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Die Erfindung betrifft ein Bremsmodul eines Radmoduls mit einem Rad, das von einem Antriebsmodul des Radmoduls um eine Radachse antreibbar und um eine Lenkachse lenkbar ist, wobei das Rad von dem Antriebsmodul unbegrenzt um die Lenkachse rotierbar ist.
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Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von verschiedenen Bremsmodulen bzw. Bremssystemen für lenkbare Räder bekannt. Diese bekannten Bremsmodule sind meist unmittelbar an der Radwelle bzw. an dem lenkbaren Rad vorgesehen und auf eine Energieversorgung angewiesen, welche ausgebildet ist, eine Lenkbewegung des Rades auszugleichen. Hierfür sind beispielsweise Schleifkontakte, eine induktive Energieübertragung oder Schleppkettenlösungen vorgesehen.
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Für Radmodule, bei welchen das Rad unbegrenzt um die Lenkachse rotierbar bzw. lenkbar ist, darf die Anbindung und Energieversorgung des Bremsmoduls jedoch nicht die Rotierbarkeit des Rades um die Lenkachse beschränken. Daher kommen hierfür meist nur induktive Energieübertragung und Schleifkontaktlösungen in Frage. Insbesondere Schleifkontaktlösungen sind jedoch verschleißbehaftet und verursachen dadurch Wartungskosten bzw. eine reduzierte Lebensdauer. Eine Integration einer induktiven Energieübertragung ist wiederum aufwändig und teuer. Hinzukommt, dass eine induktive Energieübertragung einem relativ geringen Wirkungsgrad sowie einem hohen Stromverbrauch unterworfen ist, so dass eine solche Lösung meist nicht energieeffizient umsetzbar ist.
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Beispielsweise ist aus der Druckschrift
DE 20 2018 106 118 U1 ein Bremsmodul eines Radmoduls mit einem Rad bekannt, das von einem Antriebsmodul des Radmoduls um eine Radachse antreibbar und um eine Lenkachse lenkbar ist. Das Rad ist dabei an einer Radwelle aufgenommen und von dem Antriebsmodul unbegrenzt um die Lenkachse rotierbar, wobei durch das Bremsmodul die Rotation des Rades um die Radachse gebremst werden kann.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Bremsmodul eines Radmoduls bzw. ein Radmodul mit einem Bremsmodul bereitzustellen, bei welchem das Rad mittels des Bremsmoduls gebremst werden kann und die Lenkbarkeit eines unbegrenzt um eine Lenkachse rotierbaren Rades nicht durch das Bremsmodul eingeschränkt wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Bremsmodul eines Radmoduls vorgeschlagen, wobei das Radmodul ein Rad aufweist, das von einem Antriebsmodul des Radmoduls um eine Radachse antreibbar und um eine Lenkachse lenkbar ist. Das Rad ist an einer Radwelle aufgenommen bzw. drehfest an der Radwelle fixiert und von dem Antriebsmodul unbegrenzt um die Lenkachse rotierbar. Ferner ist vorgesehen, dass das Bremsmodul eine benachbart zu dem Rad angeordnete und mit dem Rad um die Lenkachse unbegrenzt rotierbare Ankerplatte, eine benachbart zu der Ankerplatte und um die Lenkachse fixierte Hubeinheit sowie ein an der Radwelle angeordnetes bzw. fixiertes und mit dem Rad um die Radachse rotierbares Bremsrad aufweist. Von der Ankerplatte erstreckt sich zumindest ein Übertragungselement in Richtung des Bremsrads. Zudem ist die Hubeinheit ausgebildet, die Ankerplatte von einem ersten Zustand, in welchem die Ankerplatte und die Hubeinheit sowie das zumindest eine Übertragungselement und das Bremsrad berührungsfrei beabstandet sind, in einen zweiten Zustand zu verschieben, in welchem die Ankerplatte und die Hubeinheit berührungsfrei beabstandet sind und das zumindest eine Übertragungselement unmittelbar oder mittelbar eine Bremskraft an dem Bremsrad erzeugt. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ankerplatte zusammen mit dem Rad um die Lenkachse rotierbar und in jedem Zustand entlang der Lenkachse zu der Hubeinheit beabstandet sowie nicht strukturell oder durch Verbindungselemente zur Energieübertragungen, wie beispielsweise Kabel, mit der Hubeinheit verbunden ist, so dass die Rotation der Ankerplatte nicht von der Hubeinheit beschränkt oder gebremst wird.
