Germini

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Die Pläne der EU-Kommission, den durchschnittlichen Flottenverbrauch der Fahrzeughersteller drastisch zu senken, stellt für die Hersteller, deren Produktionsschwerpunkt im Bereich der gehobenen Mittelklasse und der Oberklasse liegt, eine besondere Herausforderung dar. Die deutsche Wirtschaft hat in schwierigen Zeiten oft die Konkurrenz mit wegweisenden Entwicklungen überrascht. Vielleicht kann die neue Herausforderung der Ausgangspunkt für eine solche Entwicklung sein.

Der Flottenverbrauch wird natürlich mit jeder Weiterentwicklung der Motortechnik, der Fahrzeugdynamik und letztlich mit einer Vielzahl von kleinen Verbesserungen vermindert. Große Sprünge sind hier aber nicht zu erwarten. Wenn jedoch die Hersteller der oben angeführten Segmente ein ausgesprochen verbrauchs- und kostengünstiges Fahrzeug in ihre Produktionspalette aufnehmen, welches unterhalb der Kleinwagen anzusiedeln ist, so kann damit der durchschnittliche Flottenverbrauch merklich gesenkt werden. Für solch ein Fahrzeug besteht ganz sicher ein Bedarf, wenn sich mit ihm die Mehrzahl der Transportaufgaben erfüllen lässt, für die bislang vorrangig die Kleinwagen eingesetzt werden. Typische Aufgaben für solch ein Fahrzeug könnten sein:

  • Weg zur Arbeit
  • Transport von Kindern zu Betreuungseinrichtungen, zur Schule und zu Freizeitaktivitäten
  • Fahrten zu medizinischen Einrichtungen, zu Dienstleistungen und zu Kultur- und Freizeitveranstaltungen
  • Einkaufsfahrten

Bei diesen Fahrten werden die Möglichkeiten des Kleinwagens meist nur partiell genutzt. 

Um diese Aufgaben zu erfüllen, sollte das Fahrzeug Platz für drei Personen bieten, eine Zuladung von wenigstens 300 kg zulassen, leicht zu besteigen und zu beladen sein und eine ausreichende Geschwindigkeit erreichen (etwa 120-130 km/h). Der durchschnittliche Verbrauch sollte 2-2,5 l/100km nicht übersteigen. Ein emmissionsfreier  Betrieb in Innenstadtbereichen sollte möglich sein und natürlich darf es bei der Sicherheit keine Abstriche geben. Der Verkaufspreis solch eines Fahrzeugs sollte nicht höher als 6000€ sein, damit sich damit wirklich die Kosten für die Mobilität senken lassen. Dies sind anspruchsvolle Forderungen, doch sie scheinen erfüllbar bei dem Fahrzeugkonzept, welches ich Ihnen hier vorstellen will. Als Arbeitstitel für das Fahrzeugkonzept habe ich „Germini“  (deutscher Mini) gewählt und die Lautähnlichkeit bei dem Slogan

„Germini made in Germany“ wird wohlwollend akzeptiert.

Um einen Verbrauch von unter 2,5 l /100 km zu erreichen, sollten die Leermasse 500 kg nicht übersteigen, der Luftwiderstand und der Rollwiderstand gering sein. Gewählt wurde daher ein Dreirad, bei dem allein das Vorderrad durch einen Elektromotor angetrieben wird. Den Strom liefert ein von einem Verbrennungsmotor angetriebener Generator. Die Energie kann in einer Batterie zwischengespeichert werden. Der Verbrennungsmotor kann so immer in einem verbrauchsoptimalen Bereich arbeiten. Die Wandlungsverluste sollten durch den Wegfall des Getriebes kompensiert werden können. Das Vorderrad sollte nahe an den Schwerpunkt des unbeladenen Fahrzeugs herangerückt werden, damit eine genügend hohe Achslast am Antriebsrad sichergestellt wird. Die Batterie wie auch der Motor-Generatorblock werden dazu seitlich vom Antriebsrad platziert.  

