DE202017002410U1 - Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW zum Betrieb in Innenstädten mit Fahrverbot - Google Patents

Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW zum Betrieb in Innenstädten mit Fahrverbot Download PDF

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Abstract

Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW, dadurch gekennzeichnet, dass in vorhandene Fahrzeuge mit Antrieb auf einer Aachse ein zusätzlicher Antrieb mit einem oder zwei Elektromotoren an der bisher nicht angetriebenen Achse eingebaut wird. Dabei werden die Radlager, Antriebswellen und Bremsen des, vom Fahrzeughersteller parallel angebotenen Allradmodells verwendet. Der der Elektroantrieb wird so ausgelegt, dass innerhalb der Innenstadt nur noch mit reinem Elektroantrieb gefahren werden kann. Außerhalb der Stadt soll der Elektroantrieb jedoch komplett ausgeschaltet sein.

Description

  • Aktueller Stand:
  • In Europa wird die Luftqualität in den Innenstädten immer schlechter. Gleichzeitig werden seitens der EU die Einhaltung immer strengerer Schadstoffgrenzen gefordert. Beim Feinstaub konnte das Problem weitgehend durch den nachträglichen Einbau von Rußpartikelfiltern gelöst werden. Bei den Stickoxiden halten zahlreiche aktuelle Neuwagen die Grenzwerte nur auf den Prüfständen ein. Im praktischen Betrieb stoßen viele Fahrzeuge ein Vielfaches der zulässigen Stickstoffoxid-Werte aus. Im Herbst 2017 tritt zudem eine Zulassungsordnung mit verschärften Grenzwerten für diese Stickoxide in Kraft. Daher ist es sehr unwahrscheinlich, Filtersysteme für gebrauchte Diesel zu fertigen, die dann die verschärften Grenzwerte einhalten. Das würde bedeuten, dass eine große Anzahl von Diesel-PKW nicht mehr in den inneren Bereich der großen Städte in Europa einfahren dürfen. Hohe Wertverluste dieser PKW sind dann wahrscheinlich. Einige Städte in Europa haben schon Zufahrtsbeschränkungen für Diesel-PKW oder generell für ältere PKW erlassen. London hat außerdem angekündigt, eine Abwackprämie für Diesel-PKW einzuführen. Bei PKW mit Benzinmotoren besteht die Problematik, dass bei kleiner werdenden Motoren die Stickoxidewerte im Abgas ansteigen und somit auch hier Probleme entstehen können. Es ist zu erwarten, dass auch älteren PKW mit Benzinmotor die Zufahrt in Großstädte verweigert werden kann. Bislang sind schon Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge im Handel. Weiterhin existieren bereits Patente, die einen elektrischen Zusatzantrieb beschreiben. Dies sind z. B. die folgenden Patente bzw. Gebrauchsmuster Gebrauchsmuster- AT000000007997U1 -MAGNA STEYR FAHRZEUGTECHNIK AG, AT-beschreibt einen elektrischen Allradantrieb Patent- DE000003943120C2 -WENING HEINZ, DE-beschreibt einen Hybrideinbau als Nachrüstsatz Patent- DE000019914350B4 -FOLLMER JOERN J, DE-beschreibt einen Elektrozusatzantrieb mit Nachführfunktion als Antrieb nur im Verkehrsstau. Patent- DE000019919454C2 -DAIMLER CHRYSLER AG, DE-beschreibt einen Zusatzantrieb zum Ausgleich der Zugkraftunterbrechung beim Schalten.
  • Gebrauchsmusterbeschreibung:
  • Dieses Gebrauchsmuster beschreibt einen Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW und leichten Nutzfahrzeug zum Betrieb in Innenstädten mit Fahrverbot. Bei vorhandenen PKW's und leichten Nutzfahrzeugen wird ein zusätzlicher Antrieb an der bisher nicht angetriebenen Achse eingebaut. Bei Zahlreichen PKW und leichten Nutzfahrzeugen gibt es vom Fahrzeughersteller bereits eine Variante mit Allradantrieb. Von diesen Fahrzeugen können die Radlagereinheiten und die Antriebswellen verwendet werden.
  • Hier weden die schon vom jeweiligen Fahrzeughersteller freigegebenen Komponenten für den Antrieb der bisher nicht angetriebenen Achse verwendet. Dadurch kann eine eigene Zulassungsprüfung für selbstentwicckelte Bauteile entfallen. Neu ist jedoch die Kopplung dieser Antriebskomponenten mit einem Elektromotor, der nur für die Fahrt innerhalb der Stadtgenzen ausgelegt ist. Dabei wird auch hier ein Elektromotor verwendet, der bereits als Antrieb für Kleistfahrzeuge zugelassen ist. Somit kann auch hier die eigene Zulassung entfallen
  • Je nach Platzverhältnissen unter dem Fahrzeugboden kann entweder eine Variante mit einem zentralen Elektromotor und Differential oder eine zweite Variante mit zwei kleineren Elektromotoren ohne Differential verwendet werden.
  • Der Aufbau mit zwei kleinen Elektromotoren wird in Zeichnung 1 Dargestellt. In die vorhandene Hinterachse des vorhandenen Fahrzeugs werden rechts und links die Radlagereinheiten und die Antriebswellen der Variante mit Allradantrieb des Original-Fahrzeugherstellers eingebaut. Am dann freien Ende der Antriebswelle wird jeweils ein 48-Volt Elektromotor angeflanscht. Dadurch kann der Elektromotor das jeweilige Rad antreiben. Die Elektromotoren und ihre Steuerung sind so ausgelegt, dass eine leicht unterschiedliche Raddrehzahl, wie in einer Kurvenfahrt notwendig ist, problemlos ausgeglichen werden kann.