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Der Hintergrund der Erfindung ist es, ein Bremsmodul mit einer mechanischen Bremse für eine sogenannte Fahr-Lenk-Einheit bzw. Fahr-LenkSystem (FLS) vorzusehen, bei welcher die Lenkbarkeit des FLS nicht eingeschränkt wird. Ein FLS, welches beispielsweise bei batteriebetriebenen fahrerlosen Transportfahrzeugen zum Einsatz kommen kann, sieht vorzugsweise ein Rad vor, welches zur Verbesserung der Manövrierfähigkeit unbegrenzt, also theoretisch unendlich oft, um seine Lenkachse rotiert werden kann, was durch einen speziellen, später erläuterten mechanischen Aufbau gelöst wird. Der Antrieb eines solchen Rades erfolgt vorzugsweise über zwei Elektromotoren, wobei über die Elektromotoren auch eine elektrische Bremse und/oder eine elektrische Rekuperation ausgebildet werden kann. Zusätzlich ist es aus Sicherheitsgründen bei einer vorteilhaften Variante eines solchen FLS jedoch erforderlich, eine mechanische Bremse vorzusehen, welche jedoch aufgrund des um die Lenkachse frei rotierbaren Rades die Rotationsfähigkeit des Rades nicht einschränken darf.
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Der Grundgedanke der Erfindung ist es daher, das Bremsmodul in zwei voneinander getrennte bzw. zwei relativ zueinander frei um die Lenkachse rotierbare Baugruppen zu teilen, wobei eine erste Baugruppe an dem Rad angeordnet und ausgebildet ist, mit diesem um die Lenkachse zu rotieren, und wobei eine zweite Baugruppe bezogen auf die Lenkachse fixiert bzw. stationär ist und ausgebildet ist, Energie auf die erste Baugruppe zum Schalten der Bremse zu übertragen oder die erste Baugruppe von einem ersten, das Rad nicht bremsenden Zustand in einen zweiten, das Rad bremsenden Zustand zu überführen.
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Vorzugsweise ist die erste Baugruppe, welche die Ankerplatte mit dem zumindest einen Übertragungselement sowie das Bremsrad umfasst, über einen Luftspalt zu der zweiten Baugruppe, welche der Hubeinheit entspricht, beabstandet, wobei die Hubeinheit beispielsweise einen Elektromagneten als Hubmagneten umfasst, durch welchen die Ankerplatte entlang der Lenkachse verschiebbar und die Bremse dadurch schaltbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Variante ist zudem vorgesehen, dass die Verschiebbarkeit der Ankerplatte entlang der Lenkachse in beide Richtungen durch einen Anschlag bzw. Anschläge mechanisch begrenzt ist und die Ankerplatte in Radialrichtung zu der Lenkachse vorzugsweise in einer Gleitbuchse aufgenommen und geführt ist, wobei die Verschiebbarkeit durch den zu der Hubeinheit benachbarten Anschlag derart begrenzt ist, dass zwischen den Ankerplatte und der Hubeinheit immer ein eine relative Rotation der Ankerplatte gegenüber der Hubeinheit ermöglichender Luftspalt verbleibt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Bremsmodul ein zu dem Rad benachbartes Trägerelement aufweist, das mit dem Rad um die Lenkachse rotierbar ist und an welchem die Radwelle um die Radachse rotierbar gelagert ist, so dass das Trägerelement bezogen auf die Rotation des Rades um die Lenkachse an das Rad gekoppelt und bezogen auf die Rotation um die Radachse von dem Rad entkoppelt ist. Die Ankerplatte ist ferner gegenüber der Hubeinheit entlang der Lenkachse verschiebbar und um die Lenkachse gegenüber dem Trägerelement fixiert mit dem Trägerelement verbunden. Beispielsweise über eine Gleitführung, so dass die Ankerplatte von dem Trägerelement geführt mit dem Rad um die Lenkachse rotieren kann zugleich jedoch von der Hubeinheit entlang der Lenkachse verschoben werden kann. Alternativ kann eine solche Verbindung auch über das zumindest eine Übertragungselement ausgebildet werden, welches beispielsweise direkt oder indirekt verschiebbar entlang der Lenkachse an dem Trägerelement gelagert ist.
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Alternativ wäre zu einem Trägerelement auch eine Variante möglich, bei welcher an der Ankerplatte ein oder mehrere Mitnehmerelemente ausgebildet sind, welche beispielsweise über Gleitplatten an dem Bremsrad, dem Rad oder der Radwelle anliegen, wodurch es jedoch zu einer Reibung zwischen den Gleitplatten und dem jeweiligen weiteren Element kommt, was für die Energieeffizient nachteilig ist.
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Vorzugsweise ist das Bremsmodul nicht als eine die Rotation bremsende bzw. verlangsamende Bremsvorrichtung, sondern als eine die Rotation verhindernde bzw. das Rad fixierende Bremsvorrichtung, also als Feststellbremse ausgebildet. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht hierfür vor, dass das Bremsrad ein Nockenrad ist und an seinem Außenumfang zumindest eine sich in Radialrichtung des Bremsrades nach außen erstreckende Nocke, also einen gegenüber dem Außenumfang des Bremsrades hervorstehenden Vorsprung, oder vorzugsweise eine Vielzahl von in Umfangsrichtung an dem Außenumfang des Bremsrades gleichmäßig verteilte und sich nach außen erstreckende Nocken bzw. Vorsprünge aufweist.
