DE1655461C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Rädern, deren Lauffläche im *⁵ wesentlichen die Form eines Kugelabschnittes besitzt und jeweils symmetrisch zur Mittelachse der zugehörigen Radachse an dieser befestigt ist, wobei eine Vorrichtung zum Schwenken eines die Radachse und einen Antriebsmotor für diese lagernden Trägers um eine rechtwinklig zur Radachse verlaufende erste Achse und eine mit dieser in einer gemeinsamen Ebene liegende und rechtwinklig dazu angeordnete zweite Achse aus einer Stellung, bei der die Radachse im rechten Winkel zu einer Grundfläche steht, in eine gegenüber dieser Grundfläche geneigte Stellung vorgesehen ist.

Die US-PS 32 12 594 beschreibt schwenkbare Räder für Fahrzeuge mit Rädern, die im wesentlichen die Form von Kugelabschnitten haben und die symmetrisch zu «> einer schwenkbaren Radachse gelagert sind. Die Radachse wird von einer Tragkonstruktion aufgenommen, die zugleich einen Antriebsmotor für die Drehung des Rades lagert, und die an einem fahrzeugfesten Teil wahlweise um eine von zwei rechtwinklig zueinander und zur Radachse verlaufende Achsen schwenkbar gelagert ist, die in der gleichen Ebene liegen. Damit besteht die Möglichkeit, die Radachse, in Fahrtrichtung gesehen, sowohl nach vorn und nach hinten, als auch nach rechts und nach links zu schwenken. Als konkretes Ausführungsbeispiel sind zwei Platten eines Chassisrahmens gezeigt, zwischen denen ein Bolzen befestigt ist, der ais Drehachse für den oberen Teil der Tragkonstruktion des Rades dient Er erstreckt sich zu diesem Zweck durch eine Bohrung der Tragkonstruktion, die außerdem mit einem Zahnsegment versehen ist, in das eine motorgetriebene Schnecke zum Verschwenken der Tragkonstruktion um den Bolzen eingreift. Diese relativ stabile Konstruktion ermöglicht jedoch nur eine Schwenkung des Rades bzw. seiner Tragkonstruktion um die Bolzenachse. Um auch die weitere Schwenkmöglichkeit um eine zur Bolzenachse senkrecht in der gleichen Ebene befindliche Achse vorzusehen, müßten die den Bolzen tragenden Platten um eine weitere Achse, nämlich rechtwinklig zur Achse des Bolzens, drehbar am Chassis gelagert und mit einem zweiten Schneckentrieb für diese Drehung um die zweite Achse versehen sein, was zweifellos zu einer aufwendigen Konstruktion mit schwer zu beherrschenden Lagerspielen führen dürfte.

Die FR-PS 5 14 711 beschreibt ein Fahrzeug mit kartenförmigen Rädern, wobei für die vier Achsen der Räder ein gemeinsamer, zentral gelagerter Antriebsmotor vorgesehen ist.

