DE29815513U1 - Mehrspuriges Spielfahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb - Google Patents

Description

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NMG01_T1.doc

Mehrspuriges Spielfahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb

Die Erfindung betrifft ein mehrspuriges Spielfahrzeug mit
elektrischem Hilfsantrieb mit wenigstens folgenden Einzelteilen: einem Chassis, wenigstens drei Rädern, einem Sitz zur
Aufnahme von Personen, insbesondere von Kindern, einer Lenkvorrichtung, einer Bremsvorrichtung, einer durch Muskelkraft betätigbaren mechanischen Antriebseinheit, einer Steuerungseinheit mit einer Schaltvorrichtung, einem Elektromotor und einem Energiespeicher.

Spielfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sind bekannt, beispielsweise als Nachbildungen von Traktoren oder
Polizeifahrzeugen, bei denen ein Kind aufsitzen kann und bei denen entweder zusätzlich zu einer mit Muskelkraft betätigbare Antriebsvorrichtung, insbesondere einem Antrieb über Fußpedale, ein elektrischer Hilfsantrieb zuschaltbar ist oder
die nur durch einen Motor angetrieben sind. Dieser wird von einer am Fahrzeug mitgeführten Energiequelle, beispielsweise einem Akkumulator gespeist. Das Bremsen der Räder erfolgt
über mechanische Vorrichtungen, über das Getriebe des stromlosen Motors oder über den entsprechend geschalteten Motor
selbst. Das Zu- und Abschalten des Hilfsantriebs erfolgt mit einem Hand- oder Fußschalter erfolgen.

Nachteilig ist, daß die Höchstgeschwindigkeit bei den Spielfahrzeugen bekannter Bauart aufgrund straßenverkehrsrechtlieher Vorschriften auf 6 km/h begrenzt sein muß, was Kinder

mittleren Alters als zu langsam und damit uninteressant empfinden. Aufgrund der üblichen Kopplung von Motor und Rädern über ein Getriebe ist der Wirkungsgrad des Antriebs zudem schlecht, so daß es zu einer schnellen Erschöpfung der Energiequelle kommt.

Aus der DE 296 21 127 Ul ist ein dreirädriges Fahrrad, insbesondere als Bewegungshilfe für Versehrte oder Behinderte, bekannt. Hierbei wird das Fahrrad von einem allgemein bekannten Tretmechanismus von einem Benutzer durch Muskelkraft angetrieben, wobei entsprechend der aufgebrachten Muskelkraft des Benutzers ein elektrischer Hilfsantrieb zugeschaltet wird. Der elektrische Hilfsantrieb wirkt mit maximal 50% der Gesamtantriebsleistung unterstützend; er kann jedoch das Fahrrad ohne Tretbewegung nicht antreiben. Vorteilhaft ist hierbei, daß im Einklang mit der Straßenverkehrzulassungsordnung, die für ein zulassungs- und haftpflichtversicherungsfrqies Leicht-Motorfahrrad mit alleinigem motorischen Antrieb eine Beschränkung der bauartbedingteri Höchstgeschwindigkeit auf km/h und der maximalen Dauerleistung auf 100 W vorschreibt, eine höhere Geschwindigkeit und/oder Leistungsabgabe möglich ist. Vorteilhaft ist hierbei auch, daß durch das erforderliche Mittreten des Benutzers beim Fahren gewährleistet ist, daß dessen Füße auf die Pedale des Tretmechanismus aufgesetzt sind, wodurch Stürze und Verletzungen bei einem dreirädrigen Fahrrad weitgehend vermieden werden können. Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der der Hilfsmotor ein in das Vorderrad eingesetzter Nabenmotor ist, da hierdurch auf Elemente zur Kraftübertragung wie Ketten, Zahnriemen oder dergleichen verzichtet werden kann.

