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Fahrzeug mit einem von einer Batterie gespeisten Elektromotor Die
Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem von einer Batterie gespeisten Elektromotor,
insbesondere ein Zweiradfahrzeug. Der Elektromotor, ein Gleichstrommotor, nimmt
beim Anlauf unter Last einen unverhältnismäßig hohen Strom auf, der um ein Vielfaches
über dem
Normalwert bei der Betriebsdrehzahl liegt. Beim Anlaufvorgang
kann die Stromstärke etwa 200 Ampere erreichen, dadurch wird die Batterie sehr schnell
entleert und die eingebauten Schalter unterliegen der Zerstörungsgefahr.
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Schließlich wird durch die hohe Stromaufnahme ein hohes Drehmoment
abgegeben, das einem sanften Anfahren nicht förderlich ist. Der Anlaufstrom kann
z.B. durch elektronische Steuervorrichtungen begrenzt werden, eine solche Steuerung
ist aber teuer und störanfällig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug zu schaffen,
das bei einfachem Aufbau und leichter Bedienung mit der zur Verfügung stehenden
elektrischen Energie der Batterie, deren Größe und Gewicht durch die Tragfähigkeit
und Wendigkeit des Fahrzeuges begrenzt ist, eine möglichst große Streckenleistung
erreicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß demdem.Elektromotoreine
Fliehkraftkupplung nachgeschaltet und der letzten Stufe eines Getriebes ein Freilauf
vorgescha-ltet ist. Durch die Fliehkraftkupplung kann der Elektromotor zunächst
ohne Belastung anlaufen, 80 daß die Stromstärke im Anlaufvorgang gering bleibt.
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Bratwenn eine bestimmte Drehzahl des Elektromotans erreicht ist, schaltet
die Fliehkraftkupplung die Krafttlbertragung ein, so daß das Fahrzeug anfährt.
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Die Einschaltung der Kraftübertragung mittels der Fliehkraftkupplung-
erfolgt schleifend, so daß das Anfahren sanft vor sich geht. Da der Motor erst'belastet
wird, wenn er mit einer durch die Fliehkraftkupplung eingestellten Drehzahl läuft,
ist die Stromaufnahme niedrig.
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Unnötig hohe Stromabgaben werden zugunsten einer Erhhung der Fahrstreckenleistung
vermieden. Durch die Begrenzung des Anfahrstromes auf die genannte Art und Weise
wird nicht nur die Batterie nicht unnötig belastet, sondern es lassen sich auch
entsprechende Schalter mit hoher Lebensdauer verwenden. Durch die Anordnung des
Freilaufes kann die mögliche Fahrstrecke weiterhin z.B.
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dadurch gesteigert werden, daß das Fahrzeug nach einem Abschalten
des Elektromotors weiterrollen kann, ohne daß die erste Getriebestufe und der Motor
mitgetrieben werden müssen. Auch bei Bergabfahrten ermöglicht der Freilauf die Vermeidung
unnötiger Reibung. Nach der Erfindung ist die Fliehkraftkupplung zwischen der Motorwelle
und dem Antriebsrad der ersten Getriebestufe angeordnet. Bei einem zweistufigen
Getriebe sind in vorteilhafter Weise das Antriebsrad mit dem Abtriebsrad der ersten
Getriebe stufe Uber einen Riemen und das Antriebsrad mit dem Abtriebsrad der zweiten
Getriebestufe
mit einer Kette verbunden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die aus einem topfförmigen
Hohlkörper und Pliehgewichten bestehende Pliehkraftkupplung auf das Ende der Motorwelle
aufgesetzt. Der Hohlkörper ist fest-mit dem Antriebsrad des Riementriebes verbunden,
das mittels Wälzlagern auf der Motorwelle gelagert ist.
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In einer bevorzugten ausführungsform ist mindestens eine Getriebestufe,
insbesondere der Riementrieb, stufenlos einstellbar. Dazu weist eine der beiden
Riemenscheiben kegelig ausgebildete Scheiben auf, von denen eine axial bewegbar
und mit einer- drehzahlabhängigen Verstelleinrichtung verbunden ist.
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Letztere besteht aus einer Stützscheibe und einer sich zwischen der
Stützscheibe und der bewegbaren Scheibe befindenden Ringfeder mit eingelegten Kugeln.
Die Stützscheibe weist eine Ringnut und eine leicht gegen eine Radialebene in Richtung
auf die bewegbare Scheibe geneigte lellerfläche auf. Der Elektromotor ist an einem
flansch befestigt, der um einen fahrzeugfesten Drehpunkt gegen die Wirkung einer
Weder schwenkbar ist.
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Dadurch ka. r Riementrieb unter Spannung gehalten werden, insbesondere
beim stufenlosen Getriebe kann
dann die getriebene Riemenscheibe
starr ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist bei zweistufiger Getriebeausbildung der Freilauf
zwischen dem Abtriebsrad der ersten Stufe und dem Antriebsrad der zweiten Stufe
vorgesehen.'Zweckmäßig ist er in das Antriebsrad der zweiten Stufe eingebaut, das
auf einer Hülse, die auf einer Zwischenwelle Uber Wälzlager frei drehbar gelagert
ist, aJngeordnet ist.
