DE4108386A1 - Schaltbarer antrieb fuer elektrisch angetriebene fahrzeuge - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen schalt­ baren Antrieb für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, wo­ bei insbesondere an elektrisch angetriebene fernge­ steuerte Modell- und Spielzeugautos gedacht ist.

Die meisten Fahrzeuge der betrachteten Art haben ein festes Übersetzungsverhältnis zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und den angetriebenen Rädern, das nur durch Auswechseln von Zahnrädern geändert werden kann, z. B. der Zahnräder des Differentialgetriebes, das die Antriebskraft des Motors auf die jeweils angetriebenen Räder verteilt. Eine Kraftübertragung schnell und ein­ fach umschaltbaren Übersetzungsverhältnisses ist nicht vorhanden. Dadurch ist eine Anpassung der Kraftüber­ tragung an wechselnde Fahrbedingungen nicht oder nur schwierig möglich.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines schalt­ baren Antriebs für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, der mit geringem Bauaufwand drei Fahrbetriebszustände ("Gänge") zu schalten erlaubt. Dabei soll in den ein­ zelnen Gängen die Antriebskraft auch noch in zu dem je­ weiligen Gang passender Weise auf die Räder verteilt werden.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die in den Patentansprüchen angegebene Ausbildung des Antriebs.

Die Erfindung wird nachfolgend durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der beigegebenen Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein übliches Differentialgetriebe;

Fig. 2 den Umlaufmotor des vorliegenden Antriebs;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines elektrisch angetriebenen Spielzeugautos mit teilweisen Ausbrüchen;

Fig. 4 die Draufsicht auf das Spielzeugauto gemäß Fig. 3;

Fig. 5 eine der in den Antriebssträngen der Abtriebs­ welle des Motors verwendeten Fliehkraftkupplung;

Fig. 6 eine Werkzeugratsche als Illustration einer Überholkupplung.

Ein Differentialgetriebe der in Fig. 1 gezeigten Art findet beim beipielsgemäßen Spielzeugauto gemäß Fig. 3, 4 ebenfalls in jeder der Achsen Verwendung und illu­ striert darüber hinaus, wie eine Antriebskraft gleich­ mäßig auf zwei Abtriebswellen übertragen wird, welches Prinzip beim erfindungsgemäßen Antrieb auch bezüglich des Antriebsmotors genutzt wird.

Die die Antriebsbewegung vom Motor her übertragende Kardanwelle D2 hat ein Wellengelenk D1 und treibt mittels des Antriebsritzels D3 das Tellerrad D4, an dem zwei Ausgleichskegelräder D5 gelagert sind, welche mit zwei Achswellenkegelrädern D7 der Achswellen D61, D62 in Eingriff stehen, auf welche das eingeleitete Moment gleichmäßig verteilt wird.

In entfernt vergleichbarer Weise ist der Motor des vor­ geschlagenen Antriebs ein Umlaufmotor 1, dessen Ständer­ gehäuse 11 ebenfalls drehbar ist und mit einer Ständer­ abtriebswelle 111 versehen ist, so daß das vom Motor entwickelte Drehmoment sowohl in der Läuferwelle 121 des Läufers 12 als auch in der Ständerabtriebswelle 111 wirkt und für einen Abtriebsstrang benutzt werden kann.

Das Ständergehäuse 11 ist umgeben von zwei Schleifkon­ taktringen 141, 142, in die mittels Kohlebürsten 13 der elektrische Strom eingespeist wird. Im übrigen ist der Motor von üblicher Bauart und hat zwei Lager 15 zur Lagerung der Läuferwelle 121 in seinem Gehäuse. Gehalten ist der Motor mittels zweier Lagerböcke 16, deren einer an einem außerhalb des Gehäuses liegenden Abschnitt der Läuferwelle 121 und deren anderer an der mit dem Gehäuse 11 starr verbundenen Ständerabtriebswelle 111 angreift.

Das im Betrieb vom Motor entwickelte Drehmoment verteilt sich gleichmäßig auf beide Abtriebswellen 111 und 121. Wird eine derselben festgesetzt, so dreht die andere mit voller Drehzahl. Bei teilweisem Abbremsen einer der Wellen durch ein Lastmoment dreht sich die andere gegen­ läufig mit entsprechend geringerer Drehzahl.

Ein solcher Umlaufmotor 1 ist im Fahrzeug gemäß Fig. 3, 4 eingebaut.

Die zur Hinterachse des Fahrzeugs gerichtete Läufer­ welle 121 hat in der Nähe des Motors einen Bremsflansch 52 und endet in einer Überholkupplung 42, von der eine Transmissionswelle 22 zum Differentialgetriebe 2D der Hinterachse weitergeht, welches die Achswellen 33, 34 der Hinterräder 83, 84 treibt.