Von diesem Motor, der mit einer Kupplung versehen ist, werden die vier Achsen unter Zwischenschaltung eines Gesciiwindigkeitswechselgetriebes und einer Antriebsübertragung angetrieben, die wiederum eine Querwelle betätigt, welche über je zwei Kegelradpaare für jede Radachse den Drehantrieb für die Räder überträgt. Zum Schwenken der Räder sind diese zusätzlich auf jeder Längsseite des Fahrzeugs an einem drehbaren Längsträger gelagert, dessen Drehung eine Relativdrehung der Räder eines Kegelradpaares bewirkt und damit eine Neigung der Radachsen jeweils auf einer Fahrzeugseite. Im Ergebnis lassen sich mit diesem aufwendigen Antrieb nur übereinstimmende Schwenkungen der Radachsen in einer Querebene des Fahrzeugs erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsvorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die mit einem Drehantrieb versehene Achse jedes einzelnen Rades um beliebige Winkelbeträge in jeder beliebigen senkrechten Ebene schwenkbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der in an sich bekannter Weise um eine rechtwinklig zur Radachse verlaufende erste Achse schwenkbar gelagerte Träger in einem Kardanrahmen gelagert ist, der seinerseits um die rechtwinklig zur ersten Achse verlaufende zweite Achse schwenkbar angeordnet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausführung erhält jedes Rad über seinen mit einem Drehantrieb für das Rad versehenen Träger Schwenkmöglichkeiten um zwei definierte, in der gleichen Ebene senkrecht zueinander und senkrecht zur Radachse liegende Achsen, die nicht nur unabhängig voneinander, sondern auch in jeder gewünschten Weise kombiniert verwendet werden können. Die Radachse kann daher in sämtlichen senkrechten Ebenen um einen gewünschten Betrag geschwenkt werden, um damit sowohl die Fahrtgeschwindigkeit, als auch die Fahrtrichtung festzulegen. Wichtig ist dabei, daß durch die Lagerung der ersten Schwenkachse in einem Kardanrahmen der um eine rechtwinklig zur ersten Schwenkachse verlaufende

Achse schwenkbar ist, die relative Lage der beiden Schwenkachsen zueinander und zur Radachse durch einfache Wellenlager für die beiden Achsen exakt festgelegt werden kann, ohne daß Probleme von störendem Lagerspiel auftreten, wie bei der Antriebsübertragung durch Zahnsegmente und Schnecken bei der eingangs erwähnten bekannten Ausführung. Entsprechendes gilt für die Schwenkung in beliebigen Vertikalebenen, weil hierfür lediglich das Winkelmaß der gleichzeitigen Drehung beider Achsen festgelegt to und eingehalten zu werden braucht.

Im folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Rohr oder einen Außenrahmen, in dem sich ein Schienenfahrzeug befindet, wobei die Räder der erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebsvorrichtung an in dem Rohr gelagerten Schienen angreifen,

F i g. 2 eine perspektivische Ansicht des Schienenfahrzeuge nach Fig. 1, wobei die Schienen nur angedeutet sind,

Fig.3 in vergrößertem Maßstab einen Vertikalschnitt durch einen Radträger mit Antriebsmotor,

Fig.4A, 4B und 4C die Stellung eines Rades bei Vorwärtsgang, Neutralstellung und Rückwärtsgang,

F i g. 5 eine schematische, perspektivische Ansicht der in ein Auto eingebauten Antriebsvorrichtung,

Fig.6 eine perspektivische Ansicht der in einen Lastkraftwagen mit Anhänger eingebauten Antriebsvorrichtung,

F i g. 7 schematisch eine Draufsicht auf die Lagerur.g eines Radträgers,

F i g. 8 eine Seitenansicht der in F i g. 7 gezeigten Lagerung und

Fig.9 und 10 Diagramme für die Geschwindigkeit bei verschiedenen Drehzahlen und Neigungen der Radachse.

In der Zeichnung sind im Abstand voneinander angeordnete Schienen 10 für ein allgemein mit 11 bezeichnetes Schienenfahrzeug gezeigt, das sich in einem Rohr bzw. Rahmen 12 befindet, der oben mit einer Aussparung versehen ist, in die hinein sich eine vom Fahrzeug getragene Bremsanlage 14 erstreckt.

Das Fahrzeug 11 wird durch eine allgemein mit 15 bezeichnete Antriebsvorrichtung angetrieben und besitzt Räder 16, von denen jedes eine etwa einem Kugelabschnitt entsprechende Oberfläche aufweist Die Antriebsvorrichtung ist in Fig.3 genauer gezeigt, auf die nachfolgend Bezug genommen ist. so

