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Stand der Technik:
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Verteilerfahrzeuge zum Liefern von Waren sind schwerer Bauart und haben Einen Laderaum für diese Güter, Diese Fahrzeuge müssen oft anhalten und Güter aus bzw. einladen. Diese Fahrzeuge bewegen sich häufig in Ballungszentren. Diese Fahrzeuge wenden heute Benzin- oder Dieselmotorisch angetriebene Fahrzeuge gebaut. Die Nebenaggregate bzw. Nebenverbraucheraggregate sind soweit vorhanden dann durch zusätzliche Elektromotoren angetrieben
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Aufgabe
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Es soll ein möglichst kompakter und effizienter Antrieb entwickelt werden welches diese Fahrzeugbauart wirtschaftlich und umweltfreundlich betreiben lässt.
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Lösung:
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Eine Nebenverbraucherantriebseinheit 1 nach dem Patenthauptanspruch und der abhängigen und unabhängigen Nebenansprüche welche es ermöglicht den Anlasser, Lichtmaschine und möglichst viele Nebenverbraucher mit deren Antriebe die für den sicheren Betrieb eines solchen Fahrzeugs erforderlich sind zu ersetzen.
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Durch die Nebenverbraucherantriebseinheit 1 ist ein Einsparen vieler Elektromotoren insbesonders zum Antrieb von Nebenverbraucher möglich. Die funktionale und bauliche Zusammenfassung zu einem Modul ermöglicht viele Synergien, durch gemeinsame Nutzung von Komponenten und Nebenverbraucher Die Sicherheit des Fahrzeugs wird durch kurze Kommunikations- und Leitungswege von elektrischen Signale und herbeiführen idealer Betriebsbedingungen wie der Kühlung, Schmierung und EMV (ELEKTRO MAGNETISCHE VERTRÄGLICHKEIT erhöht.
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Die Umweltfreundlichkeit wird durch massive Gewichts- und Energieeinsparung, unter anderem durch die Reduzierung Anzahl der Antriebskomponenten, und erhöht und deren Zuverlässigkeit verglichen mit gängigen Hybridfahrzeugen ermöglicht.
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Durch die gemeinsame Nutzung von Antriebskomponenten und Nebenverbraucherfunktionen, verbunden mit einem intelligenten Nebenverbrauchermanagement wird die Energieeinsparung erhöht.
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Desweiteren tragen Verfahren zum Betrieb der Nebenverbraucherantriebseinheit 1 zur Sicherheit des Fahrzeugs, und zur Energieeinsparung bei.
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Figurenliste:
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1 Nebenverbraucherantriebssystem, Getriebe ist teilintegriert ins Steuergehäuse
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2 Nebenverbraucherantriebssystem, Getriebe ist teilintegriert in den Luftpresser
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3 Konus-Synchronschalteinrichtung für Nebenverbraucherantriebssystem
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4 Lamellen-Synchronschalteinrichtung für Nebenverbraucherantriebssystem
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5 Riemengetriebe für Nebenverbraucherantriebssystem
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6 Z-Anordnung des Nebenverbraucherantriebssystems
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7 U-Anordnung des Nebenverbraucherantriebssystems
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8 Y-Anordnung des Nebenverbraucherantriebssystems
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9 I-Anordnung des Nebenverbraucherantriebssystems
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10 Synchronisierungsverfahren Verfahren des Nebenverbraucherantriebssystems
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Beschreibung der Fig. 1
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1 zeigt eine vorteilhafte Anordnung eines solchen Nebenverbraucherantriebssystems 1, mit einem Kompressor 24 zur Erzeugung von Druckluft, welcher in diesem Falle als ein Kolbenmaschine aufgebaut ist, es kann aber auch ein Schraubenkompressor zur Drucklufterzeugung verwendet werden wobei bei beiden Verdichterbauarten das zur Drucklufterzeugung verwendete Verdichterteil, also der Hubkolben oder die Schnecke mittels der gemeinsamen Welle 71 welche auch den Elektromotor 4 antreibt angetrieben wird.
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Das Übersetzungsgetriebe 185 ist hier vorteilhafterweise so angeordnet, dass die Zahnräder 89, 89', 89'' vor dem Kurbeltrieb des Kompressors 24 das Drehmoment abgreifen, womit der Kurbeltrieb des Kompressors 24 nicht mit dem Drehmoment des Elektromotors 24 belastet wird.
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Die gemeinsame Welle 71 treibt außerdem auch den Elektromotor 4 welcher vorteilhafterweise als permanenterregter Synchronmotor aufgebaut ist über eine Übersetzungsgetriebe 185 an. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft, da der Elektromotor 4 dann sehr klein und leicht bauen kann, da er mit sehr hoher Drehzahl z. B. 15000 Upm betrieben werden kann, diese so mögliche Gewichtseinsparung durch kompakte Bauweise infolge der Übersetzung ist für energieeinsparende Hybridfahrzeuge sehr hilfreich. Mit einer schaltbaren Nebenverbraucherkupplung 49 („NVK”) kann die gemeinsame genutzte Nebenverbraucherantriebswelle 71 mit dem Starterritzel 21 verbunden werden. Vorteilhafterweise wird diese Nebenverbraucherkupplung 49 mit einem Federelement beispielsweise einer Feder 102 geschlossen. Diese Feder kann eine Schrauben, Membran oder Blattfeder sein. Es können auch andere Federnde Elemente verwendet werden, wozu auch ein Hydraulikdruckspeicher mit eine Gasblase zählt.
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Diese wird mit geeigneten Mitteln z. B. einem Ausrücker hier als Kolben 42 dargestellt, welcher beim Bestromen des Magnetventiles 226 mit Druckmittel welches entnommen wird aus einem Druckbehälter 51, vorzugsweise aus einem Druckluftbehälter, der die Nebenverbraucherkupplung 49 öffnet.
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Die Druckkammer des Ausrückers wird gebildet aus einem Nebenverbraucherkupplungsgehäuse 251 gebaut aus Blechteilen oder als Gußteil und aus dem Kolben 42.
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Bei Druckaufbau in dieser Zylinderkammer des Ausrückers fährt der Kolben gegen ein Ausrücklager und öffnet die Kupplung gegen die Feder 102.
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Dies ist sehr vorteilhaft, da im Notlauf z. B. bei einer Leckage im Ausrückersystem, die Nebenverbraucherkupplung („NVK”) 49 automatisch schließt und danach alle wichtigen Funktionen z. B. auch das Starten des Verbrennungsmotors 7 durch den Elektromotor („E-Motor”) 4, sowie das generieren von Strom zum Aufladen von zumindest der Fahrzeugbatterie 9, oder/und des Fahrakkus 8 ermöglicht wird.
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Die Unterstützung der Lenkung mit der Lenkhilfepumpe 25, das Fördern von Druckluft für die Betriebsbremse, für die Feststellbremse, und ein Antreiben des Kältemittelverdichters 26 sowie ein Antreiben einer Hydraulikpumpe 201 z. B. zum Heben und Senken einer Ladebordwand ist so möglich.
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Weitere Nebenverbraucher können über die gemeinsame Welle 71 angetrieben werden um z. B. die Hydraulik eines Müllfahrzeugs mit Öldruck zu versorgen, eine Hebebühne oder eine Feuerwehrdrehleiter oder einen Kran mit Öl zu versorgen, oder einen Verdichter zum Abpumpen von Klärschlamm anzutreiben.