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Um die Rotation des Rades über eine solche Nocke bzw. mehrere solcher Nocken zu verhindern und das Rad zu fixieren, sieht eine Variante der Erfindung vor, dass an einem zu dem Bremsrad weisenden Endabschnitt des zumindest einen Übertragungselement an dem Übertragungselement eine Klinke vorgesehen ist. Die Klinke, welche vorzugsweise eine Keilform aufweist, ist in dem ersten Zustand von dem Bremsrad beabstandet und in dem zweiten Zustand zumindest mit einem zu dem Bremsrad weisenden Rastabschnitt an dem Bremsrad zur Anlage bringbar. Ist die Klinke keilförmig ausgebildet, entspricht der Rastabschnitt vorzugsweise dem Abschnitt in welchem die einander gegenüberliegenden Flächen aufeinander zulaufen und dadurch die Keilform bestimmen. Der Rastabschnitt ist ausgebildet, entgegen einer Rotationsrichtung des Bremsrades an einer Nocke des Bremsrades, also an der einen Nocke oder an einer der Nocken des Bremsrades, zur Anlage zu kommen. Bei einer beginnenden Rotation des Rades oder einem Drehmoment an dem Rad in die Rotationsrichtung wird die Nocke mit einer Ihrer in die Umfangsrichtung des Bremsrades weisenden Seitenflächen gegen die Klinke bzw. den Rastabschnitt der Klinke gepresst und die Rotation dadurch blockiert. Um das Bremsmoment zu erzeugen sind also an dem Bremsrad Nocken angebracht oder ausgebildet, welche von einer Klinkenmechanik blockiert werden. Um das Bremsmoment zu lösen, werden die Klinken bzw. die gesamte Ankerplatte mit dem Übertragungselement und der zugehörigen Klinke über die Hubeinheit vorzugsweise elektromagnetisch in den ersten Zustand bzw. zu der Hubeinheit gezogen und die Klinke von ihrem Eingriff mit dem Bremsrad gelöst.
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Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Geometrie der Seitenflächen der Nocken und die Geometrie des Rastabschnitts sowie die Ausrichtung der Klinke gegenüber dem Bremsrad so gewählt ist, dass eine Nocke, welche mit ihrer Seitenfläche gegen den Rastabschnitt gepresst wird, die Klinke und insbesondere die Ankerplatte nicht zu der Hubeinheit verschiebt und dadurch die Bremse unbeabsichtigt löst.
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Ist zum Eingriff bzw. zum Anliegen an den Nocken eine Klinke vorgesehen, ist diese vorzugsweise mit einem von dem Rastabschnitt beabstandeten Lagerabschnitt drehbar um eine zu der Radachse parallele Achse gelagert. Es kann vorgesehen sein, dass die Klinke an dem jeweiligen Übertragungselement oder dem Trägerelement gelagert ist. Vorzugsweise kann eine jeweilige Klinke auch an einer Klinkenaufnahme gelagert sein, welche beispielsweise über einen Lagerring mit dem Trägerelement verbunden ist. Dabei kann an den drehbar gelagerten Klinken jeweils eine Hebemechanik vorgesehen sein, durch welche die jeweilige Klinke von dem jeweiligen Übertragungselement auslenkbar und dadurch zwischen dem ersten und zweiten Zustand schaltbar ist. Hierfür kann in den Übertragungselementen jeweils ein Loch oder ein parallel zu der Lenkachse verlaufender Schlitz vorgesehen sein, in welchen ein an der Klinke vorgesehener Stift parallel zu der Drehachse der Klinke eingreift. Vorteilhaft an einem Schlitz ist, dass die Klinke in dem zweiten Zustand von dem Übertragungselement nicht gegen das Bremsrad gepresst wird, sondern die Klinken locker an dem Bremsrad anliegen. Dadurch verrastet die Klinke an der Nocke, wenn das Bremsrad in eine erste Richtung rotiert. Rotiert das Bremsrad in eine entgegengesetzte zweite Richtung, wird die Klinke von einer Nocke angehoben.