Ein gravierender Nachteil herkömmlicher Dreirad-Konstruktionen ist das kritische Fahrverhalten bei der Kurvenfahrt. Um dieses Fahrverhalten zu verbessern, wurden verschiedene Konstruktionen entwickelt. Bekannt ist die innovative Vorderradaufhängung beim dreirädrigen Motorroller „Gilera Fuoco 500“, bei dem die beiden Räder mit zwei Kurzschwingen über ein Parallelogrammgestänge miteinander verbunden sind. Die vom Fahrer durch Gewichtsverlagerung hervorgerufene Schräglage des Motorrollers überträgt sich hier durch ein  Parallelogramm-gestänge auf die Vorderräder. Bekannt sind ebenfalls aktive Neigetechniken bei Schienenfahrzeugen, bei denen der Wagenkasten mittels Hydraulikzylinder angehoben werden kann. Bei der aktiven Wanksteuerung ATC (Active Tilt Control), die das Kernstück der F 300-Technik beim Forschungsfahrzeug F-300 Life-Jet der Daimler AG ist, werden die Vorderachsen über ein hydraulik-betriebenes Gestänge so bewegt, dass die Seitenkräfte minimiert werden und das Chassis eine Neigung annimmt. Für den „Germini“ sind diese Techniken jedoch nicht einsetzbar, da die Entwicklungsunternehmen sich diese Konstruktionen bestimmt geschützt haben. So musste ich mir etwas anderes einfallen lassen und habe das Problem folgendermaßen gelöst:

Bei der vorgestellten Lösung werden die gleichen Effekte wie bei der Wanksteuerung ATC mit einem geringeren Aufwand erreicht. Bei Kurvenfahrten wirkt die Zentrifugalkraft als Seitenkraft am Rad. Diese Seitenkräfte sind umso größer, je geringer der Kurvenradius ist und je schneller die Kurve durchfahren wird. Wird das Rad geneigt, wie dies bei Motorrädern der Fall ist, so vermindern sich die schädlichen Seitenkräfte. Hier wird ein Konzept für ein Fahrzeug beschrieben, bei dem sich das Fahrzeug wie ein Motorrad „in die Kurve legen“ kann. Dies geschieht dadurch, dass der Abstand der Radlager (2) vom Chassis (3) in Abhängigkeit der Querbeschleunigung verändert wird. Eine einfache Möglichkeit bietet hier eine Schwinge (1), die das Radlager (2) trägt und an der anderen Seite am Chassis (3) gelagert ist. Durch Anheben oder Absenken der Schwinge verändert sich somit der Abstand des Chassis zum Boden und es nimmt eine Schräglage ein. Wenn die resultierende Kraft aus Gewicht

 

und Zentrifugalkraft orthogonal zum schräg liegenden Chassis wirkt, sind die Seitenkräfte minimal und das Fahrzeug bleibt in der Spur. Die Messung der Querbeschleunigung dient als Steuergröße. Eine Messung der Querbeschleunigung kann mittels einer Scheibe mit einem exzentrischen Gewicht erfolgen, wenn das Lager dieser Scheibe parallel zur Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet ist. Die Winkelauslenkung der Scheibe ist ein Maß für die Querbeschleunigung. Bei diesem Messverfahren werden Querneigungen der Fahrbahn automatisch in den Messwert einbezogen.

Das Anheben oder Absenken der Schwinge kann rein mechanisch realisiert werden, z.B. über einen Schneckenantrieb, der auf ein an der Schwinge befestigtes Zahnradsegment wirkt oder die Schwinge wird hydraulisch bewegt. Es ist aber ebenso möglich, die Radlager direkt mittels einer Zahnstange oder einer Hydraulik anzuheben bzw. abzusenken.

