwischengespeichert
ist. Ohne ein solches Gerät setzt die Selbsthemmung des
Schneckengetriebes schlagartig ein, wodurch das Antriebsrad blockiert und
der Kinderwagen schlagartig verzögert wird, was dem Kind
jedoch unzuträglich ist, weshalb, wie bereits zuvor erwähnt,
ein Freilauf vorzusehen ist.
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Da
auf aktuellem Stand der Elektronik ein Drehzahlregelgerät
für einen Gleichstrommotor als pulsweitenmodulierter Transistor-Chopper
mit einer I×R-Kompensation so kostengünstig produziert
werden kann, dass sein Preis in die Nähe der Kosten eines
Feilaufes rückt, hängt der Entscheid zwischen Freilauf
und Drehzahlsteuergerät vom Konzept des Bedienelementes
für die Antriebseinheit ab.
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Selbst
bei dem denkbar einfachsten Bedienelement, einem Taster mit den
beiden Zuständen „An" und „Aus" kann
ein Drehzahlregler als elektronischer Antriebsregler dennoch sinnvoll
sein, da er beim Ausschalten des Bedienelementes während der
Fahrt des Kinderwagens dafür sorgt, dass auch eine Antriebseinheit
mit Schneckenantrieb nicht schlagartig verzögert, sondern
mit einer im Gerät fest einstellbaren Verzögerung,
einer sogenannten „Bremsrampe" die Drehzahl des Antriebes
und damit die Geschwindigkeit des Kinderwagens stetig bis zum Stand
reduziert. Im Stand wird der Kinderwagen durch die Selbsthemmung
des Schneckengetriebes gesichert.
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Darüber
hinaus bewegt ein so konfigurierter Elektroantrieb den Kinderwagen
auch bei Bergabfahrt mit der gleichen Geschwindigkeit wie in der Ebene,
ohne dass die normalerweise schiebende Person den Kinderwagen mit
erhöhtem Kraftaufwand zurückhalten muss. Auf diese
Weise kann eine durchaus funktionstüchtige und spürbare
Entlastung der schiebenden Person auf kostengünstige Weise realisiert
werden.
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Die
wesentliche Einschränkung ist jedoch die Festlegung auf
eine ganz bestimmte Geschwindigkeit, was in vielen Fällen
als unangenehm empfunden werden wird. Ohne Mehraufwand für
den Antriebsregler und geringem Mehraufwand für das Bedienelement
und für die Verbindungsstrecken zwischen Bedienelement
und Antriebseinheit ist es möglich, dass die schiebende
Person auch die gewünschte Geschwindigkeit vorwählen
kann. Eine sehr einfache, denkbare Variante ist die Kombination eines
Ein-Aus-Tasters mit einem Dreh- oder Schiebeelement zur Einstellung
eines Geschwindigkeitssollwertes. In einer ergonomisch vorteilhaften
Variante wird der Ein- Ausschalter mit einem Handgriff kombiniert,
der von den vier Fingern einer Hand umschlossen wird und durch Zugreifen
aktiviert wird. Ein solcher Schalte-Handgriff kann mit einem Rändelrad oder
Schieberegler verbunden werden, welcher durch den Daumen verdrehbar
bzw. verschiebbar ist und dadurch den Geschwindigkeitssollwert vorgibt.
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In
einer alternativen Ausführungsform können diese
beiden Funktionen – ähnlich wie es bei Krafträdern üblich
ist – in einem verdrehbaren Griff kombiniert werden, welcher
durch Federkraft in seine Ruheposition zurück schnellt.
Dabei entspricht die Ruheposition dem Sollwert „Null" und
der andere, gegenüberliegende Anschlag dem Sollwert „Maximum".
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Prinzipiell
möglich wäre es auch, als Betätigungselement
einen Hebel einzusetzen, der sich im Ruhezustand vom Handgriff abspreizt
und für den Betrieb an den Handgriff heran verschwenkbar
ist. Der maximale Sollwert ist dann erreicht, wenn der Hebel am
Handgriff anliegt. Eine solche Konfiguration ist nicht nur vorstellbar,
sonder auch ergonomisch sinnvoll und in sehr zahlreichen Beispielen
erfolgreich realisiert. Der ganz entscheidende Nachteil dieser Anordnung
ist jedoch, dass derartige Hebel bei Zweiradfahrzeugen, angefangen
vom Fahrrad bis hin zum Motorrad als Betätigungseinheit
für Bremsen üblich sind, was unter Umständen
zu folgenschweren Missverständnissen beim Einsatz als Geschwindigkeitsgeber
für einen Kinderwagen mit elektrischem Antrieb führen
könnte. Die Erfindung rät aus diesem Grunde von
einer solchen Konfiguration ab.
