DE102014115926A1

DE102014115926A1 - Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsmodul

Info

Publication number: DE102014115926A1
Application number: DE102014115926.8A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Roadcopter Strasswalchen At GmbH
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-04
Also published as: WO2016066848A1

Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Antriebsmodul umfasst einen ersten und einen zweiten Impeller, wobei einer der beiden Impeller mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt ist, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebsstellung der eine Impeller im Wesentlichen neben dem anderen anordbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsmodul.
Aus der DE 1 020 855 A1 soll ein fahr- und flugfähiges Fahrzeug hervorgehen. Dieses Fahrzeug umfasst einen im Bereich von Vorderrädern angeordneten ersten Impeller und einen im Bereich von Hinterrädern angeordneten zweiten Impeller. Auf diese Weise soll ein flugfähiges Fahrzeug, welches zum Senkrechtstarten geeignet ist, bereitgestellt werden.
In der DE 4 203 286 A1 ist ein Flugauto beschrieben. Bei diesem Flugauto ist vorgesehen, dass zumindest eine wurfringähnliche Tragfläche am Fahrzeug drehbar befestigt ist. Durch den von der Tragfläche erzeugten Rückstoß komprimierter Luft soll dieses Fahrzeug flugfähig sein.
Aus der US 6,745,977 B1 geht ein Flugauto hervor, welches einen vorderen und einen hinteren Rotor zum Erzeugen von Auftrieb sowie zwei vertikal angeordnete Rotoren zum Erzeugen von Vortrieb aufweist.
Ein ähnliches Flugauto ist auch in der DE 20 2012 009 714 U1 offenbart.
In der DE 10 214 535 A1 ist eine Antriebsanlage für ein Flugauto beschrieben. Gemäß dieser Antriebsanlage ist vorgesehen, den zum Fliegen notwendigen Schub mittels eines Propellers zu erzeugen, der ein Vielblatt-Mantelpropeller ist. Als Motor ist ein Schraubenentspannungsmotor in Kombination mit einem Schraubenverdichter und einer Brennkammer vorgesehen.
In der DE 10 2011 111 740 A1 ist ein straßengeeignetes Flugzeug offenbart. Dieses straßengeeignete Flugzeug umfasst einen Rumpf und zumindest einen ersten und einen zweiten Flügel, die jeweils relativ zum Rumpf zwischen einer Aufbewahrungsstellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbar sind. Weiterhin sind Schwenkdüsen vorgesehen, um Luftströme zum Anströmen der Flügel bereitzustellen.
In der DE 2 845 260 ist ebenfalls ein Bodenluftfahrzeug beschrieben.
Die oben erläuterten Fahrzeuge weisen meistens einen Rotor bzw. Impeller auf. Das Vorsehen mehrerer Rotoren bzw. Impeller erlaubt im Vergleich zu einer Flügelanordnung oder eines Rotors, wie er von Hubschraubern bekannt ist, eine relativ kompakte Bauweise.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Antriebsmodul mit Impeller für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsmodul bereitzustellen.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Antriebsmodul umfasst einen ersten und einen zweiten Impeller, wobei einer der beiden Impeller mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt ist, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebsstellung der eine Impeller im Wesentlichen neben dem anderen anordbar ist.
Unter einem Kraftfahrzeug wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein durch einen Motor angetriebenes Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug verstanden.
Unter einem Impeller wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein von einem ring- bzw. rohrabschnittförmigen Gehäuse umschlossener Rotor (Propeller) verstanden.
In der Betriebsstellung ist der eine Impeller im Wesentlichen neben dem anderen Impeller angeordnet, das bedeutet, dass die beiden Impeller derart angeordnet sind, dass sie einander nicht oder nur geringfügig überlappen oder voneinander beabstandet angeordnet sind.
Dadurch, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teilweise überdeckend anordbar sind, ist es möglich, ein äußerst kompaktes Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Ein derartiges Antriebsmodul lässt sich somit aufgrund seines kompakten Aufbaus äußerst platzsparend in ein Kraftfahrzeug integrieren. Es ist nun nicht mehr notwendig, die äußere Geometrie einer Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Autos, an das Antriebsmodul anzupassen, sondern ein oder mehrere solcher Antriebsmodule können aufgrund ihres kompakten Aufbaus auf einfache Art und Weise in ein Auto mit gewohnter Optik bzw. mit gewohntem Design integriert werden.
Dadurch, dass die Impeller in einer Betriebsstellung mittels der Schwenkeinrichtung nebeneinander anordbar sind, kann die Stabilität eines Fahrzeugs mit einem solchen Antriebsmodul im Flugbetrieb deutlich verbessert werden, da ein ausgeschwenkter Rotor einen größeren Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs aufweist. Dies vereinfacht aufgrund des größeren Hebelarms die Steuerung erheblich und ermöglicht einen sicheren Betrieb.
Durch das Ausschwenken von zumindest einem Impeller, vorzugsweise von mehreren Impellern kann ein Kraftfahrzeug mit in der Ausgangsstellung kleiner Grundfläche geschaffen werden, das im Vergleich zu herkömmlichen flugfähigen Kraftfahrzeugen eine größere Anzahl an Impellern aufweist. Je größer die Anzahl der Impeller, desto höher ist die Redundanz. Zudem ist ein flugfähiges Kraftfahrzeug mit mehreren Impellern einfacher zu steuern bzw. zu lenken, insbesondere wenn die einzelnen Impeller unterschiedlich voneinander ansteuerbar sind, das heißt, dass sie entweder mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder mit unterschiedlichen Anstellwinkeln bzw. Blattanstellwinkeln und/oder mit unterschiedlichem Neigungswinkel und/oder mit unterschiedlichen Ausschwenkwinkeln ansteuerbar sind.
