Machen Sie als Hersteller von Motorrollern Ihre Kunden zu ewigen Fans.
Sichern Sie sich Wettbewerbsvorteile mit dem patentierten Fahrkomfort und Sicherheitsvorteil von Traction‑X.
Der Entwurf eines Rollers mit Traction-X-Endantrieb
Am Beispiel des dargestellten Elektrorollers ist das Potential des neuartigen Antriebskonzepts in einer künstlerischen Darstellung illustriert worden.
Ein herkömmlicher Roller besitzt eine sogenannte Triebsatzschwinge, bei der Motor und Sekundärantrieb innerhalb eines drehbaren Lenkers verbaut werden. Die gravierenden Nachteile dieser Konstruktion sind im Abschnitt Stand der Technik beschrieben worden. Alternativ ist der Motor mittig im Chassis bzw. Rahmen angeordnet, und der Antrieb erfolgt über einen Riemen- oder Kettenantrieb zur Hinterradfelge, die mittels eines Lenkers bzw. einer Hinterradschwinge im Chassis gelagert ist. Jeweils sind weder die Nutzung des Bauraums noch die Funktion annähernd optimal.
Ein Elektroroller mit Traction‑X ausgestattet würde es erlauben, den Motor rahmenfest innerhalb des Hinterrades zu akkommodieren (siehe Abbildung). Das deutlich vergrößerte Hinterrad ist gleichzeitig der Schwinglenker für die Stoßfederung und ‑dämpfung. Durch den gewonnenen Raum ist es möglich, einen Teil der Batterie unterhalb der Sitzbank und vor dem Hinterrad unterzubringen, sodass der Fußraum dem Fahrer vollständig zur Verfügung steht. Fahrstabilität, Abrollkomfort und Agilität des Fahrzeugs sind wesentlich verbessert, wie es in Abschnitt Die Innovation beschrieben wird.
Das Gesamtfahrzeug wird in Summe seiner hervorragenden Eigenschaften nichts weniger als eine technische Revolution darstellen!
Traction - X
ist ein neues und patentiertes System für Kraftübertragung und Radaufhängung von Motorrollern, das besonders leicht und kompakt ist und eine Vergrößerung des Raddurchmessers ermöglicht, was sich vorteilhaft auf die Fahreigenschaften auswirkt.
Der Antrieb
Ein patentierter Antriebsstrang mit Radaufhängung für Motorroller
Als begeisterter Zweiradfahrer bin ich dem Komfort eines Motorrollers nicht abgeneigt, möchte aber die schlechteren Fahreigenschaften und das Defizit an Sicherheit gegenüber dem Motorrad nicht in Kauf nehmen. Als Ingenieur habe ich daher ein System entwickelt, dass Kraftübertragung und Radaufhängung kombiniert und damit die Vorteile des Motorrads mit den Vorteilen des Motorrollers verbindet. Das ist Traction‑X!
Ich war die meiste Zeit meines Lebens ein leidenschaftlicher Motorradfahrer. Neben dem Genuss des Fahrerlebnisses, einem Gefühl von Naturverbundenheit und dem Empfinden von Freiheit, ist meine Begeisterung auch begründet in einer Wissbegierde nach den innersten technischen Zusammenhängen von Motorrädern, dieser Wunderwerke aus Mechanik, Elektrik und Elektronik. Immer lag ein Teil meiner Passion auch in der Freude an handwerklichen Arbeiten, wenn ich meine Motorräder zerlegte, um sie zu warten oder zu restaurieren und gleichzeitig ihre technischen Geheimnisse zu lüften. Als es mich in späteren Jahren nach mehr Bequemlichkeit verlangte, stellte ich fest, dass mir viele Eigenschaften der modernen Motorroller dahingehend entgegenkommen, ich mich aber gezwungen sah, gegenüber dem Motorrad einige deutlich schlechtere Fahreigenschaften in Kauf zu nehmen. Als technisch ehrgeiziger Ingenieur begann ich alsbald auf Abhilfe zu sinnen.
