DE102007031126A1

DE102007031126A1 - Technisches Verfahren zur Energiegewinnung für die partielle Energieversorgung über einen Energiekreislauf von Fahrzeugen des Straßen- und schienengebundenen Verkehrs durch die Ausnutzung der Bewegungsenergie eines nicht angetriebenen Rades

Info

Publication number: DE102007031126A1
Application number: DE200710031126
Authority: DE
Inventors: Jens-Uwe Lehmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-30
Filing date: 2007-06-30
Publication date: 2009-01-02

Abstract

Das technische Verfahren zur Energiegewinnung für die partielle Energieversorgung über einen Energiekreislauf von Fahrzeugen des Straßen- und schienengebundenen Verkehrs durch die Ausnutzung der Bewegungsenergie eines nicht angetriebenen Rades bezweckt die Verringerung des Treibstoffbedarfs bei mit Verbrennungsmotoren oder Brennstoffzellen angetriebenen Fahrzeugen und des Strombedarfes bei Fahrzeugen, die ihren Energiebedarf über eine Stromschiene beziehungsweise eine Oberleitung decken. Die Energie wird aus der Drehung des nicht angetriebenen Rades unter der Ausnutzung der rotierenden Achswelle dieses Rades in einem Generator gewonnen. Die Achswelle ist durch ein Gleichlaufverschiebegelenk, ein Tripode-Gelenk und ein Getriebe unterbrochen. Die Achswelle zwischen Getriebe und Generator kann durch ein Gelenk unterbrochen werden, um den Generator senkrecht oder waagerecht im rechten Winkel zum Getriebe anordnen zu können. Die gewonnene Energie wird entweder direkt einem Elektromotor oder aber einer Batterie zur Speicherung zugeführt. Bei einem mit einem solchen technischen Verfahren angetriebenen Fahrzeug handelt es sich um ein Hybridfahrzeug, wenn der noch zu deckende Energiebedarf von einem Verbrennungsmotor geliefert wird. Der Energiebedarf kann durch Rekuperation weiter gesenkt werden.