Es hat sich allerdings gezeigt, daß die aus der genannten Schrift bekannten Ausführungsformen allein zur Integration eines elektrischen Hilfsantriebs in Fahrräder geeignet sind. Nach dem Stand der Technik ist es bei dem begrenzten Raumangebot eines Spielfahrzeug-Chassis und den kleinen Raddurch-

messern von Spielfahrzeugen weder möglich, einen Motorantrieb in einem Rad zu integrieren, noch diesen in einem Pedalkurbel-Ketten-Antrieb
einzufügen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein mehrspuriges Spielfahrzeug mit elektrischem Hilfsantrieb zu verbessern, wobei unter Erfüllung straßenverkehrsrechtlicher Vorschriften die Höchstgeschwindigkeit auf bis zu 20 km/h erhöht ist. Weiterhin soll die Sicherheit beim Betrieb verbessert sein.

Diese Aufgaben werden gelöst bei einem Spielfahrzeug der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der
Elektromotor ein Nabenmotor ist und daß wenigstens eines der
Räder aus einem Radkörper und einem Radreifen besteht und der Nabenmotor über wenigstens einen Teil seiner axialen Länge

einen zylindrischen Gehäuseabschnitt aufweist, der in eine
kompatible Aufnahmebohrung am Radkörper eingesetzt und mit
dem Radkörper drehmomentübertragend verbunden ist.

Mit „zylindrischer Gehäuseabschnitt" wird der Teil eines Motorgehäuses
bezeichnet, der eine zylindrische Hüllform hat.
Die Mantelfläche des Zylinders kann dabei vollflächig und

glatt sein, sie kann aber auch durch am Außenumfang beabstandete Rippen gleichen Durchmessers definiert sein. Auch ein
auf dem Außenumfang angeordnetes Gewinde bildet in diesem
Sinne eine zylindrische Hülle.

Durch die Verwendung eines Nabenmotors als elektrischen

Hilfsantrieb wird ein hoher Wirkungsgrad erzielt. Der direkte Antrieb der Radnabe gegenüber einer Starrachse vermeidet Reibungsverluste, wie sie in anderen Getrieben und Kraftübertragungselementen auftreten. Auch ist ein solcher Nabenmotor

weitgehend wartungsfrei. Durch das vollgekapselte Motorgehäuse wird die häufige, den Wirkungsgrad erheblich mindernde
Verschmutzung, wie sie bei Kettenantrieben auftritt, vermieden.

Vorteilhaft ist insbesondere die erfindungsgemäße Einbauweise des Nabenmotors in den Radkörper. Es ist auf diese Weise möglich, handelsübliche, für Fahrräder mit Hilfsantrieb konzipierte Nabenmotoren in den gegenüber einem Fahrrad wesentlich kleineren Radkörper eines Spielfahrzeugs einzubauen.

Auch ist der Radkörper vollständig geschlossen; größere axiale Öffnungen verbleiben nicht. Es ist also insbesondere nicht möglich, Gegenstände oder Körperteile durch Öffnungen im Rad zu stecken. Im Gegensatz zu Speichenrädern wird hier eine erheblich verminderte Verletzungsgefahr erreicht.

Da auf Speichen verzichtet werden kann, ist der Aufwand für die Fertigung reduziert. Der Nabenmotor braucht lediglich mit seinem zylindrischen Gehäuseabschnitt in eine kompatible Aufnahmebohrung am Radkörper eingesetzt und so verbunden werden, daß er zumindest radial im Radkörper festgelegt ist und ein Drehmoment übertragen werden kann.

Vorteilhafterweise ist der zylindrische Gehäuseabschnitt des Nabenmotors, mit der Aufnahmebohrung reibschlüssig verbunden. Er kann eingepreßt werden und ist damit axial und radial festgelegt.

Günstig ist es insbesondere, auf Felgen bekannter Ausführungsform für Gummiräder, beispielsweise Mofa-Felgen, zurückzugreifen. Der Radkörper besteht dann aus einem Felgenkörper und einer damit drehmomentübertragend verbundenen Adapterbuchse. Die Aufnahmebohrung ist in die Adapterbuchse eingebracht. Die Adapterbuchse kann mit dem Felgenkörper verschweißt, verklebt, genietet, geschraubt oder sonstiger bekannter Weise verbunden sein.