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Bei geöffneter Nebenverbraucherkupplung 49, ”NVK„ können alle diese Funktionen auch bei fahrendem Fahrzeug Verbrennungsmotor unabhängig mit dem Elektromotor 4 (E-Motor 4) realisiert werden und in deren Drehzahl und Leistungsaufnahme frei vom Elektromotor 4 bestimmt werden.
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Es ist desweiteren vorteilhaft wenn zumindest eines der Nebenverbraucheraggregate außer durch die Nebenverbraucherkupplung 49 durch ein weiteres Schaltmittel in dessen Leistungsaufnahme beeinflussbar ist.
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Folgende Zuordnung von Nebenverbraucher und Schaltmittel wird bevorzugt
- – dem Druckluftkompressor 24 ein elektromagnetisches Schaltmittel 44, 41, 225 zum verhindern des Druckaufbaus in der Druckleitung zum Rückschlagventil 86, bzw. zur Beeinflussung von dessen Förderleistung.
- – der Lenkhilfepumpe kann zumindest ein Steuerkolben zum Steuern der volumetrischen Förderleistung zugeordnet werden, welcher den Volumenstrom in Abhängigkeit des Druckes im Lenkzylinder regelt, ein weiteres Magnetventil kann hier einen Bypass in der Druckleitung zur Saugseite des Hydraulikkreislaufes öffnen um den Druck und damit die Leistung der Lenkhilfepumpe zu beeinflussen.
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Der Kältemittelverdichter 26 wird mit einem elektrischen Schalter zugeschaltet. Dieser vorzugsweise elektrische Schalter ist vorteilhafterweise über eine elektrische Schaltleitung ansteuerbar und schließt eine stromlos geöffnete elektromagnetische Kupplung.
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Optional wird der Kältemittelkreislauf einem elektrisch beeinflussbaren Expansionsventil 172 in dessen Kälteleistung gesteuert. ;die optionale Hydraulikpumpe 201 wird über eine Elektromagnetkupplung 123 und vorteilhafterweise zusätzlich über Elektromagnetventile in der Leistungsaufnahme gesteuert.
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Das Nebenverbraucherantriebsaggregat 1 ersetzt also Anlasser und Lichtmaschine und weitere Elektromotoren zum Antrieb von Nebenverbrauchern, welche insbesonders bei Hybridfahrzeugen erforderlich sind, da diese bei stehender Verbrennungsmotor 7 nicht in allen Fahrzeugsituationen und Fahrzeugbetriebsarten durch den dann zumindest zeitweise abgestellten Verbrennungsmotor 7 angetrieben werden können.
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Vorteilhaft ist bei der Anordnung des Nebenverbraucherantriebsaggregates nach 1, dass zumindest ein Teil des Übersetzungsgetriebes 185 in das Kompressorengehäuse des Druckluftkompressors integriert ist, dies betrifft zumindest die Lager 107, 186 welche als Gleit- oder Wälzlager ausgeführt sein können.
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Desweiteren ist es von Vorteil dass das Gehäuse des Übersetzungsgetriebes 185 einen eigenen Ölsumpf h, also eine eigene Ölwanne mit der Vertiefung „h” hat, in welchem sich das Schmiermittel bis zu einer Höhe „h” ablagern kann.
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Durch die nach oben versetzte Ölrücklaufbohrung ist es möglich dass auch bei schrägem Fahrzeugstand hinreichend Öl zur Tauchbadschmierung zurückbleibt. Die Kühlung des Getriebes durch die Kühlmittelkanäle ermöglichen eine schnelles Kondensieren der durch auch Reibung entstehenden Öldämpfe.
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In diesen Ölsumpf „h” können rotierende Antriebselemente z. B.: Zahnräder 89, 89'' eintauchen und eine Tauchbad-Schmierung realisieren indem diese das Öl und Öldämpfe auch an die Gleitstellen der Lager 107, 186 schleudern und damit die Verzahnungen auch zumindest eines der Zahnräder 89. 89', 89'', 89''' schmieren.
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Das Schmiermittel bleibt insbesonders nach abgestelltem Verbrennungsmotor 7 in der Ölwanne zurück, da die Ölrücklaufbohrung um das Mass „h” hochgesetzt ist.
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Diese Anordnung ist besonders Vorteilhaft für den Standbetrieb der Nebenverbraucher 24, 25, 26, 201 bei stehenden Verbrennungsmotor 1, wenn die Ölpumpe 119 des Verbrennungsmotors 7 nicht elektrisch angetrieben wird.
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So ist dies beispielsweise bei der Standklimafunktion bei dem stehendem Fahrzeug, der Standdruckluftförderung bei stehendem Fahrzeug, der Abschleppfunktion bei defektem Verbrennungsrotor 7, dem Ladebordwandbetrieb bei stehendem Fahrzeug von Vorteil.
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Auch bei den Funktionen mit langsam laufendem Verbrennungsmotor 7 und beschleunigt angetriebenen Nebenverbrauchern, und geöffneter Nebenverbraucherkupplung 49 wie bei der Einparkunterstützung im Stadtverkehr bzw. beim Lieferverkehr oder der Funktion des vorzeitigen Energieumschichtens aus dem Fahrakku 8 in einen Nebenverbraucherspeicher 51, 52 z B die Kälte-Klimakammer 52 oder den Druckbehälter 51, welcher hier vorzugsweise ein Druckluftbehälter ist.
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Auch beim Netzbetrieb zumindest eines der Nebenverbraucher, beispielsweise des Kältemittelverdichters 26, bei einem stehendem Fahrzeug und vorteilhafterweise stehendem Verbrennungsmotor 7 sowie einem in ein örtliches, elektrisches Stromversorgernetz gesteckten Stecker 202 ist die Tauchbadschmierung aus dem bevorrateten Ölsumpf mit der Tiefe „h” von Vorteil.
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Eingespart werden kann hier vorteilhafterweise ein Elektromotor zum antreiben der Ölpumpe 119 zum Schmierölpumpen was Kosten und eine Gewichtsreduzierung mit sich bringt.
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Von Vorteil ist in der 1 die Anordnung eines Temperatursensors 205 zum Überwachen der Kühlmitteltemperatur und die Verwendung zumindest eines elektrisch beschreibbaren und löschbaren Datenspeichers 60 beispielsweise einem Flash- oder EEProm-Datenspeicher welcher mit elektrischen Leitungen mit dem Steuergerät 13 verbunden ist.
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Dies ermöglicht eine Temperaturüberwachung der Nebenverbraucher und des Elektromotors 4 im Stand- bzw. im Netzbetrieb im Falle bei stehendem Verbrennungsmotor 7 die Wasserpumpe 103 zur Förderung des Kühlwassers zur Kühlung zumindest des Nebenverbrauchers 24 und vorteilhafterweise des Elektromors 4 und des Umrichters 57 steht.
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Aus dem elektrischen Datenspeicher 60 können die Übersetzungsverhältnisse des Antriebs errechnet aus a, dem Verhältnis der Steuerraddrehzahl 34 zur Drehzahl der gemeinsamen Antriebswelle 71 und der Steuerraddrehzahl 34 zur Drehzahl des Elektromors 4 sowie Übersetzungen der weiteren Nebenverbraucher 25, 26, 201 zur gemeinsamen Antriebswelle 71 gespeichert werden,
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Ebenso gespeichert sind die maximal zulässigen Temperaturen des Kühlwassers welche durch den Sensor 205 gemessen werden, sowie die maximal zulässigen vorgegebenen Drehzahlen für den Standbetrieb, Notbetrieb bzw. Netzbetrieb der Nebenverbraucher, und die maximal zulässigen Energieniveaus also Drücke im Behälter 51 bzw. die erforderlichen Temperaturen und Korrekturparameter für die Kälte-Klimakammer 52 für unterschiedliche Betriebsweisen.