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Noch
nicht mit einer weltweiten, bestimmten Funktionalität bei
Fahrzeugen verknüpft ist ein Schieberegler, der z. B. in
Längsrichtung des Handgriffes verschiebbar ist.
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Zu
bevorzugen ist jedoch ein Betätigungselement, das auf den
Spezialfall des über einen Handgriff zu verschiebenden
Wagens abgestimmt ist. Die menschliche Ergonomie legt nahe, dass
zum Beschleunigen und zum gleichmäßigen Bewegen
auf wenigstens einen Handgriff eine Schubkraft in horizontaler Richtung
ausgeübt wird. Wenn der Kinderwagen beschleunigt werden
soll oder eine Steigung heraufbewegt werden soll, wird der Druck
auf den Handgriff verstärkt. Wenn ein mit gleichmäßiger
Geschwindigkeit fahrender Kinderwagen verzögert werden
soll, wird ein Druck auf die gegenüberliegende Seite des
Handgriffes ausgeübt, in dem der Schiebende das Fahrzeug
zurückhält. Auch beim Bergabfahren wird eine Kraft
auf diejenige Seite des Handgriffes ausgeübt, die von der
schiebenden Person abgewandt ist. Aus diesem typischen Nutzerverhalten heraus
liegt es nahe, das Betätigungselement so zu gestalten,
dass die „gewohnte" Bewegung des Schiebenden in den drei
typischen Fahrsituationen Beschleunigen, Fahren mit gleicher Geschwindigkeit und
Verzögern auf das Bedienelement übertragen wird
und vom Bedienelement in einen Sollwert umgewandelt wird, der zur
Ansteuerung des Antriebreglers geeignet ist.
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Als
Lösung dieses Problems schlägt die Erfindung vor,
auf den Handgriff des Kinderwagens ein C-förmiges Profil
quer zur Fahrtrichtung aufzusetzen, welches in Fahrtrichtung gegenüber
dem Handgriff verschiebbar ist. Im Ruhezustand bei der Geschwindigkeit
Null werden beide Schenkel des C durch wenigstens je eine Feder
auf gleichem Abstand vom Handgriff gehalten, nur dass Mittelteil
des C-förmigen Profils liegt auf dem Handgriff auf.
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Wenn
eine Beschleunigung gewünscht wird, so drückt
die schiebende Person auf den hier zugewandten Schenkel des C-förmigen
Profils, wodurch es gegen die Feder näher an den Handgriff
herangeschoben wird. Je stärker der Druck ist, desto weiter schiebt
sich der Schenkel an den Handgriff heran, bis er den Handgriff berührt.
Dieser Anschlag entspricht der Vorgabe des maximalen Sollwertes.
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Beim
Verzögern oder beim Bergabfahren übt die den Kinderwagen
nutzende Person einen Druck auf den von ihr abgewandten Schenkel
des C aus, zieht also das C-förmige Profil zu sich heran
und bewegt es damit näher auf den Handgriff zu. Wenn der abgewandte
Schenkel des C-förmigen Profils an die Rückseite
des Handgriffs anschlägt, entspricht dies der Vorgabe von
maximaler Verzögerung.
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Um
diese verschiedenen Positionen des Bedienungselementes mit dem Antriebsregler
zu verknüpfen muss das Bedienelement mit ei nem linearen Potentiometer,
einem linearem Stufenschalter, einem Hall-Generator oder einem ähnlichen
Sollwertgeber mechanisch verknüpft werden. Dieser Sollwertgeber wird
dann elektrisch an den Antriebsregler angeschlossen.
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Es
ist dabei der Philosophie des Herstellers überlassen, ob
ein solches Bedienelement als Geschwindigkeitsregler eingesetzt
wird, der eine bestimmte Geschwindigkeit des Kinderwagens vorgibt, oder
ob das Betätigungselement einen Drehmomentensollwert vorgibt,
so wie es bei Kraftfahrzeugen und Motorrädern üblich
ist.