  • Die Neuerung, die dieses Gebrauchsmuster und das gleichzeitig beantragte Patent beschreiben, besteht darin, dass dieser Elektroantrieb nur für den Betrieb innerhalb der Stadt ausgelegt ist. Außerhalb der Grenzen des zufahrtbeschränkten Gebiets muss der bisherige Fahrzeugantrieb verwendet werden. Ein gemeinsamer Betrieb, wie bei Hybrid- oder Plug-in-Hybrid-Fahrzeugen ist ausdrücklich nicht vorgesehen. Die maximale Geschwindigkeit wird auf ca. 70 Km/h begrenzt. Die Reichweite soll 30 bis 40 Km nicht überschreiten. Die maximal erreichbare Geschwindigkeit und die erreichbare Reichweite gehen jedoch weit über eine Nachfühhrfunktion in Verkehrsstaus hinaus. Die so umgebauten Fahrzeuge sollen am normalen Innenstadtverkehr teilnehmen, ohne andere Verkehrsteilnehmer zu behindern. Ein Umbau der Fahrzeuge auf reinen elektrischen Betrieb ist ebenfalls nicht vorgesehen, damit die große Reichweite beim Betrieb mit einem Verbrennungsmotor erhalten bleibt. Durch diese Beschränkung auf den reinen Innenstadtbetrieb können kleinere und somit leichtere Elektromotoren verwendet werden. Außerdem können kleinere Batterien verwendet werden. Bei diesen Einschränkungen kann eine Systemspannung von 48 Volt vorgesehen werden. Dadurch sind deutlich geringere Sicherheitsanforderungen einzuhalten und deutlich mehr KFZ-Werkstätten sind in der Lage, einen solchen Umbausatz in einen PKW einzubauen als bei einer Variante mit mehr als 48 Volt Systemspannung.
  • Als Batterien sollen handelsübliche 12 Volt Akkus aus normalen PKW's verwendet werden. Diese Batterien werden zu jeweils 4 Stück in einem Block in Reihe geschaltet. Somit ergibt sich eine Betriebsspannung von 48 Volt. Diese Batteriepacks werden im Kofferraum bzw. Laderaum bei leichten Nutzfahrzeugen eingebaut. Sobald 48 Volt Batteriesysteme aus den, jetzt neu auf den Markt kommenden Serienfahrzeugen mit 48 Volt Bordnetzspannung oder aus Anwendungen der stationären Stromspeicherung, in ausreichender Zahl zu günstigen Preisen verfügbar sind, können auch diese Batterien eingebaut werden.
  • Dieser Umbausatz für PKW und leichte Nutzfahrzeuge besteht nur aus Bauteilen und Baugruppen, die bereits für andere Anwendungen am Markt verfügbar und von den Zulassungsbehörden geprüft sind. Neu ist aber die Kombination dieser Bauteile zu einem elektrischen Zusatzantrieb für PKW und leichte Nutzfahrzeuge nur zum Betrieb in Fahrverbotszonen. Dadurch soll auch bei vorhandenen Fahrzuegen eine bessere Luftreinhaltung in Innenstädten erreicht werden.
  • Je nach länderspezifischen Zulassungsbehörde können später auch Batteriepacks ein- bzw. ausgebaut werden, um die Reichweite den eigenen Bedürfnissen anzupassen. Ein Mindestbatteriepack muss jedoch eingebaut bleiben, damit die Zulassung als Elektrofahrzeug für Innenstädte erhalten bleibt. Dabei kann der Anschluss entweder mittels Kabelklemmen oder mittels Einschubkontakten erfolgen. Die mechanische Befestigung der zusätzlichen Batterien ist jeweils unabhängig vom Anschlusskonzept.
  • An einer der Außenseiten des Fahrzeugs oder am Dach wird einen Signalanlage installiert, die einen reinen elektrischen Betrieb anzeigt. Dies kann entweder mittels einer Leuchte oder mit einem akustischen Signalgeber erfolgen. Bevorzugt wird die Signalleuchte. Diese Signalanlage ermöglicht es den Kontrollbehörden mit einfachen Mittel zu überwachen, ob die umgerüsteten Fahrzeuge auch wirklich rein elektrisch in der Fahrverbotszone betrieben werden.
  • Gewerbliche Nutzung:
  • Innerhalb der Europäischen Union und im Vereinigten Königreich gelten strenge Grenzwerte für den Gehalt an Stickoxiden in der Luft innerhalb von Städten. Deshalb droht ein Fahrverbot für Fahrzeuge, die relativ viel Stickoxid ausstoßen. Ob es möglich ist, diese Fahrzeuge motorseitig so umzurüsten, dass die Grenzwerte neuer Fahrzeuge bei Stickoxiden eingehalten werden, ist derzeit sehr fraglich. Bei einer Nachrüstung nach September 2017 müssen diese Fahrzeuge den neuen Prüfzyklus mit einer Kontrollmessung unter realen Fahrbedingungen einhalten. Da bereits heute schon bekannt ist, dass zahlreiche Fahrzeuge aus der aktuellen Abgasnorm Euro 6 diesen Prüfzyklus nicht schaffen, müssen andere Möglichkeiten der Nachrüstung der Fahrzeuge geschaffen werden.