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Desweiteren sind die Hysteresezeiten gemessen vom Einschalten eines Nebenverbrauchers bis zur ersten messbaren Veränderung der zuordenbaren Regelgröße beispielsweise dem Förderdruck oder der Temperaturabsenkung in der Kälte Klimakammer 52 oder die Zeit zur messbaren Energieinhalterhöhung des (Fahr) Akku's 8 oder der Batterie 9 dort gespeichert, Diese Zeiten werden herangezogen um sinnvolle Rekuperationszeiten- bzw. Schubphasenzeiten von nicht sinnvollen zu unterscheiden und somit die Bauteile zu schonen, im Falle bei zu kurzen Schubphasenzeiten keine Energie infolge zu großer Hysterese gespeichert werden kann.
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Desweiteren können die Parameter für die Überwachung des Fahrakkus 8 und die Einstellwerte für den Umrichter 57 aus dem elektrischen Energiespeicher 60 gelesen werden, ein paralleles Laden des Fahrakkus 8 im Netzbetrieb aus dem Festnetz neben dem Antrieb der Nebenverbraucher ist durch diese Anordnung auch möglich.
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Hierzu ist ein elektrisch ansteuerbarer Schalter 207 dem Stecker 202 nachgeordnet, welcher eine elektrische Verbindung zu zumindest einem Steuergerät, vorteilhafterweise zum Steuergerät 13 hat welches dann hierrüber den Schalter bedienen kann und den Status des Schalters auch anderen Steuergeräten über ein serielles Datenprotokoll beispielsweise CAN, LIN mitteilen kann.
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Das Steuergerät 13 hat außerdem vorteilhafterweise einen elektrischen Datenanschluss 84, 84' über den es möglich ist, die für den sicheren und ökonomischen Betrieb des Nebenverbraucheraggregates anzupassen au der Basis von Daten welche beispielsweise gesendet werden vom Verbrennungsmotorsteuergerät 61 (dem EEC-Electrical Engine Controller) welcher beispielsweise die Kurbelwellendrehzahl und Lage durch den Sensor 16, Nockenwellendrehzahl durch den Sensor 17, Glühzeitstatus für die Startterminierung des Verbrennungsmotors 7 vor Aktivierung des Verbrennungsmotorstarts durch den Elektromotor 4
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Desweiteren auch die Gaspedalstellung, den Motorbrems bzw. den Geberstatus der Dauerbremse bzw. des Retarders.
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Die elektrische Übermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit vom Tachographen und/oder der Fahrzeuggeschwindigkeit ermittelt aus den Messwerten mehrerer Raddrehzahlsensoren beispielsweise der des ABS bzw EBS Systems (EBC) sind für die Hybridfunktionen des Elektromotors wie für das Boosten bei Überholvorgängen sowie bei der Schubphasennutzung bei Brems- und Bergabfahrten zum Speichern von Energie im Fahrakku 8 und den Energiebehältern 51, 53 von Vorteil.
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Der Status der Antriebskupplung 35 (Kupplung) des Schaltgetriebes und die Gangwahl für das Schaltgetriebe „G” werden vorteilhafterweise vom Steuergerät 13 mitverarbeitet um die Funktionen realisieren zu können.
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Daten zur Steuerung des Klimakompressors 26 werden vorteilhafterweise vom Steuergerät 13 elektrisch über eine Leitung 84 empfangen und der Betrieb des Nebenverbraucheraggregates 1 wird darauf angepasst.
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Die Daten des ESP werden über die Leitung 84 empfangen, dies ist insbesonders dann von Vorteil, wenn sich das Fahrzeug in einer instabilen Situation ist, womit das Steuergerät 13 mittels de3m Umrichter beispielsweise den Elektromotor 4 aus dem Boostbetrieb und anderen an das Steuerrad 34 Drehmoment abgebenden Fahrsituationen abschalten kann. Hierzu kann auch die Kupplung 49 geöffnet werden.
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Von Vorteil ist auch ein Einfluss auf zumindest einer der der Nebenverbraucher 26, 24, wenn sich das Fahrzeug in kritischen dynamischen Situationen befindet unter Zuhilfenahme eines zuordenbaren Schaltmittels 12.
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Von Vorteil ist auch das empfangen der elektrischen Daten vom Steuergerät des ABS/EBS bei einer ASR Steuerung (ASR = Anti Schlupf Regelung) um den Elektromotor 4 dann abzuschalten oder vorteilhafterweise die Kupplung 49 zu öffnen wenn zumindest eines der Antriebsräder durchdreht und die Betriebsbremse eine Stabilisierung in dieser Anfahrphase durch abbremsen des durchdrehenden Rades und durch senden elektrischer Signale eine Reduzierung des Antriebsmomentes vom Umrichter 57 verlangt. Vorteilhafterweise werden Daten von einem Navigationssystem 70 zum anzeigen von Schubphasen durch auftretende Gefällestrecken über zumindest eine elektrische Leitung 84, 84' zugesendet, was eine vorzeitige Energieumschichtung aus einem Fahrakku 8 in beispielsweise den Druckbehälter 51 oder/und den Kältespeicher 52 ermöglicht und so eine optimale hohe Energiespeicherung bei kommenden langen Gefällefahrten ermöglicht. Vorteilhafterweise wird dies übermittelt durch ein GPS System in Kombination mit einem Navigationsgerät oder einem digitalen Tachographen die im GPS System gespeicherten Verkehrsschilder wie zum Beispiel – Gefällestrecken mit Neigung und Länge- oder -kurvenreiche Strecken in Km- ermöglichen diese Funktionen in Zusammenhang mit der aktuellen Fahrzeugkoordinaten und den zeitgleich mit elektrischen Sensoren 62, 53, 97, 122 gemessenen Energieniveaus von zumindest einem der Energiespeicher 9, 52, 51
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Auch das elektrische Einlesen von Verkehrszeichen über eine Leitung 84 von beispielsweise Umweltschutzzonen bzw. Ruhezonen über das GPS bzw.
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Navigationssystem ermöglicht eine angepasste Hybridbetriebsweise des Nebenverbraucherantriebssystems 1.
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So kann in Ruhezonen z. B. vorzugsweise elektrisch unterstützt bei geringen Drehzahlen des Verbrennungsmotors 7 gefahren werden, um besonders Leise zu fahren. Das bekannte laute „nageln” des Dieselmotors unterbleibt so.
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Es können auch mehrere elektrische Leitungen 84, 84' zum zumindest teilweise seriellen senden dieser Daten ans Steuergerät 13 angeordnet sein.
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Ein elektrisches Empfangen von Daten welche von Verkehrsampeln gesendet werden und vorteilhafterweise noch zuvor aufbereitet werden können ist für das Steuergerät 13 zur Auswahl der richtigen Schaltsequenz zum ansteuern des Umrichters 57 von Vorteil.
