DE102008058302A1

DE102008058302A1 - Energiespeicher zur Aufnahme und Abgabe gespeicherter Antriebskraft

Info

Publication number: DE102008058302A1
Application number: DE102008058302A
Authority: DE
Inventors: Klaus Jebens; Eduard Valentin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2008-11-18
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Mechanischer Energiespeicher, insbesondere für Hybrid- oder Elektroautos, wobei die Bremskraft bei jedem Bremsakt eine Spiral-, Schrauben- oder Kegelfeder spannt, die nach Beendigung des Bremsaktes ihre gespeicherte Federkraft zur zusätzlichen Aufladung der Batterie frei gibt und dabei durch die gespeicherte Energie den erhöhten Kraftstoff- bzw. Stromverbrauch reduziert.

Description

Es gibt fast eine Milliarde Autos auf der Erde, die fast jeden Tag gefahren werden. Mindestens die Hälfte davon verkehren hauptsächlich im Stadt- oder Ortsverkehr. Besonders oft müssen sie häufig bei Verkehrsampeln abbremsen und erneut anfahren. Das häufige Abbremsen geht auf Kosten der Bremsanlage und jedes Wiederanfahren zu Lasten des Kraftstoff- oder Stromverbrauches, der sich in dem Moment des Anfahrens bis über die fünffache der üblichen Menge beläuft, was durchschnittlich je nach Wagentyp und -größe sowie der Verkehrssituation einen Mehrverbrauch von ca., 1 bis 3 Litern zusätzlichen Kraftstoffverbrauch bei 100 km Fahrtweg bedeutet. Das macht zum Beispiel bei 12.000 km Jahresfahrleistung einen jährlichen Mehrverbrauch zwischen 200 und 600 Litern Kraftstoff aus, der pro Jahr zusätzlich aufgewendet werden muss, und bei dem gegenwärtigen Preis von rund Euro 1,30 per Liter ergibt dies einen Zusatzbetrag zwischen 300 und 900 Euro, die eingespart werden könnten, wenn ein elektro-mechanischer Energiespeicher als Anfahrhilfe im Auto eingebaut wäre. Außerdem wird auch die Bremsanlage nicht so stark in Anspruch genommen.
In Kombination mit der vorhandenen Bremse wird die Spiral-, Schrauben- oder Kegelfeder beim Bremsvorgang angezogen, die ihre gespeicherte Energie bei jedem Wiederanfahren entlastend wieder für das Aufladen der Batterie zum Antrieb des Fahrzeuges abgibt. Zuerst stärker, nachher schwächer, was dem Fahrbetrieb zugute kommt und dadurch den höheren Kraftstoff- oder Stromverbrauch in dem Augenblick spürbar verringert. Dieses Verfahren wirkt sehr einfach: Die Bremsenergierückgewinnung wird elektromechanisch in einer Spiralfeder kurz gespeichert und dann als elektrische Energie in die Hauptbatterie geleitet.
Bei Betätigung des Bremspedals wird das System beispielsweise mittels einer Fliehkraftkupplung angekoppelt. Je nach Bremswirkung kann der gespeicherte Bremsdruck auf das herkömmliche Bremssystem (Scheiben- oder Backenbremse) reduziert werden. Das System nimmt die Energie automatisch ab einer bestimmten reduzierten Geschwindigkeit auf, unabhängig davon, ob die Reduzierung der Geschwindigkeit schnell oder langsam erfolgt. Bei erreichtem Stillstand ist der Energiespeicher (Spiral-, Schrauben- oder Kegelfeder) vollends aufgezogen und kann dann in umgekehrter Richtung als Ladehilfe wirken.
Dieser Energiespeicher ist von geringem Gewicht und ist am wirkungsvollsten, wenn beim Auto von allen vier Rädern die Bremskraft vorwiegend auf die Spiralfedern übertragen wird, um diese Kraft zum Aufladen der Batterie auszunutzen.
Es ließe sich aber auch durch eine separate, größere Spiral-, Schrauben- oder Kegelfeder an der Mechanik der Hinter- oder Vorderachse die Kraftspeicherung und das Wiederaufladen der Batterie herbeiführen.
Dieser Energiespeicher ist denkbar bei Autos, insbesondere bei Elektrofahrzeugen, sowie bei Bau- und Werkzeugmaschinen und Fahrstühlen, die viel vor- und rückwärts betrieben werden.
Bremskraft-Generator „Hybrid PLUS”
Alle Kraftfahrzeuge und viele Baumaschinen verbrauchen eine gewisse Menge an Kraftstoff zum Antrieb, was laufend höhere Kosten verursacht. Nun wird für alle Hybrid-Fahrzeuge sowie für alle vorhandenen und zukünftigen Elektroautos ein neues Verfahren vorgestellt, wobei ein Teil der Bremskraft, hauptsächlich im Orts- und Stadtverkehr und in jedem anderen intermittierenden Fahrbetrieb in Energie für die Antriebsbatterie umgewandelt wird. Dieses wirkt nachhaltig durch jeden Bremsakt vor jeder roten Ampel, beim normalen Abbremsen im Verkehr, nach jedem Anhalten und kann in der Hauptbatterie gespeichert werden.