Das Rad 16 hat symmetrisch zu seiner Mitte eine Radachse 17, die gedreht wird über einen durch Keilverzahnung auf ihr angebrachten Anker 18 und ein in einem zylindrischen Gehäuse 20 festes Feld 19 eines Elektromotors. Dieses Gehäuse 20 dient als Träger für das Rad 16 und ist durch zwei Drehzapfen 21, welche sich zu seinen beiden Seiten erstrecken, schwenkbar gelagert, so daß der Abstand der Achse 22 dieser Drehzapfen zu der Auflagefläche des Rades 16, beispielsweise der Straße oder Schiene, kürzer sein eo kann als der Radius der Lauffläche des Rades 16. Kugellager 23, 23' und 24, 24' befinden sich an beiden Enden des Ankers 18 und lagern diesen in dem zylindrischen Gehäuse 20. Diese oberen und unteren Lager dienen als Drehlager für die Radachse 17. Die b5 Radachse 17 ist an ihrem oberen Ende glatt und ist mit einem Dichtungsring 28 am Flansch einer Platte 25 abgedichtet, welche wiederum über einen Dichtungsring 26 in einer Nut in ihrer Seitenwand 27 an dem zylindrischen Gehäuse 20 abgedichtet ist Ein Drucklager 29 am Ende der Radachse befindet sich zwischen dieser und einer Gegenplatte 30, welche durch einen Dichtungsring 31 zum Gehäuse 20 abgedichtet ist Ein Druckmittel kann über eine Leitung 32/4 zwischen die kolbenartigen Platten 25 und 30 geleitet werden, um diese entgegen der Wirkung einer Feder 33 zwischen der Gegenplatte 30 und der oberen Wand 34 des Gehäuses 20 auseinanderzudrücken und so das Rad 16 von der Auflagefläche abzuheben, während das Fahrzeug von anderen Rädern getragen wird. Wenn jedoch über eine Leitung 323 ein Druckmittel zwischen die Platte 30 und die obere Wand 34 des Gehäuses zur Einwirkung kommt dann wird das Rad 16 nach unten gedruckt und das Druckmittel und die Feder 33 tragen federnd, bzw. als Puffer, das Gehäuse 20 und weiterhin über die Drehzapfen 21 und die Lager 35, die in einem Kardangehäuse angeordnet sind, die Karosserie des darauf befindlichen Fahrzeugs. Natürlich ist eine Anzahl von diesen Rädern in Gruppen vorgesehen, die so viele Räder enthalten wie nötig sind, um das Gewicht des Fahrzeugs zu tragen. Zum Kippen des Gehäuses 20 und des Rades 16 um die Achse der Drehzapfen 21 sind Ösen 36 am Gehäuse befestigt in denen ein Zapfen 37 schwenkbar gelagert ist der einen Ansatz 38 besitzt, so daß die Radachse 17 entweder von Hand oder maschinell zusammen mit ihrem Rad 16 gekippt werden kann.

Der oben beschriebene, aus Anker 18 und Feld 19 bestehende Elektromotor dreht das Rad 16, wobei hier angenommen sei, daß er es immer in der in den F i g. 4A, 4B und 4C durch Pfeile angezeigten Richtung dreht. Wenn die Achse 17 im rechten Winkel zu der Auflagefläche des Rads 16 steht, welche gemäß F i g. 4B horizontal gezeigt ist während die Achse 17, wie die strichpunktierte Linie zeigt vf.-rtikal ist, dann besteht theoretisch ein punktförmiger Kontakt der sphärischen Oberfläche des Rades mit dieser ebenen Fläche, auf der sich das Fahrzeug befindet. Deshalb wird, ganz gleich, wie hoch die Drehzahl des Rades 16 und seiner Achse 17 ist, keine Bewegung des Fahrzeugs erzielt. Wenn jedoch die Radachse 17, wie in Fig.4A gezeigt, oberhalb der Achse der Drehzapfen 21 nach rechts geneigt wird, dann liegt der Kontakt zwischen der sphärischen Fläche des Rades 17 und der horizontalen Fläche seitlich von d\;r Drehachse der Radachse 17 und das Rad 16 wirkt folglich als Antriebsrad mit dem Radius des Abstandes des Kontaktpunktes von der Drehachse, und bewirkt, daß das Fahrzeug, wie Fig.4A zeigt sich in einer Richtung bewegt, die gemäß der Zeichnung die Bewegung nach vorwärts sein soll. Folglich wird das Fahrzeug sich vorwärts bewegen, wenn alle Räder auf seiner linken Seite über ihrem Kippunkt zur Mitte des Fahrzeugs geneigt sind, wie dies in Fig.4A gezeigt ist. Auf der rechten Seite des Fahrzeugs müßten sich die Räder in umgekehrter Richtung drehen, um eine Vorwärtsbewegung zu bewirken, und die Neigung über dem Kippunkt der Radachse müßte auch nach innen sein.