Darüber hinaus bietet diese Schwingensteuerung die Möglichkeit, das Heck des Fahrzeugs so abzusenken, dass mit der unteren Heckklappe eine Auffahrrampe entsteht, die das Be- und Entladen des Fahrzeugs erleichtert (Fig. 3). Über die Heckklappe kann ein Kinderwagen, Einkaufswagen oder ein Rollstuhl in den Laderaum geschoben werden.

Da die Hinterräder nur geringe Seitenkräfte übertragen müssen, können leichte, schmale Räder eingesetzt werden, die nur einen geringen Rollwiderstand aufweisen. Bei der normalen Fahrt wird das Fahrzeug durch die „Motorbremse“ abgebremst, bei der die Bremsenergie zurück gewonnen und in der Batterie gepuffert wird. Bei einer Gefahrenbremsung sollten die Hinterräder zusätzlich durch eine Scheibenbremse mechanisch gebremst werden.

Um den Raum optimal zu nutzen, sollten die Rücksitze (9) seitlich hinter dem Fahrersitz (7) angeordnet werden, so wird der Raum neben dem Fahrersitz als Fußraum für die Rücksitze genutzt. Werden die Rücksitze nicht benötigt, so schwenkt man die als Klappsitze ausgeführten Rücksitze nach vorn (9a) und der gesamte Raum hinter dem Fahrersitz steht als Laderaum zur Verfügung. Eine Seitentür gibt es nur auf der Seite zum Fahrbahnrand, ist diese blockiert, so ist ein Ausstieg auch über die von innen zu öffnende Heckklappe möglich.

Nun noch ein paar Anmerkungen, wie das „Germini-Konzept“ die Sicherheitsaspekte berücksichtigt. Ein versteifter dreieckiger Rahmen am Chassis gibt dem Fahrzeug Schutz und lässt es bei einem Stoß mit einem schmalen Hindernis (Baum, Laternenpfahl) oder auch bei einem nicht zentralen Stoß am Hindernis vorbei gleiten. Ein nicht unterbrochener Rahmen in Fahrerhöhe auf der „Straßenseite“ verbessert den Aufprallschutz bei einem von links kommenden Fahrzeug. Bei einem zentralen Aufprall muss der Raum vor dem Antriebsrad die Energie eliminieren und als „Knautschzone“ ausgeführt werden. Das Antriebsrad sollte so befestigt sein, dass es bei einer starken Verformung unter den Fahrgastraum gedrückt wird.

Dieses Fahrzeugkonzept kann auch für Sonderausführungen verwandt werden, so z.B. für ein Zustellfahrzeug, welches schmaler ausgeführt ist und keine Rücksitze hat, dafür aber einen größeren Fahrbereich im Batteriebetrieb erlaubt. Im Zustellbereich kann dieses Fahrzeug dann mit Schrittgeschwindigkeit auch Gehwege benutzen und arbeitet dann emmissionsfrei.

Ein weiteres Spezialfahrzeug wäre ein „Germini“, bei dem ein Rollstuhlfahrer ohne fremde Hilfe über die Heckklappe die Fahrerposition einnimmt und vom Rollstuhl aus, das Fahrzeug steuert.

Auch eine verlängerte Version mit einer höheren Zuladung ist denkbar, dann könnten zusätzliche Rücksitze weiteren Personen Platz bieten.

Dieses Schwingen-Konzept ist aber nicht auf Dreiradfahrzeuge beschränkt, es kann auch bei Vierradfahrzeugen eingesetzt werden, insbesondere dann, wenn diese über direkt angetriebene Räder verfügen, so könnte es auch bei Sportwagen und möglicherweise auch bei Rennwagen Verwendung finden. Bei einem Rennwagen könnte der Fahrersitz mit Sensoren ausgestattet sein, die die Körperbewegung des Fahrers auf das Fahrwerk übertragen, er somit das Fahrzeug „in die Kurve legen“ kann.

 

  

  

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