Die Adapterbuchse ist mit Vorteil aus einem ringförmig gebodenen Stahlblech hergestellt. Es kann eine Adapterbuchse für beliebige Außendurchmesser des zylindrischen Gehäuseab-

Schnitts über die Länge des zu biegenden Blechabschnitts auf einfache Weise angepaßt werden.

Für die Vereinfachung von Fertigung und Wartung ist es vorteilhaft, wenn die Adapterbuchse über ihren äußeren Umfang verteilt wenigstens drei, jeweils mit einer Bohrung versehene Befestigungslaschen aufweist und der Felgenkörper 28) aus einer ersten und einer zweiten Halbschale besteht. Die Halbschalen sind mit Verbindungselementen, beispielsweise Schrauben verbunden. Mit wenigstens einem Teil der Verbindungselemente ist die erste Halbschale mit der zweiten Halbschale und zugleich mit den Befestigungslaschen der Adapterbuchse verbunden sind. Die Befestigung der Adapterbuchse erfolgt somit durch gleiche oder ähnliche Verbindungselemente, wie diejenigen, die bereits an der Felge vorhanden sind, um die FeI-gen-Halbschalen miteinander zu verbinden.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und werden bei der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Die Figuren zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes mehrspuriges Spielfahrzeug in einer perspektivischen Ansicht;

Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform eines Rades mit integriertem Nabenmotor in axialer Draufsicht und

Fig. 3 das Rad aus Fig. 2 mit integriertem Nabenmotor in

einer teilweisen Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 2.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Spielfahrzeug 100, bestehend aus einem Chassis 1, auf dem ein Sitz 5 montiert ist.

Unter dem Sitz 5 ist ein Energiespeicher 16 angeordnet. Hierbei kann es sich um einen Bleiakkumulator handeln.

Die hier gezeigte bevorzugte Ausführungsform ist dreispurig mit drei Rädern 2,3,4. Das vordere Rad 2 ist in einer Gabel geführt und mittels einer Lenkvorrichtung 6 lenkbar.

Die hinteren Räder 3, 4 sind über eine drehbar am Chassis 1 gelagerte Welle 7 verbunden. Die Welle 7 kann durch ein hier nicht dargestelltes Differentialgetriebe unterbrochen sein. Eine ebenfalls nicht dargestellte Bremseinrichtung wirkt auf die hinteren Räder 3, 4.

Die mit Muskelkraft betätigbare Antriebseinheit 8 besteht aus einer Tretkurbel mit Pedalen 9. Die Kraft wird dabei mittels einer Kette auf ein Ritzel an der Welle 7 übertragen. Die zusätzliche Antriebseinheit 8 ermöglicht das Bewegen des Spielfahrzeugs 100 bei Ausfall des Nabenmotors 26 und/oder bei Erschöpfung des Energiespeichers 16.

An der Lenkvorrichtung 6 ist eine Steuerungseinheit 10 und eine-Schaltvorrichtung 12 angebracht. Die Elemente 10, 12 liegen damit im Blick und Zugriffsbereich des Bedieners. Durch Betätigung der Schaltvorrichtung 12 wird die Zuschaltung des Nabenmotors 2 6 bei der Steuerungseinheit 10 angefordert. Diese schaltet dann den Stromweg vom Energiespeicher 16 zum Nabenmotor 2 6 frei.

Zur Erhöhung der Sicherheit des Spielfahrzeugs 100 mit einer erhöhten Höchstgeschwindigkeit im Betrieb ist es günstig, die Zuschaltung des Nabenmotors 2 6 davon abhängig zu machen, daß der Bediener eine vorgesehene Position auf dem Sitz 5 des Spielfahrzeugs 100 eingenommen hat, bei der das Verletzungsrisiko minimiert ist.

So kann wenigstens eines der Fußpedale 9 mit einem Antriebsfreigabesensor versehen ist, welcher bei einem auf das Fußpe-

dal 9 aufgesetztem Fuß ein durch die Steuerungseinheit 10 auswertbares elektrisches Antriebsfreigabesignal abgibt. Sind die Füße nicht auf den Pedalen 9, wird der Antrieb durch den Nabenmotor 26 unterbrochen.