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Insbesonders im Stop – und Go Betrieb dem Brems oder dem Rekuperationsbetrieb kann dann der Elektromotor 4 frühzeitig vom Umrichter 57 unter der Berücksichtigung von gesendeten Daten der Ampel wie der Ampelfarbe mit der zugehörigen Zeit wie lange diese Farbe noch angezeigt wird bis diese Ampel dann umschaltet noch als Generator geschaltet werden und somit den Fahrakku 8 optimiert aufladen. Zeigen die Hysteresedaten bzw. Hysteresezeiten dass sich ein Rekuperieren also ein Energiespeichern zeitlich nicht lohnt, dann kann es hier vorteilhaft sein den Bremsbetrieb vor z. B. einer der Ampel ohne eine Energiespeicherung zu realisieren z. B. durch die Nutzung der Betriebsbremse. Diese Entscheidung trifft das den Umrichter 57 ansteuernde Steuergerät 13. Das Fahrzeug hat vorteilhafterweise zumindest eine automatisch betätigbare Kupplung 35 im Antriebsstrang.
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Vorteilhafterweise ist es beispielsweise beim Umschalten der Ampel auf Grün nach dem die Einstellungen des Verbrennungsmotorsteuergerätes 61 (des EEC's) zum Start des Verbrennungsmotors vorzeitig abgeschlossen sind möglich, den Anlasserbtrieb zum Start des Verbrennungsmotors 7 durch den Elektromotor 4 bei geschlossener Nebenverbraucherkupplung 49 und einer geöffneter Kupplung 35 zum schaltbaren Getriebe „G” vor dem Umschalten der Ampel auf grün vorzunehmen.
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Desweiteren ist es hilfreich wenn besipielsweise im Stop und Go Betrieb die Getriebesteuerung das ETC beim Abbremsen vor der Ampel die Kupplung 35 des Schaltgetriebes „G” öffnet und somit das Schleppmoment des Verbrennungsmotors 7 nicht zum abbremsen des Fahrzeugs verwendet, womit es möglich ist den Fahrakku 8 noch effektiver durch den Elektromotor 4 bei der geschlossenen Nebenverbraucherkupplung 49 (NVK) und dem durch das Steuergerät 13 angepasstem Umrichter 57 zu laden. Zusätzlich außer dem Fahrakku 8 (Akku) können auch noch andere Energiespeicher geladen werden.
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Dies ist insbesonders bei häufigen kurzen Bremsfahrten wie dies im Stadt bzw. Lieferverkehr vorkommt von Vorteil.
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Von Vorteil ist auch die Realisierung eines Ladebetriebes des Fahrakkus 8, durch den Elektromotor 4 bei geschlossener NVK-Kupplung 49 nachdem ein elektronisches Abstandststeuergerät ACC infolge eines dicht vorrausfahrenden Fahrzeugs eine Bremsreaktion vom Elektromotor 4 verlangt, um das Fahrzeug zu verzögern. Das ACC- Steuergerät kann dabei die Betriebsparameter des Nebenverbraucheraggregates 1 aus dem elektrischen Datenspeicher 60 berücksichtigen und seine eigene ACC Regelhysterse so anzupassen dass ein optimales Laden des Akkus 8 und der anderen Energiespeicher unter Berücksichtigung dieser Daten optimiert werden kann. Von weiterem Vorteil ist auch die Realisierung eines Ladebetriebes des Fahrakkus 8 durch den Elektromotor 4, nachdem ein elektronischer Geschwindigkeitsbergrenzer VSC (Vehicle Speed Control) infolge einer Beschleunigung durch beispielsweise durch Beginn einer Bergabfahrt des Fahrzeugs mittels einer der elektrischen Datenleitungen 84, 84' eine Bremsreaktion vom Elektromotor 4 verlangt.
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Eine besonderer Vorteil des Nebenverbraucherantriebsystems 1 liegt in der Möglichkeit die gemeinsame Nebenverbraucherantriebswelle 71 vor dem Schließen der Nebenverbraucherkupplung 49 mittels dem Elektromotor 4 bei abgeschaltetem Kompressor 24 auf eine synchrone Drehzahl des Ritzels 21 welches von der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 7 über das Steuerrad 34 im Eingriff steht, zu beschleunigen bevor die Kupplung 49 geschlossen wird.
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Hierdurch ist ein schonender Betrieb der Nebenverbraucherkupplung 49 möglich, was für die vielen Aufgaben des Nebenverbraucherantriebaggregates zu einer langen Lebendauer der Bauteile beiträgt und zusätzliche Gewichtseinsparung durch möglich kompakte Bauweise der NVK-Kupplung 49 ermöglicht.
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Dies ermöglicht außerdem unter Zuhilfenahme von Drehzahlsensorsignalen eines Sensors 16, 17 und einem Drehzahlsensor welcher direkt oder indirekt mit einem Übersetzungverhältnisses die Nebenverbraucherantriebswellen Drehzahl von r misst, den Einsatz einer Synchronschalteinrichtung, was eine zusätzliche Gewichtseinsparung und erhöhte Überlastfähigkeit der Nebenverbraucherkupplung durch zusätzlich formschlüssiges Schließen der Kupplung 49 ermöglicht.
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Beschreibung der Fig. 2
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2 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung des Nebenverbraucherantriebssystems 1. Die Nebenverbraucherantriebswelle 71 des Kompressors 24 der hier ebenfalls als Kolbenverdichter gebaut ist wird von einem Ritzel 21 über eine schaltbare Kupplung 49 angetrieben.
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Die schaltbare Nebenverbraucherkupplung 49 wird vorteilhafterweise durch eine Feder 102 oder zuschaltbaren Hydraulikspeicher, geschlossen, so dass auch bei Stromausfall die Nebenverbraucherantriebswelle 71 durch das Ritzel 21 weiterbetrieben werden kann und alle Grundfunktionen zum sicheren Fahren wie die Druckluftförderung, die Lenkhilfeunterstützung durch die Lenkhilfepumpe 25 möglich sind.
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Auch die Funktionen wie das Starten des Verbrennungsmotors 7, und das Laden zumindest der Batterie 9 und vorteilhafterweise das Laden des Fahrakkus 8 und betreiben weiterer Nebenverbraucher 201, 26 ist durch diese Anordnung möglich.
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Der Elektromotor 4 der vorteilhafterweise als permanenterregter Synchronmotor 4 besonders robust gebaut ist und vorteilhafterweise mit im Stator 94 schraubenartig verlaufenden Kühlkanälen parallel zur Elektromotorenwelle 39 aufgebaut ist rückwärtig dem Gehäuse des Verdichters 24 angeordnet.
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Auch hier trägt das Getriebe 185 mit der Übersetzung der Zahnräder 89', 89'' vorteilhaft dazu bei eine besonders energiesparende Bauweise zu ermöglichen, indem der Elektromotor 4 sehr kompakt gebaut werden kann und in dessen idealen Wirkungsgradkennfeld bei hohen Drehzahlen angetrieben werden kann.
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Zumindest die Ventilplatte 127 des Kompressors 24 mit welcher die Lamellenventile 227 festgehalten und gekühlt werden wird mittels der Wasserpumpe 103 durch einen Kühlwasserstrom gekühlt.
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Idealerweise überwacht ein Temperatursensor 205 die Temperatur dieser Ventilplatte auf der Förderdruckseite des Kompressors, also dort wo die komprimierte Luft dem Rückschlagventil 86 zuströmt, so dass insbesonders bei einer geöffneten (NVK)Nebenverbraucherkupplung 49 und einer stehender Wasserpumpe 103 infolge des stehenden Verbrennungsmotors 7 beim Antrieb des Kompressors 24 durch den Elektromotor 4 die Drehzahl des Elektromotors 4 so gewählt werden kann, das die Ventilplatte 127 nicht zu heiß wird und nicht zerstört wird.