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Um die Rotation des Rades in beide möglichen Rotationsrichtungen um die Radachse zu blockieren, sieht eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des Bremsmoduls vor, dass genau zwei zueinander beabstandete Übertragungselemente vorgesehen sind, an deren zu dem Bremsrad weisenden Endabschnitt jeweils eine Klinke vorgesehen ist, deren Rastabschnitte einander zugewandt sind bzw. das mit dem jeweiligen zu dem Bremsrad weisenden Endabschnitt jeweils eine Klinke angehoben oder abgesenkt werden kann. Der Rastabschnitt einer ersten Klinke eines ersten Übertragungselements der beiden Übertragungselemente ist ausgebildet, entgegen einer ersten Rotationsrichtung an einer Nocke, also an der einen Nocke oder an einer der Nocken, zur Anlage zu kommen. Der Rastabschnitt einer zweiten Klinke eines zweiten Übertragungselements der beiden Übertragungselemente ist ausgebildet ist, entgegen einer zweiten, zu der ersten Rotationsrichtung entgegengesetzten Rotationsrichtung an einer Nocke, also an der einen Nocke oder an einer der Nocken, zur Anlage zu kommen. Ist eine einzelne Nocke an dem Bremsrad vorgesehen, kann dadurch das Rad in einer vorbestimmten Ausrichtung fixiert werden.
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Die durch Klinken gebildete Klinkenmechanik ist bezogen auf die Rotation des Rades um die Lenkachse mitdrehend mit dem Rad montiert. Durch das Verrasten der Klinken an der Nocke oder an den Nocken, ohne dass die Nocken bzw. das Bremsrad die Ankerplatte verschieben kann, ist im zweiten Zustand bzw. im die Rotation des Rades blockierenden Zustand keine Energieübertragung zu der Ankerplatte notwendig.
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Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht zudem vor, dass die Hubeinheit einen Elektromagneten umfasst und die Ankerplatte zumindest abschnittsweise magnetisch oder ferromagnetisch und vorzugsweise weichmagnetisch ist. Der Elektromagnet ist ausgebildet, die Ankerplatte in dem ersten Zustand magnetisch zu der Hubeinheit zu ziehen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Ankerplatte beim Abschalten des Elektromagneten der Hubeinheit durch die Schwerkraft von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand überführt wird, so dass das Bremsmodul beispielsweise bei einem Stromausfall automatisch in den zweiten, die Rotation des Rades blockierenden Zustand überführt wird. Hierfür kann zudem eine Feder vorgesehen sein, durch welche eine Rückstellung des Bremsmoduls in den das Rad blockierenden Zustand unterstützt werden kann. Um die Ankerplatte in dem ersten Zustand zu halten, in welchem die Rotation des Rades nicht blockiert wird, muss jedoch ständig ein geringer Strom fließen, durch welchen das die Ankerplatte anziehende Magnetfeld des Elektromagneten der Hubeinheit aufrecht erhalten wird.
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Auch im gelösten bzw. ersten Zustand des Bremsmoduls berühren sich der sich drehende Teil des Bremsmoduls, also beispielsweise die Ankerplatte, und der gegenüber der Lenkachse stationäre bzw. ortsfeste Teil, also die Hubeinheit, nicht, da die Bremslöseenergie elektromagnetisch über den Luftspalt zwischen Ankerplatte und Hubeinheit übertragen wird.
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Bei einer Variante, bei welcher keine Federrückstellung der Ankerplatte oder eine sonstige der Verschiebung an der Ankerplatte entgegenwirkende Kraft vorgesehen ist, wirkt es sich energiesparend aus, das nur die Ankerplatte mit den daran vorgesehenen Übertragungselementen sowie den an den Übertragungselementen eventuell vorhandenen Klinken gehoben werden müssen und nicht gegen Bremsfedern gearbeitet werden muss.
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Als Alternative zu einem Elektromagneten könnte der Raum zwischen der Ankerplatte und der Hubeinheit auch abgedichtet und mit einem Unterdruck beaufschlagt werden, durch welches die Ankerplatte zu der Hubeinheit gezogen wird.
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Um bei einem Fehlerfall eine Beschädigung des Antriebsmodul bzw. des Bremsmoduls des Radmoduls zu verhindern und diese voneinander zu entkoppeln, sieht eine weitere vorteilhafte Variante vor, dass das Bremsrad auf einer Rutschnabe angeordnet und über die Rutschnabe mit der Radwelle verbunden ist. Die Rutschnabe ist ausgebildet, unterhalb eines einstellbaren Drehmoments die Bremskraft von dem Bremsrad auf die Radwelle zu übertragen und ab dem einstellbaren Drehmoment gegenüber dem Bremsrad frei zu drehen, so dass das Bremsrad von der Radwelle entkoppelt ist und die Bremskraft nicht von dem Bremsrad auf die Radwelle übertragen wird. Entsprechend ist es bei dieser Variante der Erfindung nicht nötig, die Federkraft dieser als Rutschkupplung ausgebildeten Rutschnabe im Betrieb zu lösen.