Description

Technisches Verfahren zur Energiegewinnung für die partielle Energieversorgung über einen Energiekreislauf von Fahrzeugen des Straßen- und schienengebundenen Verkehrs durch die Ausnutzung der Bewegungsenergie eines nicht angetriebenen Rades.
Es ist bekannt, daß Fahrzeuge des Straßen- und schienengebundenen Verkehres Energie zugeführt bekommen müssen, damit sie sich fortbewegen können. Hierfür werden überwiegend noch immer fossile Energieträger verwendet. Ihr Preis ist in den letzten Jahren aufgrund ihrer Knappheit und der weltpolitischen Lage signifikant gestiegen. Zudem zeichnen sie sich durch ihren schlechten Wirkungsgrad und ihre negativen Umwelteigenschaften aus. Deshalb ist es notwendig, große Energiemengen aufzuwenden, um ein Fahrzeug fortzubewegen. Gleiches gilt für biologische Kraftstoffe. Deren vermehrter Einsatz verursacht aufgrund der begrenzt verfügbaren landwirtschaftlichen Anbaufläche und der höheren Gewinne bei Verkauf der landwirtschaftlichen Produkte an kraftstoffproduzierende Unternehmen einen signifikanten Preisanstieg für bestimmte Nahrungsmittel. Wegen des steigenden Weltbevölkerung und dem damit einhergehenden erhöhten Verbrauch von eben diesen Nahrungsmitteln bietet biologisch erzeugter Kraftstoff keine Alternative zur Energiegewinnung von Fahrzeugen. Auch die Verwendung von Wasserstoff durch Fusion mit Sauerstoff in einer Brennstoffzelle ist aufgrund der hohen energetischen Kosten zur Spaltung von Wasser in Wasser- und Sauerstoff ebenfalls keine Alternative, verlagert dessen Benutzung als Energieträger doch nur das Energieerzeugungsproblem weg vom Fahrzeug. Das Problem der Energiegewinnung bleibt hierbei dennoch erhalten.
Einen besseren Wirkungsgrad versprechen nur zwei Alternativen. Zum einen der Betrieb mit synthetisch bearbeiteten Biokraftstoffen, dessen Nachteil trotz der möglichen Diversität des biologischen Ausgangsmaterials allerdings, wie bereits beschrieben, erhalten bleibt.
Zum anderen der Betrieb mit Strom, da vor allem bei geringen Geschwindigkeiten Elektromotoren einen wesentlich höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren haben. Diese Erkenntnis nutzen Hybridfahrzeuge aus. Hier wird der Strom durch einen am Verbrennungsmotor sitzenden elektrischen Motorgenerator und durch Rekuperation erzeugt. Der so bekannte Hybridantrieb verringert zwar den fossilen oder biologischen Kraftstoffbedarf bei Automobilen im Stadtverkehr, verspricht aber keine signifikante Reduktion dieses Bedarfes bei längeren, bremsfreien Strecken. Ebenso verhält es sich bei schienengebundenen Fahrzeugen. Hierzu bietet sich an, bei Fahrzeugen, die nicht über Allradantrieb verfügen, das nicht angetriebene Rad und dessen ungenutzte Rotation seiner Achswelle zur Energie gewinnung zu nutzen. Bislang endet diese Achswelle als Achsstummel hinter der Radnabe bei Einzelradaufhängung oder verbindet die gegenüberliegenden Räder miteinander. In beiden Fällen dreht sich die Achswelle aufgrund der Drehung des Rades, beziehungsweise der Räder, welche durch die Fortbewegung des Fahrzeuges verursacht wird. Es handelt sich hierbei nicht um die Übertragung der Energie eines Energieträgers, wie es bei Windkraftanlagen durch den Energieträger Wind der Fall ist, sondern um die teilweise Rückwandlung derjenigen Energie, die kurz zuvor durch den Fahrzeugmotor auf die angetriebene Achse und somit die Räder zur Fortbewegung des Fahrzeuges übertragen worden ist.
Teilweise Rückwandlung auch deshalb, weil ein von Gewicht und Fahrweg abhängiger Teil der vom Motor erzeugten Energie durch den Rollwiderstand verloren gegangen ist.
Ebenso ist ein Teil der eingesetzten Energie durch Übertragungsverluste, so zum Beispiel im Getriebe, auf dem Weg zum angetriebenen Rad verloren gegangen. Ebenso treten wieder Übertragungsverluste bei der Umwandlung der Bewegungsenergie in Strom am nicht angetriebenen Rad auf. Es wird also in Bewegungsenergie umgewandelter Strom nach Abzug des Rollwiderstandes und durch diverse Quellen verursachte Übertragungsverluste wieder durch das technische Verfahren in elektrischen Strom zurückgewandelt. Hierbei wird zum einen der Energieerhaltungssatz angewendet. Die Energieerhaltung wird dadurch verursacht, daß das angetriebene Rad sich genauso schnell dreht wie das angetriebene Rad. Energie zirkuliert somit durch das technische Verfahren, nimmt aber aufgrund der beschriebenen Verlustquellen kontinuierlich ab. Das Zirkulationssystem muß also durch das Hinzufügen von neuer, externer Energie am Leben erhalten werden. Energieträger des technischen Verfahrens zur Gewinnung von Energie an der nicht angetriebenen Achse ist also die Fortbewegung eines Fahrzeuges selbst. Ein mit einem solchen technischen Verfahren angetriebenes Fahrzeug braucht aber auch weiterhin einen, wenn auch gegenüber den heutigen Antriebsarten erheblich reduzierten, externen Energieträger, um den Rollwiderstand und die beschriebenen Übertragungsverluste im zirkulären Energiesystem wieder auszugleichen. Ein solches Fahrzeug ist bei Einsatz eines Verbrennungsmotors oder einer Brennstoffzelle dann ein Fahrzeug mit Hybridantrieb.
Um einen solchen Energiekreislauf zu erzeugen, bedarf es bei Straßenfahrzeugen und beim Einsatz von Schienenfahrzeugen auf nicht elektrifizierten Eisenbahnstrecken einer Batterie, die durch die vorherige Fahrt, beziehungsweise bei Erstfahrt durch Aufladung an einer Steckdose, durch Rekuperation und überschüssig erzeugte Energie aus dem externen Energieträger aufgeladen worden ist und bei schienengebundenen Fahrzeugen auf elektrifizierten Strecken eines Stromabnehmers, welcher den Elektromotor mit Energie speist und da mit eine Fortbewegung ermöglicht. Nach Erreichen der die Blindleistung überschreitenden erzeugten Leistung eines über ein Getriebe geregelten Generators, der über eine Achswelle mit einem Getriebe verbunden ist, welches über eine Achswelle, welche durch ein Tripode-Gelenk und durch ein Gleichlaufverschiebegelenk an der Radseite unterbrochen ist, mit der Radnabe eines nicht angetriebenen Rad verbunden ist, kann dieser Strom erzeugen und den Energiekreislauf durch Abgabe des erzeugten Stroms schließen. Die Energieverluste müssen dann durch einen mit Kraftstoff angetriebenen Motor oder respektive der Stromentnahme einer Oberleitung oder Stromschiene durch einen Stromabnehmer ausgeglichen werden. Im ersteren Fall handelt es sich um ein Hybridfahrzeug, welches sich allerdings durch die Gewinnung von Energie über die nicht angetriebene Achse von bekannten Hybridfahrzeugen unterscheidet und es sich daher um eine Weiterentwicklung aus herkömmlichen Fahrzeugen dieser Art handelt. Die Unterbringung des Generators im Fahrzeug ist variabel und muß nicht direkt hinter dem Getriebe angeordnet sein. Der Generator kann auch über ein weiteres Gelenk, welches die zwischen dem Getriebe und dem Generator gelegene Achswelle unterteilen würde, entweder je nach Bedarf senkrecht oder waagerecht im rechten Winkel zum Getriebe angeordnet werden. Das beschriebene Verfahren kann auch an nicht angetriebenen Rädern eines Anhängers oder Wagens, beziehungsweise Waggons Anwendung finden und dann die erzeugte Energie über ein Stromkabel an das motorisierte Fahrzeug liefern. Die Zeichnung zeigt nur die schematische Funktionsweise des beschriebenen Verfahrens und keine Details.