Der Aufbau ist folgender: Auf dem Außenrand der Bremsscheibe – oder bei anderen Bremsarten, auf einer gesonderten Scheibe, wird ein synchronisierter Zahnkranz (1) angebracht. Beim Bremsvorgang wird in Kombination mit der Batterie ein synchronisiertes Zahnrad (2) über eine Welle (3) auf den Zahnkranz (1) geschoben und spannt damit eine entsprechend große Spiralfeder (4) im Energiespeicher (5). Sobald das Fahrzeug abgebremst ist, wird innerhalb einer Zehntelsekunde das Zahnrad (2) von dem großen Zahnkranz (1) abgezogen, von einer im geringst möglichen Abstand gehaltenen, blockierenden Haltescheibe (10) elektromagnetisch (Beispielzeichnung), mechanisch oder hydraulisch oder auch in Kombination des einen oder anderen Systems gehalten und auf das synchronisierte Zahnrad (6) eingekoppelt und wieder losgelassen, um dann die Kraft aus der gespannten Spiralfeder (4), das Schwungrad (7) und den Servo-Generator (8) zur Stromerzeugung anzutreiben, der in die Hauptbatterie (9) geleitet wird. Dieses passiert bei jedem Bremsvorgang. Herkömmliche Hybrid-Techniken nutzen die Bremsmassen-Energien von Fahrzeugen, um damit elektrische Energiespeicher zu laden. Mit dem Ende der jeweiligen Bremswege ist die Bremsenergie-Quelle dann allerdings auch „versiegt”.
Bei dem neuartigen Hybrid-Plus-Verfahren hingegen wird dem zentralen elektrischen Energiespeicher nach dem Ende eines jeweiligen Bremsweges und dem Stillstand des betreffenden Fahrzeuges weitere elektrische Energie zugeführt. Dadurch wird der Wirkungsgrad solcher Systeme erheblich gesteigert! Die elektrische Energie kann den Batterien – den mit Hybrid Plus oder direkt ausgestatteten Fahrzeugen – somit weit mehr und öfter entnommen werden, wodurch sich durch Kraftstoff- oder Stromeinsparung nicht zuletzt auch die Umweltfaktoren durch dieses System weiter erheblich verbessern.
Funktion: Während des Bremsvorganges wird das, die Spiralfeder spannende, Zahnrad durch die Pedalkraft eingekuppelt. Sobald das Fahrzeug zum Stillstand gekommen ist, wird dieser mechanische Energiespeicher (Spiralfeder) impulsmäßig (z. B. Kondensatorenentladung) durch den starr gehaltenen Haltemagneten blockiert. In dem Augenblick erfolgt die synchrone Umlegung des „Energiezahnrades” auf das Zahnrad der Schwungscheibe. In Bruchteilen von einer Sekunde löst die Magnetsperre die Blockierung der Spiralfeder wieder auf, welche dann das Schwungrad mit der Freilaufnabe hochtourig in Rotation versetzt. Die elektrische Belastung dieses Systems wird durch den äußerst geringen Abstand der Magnetflächen und die Bereitstellung der Halteenergie beispielsweise durch einen Kondensator minimal gehalten.
Diese Anordnung Hybrid Plus ist – wie es der Name schon ausdrückt – eine sehr effektive zusätzliche, relativ unkomplizierte und preiswerte Anordnung zum elektrischen Antriebs- oder Hybridsystem. Die gesamte Anordnung wird bei gezielter Dimensionierung kaum ein zusätzliches Gewichtsproblem darstellen und so den Wirkungsgrad bekannter Hybrid-Systeme wesentlich erhöhen.
Das Ein- und Auskuppeln erfolgt automatisch und muss bei allen Rädern absolut gleichzeitig erfolgen. Eine Kombination zwischen Bremsanlage und Energiespeicher bietet sich der besseren Wirkung halber an, er kann aber auch völlig separat an der Kardanwelle oder an den Getrieben Verwendung finden.
Zur Funktion im Falle einer Kfz-Anwendung ist eine Zeichnung beigefügt. Die „primäre Energie” wird vom zu bremsenden Antriebsrad (1) über die Bremskupplungsscheiben (2) und die Spannwelle (3) im auslaufenden Bremsvorgang durch das Umkehrgetriebe (5) oder eine Umlenkrolle auf den mechanischen Energiespeicher (4) (Stahlfeder o. ä.) übertragen. Die dort gespeicherte Energie muss bis zur Nutzung in die Hauptbatterie eingespeist werden.
Erst beim Wiederanfahren kann sie richtungsweisend geändert als „Sekundär-Energie” über die Hauptantriebswelle (6) an das Antriebsrad (1) wieder abgegeben werden.
Diese nicht sehr komplizierte Zusatzeinrichtung, die sich jedes Mal ohne mehrfache Kraft der Bremsung und ohne zusätzlichen Verbrauch von Antriebskraftstoff für das Fahren im Stadt- und Ortsverkehr und bei allen intermittierenden Antriebsarten Kraftstoff sparend und damit Geld sparend auswirkt, wird sich in baldiger Zukunft auch auf das zukünftige Fahren von Autos mit Elektroantrieb besonders vorteilhaft auswirken, wobei die mehrfache Kraftausbeute durch das Abbremsen der entscheidende Faktor sein wird.
Wenn man zum Beispiel die Spiralfeder einer Spielzeuglokomotive aufzieht, ist man verwundert, wie lange Zeit sie das Fahrzeug antreibt. So kann eine Spiralfeder, gespannt durch die Bremskraft eines Autos (sowie eines jeden anderen Gerätes/Fahrzeuges, auch im nicht hybriden Betrieb) über längere Zeit einen Dynamo/Generator zum Nachladen des Akkumulators antreiben.

