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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens eine Scheibenläufermotoranordnung, die als Antriebseinrichtung ausgebildet ist und mit einem antreibbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist.
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Kraftfahrzeuge mit Scheibenläufermotoren sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Üblicherweise werden derartige Scheibenläufermotoren als Radnabenmotoren und somit unmittelbar am Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet, um das Rad anzutreiben. Hierbei wird der Scheibenläufermotor mit seiner Drehachse bzw. Rotorachse auf der Drehachse des Rads angeordnet, um in dieser konzentrischen Anordnung einen direkten Antrieb des Rads zu verwirklichen. Hierdurch sind die Anordnungsmöglichkeiten für den Scheibenläufermotor sehr stark eingeschränkt. Insbesondere bringt dies Zwangsbeschränkungen für den Bauraum im Bereich des Rads mit sich, da der Scheibenläufermotor insbesondere ebenfalls in einem Radhaus bzw. im unmittelbaren Bereich an dem Rad angebracht werden muss.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine abweichende Anordnungsmöglichkeit für eine Scheibenläufermotoranordnung eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
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Die Erfindung wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Wie zuvor beschrieben, betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das wenigstens eine Scheibenläufermotoranordnung umfasst, die als Antriebseinrichtung ausgebildet ist und mit einem antreibbaren Rad des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Rotorachse des Scheibenläufermotors in Bezug auf ein Koordinatensystem des Kraftfahrzeugs senkrecht ausgerichtet oder ausrichtbar ist, insbesondere parallel zur Hochachse des Kraftfahrzeugs, und der Scheibenläufermotor mittels eines Kraftübertragungselements, insbesondere eines Zugmitteltriebs, mit dem antreibbaren Rad verbunden ist oder waagerechet ausgerichtet oder ausrichtbar ist, insbesondere senkrecht zur Hochachse des Kraftfahrzeugs, und von der Radachse abweichend angeordnet ist.
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Hierbei sind somit grundsätzlich zwei Anordnungsmöglichkeiten vorgeschlagen, in denen der Scheibenläufermotor mit seiner Rotorachse entweder senkrecht oder waagerecht ausgerichtet bzw. ausrichtbar ist. Bei der senkrechten Ausrichtung, beispielsweise parallel zur Hochachse des Kraftfahrzeugs, ist der Scheibenläufermotor mittels eines Kraftübertragungselements, insbesondere eines Zugmitteltriebs, mit dem antreibbaren Rad verbunden. Bei der waagerechten Ausrichtung, beispielsweise senkrecht zur Hochachse des Kraftfahrzeugs, ist der Scheibenläufermotor abweichend von der Radachse angeordnet, d.h. dass Rotorachse und Radachse nicht miteinander zusammenfallen. Als Radachse wird hierbei die Drehachse des Rads des Kraftfahrzeugs verstanden, dem der Scheibenläufermotor zugeordnet ist und als Rotorachse wird die Drehachse des Rotors verstanden. Mit den beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten wird eine von den aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten abweichende Anordnung vorgeschlagen, bei der der Scheibenläufermotor nicht unmittelbar am Rad des Kraftfahrzeugs angeordnet werden muss, sondern die Anordnung des Scheibenläufermotors letztlich beliebig an einer geeigneten Stelle des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden kann.
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Somit entfallen die mit der unmittelbaren Anordnung des Scheibenläufermotors an dem antreibbaren Rad verbundenen Zwangsbedingungen, da somit der in diesem Bereich üblicherweise für das Radhaus und dergleichen benötigte Bauraum besser ausgenutzt werden kann und der Scheibenläufermotor stattdessen an einer weniger bauraumintensiven Position an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden kann, bei der sich gegebenenfalls weitere Synergie-Effekte, beispielsweise im Bezug auf die Kühlung und dergleichen ergeben können.
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Nach einer ersten Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor an, insbesondere unter, oder in einem Unterboden des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dabei kann der Scheibenläufermotor zweckmäßigerweise mit seiner Drehachse bzw. Rotorachse in Fahrzeug-Hochrichtung angebracht sein. Die von dem Rotor angetriebene Abtriebswelle des Scheibenläufermotors kann dabei über das beschriebene Kraftübertragungselement mittelbar oder unmittelbar Kraft bzw. Drehmoment an die angetriebenen Räder oder das wenigstens eine angetriebene Rad übertragen, beispielsweise über ein Differenzial. Neben der zumindest abschnittsweise in den Unterboden des Kraftfahrzeugs integrierten Anordnung kann der Scheibenläufermotor ebenfalls auch auf der Außenseite des Unterbodens angeordnet sein oder auf der Innenseite des Unterbodens, also auf der dem Innenraum zugewandten Seite des Unterbodens oder auf der dem Außenraum bzw. der Fahrbahnseite zugewandten Seite des Unterbodens.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung kann der Scheibenläufermotor mittels wenigstens eines, insbesondere federnden und/oder dämpfenden Befestigungsmittels, an einer Befestigungsstelle einem Kraftfahrzeug angeordnet sein. Beispielsweise kann der Scheibenläufermotor nicht drehbar fest mit einem oder mehreren Stellen des Unterbodens verbunden sein. Hierbei können etwaige benötigte Umlenkgetriebe ebenfalls mit nicht drehenden Teilen des Scheibenläufermotors verbunden und somit an der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet werden. Das Umlenkgetriebe kann einerseits die Aufgabe erfüllen, die Achsrichtung des Drehmomentflusses vom Scheibenläufermotor zu den angetriebenen Rädern bzw. einem Differenzial zu lenken, wobei die Drehachse der Getriebeeingangswelle des Umlenkgetriebes zu der Ausgangswelle einen bestimmten Winkel ungleich 0° einschließen kann. Andererseits erfüllt das Umlenkgetriebe optional auch eine Übersetzungs- oder Untersetzungsfunktion, um die Drehzahl und das Drehmoment zwischen Scheibenläufermotor und angetriebenem Rad bzw. Differenzial anzupassen.
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Um den Scheibenläufermotor vor Vibrationen und Schlägen zu schützen und um die von dem Scheibenläufermotor ausgeübten Kreiselkräfte zu minimieren, kann der Scheibenläufermotor über beschriebene Befestigungsmittel angeordnet werden. Diese können im einfachsten Fall als passive Dämpferelemente, zum Beispiel Gummielemente, ausgeführt sein, können aber auch komplexe, stoßdämpferähnliche Bauteile darstellen. Die Befestigungsmittel können optional auch in ihrer Feder- und Dämpfungsrate regelbar sein.