Wenn jedoch bei gleicher Drehrichtung der Radachse 17 das Gehäuse 20, die Achse 17 und das Rad 16 in entgegengesetzter Richtung, also in die in Fig.4C gezeigten Richtung, über den Drehzapfen 21 geschwenkt werden, dann würde sich das Rad nach rückwärts bewegen, und ebenso würde das Fahrzeug rückwärts fahren, wenn die Räder auf der linken Seite des Fahrzeugs so geneigt würden, daß ihre Achsen nach

außen zeigen, wie Fig.4C es zeigt; das läßt sich leicht erkennen bei der Betrachtung des in F i g. 5 direkt über diesen Figuren gezeigten Autos. Selbstverständlich ist auf der rechten Seite des Fahrzeugs der Drehsinn der Achsen und Räder umgekehrt; deshalb würden auch die Achsen auf der rechten Seite zur Rückwärtsbewegung des Fahrzeugs nach außen geneigt sein.

Es ergibt sich weiter, daß die Radachsen in ihre neutrale Stellung gebracht werden können, wenn sie für die Vorwärtsbewegung geneigt waren und das Fahrzeug angehalten oder seine Geschwindigkeit vermindert werden soll, wobei keine Energie geliefert wird, oder daß sie in die entgegengesetzte Richtung bewegt werden können, um zwangsläufig Reibung auf der Oberfläche zu bewirken, an der die Räder in entgegengesetzter Richtung zur Vorwärtsbewegung angreifen, um so die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu vermindern und es anzuhalten.

Das Rad 16 ist so gelagert, wie F i g. 7 in Draufsicht und Fig.8 in Seitenansicht zeigen. Hier ist der dem Gehäuse bzw. Träger 20 entsprechende Träger 60 mit sich in diametral entgegengesetzte Richtungen erstrekkenden Drehzapfen 61 versehen, die in an einem Kardanrahmen 65 befindlichen Kugellagern 62 gelagert sind, wobei dieser Kardanrahmen 65 seinerseits mit in Kugellagern 67 gelagerten Drehzapfen 66 ausgestattet ist, die sich in diametral entgegengesetzte Richtung im rechten Winkel zur Achse der Drehzapfen 61 erstrecken, so daß das Rad 16 und seine Achse 17 mit Hilfe von Drehantrieben 68 und 68' in zwei rechtwinklig zueinander liegenden Ebenen in jeweils gewünschtem Maße geschwenkt werden können.

Aufgrund der obigen Erläuterungen für das Schwenken um eine Achse ergibt sich damit für die Ausführungsform der F i g. 7 und 8 eine vollkommene Freizügigkeit in der Wahl sowohl der Richtung als auch der Geschwindigkeit eines mit einer solchen Antriebsvorrichtung ausgestatteten Fahrzeugs.

Eine in Fig.8 gezeigte Bremse 69 ist bei dieser Konstruktion vorgesehen, die entsprechend bedient werden kann, um die Drehung der Achse 17 zum Stillstand zu bringen. In F i g. 8 bezeichnet finden Radius der Drehung des Rades 16 um seine Drehzapfen während Ri den etwas größeren Radius der sphärische Fläche des Rades 16 bezeichnet. Durch diesen Unterschied in der Größe der Radien wird ein Anhub erzielt, dessen Größe von dem Unterschied der R, un R₂ abhängt, und durch diesen Anhubeffekt ist eine Neigung zum Ändern der Berührungsstelle zwischer der Fläche des Rades 16 und dem Boden bzw. den Schienen gegeben.

