WO2016066848A1 - Antriebsmodul für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit einem solchen antriebsmodul - Google Patents

Antriebsmodul für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit einem solchen antriebsmodul Download PDF

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WO2016066848A1
WO2016066848A1 PCT/EP2015/075359 EP2015075359W WO2016066848A1 WO 2016066848 A1 WO2016066848 A1 WO 2016066848A1 EP 2015075359 W EP2015075359 W EP 2015075359W WO 2016066848 A1 WO2016066848 A1 WO 2016066848A1
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Johann SCHWÖLLER
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Schwöller Johann
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    • B60F5/02—Other convertible vehicles, i.e. vehicles capable of travelling in or on different media convertible into aircraft

Definitions

  • the impellers may have stator arms, which are arranged underneath the rotor blades and profiled.
  • the number of stator rows preferably exceeds the number of rotor blades. However, fewer stator arms may be provided as rotor blades.
  • the number of stator arms thus preferably differs from the number of rotor blades of the impeller to prevent swinging.
  • the stator arms may be profiled so as to substantially completely balance the swirl generated by the rotor blades
  • the impeller may have a rotor with a plurality of rotor blades, wherein the arrival angle of the rotor blades during operation may be variable. In this way it is possible to arbitrarily control the buoyancy and / or propulsion of a single impeller.
  • the vehicle may comprise an internal combustion engine, a generator and a buffer battery or a supercapacitor, wherein in the hubs of the impeller electric motors are arranged, which are supplied via the Pufferakku or the supercapacitor with power.
  • the electric motors can deliver much more power for a short time than can be generated permanently by the generator or the generators or even provide the necessary energy for a safe landing in case of failure of the internal combustion engine.
  • It may be provided a control device by means of which the impeller can be operated with different rotational speeds and / or different inclination angles and / or different angles of attack of the rotor blades.
  • Figure 2 shows the vehicle of Figure 1 in a perspective view, with two
  • Figure 5 shows the vehicle of Figure 1 in a perspective view, wherein four
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the vehicle according to the invention
  • the pivotable impellers 8, 9 are pivotable outwardly to the left and right with respect to the vehicle longitudinal axis 10 laterally next to the chassis 2 by means of the pivoting device 11, that the pivotable impeller 8, 9 adjacent or spaced from the stationary Impeller 7 are arranged ( Figure 6).
  • the fixed impeller 7 are in flight by means of a hydraulic lifting device (not shown) or with spindle devices or the like. a piece raised. The method for transferring the impellers 7, 8 and 9 from a driving operation to a flying operation will be described later in detail.
  • the pivoting device 1 1 may be an electrically, hydraulically, mechanically or pneumatically actuated lever arm.
  • hub motors For driving the wheels hub motors are provided, either two wheel hub motors are provided on the rear wheels and / or the front wheels or, alternatively, four wheel hub motors on all four wheels.
  • stator arms which are already arranged concentrically circumferentially.
  • the stator arms could also be designed such that they completely cover and protect the impellers when driving.
  • the vehicle may have lowerable doors. This allows easy entry and exit while maintaining a higher and larger lateral chassis area. As a result, the vehicle can be easily and stably built at the same time, since the outer contour does not have to be interrupted by large doors.
  • the doors can be locked by means of a locking device (not shown). By means of the locking device, a rigid composite between the doors and the body is formed.
  • the vehicle doors can also be designed as so-called gullwing doors. Due to the special movement upwards or diagonally upwards a collision of the doors with the impellers is avoided, if they are currently in the extended position.
  • the vehicle may have unilateral control (steering wheel, pedal train, etc.).
  • the vehicle has a two-sided control. This has the advantage if the pilot becomes ill, that a second person can take over the control. Even for a training operation such an arrangement makes sense.
  • Such a rotational movement about the vertical axis can also be achieved if the left-handed rotors turn faster and the right-handed rotors slower. Due to the larger counter torque of the left-handed rotors, the vehicle turns to the right.
  • Such a transmission has a multiple gear output and the individual outputs are preferably individually steplessly adjustable.
  • toothed belt or cardan shafts are provided for transmitting the force. These are less lossy than. the power transmission via generators, motor controllers and motors. However, this requires a much higher mechanical complexity.
  • the pivoting means may according to these two embodiments have a corresponding mechanism of shaft and bevel gears for transmitting the force.
  • the redundancy is favored by the provision of an electric motor per drive.
  • the buffer battery or the supercapacitor can be chosen so large that even if the internal combustion engine still enough energy is available to land the vehicle safely.
  • the embodiments explained above have an internal combustion engine.
  • the vehicle exclusively with electric motors, i. without forming an internal combustion engine.
  • the weight saved by eliminating the internal combustion engine and the fuel is preferably used for a large battery and / or a large supercapacitor.
  • the internal combustion engine may be directly connected to the impellers via a mechanical drive train comprising a propeller shaft and / or a toothed belt with or without gears.
  • one of the two drive devices comprises only one impeller and the other drive device comprises two impellers pivotable by means of a pivoting device.

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Abstract

Erfindungsgemäß ist ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Antriebsmodul umfasst zwei Antriebseinrichtungen mit insgesamt zumindest drei Impellern mit Rotorblättern, wobei zumindest zwei der Impeller mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt sind dass zumindest zwei der Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebssteilung einer dieser Impeller im Wesentlichen nebendem anderen anordbar, wobei die Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen.

Description

Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit
einem solchen Antriebsmodul
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsmodul.
Aus der DE 1 020 855 A1 soll ein fahr- und flugfähiges Fahrzeug hervorgehen. Dieses Fahrzeug umfasst einen im Bereich von Vorderrädern angeordneten ersten Im- peller und einen im Bereich von Hinterrädern angeordneten zweiten Impeller. Auf die- se Weise soll ein flugfähiges Fahrzeug, welches zum Senkrechtstarten geeignet ist, bereitgestellt werden.
In der DE 4 203 286 A1 ist ein Flugauto beschrieben. Bei diesem Flugauto ist vorgesehen, dass zumindest eine wurf ringähnliche Tragfläche am Fahrzeug drehbar befes- tigt ist. Durch den von der Tragfläche erzeugten Rückstoß komprimierter Luft soll dieses Fahrzeug flugfähig sein.
Aus der US 6,745,977 B1 geht ein Flugauto hervor, welches einen vorderen und einen hinteren Rotor zum Erzeugen von Auftrieb sowie zwei vertikal angeordnete Roto- ren zum Erzeugen von Vortrieb aufweist.
Ein ähnliches Flugauto ist auch in der DE 20 2012 009 714 U1 offenbart. In der DE 10 214 535 A1 ist eine Antriebsanlage für ein Flugauto beschrieben. Gemäß dieser Antriebsanlage ist vorgesehen, den zum Fliegen notwendigen Schub mittels eines Propellers zu erzeugen, der ein Vielblatt-Mantel propeller ist. Als Motor ist ein Schraubenentspannungsmotor in Kombination mit einem Schraubenverdichter und einer Brennkammer vorgesehen.
In der DE 10 2011 111 740 A1 ist ein straßengeeignetes Flugzeug offenbart. Dieses straßengeeignete Flugzeug umfasst einen Rumpf und zumindest einen ersten und einen zweiten Flügel, die jeweils relativ zum Rumpf zwischen einer Aufbewahrungs- Stellung und einer ausgefahrenen Stellung bewegbar sind. Weiterhin sind Schwenkdüsen vorgesehen, um Luftströme zum Anströmen der Flügel bereitzustellen.