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Es
ist sogar denkbar, dass diese Entscheidung dem Benutzer der Antriebseinheit überlassen wird,
in dem diese mit einem Wahlschalter für die Betriebsart
ausgestattet wird.
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Weitere,
vorteilhafte Varianten eines erfindungsgemäßen
Kinderwagens mit Elektroantrieb ergeben sich dann, wenn zwischen
Elektromotor und Antriebsrad ein nichthemmendes Getriebe, wie z.
B. ein Stirnradgetriebe oder ein Planetenradsatz eingesetzt wird.
Damit ist es möglich, vom Fahrzeug generatorisch erzeugte
Energie beim Verzögern oder beim Bergabfahren aus dem Elektromotor
zu entnehmen. Im einfachsten Fall wird der Elektromotor dafür mit
ohmschen Widerständen verbunden, welche die vom Motor abgegebene
Energie in Wärme umsetzen.
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Es
ist möglich eine solche Verbindung durch einfache Schaltkontakte,
wie z. B. ein Relais, herzustellen. Bei einer solchen Konfiguration
setzt die Bremswirkung jedoch schlagartig mit dem Betätigen des
Kontaktes ein.
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Ein
ruckfreier Übergang in die Verzögerung ist dann
möglich, wenn zwischen Elektroenergiespeicher und Elektromotor
ein elektronischer Antriebsregler vorgesehen ist. Wenn dieser Antriebsregler
als sogenannter „4-Quadrantenregler" ausgeführt
ist, sorgt er nicht nur für eine gleichmäßige
Beschleunigung des Fahrzeuges, sondern auch für eine gleichmäßige
Verzögerung und dass sowohl bei der Fahrt in der Ebene
als auch bei Bergabfahrt, bei welcher der Kinderwagen über
das Antriebsrad und das Getriebe den Elektromotor treibt. In diesem
Betriebszustand gibt der Elektromotor Energie an den Antriebsregler
ab, welche vom Antriebsregler in den Elektroenergiespeicher zurückgeführt
werden kann.
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Dabei
ist jedoch zu beachten, dass die Spannung dieser Elektroenergie
von der jeweiligen Drehzahl des Elektromotors abhängt.
Nur wenn die Motordrehzahl so hoch ist, dass die vom Antriebsregler
abgegebene Spannung größer als die Spannung des Elektroenergiespeichers
ist, fließt ein Ladestrom.
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Um
auch elektrische Energie auf niedrigerem Spannungsniveau in den
Elektroenergiespeicher transferieren zu können, gibt es
verschiedene Möglichkeiten:
Aus der Antriebselektronik
sind sogenannte „Hochsetzsteller" bekannt, also Stromrichter,
die über einen zusätzlichen „Chopper"
die Spannung takten und mit Hilfe von Kondensatoren auf ein höheres
Spannungsniveau bringen.
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Eine
andere, bisher selten genutzte Möglichkeit ergibt sich
dann, wenn die einzelnen Zellen einer Batterie nach außen
hin zugänglich sind und jede einzelne Zelle über
ein ihr zugeordnetes Leistungselement oder einen Relaiskontakt mit
dem generatorisch wirkenden Antrieb verbunden werden kann. In einer
solchen Konfiguration wer den nur so viele Zellen mit dem Antriebsregler
verschaltet, dass ein Ladestrom in die zugeschalteten Zellen fließt.
Damit alle einzelnen Zellen einer Batterie möglichst gleichmäßig
wieder aufgeladen werden, ist für eine solche Konfiguration
ein entsprechendes Batteriemanagement im Antriebsregler erforderlich.
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Ein
entscheidender Vorteil eines Vierquadrantenreglers ist es, dass
ein ruckfreier Übergang vom Treiben in gleichmäßige
Fahrt und ein ebenfalls ruckfreier Übergang von gleichmäßiger
Fahrt zum Verzögern möglich sind.
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Mit
einem so genannten „Jerk-Limit" ist es möglich,
dass bei der Sollwertvorgabe die Beschleunigungsänderungsgeschwindigkeit
limitiert wird und damit der Übergang vom Stand in die
Beschleunigungsphase, von der Beschleunigungsphase zur gleichmäßigen
Geschwindigkeit, von der gleichmäßigen Geschwindigkeit
zum Verzögern und aus dieser Phase in den Halt möglich
ist.