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Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Scheibenläufermotor an einer Versteifungsstruktur des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer Gehäusestruktur eines elektrischen Energiespeichers, angeordnet ist. Somit kann die Steifigkeit des Unterbodens bzw. der Befestigungsstelle ausgenutzt werden, sodass der Scheibenläufermotor und weitere Bauteile des Scheibenläufermotors, die beispielsweise mittelbar oder unmittelbar am Gehäuse des Scheibenläufermotors angebracht sind, teilweise oder ganz durch die Versteifungsstruktur stabilisiert werden können. Insbesondere, ist es hierzu möglich, geeignete Versteifungselemente an verschiedenen Positionen anzubringen, zum Beispiel in Form von Versteifung-Befestigungshaltern. Diese können in ihrer Form und Anzahl so gewählt werden, dass das Gehäuse des Scheibenläufermotors an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs bestmöglich versteift und stabilisiert wird. Selbstverständlich sind für das Anordnen der Befestigungsmittel bzw. Versteifungsstrukturen jedwede Anbringungspositionen an dem Kraftfahrzeug denkbar.
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Alternativ oder zusätzlich zu der zuvor beschriebenen Anordnung des Scheibenläufermotors im Bereich des Unterbodens ist es ebenso möglich, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor an oder in einer Wand, insbesondere einer seitlichen Seitenwand, des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Hierzu kann der Scheibenläufermotor zweckmäßigerweise mit seiner Rotorachse bzw. Drehachse in Querrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein, d.h., dass die Rotorachse im Wesentlichen in Querrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Wie zuvor erwähnt, können auch mehrere Scheibenläufermotoren an dem Kraftahrzeug angeordnet sein, sodass beispielsweise zusätzlich zu der Anordnungsvariante am Unterboden ein oder mehrere Scheibenläufermotoren an einer oder mehreren Wänden, insbesondere Seitenwänden, angeordnet werden. Insbesondere können hierbei Scheibenläufermotoren symmetrisch an wenigstens zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Kraftfahrzeugs angeordnet sein.
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Die von dem Scheibenläufermotor oder den Scheibenläufermotoren erzeugten Drehmomente können schließlich wiederum an die angetriebenen oder anzutreibenden Räder übertragen werden, beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Getriebes und/oder eines Differenzials. Die konkrete Ausgestaltung der Umlenkgetriebe und deren Anordnung kann insbesondere auf die konkreten Gegebenheiten in dem jeweiligen Kraftfahrzeug angepasst werden. Alternativ oder zusätzlich zu den beschriebenen Umlenkgetrieben können auch Kraftübertragungselemente, wie zuvor beschrieben, verwendet werden. Diese sind insbesondere zwischen geeigneten Strukturen und an geeigneten Drehmomentübertragungspunkten des Kraftfahrzeugs angebracht.
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Alternativ oder zusätzlich ist es ebenso möglich, wenigstens einen Scheibenläufermotor auf oder in oder unter einer Ladefläche, insbesondere auf einem Differenzial, des Kraftfahrzeugs anzuordnen. Der Scheibenläufermotor kann somit mit seiner Drehachse, d.h. seiner Rotorachse, in Fahrzeug-Vorrichtung angebracht werden. Die Anordnung des Scheibenläufermotors relativ zu der Ladefläche des Kraftfahrzeugs bietet insbesondere die Möglichkeit, den Scheibenläufermotor bereits möglichst nahe an dem Differenzial bzw. den anzutreibenden Rädern anzuordnen. Ist das Differenzial ausreichend weit unterhalb des Unterbodens bzw. der Ladefläche des Kraftfahrzeugs angeordnet, kann der Scheibenläufermotor auch unterhalb des Unterbodens bzw. der Ladefläche angebracht werden.
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Hierbei kann der Scheibenläufermotor auch unmittelbar auf dem Differenzial angeordnet werden. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, dass die Ausgangswelle des Scheibenläufermotors gleichzeitig die Eingangswelle des Differenzials darstellt. Dadurch können weitere Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen dem Scheibenläufermotor und dem Differenzial entfallen. Dies spart Bauteile, Kosten und Gewicht. Das Gehäuse des Scheibenläufermotors kann an der Unterseite der Ladefläche bzw. des Unterbodens angeordnet sein oder zumindest abschnittsweise in die Ladefläche oder den Unterboden integriert sein. Dabei kann ausgenutzt werden, dass das Gehäuse des Scheibenläufermotors an tragenden Strukturen des Kraftfahrzeugs bzw. des Differenzialgehäuses angeordnet werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist es möglich, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor an einer Tür oder Klappe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Tür oder Klappe des Kraftahrzeug kann dabei zwischen einem geschlossenen Zustand und einem geöffneten Zustand bewegt werden, wobei sich der Scheibenläufermotor, der an der Tür oder Klappe des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, mitbewegt. Dabei kann der Scheibenläufermotor mit seiner Drehachse bzw. Rotorachse in Fahrzeug-Längsrichtung an der Heckwand, beispielsweise an einer Heckklappe, angebracht sein. Ebenso ist es möglich, den Scheibenläufermotor an einer Frontklappe anzuordnen. Die Ausrichtung der Rotorachse verändert sich dabei beim Einklappen bzw. Ausklappen der jeweiligen Klappe bzw. Tür.
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Zusätzlich oder alternativ kann wenigstens ein Scheibenläufermotor an einer Tür angeordnet sein, sodass im geschlossenen Zustand der Tür die Rotorachse des Scheibenläufermotors im Wesentlichen in Querrichtung des Kraftfahrzeugs ausgerichtet ist. Grundsätzlich sind jedwede Klappen oder Türen dazu geeignet, den Scheibenläufermotor daran anzuordnen, beispielsweise eine Frontklappe, Heckklappe, Seitentür, Dachluke und dergleichen. Dadurch kann der Scheibenläufermotor beim Öffnen der Tür oder Klappe mitschwenken bzw. im Falle von Schiebetüren mit verschoben werden.
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Damit die Drehmomentübertragung in derartigen beweglichen Anordnungspunkten gewährleistet bleibt, sind entweder während des Öffnens der Tür oder Klappe Drehmoment führende Teile zu unterbrechen, beispielsweise in Form von form- oder reibschlüssigen Kupplungen. Entsprechende Kupplungen sind folglich nur dann geschlossen, wenn die Tür oder Klappe sich im geschlossenen Zustand befindet, sodass nur bei geschlossener Tür oder Klappe eine Drehmomentübertragung stattfinden kann. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die Übertragung von dem Scheibenläufermotor zu jedem Zeitpunkt bzw. in jedem Schließzustand der Tür oder Klappe möglich ist. Hierzu können die in dem Drehmomentfluss liegenden variablen Bauteile längen- und/oder winkelanpassbare Elemente, insbesondere Kardanwellen, und/oder variable Zugmitteltriebs, und/oder andere variable und drehmomentführende Bauteile umfassen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor an der Fahrzeugfront des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Hierbei kann der Scheibenläufermotor mit seiner Rotorachse bzw. Drehachse in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Hierbei kann besonders vorteilhaft der Fahrtwind, der bei einem Bewegen des Kraftfahrzeugs entsteht, zur Kühlung des Scheibenläufermotors verwendet werden. Die beschriebene Anordnung ist lediglich beispielhaft zu verstehen. An der Fahrzeugfront angeordnete Scheibenläufermotoren können ebenfalls in Fahrzeug-Hochrichtung oder in Fahrzeug-Querrichtung orientiert werden. Dabei wird der im Bereich der Fahrzeugfront angeordnete Scheibenläufermotor durch den Fahrtwind gekühlt. Letztlich kann die Anordnung auf das konkrete Kraftfahrzeug bzw. dort vorherrschende Bauraumbedingungen angepasst werden.