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Bei einem Zweiradfahrzeug mit einer Tretkurbel ist gemäß einem weiteren
Merkmal der Erfindung das über setzungsverhältnis des Tretkurbelantriebes als FahrradUbersetzung
ausgebildet. Das Ubersetzungsverhältnis beträgt bei einem Raddurchmesser von etwa
40 cm etwa 2:1. Dadurch kann der Fahrer, wenn die Zwischenwelle gleichzeitig die
Welle des Tretkurbelantriebes bildet und z.B. an der Achse des Hinterrades ein Freilauf
eingebaut ist, bei normaler Fahrgeschwindigkeit zur körperlichen ErtEchtigrng leicht
mittreten oder bei Steigungen zur Einsparung eines hohen elektrischen Energieverbrauches
zusätzlich mithelfen.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
Einzelheiten' sind anhand der Zeichnung,
die beispielsweise AusfUhrungsformen
darstellt, näher erläutert. Es zeigen : Fig. t eine Seitenansicht eines Zweiradfahrzeuges,
Fig. 2 eine Draufsicht hierzu bei abgenommener Haube und ohne Sattel, Fig. 3 eine
Ansicht deß Antriebes des Zweiradfahrzeuges in größerer Darstellung, Fig. 4 einen
Schnitt durch einen Teil einer ersten Getriebestufe in einer ersten Ausfahrungsform,
Fig. 5 einen Schnitt durch einen Teil einer ersten Getriebestufe in einer zweiten
Ausftihrungsform, Fig. 6 einen Schnitt durch eine Anordnung des Freilaufs auf einer
Zwischenwelle.
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Das Zweiradfahrzeug trägt in einem Rahmen 1 zwischen einem Vorderrad
2 und einem Hinterrad 3 sowie einem Antrieb 4 eine Batterie 5. In den Rahmen 1 ist
eine Schale 6 eingehängt, die die Batterie 5 aufnimmt.
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Dazu weist der Rahmen 1 ein Rohrstück 14 in Porm eines geschlossenen
Rechteckes auf, die Schale 6 mit der Batterie 5 und der Antrieb 4 werden durch eine
abnehmbare
Haube 7 abgedeckt. Das Rohrstück 14 verbindet die das
Vorderrad 2 und aie das Hinterrad 3 aufnehmenden Rahmenteile miteinander. In üblicher
Weise sind eine Lenkstange 8, ein Sattel 9, ein Gepäckträger 10, Stoßdämpfer 11,
Schutzbleche 12 und eine Beleuchtungsanlage 13 angeordnet.
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Der Antrieb 4 (Fig. 3) besteht aus einem von der Batterie 5 gespeisten
Elektromotor 15 und einem von diesem angetriebenen zweistufigen Getriebe, dessen
erste Getriebestufe aus einem Riementrieb 16 und dessen zweite'Getriebestufe aus
einem Kettentrieb 17 gebildet sind.
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Die Ubersetzung des Riementriebes beträgt etwa 1:3 und die Ubersetzung
des Kettentriebes etwa 1:4. Der, Elektromotor 15 ist an einem Flansch 18 befestigt,
der um einen fahrzeugfesten Drehpunkt 19 gegen die Wirkung einer Feder 20 schwenkbar
ist. Der fahrzeugfeste Drehpunkt19 wird durch einen an einem zum Sattel 9 führenden
Rahmenteil 21 angeschweissten Steg 22 gebildet. Ein weiterer Steg 23, der ebenfalls
am Rahmenteil 21 angeschweisst ist, dient zur Aufnahme des einen Endes der Feder
20, deren anderes Ende in eine dem Drehpunkt 19 entgegengesetzt liegende Öffnung
24 des Flansches 18 eingesetzt ist. Die Motorwelle 25 liegt parallel zur Achse 26
des- angetriebenen Hinterrades 3 und zu einer Zwischenwelle
27,
auf der ein Abtriebsrad 28 des Riementriebes 16 und ein Antriebsrad 29 des Kettentriebes
17 gelagert aind. Über die Feder 20 wird der Riementrieb 16 gespannt.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, liegen die Motorwelle 25, die Zwischenwelle
27 undodia Achse 26 des Hinderrades 3 in den Eckpunkten eines spitzwinkligen Dreiecks.
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Dem Elektromotor 15 ist eine Fliehkraftkupplung 30 nachgeschaltet,
der letzten Stufe des Antriebes 4 ist ein Freilauf 31 vorgeschaltet.
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Bei einer ersten Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Fliehkraftkupplung
30 auf das Ende der Welle 25 des Elektromotors 15 aufgesetzt, Fliehgewichte 34 werden
ab einer bestimmten Drehzahl der Motorwelle 25 gegen die zylindrische Innenwand
eines topfförmigen Hohlkörpers 33 gedrückt, der mit einem eine Riemenscheibe abgebenden
Antriebsrad 32 des Riementriebes 16 fest verbunden ist. Das Antriebsrad 32 ist über
Nadellager 35 auf der Motorwelle 25 gelagert. Beim Anliegen der Fliehgewichte -4
am Hohlkörper 33 wird dieser und damit das Antriebsrad 32, zunächst schleifend,
mitgenommen.