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Bein
einer solchen Konfiguration ist es auch sinnvoll, die Antriebseinheit
mit einem integrierten Neigungssensor auszustatten. Dieser Neigungssensor
dient zur Vorgabe eines bestimmten Drehmomentensollwertes in Abhängigkeit
vom erfassten Neigungswert. Wenn der Neigungssensor meldet, dass der
Kinderwagen eine Steigung herauffährt, so gibt er selbsttätig
einen bestimmen Drehmomentensollwert vor, der jedoch nur so groß ist,
dass er den Kinderwagen nicht selbsttätig in Bewegung setzt.
Dadurch wird erreicht, dass der Kinderwagen an Steigungen nahezu
schwerelos wirkt.
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Eine ähnliche
Funktionalität ist mit dem Neigungssensor an Gefällen
möglich. Wenn der Neigungssensor meldet, dass der Kinderwagen
ein Gefälle befährt, gibt er selbsttätig
ein Bremsdrehmoment vor, das jedoch nicht so groß ist,
dass es den Kinderwagen alsbald zum Halten bringt. Dadurch erscheint
der nutzenden Person der Kinderwagen am Gefälle ebenfalls
nahezu schwerelos.
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Ein
entscheidender Vorteil dieser Konfiguration ist, dass im Betrieb
der Antriebseinheit keine zusätzlichen Betätigungselemente
am Handgriff erforderlich sind. Vorsätzliche Fehlbedienungen
der Antriebseinheit sind damit ausgeschlossen.
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Als
optionale Zusatzausstattung gegen unbeabsichtigte Aktivierung der
Antriebseinheit nennt die Erfindung einen Schlüssel, eine
Magnetkarte, einen elektronischen Chip, zwei gleichzeitig zu aktivierende
mechanische Betätigungselemente, die wenigstens eine Handspanne
voneinander entfernt angeordnet sind, einen Kontaktstift, welcher über
ein Zugseil mit dem Handgelenk des Schiebenden verbunden ist, oder
ein Betätigungselement, das zur Aktivierung die Kombination
von zwei ganz unterschiedlichen Betätigungsrichtungen erfordert.
Von diesen Sicherungsmethoden sind drahtlos von der Antriebseinheit
erfasste Chipkarten in einer Jacken- oder Brieftasche des Benutzers
die eleganteste.
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Ein
wesentliches Element der Erfindung ist, dass die Antriebseinheit
schnell und einfach am Grundgestell des Kinderwagens montiert werden kann
und sodann mit nur einem Handgriff durch Absenken aktiviert werden
kann. Dazu schlägt die Erfindung vor, dass die Antriebseinheit
mit einer horizontalen Strebe des Grundgestelles vom Kinderwagen verbunden
werden kann und um deren Längsachse verschwenkbar ist.
Für Kinderwagen ohne eine horizontale Strebe sollte die
Antriebseinheit an zwei zueinander parallelen, vertikalen oder geneigten
Streben montierbar sein und ebenfalls um eine horizontale Achse
verschwenkt werden können. Dafür schlägt die
Erfin dung vor, dass die Antriebseinheit am mittleren Abschnitt eines
U-förmigen Bügels verschwenkbar gelagert ist,
dessen beide Schenkel zangenartig zur Umklammerung von schlanken
Streben ausgebildet sind. Zur Anpassung auf die Abmessungen verschiedener
Kinderwagen sollten die beiden Schenkel gegenüber dem mittleren
Abschnitt verschwenkbar sein und auch der Abstand der beiden Schenkel
zueinander verstellt werden könne. Dazu schlägt
die Erfindung vor, dass der Mittelabschnitt des U-förmigen Bügels
aus zwei ineinander teleskopartig verschiebbaren Profilabschnitten
besteht.
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Der
Vorzug eines solchen Universal-Befestigungsbügels ist,
dass er mit einer sehr großen Anzahl von verschiedenen
Kinderwagengrundgestellen kombinierbar ist, idealer Weise also nur
in einer einzigen Variante hergestellt werden muss und vom Endverbraucher
auch dann einsetzbar ist, wenn er regelmäßig zwischen
zwei verschiedenen Kinderwagen wechselt.