In der DE 2 845 260 ist ebenfalls ein Bodenluftfahrzeug beschrieben. Die oben erläuterten Fahrzeuge weisen meistens einen Rotor bzw. Impeller auf. Das Vorsehen mehrerer Rotoren bzw. Impeller erlaubt im Vergleich zu einer Flügelanordnung oder eines Rotors, wie er von Hubschraubern bekannt ist, eine relativ kompakte Bauweise. In der DE 10 2012 010 937 A1 ist ein Fluggerät beschrieben. Dieses Fluggerät ist vorzugsweise eine unbemannte Drohne für Luftbeobachtungsanwendungen. Das Fluggerät umfasst mindestens einen Antriebsrotor, der zumindest temporär eine horizontale Schubrichtung aufweist und mindestens einen Antriebsrotor, der an einem Schwenkarm befestigt ist und mittels des Schwenkarms von einer ersten Position in eine zweite Position verschwenkbar ist. In der ersten Position erfolgt ein Betrieb des Antriebsrotors mit zumindest vertikaler Schubrichtung und in der zweiten Position liegt der Antriebsrotor an dem Rumpf und/oder an der Tragfläche an oder ist an dem Rumpf und/oder an der Tragfläche aufgenommen, wobei in der zweiten Position kein Betrieb des Antriebsrotors erfolgt. Die Antriebsrotoren können auch als Impeller aus- gebildet sein. Die Antriebsrotoren sind weiterhin an Schwenkarmen gelagert, um sie platzsparend im Raum des Rumpfes oder alternativ auch in den Tragflächen zu verstauen. Weiterhin ist vorgesehen, die Antriebsrotoren nebeneinander anzuordnen, falls diese nicht für den Flugbetrieb benötigt werden. Aus der WO 2008/147 484 A9 geht ein Flugmodul hervor. Dieses Flugmodul ist aus einem Rahmen ausgebildet, an dem beispielsweise acht an Schwenkarmen angeordnete Rotoren vorgesehen sind. Mittels der Schwenkarme lassen sich die Rotoren von einer Ruhestellung in eine Betriebsstellung überführen, wobei die Rotoren in der Ruhestellung eng aneinander anliegend im Rahmen verstaut werden können. Das Flugmodul ist beispielsweise zum Befestigen an Autos, Schiffen, Container oder anderen Elementen vorgesehen, um diese auf dem Luftweg transportieren zu können. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung dieses Flugmoduls ist ein Flugauto offen- bart, bei dem zumindest zwei Impeller übereinander anordbar sind, wobei zwei der Impeller um dieselbe Schwenkachse verschwenkbar sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Antriebsmodul mit Impeller für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Antriebsmodul bereit- zustellen.
Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die in den Patentansprüchen 1 und 7 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß ist ein Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug vorgesehen. Das Antriebsmodul umfasst zwei Antriebseinrichtungen mit insgesamt zumindest drei Impel- lern mit Rotorblättern, wobei zumindest zwei der Impeller mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt sind dass zumindest zwei der Impeller in einer Ausgangsstel- lung sich zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebsstellung einer dieser Impeller im Wesentlichen nebendem anderen anordbar, wobei die Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen.
Das Antriebsmodul kann eine und vorzugsweise zwei Antriebseinrichtungen mit je- weils einem ersten und einem zweiten Impeller umfassen, wobei zumindest einer der beiden Impeller jeder Antriebseinrichtung mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt ist, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebsstellung der eine Impeller im Wesentlichen neben dem anderen anordbar ist.
Vorzugsweise können die zwei Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen.
Dass die zwei Schwenkachsen unterschiedlich voneinander sind, bedeutet, dass diese an unterschiedlichen Orten bzw. beabstandet voneinander angeordnet sind. Unter einem Kraftfahrzeug wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein durch zumindest einen Motor angetriebenes Luft-, Land- oder Wasserfahrzeug verstanden.
Unter einem Impeller wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein von einem ring- bzw. rohrabschnittförmigen Gehäuse umschlossener Rotor (Propeller) verstanden.
In der Betriebsstellung ist der eine Impeller im Wesentlichen neben dem anderen Impeller angeordnet, das bedeutet, dass die impeller derart angeordnet sind, dass sie einander nicht oder nur geringfügig überlappen oder voneinander beabstandet angeordnet sind.
Dadurch, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teilweise oder einander vollständig überdeckend anordbar sind, ist es möglich, ein äußerst kompaktes Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen. Ein derartiges Antriebsmodul lässt sich somit aufgrund seines kompakten Aufbaus äußerst platzsparend in ein Kraftfahrzeug integrieren. Es ist nun nicht mehr notwendig, die äußere Geometrie einer Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere eines Autos, an das Antriebsmodul anzupassen, sondern ein oder mehrere solcher Antriebsmodule können aufgrund ihres kompakten Aufbaus auf einfache Art und Weise in ein Auto mit gewohnter Optik bzw. mit gewohntem Design integriert werden.
Dadurch, dass die Impeller in einer Betriebsstellung mittels der Schwenkeinrichtung nebeneinander anordbar sind, kann die Stabilität eines Fahrzeugs mit einem solchen Antriebsmodul im Flugbetrieb deutlich verbessert werden, da ein ausgeschwenkter Rotor einen größeren Abstand vom Schwerpunkt des Fahrzeugs aufweist. Dies vereinfacht aufgrund des größeren Hebelarms die Steuerung erheblich und ermöglicht einen sicheren Betrieb. Durch das Ausschwenken von zumindest einem Impeller, vorzugsweise von mehreren Impellern kann ein Kraftfahrzeug mit in der Ausgangsstellung kleiner Grundfläche geschaffen werden, das im Vergleich zu herkömmlichen flugfähigen Kraftfahrzeugen eine größere Anzahl an Impellern aufweist. Je größer die Anzahl der Impeller, desto höher ist die Redundanz. Zudem ist ein flugfähiges Kraftfahrzeug mit mehreren Im- pellern einfacher zu steuern bzw. zu lenken, insbesondere wenn die einzelnen Impeller mittels einer Steuereinrichtung unabhängig und unterschiedlich voneinander ansteuerbar sind, das heißt, dass sie entweder mit unterschiedlicher Drehzahl und/oder mit unterschiedlichen Anstellwinkeln bzw. Blattanstellwinkeln und/oder mit unterschiedlichem Neigungswinkel und/oder mit unterschiedlichen Ausschwenkwinkeln ansteuerbar sind.
Dadurch, dass die zwei Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen ist es möglich ein Fahrzeug mit einer ansprechenden Optik auszubilden ohne dass bspw. die Sicht durch eine Schwenkeinrichtung beeinträchtigt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise besteht darin, dass ein seitlicher Zustiegsbereich eines Fahrzeuges frei bleibt und nicht durch ausgeschwenkte Impeller verdeckt wird.
Zudem können die mit einer Schwenkeinrichtung verbundenen Impeller unabhängig voneinander bzw. in voneinander unabhängige Richtungen verschwenkt werden.
Die Impeller können Statorarme aufweisen, die unterhalb der Rotorblätter angeordnet und profiliert sind. Die Anzahl der Statoramre übersteigt vorzugsweise die Anzahl der Rotorblätter. Es können jedoch auch weniger Statorarme als Rotorblätter vorgesehen sein.
Die Anzahl der Statorarme unterscheidet sich somit vorzugsweise von der Anzahl der Rotorblätter des Impellers, um ein Aufschwingen zu verhindern. Die Statorarme können derart profiliert sein, dass sie den durch die Rotorblätter erzeugten Drall im Wesentlichen vollständig ausgleichen
Dadurch, dass die Statorarme profiliert sind bilden diese Führungslamellen aus. Mit- tels der Führungslamellen strömt der von den Rotorblöättern erzeugte Luftstrom im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Impeller ab.
Durch die profilierten Statorarme kann somit der Strömungsdrall nahezu vollständig aus der abströmenden Luft genommen werden. Hierdurch kann jeder Impeller für sich nahezu drehmomentfrei betrieben werden.
Die Steuerung über die Hochachse kann dann mittels einer Steuereinrichtung durch Schwenken der äußeren Rotoren um eine waagrechte Achse in einer Aufhängung erfolgen.
Dies hat den Vorteil, dass die Drehmomente der Impeller nicht durch entgegengesetzt laufende Impeller ausgeglichen werden müssen. Die Drehung um die Hochachse erfolgt dann ausschließlich durch das Neigen der äußeren Impeller. Auch eine seitliche Ablenkung der abströmenden Luft eines vorderen und hinteren internen Im- pellers kann hierfür genutzt werden.