Die Antriebseinheit 8 kann auch mit einem die Drehbewegung der Tretkurbel erfassenden Drehzahlsensor versehen sein, welcher bei Drehung der Tretkurbel ein durch die Steuerungseinheit 10 auswertbares elektrisches Drehzahlsignal abgibt. Die Leistung des Nabenmotors 26 kann entsprechend der Leistung und/oder Geschwindigkeit an der Tretkurbel nachgeregelt werden.

Zusätzlich oder alternativ kann die Belegung des Sitzes 5 mit einer Person abgefragt werden. Der Sitz 5 ist dazu mit wenigstens einem Antriebsfreigabesensor versehen, welcher bei Aufsitzen einer Person ein durch die Steuerungseinheit 10 auswertbares elektrisches Antriebsfreigabesignal abgibt.

Weiterhin kann die Sicherheit dadurch erhöht werden, daß das Spielfahrzeug 100 mit wenigstens einem Geschwindigkeitssensor versehen ist und die Steuerungseinheit 10 bei Erreichung einer Höchstgeschwindigkeit von 15 km/h eine Drosselung des Motorstroms und/oder die Betätigung der Bremseinrichtung bewirkt. Diese Geschwindigkeit entspricht einer normalen Durchschnittsgeschwindigkeit beim Fahrradfahren, bei der ausreichend schnell Verkehrssituationen erfaßt und Reaktionen erfolgen können.

Die technische Betriebssicherheit wird mit Vorteil dadurch erhöht, daß der Nabenmotor 26 eine Nennspannung von 24 V bis 4 8 V, vorzugsweise 36 V, hat. Ausgehend von einer maximal zulässigen Nennleistung von etwa 100 W ergibt sich ein Nennstrom von 2 bis 4 A. Diese Stromstärke ist selbst bei Berührung beschädigter Isolierungen noch unbedenklich und kann über Kabel mit relativ kleinem Querschnitt geleitet werden.

Hierdurch können die Kabel platzsparend verlegt werden und sind so flexibel, daß ein Durchführen durch Rohrprofile am Chassis 1 ermöglicht ist.

Das Rad 2 des Spielfahrzeugs 100 besteht - wie insbesondere die Figuren 2 und 3 zeigen - aus einem Radkörper 22, auf den ein Radreifen 24, insbesondere ein luftgefüllter Reifen aus Gummi, aufgezogen ist. Erfindungsgemäß ist der Nabenmotor 26 in den Radkörper 22 integriert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Radkörper aus einem zweiteiligen Felgenkörper 28 und einer Adapterbuchse 31. Der Nabenmotor ist mit seinem zylindrischen Gehäuseabschnitt 27 in eine Aufnahinebohrung 31 der Adapterbuchse 30 eingepreßt. Die Adapterbuchse 30 kann auch aus einem ringförmig gebogenen Stahlblech gefertigt sein, wobei der gebildete Ring auf den Gehäuseabschnitt 27 aufgeschrumpft wird. Zur Verbindung mit dem Felgenkörper 28, der aus zwei miteinander verschraubten Halbschalen 28.1, 28.2 zu bringen sind, weist die Adapterbuchse 30 wenigstens drei am Umfang verteilte Befestigungslaschen 32 auf. Diese sind mit einer Durchgangsbohrung oder einer Gewindebohrung versehen. Die Befestigungslaschen 32 sind vorzugsweise so angeordnet, daß die Bohrungen in Deckung mit der am Felgenkörper 28 vorhandenen Verschraubung der Halbschalen 28.1, 28.2 liegen. Es können dann alle Schrauben 36, 37 oder - wie in Fig. 2 gezeigt - nur ein Teil der Schrauben

■25 36 gelöst werden und dann zusammen mit den Befestigungslaschen 32 neu verschraubt werden, so daß mit den Schrauben 36 eine Verbindung zwischen der Adapterbuchse 30 und den Halbschalen 28.1, 28.2 hergestellt ist.