Vorzugsweise sind die beiden Impeller derart ausgebildet, dass sie sich in einer Ausgangsstellung vollständig überdecken. Weiterhin sind die Impeller in der Ausgangsstellung in etwa waagrecht angeordnet.
In der Betriebsstellung ist der mit der Schwenkeinrichtung gekoppelte Impeller waagrecht anordbar, um Auftrieb zu erzeugen und/oder mittels einer Neigeeinrichtung um die waagrechte Achse neigbar, um Vortrieb erzeugen zu können.
Zusätzlich zur Neigeeinrichtung oder alternativ kann eine Anstellwinkelverstelleinrichtung vorgesehen sein, mittels der der Anstellwinkel der Rotorblätter verstellbar ist.
Der Impeller kann einen Rotor mit mehreren Rotorblättern aufweisen, wobei der Anstellwinkel der Rotorblätter während des Betriebes veränderbar sein kann. Auf diese Weise ist es möglich, den Auftrieb und/oder Vortrieb eines einzelnen Impellers beliebig zu steuern.
Beide oben genannten Faktoren tragen erheblich dazu bei, die Manövrierfähigkeit im Flugbetrieb zu erhöhen. Einer oder beide Impeller erzeugen dann nicht oder nur teilweise den erforderlichen Auftrieb, sondern dienen zur Aufrechterhaltung einer Vorwärtsbewegung. So ist es möglich, einen Reiseflug auszubilden, ohne dass das Kraftfahrzeug selbst sich neigt.
Weiterhin ist es auch bei einem geringen Platzangebot im Fahrzeug möglich, mehrere übereinander angeordnete Impeller in einem Antriebsmodul vorzusehen, um einen größeren Auftrieb zu erzeugen.
Somit können auch drei oder mehr Impeller übereinander angeordnet sein, wobei ein Impeller vorzugsweise ortsfest angeordnet ist, d.h. in seiner Anordnung in der horizontalen Ebene ortsfest ist, wobei die anderen, Impeller mittels der Schwenkeinrichtung schwenkbar sind.
Vorzugsweise sind drei übereinander angeordnete Impeller vorgesehen, wobei der unterste Impeller ortsfest und an- bzw. absenkbar ausgebildet ist und die beiden darüber liegenden Impeller anheb-, schwenk- und absenkbar ausgebildet sind.
Auch der ortsfeste Impeller kann mittels einer Stelleinrichtung frei im Raum schwenkbar und/oder anhebbar sein. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das ringförmige Gehäuse des Impellers um zwei in einer waagrechten Ebene senkrecht zueinander angeordnete Achsen beispielsweise mittels eines Kardanmechanismus schwenkbar gelagert ist. Das ringförmige Gehäuse kann über drei Spindeln oder Hydraulikzylinder an drei Randpunkten verschieden hoch angehoben werden. Hierdurch wird zusätzlich zur Hebefunktion auch eine Schwenkfunktion in alle Achsen erreicht.
Als Antrieb kann vorzugsweise in der Propellernabe ein Elektromotor, wie z.B. ein bürstenloser Außenläufer oder auch ein Innenläufer mit Getriebe, vorgesehen sein. Vorteilhaft bei der Ausführung des Elektromotors als bürstenloser Außenläufer ist, dass kein Getriebe notwendig ist und somit keine diesbezüglichen Wartungsarbeiten anfallen.
Ein Impeller kann drei Rotorblätter und fünf Statorarme bzw. fünf Rotorblätter und sieben Statorarme bzw. sieben Rotorblätter und elf Statorarme aufweisen. Die Anzahl der Rotorblätter und Statorarme sollte derart gewählt werden, dass Schwingungsüberlagerungen verhindert werden.
Anstelle des Elektromotors kann auch vorgesehen sein eine mechanische Kraftübertragung vom Motor über Gelenkwellen und/oder Zahnriemen auszuführen.
Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul vorgesehen.
Vorzugsweise kann das Fahrzeug zwei Antriebsmodule aufweisen. Ein Fahrzeug mit zwei Antriebsmodulen weist sechs Impeller auf, um den Flugbetrieb sicherzustellen. Diese sind aufgrund der kompakten Ausbildung des Antriebsmoduls äußerst platzsparend in das Fahrzeug integrierbar.
Das Fahrzeug kann zwei Vorderräder und zwei Hinterräder aufweisen, wobei jeweils zumindest ein und insbesondere zwei Antriebsmodule im Bereich der Vorderräder und im Bereich der Hinterräder angeordnet sein können.
Das Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor, einen Generator und einen Pufferakku bzw. einen Superkondensator umfassen, wobei in den Naben der Impeller Elektromotoren angeordnet sind, die über den Pufferakku bzw. den Superkondensator mit Strom versorgt werden. Mittels des Pufferakkus können die Elektromotoren kurzzeitig wesentlich mehr Leistung abgeben, als vom Generator bzw. den Generatoren dauerhaft erzeugt werden kann oder aber auch bei Ausfall des Verbrennungsmotors die notwendige Energie für eine sichere Landung bereitstellen.
Es kann eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, mittels der die Impeller mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Neigungswinkeln und/oder unterschiedlichem Anstellwinkeln der Rotorblätter betrieben werden können.
Somit ist der Auf- und/oder der Vortrieb der einzelnen Impeller beliebig steuerbar.