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Der wenigstens eine oder wenigstens ein Scheibenläufermotor kann an einer Rückwand einer Fahrzeugkabine des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. In dieser Anordnungsmöglichkeit kann der Scheibenläufermotor mit seiner Drehachse bzw. Rotorachse in Fahrzeug-Längsrichtung an der Rückwand der Fahrerkabine angebracht sein. Hierbei kann der Scheibenläufermotor auf der Außenseite angeordnet werden, wobei es ebenso möglich ist, den Scheibenläufermotor zumindest abschnittsweise in der Rückwand oder auf der Innenseite anzuordnen. Hierbei kann optional eine Abdeckung vorgesehen sein, die den Innenraum von dem Scheibenläufermotor abgrenzt bzw. den Scheibenläufermotor nach außen schützt. Die beschriebene Variante ist insbesondere für Lastkraftwagen oder allgemein Nutzfahrzeuge geeignet.
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Eine weitere Anordnungsmöglichkeit des Scheibenläufermotors an dem Kraftfahrzeug kann vorsehen, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor auf, insbesondere unterhalb einer Abdeckung, oder in oder unter einem Fahrzeugdach angeordnet ist. Insbesondere kann der Scheibenläufermotor dabei mit seiner Drehachse bzw. Rotorachse in Fahrzeug-Hochrichtung angeordnet sein. Ist der Scheibenläufermotor auf dem Fahrzeugdach bzw. zumindest abschnittsweise in dem Fahrzeugdach integriert, kann eine Abdeckung vorgesehen sein, die den Scheibenläufermotor schützt bzw. die Aerodynamik in diesem Bereich verbessert. Bei der Anordnung zumindest abschnittsweise in dem Außenraum an oder in dem Fahrzeugdach kann ebenfalls der Fahrtwind zur Kühlung des Scheibenläufermotors genutzt werden. Bei den beschriebenen Varianten ist es allesamt möglich, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor mittels wenigstens eines Zugmitteltriebs und/oder mittels wenigstens einer Kardanwelle, insbesondere eine teleskopierbare Kardanwelle, und/oder mittels wenigstens eines Umlenkgetriebes mit dem antreibbaren Rad gekoppelt ist.
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In einer Weiterbildung des Kraftfahrzeugs kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Scheibenläufermotor an einer kardanischen Aufhängung angeordnet ist, wobei die Orientierung der Schwenkachse des Scheibenläufermotors starr, insbesondere ausgerichtet auf eine Kraftfahrzeuglängsachse, oder variabel ist. Zum Beispiel kann, insbesondere in Bezug auf einspurige Kraftfahrzeuge wie Motorräder, der Scheibenläufermotor neben der Antriebsfunktion auch zur gyroskopischen Stabilisierung des Fahrzeugs verwendet werden. Hierbei kann die gyroskopische Stabilisierung die Kipplagerung des Kraftfahrzeugs um seine Längsachse reduzieren, sofern der Scheibenläufermotor entsprechend ausgerichtet ist. Dies ist insbesondere in Bezug auf autonom fahrende einspurige Kraftfahrzeuge, d.h. Motorräder, vorteilhaft.
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Der Scheibenläufermotor kann dazu insbesondere an einem Gestell angeordnet sein mit variablem Umlenkungs- und/oder Über- bzw. Untersetzungsgetriebe und längen- und winkelvariabler Kardanwelle. Die gyroskopische Stabilisierung in dieser Variante kann dabei erreicht werden, da der Scheibenläufermotor letztlich in dem Gestell fest an dem Fahrzeug montiert und die Schwenkachse, um die der Scheibenläufermotor verschwenken kann, parallel zur Fahrzeug-Querachse orientiert sein kann. Insbesondere kann die Anordnung dabei ein weiteres Umlenkgetriebe im Bereich des Rads des Kraftfahrzeugs aufweisen, um das Drehmoment in die Richtung der Drehachse des Rads umzulenken. Alternativ zur Verwendung der beschriebenen Kardanwelle ist auch eine teilweise oder vollständige Verwendung eines Zugmitteltriebs möglich, wobei auch ein Planetengetriebe verwendet werden kann.
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In der beschriebenen Ausgestaltung kann ebenfalls vorgesehen sein, dass der schwenkbar um die beschriebene Schwenkachse angeordnete und über das Gestell an dem Kraftfahrzeug befestigte Scheibenläufermotor beweglich an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Insbesondere kann dabei das Gestell, das die Schwenkachse definiert, drehbar an dem Kraftahrzeug angeordnet sein, sodass letztlich die Schwenkachse durch Drehung des Gestells relativ zu dem Kraftfahrzeug ausgerichtet werden kann. Hierbei kann die Drehung des Gestells frei sein, d.h., dass diese äußeren Kräften folgt und sich der Scheibenläufermotor mit seiner Rotorachse somit je nach aktueller Fahrsituation selbst ausrichtet. Ebenso ist es möglich, einen Aktuator vorzusehen, der das Gestell zwangsweise führt und somit das Gestell aktiv in die gewünschte Richtung drehbar ist.
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Somit ist es möglich, die erzeugten gyroskopischen Stabilisierungskräfte des bei hohen Drehzahlen als Kreisel wirkenden Scheibenläufermotors auszunutzen. Fahrzeuge, die starken Vibrationen bzw. Schaukelbewegungen um ihre Fahrzeugachsen ausgesetzt sind, können dadurch stabilisiert werden. Insbesondere Schaukelbewegungen um die Fahrzeugquerachse und die Fahrzeug-Hochachse, beispielsweise im Rallye-Sport oder bei Geländewagen können somit kompensiert werden bzw. reduziert werden. Ferner lässt sich die Kippneigung des Kraftfahrzeugs durch entsprechende Ausrichtung reduzieren.
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Der um die Rotorachse rotierende Rotor tendiert dabei dazu, seine Achs-Orientierung beizubehalten, wenn eine äußere Kraft versucht, diese zu verändern. Die zur Änderung dieser Orientierung nötige Kraft kann bei schnell rotierenden Massen abhängig von deren Drehzahl um ein Vielfaches größer sein, als wenn die Masse ruhen würde. Diese gyroskopische Stabilisierung wirkt besonders dann, wenn der Schwungmasse während des Wirkens der äußeren Kraft die Möglichkeit gegeben wird, um eine dritte, senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Achse des angegriffenen Störmoments stehende Achse auszuweichen.