Sollte ein Impeller komplett ausfallen, so muss das Gegendrehmoment nun nicht mehr durch die Reduzierung der gegenläufigen Impeller oder einer Mehrleistung der gleichlaufenden Impeller ausgeglichen werden. D.h. es muss lediglich die Hubkraft des ausgefallenen Impeller s durch die anderen Impeller ersetzt bzw. ausgeglichen werden. Dies kann bspw. durch eine Drehzahlerhöhung und/oder einen veränderten Anstellwinkel der Rotorblätter erfolgen. Auf diese Weise kann ein Fahrzeug mit einem derartigen Antriebsmodul trotz Ausfall eines Impellers sicher gelandet werden. Das Vorsehen von Statorarmen trägt auch dazu bei, dass die Impeller wesentlich gleichmäßiger belastet werden, da nicht permanent durch Drehzahländerungen die Flugrichtung um die Hochachse des Fahrzeuges gesteuert werden muss. Zudem ist eine Steuerung der Hochachse über die neigbaren Rotoren wesentlich schneller, als wenn dies durch das Beschleunigung und Abbremses der Impeller möglich wäre.
Durch die drehmomentfreien Rotoren lässt sich das Fluggerät demnach weiterfliegen, wenn einer der sechs Rotoren ausfällt, da ein Drehmoment eines Rotors nicht durch entgegengesetzt rotierende Rotoren ausgeglichen werden muss.
Vorzugsweise sind die Impeller derart ausgebildet, dass sie sich in einer Ausgangsstellung vollständig überdecken. Weiterhin sind die Impeller in der Ausgangsstellung in etwa waagrecht angeordnet.
In der Betriebsstellung ist der mit der Schwenkeinrichtung gekoppelte Impeller waagrecht anordbar, um Auftrieb zu erzeugen und/oder mittels einer Neigeeinrichtung um die waag rechte Achse neigbar, um Vortrieb erzeugen zu können.
Zusätzlich zur Neigeeinrichtung oder alternativ kann eine Anstellwinkelverstelleinrichtung vorgesehen sein, mittels der der Anstellwinkel der Rotorblätter verstellbar ist.
Der Impeller kann einen Rotor mit mehreren Rotorblättern aufweisen, wobei der An- Stellwinkel der Rotorblätter während des Betriebes veränderbar sein kann. Auf diese Weise ist es möglich, den Auftrieb und/oder Vortrieb eines einzelnen Impellers beliebig zu steuern.
Beide oben genannten Faktoren tragen erheblich dazu bei, die Manövrierfähigkeit im Flugbetrieb zu erhöhen. Die Impeller erzeugen dann nicht oder nur teilweise den erforderlichen Auftrieb, sondern dienen auch zur Aufrechterhaltung einer Vorwärtsbewegung. So ist es möglich, einen Reiseflug auszubilden, ohne dass das Kraftfahrzeug selbst sich neigt. Weiterhin ist es auch bei einem geringen Platzangebot im Fahrzeug möglich, mehrere übereinander angeordnete Impeller in einem Antriebsmodul vorzusehen, um einen größeren Auftrieb zu erzeugen. Somit können auch drei oder mehr Impeller übereinander angeordnet sein, wobei ein Impeller vorzugsweise ortsfest angeordnet ist, d.h. in seiner Anordnung in der horizontalen Ebene ortsfest ist, wobei die anderen, impeller mittels der Schwenkeinrichtung schwenkbar sind.
Es kann auch vorgesehen sein, dass alle Impeller einer Antribseinrichtung mit einer Schwenkeoinrichtung versehen sind und demgemäß schwenkbar und zumndest teilweise außerhalb eines Fahrzeuges anordbar sind. Vorzugsweise kann jede Antriebseinrichtung drei übereinander angeordnete Impeller aufweisen, wobei der unterste Impeller ortsfest und an- bzw. absenkbar ausgebildet ist und die beiden darüber liegenden Impeller mittels der entsprechenden Schwenkeinrichtungen anheb-, schwenk- und absenkbar ausgebildet sind. Durch das Vorsehen von sechs oder acht oder mehr Impellern für den Flugbetrieb kann das Fahrzeug weiterhin stabil fliegen, auch wenn einer der Impeller ausfällt. Dies ist grundsätzlich, auf Grund der vorstehend genannten Eigenschaften, auch mit vier Impellern möglich. Auch der ortsfeste Impeller kann mittels einer Stelleinrichtung frei im Raum schwenkbar und/oder anhebbar sein. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass das ringförmige Gehäuse des Impellers um zwei in einer waagrechten Ebene senkrecht zueinander angeordnete Achsen beispielsweise mittels eines Kardanmechanismus schwenkbar gelagert ist. Das ringförmige Gehäuse kann über drei Spindeln oder Hydraulikzylinder an drei Randpunkten verschieden hoch angehoben werden. Hierdurch wird zusätzlich zur Hebefunktion auch eine Schwenkfunktion in alle Achsen erreicht.
Alternativ kann, zusätzlich oder anstatt der Schwenkung des gesamten ortsfesten Impellers und/oder an Stile der der Statorarme, die Abstrahlrichtung mittels einer ver- stellbaren Lamelleneinrichtung verändert werden, die unterhalb des ortsfesten Impellers angeordnet ist. Auf diese Weise können ebenfalls seitliche Schubkräfte zur Steuerung eines Fahrzeugs bereitgestellt werden. Als Antrieb kann vorzugsweise in der Propellernabe ein Elektromotor, wie z.B. ein bürstenloser Außenläufer oder auch ein Innenläufer mit Getriebe, vorgesehen sein. Vorteilhaft bei der Ausführung des Elektromotors als bürstenloser Außenläufer ist, dass kein Getriebe notwendig ist und somit keine diesbezüglichen Wartungsarbeiten anfallen.
Ein Impeller kann drei Rotorblätter und fünf Statorarme bzw. fünf Rotorblätter und sieben Statorarme bzw. sieben Rotorblätter und elf Statorarme aufweisen. Die Anzahl der Rotorblätter und der Statorarme bzw. Statorblätter sollte derart gewählt werden, dass Schwingungsüberlagerungen verhindert werden.
Anstelle des Elektromotors kann auch vorgesehen sein eine mechanische Kraftübertragung vom Motor über Gelenkwellen und/oder Zahnriemen auszuführen. Weiterhin ist erfindungsgemäß ein Fahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul vorgesehen.
Vorzugsweise kann das Fahrzeug zwei Antriebsmodule aufweisen. Ein Fahrzeug mit zwei Antriebsmodulen weist sechs Impeller auf, um den Flugbetrieb sicherzustellen. Diese sind aufgrund der kompakten Ausbildung des Antriebsmoduls äußerst platzsparend in das Fahrzeug integrierbar.
Das Fahrzeug kann zwei Vorderräder und zwei Hinterräder aufweisen, wobei jeweils zumindest ein und insbesondere zwei Antriebsmodule im Bereich der Vorderräder und im Bereich der Hinterräder angeordnet sein können.
Das Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor, einen Generator und einen Pufferakku bzw. einen Superkondensator umfassen, wobei in den Naben der Impeller Elektromotoren angeordnet sind, die über den Pufferakku bzw. den Superkondensator mit Strom versorgt werden. Mittels des Pufferakkus können die Elektromotoren kurzzeitig wesentlich mehr Leistung abgeben, als vom Generator bzw. den Generatoren dauerhaft erzeugt werden kann oder aber auch bei Ausfall des Verbrennungsmotors die notwendige Energie für eine sichere Landung bereitstellen. Es kann eine Steuervorrichtung vorgesehen sein, mittels der die Impeller mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Neigungswinkeln und/oder unterschiedlichem Anstellwinkeln der Rotorblätter betrieben werden können.
Somit ist der Auf- und/oder der Vortrieb der einzelnen Impeller beliebig steuerbar.
Auf diese Weise wird auch eine Redundanz bereitgestellt, da der Ausfall eines einzelnen Impellers durch Verstellung der Drehgeschwindigkeiten und/oder Anstellwinkel der Rotorblätter und/oder der Neigung der anderen Impeller kompensiert werden kann.
