AT520350A1 - Direkter elektrischer Antrieb bei PKW und LKW - Google Patents
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Abstract
Direkter elektrischer Antrieb von PKW und LKW in einem 1 - Leitersystem, wo intermittierender Gleichstrom verwendet wird, der ankommende Impuls von der Oberleitung kurzzeitig in einem Kondensator gespeichert wird und in der Phase der 0 - Spannung in die Oberleitung zurückgeschickt wird mit Ableitung bei der Versorgungsstation der Oberleitung in das Erdreich oder einem 2. Stromleiter, wobei auch berührungsfreie Leistungsübertragung für den E - Motor im KFZ nach dem Induktionsprinzip oder elektromagnetischer Form möglich sind.
Description
Der heutige Antrieb von PKW und LKW erfolgt in der Regel direkt oder indirekt durch einen Verbrennungsmotor in Form eines Otto - oder Dieselmotors. Darüber hinaus gibt es Antriebe mittels Hybridmotoren und elektrische Antriebe, die von Batterien gespeist werden. Deren gravierender Nachteil ist das zusätzliche Gewicht und besonders die beschränkte Reichweite, die bei einem Antrieb von einem LKW umso mehr ins Gewicht fallen. Einen direkten elektrischen Antrieb weisen in der Regel nur Schienenfahrzeuge und O - Busse auf.
Wenn man den Wirkungsgrad dieser Systeme mit Verbrennungsmotoren betrachtet, weisen diese in der Regel einen Betrag zwischen 30 und 40 % auf. Der restliche Anteil der eingesetzten Primärenergie geht in Form von Wärme über das Kühlwasser und dem Abgas in die Umgebung verloren. Rechnet man auch den Betrag, welcher für die Förderung, den Transport und die Aufbereitung zu verwendungsfähigen Kraftstoffen hinzu, ergeben sich Beträge zwischen 20 und 30 %.
Der Wirkungsgrad von Elektromotoren liegt in der Regel bei mehr als 90 %, jedoch ist hier zu beachten, dass in der Erzeugung des Stromes zur Ladung der Batterien Wirkungsgradverluste besonders bei der heute üblichen Stromerzeugung in kalorischen Kraftwerken mittels Dampfkraftprozessen bestehen, da diese zumeist ohne Abwärmenutzung betrieben werden. Es wird hier effektiv nur ein Wirkungsgrad von etwa 40 % erreicht und die elektrischen Antriebe sind mit dieser Vorbelastung an CO2 zu berücksichtigen. Es ist zutreffend, dass an Ort und Stelle beim Betrieb eines batteriebetriebenen KFZ keine Abgase / Abwärme anfallen, der Aspekt dieser Vorbelastung üblicherweise weggelassen wird.
Bei einem elektrischen Motor ist ein geschlossener Stromkreislauf erforderlich um eine Leistungsabgabe zu erhalten. Bei Schienenfahrzeugen besteht eine Oberleitung und zur Ableitung wird der Schienenstrang und das Erdreich dazu genutzt. Möchte man auf dieser Basis den Massenverkehr auf der Straße bewerkstelligen, wäre die Ausstattung des Straßenbelages mit stromleitenden Belägen erforderlich, wie dies bei Autodromen der Fall ist, jedoch auf Grund der Gegebenheiten wenig zielführend erscheint. O - Busse brauchen zum Betrieb zwei Leiter und sind daher für einen Massenverkehr mit Überholen und dgl. nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Maßnahmen zu beschreiben, in welchem ein geschlossener Kreislauf zum Antrieb eines E - Motors erreicht wird unter Verwendung von nur einem Leiter, wo die Zu - und Rückleitung des Stromes nur über die Oberleitung erfolgt.
Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, dass als Stromart intermittierender Gleichstrom (siehe beiliegende Skizze Fig. 1) verwendet wird, wo der Stromimpuls für kurze Zeit in einem Kondensator oder ähnlichem Element gespeichert wird und in der Phase der 0 - Spannung vom Kondensator in die Oberleitung zurückgeschickt wird und über die Stromversorgungseinrichtung entweder in einen separaten Leiter oder in das Erdreich abgeleitet wird. Der Beginn und das Ende des Impulses sollten mit einer Art elektrischer oder elektronischer Markierung versehen werden, welche die Rücksendung des Impulses im Kondensator ansteuert.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass neben diesem kontakterforderlichen System auch ein berührungsfreies Stromübertragungssystem nach dem Induktionsprinzip in Frage 1
2/8 • · • fr fr fr fr fr ··· fr fr fr ··· • fr fr fr fr fr fr fr fr fr fr fr · • fr fr · fr fr fr ··· • fr ·· fr fr· ··· ·· käme. Der unter Umständen auch höherfrequente intermittierende Gleichstrom in der Oberleitung erzeugt einen separaten Stromkreis im KFZ, welcher so konditioniert ist, dass ein E - Motor damit betrieben werden kann. Je nach Frequenz dieses intermittierenden Gleichstromes tritt hier in verstärktem Ausmaß der Skin - Effekt (Stromfluss beschränkt sich hauptsächlich an der Oberfläche des Leiters) zutage, sodass hier rohrförmige Querschnitte verwendet werden sollten.
Die leitende Oberfläche kann auch durch Aufdampfen oder Beschichten auf ein nicht - oder schlechtleitendes Grundmaterial (Kunststoff, Stahl) erfolgen und damit hochwertiges gut leitendes Metall (Kupfer, Aluminium) eingespart werden. Es ist günstig, wenn ein konstanter Abstand von Oberleitung zu Stromabnehmer des KFZ besteht, dies am besten durch eine Rolle am Stromabnehmer erfolgt und am Rohr der Oberleitung mitläuft, jedoch in diesem Fall nicht an der Stromführung selbst beteiligt ist. Die Stromversorgung ist auf alle Fälle so zu gestalten, dass nur bei Stromabnahme durch ein KFZ auch ein Stromfluss in der Oberleitung entsteht und kein oder nur marginaler, wenn keine Abnahme erfolgt.
Denkbar ist zumindest die Möglichkeit von einem Antrieb mittels Strom von PKW und LKW, das so ausschauen könnte, dass die Straßenzüge entlang ein - oder beidseitig eine hochfrequentes elektromagnetisches Feld als Sender betrieben wird und die KFZ durch eine Form Antenne hier eine Leistungsübertragung zum Antrieb des E - Motors erfolgt.
Um den Freiheiten eines Antriebes mit einem Verbrennungsmotor nahezukommen, sollten die Abstände der Oberleitungsdrähte so gewählt werden, dass die Breite des Stromabnehmers des KFZ auch bei einem Spurwechsel oder beim Überhol vorgang jederzeit der Kontakt mit der Oberleitung und damit Stromzufuhr besteht. In einem Kreuzungsbereich könnte die Ausführung derart vorgesehen werden, dass ein rhombenähnliches Gitter (siehe beiliegende Skizze Fig. 1) vorgesehen wird, wo es zu keiner mechanischen Beschädigung des Stromabnehmers / Oberleitung kommt und zu jeder Zeit der Stromfluss gewährleistet ist.
Als Stromabnehmer gibt es in der Praxis eine Anzahl von Ausführungen, welche für den Aufbau auf einem KFZ / LKW - Dach adaptiert / weiterentwickelt werden könnten. Wichtig wäre ein konstanter Anpressdruck an die Oberleitung mittels Feder - oder Gasdruck und das automatische Einziehen bei einer Kollision. Es könnte sich durchaus herausstellen, dass diese Stromart allein durch Berührung nicht zu einer Stromleitung über den menschlichen Körper fuhrt und daher ein hoher Sicherheitsaspekt besteht.
Vielleicht darf ich ergänzen, dass neben dem Schleifen von Metall auf Metall oder Kohle mit unterschiedlicher Härte unter Umständen auch eine Rolle in Betracht gezogen werden könnte, um einen Abrieb der stationären Oberleitungsdrähte zu vermeiden. Wegen der Verfügbarkeit könnten evtl. Aluminiumlegierungen anstatt Kupfer näher in Erwägung gezogen werden. Für die Einspeisung des Stromes in die Oberleitung sind, wenn die Versorgung vom bestehenden Netz erfolgt, Versorgungsstationen zur Aufbereitung des konditionierten Strom in Abständen, je nach Leistungsbedarf, vorzusehen.