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Hierzu kann das Gestell bevorzugt aktiv gedreht werden, um beliebige an dem Kraftfahrzeug angreifende Störmomente kompensieren oder reduzieren zu können. Die Ausrichtung des Gestells kann dabei insbesondere von Schwingungssensoren abhängig gesteuert werden, sodass das Gestell, beispielsweise über einen Drehteller, stets in die korrekte, zur Schwingungsanregung passende Orientierung versetzt werden kann. Abweichend von der beschriebenen aktiven Lösung kann das Gestell auch durch Hebelmechanismen automatisch ausgerichtet werden. Ebenso ist es möglich, das Fahrzeug nur gegen Schwingungen um eine bestimmte Achse, beispielsweise die Fahrzeuglängsachse oder die Fahrzeugquerachse zu stabilisieren. Somit wird ein bewegliches Gestell unnötig, da der Scheibenläufermotor entsprechend ausgerichtet und fest am Kraftfahrzeug in der gewünschten Orientierung montiert werden kann.
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Die beschriebene gyroskopische Stabilisierung funktioniert umso besser, je höher die Drehzahl des Scheibenläufermotors in einem aktuellen Fahrzustand ist. Um die Stabilisierungswirkung zu verbessern kann somit eine variable Übersetzung der Drehzahl des Scheibenläufermotors vorgesehen sein, um zur Stabilisierung eine möglichst hohe Drehzahl am Scheibenläufermotor bei gleichzeitiger Realisierung der gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit zu erreichen. Idealerweise können stufenlose Getriebe verwendet werden, sodass die an den Rädern gewünschte Drehzahl eingestellt und die Stabilisierung des Scheibenläufermotors entsprechend realisiert werden kann. Das beschriebene variable Getriebe kann besonders nahe am Scheibenläufermotor angebracht sein, um Reibungsverluste gering zu halten.
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Das Kraftfahrzeug kann, wie zuvor beschrieben, als einspuriges Kraftfahrzeug, insbesondere als Motorrad, oder als Personenkraftwagen oder als Nutzfahrzeug, insbesondere als Lastkraftwagen, oder als Bus ausgebildet sein.
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Daneben betrifft die Erfindung einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens einen als Hilfsantrieb ausgebildeten und in oder an dem Anhänger angeordneten Scheibenläufermotor, der mit wenigstens einem Rad des Anhängers gekoppelt ist. Grundsätzlich sind sämtliche in Bezug auf das Kraftfahrzeug beschriebenen Anordnungsmöglichkeiten auf den Anhänger übertragbar. Der Scheibenläufermotor bewirkt hierbei, dass ein Rad des Anhängers aktiv angetrieben werden kann, sodass der Anhänger über den Hilfsantrieb angetrieben die durch das Kraftfahrzeug, das mit dem Anhänger gekoppelt ist, erzeugte Bewegung unterstützen kann. Die Erfindung betrifft somit letztlich auch ein Gespann aus einem beliebigen, insbesondere einem zuvor beschriebenen, Kraftfahrzeug mit einem solchen Anhänger.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Fig. erläutert. Die Fig. sind schematische Darstellungen und zeigen:
- 1 ein Kraftfahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 ein Kraftfahrzeug gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- 3 das Kraftfahrzeug von 2;
- 4 ein Kraftfahrzeug gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- 5 ein Kraftfahrzeug gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- 6 ein Kraftfahrzeug gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
- 7 ein Kraftfahrzeug gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
- 8 ein Kraftfahrzeug gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel;
- 9 ein Kraftfahrzeug gemäß einem achten Ausführungsbeispiel;
- 10 ein Kraftfahrzeug gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel;
- 11 ein Kraftfahrzeug gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel;
- 12 ein Kraftfahrzeug gemäß einem elften Ausführungsbeispiel;
- 13 ein Kraftfahrzeug gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel;
- 14 ein Kraftfahrzeug gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel;
- 15 ein Kraftfahrzeug gemäß einem vierzehnten Ausführungsbeispiel; und
- 16 einen Anhänger gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 40, umfassend eine Scheibenläufermotoranordnung mit einem Scheibenläufermotor 1, der mit seiner Drehachse in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet ist. In der gezeigten Variante ist der Scheibenläufermotor 1 mit seinem Gehäuse auf der fahrbahnseitigen Seite des Unterbodens des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet. Der Scheibenläufermotor 1 ist mit einem Umlenkgetriebe 2 verbunden, wobei die Getriebeeingangswelle mit der Motorabtriebswelle des Scheibenläufermotors 1 verbunden ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das Umlenkgetriebe 2 an der Unterseite des Scheibenläufermotors 1 angebracht, wobei die Position auch getauscht werden können, sodass das Umlenkgetriebe 2 an der Oberseite des Scheibenläufermotors 1 angebracht werden könnte, also derart, dass das Umlenkgetriebe 2 zwischen dem Unterboden des Kraftfahrzeugs 40 und dem Scheibenläufermotor 1 angeordnet ist.
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Hierbei sind das Gehäuse des Umlenkgetriebes 2 und drehmomentabstützende Teile des Umlenkgetriebes 2 nicht drehbar, fest mit einem oder mehreren nicht Teilen des Scheibenläufermotors 1 oder des Unterbodens des Kraftfahrzeugs verbunden. Das Umlenkgetriebe 2 wird einerseits dafür verwendet, die Achsrichtung des Drehmomentflusses des Scheibenläufermotors 1 zu einem Differenzial 3 oder direkt zu den Rädern zu lenken, wobei die Drehachse der Getriebeeingangswelle des Umlenkgetriebes 2 zu seiner Getriebeausgangswelle einen bestimmten Winkel ungleich null einschließt.
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Das Umlenkgetriebe 2 kann optional als Über- oder Untersetzungsgetriebe verwendet werden, um die Drehzahl und das Drehmoment zwischen Scheibenläufermotor 1 und Differenzial 3 zu variieren. Das Drehmoment wird von dem Umlenkgetriebe 2 zu dem Differenzial 3 mittels einer optional längenvariablen Kardanwelle 4 übertragen. Zwischen Differenzial 3 und den Rädern der zu dem Differenzial 3 gehörenden Achse wird das Drehmoment von den Abtriebswellen 5 übertragen.
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Um den Scheibenläufermotor 1 vor Vibrationen und Schlägen, insbesondere Fahrbahnunebenheiten, zu schützen und um die von dem Scheibenläufermotor 1 ausgeübten Kreiselkräfte zu reduzieren, kann der Scheibenläufermotor 1 an dem Unterboden mittelbar über ein oder mehrere Befestigungsmittel 6, beispielsweise Feder-Dämpferelemente, angebracht sein, beispielsweise Gummielemente. Die Befestigungselemente können alternativ aktive Elemente, insbesondere stoßdämpferähnliche Bauteile sein, die optional auch in Bezug auf ihre Feder- und Dämpfungsrate regelbar sein können.