Zudem können die Impeller durch die Schwenkeinrichtung in verschiedenen, auch asymmetrischen Positionen einer horizontalen Fahrzeugebene anordbar sein. Auf diese Weise kann auf einen veränderten Fahrzeugschwerpunkt reagiert werden. Eine Veränderung des Fahrzeugschwerpunktes kann durch ungleichverteilte Beladung oder unterschiedliches Gewicht der Fahrzeuginsassen entstehen.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Fahrzeug einen Fallschirm bzw. ein Gesam- trettungssystem aufweisen, falls der Antrieb ausfällt.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebsmoduls können an statt der Impeller (mit Gehäuse) auch Propeller bzw. Luftschrauben bzw. Rotoren (ohne Gehäuse) vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Diese zeigen in:
Figur 1 ein erfindungsgemäßes Fahrzeug mit zwei Antriebsmodulen in einer perspektivischen Ansicht im Fahrbetrieb ohne Chassis,
Figur 2 das Fahrzeug aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei zwei
Impeller angehoben und halb ausgeschwenkt dargestellt sind, Figur 3 das Fahrzeug aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei Impeller im vollständig ausgeschwenkten Zustand dargestellt sind, Figur 4 das Fahrzeug aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei zwei
Impeller im vollständig ausgeschwenkten Zustand dargestellt sind und zwei Impeller im angehobenen Zustand dargestellt sind,
Figur 5 das Fahrzeug aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei vier
Impeller im vollständig ausgeschwenkten Zustand dargestellt sind,
Figur 6 das Fahrzeug aus Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht, wobei die vier herausgeschwenkten Impeller im vollständig abgesenkten Zustand dargestellt sind,
Figur 7 eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges mit
Lamelleneinrichtungen ohne Chassis,
Figur 8 das Fahrzeug aus Figur 7 in einer Draufsicht von oben,
Figur 9 die Lamelleneinrichtungen des Fahrzeuges in einer Seitenansicht im
Fahrbetrieb,
Figur 10 die Lammelleneinrichtungen in einer seitlichen Ansicht beim Starten o- der im Schwebeflug des Fahrzeugs,
Figur 11 die Lamelleneinrichtungen sowie die nach vorne geneigten Impeller in einer seitlichen Darstellung im Flugbetrieb, Figur 12 eine weitere Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges in einem
Vorwärts-Flug betrieb in einer perspektivischen Ansicht, eine weitere Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeuges in einer perspektivischen Ansicht im Flugbetrieb beim Ausführen einer Richtungsänderung, das erfindungsgemäße Fahrzeug im Betriebszustand aus Figur 13 in einer seitlichen Ansicht, das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht beim Ausführen einer Richtungsänderung, das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht mit Karosserie, die Darstellung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs aus Figur 16 mit abgesenkten Türen, das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht mit Abdeckeinrichtungen zum oberseitigen Überdecken der Antriebsmodule, das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer Draufsicht von oben wobei die Impeller entsprechend einem verlagerten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind, das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer Draufsicht von oben wobei die Impeller entsprechend einem verlagerten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind, das erfindungsgemäße Fahrzeug in einer Draufsicht von oben wobei die Impeller entsprechend einem verlagerten Schwerpunkt des Fahrzeugs angeordnet sind eine alternative Ausführungsform einer geöffneten Abdeckeinrichtung samt Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht, Figur 23 die Abdeckeinrichtung aus Figur 21 im geschlossenen Zustand samt Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht, Figur 24 eine alternative Anordnung eines Antriebs samt Fahrzeug in einer perspektivischen Ansicht, und
Figur 25 die Anordnung aus Figur 24 in einer Draufsicht von oben. Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 umfasst ein Chassis 2 mit zwei Vorderrädern 3 und zwei Hinterrädern 4 und einem erfindungsgemäßen Antriebsmodul 6 mit zwei Antriebseinrichtungen 35 (Figuren 1 bis 21 ).
Im zentralen Bereich des Chassis 2 ist ein Fahrgastraum 5 ausgebildet.
Im Bereich zwischen den Vorderrädern 3 und dem Fahrgastraum 5 sowie im Bereich zwischen den Hinterrädern 4 und dem Fahrgastraum 5 ist jeweils eine Antriebseinrichtung 35 angeordnet. Eine jedes Antriebseinrichtung 35 umfasst einen ersten ortsfesten Impeller 7 und zwei darüber angeordnete schwenkbare Impeller 8, 9.
Die Impeller sind im Fahrbetrieb in einem im Fahrzeug ausgebildeten Impellerschacht 36, 37 angeordnet. Dieser Impellerschacht bzw. dessen obere Öffnung ist im Fahrbe- trieb oberseitig mittels einer Abdeckeinrichtung 37 abdeckbar.
Während des Fahrbetriebes ist die obere Öffnung des Impellerschachtes geschlossen, um die Impeller vor Beschädigungen z.B. durch Steinschlag zu schützen. Die Abdeckeinrichtung kann als flexible oder starre zusammenlegbare Abdeckung aus- gebildet sein (Figur 18). Grundsätzlich ist auch eine gitterartige Abdeckung möglich, die im Flugbetrieb den ortsfesten Impeller abdeckt und bspw. vor Vögeln oder dergleichen schützt. Eine solche Abdeckung muss derart ausgebildet sein, dass noch ausreichen Luft für den Impeller zur Verfügung steht, um den für den Flugsbetrieb notwendgen Auftrieb zu sorgen.
Vorzugsweise weist die Abdeckeinrichtung elektrisch betätigbare Jaluosielamellen auf, die im Flugbetrieb in Fahrzeuglängsrichtung 10 hinter dem vorderen Impeller- schacht 36 und vor dem hinteren Impellerschacht 37 zusammenrollbar sind. Alternativ können die Jalousielamellen auch durch verdrehen um deren Längsachse in eine geöffnete und geschlossene Stellung gebracht werden Ein schwenkbarer Impeller 8 ist zum linksseitigen Ausschwenken bzgl. einer Fahrzeuglängsachse 10 und ein schwenkbarer Impeller 9 ist zum rechtseitigen Ausschwenken bzgl. einer Fahrzeuglängsachse 10 ausgebildet.
Die schwenkbaren Impeller 8, 9 sind jeweils mit einer Schwenkeinrichtung 11 derart gekoppelt, dass die schwenkbaren Impeller 8, 9 in einer Ausgangsstellung 12 bzw. in einem Fahrbetrieb den ortsfesten Impeller 7 vollständig überdeckend angeordnet sind (Figur 1 ).
Das bedeutet, in der Ausgangsstellung 12 fluchten die Drehachse 13 des ortsfesten Impellers und die Drehachsen 14 der schwenkbaren Impeller 8, 9.
Die Dreh- bzw. Schwenkachsen 13, 14 stehen somit senkrecht auf der Fahrzeuglängsachse 10 und einer horizontalen Fahrzeugebene (bzw. einer Zeichenebene), wobei die Schwenkachsen 13, 14 versetzt zueinander angeordnet sind.
Die Impeller 7, 8, 9 weisen einen Rotor 17 sowie ein rohrförmiges Gehäuse 18 auf. Der Rotor 17 umfasst vorzugsweise drei Rotorblätter 19, die mit einer Nabe 20 verbunden sind. Es können auch zwei, vier, fünf, oder mehr Rotorblätter vorgesehen sein.
Die Rotorblätter 19 sind bzgl. ihres Anstellwinkels entweder starr oder im Anstellwinkel mittels einer Anstellwinkelverstelleinrichtung (nicht dargestellt) verstellbar mit der Nabe 20 verbunden. Als Anstellwinkelverstelleinrichtung ist z.B. ein mit einem Getriebe gekoppelter Elektromotor vorgesehen.
Die Naben 20 der Impeller 7, 8, 9 weisen Elektromotoren (nicht dargestellt) auf, um die Impeller 7, 8, 9 in eine Drehbewegung um Ihre Drehachsen 13, 14 zu versetzen. Die Elektromotoren sind vorzugsweise als bürstenlose Außenläufer ausgebildet und werden von einem nachfolgend beschriebenen Antrieb mit elektrischer Energie versorgt. Ein Impeller 7, 8, 9 mit Rotor, rohrförmigem Gehäuse, Nabe und Elektromotor weist eine Höhe von in etwa 10 bis 20 cm auf.