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Als
weitere, sinnvolle Ausführungsvariante hält eine
Feder die Antriebseinheit bistabil entweder in einer abgehobenen
Position oder drückt sie abgesenkt auf die Fahrbahn. Dafür
ist wenigstens eine Zugfeder mit einem Ende außen am Gehäuse
der Antriebseinheit angelenkt ist und mit dem anderen Ende am Grundgestell
befestigt. Dabei sind die Anlenkpunkte der Zugfeder in Bezug auf
die Schwenkachse des Gehäuses so angeordnet, dass sie sich
in der Mitte des Verschwenkbereiches der Antriebseinheit 6 in
einer Ebene befinden mit der Schwenkachse befinden, wobei sich die
Schwenkachse zwischen den Anlenkpunkten der Zugfeder befindet. Dadurch wird
erreicht, dass die Zugfeder in dieser Position stärker
gedehnt ist als in allen anderen Positionen der Antriebseinheit.
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In
dieser Zwischenstellung befindet sich die Antriebseinheit also in
einer instabilen Stellung: ein kleiner Impuls reicht, um sie von
der Zugfeder in eine der beiden stabilen Positionen ziehen zu lassen – entweder
abgehoben von der Fahrbahn bis an einen oberen Anschlag – oder
nach unten bis zur Berührung der Fahrbahn.
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Dabei
sollte die Antriebseinheit in der unteren Position soviel zusätzlichen
Bewegungsspielraum haben, dass sie auch in Schlaglöchern
noch deren Grund berührt und ausreichende Anpresskraft zur
Ableiterleitung der Reaktionskräfte des Vortriebs aufbringt.
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Eine
Alternative zu der Verschwenkung der Antriebseinheit ist eine lineare
Auf- und Abwärtsbewegung. Dafür schlägt
die Erfindung wenigstens eine Leitschiene vor, die vertikal oder
geneigt am Grundgestell des Kinderwagens montiert ist. Die Leitschiene
kann z. B. C-förmig profiliert sein, so dass sich zwischen
den Schenkeln des C ein daran angepasstes Gleitstück bewegt,
dass die Antriebseinheit hält. Denkbar ist auch ein Ring
oder ein Hohlzylinder an der Antriebseinheit, der die Leitschiene
umfasst und darauf gleitet.
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Die
Antriebseinheit kann parallel zu dieser Leitschiene bewegt werden
und so auf die Fahrbahn abgesenkt oder von der Fahrbahn abgehoben
werden.
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Als
sinnvolle, funktionelle Erweiterung rastet die Antriebseinheit in
einer von der Fahrbahn abgehobenen Position ein. Denkbar ist, dass
Nasen an der Antriebseinheit hinter federbelasteten Schließfallen
einrasten, die zum Absenken mit einem Hebel wieder geöffnet
werden müssen.
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Sinnvoll
sind aber auch andere, im Prinzip bekannte Rastvorrichtungen, die
durch die Bewegung der Antriebseinheit gesteuert werden.
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Zum
Einrasten in die abgehobene Position wird die Antriebseinheit aus
einer tieferen Position über die Rastposition hinaus angehoben
und in die Rastposition abgesenkt. Zum Ausrasten aus der abgehobenen
Position wird sie wieder etwas angehoben und kann dann über
die Rastposition hinaus abgesenkt werden. Dafür geeignete
Führungsmechanismen sind von Kugelschreibern und Betten
her bekannt und auf diese Anwendung übertragbar.
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In
einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform
ist die Antriebseinheit an ihrer Oberseite mit einer Trittfläche
ausgestattet, die so groß ist, dass sich im heruntergeklappten,
aktivierten Zustand ein Kind darauf stellen kann und auf dem Kinderwagen
im Stehen mitfahren kann. Dazu sollte die Trittfläche rutschfest
beschichtet sein. Darüber hinaus muss ein Haltegriff oder
eine Haltemöglichkeit am Kinderwagen für das Kind
in ergonomisch sinnvoller Position erreichbar sein.
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In
dieser Konfiguration ist darauf zu achten, dass das mitfahrende
Kind auf der Trittfläche nicht ohne weiteres die Betätigungselemente
zur Aktivierung des Antriebes erreichen kann, um zu vermeiden, dass
ein Kind missbräuchlich oder versehentlich den Kinderwagen
in Bewegung setzt.
