DE102010036658A1

DE102010036658A1 - Vorrichtung

Info

Publication number: DE102010036658A1
Application number: DE102010036658A
Authority: DE
Inventors: Michael Baum
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2012-02-02

Abstract

Vorrichtung zur Umwandlung von kinematischer Energie in elektrische Energie mittels einer beweglichen Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeuges, wobei die Vorrichtung zumindest eine Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) und eine Energiespeichereinheit umfasst, und wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um mittels der Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) generierte Spannungsspitzen als elektrische Energie in die Energiespeichereinheit einzuspeisen und diese aufzuladen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung von kinematischer (mechanischer) Energie in elektrische Energie mittels einer beweglichen Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeuges gemäß des Anspruchs 1.
Aus der EP 1 207 318 B1 ist eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung bekannt, die einen Magnetkreis verwendet und zum Einsatz als Bauteil in einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung geeignet ist, beispielsweise als Aufhängungseinheit eines Fahrzeugsitzes.
Die DE 36 35 894 A1 offenbart einen Stoßdämpfer, welcher zur Dämpfung der Schwingungen eines Kraftfahrzeuges dient. Der Stoßdämpfer umfasst eine in einem Arbeitszylinder geführte Kolbenstange, welche mit einem Dämpfungskolben fest verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bewegung von Fahrwerkskomponenten, welche insbesondere durch die Anregung bzw. Beschaffenheit der Fahrbahn erfolgen kann, vorteilhaft auszunutzen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung von kinematischer (mechanischer) Energie in elektrische Energie mittels einer beweglichen Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeuges zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Vorrichtung zumindest eine Energieerzeugungseinheit und eine Energiespeichereinheit umfasst, wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um mittels der Energieerzeugungseinheit generierte Spannungen oder Spannungsspitzen als elektrische Energie in die Energiespeichereinheit einzuspeisen und diese aufzuladen. Die Anregung von Fahrzeugkomponenten mittels der Beschaffenheit der Fahrbahn wird bisher nicht als zusätzliche Möglichkeit zur elektrischen Ladungsgewinnung für beispielsweise Elektrofahrzeuge eingesetzt. Mit Hilfe der Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen kinetische Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwandeln, um beispielsweise die Reichweite eines Elektrofahrzeuges zu vergrößern.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass es sich bei der Fahrzeugkomponente beispielsweise um einen Stoß- oder Schwingungsdämpfer handeln kann. Der Stoßdämpfer ist bei Fahrwerken ein sicherheitsrelevantes Bauteil, das die Schwingungen der gefederten Massen schneller abklingen lässt.
Vorzugsweise kann die Energieerzeugungseinheit ausgelegt sein, um die Funktion einer beweglichen Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Stoß- oder Schwingungsdämpfers, zu übernehmen. Die Energieerzeugungseinheit selbst ist somit grundsätzlich in der Lage, die durch Fahrbahnunebenheiten ins Fahrzeug eingeleiteten Stöße abzufangen.
Beispielsweise kann die Energieerzeugungseinheit zumindest eine Elektrospule und zumindest einen Permanentmagneten umfassen. Bei der Auslegung als Stoß- oder Schwingungsdämpfer kann die Energieerzeugungseinheit ferner eine Dämpferkammer, innerhalb derer die Elektrospule und der Permanentmagnet angeordnet bzw. geführt sind sowie eine innerhalb der Elektrospule bzw. des Permanentmagneten geführte bzw. bewegbare Dämpfer-Kolbenstange umfassen. Beispielsweise werden die Elektrospule und/oder der Permanentmagnet direkt über die Kolbenstange bewegt.
Ferner ist angedacht, dass die Energieerzeugungseinheit piezoelektrische Elemente umfassen kann. Beispielsweise können piezoelektrische Generatoren vorgesehen sein, die in der Lage sind, kleinste mechanische Bewegungen direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Es stehen eine Vielzahl kommerzieller piezoelektrischer Werkstoffe und Herstellungstechnologien zur Verfügung, so dass die piezoelektrischen Halbzeuge für Generatoren kostengünstig herstellbar sind. Durch optimales Design eines piezoelektrischen Generators kann auf zusätzliche verlustbehaftete Generatorelektronik verzichtet werden. Für das Energiemanagement und -speicherung kann ein zusätzlicher Elektronikaufwand vorgesehen sein, um die Versorgungsstabilität zu erhöhen. Bei jeder Fahrwerksbewegung können somit Spannungsspitzen erzeugt werden, die in Summe als zusätzliche Lade-Unterstützung verwendet werden können.
Aus diesem Grunde umfasst die Energiespeichereinheit eine Batterie, insbesondere eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Die Batterien in einem Elektrofahrzeug speichern die benötigte elektrische Energie. In einer Batterie findet grundsätzlich eine Umwandlung von chemischer in elektrische Energie statt. Im engeren Sinne handelt es sich bei den in den Fahrzeugen eingesetzten Batterien im Wesentlichen um Akkumulatoren, da diese wiederaufladbar sind. Derzeit finden besonders Blei- und Nickel-Metallhybrid-Batterien Einsatz in beispielsweise Elektro- und Hybridfahrzeugen. Zukunftsträchtig zeigt sich die Technologie der Lithium-Ionen- oder Lithium-Air-Batterien. Sie sind vergleichsweise klein und leicht, besitzen eine höhere Energiedichte und besseren elektrischen Wirkungsgrad.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Energieerzeugungseinheit in die Fahrzeugkomponente integriert sein kann bzw. Teile der Fahrzeugkomponente von der Energieerzeugungseinheit gebildet werden. Beispielsweise kann ein Stoßdämpfer mit integrierter Elektrospule und Permanentmagnet zur Stromspitzengewinnung bei Anregung der Dämpfer-Kolbenstange über die Fahrbahn vorgesehen sein. Die Elektrospule bzw. der Permanentmagnet werden direkt von der Dämpfer-Kolbenstange bewegt.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Energieerzeugungseinheit als separates benachbart zur entsprechenden Fahrzeugkomponente angeordnetes Bauteil ausgebildet sein kann, welches mit der Fahrzeugkomponente in Wirkverbindung steht und über eine Verbindungseinrichtung, beispielsweise über einen Hebelarm oder einen Parallelantrieb, mit der Fahrzeugkomponente verbunden ist. Beispielsweise kann die separate Energieerzeugungseinheit im Radkasten oder dergleichen angeordnet sein, wobei eine mittel- oder unmittelbare Anbindung an beispielsweise einen Stoß- oder Schwingungsdämpfer bzw. einen Tragarm vorgesehen sein kann.