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Gemeinsam genutzte Wasserkanäle 120 des Kompressors 24 und welche zumindest teilweise zur Kühlung auch im Elektromotor 4 angeordnet ermögliche ein zerstörungsfreien Betrieb bei einer idealer Betriebstemperatur und ein sicheres schadloses betreiben des Nebenverbraucherantriebsaggregates 1 in allen Funktionen.
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Die Strömungsrichtung durch die gemeinsamen Kühlwasseranschlüsse Kwv 200 (Vorlauf) und Kwr 112 (Rücklauf) ist dabei idealerweise so gewählt, dass eine Gegenstromkühlung realisiert werden kann, derart dass der Kühlwassereintritt idealerweise am Elektromotor 4 erfolgt um dort die Wicklungen des Elektromotoren-Stators 94, insbesonders an dessen Wicklungsumlenkpunkten zuerst kühlt. Vorteilhafterweise sind die wasserkanäle spiralförmig parallel zur Achse des Rotors Ankers 39 angeordnet um dann, das von dort vorgewärmte Kühlwasser über Kühlwasserleitungen 114 zur Ventilplatte 127 des Kompressors zu führen.
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Vorteilhafterweise verlaufen diese Kühlleitungen als Bohrungen oder als Kanäle im Gehäuse und, oder der Ventilplatte 127 des Verdichters 24 und des Elektromotors 4 vorteilhafterweise auch durch das Übersetzungsgetriebe 185.
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Von Vorteil sind auch gemeinsam genutzte Ölversorgungsbohrungen Ölvorlaufanschluss „Ölv„ 111 und Ölrücklaufanschluss „Ölr” 110 wodurch sich bei einer angetriebener Schmierölpumpe 119 eine gute Schmierung und damit ein guter Wirkungsgrad und gute Haltbarkeit der bewegten Bauteile ergibt.
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Von Vorteil ist die Kombination der Nebenverbraucherantriebseinheit 1 mit einer elektrischen Schmierölpumpe 119 da bei stehendem Verbrennungsmotor dann zusätzlich durch einschalten der elektrischen Schmierölpumpe geschmiert werden kann,
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Die Anordnung einer Tauchbadschmierung mit einer Sumpftiefe „h” und hochgesetzter Rücklaufbohrung 110' zum eintauchen von zumindest einem der Zahnräder 89'' sowie der Einsatz von Wälzlagern 107 an zumindest den hoch belasteten Lagerstellen des Getriebes ermöglicht sehr gute Wirkungsgrade und insbesonders sehr gute Notlaufeigenschaften, in allen Betriebssituationen des Nebenverbraucherantriebssystems 1.
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Auch hier kann ein Kältemittelverdichter 26 durch den Elektromotor 4 angetrieben werden der durch geeignete Mittel beispielsweise auch durch eine Elektromagnetkupplung zusätzlich in dessen Leistungsaufnahme beeinflusst werden kann oder ganz ein und ausgeschaltet werden kann.
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Von besonderem Vorteil ist wenn zumindest die Leistungsschalter, vorteilhafterweise bestehend aus Thyristoren, GTO's, Mosfets, durch das Kühlmittel des Kältekreislaufs 193 gekühlt werden.
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Besonders hilfreich ist die Abzweig des Kältemittels nach dem Expansionsventil 192, da hier ein geringer Kältemitteldruck vorherrscht also ein geringer Aufwand zum Abdichten erforderlich ist. Außerdem hier der Kühlwirkungsgrad hoch ist. Vorteilhafterweise kann zwischen dem Expansionsventil 192 und der Kältemittelentnahmestelle 173' auch noch ein Verdampfer 173 angeordnet sein, da dann eine besonders kompakte Bauweise des Nebenverbraucherantriebsaggregates 1 möglich ist.
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Die Verdampfer sind oft in den zu kühlenden Kalte-Klimakammern 52 angeordnet, und somit ist die Kältemittelnutzung zum Kühlen des Umrichters 57 am Kältemittelverdichter selbst durch sehr kurze Kanäle oder Bohrungen möglich.
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Von Vorteil ist wenn auch das Steuergerät 13 welches den Umrichter 57 ansteuert und zumindest eine elektrische Leitung 84 zum elektrischen CAN/Lin Datenempfang für die Vorgabe der Einstellungen des Umrichters 57 mit dem Kältemittel aus dem Kältemittelkreislauf 193 gekühlt wird.
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Die Verwendung von Kältemittel zum Kühlen von Bauteilen des Nebenverbraucherantriebsaggregates ist besonders vorteilhaft, da der Elektromotor 4 und damit auch der Umrichter 57 eine sehr hohe Einschaltdauer hat. Infolge der vielen Aufgaben durch das Nebenverbraucherenergiemangement des Nebenverbraucherantriebssystems 1 in den vielen unterschiedlichen Fahrzeugsituationen, woraus sich auch die vielen Vorteile dieses Kompakt bauenden Systems ergeben ist die Einschalt – und Nutzungsdauer der beteiligten Bauteile hoch weshalb eine gute und zudem sichere Kühlung der Bauteile von Vorteil ist.
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In der 2 ist außerdem von Vorteil dass eine Versorgung des Elektromotors über einen Stecker 207 möglich ist. Dies hat viele Vorteile auch bei einem stehenden Fahrzeug, dann kann beispielsweise das Kühlaggregat eines Kälte Klimaaufbaus welches angetrieben werden kann durch den Kältemittelverdichter 26 mittels Strom aus dem Stromfestnetz angetrieben werden. Der Schalter 207 ermöglicht ein einschalten und Antreiben des Elektromotors 4, sowie ein paralleles Laden des Fahrakkus 8 über einige Leistungsschalter 65 des Umrichters 57.
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Zudem ist es von Vorteil wenn das Nebenverbraucherantriebssytem 1 über einen Sensor 202' welcher mit einem Anschluss mit dem Stecker 202 verbunden ist und einen weiteren zumindest indirekten Anschluss zur Fahrzeugmasse 202'' als Bezugspotential hat, detektiert ob der Stecker eingesteckt ist oder nicht um den Betrieb des Elektromotores 4 zeitrichtig anzupassen. Der Umrichter 57 kann für den Steckerbetrieb 202 auch als Wechselrichter konzipiert sein.
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Der Fahrakku ist dann parallel zum Kondensator im gleichgerichteten Teil/Zweig zwischen dem Phasen-Eingangsumrichter an dessen Eingang dann der Stecker 202 angeschlossen ist.
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Der Phasen-Eingangsumrichter ist ähnlicher Bauart wie der Umrichter 57. Der Umrichter 57 treibt dann auch den E-Motor 4 an, diese Wechselrichteranordnung kann den Elektromotor 4 im Netzbetrieb stufenlos regeln und zeitgleich den Fahrakku 9 laden.
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Es ist mittels dem Stecker 202 und einem Schalter 207 möglich, bei stehendem Fahrzeug und bei abgestelltem Motor nach dem Einstecken des Steckers 202 weitere Funktionen welche durch eine Hydraulikpumpe 26 angetrieben werden zu realisieren indem der Elektromotor 4 bei geöffneter Nebenverbraucherkupplung 49 angetrieben wird.
