DE102017123486A1 - Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges - Google Patents

Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) angetrieben Fahrzeuges, wobei die Verbrennungskraftmaschine (12) über wenigstens eine Antriebswelle (14) mit einer Antriebskraftübertragungseinrichtung verbunden ist, mit einer elektromotorischen Antriebseinheit und einem Steuergerät (24) zum Ansteuern der elektromotorischen Antriebseinheit.Es ist vorgesehen, dass die elektromotorische Antriebseinheit einen Statorbausatz (20) umfasst, der um wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Antriebswelle (14) positionierbar ist, wobei der Statorbausatz (20) einzelne Module umfasst, die sich jeweils über einen Teilkreis erstrecken und die zu einem Stator kombinierbar sind, der sich über zumindest einen Teilumfang der wenigstens einen Antriebswelle (14) erstreckt, sodass die wenigstens eine Antriebswelle (14) einen Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges.
  • Zunächst sind grundsätzlich mittels einer Verbrennungskraftmaschine angetriebene Fahrzeuge bekannt. Auch sind Kraftfahrzeuge mit einem sogenannten Hybridantrieb bekannt, bei dem sowohl eine Verbrennungskraftmaschine als auch ein Elektromotor vorgesehen sind. Dieser Antrieb kann in einem Mischbetrieb, d.h. in gleichzeitigem Antrieb des Fahrzeuges mit der Verbrennungskraftmaschine und dem Elektromotor als auch einem wahlweisen Antrieb mit der Verbrennungskraftmaschine oder dem Elektromotor betrieben werden. Auch sind Kraftfahrzeuge bekannt, die ausschließlich mit einem Elektromotor angetrieben werden.
  • Darüber hinaus sind auch sogenannte Nachrüstsätze oder Aufrüstsätze für mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgestattete Kraftfahrzeuge bekannt, mittels denen zusätzlich ein Elektromotor in einen Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges eingebunden werden kann.
  • Derartige Nachrüstsätze sind beispielsweise aus DE 10 2007 001 841 A1 ,
    DE 10 2005 041 634 A1 und DE 10 2009 006 121 A1 bekannt. Bei all diesen Nachrüstsätzen ist nachteilig, dass in den Antriebsstrang eines an sich nur mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges konstruktiv eingegriffen werden muss. Dies bedeutet, der Antriebsstrang muss mindestens teilweise entfernt und durch andere kraftübertragende Mittel ersetzt bzw. ergänzt werden.
  • US 8,781,661 B2 offenbart einen Nachrüstsatz für ein mit einer Verbrennungskraftmaschine ausgestattetes Fahrzeug, bei der der Rotor einer Elektromaschine mit einer Antriebswelle des Antriebsstranges zusätzlich verbunden ist. Hierzu muss die Antriebswelle aufgetrennt werden und ein zusätzlicher Antriebswellenabschnitt mit dem dann zusätzlich angeordneten Elektromotor in den Antriebsstrang integriert werden. Es muss also in einen bestehenden Antriebsstrang eingegriffen werden.
  • Allen bekannten Nachrüstsätzen für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges mit einer elektromotorischen Antriebseinheit ist somit nachteilig, dass konstruktiv in den bestehenden Antriebsstrang eingegriffen werden muss.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine angetriebenen Fahrzeuges mit einer elektromotorischen Antriebseinheit zu schaffen, mittels dem in einfacher Weise ein Hybridantrieb für das Fahrzeug ermöglicht wird.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Nachrüstsatz mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass die elektromotorische Antriebseinheit einen Statorbausatz umfasst, der um wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Antriebswelle positionierbar ist, wobei der Statorbausatz einzelne Module umfasst, die sich jeweils über einen Teilkreis erstrecken und die zu einem Stator kombinierbar sind, der sich über zumindest einen Teilumfang der wenigstens einen Antriebswelle erstreckt, sodass wenigstens eine Antriebswelle einen Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet, ist es vorteilhaft möglich, nachträglich ein Bestandsfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine mit einer elektromotorischen Antriebseinheit zu einem Hybridfahrzeug nachzurüsten, ohne konstruktiv in den bestehenden Antriebsstrang einzugreifen. Der bestehende Antriebsstrang bleibt komplett erhalten und wird auch nicht in Teilen ausgetauscht. So wird in einfacher Weise die Nachrüstung des mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Fahrzeuges mit einer elektromotorischen Antriebseinheit möglich. Es wird somit die elektromotorische Antriebseinheit nicht an eine Antriebswelle, sondern um eine Antriebswelle herum positioniert, wobei die Antriebswelle dann selber den Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet.