Auf diese Weise wird auch eine Redundanz bereitgestellt, da der Ausfall eines einzelnen Impellers durch Verstellung der Drehgeschwindigkeiten und/oder Anstellwinkel der Rotorblätter und/oder der Neigung der anderen Impeller kompensiert werden kann.
Zudem können die Impeller durch die Schwenkeinrichtung in verschiedenen, auch asymmetrischen Positionen einer horizontalen Fahrzeugebene anordbar sein. Auf diese Weise kann auf einen veränderten Fahrzeugschwerpunkt reagiert werden. Eine Veränderung des Fahrzeugschwerpunktes kann durch ungleichverteilte Beladung oder unterschiedliches Gewicht der Fahrzeuginsassen entstehen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Fahrzeug einen Fallschirm bzw. ein Gesamtrettungssystem aufweisen, falls der Antrieb ausfällt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Diese zeigen in:
1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit zwei Antriebsmodulen in einer perspektivischen Ansicht im Fahrbetrieb ohne Chassis,,
2 das Fahrzeug aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei zwei Impeller beim Herausschwenken dargestellt sind,
3 das Fahrzeug aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei zwei Impeller im vollständig ausgeschwenkten Zustand dargestellt sind,
4 das Fahrzeug aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei zwei Impeller im vollständig ausgeschwenkten Zustand dargestellt sind und zwei Impeller im angehobenen Zustand dargestellt sind,
5 das Fahrzeug aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei vier Impeller im vollständig ausgeschwenkten Zustand dargestellt sind,
6 das Fahrzeug aus 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei die vier herausgeschwenkten Impeller im vollständig abgesenkten Zustand dargestellt sind,
7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges mit Lamelleneinrichtungen ohne Chassis,
8 das Fahrzeug aus 7 in einer Draufsicht von oben,
9 die Lamelleneinrichtungen des Fahrzeuges in einer Seitenansicht im Fahrbetrieb,
10 die Lammelleneinrichtungen in einer seitlichen Ansicht beim Starten oder im Schwebeflug des Fahrzeugs,
11 die Lamelleneinrichtungen in einer seitlichen Darstellung im Flugbetrieb,
12 eine weitere Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges im Flugbetrieb in einer perspektivischen Ansicht,
13 eine weitere Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges in einer perspektivischen Ansicht im Flugbetrieb beim Ausführen einer Richtungsänderung,
14 das erfindungsgemäße Fahrzeug im Betriebszustand aus 13 in einer seitlichen Ansicht,
15 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht beim Ausführen einer Richtungsänderung,
16 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht mit Karosserie,
17 die Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs aus 16 mit abgesenkten Türen,
18 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht mit Abdeckeinrichtungen zum oberseitigen Überdecken der Antriebsmodule,
19 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer Draufsicht von oben wobei die Impeller entsprechend einem verlagerten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind,
20 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer Draufsicht von oben wobei die Impeller entsprechend einem verlagerten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind,
21 das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer Draufsicht von oben wobei die Impeller entsprechend einem verlagerten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind
22 eine alternative Ausführungsform einer geöffneten Abdeckeinrichtung samt Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht,
23 die Abdeckeinrichtung aus 21 im geschlossenen Zustand samt Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht,
24 eine alternative Anordnung eines Antriebs samt Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht, und
25 die Anordnung aus 24 in einer Draufsicht von oben. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 umfasst ein Chassis 2 mit zwei Vorderrädern 3 und zwei Hinterrädern 4 (1 bis 21).
Im zentralen Bereich des Chassis 2 ist ein Fahrgastraum 5 ausgebildet.
Im Bereich zwischen den Vorderrädern 3 und dem Fahrgastraum 5 sowie im Bereich zwischen den Hinterrädern 4 und dem Fahrgastraum 5 ist jeweils ein erfindungsgemäßes Antriebsmodul 6 angeordnet.
Ein jedes Antriebsmodul 6 umfasst einen ersten ortsfesten Impeller 7 und zwei darüber angeordnete schwenkbare Impeller 8, 9.
Die Impeller sind im Fahrbetrieb in einem im Fahrzeug ausgebildeten Impellerschacht 36, 37 angeordnet. Dieser Impellerschacht ist im Fahrbetrieb oberseitig mittels einer Abdeckeinrichtung 37 abdeckbar.
Während des Fahrbetriebes sollten die obere Öffnung des Impellerschachtes geschlossen sein, um die Impeller vor Beschädigungen z.B. durch Steinschlag zu schützen. Die Abdeckeinrichtung kann als flexible oder starre zusammenlegbare Abdeckung ausgebildet sein (18).
Vorzugsweise weist die Abdeckeinrichtung elektrisch betätigbare Jaluosielamellen auf, die im Flugbetrieb in Fahrzeuglängsrichtung 10 hinter dem vorderen Impellerschacht 36 und vor dem hinteren Impellerschacht 37 zusammenrollbar sind.
Ein schwenkbarer Impeller 8 ist zum linksseitigen Ausschwenken bzgl. einer Fahrzeuglängsachse 10 und ein schwenkbarer Impeller 9 ist zum rechtseitigen Ausschwenken bzgl. einer Fahrzeuglängsachse 10 ausgebildet.
Die schwenkbaren Impeller 8, 9 sind jeweils mit einer Schwenkeinrichtung 11 derart gekoppelt, dass die schwenkbaren Impeller 8, 9 in einer Ausgangsstellung 12 bzw. in einem Fahrbetrieb den ortsfesten Impeller 7 vollständig überdeckend angeordnet sind (1).