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Bei einer zweiten Ausführungsform nach Fig. 5 ist die Motorwelle 25'
des Elektromotors 15 verlängert.
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An ihrem Ende ist wieder die Fliehkraftkupplung 30
gelagert,
deren Hohlkörper 33' in diesem Falle einenkegelig ausgebildeten Boden aufweist,
der auf eine Hülse 40 aufgeschweisst ist. Die Hülse 40, die frei drehbar über Nadellager
35 auf der Motorwelle 25' gelagert ist, durchdringt zentrisch eine axial bewegbare
Scheibe 43 und eine Stützscheibe 41, die eine Ringnut 42 und eine Tellerfläche 44
aufweist. Die Scheibe 43 ist wie der Boden des Hohlkörpers 33' kegelig ausgebildet,
zusammen geben sie das Antriebsrad 32 des Riementriebs 16 ab. Die StUtzscheibe 41
ist auf der Hülse 40 durch eine Unterlagscheibe 45 und einen Sicherungsring 46 gegen
eine axiale Verschiebung in Richtung auf den Elektromotor15 zu gehalten. Auf diese
Weise wird ein Vario-Antrieb erreicht, die Ubersetsung regelt sich vom Antriebsrad
32 her in bestimmten Grenzen stufenlos und automatisch. In der unteren Hälfte der
Figur 5 befindet sich der Antrieb im "Leerlauf", der Hohlkörper 33' und mit ihm
der Riemen 49 und die Scheibe 43 werden noch nicht mitgenommen, die Motorwelle 25'
dreht z.B. beim Anfahrvorgang frei durch. In dieser Ruhelage befindet sich in der
Ringnut 42 eine Ringfeder 48 mit eingelegten Kugeln. Nehmen die Fliehgewichte 34
schließlich den Hohlkörper 33' und damit über die Hülse 35 den Riemen 49 und die
Scheiben 41 und 45 mit, so wandert die Ring,-feder
48 nLi den
Kugeln mit zunehmender Drehzahl radial nach außen und erreicht schließlich die auf
der oberen Hälfte der Figur 5 dargestellte Lage und drückt dabei die StAtzscheibe
41 und die Scheibe 43 auseinander, so daß der axiale Abstand zwischen der Scheibe
43 und dem Boden des Hohlkörpers 33' geringer wird: Der Riemen 49 wandert radial
nach außen, das Übersetzungsverhältnis verringert sich.
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In der Figur 6 ist ein Teil der Zwischenwelle 27 dargestellt, auf
der eine Hülse 37 Ueber Nadellager 36 frei drehbar gelagert ist. Auf dieser Hülse
37 sitzt das als Riemenscheibe für den Riementrieb 16 ausgebildete Abtriebsrad 28
fest, das als Kettenrad ausgebildete Antriebsrad 29 des Kettentriebes 17 ist über
den Freilauf 31 auf der Hülse 37 unmittelbar neben dem Abtriebsrad 28 angeordnet.
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Neben dem motorischen Antrieb ist auch ein Tretkurbelantrieb vorgesehen.
Dazu sitzt auf der Zwischenwelle 27, an deren Enden Pedale 50 angeordnet sind, ein
Kettenrad, eine Kette 51 führt zum Hinterrad 3, das dann tiber einen nicht näher
dargestellten Preilauf angetrieben wird. Die Ubersetsung ist als Pahrradubersetzungausg*-bildet,
bei einem Durchmesser des Hinterrates 3 von
etwa 40 cm beträgt
das Ubersetsungsverhältnis-des Tretkurbelantriebes etwa 2:1 Die Funktionsweise des
Antriebs 4 für das Zweiradfahrzeug ist folgende: Durch einen nicht dargestellten
Schalter wird die Batterie 5 mit dem Motor 15 über nicht dargestellte Leitungen
verbunden. Der Elektromotor 15 läuft ohne Belastung an, er nimmt nur einen geringen
Anlaufstrom auf. Beim Erreichen einer vorher bestimmten Drehzahl kuppelt die Fliehkraftkupplung
30 ein, die Dreh bewegung des Elektromotors 15 wird über den Riementrieb 16, den
Freilauf 31 und den Kettentrieb 17 als das Hinterrad 3 übertragen. Läuft dieses
bei BergabBahrten schneller als der Antrieb, so tritt wegen des Freilaufs 31 keine
Bremsung ein. -Bei Verwendung des Vario-Antriebes ist beim Anfahren die Xbersetsung
des Riementriebs 16 groß. Sie wird kleiner; sobald die Drehzahl des Elektromotors
15 ansteigt, welche proportional schneller zunimmt, als die Übersetzung kleiner
wird, so daß eine Fahrgeschwindigkeitssteigerung erfolgt. Eine Abnahme der Drehzahl,
z.B. än einer Steigung; bewirkt wiederum eine Vergrößerung des Übersetzungsverhältnisses.