Unterhalb der Rotorblätter 19 sind orstfeste Statorarme 37 angeordnet die mit dem Gehäuse verbunden sind. Die Statorame 37 sind derart profiliert bzw. ausgebildet, dass der Drall des von den Rotorblättern erzeugten Luftstromes im Wesentlichen ausgeglichen wird. Das bedeutet der Luftstrom bzw. der Schub eines Impellers ist im Wesentlichen parallel zur Drehachse der Rotorblätter.
Die profilierten Statorarme 37 bilden somit umlaufende Führungslamellen aus. Die Anzahl der Statorarme übersteigt die Anzahl der Rotorblätter vorzugsweise zumindest um eins.
In einer Betriebsstellung 16 bzw. im Flugbetrieb sind die schwenkbaren Impeller 8, 9 links und rechts bzgl. der Fahrzeuglängsachse 10 seitlich neben das Chassis 2 mit- tels der Schwenkeinrichtung 11 derart ausschwenkbar, dass die schwenkbaren Impeller 8, 9 neben bzw. beabstandet vom ortsfesten Impeller 7 angeordnet sind (Figur 6). Die ortsfesten Impeller 7 sind im Flugbetrieb mittels einer hydraulischen Hebeeinrichtung (nicht dargestellt) oder mit Spindeleinrichtungen odgl. ein Stück angehoben. Das Verfahren zum Überführen der Impeller 7, 8 und 9 von einem Fahrbetrieb in einen Flugbetrieb wird später noch detailliert beschrieben. Die Schwenkeinrichtung 1 1 (nicht näher dargestellt) kann ein elektrisch, hydraulisch, mechanisch oder pneumatisch betätigbarer Hebelarm sein. Vorzugsweise umfasst die Schwenkeinrichtung eine Spindelantriebseinrichtung und/oder eine Hydraulikzylindereinrichtung zum Anheben, Heraus- bzw. Hereinschwenken und Absenken der mit der Schwenkeinrichtung 11 gekoppelten Impellers 8, 9, wobei der Hebelarm in einer entsprechenden Führungskulisse (nicht dargestellt) geführt werden kann.
Das Anheben und Absenken des Hebelarms in vertikaler Richtung kann bspw. mittels einer Hydraulikzylindereinrichtung oder einem Spindelantrieb erfolgen. Diese Linear- bewegung in vertikaler Richtung kann von einer vertikalen Linearführung der Führungskulisse geführt werden.
Das Heraus- und Hereinschwenken kann bspw. mittels einer Spindelantriebseinrichtung erfolgen. Diese Bewegung in kann ebenfalls von der Führungskulisse geführt werden.
Je nach Ausbildung der Schwenkeinrichtung 11 kann auf die Führungskulisse verzichtet werden, wobei dann eine Hydraulikzylindereinrichtung und/oder eine Spindelantriebseinrichtung und/oder ein Schneckenantrieb selbst die Führung des Hebel- arms übernimmt.
Zusätzlich zur Schwenkeinrichtung 1 1 kann eine Neigeeinrichtung 21 (nicht näher dargestellt) vorgesehen sein, die ausgebildet ist, um die schwenkbaren Impeller 8 um eine waagrechte Neigeachse, insbesondere in etwa senkrecht zu einer Längsachse 10 bzw. -Richtung des Fahrzeugs 1 stehende Neigeachse 22, zu neigen. Die Neigeeinrichtung 21 kann als Schnecken- oder Spindeltrieb ausgebildet sein. Alternativ kann die Neigeeinrichtung 21 mittels Hydraulikzylinder oder hydraulischem Servoantrieb ausgebildet sein. Weiterhin umfasst das Fahrzeug einen Antrieb. Der Antrieb umfasst einen Verbrennungsmotor 23, einen Generator 24 und einen Pufferakku 25. Dieser Antrieb kann im Bereich zwischen den Vorderrädern, im Bereich zwischen den Hinterrädern, im Bereich zwischen den hinteren Antriebsmodulen und dem Fahrgastraum, im Bereich zwischen den vorderen Antriebsmodulen und dem Fahrgastraum oder auch unter den Antriebsmodulen angeordnet sein. Für einen redundaten Antrieb ist auch die Anordnung zweier Verbrennungsmotoren seitlich außerhalb des Fahrgast-Fußbereiches möglich.
Der Motor (bzw. die Motoren) 23 ist vorzugsweise ein Flugmotor mit in etwa 150 bis 200 PS.
Der Pufferakku 25 kann auch als Superkondensator ausgebildet sein.
Weiterhin ist ein Tank 26 vorgesehen. Der Tank 26 ist im Fahrzeugschwerpunkt angeordnet, wodurch es bei veränderlichem Kraftstoffvolumen kaum zu Schwerpunktsveränderungen bzw. Lastigkeitsänderungen kommt. Der Tank kann auch in zwei o- der mehr getrennte Bereiche unterteilt sein bzw. es können alternativ mehrere Tanks vorgesehen sein, so dass sich Lastigkeitsänderungen um die Längsachse durch unterschiedliche Befüllung ausgleichen lassen (z.B.) beim Betrieb mit nur einer Person.
Das Fahrzeug 1 kann ein oder mehrere Gepäckfächer aufweisen. Weiterhin weist das Fahrzeug eine Steuereinrichtung (nicht dargestellt) auf, mittels der die Impeller 7, 8, 9 mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Neigungswinkeln und/oder unterschiedlichen Anstellwinkeln der Rotorblätter betrieben werden können. Zudem kann die Steuereinrichtung anhand von Parametern wie beispielsweise der Füllmenge des Tankes, dem Gewicht des Gepäcks und auch in welchem Gepäckfach das Gepäck angeordnet ist derart ausgebildet sein, dass sie den Fahrzeugschwerpunkt errechnet und die Impeller entsprechend in der Fahrzeugebene anordnet. Die Steuereinrichtung kann einen Ortsmesser, wie z. B. einen GPS-Sensor, aufweisen, der entsprechende Ortssignale empfängt. Die Steuereinrichtung kann anhand der Ortssignale sowie durch entsprechende Lage- und Beschleunigungssensoren die Höhe, die Richtung und die Geschwindigkeit durch individuelles Ansteuern der einzelnen Impeller bzgl. Drehgeschwindigkeit und/oder Neigung und/oder Anstellwinkel steuern.
Weiterhin weist das erfindungsgemäße Fahrzeug ein in Axial richtung 29 eines Lenk- gestänges verschiebbares Steuerrad 27 auf. Im Fahrbetrieb ist das Steuerrad 27 in axialer Richtung blockiert. Auf diese Weise kann das Steuerrad 27 genau wie bei einem Auto zum Lenken des Fahrzeugs im Fahrbetrieb verwendet werden.
Im Flugbetrieb dient das Steuerrad durch Schieben bzw. Ziehen in und entgegen der Axialrichtung 29 des Lenkgestänges zum Steuern um die Querachse 28 des Fahrzeugs sowie durch Drehen am Steuerrad zum Steuern um die Längsachse 10 des Fahrzeugs. Auf diese Weise ist das Fahrzeug 1 ähnlich einem Flugzeug mit Steuerhorn steuerbar. Eine Pedalerieeinrichtung 30 des Fahrzeugs umfasst vier Pedale 31 , 32, 33, 34. Im Fahrbetrieb dienen die beiden mittleren Pedale 32, 33 zum Beschleunigen und zum Bremsen des Fahrzeugs, wobei ähnlich einem herkömmlichen Auto das mittlere rechte Pedal 33 das Gaspedal ausbildet und das mittlere linke Pedal 32 das Bremspedal ausbildet. Auf diese Weise ist das erfindungsgemäße Fahrzeug 1 im Fahrbetrieb wie jedes andere Auto mit Automatikgetriebe fahrbar.
Weiterhin ist ein linkes und ein rechtes Pedal 31 , 34 vorgesehen. Im Flugbetrieb ist das linke Pedal 31 zum Linksherumdrehen und das rechte Pedal zum Rechtsherumdrehen des Fahrzeugs um eine senkrecht auf der horizontalen Fahrzeugebene 15 stehende Hochachse 35 ausgebildet. Somit ist die Konfiguration der Pedalerie des linken und des rechten Pedals 31 , 34 exakt wie bei einem Hubschrauber ausgebildet.