Das bedeutet, in der Ausgangsstellung 12 fluchten die Drehachse 13 des ortsfesten Impellers und die Drehachsen 14 der schwenkbaren Impeller 8, 9.
Die Drehachsen 13, 14 stehen somit senkrecht auf der Fahrzeuglängsachse 10 und einer horizontalen Fahrzeugebene (bzw. einer Zeichenebene).
Die Impeller 7, 8, 9 weisen einen Rotor 17 sowie ein rohrförmiges Gehäuse 18 auf. Der Rotor 17 umfasst vorzugsweise drei Rotorblätter 19, die mit einer Nabe 20 verbunden sind. Es können auch zwei, vier, fünf, sechs oder sieben Rotorblätter vorgesehen sein.
Die Rotorblätter 19 sind bzgl. ihres Anstellwinkels entweder starr oder im Anstellwinkel mittels einer Anstellwinkelverstelleinrichtung (nicht dargestellt) verstellbar mit der Nabe 20 verbunden. Als Anstellwinkelverstelleinrichtung ist z.B. ein mit einem Getriebe gekoppelter Elektromotor vorgesehen.
Die Naben 20 der Impeller 7, 8, 9 weisen Elektromotoren (nicht dargestellt) auf, um die Impeller 7, 8, 9 in eine Drehbewegung um Ihre Drehachsen 13, 14 zu versetzen. Die Elektromotoren sind vorzugsweise als bürstenlose Außenläufer ausgebildet und werden von einem nachfolgend beschriebenen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt.
Ein Impeller 7, 8, 9 mit Rotor, rohrförmigem Gehäuse, Nabe und Elektromotor weist eine Höhe von in etwa 10 bis 20 cm auf.
In einer Betriebsstellung 16 bzw. im Flugbetrieb sind die schwenkbaren Impeller 8, 9 links und rechts bzgl. der Fahrzeuglängsachse 10 seitlich neben das Chassis 2 mittels der Schwenkeinrichtung 11 derart ausschwenkbar, dass die schwenkbaren Impeller 8, 9 neben bzw. beabstandet vom ortsfesten Impeller 7 angeordnet sind (6). Die ortsfesten Impeller 7 sind im Flugbetrieb mittels einer hydraulischen Hebeeinrichtung (nicht dargestellt) oder mit Spindeleinrichtungen odgl. ein Stück angehoben.
Das Verfahren zum Überführen der Impeller 7, 8 und 9 von einem Fahrbetrieb in einen Flugbetrieb wird später noch detailliert beschrieben.
Die Schwenkeinrichtung 11 (nicht näher dargestellt) kann ein elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch betätigbarer Hebelarm sein. Vorzugsweise umfasst die Schwenkeinrichtung eine Spindelantriebseinrichtung und/oder eine Hydraulikzylindereinrichtung zum Anheben, Heraus- bzw. Hereinschwenken und Absenken der mit der Schwenkeinrichtung 11 gekoppelten Impellers 8, 9, wobei der Hebelarm in einer entsprechenden Führungskulisse (nicht dargestellt) geführt werden kann.
Das Anheben und Absenken des Hebelarms in vertikaler Richtung kann bspw. mittels einer Hydraulikzylindereinrichtung oder einem Spindelantrieb erfolgen. Diese Linearbewegung in vertikaler Richtung kann von einer vertikalen Linearführung der Führungskulisse geführt werden.
Das Heraus- und Hereinschwenken kann bspw. mittels einer Spindelantriebseinrichtung erfolgen. Diese Bewegung in kann ebenfalls von der Führungskulisse geführt werden.
Je nach Ausbildung der Schwenkeinrichtung 11 kann auf die Führungskulisse verzichtet werden, wobei dann eine Hydraulikzylindereinrichtung und/oder eine Spindelantriebseinrichtung und/oder ein Schneckenantrieb selbst die Führung des Hebelarms übernimmt.
Zusätzlich zur Schwenkeinrichtung 11 kann eine Neigeeinrichtung 21 (nicht näher dargestellt) vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um die schwenkbaren Impeller 8 um eine waagrechte Neigeachse, insbesondere senkrecht zu einer Längsachse 10 bzw. -Richtung des Fahrzeugs 1 stehende Neigeachse 22, zu neigen. Die Neigeeinrichtung 21 ist als Schnecken- oder Spindeltrieb ausgebildet.
Weiterhin umfasst das Fahrzeug einen Antrieb. Der Antrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 23, einen Generator 24 und einen Pufferakku 25. Dieser Antrieb kann im Bereich zwischen den Vorderrädern, im Bereich zwischen den Hinterrädern, im Bereich zwischen den hinteren Antriebsmodulen und dem Fahrgastraum, im Bereich zwischen den vorderen Antriebsmodulen und dem Fahrgastraum oder auch unter den Antriebsmodulen angeordnet sein.
Der Motor 23 ist vorzugsweise ein Flugmotor mit in etwa 150 bis 200 PS.
Der Pufferakku 25 kann auch als Superkondensator ausgebildet sein.
Weiterhin ist ein Tank 26 vorgesehen. Der Tank 26 ist im Fahrzeugschwerpunkt angeordnet, wodurch es bei veränderlichem Kraftstoffvolumen kaum zu Schwerpunktsveränderungen bzw. Lastigkeitsänderungen kommt. Der Tank kann auch in zwei oder mehr getrennte Bereiche unterteilt sein bzw. es können alternativ mehrere Tanks vorgesehen sein, so dass sich Lastigkeitsänderungen um die Längsachse durch unterschiedliche Befüllung ausgleichen lassen (z.B.) beim Betrieb) mit nur einer Person.