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Beispielsweise kann der Betrieb eines hydraulisch angetriebenen Ladekrans oder einer hydraulischen Zementpumpe, einer hydraulischen angetriebenen Kanalisationspumpe oder einer hydraulisch betriebenen Ladebordwand oder einer hydraulischen Hebebühne oder einer hydraulischen Drehleiter oder einer hydraulische Seilwinde mit der Hydraulikpumpe 201 angetrieben werden. In jedem Falle muss aus Sicherheitsgründen ein zusätzlicher zuordenbarer elektrischer Schalter nach dem einstecken des Steckers 202 für die Aktivierung dieser Nebenverbraucher betätigt werden. Desweiteren zeigt eine vorteilhafte Ausführung des in der 2 dargestellten gekühlten Umrichters 57 eine Ausführung bei welcher zumindest ein Teil der elektrischen Schalters 65 des Umrichters 57 durch zwei Kühlmittelkreisläufe zum einen durch den Kältemittelkreislauf 152 und durch Kühlwasserkreislauf 124 durch deren Wärmeübertragung auf das Kühlmittel gekühlt werden kann, dies ist besonders vorteilhaft, da durch zwei Kühlströme ein sicheres und tiefes abkühlen zumindest des Umrichters auch bei Ausfall eines Kühlkreislaufs möglich ist.
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Das Steuergerät 13 zum Ansteuern des Umrichters 57 kann vorteilhafterweise auch mit zumindest einem der Kühlkreisläufen zugeordneten Kühlmittel abgekühlt werden.
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Durch die kompakte Bauweise des Nebenverbraucherantriebsaggregates 1 ist diese redundante Kühlung durch zwei Kühlkreisläufe mit geringem Bauaufwand darstellbar, insbesonders dann, wenn zumindest einer der Kühlmittelkanäle 114 gemeinsam genutzt werden.
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Vorteilhaft ist die Abschaltung des Kompressors 24 mittels der in einem separaten Kupplungsgehäuse untergebrachten schaltbaren NVK-Kupplung 49. Von weiterem Vorteil ist die Verwendung eines pneumatischen oder hydraulischen Kolbens 42 welcher beim Umschalten des Elektromagnetventiles 225 dem Verdichterraum des als Kolbenmaschine aufgebauten Kompressors 24 einen Schadraum 206 zuschaltet, und somit die Förderleistung bzw. Kompression der Luft verhindert.
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Hiermit kann die Förderleistung und damit die Leistungsaufnahme des Kompressors 24 stark reduziert werden, wenn der vom Drucksensor 62 gemessene Druck in einem Druckbehälter 51 den vom Druckluftsteuergerät 229 vorgegebenen Druck erreicht hat.
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Es ist eine besonders vorteilhafte Ausführung wenn einige Funktionen des Druckluftsteuergerätes 229 in das Steuergerät 13 zum Ansteuern des Umrichters zumindest teilweise integriert werden, da die Störanfälligkeit und Bauteilemenge dann reduziert werden.
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Das Druckluftsteuergerät steuert die Regeneration und das Ablassventil des Lufttrockners.
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Eine weitere optionale Ausführung ist die wahlweise Anordnung eines Schaltelementes 41 zum Umschalten von zumindest einem der Lamellenventile 227 des Kompressors 24 um damit den Druckaufbau im Verdichterraum zu verhindern.
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Dies wird anstelle der zuvor beschriebenen Zuschaltung des Schadraumes 206 zum verhindern eines weiteren Druckaufbaus nach dem Erreichen des Abschaltdruckes verwendet.
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Das Schaltelement 41 zum Beeinflussen des Lamellenventiles 227 kann als hydraulische Schalteinrichtung, als pneumatische Schalteinrichtung oder elektromagnetische Schalteinrichtung aufgebaut sein.
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Gesteuert wird auch diese wahlweise zum Kolben 42 eingebaute Schalteinheit vom Steuergerät 229.
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Das Ablassventil 44 ist ein durch Federkraft stromlos geschlossenes Ventil.
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Wird dieses Ventil, welches im Druckuftförderkreis vor dem Rückschlagventil 86 und vor dem Luftrockner-Luftfilter 93 angeordnet ist, geöffnet, dann strömt die vom Kompressor 24 geförderte Druckluft fast drucklos ins die Atmosphäre.
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Auch dies ist also eine Möglichkeit den Kompressor 24 in dessen Förderleistung zu beeinflussen, z B den Kompressor beim anlassen des Verbrennungsmotors 7 abzuschalten. Dieses Ventil 44 wird immer benötigt, da es außer dem entlasten der Förderleitung auch eine weitere Funktion zur Realisierung der zyklischen Filterregeneration in Kombination mit dem Regenerationsmagnetventil 87 hat.
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Bei gleichzeitiger Schaltung der beiden Ventile 87 und 44 kann dann die trockene Luft zurückströmend aus dem Behälter 51 im Filter-Trockner 93 das dort angelagerte Wasser und das Öl aufnehmen und dieses am Rückschlagventil 86 vorbei ins Freie, also die Atmosphäre sprühen. Es zeigt sich, dass der Kompressor 24 vorteilhaft mit einem trocken laufenden Kolben ausgeführt wird. Wie dies beispielsweise vorteilhaft durch Verwendung von keramischen Laufflächen ermöglicht wird. Insbesonders dann, bei trockenlaufenden Verdichterkolben ist eine gute Kühlung zumindest der Ventilplatte 127 wie zuvor beschrieben, und/oder auch des Kompressorengehäuses im Bereich der zylindrischen Zylinderlauffäche um den Hubkolben auch zudem in Kombination mit der-Gegenstromkühlung sinnvoll um die bewegte ungeschmierten Bauteile ideal zu kühlen und trotzdem hinreichend Druckluftfördermenge zu bringen. Ein weiterer Vorteil der hier aufgezeigten Kühlmethoden liegt im geringen Ölverbrauch des Nebenverbraucherantriebssystems.
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Dieser Ölverbrauch schädigt auch die Lufttrockner-Filtereinheit 93 und die Betriebssbremsanlage und die Ventile der Luftfederung des Fahrzeugs. Zusammen mit einer durch das Nebenverbraucherantriebsystem 1 möglichen Temperatur-, Drehzahl-und Druckabhängigen Steuerung des Kompressors 24 ist ein umweltfreundliches teilweise ölfreies Druckluftfördern durch das Nebenverbraucherantriebsystem 1 mit den Vorteilen eines Hybridantriebs durch den Elektromotors 4 im Einsatz eines Fahrzeugs insbesonders im Verteilerverkehr in Wohngegenden von weiterem Vorteil.
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Beschreibung der Fig. 3
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3 zeigt eine besonders vorteilhafte Konzeption der Kupplung. Durch zuvor beschriebene die Anordnung der NVK-Kupplung 49 in der Nebenverbraucherantriebseinheit 1 ist die NVK-Kupplung 49 stark belastet.
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Da das durch das vom Steuergerät 13 auszuführende Energiemanagement mit der Priorisierung der Aufgaben von den anzutreibenden Nebenverbrauchern sehr hohe Schaltmomente auf die Nebenverbraucherantriebswelle 71 ausübt.
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Vorteilhaft in dieser Anordnung des Nebenverbraucherantriebsaggregates 1 ist das diese zeitlich vor dem Schließen der NVK-Kupplung 49 die Nebenverbraucher durch ihre direkt zuordenbaren Schaltmittel mittels dem Steuergerät 13 drucklos und fast drehmomentenfrei gemacht werden können.
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Und danach der Elektromotor 4 die Nebenverbraucherantriebswelle 71 auf eine Synchrondrehzahl zum Ritzel 21 beschleunigt, und erst bei Erreichen der Synchrondrehzahl mit dem Ritzel 21 die Kupplung 49 geschlossen wird. Es ist also infolge der sehr geringen Relativdrehzahl der sogenannten Synchrondrehzahl fast kein Schaltverschleiß an der Kupplung 49 vorhanden, was eine sehr kompakte ca. 25% kleinere Bauweise der Schaltkupplung 49 ermöglicht.