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Ebenso ist es möglich, dass der Scheibenläufermotor so an dem Unterboden des Kraftfahrzeugs 40 angebracht ist, dass die Steifigkeit des Unterbodens das Gehäuse des Scheibenläufermotors 1 und seine internen Bauteile, die mittelbar oder unmittelbar an dem Motorgehäuse angebracht sind, teilweise oder ganz stabilisieren. In diesem Fall können die Befestigungsmittel 6 auch an geeigneten Positionen angebrachte Versteifungs-Befestigungshalter sein, die in ihrer Form und Anzahl so gewählt werden, um das Gehäuse des Scheibenläufermotors 1 gegenüber dem Unterboden versteifen und stabilisieren zu können.
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Selbstverständlich ist es ebenso möglich, ein weiteres Differenzial 3 oder ein von dem gezeigten Differenzial 3 abweichendes Differenzial 3 an der Vorderachse des Kraftfahrzeugs 40 vorzusehen, sodass alternativ oder zusätzlich eine angetriebene Vorderachse an dem Kraftfahrzeug 40 vorgesehen sein kann. Die hierin beschriebenen Möglichkeiten der Nutzung von Befestigungsmitteln 6 und die übrigen Vorteile und Einzelheiten sind auf die nachfolgenden Ausführungsbeispiel übertragbar. In den gezeigten Ausführungsbeispielen können neben den jeweils gezeigten Scheibenläufermotoren 1 auch mehrere solcher Motoren vorgesehen sein, die beispielsweise koaxial oder achsparallel oder unter einem Achswinkel angeordnet sind.
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Die 2 und 3 zeigen ein Kraftfahrzeug 40 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel in unterschiedlichen Ansichten. Der Scheibenläufermotor 1 ist zumindest abschnittsweise in den Unterboden des Kraftfahrzeugs 40 integriert bzw. in dem Unterboden des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet. Der Scheibenläufermotor 1 ist mit seiner Drehachse in Hochrichtung des Kraftfahrzeugs 40 angebracht. Die Rotorwelle bzw. Motorwelle des Scheibenläufermotors 1 ist mit einem Zugmitteltrieb-Antriebsrad 7 verbunden und treibt dieses an. Das Antriebsrad 7 treibt wiederum ein Zugmittel 8 an, welches zum Beispiel eine Kette, ein Keilriemen, ein Zahnriemen, ein Flachriemen oder jede andere Form eines Zugmittels darstellen kann. Besagtes Zugmittel 8 wiederum treibt ein Abtriebsrad 9 an, welches mit der Eingangswelle des Differenzials 3 verbunden ist. Das Differenzial 3 treibt die Räder über zwischen beiden liegende, drehmomentführende Antriebswellen 5 an.
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Der Vorteil des Zugmitteltriebs liegt insbesondere in der eingesparten Richtungsumkehr des Drehmomentflusses und kann somit Wirkungsgrad- und Kostenvorteile bieten und darüber hinaus weniger Bauraum beanspruchen. Das Antriebsrad 7 und das Abtriebsrad 9 können verschiedene Durchmesser haben, um eine Über- oder Untersetzung des Drehmoments und der Drehzahl darstellen zu können. Weiterhin kann ein nicht dargestelltes Zugmitteltrieb-Spannrad eingesetzt werden.
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Wie aus den 2 und 3 ferner hervorgeht, kann der Unterboden des Kraftfahrzeugs 40 konstruktiv speziell an den Scheibenläufermotor 1 und den ihm im Drehmomentfluss folgenden Antriebsstrang angepasst sein. Die Struktur kann dabei so beschaffen sein, dass sie eine Negativform für die in ihr liegenden Bauteile bildet und diese somit in sich aufnimmt. Der Unterboden in 2 und 3 weist entsprechende Ausnehmungen 10, 11 auf, die in dem Unterboden bzw. dem Akkugehäuse des Kraftfahrzeugs 40 eingebracht werden, um den Scheibenläufermotor 1 und den Antriebsstrang aufzunehmen. Die Ausnehmungen 10, 11 sind der Anschaulichkeit halber offen dargestellt. Im Fahrbetrieb sind diese vorteilhafterweise durch Abdeckungen verschlossen.
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4 zeigt eine weitere Variante der Anordnung des Scheibenläufermotors 1 an einem Kraftfahrzeug 40. Hierbei ist der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Querrichtung an einer Seitenwand des Kraftfahrzeugs 40 angebracht. Wie bereits beschrieben, können auch in dieser Ausgestaltung mehrere Scheibenläufermotoren 1 verwendet werden und an dem Kraftfahrzeug 40 angeordnet werden. In der gezeigten Variante ist es beispielsweise möglich, wenigstens einen zweiten Scheibenläufermotor 1 an der gegenüberliegenden Seitenwand anzubringen.
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Das Drehmoment des Scheibenläufermotors 1 wird in der gezeigten Darstellung zum Differenzial 3 übertragen. Dies geschieht über Umlenkgetriebe 12, 13 und 14 sowie Kardan-, bzw. Antriebs- und Abtriebswellen 15, 16 und 17. Die Anzahl derartiger Elemente, deren Position, Ausrichtung und Anbringung und dergleichen ist frei wählbar, variabel und kann sich insbesondere nach den jeweiligen Gegebenheiten in dem Kraftfahrzeug 40 richten, beispielsweise je nach zur Verfügung stehendem Bauraum. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsform über Umlenkgetriebe 12-14 und Drehmomentübertragungswellen 15-17 kann das Drehmoment auch komplett oder teilweise zusätzlich über Zugmitteltriebe übertragen werden, welche an geeigneten Positionen zwischen geeigneten Drehmomentübertragungspunkten angebracht sein können.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform zu der in 4 dargestellten Variante abgebildet. Hierbei ist der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse wiederum in Querrichtung des Kraftfahrzeugs 40 an einer Seitenwand des Kraftfahrzeugs 40 angebracht. An dem Scheibenläufermotor 1 ist ein Umlenkgetriebe 12 befestigt, welches die Richtung des Drehmoments um einen Winkel und auf eine Kardanwelle 18 umlenkt, wobei dies zusätzlich durch eine Über- oder Untersetzung der Drehzahl und des Drehmoments geschehen kann. Die Kardanwelle 18 kann gegebenenfalls längenvariabel sein, um dem Ein- und Ausfedern des von ihr angetriebenen Rads folgen zu können. Am Ende der Kardanwelle 18 ist ein weiteres Umlenkgetriebe 19 angebracht, das die Richtung des Drehmoments zum Rad umlenkt und dieses antreibt. Der in der gezeigten Variante beschriebene Mechanismus kann optional weiteren ausgewählten oder jedem der Räder des Kraftfahrzeugs 40 zugeordnet werden.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform, die grundsätzlich den gleichen Aufbau besitzt, wie die in 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen. Der Scheibenläufermotor 1 in 6 ist wiederum mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Querrichtung an einer Seitenwand des Kraftfahrzeugs 40 angebracht. Die Motorwelle bzw. Rotorwelle treibt wiederum einen Zugmitteltrieb an, nämlich ein Antriebsrad 20, welches einerseits ein Zugmittel 21 in Bewegung versetzt. Das Zugmittel 21 treibt ein Abtriebsrad 22 an, welches drehmomentschlüssig mit einem Fahrzeug-Rad verbunden ist und dieses antreibt.