Im Flugbetrieb sind die mittleren Pedale 32, 33 bzw. das Gas- und das Bremspedal zum Regulieren der Fluggeschwindigkeit vorgesehen. Beim Druck auf das Gaspedal beschleunigt das Fluggerät in der Luft, beim Druck auf das Bremspedal wird die Geschwindigkeit reduziert. Zusätzlich kann die Steuerung ein Steuerhorn umfassen, womit die Quer- und Längsachse steuerbar ist. Mit einem zweiten Steuerhorn wird die Vertikalsteuerung, also das Steigen und Sinken des Fluggerätes gesteuert. Durch diese Steuerung ist das Fluggerät wie ein Hubschrauber zu steuern. Anstatt der beiden seitlichen Pedale kann die Gierfunktion um die Hochachse (auch YAW-Funktion genannt) auch durch eine seitliche Bewegung des Pitch-Steuerhorns erfolgen.
Zum Antreiben der Räder sind Radnabenmotoren vorgesehen, wobei entweder zwei Radnabenmotoren an den Hinterrädern und/oder den Vorderrädern vorgesehen sind oder alternativ auch vier Radnabenmotoren an allen vier Rädern.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges 1 weisen die Antriebsmodule unterseitig eine Lamelleneinrichtung 38 zum Abdecken des Impellerschachtes 36 auf.
Die Lamelleneinrichtungen 38 umfasst mehrere parallel zueinander angeordnete und mittels eines Elektromotors (nicht dargestellt) um eine Fahrzeugquerachse verstell- bzw. drehbare Lamellen 39. Im Fahrbetrieb sind die Lamellen 39 horizontal angeordnet und schützen die Impeller 8, 9 vor Beschädigung durch Steinschlag oder dergleichen (Figur 8 und 9).
Im Schwebeflug sind die Lamellen senkrecht stehend geöffnet (Figur 10 und 13). Im Vorwärtsflug sind die Lamellen derart geschwenkt, dass eine Ausblasrichtung nach unten und hinten erfolgt (Figur 11 und 13). Hierdurch wird Vortrieb erzeugt. Gleichzeitig können die außen liegenden Impeller nach vorne geneigt werden, wodurch auch diese einen Vortrieb für den Flug erzeugen. Das Schwenken der Lamellen sowie das Neigen der Impeller ermöglicht einen Vorwärtsflug, ohne dass das gesamte Fahrzeug nach vorne geneigt werden muss. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Benutzer in einer Normalposition sitzt und zum anderen durch die waagrechte Flugstellung der Luftwiderstand des Fahrzeuges 1 minimiert wird. Diese Lamellen können parallel in einem bestimmten Winkel zum Fahrzeug angeordnet sein und neben der Richtungssteuerung auch durch querdrehen den Impeller von unten schützen. Es können aber auch zentrisch umlaufend angeordnete Lamellen angeordnet sein, die gleichzeitig die Funktion der Statorarme und somit die Ausrichtung des Luftstrahls als auch die untere Verschließung des Impellers zum Schutz des Impellers übernehmen, indem diese quer gedreht werden. Die zentrisch umlaufenden Lamellen schützen den Impeller im Fahrbetrieb und in geöffnetem Zustand (gedreht) übernehmen sie die gerade Ausrichtung des Luft- strahls.
Durch den unterhalb des Rotors angeordnete Lamellen kann die Abstrahlrichtung der Luft schräg abgeleitet werden, wodurch ebenfalls seitliche Kräfte genutzt werden können.
Im Fahrbetrieb schützen die geschlossenen Lamellen die Rotoren vor Straßenstaub und Steinschlag.
Gleiches gilt für die Statorarme, die bereits zentrisch umlaufend angeordnet sind. Auch die Statorarme könne derart ausgebildet sein, dass sie die Impeller im Fahrbetrieb vollständig abdecken und schützen. Weiterhin kann das Fahrzeug absenkbare Türen aufweisen. Dies ermöglicht ein einfaches Ein- und Aussteigen bei Beibehaltung einer höheren und größeren seitlichen Chassisfläche. Hierdurch kann das Fahrzeug leicht und gleichzeitig stabil aufgebaut werden, da die Außenkontur nicht durch große Türen unterbrochen werden muss. Weiterhin sind die Türen mittels einer Verriegelungseinrichtung (nicht dargestellt) ver- riegelbar. Mittels der Verriegelungseinrichtung wird ein steifer Verbund zwischen den Türen und der Karosserie ausgebildet. Die Fahrzeugtüren können auch als sogenannte Flügeltüren ausgebildet sein. Durch die besondere Bewegung nach oben oder schräg oben wird eine Kollision der Türen mit den Impellern vermieden, wenn sich diese gerade in ausgefahrener Position befinden.
Weiterhin kann das Fahrzeug einzelne Windschutzscheiben für jeden Benutzer aufweisen.
Weiterhin kann das Fahrzeug eine durchgehende Windschutzscheibe aufweisen. Durch die durchgehende Windschutzscheibe kann das Fahrzeug mit einem Verdeck ausgerüstet werden, das den Fahrgastraum gegen Regen und Witterung schützt. Zudem kann die durchgehende Windschutzscheibe vom Benutzer einfach gegen zwei Einzelscheiben getauscht werden. Die Windschutzscheibe kann auch komplett abnehmbar ausgebildet sein, wodurch ein Fahr- und/oder Flugbetrieb ohne Windschutzscheibe ermöglicht wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform können die ortsfesten Impeller auch mit einer Schwenkeinrichtung versehen und somit schwenkbar ausgebildet sein.
Im Folgenden wird das Verfahren zum Überführen der Impeller 7, 8 und 9 von einem Fahrbetrieb in einen Flugbetrieb detailliert beschrieben (Figuren 1 bis 6).
Der vordere und hintere Impellerbereich kann abgedeckt sein. Diese Abdeckung kann entweder manuell entfernt werden oder durch eine Mechanik derart verschwenkt werden, dass das Ausfahren der Impeller ermöglicht wird.
Die Hub- und die Schwenkeinrichtung kann als integraler Hub- und Schwenkmechanismus ausgebildet sein. Mittels dieses Hub- und Schwenkmechanismus wird ein linksseitiger und ein rechtsseitiger Impeller 8, 9 mit einem Dreharm senkrecht nach oben aus dem jeweiligen Impellerschacht gehoben (Figur. 1 ). Diese Hubbewegung kann mittels Spindel-, Hydraulik- oder Pneumatikelementen o- der mit einem anderen Antrieb erfolgen und wird vorzugsweise von einer Kulisse linear in vertikaler Richtung geführt. Nach dem Hochfahren werden der linksseitige und der rechtsseitiger Impeller 8, 9 nach außen geschwenkt (Figur. 1 und 2). Das Herausschwenken wird vorzugsweise von einer Kulisse und/oder der Schwenkeinrichtung selbst geführt
Dies kann mittels Hebelantrieb, Schneckengetriebe hydraulisch oder manuell oder ähnlichem erfolgen.
Im ausgeschwenktem Zustand werden der linksseitige und der rechtsseitiger Impeller 8, 9 vorzugsweise wieder heruntergefahren, um dem Benutzer eine gute Sicht zu ermöglichen (Figur 6). Diese Bewegung kann auch von der Kulisse geführt werden.
Zudem werden die ortsfesten Impeller 7 ein Stück angehoben, wodurch sich beim Start ein höherer Abstand zur Bodenfläche ergibt. Danach werden die Lamellen senkrecht gestellt. Durch das Anheben des Rotors haben die Lamellen erst Platz, um in die Senkrechte geschwenkt werden zu können. D.h. im geschlossenen Zustand kann der ortsfeste Rotor direkt über die waagrecht liegenden Lamellen abgesenkt werden.
Es kann entweder vorgesehen sein, dass alle Impeller herausgeschwenkt und anschließend abgesenkt werden, oder, dass die Impeller nacheinander einzeln oder paarweise herausgeschwenkt und sofort abgesenkt werden.
Dieser Vorgang wird dann entsprechend für den anderen linksseitigen und den anderen rechtsseitigen Impeller 8, 9 wiederholt. Dann ist der Flug betrieb erreicht.