  • Die betroffenen Fahrzeuge habe jedoch derzeit noch einen recht hohen Restwert. Daher ist anzunehmen, dass eine größere Zahl Fahrzeugbesitzer bereit ist, in eine Nachrüstung mit einem zusätzlichen Elektroantrieb zu investieren. Alleine in Deutschland sind ca. 13.05 Millionen PKW mit Dieselmotor Euro 5 und schlechter zugelassen. Davon sind kurzfristig schätzungsweise 25% von einen Fahrverbot in den Großstädten betroffen. Ca. 30% dieser Fahrzeuge lassen sich relativ leicht umrüsten, da die mechanischen Voraussetzungen bereits gegeben sind. Das bedeutet, dass ein Markt von ca. 1 Million Fahrzeugen für eine solche Nachrüstung in den nächsten zwei Jahren vorhanden ist. Langfristig wird der Bedarf jedoch weiter wachsen, wenn weitere Städte von Fahrverboten betroffen sind. Zusätzlich kommen noch die Diesel-PKW in den anderen europäischen Ländern hinzu. Außerdem wird erwartet, dass in Zukunft auch PKW mit Benzinmotor von Fahrverboten betroffen werden. Dieser Markt kommt noch hinzu. Weiterhin sind auch leichte Nutzfahrzeuge betroffen und müssen Nachgerüstet werden.
  • Ausführung (Beispiel):
  • Das Beispiel beschreibt die Ausführung der Nachrüstung bei einem leichten Transporter bzw. Großraum-PKW mit Forderradantrieb. Die beiden Radlagereinheiten hinten werden durch die Ausführung mit Allradantrieb ersetzt. Zusätzlich werden die Antriebswellen der Hinterachse des Allradantriebs eingebaut. Eine Seite der Antriebswelle ist in der Radlagereinheit montiert. Die andere Seite der Antriebswelle wird in einem eigens gefertigten Lagerbock gelagert. An das freie Wellenende wird ein Elektromotor mit 10 KW Dauerleistung und 20 KW Spitzenleistung angeflanscht. Zwischen Wellenende und Motor befindet sich eine Kupplung, die ein Trennen des Motors von der Antriebswelle ermöglicht (Leerlauf). Der Elektromotor ist wassergekühlt und somit vollkommen geschlossen bzw. wasserdicht ausgeführt. Die anfallenden Abwärme wird über einen gesonderten Kühlkreislauf abgeführt. Der Motor für die rechte Antriebswelle liegt in Fahrtrichtung etwas vor der Achsmitte, der Motor für die linke Antriebswelle liegt etwas hinter der Achsmitte. Dadurch steht genügend Platz für die Baulänge der Motoren zur Verfügung.
  • Die Batterien werden im Laderaum hinter und unter der letzten Sitzreihe eingebaut. 4 Batterien sind jeweils zu einem Block zusammengebaut und in Reihe geschaltet. Dadurch ergibt sich eine Betriebsspannung von 48 Volt. Im Beispiel sind 12 Batterien mit einer Kapazität von je 1 KWh verbaut. Zur Geschwindigkeitsregelung werden zwei kompakte Regler aus, schon bereits am Markt befindlichen Umbausätzen für Kleinfahrzeuge verwendet. Am Fahrpedal wird ein zusätzliches Potentiometer für die Pedalstellung angebaut.
  • In der Armaturentafel wird ein Wahlschalter für die Betriebsart Diesel/Elektro eingebaut. Der Schalter hat nur zwei Stellungen. Ein gemeinsamer Betrieb von Dieselmotor und Elektromotor wird somit ausgeschlossen.
  • Damit die Lenkhilfe und die Bremsanlage weiterhin betriebsbereit gehalten werden, müssen zwei elektrisch betriebene Pumpen eingebaut werden. Eine Pumpe ist eine Vakuumpumpe für die Bremsanlage, die bereits im Handel erhältlich ist. Für die Lenkhilfe wird die bislang am Motor angebaute Pumpe so umgebaut, dass der Antrieb mit einem Elektromotor erfolgt.
  • Diese umgebauten Pumpen bleiben auch aktiv, wenn das Fahrzeug auf Diesel-Betrieb gefahren wird. Das sind auch die einzigen Umbauten am Motor bzw. am Basisfahrzeug.
  • Im Elektrobetrieb wird zunächst die Zündung eingeschaltet und dann der Wahlschalter auf Elektro gestellt. Jetzt werden beide Elektromotoren mit Strom versorgt, sobald der Fahrer das Fahrpedal betätigt. Die Signalleuchte am Dach wird mit Strom versorgt und zeigt einen reinen elektrischen Betrieb an.
  • Im Dieselbetrieb wird zunächst die Zündung eingeschaltet und dann der Wahlschalter auf Diesel gestellt. Jetzt fährt das Fahrzeug wieder wie bislang mit der einzigen Änderung, dass die beiden Pumpen jetzt elektrisch angetrieben werden. Die Signalleuchte bleibt ausgeschaltet.
  • Bezugszeichenliste
  • Zeichnung 1:Darstellung Hinterachse eines Frontantriebs-PKW mit 2 zusätzlichen Elektromotoren als Antrieb
    • 1
    Achsträger rechts vorhanden im Fahrzeug
    2
    Achsträger links vorhanden im Fahrzeug
    3
    Antriebswelle rechts neu, jedoch vom Fahrzeughersteller
    4
    Antriebswelle links neu, jedoch vom Fahrzeughersteller
    5
    Elektromotor rechts
    6
    Elektromotor links
    Zeichnung 2:Darstellung Einbau der Batterien und der Leistungselektronik bei einem Transporter. Bei PKW wird eine ähnliche Anordnung angewendet.
    1
    Batterie 12 Volt zusammengeschaltet zu je 4 Stück (4·12 Volt = 48 Volt)
    2
    Leistungselektronik
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • AT 000000007997 U1 [0001]
    • DE 00003943120 C2 [0001]
    • DE 000019914350 B4 [0001]
    • DE 000019919454 C2 [0001]