Das Fahrzeug 1 kann ein oder mehrere Gepäckfächer aufweisen.
Weiterhin weist das Fahrzeug eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) auf, mittels der die Impeller 7, 8, 9 mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Neigungswinkeln und/oder unterschiedlichen Anstellwinkeln der Rotorblätter betrieben werden können.
Zudem kann die Steuereinrichtung anhand von Parametern wie beispielsweise der Füllmenge des Tankes, dem Gewicht des Gepäcks und auch in welchem Gepäckfach das Gepäck angeordnet ist derart ausgebildet sein, dass sie den Fahrzeugschwerpunkt errechnet und die Impeller entsprechend in der Fahrzeugebene anordnet.
Die Steuereinrichtung kann einen Ortsmesser, wie z. B. einen GPS-Sensor, aufweisen, der entsprechende Ortssignale empfängt. Die Steuereinrichtung kann anhand der Ortssignale sowie durch entsprechende Lage- und Beschleunigungssensoren die Höhe, die Richtung und die Geschwindigkeit durch individuelles Ansteuern der einzelnen Impeller bzgl. Drehgeschwindigkeit und/oder Neigung und/oder Anstellwinkel steuern.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein in Axialrichtung 29 eines Lenkgestänges verschiebbares Steuerrad 27 auf. Im Fahrbetrieb ist das Steuerrad 27 in axialer Richtung blockiert. Auf diese Weise kann das Steuerrad 27 genau wie bei einem Auto zum Lenken des Fahrzeugs im Fahrbetrieb verwendet werden.
Im Flugbetrieb dient das Steuerrad durch Schieben bzw. Ziehen in und entgegen der Axialrichtung 29 des Lenkgestänges zum Steuern um die Querachse 28 des Fahrzeugs sowie durch Drehen am Steuerrad zum Steuern um die Längsachse 10 des Fahrzeugs. Auf diese Weise ist das Fahrzeug 1 ähnlich einem Flugzeug mit Steuerhorn steuerbar.
Eine Pedalerieeinrichtung 30 des Fahrzeugs umfasst vier Pedale 31, 32, 33, 34. Im Fahrbetrieb dienen die beiden mittleren Pedale 32, 33 zum Beschleunigen und zum Bremsen des Fahrzeugs, wobei ähnlich einem herkömmlichen Auto das mittlere rechte Pedal 33 das Gaspedal ausbildet und das mittlere linke Pedal 32 das Bremspedal ausbildet. Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 im Fahrbetrieb wie jedes andere Auto mit Automatikgetriebe fahrbar.
Weiterhin ist ein linkes und ein rechtes Pedal 31, 34 vorgesehen. Im Flugbetrieb ist das linke Pedal 31 zum Linksherumdrehen und das rechte Pedal zum Rechtsherumdrehen des Fahrzeugs um eine senkrecht auf der horizontalen Fahrzeugebene 15 stehende Hochachse 35 ausgebildet. Somit ist die Konfiguration der Pedalerie des linken und des rechten Pedals 31, 34 exakt wie bei einem Hubschrauber ausgebildet.
Zum Antreiben der Räder sind Radnabenmotoren vorgesehen, wobei entweder zwei Radnabenmotoren an den Hinterrädern vorgesehen sind oder alternativ auch vier Radnabenmotoren an allen vier Rädern.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges 1 weisen die Antriebsmodule unterseitig eine Lamelleneinrichtung 38 zum Abdecken des Impellerschachtes 36 auf.
Die Lamelleneinrichtungen 38 umfasst mehrere parallel zueinander angeordnete und mittels eines Elektromotors (nicht dargestellt) um eine Fahrzeugquerachse verstell- bzw. drehbare Lamellen 39.
Im Fahrbetrieb sind die Lamellen 39 horizontal angeordnet und schützen die Impeller 8, 9 vor Beschädigung durch Steinschlag oder dergleichen (8 und 9).
Im Schwebeflug sind die Lamellen senkrecht stehend geöffnet (10 und 13).
Im Vorwärtsflug sind die Lamellen derart geschwenkt, dass eine Ausblasrichtung nach unten und hinten erfolgt (11 und 13). Hierdurch wird Vortrieb erzeugt. Gleichzeitig können die außen liegenden Impeller nach vorne geneigt werden, wodurch auch diese einen Vortrieb für den Flug erzeugen. Das Schwenken der Lamellen sowie das Neigen der Impeller ermöglicht einen Vorwärtsflug, ohne dass das gesamte Fahrzeug nach vorne geneigt werden muss. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Benutzer in einer Normalposition sitzt und zum anderen durch die waagrechte Flugstellung der Luftwiderstand des Fahrzeuges 1 minimiert wird.
Weiterhin kann das Fahrzeug absenkbare Türen aufweisen. Dies ermöglicht ein einfaches Ein- und Aussteigen bei Beibehaltung einer höheren und größeren seitlichen Chassisfläche. Hierdurch kann das Fahrzeug leicht und gleichzeitig stabil aufgebaut werden, da die Außenkontur nicht durch große Türen unterbrochen werden muss. Weiterhin sind die Türen mittels einer Verriegelungseinrichtung (nicht dargestellt) verriegelbar. Mittels der Verriegelungseinrichtung wird ein steifer Verbund zwischen den Türen und der Karosserie ausgebildet.
Weiterhin kann das Fahrzeug einzelne Windschutzscheiben für jeden Benutzer aufweisen.