1: nicht angetriebenes Rad mit Radnabe
2: rotierende Achswelle des nicht angetriebenes Rades
3: Gleichlaufgelenk
4: rotierende Achswelle
5: Tripodegelenk
6: rotierende Achswelle
7: Getriebe
8: rotierende Achswelle
9: Generator
10: Stromkabel
11: Transformator
12: Stromkabel
13: Verbrennungsmotor oder Brennstoffzelle bei Hybridantrieb
14: Elektromotor
15: Batterie
16: externe Stromquelle bei Nichthybridantrieb
17: angetriebene Achswelle bei Hybridantrieb
18: angetriebene Achswelle
19: Getriebe
20: rechte angetriebene Achswelle
21: rechtes Tripodegelenk
22: rechtes Gleichlaufgelenk
23: rechtes angetriebenes Rad mit Radnabe
24: linke angetriebene Achswelle
25: linkes Tripodegelenk
26: linkes Gleichlaufgelenk
27: linkes angetriebenes Rad mit Radnabe

Claims

Technisches Verfahren zur Energiegewinnung mit Hilfe eines Generators, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie aus der Drehung des nicht angetriebenen Rades eines Straßen- oder schienengebunden Fahrzeuges unter der Ausnutzung der rotierenden Achswelle dieses Rades in einem Generator gewonnen wird.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auch das nicht angetriebene Rad eines Anhängers oder Wagens, beziehungsweise Waggons für dieses technisches Verfahren nach Anspruch 1 benutzt werden kann.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achswelle von der Radnabe kommend durch ein Gleichlaufverschiebegelenk unterbrochen ist.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achswelle durch ein Tripode-Gelenk an der Getriebeseite unterbrochen ist.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achswelle durch ein Getriebe hinter dem Tripode-Gelenk unterbrochen ist.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Achswelle zwischen Getriebe und Generator durch ein Gelenk unterbrochen werden kann, um den Generator senkrecht oder waagerecht im rechten Winkel zum Getriebe anordnen zu können.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gewonnene Energie entweder einem Elektromotor direkt oder aber einer Batterie zur Speicherung zugeführt wird.
Technisches Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch einen Verbrennungsmotor, beziehungsweise eine Stromschiene, Oberleitung oder Brennstoffzelle aufzunehmende Energiebedarf verringert wird.