Beispielsweise kann die Verbindungseinrichtung hubverstärkende und/oder huberweiternde Hydraulik- oder Pneumatikbauteile bzw. Hydraulik- oder Pneumatikkreisläufe umfassen. Beispielsweise kann über die Hydraulik- oder Pneumatikbauteile oder -kreisläufe die Elektrospule und/oder der Permanentmagnet bzw. die Dämpfer-Kolbenstange hubverstärkend bewegt werden. Durch die Ansteuerung über einen Hebelarm bzw. über Hydraulik/Pneumatik lassen sich die Hubwege des Permanentmagneten innerhalb der Elektrospule stark vergrößern wodurch höhere Spannungsspitzen und höhere Ladewerte erzeugt werden können.
Vorzugsweise kann die mittels der Energieerzeugungseinheit generierte Energie über innerhalb der Energieerzeugungseinheit veranlasste Hub- oder Drehbewegungen eines zur Energieerzeugungseinheit gehörenden Bauteils, insbesondere der Elektrospule, erzeugt werden. Es können somit Mittel vorgesehen sein die es ermöglichen, lineare Fahrwerksbewegungen in eine Drehbewegung umzuwandeln. Beispielsweise kann die Elektrospule innerhalb eines Magnetfeldes veranlasst von der Fahrbahnbeschaffenheit hin und her gedreht werden.
Dem Fachmann ist klar, dass die hier offenbarte Vorrichtung weitere elektrische bzw. elektronische Bauteile wie Gleichrichter, Kondensatoren oder Spannungsregler umfassen kann, um nur eine kleine Auswahl zu nennen.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungseinheit;
2 eine zweite Ausführungsform einer Energieerzeugungseinheit;
3 eine dritte Ausführungsform einer Energieerzeugungseinheit; und
4 eine vierte Ausführungsform einer Energieerzeugungseinheit.
1 zeigt eine als Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer ausgebildete Energieerzeugungseinheit 1. Die Energieerzeugungseinheit 1 umfasst eine Dämpferkammer 2 innerhalb derer eine Elektrospule 3 sowie ein Permanentmagnet 4 angeordnet sind. Ferner verläuft innerhalb der Dämpferkammer 2 bzw. innerhalb der Elektrospule 3 und des Permanentmagnets 4 eine beweglich gelagerte Dämpfer-Kolbenstange 5. Die Elektrospule 3 bzw. der Permanentmagnet 4 werden direkt von der Dämpfer-Kolbenstange 5 bewegt. Die Elektrospule 3 sowie der Permanentmagnet 4 sind so ausgelegt, dass diese Bauteile die Dämpferfunktion übernehmen. Bei jeder Fahrwerksbewegung werden über die Energieerzeugungseinheit 1 Spannungsspitzen erzeugt, die in Summe als zusätzliche Lade-Unterstützung, beispielsweise für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, verwendet werden können. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Energieerzeugungseinheit 6. Die Energieerzeugungseinheit 6 umfasst ebenfalls eine Dämpferkammer 7 innerhalb derer eine Elektrospule 8 sowie ein Permanentmagnet 9 angeordnet sind. Die Elektrospule 8 sowie der Permanentmagnet 9 werden bei dieser Ausgestaltung über einen „hubverstärkenden” Hydraulik- oder Pneumatikkreislauf 10, welcher mit Anschlüssen 11 und 12 in den Arbeitskammern 13, 14 der Dämpferkammer 7 mündet über das Fahrwerk bewegt. Durch die Auf- und Abbewegung der Kolbeneinheit 15, innerhalb derer die Elektrospule 8 sowie das Permanentmagnet 9 angeordnet sind, werden mittels der Energieerzeugungseinheit 6 Spannungsspitzen erzeugt, die in Summe als zusätzliche Lade-Unterstützung, beispielsweise für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, verwendet werden können.
3 zeigt eine weitere als Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer ausgebildete Ausgestaltung einer Energieerzeugungseinheit 16. Die Energieerzeugungseinheit 16 umfasst eine Dämpferkammer 17 innerhalb derer eine Elektrospule 18 sowie ein Permanentmagnet 19 angeordnet sind. Über eine mit der Dämpfer-Kolbenstange 20 verbundene Verbindungseinrichtung 21 kann die durch die Fahrbahn veranlasste Fahrwerksbewegung (siehe Pfeilsymbol) hubverstärkend bzw. huberweiternd auf die Dämpfer-Kolbenstange 20 übertragen werden. Dabei kann beispielsweise die Elektrospule 18 oder das Permanentmagnet 19 oder beide Bauteile mittels der Dämpfer-Kolbenstange 20 bewegt werden, wodurch Spannungsspitzen erzeugt werden, die in Summe als zusätzliche Lade-Unterstützung, beispielsweise für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, verwendet werden können.
4 zeigt eine weitere als Stoß- bzw. Schwingungsdämpfer ausgebildete Ausgestaltung einer Energieerzeugungseinheit 22. Die Energieerzeugungseinheit 22 umfasst eine Dämpferkammer 23 innerhalb derer eine Elektrospule 24 sowie ein Permanentmagnet 25 angeordnet sind. Über eine mit der Dämpfer-Kolbenstange 26 verbundene Verbindungseinrichtung 27 kann die durch die Fahrbahn veranlasste im Wesentlichen lineare Fahrwerksbewegung (siehe Pfeilsymbol in der schematisch dargestellten Draufsicht) in eine Drehbewegung umgewandelt werden. Dabei wird die Elektrospule 24 im Magnetfeld hin und her gedreht, wodurch Spannungsspitzen erzeugt werden, die in Summe als zusätzliche Lade-Unterstützung, beispielsweise für eine Batterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges, verwendet werden können.
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