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Vorzugsweise ist bei einer Variante vorgesehen, dass zur weiteren Verbesserung der Manövrierfähigkeit die Lenkachse koaxial zu einer Hochachse des Rades ist. Dadurch wird das Rad nicht um eine außerhalb des Rades verlaufende Lenkachse rotiert, sondern um eine insbesondere durch den Aufstandspunkt des Rades auf einem Boden verlaufende und zu dem Boden orthogonale Hochachse des Rades, so dass das Rad sich bei einer Lenkbewegung auf der Stelle um sich selbst drehen kann.
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An der Ankerplatte kann zudem ein Führungszapfen vorgesehen sein, über welchen die Ankerplatte um die Lenkachse rotierbar und entlang der Lenkachse verschiebbar an einer weiteren Komponente, beispielsweise auch dem Hubelement, gelagert ist.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft nicht nur lediglich das Bremsmodul, sondern das Radmodul mit einem erfindungsgemäßen Bremsmodul und einem von einem Antriebsmodul des Radmoduls um eine Radachse antreibbaren und um eine Lenkachse lenkbaren Rad, wobei das Rad an einer Radwelle aufgenommen bzw. an dieser fixiert und von dem Antriebsmodul unbegrenzt um seine Lenkachse rotierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Variante des Radmoduls ist vorgesehen, dass dieses ein Getriebe aufweist, welches einen ersten und einen zweiten Antriebszahnkranz aufweist, die um eine gemeinsame Rotationsachse drehbar also koaxial zueinander angeordnet sind. Das Rad ist durch eine jeweilige Rotation des ersten Antriebszahnkranzes und des zweiten Antriebszahnkranzes sowohl um die Lenkachse lenkbar als zugleich um die Radachse antreibbar. Zwischen dem ersten Antriebszahnkranz und dem zweiten Antriebszahnkranz ist ein sich entlang der Rotationsachse erstreckender Radaufnahmeraum bestimmt, in welchem das Rad zumindest abschnittsweise angeordnet ist.
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Vorzugsweise ist die Rotationsachse des ersten und zweiten Antriebszahnkranzes koaxial zu der Lenkachse.
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Für eine besonders platzsparende und kompakte Ausführung ist vorgesehen, dass die Ankerplatte in oder unmittelbar benachbart zu dem Radaufnahmeraum angeordnet ist, die Hubeinheit in oder unmittelbar benachbart zu dem Radaufnahmeraum angeordnet ist und das Bremsrad sowie das zumindest eine Übertragungselement in dem Radaufnahmeraum angeordnet sind.
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Die vorstehend offenbarten Merkmale sind beliebig kombinierbar, soweit dies technisch möglich ist und diese nicht im Widerspruch zueinander stehen.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine erste Variante eines Radmoduls;
- 2 eine zweite Variante eines Radmoduls;
- 3 eine erste perspektivische Ansicht eines Bremsmoduls;
- 4 eine zweite perspektivische Ansicht des Bremsmoduls;
- 5 eine Vorderansicht des Bremsmoduls im ersten Zustand;
- 6 eine Vorderansicht des Bremsmoduls im zweiten Zustand;
- 7 eine dritte perspektivische Ansicht des Bremsmoduls;
- 8 eine perspektivische Ansicht eines Nockenrades;
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Die Figuren sind beispielhaft schematisch. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren weisen auf gleiche funktionale und/oder strukturelle Merkmale hin.
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In 1 ist das Radmodul 2 zusammen mit zwei Antriebsmotoren 40, 50 dargestellt, welche das Antriebsmodul des Radmoduls 2 bilden. Der erste Antriebsmotor 40 treibt über eine erste Motorwelle 41 und dazwischen liegende Zahnräder 42, 43 den ersten Antriebszahnkranz 44 und der zweite Antriebsmotor 50 treibt über eine zweite Motorwelle 51 und dazwischen liegende Zahnräder 52, 53 den zweiten Antriebszahnkranz 54 an. Zur Minimierung des Bauraumbedarfs ist der erste Antriebsmotor 40 entgegengesetzt zu dem zweiten Antriebsmotor 50 angeordnet, wobei die Antriebsmotoren 40, 50 jeweils ein eigenes Motorgetriebe umfassen können und unabhängig voneinander steuerbar sind. Über die jeweilige Motorwelle 41, 51 sind die Antriebsmotoren 40, 50 mit jeweils einem Ritzel 42, 52 verbunden.
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Das erste Ritzel 42 greift mit seiner Verzahnung in eine Verzahnung eines ersten Zwischenrades 43 ein, welches mit seiner Verzahnung in eine Antriebsverzahnung des ersten Antriebszahnkranzes 44 eingreift, so dass durch eine Rotation des ersten Ritzels 42 der erste Antriebszahnkranz 44 von dem ersten Antriebsmotor 40 angetrieben um die Lenkachse L rotierbar ist.
