DE102012024796A1

DE102012024796A1 - Umrüstsatz

Info

Publication number: DE102012024796A1
Application number: DE201210024796
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-12-20
Also published as: DE202012002541U1; DE102012024796B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Umrüstsatz (100) zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor (1) betriebenen Kraftfahrzeugs in ein allein mit zumindest einem Elektromotor (2) betriebenes Kraftfahrzeug, wobei dieser zumindest ein Kraftübertragungselement (3) zum schlupffreien Übertragen einer Drehbewegung einer Welle (21) des Elektromotors (2) auf eine sich bereits im Verbrennungsmotor (1) befindliche und ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für die Verbrennungsmotor (1) vorgesehene Kurbelwelle (4) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft einen Umrüstsatz zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeuges in ein allein mit zumindest einem Elektromotor betriebenes Kraftfahrzeug, ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug sowie ein Umrüstverfahren zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeuges in ein allein mit zumindest einem Elektromotor betriebenes Kraftfahrzeug, gemäß den jeweiligen Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 11 und 12.
Gattungsgemäße Umrüstsätze sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Dazu ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 2428356 ein derartiger Umrüstsatz gezeigt, welcher eine glatte Welle umfasst. Insbesondere geht aus dieser Druckschrift hervor, dass ein Elektromotor aus einem Motorblock des Verbrennungsmotors unter Verwendung eines gegossenen, ihm angepassten Lagerbockes aufgesetzt ist. Dabei ist die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gegen die glatte Welle des Umrüstsatzes ausgetauscht. Die glatte Welle trägt auf ihrem vorderen Teil ein Doppelkettenzahnrad. Dabei ist die glatte Welle in den gleichen, nicht in dieser Druckschrift explizit dargestellten Lagern der früheren Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gelagert. Mit anderen Worten ist in dieser Druckschrift die eigentliche Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in aufwendiger Weise aus dem Verbrennungsmotor entfernt und durch die glatte Kurbelwelle, welche wiederum in aufwendiger Art und Weise in ein Motorgehäuse des Verbrennungsmotors eingebaut werden muss, stattdessen eingesetzt.
Eine zu lösende Aufgabe besteht daher darin, einen Umrüstsatz zum Umrüsten anzugeben, welcher es in sowohl kostengünstiger als auch zeitsparender Art und Weise ermöglicht, ein mit einem Verbrennungsmotor betriebenes Kraftfahrzeug in allein mit zumindest einem Elektromotor betriebenes Kraftfahrzeug umzurüsten.
Um nun einen Umrüstsatz anzugeben, welcher sowohl in kostengünstiger Art und Weise als auch in zeitsparender Weise ein derartiges Umrüsten ermöglicht, macht die vorliegende Erfindung unter anderem von der Idee Gebrauch, dass der hier beanspruchte Umrüstsatz zumindest ein Kraftübertragungselement zum schlupffreien Übertragen einer Drehbewegung einer Welle des Elektromotors auf eine sich bereits im Verbrennungsmotor befindliche und ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für den Verbrennungsmotor vorgesehene Kurbelwelle aufweist. Mit anderen Worten ermöglicht es der hier beschriebene Umrüstsatz, dass die im Verbrennungsmotor vorgesehene Kurbelwelle nicht in aufwendiger Art und Weise erst aus dem Motorblock des Verbrennungsmotors ausgebaut und stattdessen eine auf die allein den Elektromotor abgestimmte Kurbelwelle in den Verbrennungsmotor eingefügt werden muss. Es ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil bei vielen Serienmotoren der Motorblock in einem Stück beispielsweise in Form von Aluminiumblöcken gefertigt ist und dadurch Kurbelwellenlager und die Kurbelwelle selbst ein fester Bestandteil des Motorblocks sind. Der hier beschriebene Umrüstsatz ermöglicht daher auch ein Umrüsten eines derartigen in einem Stück hergestellten Motors in besonders einfacher, zeitsparender und kostengünstiger Art und Weise.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Umrüstsatz zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeuges in ein allein mit zumindest einem Elektromotor betriebenes Kraftfahrzeug zumindest ein Kraftübertragungselement zum schlupffreien Übertragen einer Drehbewegung einer Welle des Elektromotors auf eine sich bereits im Verbrennungsmotor befindliche und ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für den Verbrennungsmotor vorgesehene Kurbelwelle.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kraftübertragungselement nach Art eines Zahnriemenantriebes, Riemenscheibenantriebes, Zahnkranzantriebes, Getriebeantriebes und/oder Kettenantriebes ausgebildet.