In F i g. 9 ist ein Diagramm für ein Fahrzeug mit hohe Geschwindigkeit gezeigt Die Geschwindigkeiten sin vertikal eingetragen und die Neigungswinkel dei Radachse horizontal. Für die untere Linie 80 sine 1 000 U/min, angenommen. So kann bei einer Neigung von 30° eine Geschwindigkeit von 160 km/h erreichi werden. Für die nächste Linie 81 sind 2 000 U/min angenommen, und es zeigt sich, daß bei einer Neigung von 30° fast 320 km/h zu erwarten sind. Für die nächste Linie 82 mit 3 000 U/min, kann bei 30° Neigung eine Geschwindigkeit von mehr als 480 km/h erreichi werden. Bei der Linie 83 mit 4 000 U/min, wären etw£ 680 km/h zu erreichen, und Linie 84 mit 5 000 U/min zeigt bei einer Neigung von 30° 800 km/h an; jede dieser Geschwindigkeiten kann geeignet sein für eir Schienenfahrzeug, das sich durch ein Rohr, wie es ir Fi g. 1 gezeigt ist, bewegt.

Das Diagramm in Fig. 10 bezieht sich auf andere Drehzahlen der Radachse. Auf der unteren Linie 9C würde man bei 500 U/min, und einer Neigung der Achse um 30° 56 km/h erreichen, bei Linie 91 mit 800 U/min etwa 96 km/h, bei Linie 92 mit 1 100 U/min, eine Geschwindigkeit von mehr als 130 km/h, während be der Linie 93 mit 1 400 U/min. 190 km/h und bei der Linii 94 mit t 700 U/min. 200 km/h erreicht werden.

Für diese Diagramme ist in F i g. 9 ein Rad 16 mi einem Radius einer Kugel von etwa 91 cm angenom men, und in Fig. 10 ein Rad 16 mit einem Radius einei Kugel von etwa 64 cm.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Antriebsvorrichtung für ein Fahrzeug mit Rädern, deren Lauffläche im wesentlichen die Form eines Kugelabschnittes besitzt und jeweils symmetrisch zur Mittelachse der zugehörigen Radachse an dieser befestigt ist, wobei eine Vorrichtung zum Schwenken eines die Radachse und einen Antriebsmotor für diese lagernden Trägers um eine rechtwinklig zur Radachse verlaufende erste Achse und eine mit dieser in einer gemeinsamen Ebene liegende und rechtwinklig dazu angeordnete zweite Achse aus einer Stellung, bei der die Radachse im rechten Winkel zu einer Grundfläche steht, in eine gegenüber dieser Grundfläche geneigte Stellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der in an sich bekannter Weise um eine rech! winklig zur Radachse verlaufende erste Achse (Drehzapfen 61) schwenkbar gelagerte Träger (60) in einem Kardanrahmen (65) gelagert ist, der seinerseits um die rechtwinklig zur ersten Achse (Drehzapfen 61) verlaufende zweite Achse (Drehzapfen 66) schwenkbar angeordnet ist.

2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als Gehäuse (20) ausgebildet ist, das eine sich zwischen der Radachse (17) und dem Gehäuse (20) abstützende, axial federnde Einrichtung (Feder 33) enthält.

3. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel für die Radachse (17) ein Elektromotor (Anker 18, Feld 19) vorgesehen ist, der im Schubbetrieb des Fahrzeugs als zusätzliche Bremse verwendbar ist.

4. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebsmittel für die Radachse (17) ein hydraulischer Motor vorgesehen ist, der im Schubbetrieb des Fahrzeugs als zusätzliche Bremse verwendbar ist. «o