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Analog gilt das gleiche für den zweiten Antriebszahnkranz 54. Das zweite Ritzel 52 greift mit seiner Verzahnung in eine Verzahnung eines zweiten Zwischenrades 53 ein, welches mit seiner Verzahnung in eine Antriebsverzahnung des zweiten Antriebszahnkranzes 54 eingreift, womit durch eine Rotation des zweiten Ritzels 52 der zweite Antriebszahnkranz 54 von dem zweiten Antriebsmotor 50 angetrieben um die Lenkachse L rotierbar ist.
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Zwischen dem ersten und dem zweiten Antriebszahnkranz 44, 54 ist ein Abtriebszahnrad 12 angeordnet, welches mit seiner Verzahnung sowohl in eine zu dem Abtriebszahnrad 12 weisende Verzahnung des ersten Antriebszahnkranzes 44 als auch in eine zu dem Abtriebszahnrad 12 weisende Verzahnung des zweiten Antriebszahnkranzes 54 eingreift. Die Rotation des Abtriebszahnrades 12 (dritte Rotation) ist folglich sowohl von der Rotation des ersten Antriebszahnkranzes 44 (erste Rotation) als auch von der Rotation des zweiten Antriebszahnkranzes 54 (zweite Rotation) bestimmt.
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Von dem Abtriebszahnrad 12 erstreckt sich eine mit dem Abtriebszahnrad 12 drehfest verbundene Abtriebswelle, welche der Radwelle 11 entspricht, entlang einer Radachse R in Richtung der Lenkachse L. An einer von dem Abtriebszahnrad 12 entlang der Radachse R beabstandeten Seite ist das Rad 10 drehfest mit der Radwelle 11 verbunden, wodurch eine Rotation (dritte Rotation) des Abtriebszahnrades 12 über die Radwelle 11 auf das Rad 10 übertragen wird. Das Rad 10 ist wie dargestellt abschnittsweise zwischen dem ersten Antriebszahnkranz 44 und dem zweiten Antriebszahnkranz 54 aufgenommen, welche entlang ihrer Rotationsachse, welche der Lenkachse L entspricht, beabstandet sind und zwischen sich einen Radaufnahmeraum 3 aufspannen. Beide Antriebszahnkränze 44, 54 weisen eine sich entlang der Lenkachse L durch den jeweiligen Antriebszahnkranz 44, 54 erstreckende Kranzöffnung 44', 54' auf. Das Rad 10 erstreckt sich zumindest auf seiner dem Boden B zugewandten Seite durch die jeweilige Kranzöffnung 44', 54'. Die Anordnung des Rades 10 in dem Radaufnahmeraum 3 führt zu drei vorteilhaften Effekten. Der Bauraum des Radmoduls 2 wird deutlich reduziert, da das Rad 10 bei einer Lenkbewegung um die Lenkachse L die Antriebszahnkränze 44, 54 nicht umlaufen muss, und der mögliche Lenkwinkel wird erweitert, da das Rad 10 in den Antriebszahnkränzen 44, 54 um 360° bzw. mehrfach um 360° rotiert werden kann, ohne dass die Lenkbewegung bzw. Rotation um die Lenkachse L begrenzt ist. Hinzukommt, dass das Rad 10 von dem Radmodul 2 bzw. von dem ersten und zweiten Antriebszahnkränzen 44, 54 geschützt wird, da diese einen Käfig um das Rad 10 bilden.
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Die in 2 dargestellte Ausführungsvariante des Radmoduls 2 weist zusätzlich im Vergleich mit dem Radmodul 2 der 1 eine Zwischenwelle 11', ein Antriebszwischenrad 12' und ein Abtriebszwischenrad 13' auf. Die Zwischenwelle 11' erstreckt sich entlang einer zu der Radachse R parallelen Zwischenachse Z und ist um diese rotierbar. An einer ersten Seite entlang der Zwischenachse Z ist das Antriebszwischenrad 12' und an einer gegenüberliegenden zweiten Seite entlang der Zwischenachse Z das Abtriebszwischenrad 13' an der Zwischenwelle 11' befestigt bzw. mit ihr drehfest verbunden. Das Antriebszwischenrad 12' ist als ein Zahnrad ausgebildet und greift in den ersten und zweiten Antriebszahnkranz 44, 54 ein, wodurch die Zwischenwelle 11' mit dem Antriebszwischenrad 12' und dem Abtriebszwischenrad 13' über das Antriebszwischenrad 12' um die Zwischenachse Z durch die erste und zweite Rotation der Antriebszahnkränze 44, 54 rotierbar ist. Das Abtriebszwischenrad 13' ist ebenfalls als Zahnrad ausgebildet und greift mit seiner Verzahnung in die Verzahnung des Abtriebszahnrads 12 ein. Die Rotation der Zwischenachse Z wird über das Abtriebszwischenrad 13' auf das Abtriebszahnrad 12, auf die Radwelle 11 und das Rad 10 übertragen, wodurch das Rad 10 um die Radachse R antreibbar ist. Bei dieser Variante ist es möglich, die Bodenfreiheit ohne eine Vergrößerung eines Raddurchmessers des Rades 10 zu vergrößern.