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Um der Ein- und Ausfederbewegung des Rades folgen zu können, kann das Zugmittel 21 optional über ein zwangsweise positionsvariables und drehbares Zugmittelspannrad 23 geleitet werden. Das Zugmittelspannrad 23 sitzt hierfür auf einem Schwenkarm 24, welcher über ein Gelenk 25 mit dem Kraftfahrzeug 40 bzw. dessen Seitenwand verbunden ist. Der Schwenkarm 24 ist mit einem Ende einer Feder 26 verbunden, welche den Schwenkarm 24 unter einer bestimmten Spannkraft in Position hält. Das andere Ende dieser Feder 26 ist mit einem Teil der Seitenwand verbunden. Wenn das Rad ein- und ausfedert, ändert sich der Abstand zwischen dem Antriebsrad 20 und dem Abtriebsrad 22, weshalb sich die nötige Länge des Zugmittels 21 ändern müsste, wenn sich die Position des Zugmittelspannrades 23 an diese Bewegung nicht anpassen würde. Durch die Ein- und Ausfederbewegung des Rades ändert sich die Länge der Feder 26 und dadurch die Position des Zugmittelspannrades 23. Das Zugmittel 21 wird dadurch innerhalb tolerierbarer Grenzen unter seiner Sollspannung gehalten.
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Alternativ zu der Lösung über die Feder 26 kann die Position des Zugmittelspannrades 23 auch über ein Hebelgestänge an die Ein- und Ausfederbewegung des Rades angepasst werden. Im einfachsten Fall besteht dieses Hebelgestänge aus dem bereits beschriebenen Schwenkarm 24 und dessen Gelenk 25, wobei am anderen Ende des Schwenkarms 24 ein weiteres Gelenk 27 angebracht ist. An diesem Gelenk 27 greift eine Schubstange 28 drehbar an, welche an deren anderem Ende mit dem Rad, bzw. dessen starrer Lagerbefestigung verbunden ist. Wenn das Rad ein- und ausfedert, wird die Schubstange 28 nach unten oder oben bewegt, wodurch sie den Schwenkarm 24 um dessen Gelenk 25 dreht und damit das Zugmittelspannrad 23 ebenfalls mitbewegt, um das Zugmittel 21 unter seiner Sollspannung zu halten.
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In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 40, beispielsweise eines Nutzfahrzeugs, dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Scheibenläufermotor 1 über der Ladefläche des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet oder in der Ladefläche des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet. Selbstverständlich kann der Scheibenläufermotor 1 auch nur zumindest abschnittsweise in der Ladefläche des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet sein. Die Drehachse des Scheibenläufermotors 1 ist in Richtung der Hochachse des Kraftfahrzeugs 40 ausgerichtet. Die Anordnung des Scheibenläufermotors 1 relativ zu der Ladefläche ist optional. Wenn das Differenzial 3 ausreichend weit unter der Ladefläche liegt, kann der Scheibenläufermotor 1 auch unterhalb der Ladefläche angebracht sein, wie in 1 gezeigt.
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Die Motorwelle des Scheibenläufermotors 1 stellt gleichzeitig die Eingangswelle 29 des Differenzials 3 dar. Dadurch können weitere Drehmomentübertragungseinrichtungen zwischen Scheibenläufermotor 1 und Differenzial 3 entfallen, wodurch Bauteile, Kosten und Gewicht gespart werden können. Der Scheibenläufermotor 1, insbesondere dessen nicht rotierenden äußeren Komponenten, kann hierbei am Fahrzeug-Unterboden, dessen Gehäuse oder anderen tragenden Strukturen des Kraftfahrzeuges 40 befestigt sein, und/oder direkt an dem Differenzial 3.
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8 zeigt eine weitere Variante, wonach ein Scheibenläufermotor 1 an einer Heckklappe 30 des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet ist. Die beiden Darstellungen zeigen einmal eine geschlossen Heckklappe 30 und einmal eine geöffnete Heckklappe 30. Der Scheibenläufermotor 1 ist mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Längsrichtung an der Heckklappe 30 des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet. 8 steht beispielhaft für die Anbringung des Scheibenläufermotors 1 an einer beliebigen Tür und zeigt im Beispiel die Anbringung an der Heckklappe 30.
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Die Anbringung des Scheibenläufermotors 1 erfolgt ersichtlich mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Längsrichtung an der Heckwand oder Heckklappe 30 des Kraftfahrzeugs 40. Die Anbringung des Scheibenläufermotors 1 kann alternativ oder zusätzlich an einer beliebigen Tür des Kraftfahrzeugs 40 erfolgen. In 8 ist lediglich beispielhaft die Heckklappe 30 gezeigt. Denkbar ist ebenso die Anbringung an einer Seitentür oder der Motorhaube oder einer Dachluke, etc. Der Scheibenläufermotor 1 kann dadurch beim Öffnen der Tür mitschwenken, bzw. im Falle von Schiebetüren mitverschoben werden.
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Damit die Drehmomentübertragung in diesem beweglichen System funktioniert, wird während des Öffnens der Tür oder Klappe ein drehmomentführendes Teil durch eine Kupplung, z.B. eine form- oder reibschlüssige Kupplung, unterbrochen. Die Kupplung ist nur dann geschlossen, wenn die Tür oder Klappe geschlossen ist, sodass nur bei geschlossener Tür eine Drehmomentübertragung zu den Rädern stattfinden kann. Die Drehmomentübertragung von dem Scheibenläufermotor 1 zu dem Antriebsstrang ist alternativ in jedem Zustand der Tür oder Klappe möglich. Hierzu müssen im Drehmomentfluss liegende variable Bauteile liegen, z.B. längen- und/oder winkelanpassbare Kardanwellen und/oder variable Zugmitteltriebe, und/oder andere variable und drehmomentführende Bauteile vorgesehen sein.
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In 9 ist der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Längsrichtung an der Fahrzeugfront angebracht. 9 zeigt beispielhaft, dass, wie beschrieben, in allen Varianten bzw. Ausführungsbeispielen auch mehr als ein Scheibenläufermotor 1 vorhanden sein kann, wobei die mehreren Scheibenläufermotoren 1 achsparallel oder koaxial oder unter einem Winkel zueinanderstehen können. Besonders vorteilhaft ist, dass der Fahrtwind zur Kühlung des Scheibenläufermotors 1 mit verwendet werden kann.
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Wenigstens ein Scheibenläufermotor 1 oder die beiden gezeigten Scheibenläufermotoren 1 in der Fahrzeugfront können auch derart angebracht sein, dass deren Drehachsen in Richtung der Fahrzeug-Hoch- oder der Fahrzeug-Querachse orientiert sind. Hierbei kann durch die Anordnung in der Fahrzeugfront trotzdem der Kühleffekt des Fahrtwindes genutzt werden, der Scheibenläufermotor 1 aber anders als in 9 gezeigt orientiert werden, falls dies beispielsweise im Bezug auf den vorhandenen Bauraum von Nutzen ist.