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In
diesem Zusammenhang ist besonders darauf hinzuweisen, dass die Wahl
der Fahrtrichtung eines erfindungsgemäßen Kinderwagens
ausschließlich durch seitlich wirkende Impulse der schiebenden
oder zurückhaltenden Person erfolgt. Andere Lenkorgane
sind nicht vorgesehen. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit
ist ausschließlich als eine Betriebsunterstützung
gedacht und keinesfalls wird der Kinderwagen dadurch im Sinne von
Straßenverkehrsordnungen zu einem selbstfahrenden Fahrzeug.
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Als
weitere Ausstattungsvariante schlägt die Erfindung vor,
einen erfindungsgemäßen Kinderwagen mit Elektroantrieb
auch mit anderen elektrischen Geräten, wie z. B. mit Beleuchtungseinrichtungen auszustatten,
die vom Elektroenergiespeicher versorgt werden. Dabei können
die Beleuchtungseinrichtungen nur als Positionsleuchte dimensioniert werden.
Denkbar ist es jedoch auch, Schweinwerfer zur Beleuchtung der Fahrbahn
des Kinderwagens vorzusehen.
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In
einer weiteren Variante wird vorgeschlagen, die Antriebseinheit
mit einem Lichtsensor auszustatten, der in der Dunkelheit bei schlagartiger Änderung
des auf den Lichtsensor einfallenden Lichtes die Leuchtstärke
erhöht. Wenn also z. B. der Lichtkegel eines Autoscheinwerfers
den Kinderwagen erfasst, wird dessen Beleuchtung heller strahlen,
wodurch der Fahrer des Automobils zusätzlich gewarnt wird.
Darüber hinaus kann auch die Beleuchtung vor und/oder hinter
dem Kinderwagen verstärkt werden, sodass die schiebende
Person trotz Blendung durch ein entgegenkommendes Automobil die
Fahrbahn noch sieht.
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Als
eine weitere Verbesserung der Antriebseinheit wird vorgeschlagen,
dass sie im demontieren Zustand mit Hilfe von zwei ausfahrbaren
Griffen wie eine Schubkarre auf den integrierten Antriebsrad verfahrbar
ist.
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Je
nach Gewicht der Antriebseinheit ist auch ein Handgriff zum Transportieren
nach der Demontage sinnvoll. Ein weiteres, nützli ches Ausstattungsdetail
ist die Integration eines Ladegerätes zum Aufladen des
Elektroenergiespeichers über das Elektronetz.
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Im
Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung
anhand von Beispielen näher erläutert werden.
Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern
nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
Die
Figuren zeigen im Einzelnen:
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1 Isometrische
Darstellung eines Kinderwagens mit Antriebseinheit in aktivierter
Position
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2 Ausschnitt
aus 1 mit geöffneter Antriebseinheit 6
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3 Seitenansicht
eines Kinderwagens mit aktivierter Antriebseinheit und darauf mitfahrendem Kind
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4 Seitenansicht
des Kinderwagens aus 3 mit Antriebseinheit in passiver
Stellung.
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Die
Figuren zeigen im Einzelnen:
1 zeigt
in isometrischer Darstellung die Aufsicht auf einen Kinderwagen,
an dessen hinterer Achsstrebe 12 des Grundgestells 1 eine
Antriebseinheit 6 über einen Bügel 8 befestigt
ist und nach unten in die aktive Position verschwenkt ist. In dem
gezeigten Ausführungsbeispiel besteht das Grundgestell 1 des Kinderwagens
aus Streben, die nach oben hin den Handgriff 11 tragen.
Nach unten hin sind am Grundgestell die vier Laufräder 2 und
in der Mitte ein Sitz oder eine Liege 3 für ein
Baby oder Kleinkind befestigt; in der hier gezeigten Ausführungsform
mit einer hohen Seitenwand und einer zusammen faltbaren Abdeckhaube.
Der Übersichtlichkeit halber ist das hintere, linke Rad
nur gestrichelt angedeutet. Dadurch wird der Blick auf den Bügel 8 frei,
welcher durch die Antriebseinheit 6 hindurch verläuft
und zur Befestigung an der horizontalen Achsstrebe 12 des Grundgestells 1 dient.