Es folgt eine kurze Analyse der Anforderungen, Gegebenheiten und abgeleiteten Eigenschaften der konkurrierenden Zweiradkonzepte: Ein Motorroller ist dadurch gekennzeichnet, dass es hinter dem Vorderrad und vor dem Fahrersitz einen spritzwassergeschützten Fußraum geben sollte, der dem Fahrer eine natürliche und entspannte Sitzhaltung ermöglicht. Ein Motorrad hingegen ist dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Beinen des sitzenden Fahrers Kraftstofftank und Motor befinden. Beide Baugruppen müssen daher in einem Motorroller weiter hinten angeordnet werden. Dadurch würde sich theoretisch der Radstand des Motorrollers vergrößern. Da der Radstand eines Zweirades jedoch nicht zu groß werden darf, war man bei allen bisher ausgeführten Motorrollern gezwungen, diesen durch eine Kombination von im Wesentlichen zwei Maßnahmen zu begrenzen. Die erste Maßnahme zur Verringerung des Radstandes ist der Einbau von im Vergleich zum Motorrad kleineren Rädern. Dies hat allerdings drei negative Auswirkungen
- Die Fahrstabilität des Motorrollers ist gegenüber einem Motorrad geringer, da der stabilisierende Drehimpuls der kleineren Räder geringer ist, und deshalb das Fahrverhalten von Motorrollern als „kippelig“ und „nervös“ empfunden wird.
- Der Abrollkomfort der kleineren Räder ist deutlich schlechter, da aufgrund deren geringeren Durchmessers auch kleine Schlaglöcher bzw. Unebenheiten der Fahrbahn voll durchfahren werden.
- Die Fahrsicherheit ist geringer, weil aufgrund der kleineren Aufstandsfläche bzw. des kleineres „Reifenschwads“ die Haftung zur Straße geringer ist.
Die zweite Maßnahme zur Verringerung des Radstandes beim Motorroller ist der Einbau sogenannter Triebsatzschwingen, welche die Motor-Getriebeeinheit mit Nebenaggregaten einschließlich Sekundärantrieb als eine große Antriebsschwinge kombinieren. Die negative Auswirkung dieser technischen Maßnahme ist die sehr große ungefederte Masse, der schwingungstechnisch durch eine harte Federkennung und große Dämpfung der Hinterradaufhängung entgegengewirkt werden muss. Anschaulich sind die Massenkräfte zur Betätigung einer solchen Radaufhängung groß und das Ansprechverhalten schlecht. Dadurch ist der Federungskomfort insgesamt schlecht.
Die in der Abbildung dargestellten Kundenwünsche bzw. Anforderungen nach einer entspannten Sitzposition, nach Wetterschutz, Komfort und nach einem wendigen Gefährt, werden bei herkömmlichen Motorrollern also mit einer Reihe von Nachteilen erkauft.
Genau hier setzt die Erfindung Traction‑X an, indem sie alle Vorteile des Motorrollers mit allen Vorteilen des Motorrades verbindet, sozusagen „das Beste aus zwei Welten“.
KONZEPTNACHWEIS
Der Demonstrator
In Zusammenarbeit mit dem Institut für Fahrzeugtechnik der Technischen Hochschule Köln ist ein skalierter Demonstrator von Traction‑X entstanden. Dieses in 3D-Druck gefertigte und mittels Mikro-PC animierte Modell ist der Nachweis der Machbarkeit bzw. des Konzepts von Traction‑X.
Details sind in dem Blogbeitrag Demonstrator nachzulesen.
Traction - X
@ Labor‑X Hamburg
Traction‑X zu Gast bei Dr. Jan Evers
Im letzten Monat war Traction‑X zu Gast beim Gründerberater Dr. Jan Evers im Hamburger LaborX. Sein Podcast „Ideencouch“ ist eine ganz besondere Wertschätzung für alle Start-ups und angehende Unternehmer. Wir haben im Gespräch einen Schatz an Tipps und guten Experten-Ratschlägen erhalten. Außerdem hat es uns viel Spaß gemacht!
Vielen Dank an das Team des LaborX!
STAND DER TECHNIK
Wie sieht der technische Status Quo der Zweiradtechnik aus?
Konventionelle Motorräder besitzen häufig einen Sekundärantrieb mittels Gliederkette oder Zahnriemen. Stand der Antriebstechnik dieser Motorräder ist die funktionale und räumliche Trennung von Antriebswelle und Schwingenachse in Kombination mit einer zentralen Lagerung eines konventionellen Hinterrades. Der Nachteil dieser Bauform ist die Variabilität des Abstandes von Kettenritzel und Hinterrad-Zahnkranz beim Kettenantrieb bzw. von vorderer und hinterer Riemenscheibe beim Riemenantrieb. Die Einfederung des Hinterrades beim Überfahren einer Bodenwelle führt zu spürbaren Rückwirkungen im Antriebsstrang, d.h. auf Motordrehzahl und –moment.