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In 10 ist der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Hochrichtung auf oder in oder unter der Ladefläche angebracht, wobei 10 die Ausführung mit der Anbringung auf der Ladefläche zeigt. Optional kann der Scheibenläufermotor 1 durch eine nicht gezeigte Abdeckung vor Beschädigungen geschützt werden. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist insbesondere geeignet für z.B. LKW, Pickups, Pritschenwagen und ähnliche Kraftfahrzeuge 40.
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In 11 ist der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Längsrichtung an der Rückwand der Fahrerkabine angebracht. In 11 ist die Ausführung auf der Außenseite gezeigt, möglich ist auch die Anbringung auf der Innenseite oder zumindest abschnittsweise in der Rückwand. Optional kann der Scheibenläufermotor 1 durch eine nicht gezeigte Abdeckung geschützt werden. Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist insbesondere geeignet für z.B. LKW, Pickups, Pritschenwagen und ähnliche Kraftfahrzeuge 40.
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In 12 ist der Scheibenläufermotor 1 unter einem oder in einem Fahrzeugdach angeordnet, wobei der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Hochrichtung unter dem oder in dem Fahrzeugdach untergebracht ist.
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In 13 ist der Scheibenläufermotor 1 auf einem Fahrzeugdach des Kraftfahrzeugs 40 angeordnet. Ferner ist eine Abdeckung 31 dargestellt, die aerodynamisch geformt ist, um den Luftwiderstand des Kraftfahrzeugs 40 zu reduzieren. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Scheibenläufermotor 1 mit seiner Drehachse in Fahrzeug-Hochrichtung auf dem Fahrzeugdach auf dessen Außenseite angebracht.
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14 zeigt die Anbringung des Scheibenläufermotors 1 an einer beliebigen Position an dem Kraftfahrzeug 40 mit einer kardanischen Aufhängung und variabler Orientierung der Kippachse bzw. Schwenkachse A. Der Scheibenläufermotor 1 dient als Traktionsantrieb für das Kraftfahrzeug 40. Der Scheibenläufermotor 1 ist nicht starr an dem Kraftfahrzeug 40 angebracht, sondern schwenkbar um die Schwenkachse A an einem Gestell 32 angeordnet, wobei die Schwenkachse A senkrecht zu der Drehachse der Motorwelle des Scheibenläufermotors 1 steht. Optional kann das Gestell 32 ebenfalls um eine weitere Drehachse B drehbar gestaltet sein, wobei die Drehachse B senkrecht zur Schwenkachse A steht. Die Drehung des Gestells 32 um die Drehachse B kann frei und äußeren Kräften folgend gestaltet sein oder durch einen Aktuator 33 zwangsweise ausgeführt werden.
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Dieser Aktuator 33 ist in 14 beispielsweise als ein Antriebsmotor dargestellt, der einen Drehteller 34 über einen Zugmitteltrieb 35 um beliebige Winkel drehen kann, wobei das Gestell 32, samt Scheibenläufermotor 1 drehbar um die Drehachse B auf dem Drehteller 34 befestigt ist. Das Drehmoment des Scheibenläufermotors 1 wird auf ein optionales Umlenk- und variables Über- bzw. Untersetzungsgetriebe 36 übertragen, welches das Drehmoment weiter in eine längen- und winkelvariable Kardanwelle 37 leitet. Diese Kardanwelle 37 leitet das Drehmoment weiter in ein nicht dargestelltes, unter dem Drehteller 34 liegendes Planetengetriebe, welches das Drehmoment über weitere drehmomentführende Bauteile zu den Rädern leitet.
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Der Hintergrund dieser kardanischen Aufhängung des Scheibenläufermotors 1 besteht in der Ausnutzung der gyroskopischen Stabilisierung des bei hohen Drehzahlen als Kreisel wirkenden Scheibenläufermotors 1. Dies ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen 40 nützlich, welche starken Vibrationen und Schaukelbewegungen um jede der drei Fahrzeugachsen ausgesetzt sind, vorzugsweise jedoch Schaukelbewegungen um die Fahrzeug-Querachse und die Fahrzeug-Hochachse. Beispielsweise bei Rallye-Fahrzeugen oder Geländewagen kann die gyroskopische Stabilisierungswirkung des als Kreisel wirkenden Scheibenläufermotors 1 dafür sorgen, dass die Vibrationen und Schaukelbewegungen des Fahrzeuges stark abnehmen, bzw. die Kippneigung des Fahrzeuges reduziert wird.
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Eine um eine Rotationsachse rotierende Masse (z.B. der Rotor des Scheibenläufermotors 1) tendiert dazu, seine Achs-Orientierung beizubehalten, wenn eine äußere Kraft versucht, diese zu ändern. Die zur Änderung dieser Orientierung nötige Kraft kann bei schnell rotierenden Massen anhängig von deren Drehzahl um ein Vielfaches größer sein, als wenn die Masse ruhen würde. Dieser als gyroskopische Stabilisierung bezeichnete Effekt funktioniert aber nur dann, wenn dieser Schwungmasse während des Wirkens der äußeren Kraft die Möglichkeit gegeben wird, um eine dritte, senkrecht zur Drehachse und senkrecht zur Achse des angreifenden Störmoments stehende Achse auszuweichen.
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Ein Scheibenläufermotor 1 soll beispielsweise bei schneller Geländefahrt dazu benutzt werden, bei seinerseits hohen Drehzahlen das Schaukeln des Kraftfahrzeugs 40 um seine Fahrzeug-Querachse beim Durchfahren aufeinanderfolgender Fahrbahnunebenheiten einzudämmen. Hierzu muss das Gestell 32 idealerweise so orientiert sein, dass die Schwenkachse A in Fahrzeug-Längsrichtung zeigt. Während die Fahrbahnunebenheiten ein Drehmoment auf das Kraftfahrzeug 40 um dessen Querachse ausüben, wird das Schaukeln des Kraftfahrzeugs 40 um diese durch die gyroskopische Stabilisierungswirkung des Scheibenläufermotors 1 reduziert.
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Diese Verringerung funktioniert nur dann, wenn der Scheibenläufermotor 1 um die Schwenkachse A kippen kann. Bei jeder Bodenunebenheit, die das Kraftfahrzeug 40 zum Schwingen um seine Querachse anregen will, kippt der Scheibenläufermotor 1 deshalb ein Stück um die Schwenkachse A, wobei die Kipprichtung von der Richtung des auf das Kraftfahrzeug 40 wirkenden Drehmoments um seine Fahrzeug-Querachse abhängt. Gleichzeitig verringert die dadurch wirkende gyroskopische Stabilisierung das Schaukeln des Kraftfahrzeugs 40 um seine Querachse im Vergleich zu dem Zustand, in dem der Scheibenläufermotor 1 entweder mit kleinen Drehzahlen rotiert und/oder die Schwenkachse A gesperrt wäre.