Nachdem die Impeller die Flugposition erreicht haben, wird die weggeschwenkte luft- durchlässige Abdeckung wieder geschlossen. Diese Abdeckung kann als Gitter, als Lamellenkonstruktion oder ähnlich ausgeführt werden. Wird diese Abdeckung als verstellbare Lamellenkonstruktion ausgebildet, so kann diese für den Fahrbetrieb geschlossen werden.
Nach der Landung, wenn der Fahrbetrieb gewünscht ist, wird das Ganze vorstehend beschriebene Verfahren entsprechend in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt.
Das Fahrzeug kann eine einseitige Steuerung (Steuerrad, Pedallerie, usw.) aufweisen. Vorteilhafterweise weist das Fahrzeug eine beidseitige Steuerung auf. Dies hat den Vorteil wenn der Pilot erkrankt, dass auch eine zweite Person die Steuerung übernehmen kann. Auch für einen Schulungsbetrieb ist eine derartige Anordnung sinnvoll.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Steuern des Fahrzeugs bzw. zum Ausführen einer Drehung um die Hochachse im Flugbetrieb beschrieben.
Eine Rechtsdrehung des Fahrzeuges kann dadurch erfolgen, dass die linksseitigen Impeller 8 nach vorne geneigt werden und die rechtsseitigen Impeller 9 nach hinten geneigt werden (Figuren 13 bis 15). Auf diese Weise dreht sich das Fahrzeug 1 um die Hochachse nach rechts.
Entsprechend umgekehrt kann eine Fahrzeugdrehung um die Hochachse nach links ausgeführt werden.
Eine solche Drehbewegung um die Hochachse kann auch erreicht werden, wenn die linksdrehenden Rotoren schneller und die rechtsdrehenden Rotoren langsamer drehen. Durch das größere Gegendrehmoment der linksdrehenden Rotoren dreht sich das Fahrzeug nach rechts.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Rotoren in den Impellern abwechselnd als links- und rechtsdrehende Rotoren ausgebildet sind. Bei gleicher Drehzahl der Rotoren gleichen sich die Gegendrehmomente der Rotoren aus und das Fahrzeug bleibt um seine Hochachse stehen. Beim Neigen z.B. nach links drehen die Rotoren auf der rechten Seite schneller, die Rotoren auf der linken Seite des Fahrzeuges langsamer. Dadurch neigt sich das Fahrzeug nach links. Nach vor und zurück funktioniert dies nach dem gleichen Prin- zip.
Durch diese Steuerungsmöglichkeiten braucht man keine kollektive und zyklische Blattverstellung an den Rotoren wie sie ein Hubschrauber benötigt. D.h. die Rotoren bestehen nur aus einem Elektromotor und einem fixen Propeller. Hierdurch wird ein geringer Wartungsaufwand und eine hohe Lebensdauer der Antriebe erzielt.
Im Folgenden wird ein Verfahren zum Trimmen der Impeller 7, 8 und 9 in einen Flugbetrieb beschrieben (Figuren 19 bis 21 ). Beim Trimmen erfolgt eine Verschiebung eines Auftriebsmittelpunktes weg von der Fahrzeugmitte. Hierdurch können Lastigkeitsänderungen, die sich durch unterschiedliche Pilotengewichte, Beladungen, unterschiedliche Treibstoffmengen in den Tanks, usw. ausgeglichen werden, ohne dass die Rotoren mit unterschiedlicher Drehzahl oder unterschiedlichen Anstellwinkeln betrieben werden müssen.
Wenn z.B. die rechtseitigen Impeller 8 möglichst nahe an das Chassis geschwenkt und die linksseitigen Rotoren möglichst weit vom Chassis weg geschwenkt sind wandert der Auftriebsmittelpunkt aller Rotoren nach links, wodurch das Fahrzeug nach rechts getrimmt wird (Figur 19).
Wenn z.B. die linksseitigen Impeller 9 nach außen bzw. weg von der Fahrzeuglängsachse 10 geschoben und die rechtseitigen Impeller 8 möglichst nahe an das Chassis geschoben sind verschiebt sich der Auftriebsmittelpunkt nach links gertrimmt wird (Figur 20). Dies bedarf zwar etwas mehr mechanischen Aufwand, allerdings kann hierdurch eine größere Verlagerung des Auftriebsmittelpunktes erreicht werden. Das Verschieben der Impeller 8, 9 kann durch lineares Bewegen der Schwenkachsen erreicht werden. Es kann auch vorgesehen sein, die Schwenkachsen selbst mit einer Exzenterlagerung auszuführen. Bei einer Drehung der Achse ist dann die Achsenposition und somit die seitliche Anordnung des Impellers veränderbar.
Wenn die vorderen und hinteren Impeller 8, 9 des vorderen und des hinteren Antriebsmoduls nach vorne geschwenkt sind wird der Auftriebsmittelpunkt nach vorne geschoben, wodurch sich eine Trimmwirkung z.B. nach hinten ergibt (Figur 21 ). Im Flugbetrieb sind mehrere Varianten denkbar. Gemäß einer ersten Variante weisen die schwenkbaren Impeller sowohl eine Schwenkei nrichtu ng als auch eine Neigeeinrichtung auf, wobei eine möglichst gleichmäßige Belastung der einzelnen Impeller 7, 8, 9 erreicht werden soll. Die Vortriebskraft wird bei den ortsfesten Impellern durch die Verstellung der unteren Lamellen oder z.B. auch durch die Neigung des Impellers erreicht.
Es ist aber auch möglich, die Impeller einer Fahrzeugseite mit einer unterschiedlichen Drehgeschwindigkeit und/oder mit unterschiedlichen Anstellwinkeln gegenüber der anderen Fahrzeugseite zu betreiben, sodass ein Manövrieren des Fahrzeugs möglich ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können auch zwei, drei, vier, fünf oder sechs Impeller übereinander angeordnet werden.
An Stelle der Elektromotoren können die Impeller auch direkt vom Verbrennungsmo- tor angetrieben werden. Die Kraftübertragung vom Verbrennungsmotor auf die Impeller kann über einen ersten Zahnriemen erfolgen, der die Kraft zur Drehachse des Schwenkarmes überträgt. Im Bereich der Drehachse erfolgt die Kraftübertragung auf einen zweiten Zahnriemen der in einem horizontalen gehäuseartigen Abschnitt angeordnet ist und den Rotor antreibt. Auch Kardanwellen sind zur Kraftübertragung mög- lieh. Bei einer derartigen Ausbildung ist eine Anstellwinkelverstelleinrichtung notwendig. Die Anstellwinkelverstelleinrichtung kann elektrisch oder hydraulisch ausgebildet sein. Der Antrieb kann auch derart ausgebildet sein, dass der Verbrennungsmotor mit einem Getriebe gekoppelt ist, von welchem die Kraftübertragung auf die einzelnen Im- peller erfolgt. Ein derartiges Getriebe weist einen Mehrfachgetriebeausgang auf und die einzelnen Ausgänge sind vorzugsweise individuell stufenlos regelbar. Bei einer derartigen mechanischen Kraftübertragung sind ebenfalls Zahnriemen oder Kardanwellen zum Übertragen der Kraft vorgesehen. Diese sind weniger verlustbehaftet als. die Leistungsübertragung über Generatoren, Motorreglern und Motoren. Allerdings bedingt dies einen wesentlich höheren mechanischen Aufwand.
Bei Getrieben mit mehreren Ausgängen könnte auf Grund der variablen Drehzahleinstellung auf eine Anstellwinkelverstelleinrichtung verzichtet werden. Die Schwenkeinrichtung kann gemäß diesen beiden Ausführungsformen eine entsprechende Mechanik aus Wellen- und Kegelrädern zum Übertragen der Kraft aufweisenaufweisen.
Wenn die Rotoren mit verstellbaren Rotorblättern ausgestattet sind, kann auf die stu- fenlos regelbaren Drehzahlen der einzelnen Rotoren verzichtet werden. Hier werden die unterschiedlichen Hubleistungen und Drehmomente durch Verändern des Blattanstellwinkels erreicht.
Alternativ können auch mehrere Antriebsmodule, beispielsweise vier, sechs, acht o- der zehn usw. vorgesehen sein.