Stand der Antriebstechnik von Motorroller ist der Verbund aus sogenannter Triebsatzschwinge und einem konventionellen Hinterrad mit zentraler Lagerung. Als Triebsatzschwinge wird eine Konstruktion bezeichnet, die eine feste Einheit von Motor, Getriebe und Radantrieb besitzt, welche gleichzeitig als Hinterradschwinge dient. Das Motor- und Antriebsgehäuse ist dabei im Motorradrahmen schwenkbar gelagert und macht die Bewegungen beim Ein- und Ausfedern mit. Antriebswelle und Schwingenachse sind ebenfalls funktional und räumlich getrennt. Der Nachteile dieser Bauform ist die große nicht gefederte Masse, d.h. das große Massenträgheitsmoment, was ein mäßiges Ansprechen und mäßigen Komfort der Hinterradfederung mit sich bringt. Der Vorteil dieser Bauform ist die Konstanz des Abstandes von Kettenritzel und Hinterrad-Zahnkranz beim Kettenantrieb bzw. von vorderer und hinterer Riemenscheibe beim Riemenantrieb.
DAS PATENT
Hier geht es zum Registereintrag beim Patent- und Markenamt
Die Traction‑X zugrundeliegende Erfindung ist eine Vorrichtung zur Übertragung des Antriebs-Drehmomentes vom Motor eines Radfahrzeugs bis zu dessen Antriebsrad und zur stoßdämpfenden und –federnden Aufhängung des Antriebsrades selbst. Dabei wird eine äußerst kompakte Bauweise erreicht, die insbesondere für Motorroller große Vorteile mit sich bringt.
Der Erfindung Traction‑X lag die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Einheit für Kraftübertragung und Radaufhängung für einen Motorroller zu entwickeln, welche die folgenden Anforderungen erfüllt
- Es soll ein geringer Radstand des Zweirades in Verbindung mit einem kleinen Wendekreis sowie einem geringen Massenträgheitsmoment um die Hochachse ermöglicht werden, mit dem Ziel einer guten Wendigkeit des Motorrollers.
- Es soll gleichzeitig ein großer Raddurchmesser ermöglicht werden, sodass Fahrstabilität, Bodenhaftung und Abrollkomfort gegenüber herkömmlichen Motorrollern wesentlich verbessert werden.
- Es soll die Masse der Motor-Getriebeeinheit keinen Einfluss auf die stoßdämpfende und –federnde Radaufhängung haben, d.h. die ungefederten Massen der gesamten Radaufhängung soll klein sein, unabhängig davon, wie groß die Motor-Getriebeeinheit ist.
Die Erfindung Traction‑X könnte technisch als „Antriebsschwingen-Radlagerung“ bezeichnet werden. Sie vereint die Funktionen dreier technischer Bauteile miteinander
- den Sekundärantrieb vom Motor- bzw. Getriebeabtrieb bis zum Antriebsrad, je nachdem ob es sich um einen verbrennungsmotorischen oder elektromotorischen Antrieb handelt,
- die Radschwinge bzw. den Schwinglenker der federnden Aufhängung und
- das Antriebsrad selbst.
Dazu besitzt Traction‑X ein sehr großes Radlager, das dieselbe Größenordnung wie die Radfelge besitzt, sodass im Innern des Rades ein gegenüber Felge und ‑reifen stehender Innenring vorhanden ist. Das Rad wird wie ein Schwinglenker mittels eines Federbeins und mittels einer Achse gelagert. Diese Achse oder Rad-Schwingwelle ist gleichzeitig die Antriebswelle für das Rad selbst. Dafür besitzt sie ein Antriebszahnrad mit Außenverzahnung, das mit einer mit der äußeren Radfelge verbundenen Innenverzahnung in Eingriff steht. Die Antriebswelle wird an einem äußeren Ende von einer Motor-Getriebeeinheit, beispielsweise über einen Ketten‑, Riemen- oder Stirnradantrieb, angetrieben. Für ihre zweite Funktion als Schwingenachse ist die Antriebswelle an ihren äußeren Enden über Wälz- oder Gleitlager im Rahmen des Zweirades gelagert. Das gegenüber Radfelge feststehende innere Bauteil von Traction‑X ist auf der kombinierten Antriebs- und Rad-Schwingwelle mittels eines Rillenkugellagers und eines Nadellagers statisch bestimmt gelagert. Das Stirnradgetriebe und die Lager im Innern des Gehäuses aus Rad-Innenring und Radfelge können nach außen über Radial-Wellendichtringe abgedichtet werden. Dadurch kann die gesamte Traction‑X-Antriebsschwingen-Radlagerung vollständig ölgeschmiert werden.