Claims (3)

  1. Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW, dadurch gekennzeichnet, dass in vorhandene Fahrzeuge mit Antrieb auf einer Aachse ein zusätzlicher Antrieb mit einem oder zwei Elektromotoren an der bisher nicht angetriebenen Achse eingebaut wird. Dabei werden die Radlager, Antriebswellen und Bremsen des, vom Fahrzeughersteller parallel angebotenen Allradmodells verwendet. Der der Elektroantrieb wird so ausgelegt, dass innerhalb der Innenstadt nur noch mit reinem Elektroantrieb gefahren werden kann. Außerhalb der Stadt soll der Elektroantrieb jedoch komplett ausgeschaltet sein.
  2. Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kennzeichnung des Betriebszustands „reiner Elektrobetrieb” bei den Fahrzeugen, die eine Wahlmöglichkeit zwischen Betrieb mit Verbrennungsmotor und Betrieb nur mit Elektromotor bieten, eingebaut wird. Die Kennzeichnung des Betriebszustand kann entweder optisch oder akustisch erfolgen.
  3. Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW, dadurch gekennzeichnet, dass die Reichweite von Fahrzeugen mit Elektroantrieb durch Ein- und Ausbaus eines Teils der Batterien vergrößert oder verringert werden kann.
DE202017002410.1U 2017-05-02 2017-05-02 Zusatzantrieb mittels Elektromotor bei PKW zum Betrieb in Innenstädten mit Fahrverbot Expired - Lifetime DE202017002410U1 (de)

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