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Die in den 1 und 2 gezeigten Varianten des Radmoduls 2 sind jeweils beispielhaft und sollen ein Radmodul 2 verdeutlichen, an welchem das erfindungsgemäße Bremsmodul 1 vorgesehen werden kann.
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In den 3 bis 7 ist eine Variante eines Bremsmoduls 1 in verschiedenen Ansichten und Zuständen gezeigt, wie es beispielsweise bei einem Radmodul 2, wie es in den 1 oder 2 gezeigt ist, zum Einsatz kommen kann.
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Das Rad 10 ist drehfest an einer mit dem Rad 10 drehenden, jedoch in den 3 bis 7 verdeckten Radwelle 11 aufgenommen. Benachbart zu dem Rad 10 ist auf der Radwelle 11 zudem ein als Nockenrad ausgebildetes Bremsrad 21 vorgesehen, welches über eine Rutschkupplung bzw. Rutschnabe 25 mit der Radwelle 11 verbunden ist. Ferner ist ein Trägerelement 23 vorgesehen, in welchem die Radwelle 11 gelagert ist, wobei das Trägerelement 23 insbesondere auch der Lagerung des Rades 10 und der Radwelle 11 in dem Radmodul 2 dienen kann. Das Bremsmodul 1 sieht ferner eine Ankerplatte 20 vor, an welcher zwei Übertragungselemente 22, 22' fixiert sind, welche sich von der Ankerplatte 20 zu dem Bremsrad 21 erstrecken. Bezogen auf den Boden B, auf welchem das Rad 10 im bestimmungsgemäßen Gebrauch aufsteht, ist die Ankerplatte 20 oberhalb des Rades 10 angeordnet und die Übertragungselemente 22, 22' erstrecken sich nach unten in Richtung des Bodens B. Die Ankerplatte 20 ist zusammen mit der Radwelle 11 und den daran aufgenommenen Komponenten, wie dem Rad 10, dem Bremsrad 21 und dem Trägerelement 23 um die Lenkachse L rotierbar. Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Ankerplatte 20 als im Wesentlichen runde Scheibe ausgebildet, wobei die Lenkachse L durch das Zentrum der runden Scheibe verläuft und die Radachse R, um welche das Rad 10 mit der Radwelle 11 antreibbar ist, schneidet. Darüber hinaus ist eine gegenüber der Rotation um die Lenkachse L stationäre Hubeinheit 30 vorgesehen, welche von den weiteren Komponenten bezüglich der Lenkbewegung um die Lenkachse L entkoppelt und zu der Ankerplatte 20 durch einen Luftspalt S beabstandet ist.
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Entsprechend ist das Bremsmodul 1 in zwei Baugruppen geteilt. Die erste Baugruppe ist ausgebildet, mit dem Rad 10 und der Welle 11 zu rotieren und umfasst zumindest das Bremsrad 21 und die Ankerplatte 20 mit den sich zu dem Bremsrad 21 erstreckenden Übertragungselementen 22, 22'. Die zweite Baugruppe ist ausgebildet, die erste Baugruppe von einem das Rad 10 nicht bremsenden Zustand (erster Zustand) in einen das Rad 10 bremsenden Zustand (zweiter Zustand) zu schalten. Die zweite Baugruppe umfasst hierfür die Hubeinheit 30, welche vorliegend einen Elektromagneten aufweist, welcher über die elektrische Anschlussleitung 31 mit Strom versorgt und gesteuert werden kann.
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Die Ankerplatte 20 ist mittels des Elektromagnetismus der Hubeinheit 30 entlang der Lenkachse L verschiebbar, wobei die Strecke, entlang derer die Ankerplatte 20 verschiebbar ist, von Anschlagselementen begrenzt wird, so dass stets ein Luftspalt S zwischen dem Hubelement 30 und der Ankerplatte 20 verbleibt und die Rotation der Ankerplatte 20 um die Lenkachse L von der Hubeinheit 30 nicht behindert oder gebremst wird.