Ist das Kraftübertragungselement nach Art eines Zahnriemenantriebes ausgebildet, ist es denkbar, dass an einem Ende der Welle des Elektromotors zumindest ein Riemenantriebsrädchen zum Aufnehmen eines Antriebsriemens angeordnet ist. Insbesondere kann es sich bei dem Riemenantriebsrädchen um einen oder um einen Bestandteil eines Antriebsaufsatzes handeln. Der Antriebsaufsatz kann eine Zahnriemenscheibe mit einem Zahnriemen umfassen und/oder einen Kettenantrieb, eine Keilriemenscheibe mit einem Keilriemen, einen Zahnkranzantrieb oder eine Getriebeeinheit umfassen. Insbesondere kann der Elektromotor mechanisch fest auf einer Außenfläche eines Motorblocks des Verbrennungsmotors angeordnet sein. Die Außenfläche ist dabei diejenige Fläche des Motorblocks, welche diesen in jede Richtung begrenzt. Dabei ist die Außenfläche mit einer Deckfläche und einer der Deckfläche in vertikaler Richtung gegenüberliegenden Bodenfläche und zwei sich in horizontaler Richtung gegenüberliegende Seitenflächen gebildet. „Horizontale Richtung” ist dabei diejenige Richtung, welche parallel zur einer Haupterstreckungsrichtung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verläuft. „Vertikale Richtung” ist diejenige Richtung, welche senkrecht zur horizontalen Richtung verläuft. Ist der Elektromotor in vertikaler Richtung über dem Motorblock, beispielsweise über seine Deckfläche mit diesem verschraubt, wird zur Übertragung der rotatorischen Drehbewegung der Welle des Elektromotors auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors beispielsweise der Zahnriemen ausgehend von dem Riemenantriebsrädchen der Welle des Elektromotors entlang der vertikalen Richtung direkt um das unterhalb angeordnetes Riemenantriebsrädchen der Kurbelwelle umspannt. Eine Drehbewegung der Welle des Elektromotors führt daher durch die Kraftübertragung des Zahnriemens auf eine entsprechende, schlupffreie Drehbewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors in die gleiche Richtung. „Schlupffrei” heißt in diesem Zusammenhang, eine Übertragung der Drehbewegung der Welle des Elektromotors auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausschließlich durch eine Kraftübertragung mittels Haftreibung und somit unter Ausschluss von jeglicher Gleit-, das heißt Schlupfreibung.