Claims

Energiespeicher als elektrische Anfahrhilfe dadurch gekennzeichnet, dass beim vorherigen Bremsakt ein Teil der Bremskraft über ein Getriebe auf eine Spiral-, Schrauben- oder Kegelfeder übertragen wird und diese nach Beendigung des Bremsaktes beim verbrauchsstarken Anfahren ihre gespeicherte Federkraft auf die Batterie überträgt, um dadurch den allgemeinen Energieverbrauch beim Anfahren und sonstigem Bordbetrieb zu reduzieren.
Energiespeicher nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass dieser in Kombination mit einer Scheiben- oder Backenbremse in Autos seine Anfahrhilfe betreibt
Energiespeicher nach Anspruch 1–2) dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder im Moment des Umkuppelns elektromagnetisch, mechanisch oder hydraulisch oder auch in Kombination des einen oder anderen Systems unter Spannung gehalten wird.
Energiespeicher nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass die Anfahrhilfe für sich separat an der Kardanwelle oder am Differentialgetriebe des Autos oder der Maschine angeschlossen ist.
Energiespeicher nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass diese Anlage bei dem häufigen Bremsen eines Fahrstuhls die Kraft zum kostensparenden Wiederanfahren nutzt.
Energiespeicher nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass das häufige Abbremsen einer Baumaschine oder auch Gabelstapler oder auch Container-Ladebetrieb wie Container-Ladebrücken sowie Container-Transportfahrzeug (auch im nicht hybriden Betrieb) genutzt wird, um das Wiederanfahren energiesparend zu erleichtern.
Energiespeicher nach Anspruch 1) dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft aus dem Abbremsen einer Werkzeugmaschine dazu ausgenutzt wird, um das Wiederanlaufen zu erleichtern.