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In 5 ist der erste Zustand des Bremsmoduls 1 gezeigt, in welchem das Rad 10 von dem Bremsmodul 1 nicht gebremst und die Ankerplatte 20 in eine obere Endlage zu dem Hubelement 30 verschoben ist. Um den Zustand beizubehalten, liegt an dem Elektromagneten der Hubeinheit 30 ein Strom an, so dass die Ankerplatte 20 ständig zu dem Hubelement 30 gezogen wird. Dabei verbleibt der Luftspalt S zwischen Ankerplatte 20 und Hubeinheit 30. Durch Abschalten des Elektromagneten der Hubeinheit 30 oder umkehren seiner Polarität, wird das Bremsmodul 1 in den zweiten und in 6 dargestellten Zustand geschalten, in welchem die Ankerplatte 20 in die untere Endlage verschoben wird bzw. ist und die Übertragungselemente 22, 22' bzw. deren Klinken 24, 24' an dem Bremsrad 21 zur Anlage kommen und das Rad 10 dadurch blockieren. Der Luftspalt S zwischen der Hubeinheit 30 und der Ankerplatte 20 ist dabei in dem zweiten Zustand deutlich größer als in dem ersten Zustand.
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Das in den 3 bis 7 gezeigte Bremsmodul 1 sieht vor, dass an der Ankerplatte 20 bzw. den Übertragungselementen 22, 22' eine Klinkenmechanik vorgesehen ist, welche gegen Nocken 21' des als Nockenrad ausgebildeten Bremsrades 21 verrastet. Vorteilhaft ist daran, dass durch die Hubeinheit 30 keine durchgehende Bremskraft auf die Ankerplatte 20 aufgebracht werden muss, sondern die Klinken 24, 24' lediglich in Eingriff gebracht werden müssen und an dem Bremsrad 21 selbstständig gegen die Nocken 21' verrasten.
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Die beiden an der Ankerplatte 20 vorgesehenen Übertragungselemente 22, 22' sind entlang einer Querachse, welche orthogonal zu der Radachse R und zu der Lenkachse L verläuft, beabstandet und weisen an ihrem dem Bremsrad 21 zugewandten Endabschnitt jeweils einen Schlitz 26, 26' auf, durch welche die Klinken 24, 24' steuer- bzw. auslenkbar sind.
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Die Klinken 24, 24' sind jeweils mit einem Lagerabschnitt in einer Klinkenaufnahme 27, 27' drehbar um eine zu der Radachse R parallelen Achse gelagert und greifen mit einem Stift, der zwischen dem Lagerabschnitt und dem Rastabschnitt der jeweiligen Klinke 24, 24' angeordnet ist, in den Schlitz 26, 26' des jeweiligen Übertragungselements 22, 22' ein.
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Die Klinkenaufnahmen 27, 27' sind bei der vorliegenden Variante getrennt voneinander und getrennt von dem Trägerelement 23 ausgebildet, können jedoch auch integral ausgebildet sein. Bei der gezeigten Variante ist vorgesehen, dass die Klinkenaufnahmen 27, 27' und das Trägerelement 23 über ein nicht dargestelltes Lagerelement miteinander verbunden und ausgebildet sind, bei einer Lenkbewegung als Einheit mit dem Rad 10 um die Lenkachse L zu rotieren. Das Lagerelement kann beispielsweise ein Radiallager oder Lagerring sein.
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In dem ersten Zustand, in welchem die Ankerplatte 20 zu der Hubeinheit 30 verschoben ist, werden die Klinken 24, 24' über ihre Stifte und die in den Übertragungselementen 22, 22' ausgebildeten Schlitzen 26, 26' nach oben gezogen und aus einem Eingriff an dem Bremsrad 21 entfernt. Beim Übergang von dem ersten in den zweiten Zustand werden die Klinken 24, 24' freigegeben, so dass sie sich um ihre jeweilige Drehachse nach unten drehen und an dem Bremsrad 21 anliegen. Die Rastabschnitte der Klinken 24, 24' weisen in entgegengesetzte Richtungen, so dass eine Klinke 24, 24' das Bremsrad 21 und dadurch das Rad 10 jeweils genau in eine Drehrichtung um die Radachse R blockiert. Dafür sind an dem Bremsrad 21 eine Vielzahl von Nocken 21' ausgebildet, welche an den Rastabschnitten der Klinken 24 ,24' zur Anlage kommen bzw. gegen die Klinken 24, 24' rasten können.
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Um im Fehlerfall eine Beschädigung der Antriebsmotoren 40, 50 oder des Bremsmoduls 1 zu verhindern, ist zudem eine Rutschnabe 25 zwischen dem Bremsrad 21 und der Radwelle 11 vorgesehen, welche die Bremskraft von dem Bremsrad 21 auf die Radwelle 11 nur unterhalb eines vorbestimmten an der Rutschnabe 25 anliegenden Drehmoments überträgt.
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In 8 ist das Bremsrad 21 mit den an seinem Außenumfang gleichmäßig verteilten Nocken 21' und der an seinem Innenumfang fixierten Rutschnabe 25 im Detail gezeigt.