Abschließend sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung durch die Anzahl und Anordnung der Fahrspuren und Räder nicht beschränkt ist. Insbesondere ist es ebenso möglich, Antriebe und Sensoren erfindungsgemäß in ein vierrädriges, zweispuriges Go-Cart einzubauen.

Claims (11)

Al NMG01_A1.doc Schutzansprüche:

1. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) mit elektrischem Hilfsantrieb mit wenigstens folgenden Einzelteilen:

- einem Chassis (I),

- wenigstens drei Rädern (2;3;4),

- einem Sitz (5) zur Aufnahme von Personen, insbesondere von Kindern,

- einer Lenkvorrichtung (6),

- einer Bremseinrichtung,

- einer Steuerungseinheit (10) mit einer Schaltvorrichtung (12),

- einem Elektromotor und

- einem Energiespeicher (16) ,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Elektromotor ein Nabenmotor (26) ist und daß wenigstens eines der Räder (2) aus einem Radkörper (22) und einem Radreifen (24) besteht und der Nabenmotor (26) über wenigstens einen Teil seiner axialen Länge einen zylindrischen Gehäuseabschnitt (27) aufweist, der in eine kompatible Aufnahmebohrung (31) am Radkörper (22) eingesetzt und mit dem Radkörper (22) drehmomentübertragend verbunden ist.

2. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Gehäuseabschnitt

(27) des Nabenmotors (26) mit,der Aufnahmebohrung (31) reibschlüssig verbunden ist.

3. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkörper (22) aus einem

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Felgenkörper (28) und einer damit kraftschlüsssig verbundenen Adapterbuchse (30) besteht, wobei die Aufnahmebohrung (31) in die Adapterbuchse (30) eingebracht ist.

4. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterbuchse (30) aus einem ringförmig gebogenem Stahlblech hergestellt ist.

5. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterbuchse (30) über ihren äußeren Umfang (32) verteilt wenigstens drei, jeweils mit einer Bohrung versehene Befestigungslaschen (32) aufweist und der Felgenkörper (28) aus einer ersten und einer zweiten Halbschale (28.1, 28.2) besteht, die mit Verbindungselementen (Schrauben 36, 37) verbunden sind, wobei mit wenigstens einem Teil der Verbindungselemente (Schrauben 36) die erste Halbschale (28.1, 28.2) mit der zweiten Halbschale (28.2) und mit den Befestigungslaschen (32) verbunden sind.

6. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug eine mit Muskelkraft betätigbare Antriebseinheit (8) aufweist, die durch Fußpedale (9) und Tretkurbeln über eine Kette oder über einen Zahnriemen auf ein in einer Freilaufnabe gelagertes Antriebsritzel einer Welle 7 wirkt.

7. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Fußpedale (9) mit einem Antriebsfreigabesensor versehen ist, welcher bei einem auf das Fußpedal (9) aufgesetztem Fuß ein durch die Steuerungseinheit (10) auswertbares elektrisches Antriebsfreigabesignal abgibt.

8. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (8) mit einem die Drehbewegung der Tretkurbel erfassenden Dreh-

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zahlsensor versehen ist, welcher bei Drehung der Tretkurbel ein durch die Steuerungseinheit (10) auswertbares elektrisches Drehzahlsignal abgibt.

9. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sitz (5) mit wenigstens einem Antriebsfreigabesensor versehen ist, welcher bei Aufsitzen einer Person ein durch die Steuerungseinheit (10) auswertbares elektrisches Antriebsfreigabesignal abgibt.

10. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Spielfahrzeug (100) mit wenigstens einem Geschwindigkeitssensor versehen ist und die Steuerungseinheit (10) bei Erreichung einer Höchstgeschwindigkeit von 15 km/h eine Drosselung des Motorstroms und/oder die Betätigung der Bremseinrichtung bewirkt.

11. Mehrspuriges Spielfahrzeug (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Nabenmotor (2 6) eine Nennspannung von 24 ... 42 V, vorzugsweise 36 V, hat.