Weiterhin kann das Fahrzeug eine durchgehende Windschutzscheibe aufweisen. Durch die durchgehende Windschutzscheibe kann das Fahrzeug mit einem Verdeck ausgerüstet werden, dass den Fahrgastraum gegen Regen und Witterung schützt. Zudem kann die durchgehende Windschutzscheibe vom Benutzer einfach gegen zwei Einzelscheiben getauscht werden.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Überführen der Impeller 7, 8 und 9 von einem Fahrbetrieb in einen Flugbetrieb detailliert beschrieben (1 bis 6).
Die Schwenk- und die Neigeeinrichtung können als integraler Hub- und Schwenkmechanismus ausgebildet sein. Mittels dieses Hub- und Schwenkmechanismus wird ein linksseitiger und ein rechtsseitiger Impeller 8, 9 mit einem Dreharm senkrecht nach oben aus dem jeweiligen Impellerschacht gehoben (1).
Diese Hubbewegung kann mittels Spindel-, Hydraulik- oder Pneumatikelementen oder mit einem anderen Antrieb erfolgen und wird vorzugsweise von einer Kulisse linear in vertikaler Richtung geführt.
Nach dem Hochfahren werden der linksseitige und der rechtsseitiger Impeller 8, 9 nach außen geschwenkt (1 und 2). Das Herausschwenken wird vorzugsweise von einer Kulisse und/oder der Schwenkeinrichtung selbst geführt
Dies kann mittels Hebelantrieb, Schneckengetriebe oder manuell oder ähnlichem erfolgen.
Im ausgeschwenktem Zustand werden der linksseitige und der rechtsseitiger Impeller 8, 9 vorzugsweise wieder heruntergefahren, um dem Benutzer eine gute Sicht zu ermöglichen (6). Diese Bewegung kann auch von der Kulisse geführt werden.
Zudem werden die ortsfesten Impeller 7 ein Stück angehoben, wodurch sich beim Start ein höherer Abstand zur Bodenfläche ergibt. Danach werden die Lamellen senkrecht gestellt. Durch das Anheben des Rotors haben die Lamellen erst Platz, um in die Senkrechte geschwenkt werden zu können. D.h. im geschlossenen Zustand kann der ortsfeste Rotor direkt über die waagrecht liegenden Lamellen abgesenkt werden.
Es kann entweder vorgesehen sein, dass alle Impeller herausgeschwenkt und anschließend abgesenkt werden, oder, dass die Impeller nacheinander einzeln oder paarweise herausgeschwenkt und dann abgesenkt werden.
Dieser Vorgang wird dann entsprechend für den anderen linksseitigen und den anderen rechtsseitigen Impeller 8, 9 wiederholt. Dann ist der Flugbetrieb erreicht.
Nach der Landung, wenn der Fahrbetrieb gewünscht ist wird das Ganze vorstehend beschriebene Verfahren entsprechend in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt
Das Fahrzeug kann eine einseitige Steuerung (Steuerrad, Pedallerie, usw.) aufweisen. Vorteilhafterweise weist das Fahrzeug eine beidseitige Steuerung auf. Dies hat den Vorteil wenn der Pilot erkrankt, dass auch eine zweite Person die Steuerung übernehmen kann. Auch für einen Schulungsbetrieb ist eine derartige Anordnung sinnvoll.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs bzw. zum Ausführen einer Drehung um die Hochachse im Flugbetrieb beschrieben.
Eine Rechtsdrehung des Fahrzeuges kann dadurch erfolgen, dass die linksseitigen Impeller 8 nach vorne geneigt werden und die rechtsseitigen Impeller 9 nach hinten geneigt werden (13 bis 15). Auf diese Weise dreht sich das Fahrzeug 1 um die Hochachse nach rechts.
Entsprechend umgekehrt kann eine Fahrzeugdrehung um die Hochachse nach links ausgeführt werden.
Eine solche Drehbewegung um die Hochachse kann auch erreicht werden, wenn die linksdrehenden Rotoren schneller und die rechtsdrehenden Rotoren langsamer drehen. Durch das größere Gegendrehmoment der linksdrehenden Rotoren dreht sich das Fahrzeug nach rechts.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Rotoren in den Impellern abwechselnd als links- und rechtsdrehende Rotoren ausgebildet sind. Bei gleicher Drehzahl der Rotoren gleichen sich die Gegendrehmomente der Rotoren aus und das Fahrzeug bleibt um seine Hochachse stehen.
Beim Neigen z.B. nach links drehen die Rotoren auf der rechten Seite schneller, die Rotoren auf der linken Seite des Fahrzeuges langsamer. Dadurch neigt sich das Fahrzeug nach links. Nach vor und zurück funktioniert dies nach dem gleichen Prinzip.
Durch diese Steuerungsmöglichkeiten braucht man keine kollektive und zyklische Blattverstellung an den Rotoren wie sie ein Hubschrauber benötigt. D.h. die Rotoren bestehen nur aus einem Elektromotor und einem fixen Propeller. Hierdurch wird ein geringer Wartungsaufwand und eine hohe Lebensdauer der Antriebe erzielt.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Trimmen der Impeller 7, 8 und 9 in einen Flugbetrieb beschrieben (19 bis 21).
Beim Trimmen erfolgt eine Verschiebung eines Auftriebsmittelpunktes weg von der Fahrzeugmitte. Hierdurch können Lastigkeitsänderungen, die sich durch unterschiedliche Pilotengewichte, Beladungen, unterschiedliche Treibstoffmengen in den Tanks, usw. ausgeglichen werden, ohne dass die Rotoren mit unterschiedlicher Drehzahl oder unterschiedlichen Anstellwinkeln betrieben werden müssen.