In entsprechender Weise hat die Ständerabtriebswelle 111 einen Bremsflansch 51 und endet in einer Überholkupplung 41, von der eine Transmissionswelle 21 zum vorderen Differential 1D weiterführt, welches über die Achs­ wellen 31, 32 die Vorderräder 81, 82 treibt.

Die Überholkupplungen 41, 42 sind so eingebaut, daß sie bei laufender Abtriebswelle 111 bzw. 121 deren Drehung übertragen, während bei stehender Abtriebswelle 111 bzw. 121 die jeweilige Transmissionswelle 21 bzw. 22 ent­ kuppelt ist und frei drehen kann. Es kann sich um eine Fliehkraftkupplung der in Fig. 5 illustrierten Art, um eine Freilaufkupplung oder um eine Kupplung mit einem Klinkengesperre handeln, wie es ähnlich z. B. in einem Ratschenschlüssel der in Fig. 6 illustrierten Art An­ wendung findet. Die letztere Ausbildung muß dann drei Schaltstellungen ermöglichen, nämlich die Drehmoment­ übertragung in der einen oder anderen Drehrichtung ent­ sprechend der Vorwärts- oder Rückwärtsfahrt und einen entkuppelten Zustand.

Mit den Bremsflanschen 51, 52 wirkt zusammen ein um eine Schwenkachse 72 schwenkbarer Schalthebel 7, der im wesentlichen eine C-Form aufweist, wobei die Enden der Schenkel Bremsklötze 711, 712 tragen oder als solche ausgebildet sind. Mittels eines mittig aufragenden Hand­ griffs kann der Schalthebel 7 verstellt werden, wobei er in einer mittigen, mit ausgezogenen Linien gezeigten Stellung unwirksam ist und in der einen Schwenkstellung sein Bremsklotz 711 mit dem Bremsflansch 51 feststellend zusammenwirkt und in der anderen Schwenkstellung sein Bremsklotz 712 mit dem Bremsflansch 52 feststellend zu­ sammenwirkt.

Es versteht sich, daß der Bremsklotz 711 auch am Ständer­ gehäuse 11 unmittelbar angreifen könnte, wenn dies ge­ eignet ausgebildet ist, und dadurch der Bremsflansch 51 entbehrlich wäre. Auch könnte die Feststellung der bei­ den Abtriebswellen 111, 121 auf andere geeignete Weise, beispielsweise formschlüssig geschehen.

Es ist zu sehen, daß bei festgestellter Ständerabtriebs­ welle 111 die Antriebsleistung des Motors nur über die Überholkupplung 42 auf die Hinterräder übertragen wird (Hinterradantrieb), wobei die Transmissionswelle 21 und damit die Vorderräder frei drehen können. Bei festge­ stellter Läuferwelle 121 wird die Antriebsleistung nur über die Überholkupplung 41 auf die Vorderräder über­ tragen (Vorderradantrieb), wobei die Transmissionwelle 22 und damit die Hinterräder frei drehen können. Befin­ det sich der Schalthebel 7 in seiner mittigen Neutral­ stellung, so verteilt sich das Antriebsdrehmoment ent­ sprechend den Übersetzungsverhältnissen der Differentiale 1D und 2D auf die Vorder- und Hinterräder (Allradan­ trieb).

Das vordere Differential 1D hat eine Paarung von Ritzel­ antriebsrad D3 und Tellerrad D4 mit einem Übersetzungs­ verhältnis von 3 : 1. Das entsprechende Verhältnis beim hinteren Differential 2D beträgt 3 : 2. Wenn der Motor 1 im Betrieb eine Drehzahl (Drehzahldifferenz zwischen Ständer und Läufer) von 9000 min^-1 (U/min) erreicht, so ergeben sich in den drei Schaltstellungen des Schalt­ hebels 7 folgende Fahrzustände:

Befindet sich der Schalthebel 7 in der Neutralstellung, so können beide Abtriebswellen und 111, 121 sich drehen und werden von ihren Überholkupplungen 41, 42 zur Lei­ stungsübertragung eingekuppelt. Bei der sich einstellen­ den Verteilung wird die Ständerabtriebswelle 111 mit 6000 min^-1 drehen und die Läuferwelle 121 mit 3000 min^-1, was angesichts der Gegenläufigkeit die Motordrehzahl von 9000^-1 min ergibt. Angesichts des Übersetzungsverhält­ nisses im Differential 1D ergibt sich dort eine Rad­ drehzahl von 6000·1/3=2000 min^-1 der Vorderräder. Im Differential 2D ergibt sich 3000·2/3=2000 min^-1, also die gleiche Drehzahl für die Hinterräder. Das Fahr­ zeug fährt im Allradantrieb mit langsamster Geschwindig­ keit, wobei 2/3 der Leistung auf die Vorderräder und 1/3 auf die Hinterräder gehen.