  • In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Module an fixen Befestigungspunkten anordbare Elektrospulenelemente umfassen. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, die Elektrospulenelemente karosseriefest zu befestigen und in Bezug auf die Antriebswelle zu positionieren. Die Positionierung erfolgt derart, dass die einzelnen Elektrospulenelemente so angeordnet sind, dass die Antriebswelle in einen Wirkbereich eines mittels der Elektrospulenelemente erzeugbaren Magnetfelds liegen.
  • Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Elektrospulenelemente die Antriebswelle in einem Teilumfang umgreifen. Dies bedeutet, ein Modul bzw. ein Elektrospulenelement deckt einen Teilumfang der Antriebswelle ab.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Teilumfang eines Moduls bzw. eines Elektrospulenelementes zwischen 5° und 30° beträgt. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, die Anzahl der Module, d.h. die Anzahl der Elektrospulenelemente, die die Antriebswelle umgreifen, variabel festzulegen. Je nachdem welchen Teilumfang das einzelne Modul, d.h. das einzelne Elektrospulenelement abdeckt, ergibt sich eine mögliche Gesamtzahl der Module um die Antriebswelle über den Gesamtumfang über 360° zu umgreifen.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrospulenelemente die Antriebswelle nur in einem Teilumfang umgreifen. Hierdurch ist vorteilhaft möglich, entsprechend der Einbausituation der Antriebswelle die Anzahl der den Stator bildenden Module, d.h. den Stator bildenden Elektrospulenelemente entsprechend anzupassen. Diese umgreifen die Antriebswelle nur in dem Bereich, in dem ein entsprechender Bauraum ohne konstruktive Änderungen des Antriebsstranges vorhanden ist. Die Module umgreifen die Antriebswelle beispielsweise über 180°. Dies bedeutet, wenn ein Modul einen Teilumfang von 15° abdeckt, würde der Statorbausatz aus 12 Modulen, d.h. 12 Elektrospulenelementen bestehen.
  • Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass den Modulen mit der Antriebswelle fest verbindbare Permanentmagnetelemente zugeordnet sind. Die Permanentmagnete sind somit Bestandteil des von der Antriebswelle gebildeten Läufers. Die Permanentmagnetelemente können mit der Antriebswelle kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden sein. Die Antriebswelle selber wird hierdurch nicht in ihrem Aufbau bzw. ihrer Konstruktion verändert. Durch diese den Modulen, also den Elektrospulenelementen zugeordnete Permanentmagnetelemente kann das von den Elektrospulenelementen erzeugte Magnetfeld mit besonders großer Effektivität in eine Drehbewegung des Läufers gewandelt werden.
  • Die Permanentmagnetelemente können den Umfang der Antriebswelle über einen Teilumfang oder auch über den gesamten Umfang umgreifen. Insbesondere bei den über den gesamten Umfang angeordneten Permanentmagnetelementen kann kontinuierlich, auch bei nur über einen Teilumfang angeordneter Elektrospulenelemente eine Antriebskraft auf die Antriebswelle übertragen werden.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass den Modulen mit der Antriebswelle fest verbindbare elektromagnetische Spulenelemente zugeordnet sind. Diese elektromagnetischen Spulenelemente sind vorzugsweise über Schleifringe mit einer Spannungsquelle verbindbar, sodass über eine Wechselwirkung der von den Modulen, d.h. den elektrischen Spulenelementen der Module erzeugten Magnetfelder mit den von den elektromagnetischen Spulenelementen des Rotors erzeugten Magnetfeldern eine entsprechende Antriebskraft auf die Antriebswelle aufgebracht werden kann.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrospulenelemente und die Permanentmagnetelemente in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle verläuft. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, auf geringem axialen Bauraum die elektromotorische Antriebseinheit zu positionieren.
  • Darüber hinaus ist in weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die einzelnen Permanentmagnetelemente und zugeordnete Elektrospulenelemente auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle verlaufen. Hierdurch wird vorteilhaft möglich, einen vorhandenen Einbauraum bei Bestandsfahrzeugen so auszunutzen, um auf eine vorhandene Antriebswelle an mehreren axial zueinander beabstandeten Ebenen durch die jeweils dort angeordneten Elektrospulenelemente bzw. Permanentmagnetelemente sehr variabel eine gewünschte Antriebskraft auf die Antriebswelle aufzubringen.
  • Ferner sind in weiter bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen, dass der Nachrüstsatz einen Verbindungssatz (die erforderlichen elektrischen Verbindungsleitungen) umfasst, mittels der die Elektrospulenelemente mit einer Spannungsquelle und einem Steuergerät verbindbar sind. Hierdurch wird die Ansteuerung der elektromotorischen Antriebseinheit durch die Steuereinheit entsprechend gewünschter Erfordernisse der Zuschaltung der elektromotorischen Antriebseinheit zu der Verbrennungskraftmaschine oder eines ausschließlichen Antriebes des Fahrzeuges über die elektromotorische Antriebseinheit möglich.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einem Nachrüstsatz nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 schematisch in einem Blockschaltbild die Anordnung eines erfindungsgemäßen Nachrüstsatzes und
    • 2 schematisch eine Detailansicht eines auf einer Antriebswelle angeordneten Nachrüstsatzes.