Im hier gezeigten Beispiel ist davon auszugehen, dass die Achsstrebe 12 ein
stabiles und belastbares Rohr ist, das das Gewicht und das Torsionsmoment
der Antriebseinheit tragen kann.
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In
der in 1 dargestellten Position ist die Antriebseinheit 6 nach
unten abgesenkt und berührt mit ihrem nach unten weisenden – in 1 nicht sichtbaren – Antriebsrad 42 die
Fahrbahn. In 1 ist auf der Oberseite der
Antriebseinheit 6 die Trittstufe 62 aufgesetzt.
Sie ist an ihrer Vorderkante verschwenkbar und in der rückwärtigen
Hälfte in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel über
Stützen und dazu komplementäre Rasten in eine
waagerechte Stellung gebracht. Durch die Stützen auf einer
der Rasten ist die Trittstufe 62 auf der Antriebseinheit auch
an andere Kinderwagen anpassbar, bei denen der Bügel 8 in
einer anderen Höhe am Grundgestell des Kinderwagens montiert
werden muss und die Antriebeinheit 6 deshalb eine andere
Neigung aufweist.
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In 2 ist
als Ausschnitt aus 1 die hintere Achsstrebe 12 mit
der daran angeflanschten Antriebseinheit 6 gezeichnet,
welche hier mit aufgebrochenem Gehäuse 61 dargestellt
wird, sodass der Blick auf das im Gehäuse angeordnete Getriebe 41 fällt,
welches mit einem Ende am Bügel 8 befestigt ist und
an seinem anderen Ende, direkt auf seiner Abtriebswelle das Antriebsrad 42 trägt.
In der Mitte des Getriebes 41 greift der Elektromotor 4 ein,
dessen – in der Regel sehr hohe – Drehzahl durch – hier
nicht dargestellte – Zahnradpaare im Getriebe 41 auf
die niedrigere Drehzahl des Antriebrades 42 untersetzt wird.
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Im
Gehäuse 61 der Antriebseinheit 6 ist
am rückwärtigen Ende der Elektroenergiespeicher 5 eingezeichnet,
dessen beide Pole über Kabel mit einem dicken Querschnitt
mit dem Antriebsregler 7 an der in Fahrtrichtung rechten
Seite des Gehäuses 61 verbunden ist, von wo weitere
Kabel zum Elektromotor 4 führen.
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An
der Oberseite des Gehäuses 61 der Antriebseinheit 6 ist
im Schnitt die Trittstufe 62 dargestellt, die an ihrer
vorderen Kante verschwenkbar auf dem Gehäuse 61 gelagert
ist und sich mit ihrer hinteren Hälfte über Stützen
auf Rasten am Gehäuse 61 abstützt, sodass
auch bei geneigter Antriebseinheit 6 die Trittstufe 62 in
eine waagerechte Position justiert werden kann.
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Im
vorderen Tei der Antriebseinheit 6 ist der mittlere Abschnitt 82 des
Bügels 8 teilweise zu erkennen. An der in Fahrtrichtung
linken Seite ist die in verschiedenen Winkeln justierbare Verbindung
zum Schenkel 82 dargestellt, welcher sich zangenartig um die
horizontale Strebe des Grundgestelles 1 klammert. Ein solcher
Schenkel 82 ist auch an der in Fahrtrichtung rechten Seite
des mittleren Abschnittes des Bügels 8 befestigt.
Der Bügel 8 besteht aus zylindrischen Elementen
verschiedenen Durchmessers, die so dimensioniert sind, dass sie
ineinander schiebbar sind, wodurch die wirksame Länge verstellt
werden kann, sodass der Befestigungsbügel 8 auf
verschiedene Abstände zwischen den beiden Schenkeln 82 mit
den zangenartigen Klammern einstellbar ist.
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In 2 ist
durch einen Doppelpfeil eingezeichnet, wie die Antriebseinheit 6 gegenüber
dem Bügel verschwenkbar ist, wozu der mittlere Abschnitt 81 des
Bügels 8 im Gehäuse 6 verschwenkbar
gelagert ist.