Wenn der Schalthebel 7 so verschwenkt wird, daß seine Bremsbacke 712 den Bremsflansch 52 und damit die Läufer­ welle 121 feststellt, wird die Motordrehzahl von 9000 min^-1 nur über die Ständerabtriebswelle 111 zu den Vorderrädern abgegeben. Die Räderdrehzahl wird 9000· 1/3=3000 min^-1 betragen. Das Fahrzeug fährt im 2. Gang mit Vorderradantrieb mit höherer Geschwindigkeit.

Wird die Ständerabtriebswelle 111 festgestellt, so werden die 9000 min^-1 zum Hinterachsdifferential 2D übertragen und ergeben eine Raddrehzahl von 9000·2/3=6000 min^-1, so daß das Fahrzeug mit Hinterradantrieb und mit Höchst­ geschwindigkeit im dritten Gang fährt.

Der erste Gang mit Allradantrieb bietet sich an für das Fahren in schwierigem Gelände, wo geringe Geschwindig­ keit und hohes Drehmoment bei guter Traktion erforder­ lich ist. Der zweite Gang mit Vorderradantrieb ist ge­ eignet zur Beschleunigung und zum Fahren auf kurven­ reichen Strecken. Der dritte Gang mit Hinterradantrieb ist für Höchstgeschwindigkeit bei Geradeausfahrt ge­ eignet.

Bei einer Umsteuerung des Motors 1 zur Drehung im ent­ gegengesetzten Sinne für die Rückwärtsfahrt, etwa durch Umpolung der Speisespannung, liegen die Dinge bei Ver­ wendung von Fliehkraftkupplungen 41, 42 gleich. Werden als Überholkupplungen solche mit Klinkengesperren in der Art von Ratschenschlüsseln gemäß Fig. 6 verwendet, so müssen diese, wie auch Ratschenschlüssel, zur Ände­ rung des Vorzeichens des übertragenden Drehmoments um­ schaltbar sein.

Claims (9)

1. Schaltbarer Antrieb für elektrisch angetriebene Fahr­ zeuge, gekennzeichnet durch einen elektrischen Umlaufmotor (1) mit einer Ständerabtriebswelle (111) und einer Läufer­ welle (121),
je einem Bremsflansch (51, 52) an der Ständerabtriebs­ welle (111) und der Läuferwelle (121), welche mit einem Schalthebel (7) zum schaltbaren Abbremsen der Ständerab­ triebswelle oder der Läuferwelle zusammenwirken,
je eine Überholkupplung (41, 42) am Ende der jeweiligen Abtriebswelle (111, 121), von der je eine Transmissions­ welle (21, 22) zu einem Radantriebsgetriebe (1D, 2D) zum Antrieb verschiedener Räder (81-84) abgeht, wobei die Radantriebsgetriebe (1D, 2D) verschiedene Übersetzungsverhältnisse aufweisen.

2. Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Radantriebsgetriebe Differentialge­ triebe (1D, 2D) sind, deren eines auf die Vorderräder (81, 82) und deren anderes auf die Hinterräder (83, 84) wirkt.

3. Schaltbarer Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Differentialgetriebe (1D) der Vorder­ räder (81, 82) das höhere Untersetzungsverhältnis auf­ weist.

4. Schaltbarer Antrieb nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überholkupplungen (41, 42) Fliehkraftkupplungen sind.

5. Schaltbarer Antrieb nach einem oder mehreren der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ holkupplungen (41, 42) Klinkengesperre mit um- und ab­ schaltbarer Wirkung aufweisen.

6. Schaltbarer Antrieb nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalthebel (7) zur wahlweisen Feststellung einer der Abtriebswellen (111, 121) ein C-förmiger schwenkbarer Bügel ist, dessen Schenkelenden als Bremsklötze (711, 712) wirken und in der entsprechenden Schaltstellung an einen Bremsflansch (51, 52) angedrückt sind.

7. Schaltbarer Antrieb nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer fest im rotierenden Gehäuse (11) eingebaut ist und die Ständerabtriebswelle (111) starr mit diesem ver­ bunden ist.

8. Schaltbarer Antrieb nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch je ein die Abtriebswellen (111, 121) stützendes Lager (16).

9. Schaltbarer Antrieb nach einem oder mehreren der vor­ hergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei das Ständergehäuse (11) des Umlaufmotors (1) umgebende Schleifkontaktringe (141, 142), in die mittels Kohle­ bürsten (13) die Speisespannung eingeleitet wird.