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In der 3 ist außerdem eine formschlüssige Drehmomentübertragung mittels Zahnscheibe 252 und Zahnring 256 möglich. Eine vorteilhaft zusätzlich angeordnete kleine Lamellenkupplung welche zuvor geschlossen wird, dient dem genauen Drehzahlangleich vor dem Schließen der formschlüssigen Verzahnten Synchronelemente 252, 256.
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Diese vorteilhafte Kombination von Elektromotor 4 zum beschleunigen auf der rotierenden Teile des Nebenverbraucherantriebsaggregates 1 auf Synchronisationsdrehzahl, nachfolgend der genaue Abgleich der Drehzahlen und der Position Nebenverbraucherantriebselle 71 mit der des Ritzels 21 mittels zumindest einem Reibelement 250 und danach dem folgenden formschlüssigen verbinden des Ritzels 21 mit der Nebenverbraucherantriebswelle 71 ermöglicht eine weitere Gewichtsreduzierung, eine Erhöhung der Lebensdauer und Schaltsicherheit des Nebenverbraucherantriebsaggregates.
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Die Verzahnungselemente, der Zahnring 256 und die Mitnehmerscheibe 252 sind axial und radial angeschrägt um eine einfacheres ineinander gleiten beim schalten bzw. schließen der Synchonisiereinheit der Nebenverbraucherkupplung 49 zu ermöglichen.
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Die Übertragung des Drehmomentes von der Mitnehmerscheibe 252 und dem Zahnring 256 wird über axial verschiebbare formschlüssigen Wellen-Nabenverbindungen formschlüssig realisiert.
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Es ist vorteilhaft wenn zumindest einer der Nebenverbraucher erst nach dem Schließen der Kupplung 49 damit anfangen Druckmittel (Öl, Druckluft) zu fördern bzw. Druck aufzubauen.
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Gesteuert wird der Synchronisierungsvorgang von einer Steuerelektronik 13 welche zumindest die vom Sensor 16 gemessene Kurbelwellendrehzahl elektrisch misst und einen elektrischen Anschluss zum Umrichter 57 hat, welcher den Elektromotor 4 steuert.
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Das Lufttrocknersteuergerät 229 kann im Steuergerät 13 zumindest teilweise funktional integriert werden um Bauteile einzusparen und synergetisch zu nutzen wie Beispielsweise das Netzteil, den Mikrokontroller und Interfacebausteine um den Bauraum klein zu halten und die Sicherheit des Steuergerätes 13, 229 zu erhöhen.
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Vorteilhaft ist hier zusätzlich die Entlastungschraube 220 welche es ermöglicht auch bei defektem Ventil 226 oder bei fehlerhaftem Steuergerät 229, 13 den Druckraum hinter dem Kolbens 42 drucklos zu machen um somit die Kupplung 49 durch die Feder 102 schließen zu lassen und damit eine Weiterfahrt des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Beschreibung der Fig. 4
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4 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführung der Schaltkupplung 13 in Form einer „Konus”–Synchronschalteinrichtung. Es können auch zwei Kegelscheiben ineinander gelegt werden.
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Der Kolben 42 drückt dabei, nach dem angleichen der Drehzahlen der Nebenverbraucherantriebswelie 71 zum Ritzel 21 mittels dem Elektromotor 4, den Konus 250 über das Federelement 254 in den Innenkegel des Ritzels 21.
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Es kommt so zum genauen Angleich der Drehzahlen der Nebenverbraucherantriebswelle 71 und des Ritzels 21.
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Ist keine Relativbewegung zwischen der Nebenverbraucherantriebswelle 71 und dem Ritzel 21 mehr vorhanden, so gibt die Sperrverzahnung 320 die Zahnlücken frei um ein Ineinanderschieben der Zahnscheibe 252 in den Zahnring 256 zu ermöglichen.
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Erst dann wird auch hier der Nebenverbraucher über die Mittel 225, 42 erst nach dem Schaltvorgang der NVK-Kupplung 49 zugeschaltet um die Synchronisierung möglichst frei vom Drehmoment machen zu können.
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Der genaue Drehzahlangleich über die konusartige Reibfläche reduziert das Bauvolumen der NVK-Kupplung 49 gegenüber der Lamellensynchronisierungseinrichtung nochmals.
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Hier ist ein Innenkonus dargestellt aber es können auch Außenkonus-Synchronelemente verwendet werden.
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Auch hier gelten die Vorteile der Konstruktion von 3, zusätzlich kann hier eine Sperrverzahnung 320 an der beispielsweise kegeligen Reibscheibe 250 angebracht sein, welche ein Ineinanderschieben der Verzahnungen der verzahnten Teile 252 und 256 erst dann ermöglicht wenn diese genau voreinander stehen und über die Einführschrägen spielend axial ineinandergeschoben werden können.
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Dies ist dann der Fall wenn die Drehzahlen von dem Ritzel 21 und der Nebenverbraucherantriebswelle 71 genau angeglichen sind, was unter der Zuhilfenahme des Elektromotors 4 durch Beschleunigen der Nebenverbraucherantriebswelle 71 gut ermöglicht wird. Auch hier wird eine zusätzliche formschlüssige Übertragung in der Kupplung 49 ermöglicht durch einen vorrausgegangenen Drehzahlabgleich der zu kuppelnden Antriebselemente, dem Ritzel 21 und der Nebenverbraucherantriebswelle 71.
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Drehzahlsensoren 16, 17 und Drehzahlsensoren an der Nebenverbraucherantriebswelle 71 überwachen vorteilhafterweise Sychronisier- und Schaltvorgang.
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Beschreibung der Fig. 5
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5 zeigt eine weitere vorteilhafte Anordnung des Nebenverbraucherantriebsystems 1. Zusätzliche Riemenspanner 25' sorgen für den gleichmäßigen Schlupf des Riemens 25''.
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Der Verbrennungsmotor 7 treibt über eine schaltbare NVK-Kupplung 49 welche vorzugsweise stromlos geschlossen ist, die Nebenverbraucherantriebswelle 71 und den Kompressor 24 an welche zudem über einen Riementrieb zumindest einen Elektromotor 4 antreibt. Vorteilhaft ist auch hier zumindest der zusätzliche Antrieb einer Lenkhilfepumpe 26, auch kann es hier von Vorteil sein den Kältemittelverdichter 25 über den Keilriemen oder Zahnriemen anzutreiben. Vorteilhaft ist die Verwendung eines doppelseitigen Profils des Zahnriemens, da dann Nebenverbraucher auf beiden Seiten des Riemens angeordnet werden können.
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Der Vorteil das Getriebe 185 zumindest teilweise mit Riemen 25'' zu realisieren liegt in der Laufruhe eines solchen Riemenantriebs.
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Auch hier erfüllt der Elektromotor 4 die zuvor beschriebenen Aufgaben des Nebenverbraucherantriebes.
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Auch hier kann der Elektromotor 4 und der Kompressor 24 gemeinsam mit Kühlwasser aus gemeinsamen Anschlüssen wie dem Kühlwasservorlaufanschluss und Kühlwasserrücklaufanschluss versorgt werden.
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6 bis 9 zeigen schematische Anordnungen des Baukastensystems des Nebenverbraucherantriebssystems 1 bei gleicher Funktionalität wie zuvor für die 1 bis 5 beschrieben.
