DE102007048244A1

DE102007048244A1 - Kraftfahrzeugrad, magnetisch gelagert

Info

Publication number: DE102007048244A1
Application number: DE200710048244
Authority: DE
Original assignee: RHP GmbH
Current assignee: RHP GmbH
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-04-09

Abstract

Im Zuge der CO2-Problematik müssen alle Komponenten von Kraftfahrzeugen energetisch optimiert werden. Der Trend geht zu Hybridfahrzeugen. Diese Erfindung stellt die ideale Ergänzung für solche Fahrzeuge dar, die dann ohne Getriebe, Achs- und Kardanwellen, Lichtmaschine und herkömmliche Bremsen auskommen. Sie ist quasi eine Kreuzung aus Radnabenmotor und Magnetlager, allerdings sind alle Bauteile aus dem Zentrum des Rades in Richtung Felge gewandert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rad (1) für Kraftfahrzeuge und die zugehörige Radlagerung und Radaufhängung (5).
Heutige Räder für Kraftfährzeuge weisen in ihren Grundzügen noch große Ähnlichkeiten zu Rädern von mehrere hundert Jahre alten Pferdekutschen auf. Die Technik der Radlagerung wurde zwar ständig verbessert, technologische Sprünge blieben aber aus, bis zur Erfindung des nabenlosen Rades von Herrn Sbarro (es gibt etliche Ausführungsformen, z. B. US000004045096A ). Leider stellt bei allen bisherigen nabenlosen Konstruktionen die Lagerung ein Problem dar. In EP1223068 A1 wird ein Rad beschrieben, das als Induktionsleiter ausgebildete Drähte in der Felge aufweist. Der Rotor des in das Rad integrierten Elektromotors befindet sich somit in der Felge. Allerdings ist das Rad konventionell über Wälzlager auf der Achse gelagert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Radlagerung zu entwickeln, die in der Lage ist, das Rad sicher und reibungsarm zu führen und im Bedarfsfall Umfangskräfte in das Rad einzuleiten, um positive und negative Beschleunigungen des Fahrzeugs zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Felge (1) wird durch Magnetfelder in der gewünschten Position gehalten. Es handelt sich praktisch um das System einer Magnetschwebebahn mit einer zu einem Rad „aufgerollten" Fahrtrasse oder um ein großes Magnetlager, wobei die Felge (2) quasi die äußere Lagerschale darstellt (1–5). Magnetlager sind heute Stand der Technik, sie laufen verschleiß- und wartungsfrei, haben einen sehr geringeren Rollwiderstand, können enorm hohe Drehzahlen verkraften, aber sie sind leider noch ziemlich teuer. Die Funktionsweise von Magnetlagern ist sehr komplex und wird hier nur am Rande erläutert. Sie ist aber auf diese Erfindung übertragbar, insbesondere was die Regelung, die Erzeugung von Magnetfeldern und die Anordnung der Spulen anbelangt.
Die Magnetfelder werden durch Permanentmagnete (4) erzeugt und/oder durch ein/oder mehrere Spulen (3). Die Spulen können Spulenkerne mit hoher Permeabilität aufweisen. Je nach Anordnung der Spulen (3) werden radial oder tangential wirkende Kräfte erzeugt. Durch die Spulen fließt ein elektrischer Strom. Die Spulen (3) sind in oder an der Felge (2) befestigt und/oder an der Radaufhängung (5) (1–5).
Es bietet sich an, die statische Gewichtskraft des Fahrzeugs über Permantentmagnete (4) (z. B. Neodymmagnete) abzufangen und nur dynamisch auftretende Kräfte und tangential wirkende Kräfte (Umfangskräfte) elektromagnetisch zu erzeugen. Die Permantentmagnete (4) können wie auch die Spulen (3) an der Felge (2) und/oder an der Radaufhängung (5) angebracht werden. Bei gleichzeitiger Anbringung an Felge und Radaufhängung ließen sich größere Kräfte erzeugen.
Zwischen den an Felge (2) und den an der Radaufhängung (5) oder am Ring (6) angeordneten Permantentmagneten (4) und Spulen (3) befindet sich ein Luftspalt. Die Einstellung des Spaltes/des Lagerspieles zwischen Felge und Radaufhängung ist reine Regelungstechnik und Stand der Magnetlagertechnik. Spulenströme werden so geregelt, dass der Spalt zwischen Felge und Radaufhängung nach dem Einwirken von Querkräften wieder auf das Sollmaß eingestellt wird. Der Spaltmaß liegt bei Magnetlagern üblicherweise im Bereich weniger zehntel Millimeter, bei Sonderanwendungen aber auch manchmal im Bereich 10–20 mm. Bei dieser Erfindung wäre eventuell ein Spaltmaß von mehreren Millimeter sinnvoll, hierdurch könnten Lastspitzen in der Lagerung abgefedert werden. Die Einstellung des Spaltes kann aber auch durch das Einbringen eines Diamagneten in den Luftspalt erfolgen, hierdurch wird das jeweilige Magnetfeld geschwächt. Der Einsatz eines Diamagneten wäre wohl nicht der eleganteste Weg, denn es müssten zusätzliche Teile bewegt werden. Geregelte Spulen (3) sind schneller und verschleißunanfälliger.