Wenn z.B. die rechtseitigen Impeller 8 möglichst nahe an das Chassis geschwenkt und die linksseitigen Rotoren möglichst weit vom Chassis weg geschwenkt sind wandert der Auftriebsmittelpunkt aller Rotoren nach links, wodurch das Fahrzeug nach rechts getrimmt wird (19).
Wenn z.B. die linksseitigen Impeller 9 nach außen bzw. weg von der Fahrzeuglängsachse 10 geschoben und die rechtseitigen Impeller 8 möglichst nahe an das Chassis geschoben sind verschiebt sich der Auftriebsmittelpunkt nach links gertrimmt wird (20). Dies bedarf zwar etwas mehr mechanischen Aufwand, allerdings kann hierdurch eine größere Verlagerung des Auftriebsmittelpunktes erreicht werden.
Das Verschieben der Impeller 8, 9 kann durch lineares Bewegen der Schwenkachsen erreicht werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Schwenkachsen selbst mit einer Exzenterlagerung auszuführen. Bei einer Drehung der Achse ist dann die Achsenposition und somit die seitliche Anordnung des Impellers veränderbar.
Wenn die vorderen und hinteren Impeller 8, 9 des vorderen und des hinteren Antriebsmoduls nach vorne geschwenkt sind wird der Auftriebsmittelpunkt nach vorne geschoben, wodurch sich eine Trimmwirkung z.B. nach hinten ergibt (21).
Im Flugbetrieb sind mehrere Varianten denkbar. Gemäß einer ersten Variante weisen die schwenkbaren Impeller sowohl eine Schwenkeinrichtung als auch eine Neigeeinrichtung auf, wobei eine möglichst gleichmäßige Belastung der einzelnen Impeller 7, 8, 9 erreicht werden soll. Die Vortriebskraft wird bei den ortsfesten Impellern durch die Verstellung der unteren Lamellen oder z.B. auch durch die Neigung des Impellers erreicht. Es ist aber auch möglich, die Impeller einer Fahrzeugseite mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit und/oder mit unterschiedlichen Anstellwinkeln gegenüber der anderen Fahrzeugseite zu betreiben, sodass ein Manövrieren des Fahrzeugs möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch zwei, drei, vier, fünf oder sechs Impeller übereinander angeordnet werden.
An Stelle der Elektromotoren können die Impeller auch direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Die Kraftübertragung vom Verbrennungsmotor auf die Impeller kann über einen ersten Zahnriemen erfolgen, der die Kraft zur Drehachse des Schwenkarmes überträgt. Im Bereich der Drehachse erfolgt die Kraftübertragung auf einen zweiten Zahnriemen der in einem horizontalen gehäuseartigen Abschnitt angeordnet ist und den Rotor antreibt. Auch Kardanwellen sind zur Kraftübertragung möglich. Bei einer derartigen Ausbildung ist eine Anstellwinkelverstelleinrichtung notwendig. Die Anstellwinkelverstelleinrichtung kann elektrisch oder hydraulisch ausgebildet sein.
Der Antrieb kann auch derart ausgebildet sein, dass der Verbrennungsmotor mit einem Getriebe gekoppelt ist, von welchem die Kraftübertragung auf die einzelnen Impeller erfolgt.
Ein derartiges Getriebe weist einen Mehrfachgetriebeausgang auf und die einzelnen Ausgänge sind vorzugsweise individuell stufenlos regelbar. Bei einer derartigen mechanischen Kraftübertragung sind ebenfalls Zahnriemen oder Kardanwellen zum Übertragen der Kraft vorgesehen. Diese sind weniger verlustbehaftet als. die Leistungsübertragung über Generatoren, Motorreglern und Motoren. Allerdings bedingt dies einen wesentlich höheren mechanischen Aufwand.
Bei Getrieben mit mehreren Ausgängen könnte auf Grund der variablen Drehzahleinstellung auf eine Anstellwinkelverstelleinrichtung verzichtet werden.
Die Schwenkeinrichtung kann gemäß diesen beiden Ausführungsformen eine entsprechende Mechanik aus Wellen- und Kegelrädern zum Übertragen der Kraft aufweisenaufweisen.
Wenn die Rotoren mit verstellbaren Rotorblättern ausgestattet sind, kann auf die stufenlos regelbaren Drehzahlen der einzelnen Rotoren verzichtet werden. Hier werden die unterschiedlichen Hubleistungen und Drehmomente durch Verändern des Blattanstellwinkels erreicht.
Alternativ können auch mehrere Antriebsmodule, beispielsweise vier, sechs, acht oder zehn usw. vorgesehen sein.
Die Vorderräder und/oder die Hinterräder des Fahrzeugs können auch direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben werden.
Weiterhin kann das Fahrzeug einen oder mehrere Fallschirme bzw. Gesamtrettungssysteme aufweisen, um im Fall eines vollständigen Ausfalls des Antriebs die Besatzung sicher zum Boden zu bringen.
Das Fahrzeug kann auch drei oder vier oder sechs oder mehr Antriebsmodule aufweisen.
Es ist auch möglich, dass alle Impeller eines Antriebsmodules schwenkbar ausgebildet sind.
Zum oberseitigen Abdecken der Impellerschächte kann auch vorgesehen sein, dass über den Impellerschächten Abdeckungen aus einem Gitter samt einer Tragkonstruktion vorgesehen sind. Diese Abdeckungen werden für die Zeit des Ausschwenkens der Impeller geöffnet (22).