Die Vorderräder und/oder die Hinterräder des Fahrzeugs können auch direkt vom Verbrennungsmotor angetrieben werden. Weiterhin kann das Fahrzeug einen oder mehrere Fallschirme bzw. Gesamtrettungs- systeme aufweisen, um im Fall eines vollständigen Ausfalls des Antriebs die Besatzung sicher zum Boden zu bringen. Das Fahrzeug kann auch drei oder vier oder sechs oder mehr Antriebsmodule aufweisen.
Es ist auch möglich, dass alle Impeller eines Antriebsmodules schwenkbar ausgebil- det sind.
Zum oberseitigen Abdecken der Impellerschächte kann auch vorgesehen sein, dass über den Impellerschächten Abdeckungen aus einem Gitter samt einer Tragkonstruktion vorgesehen sind. Diese Abdeckungen werden für die Zeit des Ausschwenkens der Impeller geöffnet (Figur 22).
Nachdem die Impeller angehoben und ausgeschwenkt wurden, können die Abdeckungen wieder geschlossen werden (Figur 23). Dadurch, dass die Abdeckungen als Gitterkonstruktion ausgeführt sind, kann die Luft im Flugmodus durchströmen.
Ein weiterer Vorteil der Gitter besteht darin, dass diese vollständig in das Design des Fahrzeuges integriert werden können. Im Fahrmodus sind die Impeller durch das Gitter vor Beschädigungen geschützt. Zudem kann der Gitterbereich hier auch durch einleg bares oder einroll bares Planenmaterial vollständig geschlossen werden.
In den Figuren 24 und 25 ist eine zweite Motoreinbauvariante zu sehen. Hier ist der Motor samt Generator um 180 Grad gedreht und zwischen den Sitzen angeordnet. Die Tanks sind hier auf zwei Tanks unter den Sitzen und ein Tank zwischen den Fußbereichen der Piloten/Fahrer untergebracht. Dies hat den großen Vorteil, dass der Motor für Wartungszwecke wesentlich leichter zugänglich ist. Hierfür ist nur eine Abdeckung zwischen den Sitzen abzunehmen und man hat direkten Zugang zum Motorbereich.
Weiterhin können auch zwei Motoren vorgesehen sein, die seitlich neben einem Fuß- räum des Fahrgastraumes angeordnet sind. Auf diese Weise ist eine Antriebsredundanz gegeben, wodurch bei Ausfall eines der beiden Motoren immer noch eine sichere Landung mit nur einem Motor möglich ist. Dadurch, dass die einzelnen Impeller über die Steuereinrichtung separat ansteuerbar sind, ist auch der Flugbetrieb redundant, das heißt, bei einem Ausfall eines Impellers kann durch entsprechendes Schwenken, Neigen bzw. Verändern des Anstellwinkels und/oder der Drehgeschwindigkeiten der übrigen Impeller ein sicherer Betrieb zumin- dest kurzfristig gewährleistet sein, um die Fahrgäste sicher auf die Erde zurückzubringen.
Die Redundanz wird durch das Vorsehen eines Elektromotors pro Antrieb begünstigt. Der Pufferakku oder der Superkondensator kann so groß gewählt werden, dass auch bei Ausfall des Verbrennungsmotors noch genügend Energie zur Verfügung steht, um das Fahrzeug sicher zu landen.
Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele weisen einen Verbrennungsmotor auf. Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das Fahrzeug ausschließlich mit Elektromotoren, d.h. ohne Verbrennungsmotor auszubilden. Das durch den Wegfall des Verbrennungsmotors sowie des Treibstoffs eingesparte Gewicht wird vorzugsweise für einen großen Akku und/oder einen großen Superkondensator genutzt. Der Verbrennungsmotor kann der direkt mit den Impellern über einen mechanischen Antriebsstrang umfassend eine Kardanwelle und/oder einen Zahnriemen mit oder ohne Getriebe verbunden sein.
Alternativ zu dem vorstehenden im Detail beschriebenen Ausführungsbeispielen kann auch vorgesehen sein, dass eine der beiden Antriebseinrichtungen lediglich einen Impeller umfasst und die andere Antriebseinrichtung zwei mittels einer Schwenkeinrichtung verschwenkbare Impeller umfasst.
Bezugszeichenliste
I Fahrzeug
2 Chassis
3 Vorderräder
4 Hinterräder
5 Fahrgastraum
6 Antriebsmodul
7 ortsfester Impeller
8 linksseitiger schwenkbarer Impeller
9 rechtsseitiger schwenkbarer Impeller
10 Fahrzeuglängsachse
I Schwenkeinrichtung
12 Ausgangsstellung
13 Drehachse
14 Drehachse
15 horizontale Fahrzeugebene
16 Betriebsstellung
17 Rotor
18 rohrförmiges Gehäuse
19 Rotorblätter
20 Nabe
21 Neigeeinrichtung
22 Neigeachse
23 Verbrennungsmotor
24 Generator
25 Pufferakku
26 Tank
27 Steuerrad
28 Querachse
29 Axialrichtung
30 Pedallerieinrichtung linkes Pedal
mittleres linkes Pedal mittleres rechtes Pedal rechtes Pedal
Antriebseinrichtung Impellerschacht
Statorarm
Lamelleneinrichtung Lamelle
Rettungsschirm

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsmodul für ein Kraftfahrzeug umfassend
zwei Antriebseinrichtungen mit insgesamt zumindest drei Impellern mit Rotorblättern, wobei zumindest zwei der Impeller mit einer Schwenkeinrichtung derart gekoppelt sind dass zumindest zwei der Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teil- weise überdeckend anordbar sind und in einer Betriebsstellung einer dieser Impeller im Wesentlichen nebendem anderen anordbar , wobei die Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen.
2. Antriebsmodul nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die zwei Antriebseinrichtungen jeweils einen ersten und einen zweiten Impeller mit Rotorblättern aufweisen, wobei einer der beiden Impeller jeder Antriebseinrichtung mit der Schwenkeinrichtung derart gekoppelt ist, dass die Impeller in einer Ausgangsstellung sich zumindest teilweise überdeckend anordbar sind und in einer Be- triebsstellung der eine impeller im Wesentlichen neben dem anderen anordbar ist, wobei die Schwenkeinrichtungen zwei unterschiedliche Schwenkachsen aufweisen.
3. Antriebsmodul nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet.dass die Impeller Statorarme aufweisen, die unterhalb der Rotorblätter angeordnet sind und vorzugsweise derart profiliert sind, dass ein Drall der Rotorblätter im Wesentlichen ausgleichbar und der Luftstrom parallel zu Drehachse der Impeller abstrahlbar ist.
4. Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Impeller in der Ausgangsstellung in etwa waagrecht angeordnet sind
5. Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der mit der Schwenkeinrichtung gekoppelte Impeller in der Betriebsstellung mittels der Schwenkeinrichtung waagrecht anordbar ist und/oder mittels einer Neigeeinrichtung um eine waagrechte Achse neigbar ist.
6. Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Impeller einen Rotor mit zwei oder mehreren Rotorblättern aufweist, wobei ein Anstellwinkel der Rotorblätter während des Betriebes veränderbar ist.
7. Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Antriebseinrichtung vorzugsweise drei oder mehr übereinander angeordnete Impeller aufweist, wobei ein Impeller ortsfest angeordnet ist und die anderen Impel- ler mittels jeweils einer Schwenkeinrichtung schwenkbar ausgebildet sind oder alle Impeller mittels jeweils einer Schwenkeinrichtung schwenkbar ausgebildet sind.
8. Antriebsmodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass der ortsfeste Impeller mittels einer Stelleinrichtung frei im Raum schwenk und heb- bzw. absenkbar ist.
9. Fahrzeug mit zumindest einem Antriebsmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, einen Generator, einen Pufferakku und in einer jeden Nabe eines Impellers einen Elektromotor umfasst.
11. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor aufweist, der direkt mit den Impellern über einen mechanischen Antriebsstrang verbunden ist und/oderdass das Fahrzeuge ausschließlich einen oder mehrere Elektromotoren zum Antreiben der Impeller und von Rädern aufweist.
12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 11 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Steuereinrichtung vorgesehen ist mittels der die Impeller mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten und/oder unterschiedlichen Anstellwinkeln der Rotor- blätter betrieben werden können.
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