Eine Batterie oder Verbrennungsmotor mit geringer Leistung ist nur noch in dem Ausmaß nötig, Strecken zurückzulegen, die nicht mit Oberleitungen ausgestattet sind, jedoch nur einen Bruchteil der üblichen Kapazität nur bei vollständigem Betrieb mit Batterie ausmachen. Die Aufladung der Batterie könnte ebenfalls von der Oberleitung erfolgen. Es sollte beim Bau des zukünftig erforderlichen Kraftwerksparkes auf die Situierung Rücksicht genommen werden, dass die Nutzung der Abwärme z.B. für die Raum Wärmegewinnung erfolgen kann und der Wirkungsgrad der Primärenergienutzung steigt, im Idealfall etwa 70 bis 90 %.
3/8
Der Einsatz von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen oder Solarenergie in einem Kraftwerk benötigt einen nur geringen Aufwand an Aufbereitung. Besonderes Augenmerk sollte hier auf die Nutzung von nachhaltigen Energieträgern gelegt werden. Die Nachhaltigkeit der Energieträger und ein hoher Gesamtwirkungsgrad wäre die echte Berechtigung der Antriebsart mit Strom, die ein Mehrfaches an Effizienz der heutzutage üblichen Art bringen kann mit langfristig gesicherter Versorgung und erheblicher Einsparung an CO2.
Claims (5)
- Patentansprüche:1. Antrieb eines Elektromotors für PKW und LKW in einem 1 - Leitersystem dadurch gekennzeichnet, dass als Antriebsenergie intermittierender Gleichstrom Verwendung findet der über eine Oberleitung dem Motor zugeführt wird, der Impuls kurzzeitig in einem Kondensator oder einem ähnlichen Element gespeichert wird und in der Phase der 0 - Spannung in die Oberleitung zurückgeschickt wird und auf diese Art ein geschlossener Kreislauf entsteht mit Leistungsabgabe des Motors.
- 2. Antrieb eines Elektromotors für PKW und LKW in einem 1 - Leitersystem nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass der Beginn und das Ende des ankommenden Impulses eine elektrische / elektronische Kennzeichnung erfolgt, damit die Ansteuerung des Kondensators zum Zurückschicken des Impulses freigegeben wird und der Impuls bei der Versorgungsstation der Oberleitung in das Erdreich oder einem begleitenden 2. Leiter abgeleitet wird.
- 3. Antrieb eines Elektromotors für PKW und LKW in einem 1 - Leitersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Stromabnahme aus der Oberleitung mittels einer drehenden Trommel erfolgt.
- 4. Antrieb eines Elektromotors für PKW und LKW in einem 1 - Leitersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass berührungsfrei nach dem Induktionsprinzip die Stromabnahme von der Oberleitung erfolgt und ein separater Stromkreis für den E - Motor des KFZ betrieben wird.
- 5. Antrieb eines Elektromotors für PKW und LKW in einem 1 - Leitersystem nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsenergie für den E - Motor des KFZ über ein elektromagnetisches Feld entlang von Straßen zugeführt wird.
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| DE19824290A1 (de) * | 1998-05-31 | 1999-12-02 | Klaus Palme | Übertragungssystem zum Aufladen von Traktionsbatterien an Bord eines Elektrofahrzeugs im Stand und/oder während der Fahrt |
| DE102016223555A1 (de) * | 2015-11-30 | 2017-06-01 | Ford Global Technologies, Llc | Verfahren und System zum Betreiben eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor |
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2017
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| W. PLASSMANN, D. SCHULZ; "Handbuch Elektrotechnik: Grundlagen und Anwendungen für Elektrotechniker." 6. Aufl., Springer Vieweg, 2013. ISBN 978-3-8348-1021-2. Seiten 234, 851. * |
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