Nachdem die Impeller angehoben und ausgeschwenkt wurden, können die Abdeckungen wieder geschlossen werden (23). Dadurch, dass die Abdeckungen als Gitterkonstruktion ausgeführt sind, kann die Luft im Flugmodus durchströmen.
Ein weiterer Vorteil der Gitter besteht darin, dass diese vollständig in das Design des Fahrzeuges integriert werden können. Im Fahrmodus sind die Impeller durch das Gitter vor Beschädigungen geschützt. Zudem kann der Gitterbereich hier auch durch einlegbares oder einrollbares Planenmaterial vollständig geschlossen werden.
In den 24 und 25 ist eine zweite Motoreinbauvariante zu sehen. Hier ist der Motor samt Generator um 180 Grad gedreht und zwischen den Sitzen angeordnet. Die Tanks sind hier auf zwei Tanks unter den Sitzen und ein Tank zwischen den Fußbereichen der Piloten/Fahrer untergebracht. Dies hat den großen Vorteil, dass der Motor für Wartungszwecke wesentlich leichter zugänglich ist. Hierfür ist nur eine Abdeckung zwischen den Sitzen abzunehmen und man hat direkten Zugang zum Motorbereich.
Dadurch, dass die einzelnen Impeller über die Steuereinrichtung separat ansteuerbar sind, ist das Fahrzeug redundant, das heißt, bei einem Ausfall eines Impellers kann durch entsprechendes Schwenken, Neigen bzw. Verändern des Anstellwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeiten der übrigen Impeller ein sicherer Betrieb zumindest kurzfristig gewährleistet sein, um die Fahrgäste sicher auf die Erde zurückzubringen.
Die Redundanz wird durch das Vorsehen eines Elektromotors pro Antrieb begünstigt.
Der Pufferakku oder der Suberkondensator kann so groß gewählt werden, dass auch bei Ausfall des Verbrennungsmotors noch genügend Energie zur Verfügung steht, um das Fahrzeug sicher zu landen.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele weisen einen Verbrennungsmotor auf. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Fahrzeug ausschließlich mit Elektromotoren, d.h. ohne Verbrennungsmotor auszubilden. Das durch den Wegfall des Verbrennungsmotors eingesparte Gewicht wird vorzugsweise für einen großen Akku und/oder einen großen Superkondensator genutzt.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
2: Chassis
3: Vorderräder
4: Hinterräder
5: Fahrgastraum
6: Antriebsmodul
7: ortsfester Impeller
8: linksseitiger schwenkbarer Impeller
9: rechtsseitiger schwenkbarer Impeller
10: Fahrzeuglängsachse
11: Schwenkeinrichtung
12: Ausgangsstellung
13: Drehachse
14: Drehachse
15: horizontale Fahrzeugebene
16: Betriebsstellung
17: Rotor
18: rohrförmiges Gehäuse
19: Rotorblätter
20: Nabe
21: Neigeeinrichtung
22: Neigeachse
23: Verbrennungsmotor
24: Generator
25: Pufferakku
26: Tank
27: Steuerrad
28: Querachse
29: Axialrichtung
30: Pedallerieinrichtung
31: linkes Pedal
32: mittleres linkes Pedal
33: mittleres rechtes Pedal
34: rechtes Pedal
35
36: Impellerschacht
37
38: Lamelleneinrichtung
39: Lamelle
40: Rettungsschirm

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

DE 1020855 A1 [0002]
DE 4203286 A1 [0003]
US 6745977 B1 [0004]
DE 202012009714 U1 [0005]
DE 10214535 A1 [0006]
DE 102011111740 A1 [0007]
DE 2845260 [0008]

Claims

Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug umfassend einen ersten und einen zweiten Impeller, wobei einer der beiden Impeller mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt ist, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebsstellung der eine Impeller im Wesentlichen neben dem anderen anordbar ist.
Antriebsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Impeller in der Ausgangsstellung in etwa waagrecht angeordnet sind
Antriebsmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Schwenkeinrichtung gekoppelte Impeller in der Betriebsstellung mittels der Schwenkeinrichtung waagrecht anordbar ist und/oder mittels einer Neigeeinrichtung um eine waagrechte Achse neigbar ist.
Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Impeller einen Rotor mit zwei oder mehreren Rotorblättern aufweist, wobei ein Anstellwinkel der Rotorblätter während des Betriebes veränderbar ist.
Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass drei oder mehr Impeller übereinander anordbar sind, wobei ein Impeller ortsfest angeordnet ist und die anderen Impeller schwenkbar sind.
Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ortsfeste Impeller mittels einer Stelleinrichtung frei im Raum schwenk und heb- bzw. absenkbar ist.
Fahrzeug mit zumindest einem Antriebsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Fahrzeug gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zumindest zwei oder mehrere Antriebsmodule aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Generator, einen Pufferakku und in einer jeden Nabe eines Impellers einen Elektromotor umfasst.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist, der direkt mit den Impellern über einen mechanischen Abtriebsstrang (z.B. Kardanwelle, Zahnriemen mit und ohne Getriebe) verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, Dass das Fahrzeuge ausschließlich einen oder mehrere Elektromotoren zum Antreiben der Impeller und von Rädern aufweist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist mittels der die Impeller mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Anstellwinkeln der Rotorblätter betrieben werden können.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zwei Vorderräder und zwei Hinterräder aufweist, wobei jeweils zumindest ein Antriebsmodul im Bereich der Vorderräder und im Bereich der Hinterräder angeordnet ist.