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Dadurch
wird es auch möglich, den Bügel zur Befestigung
der Antriebseinheit sowohl an vertikalen als auch an etwas geneigten
Streben einzusetzen. Zur Befestigung an vertikalen Streben ist eine
Drehung des mittleren Abschnittes 81 gegenüber
der in 2 dargestellten Position um 90° sowie
ein Verschwenken der beiden Schenkel ebenfalls um 90° erforderlich,
sodass sie mit dem mittleren Abschnitt 81 nunmehr eine
Linie bilden. Dann können die zangenartigen Schenkel 82 vertikale
Streben umfassen.
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Zur
Anpassung an den Abstand dieser beiden vertikalen Streben zueinander
kann der mittlere Abschnitt 81 des Bügels – wie
erwähnt – teleskopartig zusammen geschoben oder
auseinander gezogen werden. Die zum Festsetzen jeweils erforderlichen Klemmschrauben
am Bügel 8 sind in 2 der Übersichtlichkeit
halber nicht dargestellt.
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In 3 ist
die Seitenansicht des in 1 dargestellten Kinderwagens
mit heruntergeklappter, also aktivierter Antriebseinheit wiedergegeben.
In 3 wird nachvollziehbar, dass in dieser Stellung das
Antriebsrad 42 der Antriebseinheit 6 die Fahrbahn
des Kinderwagens berührt, so dass sie den Kinderwagen motorisch
schieben kann.
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Als
eine weitere Ausführungsvariante ist in 3 dargestellt,
wie die Trittstufe 62 auf der Antriebseinheit 6 von
einem Kind zur Mitfahrt auf dem Kinderwagen in stehender Position
genutzt werden kann. In der hier gezeigten Variante hält
sich das Kind dabei am rückwärtigen Ende der Wandung
um die Liege 3 herum fest.
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In 4 ist
die Seitenansicht des in 3 und 1 dargestellten
Kinderwagens gezeigt, jedoch mit hochgeklappter Antriebseinheit 6,
also in Passivstellung, in welcher das Antriebsrad 42 die Fahrbahn
nicht berührt, sodass der Kinderwagen ausschließlich
durch Schieben vorwärts bewegt wird.
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In
der in 4 gezeigten Ausführungsvariante ist die
Trittstufe 62 zur Befestigung der hochgeklappten Antriebseinheit 6 an
den Streben des Grundgestelles 1 vom Kinderwagen genutzt.
Dazu ist sie an ihrem rückwärtigen Ende mit dem
Gehäuse 61 verhakt und mit der vorderen Kante
am Grundgestell 1 eingehängt.
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Alternativ
kann auch die Schwenkachse der Trittstufe an das rückwärtige
Ende der Antriebseinheit auf ein kleines Podest verlegt werden.
Dann wandern auch die Rasten und die Stützen unterhalb der
Plattform zur Einstellung einer ebenen Position an die Vorderseite.
In der passiven, hochgeklappten Position sind dann die Stützen
funktionslos, und nur die Trittstufe selbst ist in das Grundgestell
eingehakt
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- 1
- Grundgestell
des Kinderwagens
- 11
- Handgriff
als Verlängerung des Grundgestells 11
- 12
- Achsstrebe,
Teil des Grundgestells 11 zwischen den Laufrädern 2
- 2
- Laufräder
am Grundgestell 1 befestigt
- 3
- Liege,
am Grundgestell 1 befestigt
- 4
- Elektromotor,
im Gehäuse 61 eingebaut
- 41
- Getriebe,
zwischen Elektromotor 4 und Antriebsrad 42 eingeflanscht
- 42
- Antriebsrad,
auf Ausgangswelle des Getriebes 41
- 5
- Elektroenergiespeicher,
in Gehäuse 61 eingebaut, zur Versorgung von Elektromotor 4
- 6
- Antriebseinheit,
am Grundgestell 1 verschwenkbar befestigt
- 61
- Gehäuse
von Antriebseinheit 6
- 62
- Trittstufe,
auf Oberseite von Gehäuse 61 horizontal justierbar
- 7
- Antriebsreger,
in Gehäuse 61 eingebaut, elektrisch zwischen Elektroenergiespeicher 5 und Elektromotor 4 zwischengeschaltet
- 8
- Bügel,
C-förmig, zur Befestigung der Antriebseinheit 6 am
Grundgestell 1
- 81
- Mittlerer
Abschnitt des Bügels 8
- 82
- Schenkel
des Bügels 8, zangenartig geformt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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