  • 1 zeigt schematisch den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges 10. Das Kraftfahrzeug 10 besitzt eine Verbrennungskraftmaschine 12 sowie über Antriebswellen 14 antreibbare Räder 16. Die Antriebswellen 14 sind hierbei mit der Verbrennungskraftmaschine 12 über im Einzelnen nicht gezeigte Getriebeanordnungen wirkverbunden. Eine weitere Antriebswelle 14 ist zwischen dem Getriebe der Verbrennungskraftmaschine 12 und einem Differentialgetriebe 18 vorhanden.
  • Die Antriebswellen 14 dienen der Kraftübertragung zwischen der Verbrennungskraftmaschine 12 bzw. dem der Verbrennungskraftmaschine nachgeordneten Getriebe und den angetriebenen Rädern 16. Die Antriebswellen 14 sind Teil des Antriebsstranges des Kraftfahrzeuges 10.
  • Aufbau, Funktion und Wirkungsweise eines derartigen Antriebsstranges sind bekannt und sollen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung nicht näher betrachtet werden.
  • Die Erfindung betrifft nunmehr einen Nachrüstsatz für ein die bisher erläuterte Ausstattung besitzendes Bestandsfahrzeug zur Integration einer zusätzlichen elektromotorischen Antriebseinheit in den Antriebsstrang.
  • Der Nachrüstsatz umfasst einen Statorbausatz 20, der in anhand der nachfolgenden Figur noch näher erläuterter Weise um eine Antriebswelle 14 positioniert wird. Der Statorbausatz 20 ist über einen hier angedeuteten Verbindungssatz 22 mit einem Steuergerät 24 und einer Spannungsquelle 26 verbindbar.
  • Das Steuergerät 24 und die Spannungsquelle 26 können Bestandteil des Nachrüstsatzes sein. Es ist jedoch auch möglich, dass hierfür ein im Kraftfahrzeug 10 bereits vorhandenes Steuergerät 24 und eine vorhandene Spannungsquelle 26 genutzt werden können.
  • In 1 ist schematisch die Anordnung eines Statorbausatzes 20 dargestellt. Nach weiteren Ausführungsbeispielen können jedoch auch mehrere Statorbausätze, beispielsweise an jeder der den Rädern 16 zugeordneten Antriebswelle 14 vorgesehen sein. Auch ist die Anordnung mehrerer Statorbausätze auf einer Antriebswelle 14 möglich.
  • 2 zeigt schematisch einen auf einer Antriebswelle 14 angeordneten Statorbausatz 20. Der Statorbausatz 20 besteht aus einer Vielzahl von Elektrospulenelementen 28. Die Elektrospulenelemente 28 bilden einzelne Module und erstrecken sich jeweils über einen Teilumfang der Antriebswelle 14. Im gezeigten Beispiel sind acht Elektrospulenelemente 28 vorgesehen, die sich jeweils über einen Teilumfang von 22,5° erstrecken. Dies bedeutet mit acht Elektrospulenelementen 28 wird die Antriebswelle 14 über einen Halbkreis von 180° umgriffen. Die Elektrospulenelemente 28 sind karosseriefest an dem Kraftfahrzeug 10 angeordnet. Dies bedeutet, die Elektrospulenelemente 28 besitzen eine feste Position zu der Antriebswelle 14.
  • Den Elektrospulenelementen 28 sind Permanentmagnetelemente 30 zugeordnet, die mittels eines wenigstens zweiteiligen Halteringes 32 fest mit der Antriebswelle 14 verbunden sind. Das Verbinden des Halteringes 32 mit der Antriebswelle 14 kann kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen.
  • Bei rotierender Antriebswelle 14, beispielsweise durch in Betrieb befindlicher Verbrennungskraftmaschine 12, rotieren die Permanentmagnetelemente 30 mit der Antriebswelle 14 mit. Zwischen den Permanentmagnetelementen 30 und den Elektrospulenelementen 28 befindet sich ein schmaler Luftspalt, sodass die Permanentmagnetelemente 30 rotieren können, während die Elektrospulenelemente 28 karosseriefest angeordnet sind.
  • Über den Verbindungssatz 22 sind die einzelnen Elektrospulenelemente 28 mit einem Steuergerät 24 bzw. einer Spannungsquelle 26 verbindbar bzw. verbunden.