In einer zweiten Variante der Erfindung wird anstelle des sehr großen Kugellagers das Rad mittels dreier in einer Rundnut abwälzenden Laufrollen gelagert. Wiederum ergibt sich aus dieser Anordnung ein im Innern des Rades gegenüber Radfelge und ‑reifen stehendes Bauteil. Die in das Radinnere hervorstehenden Laufrollen verringern den Innenraum des Rades geringfügig, besitzen aber auch einige Vorteile. So können sie in einer abgedichteten und lebensdauergeschmierten Ausführung zum Einsatz kommen. Bei moderaten Antriebsleistungen kann somit auf eine Ölbadschmierung verzichtet werden, sodass die beiden großen Radialwellendichtringe entfallen können. Dadurch wiederum wird das Reibmoment im System verringert.
Der Einsatzfall in einem Motorroller war die Motivation des Erfinders. Deswegen werden im Abschnitt Innovation die Vorzüge der Erfindung für diesen Einsatz herausgearbeitet.
Antriebsschwingen-Radlagerung
1 kombinierte Antriebs- und Rad-Schwingwelle
1a Paßfedernut
1b Paßfedernut
2 Sicherungsring und Ringnut
3 Rillenkugellager gleich Rahmen-Loslager
4 Rillenkugellager
5 Zylinderschraube
6 Gehäusedeckel rechts
7 Antriebszahnrad mit Außenverzahnung
8 Gehäusedeckel und Radnabe links
9 Gehäusedeckel und Radnabe rechts
10 Nadellager gleich Rad-Loslager
11 Radial-Wellendichtring
12 Rillenkugellager gleich Rahmen-Festlager
13 Antriebsritzel für Kettentrieb
14 Wellenmutter mit Sicherungsblech und Wellennut
15 Zylinderschraube
16 Gehäusedeckel links
17 Radlager
18 Radial-Wellendichtring Radumfang rechts
19 Reifen
20 Radfelge
21 Radial-Wellendichtring Radumfang links
22 Antriebszahnrad mit Innenverzahnung
23 Wellenmutter mit Sicherungsblech und Wellennut
24 Radial-Wellendichtring
25 Verschraubung der Nabenhälften
26 Verschraubung mit Federbeinachse
27 Nietverbindung für Antriebszahnrad
28 Sicherungsschraube für Radlager-Außenring
29 Sicherungsscheibe für Radlager-Außenring
30 Sicherungsschraube für Radlager-Innenring
31 Sicherungsscheibe für Radlager-Innenring
32 Federbeinachse
Antriebsschwingen-Rollenring-Radlagerung
101 kombinierte Antriebs- und Rad-Schwingwelle
101a Paßfedernut
101b Paßfedernut
102 Sicherungsring und Ringnut
103 Rillenkugellager gleich Rahmen-Loslager
104 Rillenkugellager
105 Zylinderschraube
106 Gehäusedeckel links
107 Antriebszahnrad mit Außenverzahnung
108 Gehäusedeckel und Radnabe rechts
109 Gehäusedeckel und Radnabe links
110 Laufrolle 1
111 Nadellager gleich Rad-Loslager
112 Radial-Wellendichtring
113 Rillenkugellager gleich Rahmen-Festlager
114 Antriebsritzel für Kettentrieb
115 Wellenmutter mit Sicherungsblech und Wellennut
116 Zylinderschraube
117 Gehäusedeckel rechts
118 Sicherungsring für Laufrolle 1
119 Radial-Wellendichtring Radumfang links
120 Reifen
121 Radfelge
122 Radial-Wellendichtring Radumfang rechts
123 Antriebszahnrad mit Innenverzahnung
124 Wellenmutter mit Sicherungsblech und Wellennut
125 Radial-Wellendichtring
126 Verschraubung der Nabenhälften
127 Verschraubung mit Federbeinachse für Laufrollengehäuse 2
128 Nietverbindung für Antriebszahnrad 123
129 Laufrolle zwei
130 Sicherungsring für Laufrolle zwei
131 Federbeinachse
132 Verschraubung für Laufrollengehäuse drei
133 Laufrolle drei
134 Sicherungsring für Laufrolle drei
135 Federbein mit Dämpferkartusche
DIE INNOVATION
Eine kompakte sekundärseitige Antriebseinheit für einen Motorroller
Traction‑X ist ein neuartiges und patentiertes Fahrzeug-Antriebskonzept, das kleine ungefederte Massen, eine äußerst effiziente Bauraumnutzung und großer Raddurchmesser ermöglicht, was besonders für Motorroller sehr vorteilhaft ist.