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Diese unterschiedlichen Anordnungen ermöglichen es das Nebenverbraucherantriebssystem 1 in unterschiedlichste Fahrzeuge mit unterschiedlichen Platzverhältnissen zu integrieren, und das System als fertigungstechnischen Baukasten zu konstruieren.
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Beschreibung der Fig. 6
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6 zeigt eine Z-Form des Nebenverbraucherantriebssystems 1 ausgehend von der schaltbaren Nebenverbraucherantriebskupplung 21 bildet der Kompressor 24 mit dem Übersetzungsgetriebe 185 und dem Elektromotor 4 eine Z-Form.
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Als Baueinheit kann dieses Nebenverbraucherantriebsystem 1 mit dem Ritzel 21 und der NVK-Kupplung 49 voran in das Steuergehäuse 232 des Verbrennungsmotors 7 reingeschoben und verschraubt werden.
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Das Ritzel 21 wird dann über ein Steuerrad 34 welches vorzugsweise ein Zahnrad ist angetrieben.
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Die Antriebskupplung 35 verbindet die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 7 mit dem Getriebe „G”, die Kupplung 35 wird vorteilhafterweise automatisch mit elektrischen Mitteln geschaltet um beispielsweise die Schubphasen-Schleppmomentregelung zu optimieren, also das aufladen des Akkus 8 durch den Elektromotor 4 im Stop – und Go Betrieb bei kurzen Bremszyklen.
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Der Sensor 203 zeigt einen Gieratensensor 203 zum Detektieren von Fahrzeuginstabiltäten für das ESP-System zusammen mit den Raddrehzahlsensoren 77.
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Beim plötzlichen Auftreten von dynamisch instabilen Fahrzeugzuständen reduziert das Steuergerät 13, aufgefordert durch ein elektrisch gesendetes Protokoll über die am Steuergerät 13 angeschlossene elektrische Datenleitung 84, 84'', fast zeitgleich das Antriebsmomentes vom Ritzel 21 auf das Steuerrad 34 und somit auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 7. Durch die kompakte verwindungststeife Konstruktion zusammen mit der schnell offenbaren NVK-Nebenverbraucherkupplung 49 ist eine sehr schneller Drehmomentenabbau des Nebenverbraucherantriebseinheit 1 auf die Anforderungen des elektronischen Fahrdynamik stabilisieren ESP-Systems 66 möglich.
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Beschreibung der Fig. 7
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7 zeigt eine U-Form des Nebenverbraucherantriebssystems 1 ausgehend von der schaltbaren Nebenverbraucherantriebskupplung 21 bildet der Kompressor 24 mit dem Übersetzungsgetriebe 185 und dem Elektromotor 4 eine U-Form.
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Beschreibung der Fig. 8
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8 zeigt eine Y-Form des Nebenverbraucherantriebssystems 1 ausgehend von der schaltbaren Nebenverbraucherantriebskupplung 21 bildet der Kompressor 24 mit dem Übersetzungsgetriebe 185 und dem Elektromotor 4 eine V-Form.
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Beschreibung der Fig. 9
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9 zeigt eine I-Form des Nebenverbraucherantriebssystems 1 ausgehend von der schaltbaren Nebenverbraucherantriebskupplung 21 bildet der Kompressor 24 mit dem Übersetzungsgetriebe 185 und dem Elektromotor 4 eine I-Form. Von Vorteil kann die zusätzliche teilweise Verwendung eines Riementriebs mit den Bauteilen 235, 236, 236' sein, wenn beispielsweise die Platzverhältnisse dies erfordern.
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Das besondere an dieser Ausführung ist dass die gemeinsame Nebenverbraucherantriebswelle 71 durch die Nebenverbraucherkupplung 49 (entspricht der Kurzbezeichnung-NVK-Kupplung 49) durchgesteckt wird und von der den Kompressor 24 bei geöffneter Kupplung 24 antreibende Elektromotor 4 dem Kompressor 24 gegenüberliegt. Dies hat den Vorteil dass einer Gewichts ausbalancierten Bauweise. Ein weiterer Vorteil liegt darin dass die Ölleitungen 120 zur Schmierung der Zahnräder 89, 89'', 89'', und zur Schmierung der Lagerstellen 107, 186 des Übersetzungsgetriebes 185 sehr kurz ausgeführt werden können da die Lagerstellen sehr nah am Steuergehäuse 232 angebacht werden können,
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Es ist außerdem vorteilhaft dass zumindest eines der Zahnräder 89, 89', 89'' zumindest teilweise im Steuergehäuse 232 untergebracht ist, insbesonders dann wenn das Gehäuse des Übersetzungsgetriebes 185 entsprechend große Befestigungsflansche und Öffnungen zum durchstecken der Wellen bzw. der Zahnräder hat, auch bei dieser Anordnung ist es von Vorteil eine elektrische Ölpumpe oder einen Ölsumpf „h” zur Tauchbadschmierung ins Gehäuse einzubauen um eine Notlaufschmierung der Getriebeteile 89., 89', 89'' ‚107, 186 des Übersetzungsgetriebes 185, sowie der nebenverbraucherantriebswelle 71 zu realisieren.
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Auch hier kann wie in allen zuvor benannten Ausführungen der Kolbenkompressor 24 als Schraubenkompressor mit einer elektromagnetischen Förderstrombeeinflussung welche durch ein Steuergerät 13, 229 geregelt wird ausgeführt werden. Wird ein Schraubenkompressor anstelle des Kolbenkompressores 24 zur Druckluftförderung verwendet, so wird dieser so angeordnet dass die Schrauben über die Kupplung 49 angetrieben wird und bei geöffneter NVK-Kupplung 49 der Elektromotor 4 mit dem Schraubenkompressor bei stehendem Verbrennungsmotor 7 antreiben kann, das Steuergerät 13, 229 sowie die gemeinsame Kühlung und, oder Schmierung können auch hier gemeinsam mit dem Getriebe 185 und dem Elektromotor 4 verwendet werden.
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Zum System gehört auch hier der Verbrennungsmotor 7 mit dem von der Kurbelwelle angetriebenen Steuerrad 34 und einem Nockenwellensensor 17 und dem Kurbelwellensensor 16, welcher vorteilhafterweise außer der Drehzahl der Kurbelwelle auch deren Drehrichtung erkennt und somit eine genaue Positionserkennung der Kurbelwelle erlaubt was für ein Synchronisieren der Kupplung 49 vereinfacht und eine genaue Motorvoreinstellung für den Motorstart was für den effizienten Stop und Go Betrieb des Fahrzeugs sehr hilfreich ist.
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Ein Klopfsensor 18 ermöglicht das vorzeitige Erfassen einer Klopfneigung, ist dies der Fall kann der Elektromotor 4 unterstützend dazu beitragen den mittleren Zylinderdruck in den Kolbenkammern des Verbrennungsmotors durch Drehmomentabgabe an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors reduzieren.
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Von Vorteil ist hier der zusätzlich mögliche Antrieb eines Turboverdichters 270. Bei geöffneter Nebenverbraucherkupplung NVK 49 kann der Elektromotor 4 durch antreiben des Turboverdichters 270 während des Anfahrvorganges in kritischen Anfahrsituationen, bei einer schweren Motorisierung des Fahrzeugs ab 4,5 ltr Hubraum zusätzlich Sauerstoff in die Brennkammern einblasen, was dann die Rußbildung beim anfahren reduziert. Eine zusätzliche über die Nebenverbraucherkupplung 49 angetriebene Lichtmaschine 230 ermöglicht ein redundantes Laden der Batterie 8