EP 1207318 B1 [0002]
DE 3635894 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zur Umwandlung von kinematischer Energie in elektrische Energie mittels einer beweglichen Fahrzeugkomponente eines Kraftfahrzeuges, wobei die Vorrichtung zumindest eine Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) und eine Energiespeichereinheit umfasst, und wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, um mittels der Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) generierte Spannungsspitzen als elektrische Energie in die Energiespeichereinheit einzuspeisen und diese aufzuladen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Fahrzeugkomponente um einen Stoß- oder Schwingungsdämpfer handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) ausgelegt ist, um die Funktion einer beweglichen Fahrzeugkomponente, insbesondere eines Stoß- oder Schwingungsdämpfers, zu übernehmen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) zumindest eine Elektrospule (3, 8, 18, 24) und zumindest einen Permanentmagneten (4, 9, 19, 25) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) piezoelektrische Elemente umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit eine Batterie, insbesondere eine Batterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) in die Fahrzeugkomponente integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) als separates benachbart zur entsprechenden Fahrzeugkomponente angeordnetes Bauteil ausgebildet ist, welches mit der Fahrzeugkomponente in Wirkverbindung steht und über eine Verbindungseinrichtung (21, 27), beispielsweise über einen Hebelarm oder einen Parallelantrieb, mit der Fahrzeugkomponente verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (1, 6, 16, 22) hubverstärkende und/oder huberweiternde Hydraulik- oder Pneumatikbauteile umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) generierte Energie über innerhalb der Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) veranlasste Hub- oder Drehbewegungen eines zur Energieerzeugungseinheit (1, 6, 16, 22) gehörenden Bauteils, insbesondere einer Elektrospule (3, 8, 18, 24), erzeugt wird.