  • Mittels des Steuergerätes 24 können die einzelnen Elektrospulenelemente 28 mit der Spannungsquelle 26 verbunden werden. Hierdurch kommt es zu einem Stromfluss durch die Elektrospulen, sodass ein Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld wirkt auf die Permanentmagnetelemente 30. Diese sind so gepolt, dass durch das überlagernde Magnetfeld der Elektrospulenelemente 28 eine Kraft auf die Permanentmagnetelemente 30 ausgeübt wird. Diese Kraft wird über den Haltering 32 auf die Antriebswelle 14 übertragen, sodass diese hierdurch in Rotationen versetzt wird bzw. die durch die Verbrennungskraftmaschine 12 hervorgerufene Rotation unterstützt wird.
  • Die Antriebswelle 14 bildet somit einen Läufer in Bezug auf den Statorbausatz 20. Durch die gezeigte Anordnung lässt sich in einfacher Weise eine elektromotorische Antriebseinheit in den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges integrieren.
  • Aufgrund des üblicherweise begrenzt vorliegenden Einbauraumes kann die elektromotorische Antriebseinheit auch dann realisiert werden, wenn die Elektrospulenelemente 28 die Antriebswelle 14 nicht vollständig sondern nur über einen Teilumfang umgreifen.
  • Nach einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist möglich, den in 2 gezeigten Statorbausatz 20 mehrfach anzuordnen. Hierbei kann die konstruktive Länge der Antriebswelle 14 dazu ausgenutzt werden, mehrere unabhängig voneinander zuschaltbare elektromotorische Antriebseinheiten vorzusehen.
  • Diese mehreren elektromotorischen Antriebseinheiten können auch unterschiedlich aufgebaut sein, sodass sie eine unterschiedliche Anzahl von Elektrospulenelemente 28 umfassen. So kann auf die konkrete Einbausituation der Antriebswelle 14 bei einem Bestandsfahrzeug eingegangen werden und die optimale Lösung für die Nachrüstung mit einer oder mehreren elektromotorischen Antriebseinheit(en) gefunden werden.
  • Die Elektrospulenelemente 28 und die Permanentmagnetelemente 30 sind sowohl in einer oder mehreren gemeinsamen Ebenen angeordnet, die senkrecht durch die Antriebswelle 14 verlaufen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Kraftfahrzeug
    12
    Verbrennungskraftmaschine
    14
    Antriebswellen
    16
    antreibbare Räder
    18
    Differentialgetriebe
    20
    Statorbausatz
    22
    Verbindungssatz
    24
    Steuergerät
    26
    Spannungsquelle
    28
    Elektrospulenelemente
    30
    Permanentmagnetelemente
    32
    Haltering
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007001841 A1 [0004]
    • DE 102005041634 A1 [0004]
    • DE 102009006121 A1 [0004]
    • US 8781661 B2 [0005]

Claims (10)

  1. Nachrüstsatz für die Nachrüstung eines mit einer Verbrennungskraftmaschine (12) angetrieben Fahrzeuges, wobei die Verbrennungskraftmaschine (12) über wenigstens eine Antriebswelle (14) mit einer Antriebskraftübertragungseinrichtung verbunden ist, mit einer elektromotorischen Antriebseinheit und einem Steuergerät (24) zum Ansteuern der elektromotorischen Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinheit einen Statorbausatz (20) umfasst, der um wenigstens einen Abschnitt der wenigstens einen Antriebswelle (14) positionierbar ist, wobei der Statorbausatz (20) einzelne Module umfasst, die sich jeweils über einen Teilkreis erstrecken und die zu einem Stator kombinierbar sind, der sich über zumindest einen Teilumfang der wenigstens einen Antriebswelle (14) erstreckt, sodass die wenigstens eine Antriebswelle (14) einen Läufer der elektromotorischen Antriebseinheit bildet.
  2. Nachrüstsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Module an fixen Befestigungspunkten anordbare Elektrospulenelemente (28) umfassen.
  3. Nachrüstsatz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrospulenelemente (28) die Antriebswelle (14) in einem Teilumfang umgreifen.
  4. Nachrüstsatz nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilumfang zwischen 5° und 30° beträgt.
  5. Nachrüstsatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Modulen mit der Antriebswelle (14) fest verbindbare Permanentmagnetelemente (30) zugeordnet sind.
  6. Nachrüstsatz nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetelemente (30) die Antriebswelle (14) über den gesamten Umfang umgreifen.
  7. Nachrüstsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnetelemente (30) und die Elektrospulenelemente(28) in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle (14) verläuft.
  8. Nachrüstsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Permanentmagnetelemente (30) und zugeordneten Elektrospulenelemente (28) auf unterschiedlichen Ebenen angeordnet sind, die senkrecht durch die Antriebswelle (14) verlaufen.
  9. Nachrüstsatz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromotorische Antriebseinheit einen Verbindungssatz (22) umfasst, mittels der die Elektrospulenelemente (28) mit einer Spannungsquelle (26) verbindbar sind.
  10. Fahrzeug (10) mit einer elektromotorischen Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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