Traction‑X ist ein neuartiges Antriebskonzept für Motorroller, das große Vorteile bietet und das optional für Radfahrzeuge anderer Art verwendet werden kann. Die Basis ist das Patent DE 10 2011 117 388 A „Vorrichtung zur Kombination von Sekundarantrieb, Schwinglenker und Antriebsrad eines Radfahrzeugs“.
Im Einsatzfall für Motorroller weist die Erfindung Traction‑X folgende bestechende Vorteile gegenüber Antriebssystemen mit Triebsatzschwingen auf:
- sehr viel kleinere ungefederte Masse,
- deutlich größerer Raddurchmesser und
- kürzerer Radstand.
Somit verbindet Traction‑X alle Vorteile des Motorollers mit allen Vorteilen des Motorrades.
- Ein mit Traction‑X ausgestatteter Motorroller besitzt einen kleinen Wendekreis und ein vergleichsweise geringes Massenträgheitsmoment und die Hochachse, wodurch der Roller eine herausragende Agilität und sehr gute Wendigkeit besitzt. Gleichzeitig verleihen die großen möglichen Raddurchmesser dem Motorroller eine gegenüber herkömmlichen Rollern herausragende Fahrstabilität und einen wesentlich verbesserten Abrollkomfort, der auf dem Niveau eines Motorrades liegt.
- Gegenüber Rollern mit konventioneller Triebsatzschwinge besitzt die Hinterradaufhängung eines mit Traction‑X ausgestatteten Motorrollers wesentlich geringere ungefederte Massen, die ein feinfühliges Ansprechverhalten von Federung und Dämpfung ermöglichen. Auch kann mit Traction‑X der erforderliche Reifenluftdruck reduziert werden, sodass die Sensibilität der Federung auch dieses Bauteils erheblich besser ist.
- Bei beiden Ausführungsformen von Traction‑X verbleibt innerhalb des Hohlrad-Schwinglenkers ein Freiraum, der günstig zur Unterbringung des Elektromotors, der Antriebsmotor-Getriebeeinheit oder Teilen davon genutzt werden kann. Damit entsteht eine äußerst kompakte gesamte Zweirad-Antriebseinheit, wodurch der Fußraum des Motorrollers wieder vollständig zur Verfügung steht, was den Komfort des Fahrers deutlich erhöht.
- Die Fahrstabilität ist aufgrund der höheren gyroskopischen Kreiselmomente der größeren Räder deutlich besser als bei herkömmlichen Rollern, d.h. ebenso groß wie bei einem Motorrad.
- Die Fahrsicherheit ist durch die größere Kontaktfläche des Rades mit der Fahrbahn, dem größeren „Reifenschwad“, höher, weil damit auch die Haftung zwischen Reifen und Straße größer ist.
Die in der Patentbeschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale von Traction‑X können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
Zur Konstruktion eines Fahrrads der Zukunft, kann die Erfindung Traction‑X also ebenfalls eingesetzt werden. Es besteht die Möglichkeit, als einen Teilaspekt der Erfindung, lediglich Schwingenachse und Tretkurbelachse als ein gemeinsames Bauteil zu integrieren, da bereits dieser einzelne Anspruch der Erfindung geschützt ist. Dadurch ließe sich Gewicht einsparen und die Stabilität der Radaufhängung erhöhen.
Die Alleinstellungsmerkmale eines Fahrrades der Zukunft könnten also folgende sein
- geringes Gewicht, weil Tretkurbellagerung = Schwingenlagerung
- gehobener Antriebskomfort, weil der Abstand Hinterradachse zu Tretkurbelachse beim Einfedern konstant bleibt