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Damit Schaukeldrehmomente, die auf das Kraftfahrzeug 40 wirken, von allen Richtungen stabilisiert werden können, sodass das Kraftfahrzeug 40 z.B. auch bei Schwingungen um seine Fahrzeug-Längsachse stabilisiert werden kann, muss die Orientierung der Schwenkachse A angepasst werden können, indem der Drehteller 34 in seiner Winkelausrichtung verändert werden kann. Dafür kann der Aktuator 33, z.B. durch Schwingungssensoren gesteuert, den Drehteller 34 in seine korrekte, zur Schwingungsanregung passenden Orientierung versetzen. Eine passive Lösung ohne Aktuator 33 ist ebenfalls möglich, in der sich der Drehteller 34 durch Hebelmechanismen automatisch ausrichtet. Wenn das Kraftfahrzeug 40 generell nur gegen Schwingungen um die Fahrzeuglängs- oder Querachse stabilisiert werden soll, ist das Vorsehen des Aktuators 33, des Drehtellers 34 und des Zugmitteltriebs 35 an dem Kraftfahrzeug 40 nicht nötig, sondern das Gestell 32 kann fest in seiner gewünschten Orientierung montiert sein.
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Die gyroskopische Stabilisierung funktioniert umso besser, je höher die Drehzahl des Scheibenläufermotors 1 ist. Wenn die Stabilisierungswirkung generell nur bei höheren Fahrzeug-Geschwindigkeiten wirken soll, bei denen die Rotationsgeschwindigkeit des Scheibenläufermotors 1 ohnehin hoch ist, kann eine fixe Übersetzung zwischen Scheibenläufermotor 1 und Rad gewählt werden. Wenn die gyroskopische Stabilisierung jedoch bei allen Fahrzeuggeschwindigkeiten wirken soll, muss die Drehzahl des Scheibenläufermotors 1 immer möglichst hoch sein. Zur Anpassung der hohen Drehzahl des Scheibenläufermotors 1 an die variablen Drehzahlen der Räder kann ein variables Getriebe an einem drehmomentführenden Punkt zwischen Scheibenläufermotor 1 und Rad geschaltet sein, welches vorteilhafterweise stufenlos ist.
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Zur Minimierung von Reibungsverlusten kann dieses variable Getriebe vorteilhafterweise nahe am Scheibenläufermotor 1 angebracht werden. Dies ist in 14 in Form des variablen Über- oder Untersetzungsgetriebes 36 dargestellt. Alternativ zu der an die Winkelposition um die Schwenkachse A des Scheibenläufermotors 1 anpassbaren längen- und winkelvariablen Kardanwelle 37 kann auch eine Lösung über ein Planetengetriebe gewählt werden, welches koaxial zur Schwenkachse A am Gestell 32 sitzt.
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15 zeigt ein Kraftfahrzeug 40 in Form eines einspurigen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrads. Hierbei kann der Scheibenläufermotor 1 grundsätzlich an einer beliebigen Position an dem Kraftfahrzeug 40 mit kardanischer Aufhängung und Orientierung der Schwenkachse A angebracht sein, insbesondere achsparallel zur Querachse. Das Ausführungsbeispiel nach 15 ist der zuvor beschriebenen Ausführung nach 14 ähnlich, jedoch bezieht sich die Ausführungsform nach 15 explizit auf die Anwendung der gyroskopischen Stabilisierung eines Scheibenläufermotors 1, der gleichzeitig als Traktionsantrieb dient, in einem einspurigen Kraftfahrzeugs in Form z.B. eines Motorrads.
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Hier soll die gyroskopische Stabilisierung die Kippneigung des Kraftfahrzeugs 40 um seine Längsachse reduzieren, was z.B. auch für autonom fahrende Zweiräder nutzbar ist. Hierzu ist das System aus Scheibenläufermotor 1, Gestell 32, Schwenkachse A, variablem Umlenk- und/oder Über- bzw. Untersetzungsgetriebe 36, und längen- und winkelvariabler Kardanwelle 37 identisch zu der zuvor beschriebenen Ausführung gestaltet. Da die gyroskopische Stabilisierung aber bevorzugt dafür verwendet werden soll, die Kippneigung des Kraftfahrzeugs 40 um seine Längsachse zu reduzieren, ist das Gestell 32 fest am Kraftfahrzeug 40 montiert und die Drehachse A parallel zur Fahrzeug-Querachse orientiert. Das Drehmoment der Kardanwelle 37 wird am Rad durch ein weiteres Umlenkgetriebe 38 in die Richtung der Drehachse des Rades umgelenkt. Alternativ zur Verwendung der Kardanwelle 37 ist auch eine teilweise oder vollständige Verwendung eines Zugmitteltriebs oder eines Planetengetriebes möglich.
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16 zeigt einen Anhänger 41 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Anhänger 41 weist einen Scheibenläufermotor 1 auf, der als Hilfsantrieb für den Anhänger 41 dient. Insbesondere kann somit der Anhänger 41 an ein Kraftfahrzeug 40 bzw. ein beliebiges Kraftfahrzeug angekoppelt werden, wobei der Scheibenläufermotor 1 als Hilfsantrieb ein Rad oder mehrere Räder des Anhängers 41 antreibt und somit die erforderliche Zugkraft seitens des ziehenden Kraftfahrzeugs reduziert. Grundsätzlich sind alle Vorteile, Einzelheiten und Merkmale, die in Bezug auf die Kraftfahrzeuge 40 beschrieben wurden, auch auf den Anhänger 41 übertragbar.
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Die in den einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigten Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind selbstverständlich untereinander austauschbar, miteinander kombinierbar und aufeinander übertragbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Scheibenläufermotor
- 2
- Umlenkgetriebe
- 3
- Differenzial
- 4
- Kardanwelle
- 5
- Abtriebswelle
- 6
- Befestigungsmittel
- 7
- Antriebsrad
- 8
- Zugmittel
- 9
- Abtriebsrad
- 10, 11
- Ausnehmung
- 12-14
- Umlenkgetriebe
- 15-17
- Welle
- 18
- Kardanwelle
- 19
- Umlenkgetriebe
- 20
- Antriebsrad
- 21
- Zugmittel
- 22
- Abtriebsrad
- 23
- Zugmittelspannrad
- 24
- Schwenkarm
- 25
- Gelenk
- 26
- Feder
- 27
- Gelenk
- 28
- Schubstange
- 29
- Eingangswelle
- 30
- Heckklappe
- 31
- Abdeckung
- 32
- Gestell
- 33
- Aktuator
- 34
- Drehteller
- 35
- Zugmitteltrieb
- 36
- Getriebe
- 37
- Kardanwelle
- 38
- Umlenkgetriebe
- 40
- Kraftfahrzeug
- 41
- Anhänger
- A
- Schwenkachse
- B
- Drehachse