Durch unterschiedliche Spaltmaße zwischen linker und rechter Radlagerung (4) wäre eine variable Achskinematik leicht zu realisieren.
Je nach Anordnung der Spulen (3), bzw. Lage ihrer Wicklungen, lassen sich auch tangentiale Kräfte in Radumfangsrichtung in des Rad (1) einleiten. Somit befindet sich faktisch ein Elektromotor in Felge (2) und Radaufhängung (5), der das Fahrzeug beschleunigen und bis zum Stillstand verzögern kann. Bei ausreichender Dimensionierung kann die Betriebsbremse entfallen.
Am Rad (1) angreifende Querkräfte können durch ein als Axiallager ausgeführtes Magnetlager aufgenommen werden oder ganz konventionell über ein axiales Wälz- oder Gleitlager. Bei geschickter Anordnung der Magneten/Spulen kann vielleicht sogar auf ein Axiallager verzichtet werden (3 und 4).
Es bietet sich an, die auftretenden Vertikalkräfte/Gewichtskräfte bei Stand des Fahrzeugs oder bei Ausfall der Regelung durch ein konventionelles Wälz- oder Gleitlager aufzunehmen, welche ein so großes Lagerspiel aufweist, dass im normalen Fahrbetrieb keine Kräfte ins Lager eingeleitet werden. Erst nach Überschreiten der maximal möglichen Exzentrizität des „Magnetlagers" greift ein Wälzlager ein.
Supraleiter werden ständig weiterentwickelt. Durch den Einsatz von supraleitenden Magneten und Spulen könnten auch mit passiven Systemen, d. h. Systemen ohne Zufuhr von elektrischer Energie, stabile Radlagerungen ermöglicht werden.
Die an der Radaufhängung (5) befindlichen Spulen (3) und/oder Permanentmagnete (4) können auch auf einem Ring (6) angeordnet werden, wobei der Ring dann einen Teil der Radaufhängung (5) darstellt. Am Ring sind Gelenke angeordnet, an denen die Querlenker befestigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 000004045096 A [0002]
- EP 1223068 A1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeugrad, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Rades (1) ganz oder teilweise durch magnetisch oder elektromagnetisch erzeugte Kräfte erfolgt.
Kraftfahrzeugrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung im Bereich des Rades (1) mit ein oder mehreren Spulen (3) versehen wird, durch die ein elektrischer Strom fließt.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (2) im Bereich der Radaufhängung (5) mit ein oder mehreren Spulen (3) versehen wird, durch die ein elektrischer Strom fließt.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgenannten Spulen (3) Kerne aus Material hoher Permeabilität aufweisen können.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radaufhängung (5) im Bereich des Rades (1) mit Permanentmagneten (4) versehen wird.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (2) im Bereich der Radaufhängung (5) mit Permanentmagneten (4) versehen wird.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Spaltes/des Lagerspieles zwischen Felge (2) und Radaufhängung (5) durch eine Regelung des/der Spulenstromes/Spulenströme erfolgt.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Spaltes/des Lagerspieles zwischen Felge (2) und Radaufhängung (5) durch einen Diamagneten erfolgt.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Achskinematik erreicht werden kann, durch Einstellen unterschiedlicher Spaltmasse zwischen Felge (2) und Radaufhängung (5).
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Regelung des/der Spulenstromes/Spulenströme und durch die Anordnung der Wicklungen in den Spulen (3) tangentiale Kräfte (Umfangskräfte) in das Rad (1) eingeleitet werden.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auftretende Querkräfte durch ein als Axiallager ausgeführtes Magnetlager aufgenommen werden.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auftretenden Querkräfte auch durch ein konventionelles Axiallager (Wälz- oder Gleitlager) aufgenommen werden können.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die auftretenden Vertikalkräfte/Gewichtskräfte bei Stand des Fahrzeugs oder bei Ausfall der Regelung auch durch ein konventionelles Wälz- oder Gleitlager aufgenommen werden können.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Herstellung der Magnete und Spulen aus vorgenannten Ansprüchen auch supraleitende Werkstoffe eingesetzt werden.
Kraftfahrzeugrad nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Spulen und/oder Permanentmagnete auf einem Ring (6) angeordnet sind, wobei der Ring einen Teil der Radaufhängung (5) darstellt.