Ist das Kraftübertragungselement beispielsweise in Form eines Zahnkranzantriebes ausgebildet, ist statt der Riemenantriebsrädchen und des Zahnriemens an die Enden der Welle und der Kurbelwelle jeweils zumindest ein Zahnrad aufgesteckt, dessen Radien derart bemessen sind, dass nach dem Anordnen des Elektromotors auf beispielsweise der Deckfläche des Motorblocks beide Zahnriemen miteinander drehbar in Eingriff stehen. Beispielsweise bewirkt eine Drehung der Welle des Elektromotors in Linksrichtung durch das auf die Welle des Elektromotors aufgesteckte Zahnrad eine entsprechende Drehbewegung des auf das unter diesem Zahnrad auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufgesteckten Zahnrads in Rechtsrichtung. Dadurch wird die Kurbelwelle ebenso in Rechtsrichtung bewegt. Durch die hier beschriebenen Antriebe sind daher besonders einfache Kraftübertragungswege einer Drehbewegung der Welle des Elektromotors auf eine Drehbewegung der Kurbelwelle des Elektromotors realisiert, die darüber hinaus ebenso kostengünstig und zeitsparend an dem Verbrennungsmotor angeordnet werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Welle des Elektromotors über das Kraftübertragungselement zur Übertragung der Drehbewegung auf die Kurbelwelle mit einem von außen einsehbaren und zumindest teilweise aus dem Motorblock des Verbrennungsmotors herausragenden ersten Kurbelwellenende in Eingriff bringbar. Bei dem ersten Kurbelwellenende kann es sich um dasjenige von insgesamt zwei Kurbelwellenenden handeln, auf welches ein Kurbelwellenzahnrad aufgeschoben ist. Im Verbrennungsmotor steht das Kurbelwellenzahnrad mit einer in vertikaler Richtung über der Kurbelwelle angeordneten Nockenwelle über eine Kette oder einen Zahnriemen in Eingriff. Da die Nockenwelle zur Steuerung der nun entfernten Ventile nicht mehr benötigt wird, kann auch diese Kette und/oder dieser Zahnriemen entfernt werden sodass das Kurbelwellenzahnrad nun frei ist. Ist der Elektromotor beispielsweise auf der Deckfläche des Motorblocks montiert kann der Zahnriemen ausgehend von der Welle des Elektromotors, vorbei an der Nockenwelle bis hinunter zu dem Kurbelwellenzahnrad und um dieses herum gespannt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Zahnriemen auch nur bis zum Nockenwellenzahnrad und um dieses herum gespannt werden, für den Fall dass das Nockenwellenzahnrad und das Kurbelwellenzahnrad mechanisch direkt miteinander in Eingriff stehen, bewirkt eine Drehung des Nockenwellenzahnrads eine Drehung des Kurbelwellenzahnrads. In dieser Ausführungsform wird mittels des Zahnriemens die Kurbelwelle „indirekt” bewegt. Zahnriemen und Kurbelwelle berühren sich in dieser zusätzlichen Ausführungsform daher nicht unmittelbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Welle des Elektromotors über das Kraftübertragungselement zur Übertragung der Drehbewegung auf die Kurbelwelle mit einem von außen einsehbaren und zumindest teilweise aus dem Motorblock des Verbrennungsmotors herausragenden, dem ersten Kurbelwellenende gegenüberliegenden zweiten Kurbelwellenende, insbesondere über ein auf das zweite Kurbelwellenende aufgeschobenes Schwungrad, in Eingriff bringbar. Denkbar ist in diesem Zusammenhang, dass auf dem zweiten Kurbelwellenende beispielsweise ein Schwungrad und/oder weitere Kupplungselemente des Kraftfahrzeuges aufgeschoben sind. Insbesondere kann der Elektromotor wiederum auf einer Deckfläche des Motorblocks montiert sein, wobei zur Kraftübertragung zwischen den beiden Wellen wiederum der obig beschriebene Zahnriemenantrieb dienen kann. Das Schwungrad ist dann beispielsweise direkt mit dem Zahnriemenantrieb verbunden, wodurch über eine Drehbewegung der Welle des Elektromotors und deren schlupffreie Übertragung durch den Zahnriemen diese Drehbewegung direkt auf das Schwungrad des Verbrennungsmotors übertragen wird. Ebenso ist denkbar, dass an beiden Kurbelwellenenden beispielsweise Zahnriemenantriebe angeordnet sind und daher die Kurbelwelle an ihren beiden Enden, das heißt beidseits dann über die zumindest zwei Kraftübertragungselemente gedreht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kraftübertragungselement in Form zumindest eines Rotationsadapters ausgebildet, welcher auf die Welle des Elektromotors aufbringbar ist, wobei über das Kraftübertragungselement der Elektromotor auf ein erstes oder ein zweites Kurbelwellenende der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors aufschiebbar ist. Mittels einer derartigen Ausgestaltung des Kraftübertragungselementes in Form zumindest eines Rotationsadapters ist eine besonders einfache Alternativlösung der hier vorgeschriebenen Ausgestaltungen des Kraftübertragungselementes zu beispielsweise einem Zahnriemenantrieb dargestellt, welcher die Möglichkeit bietet, möglichst direkt und ohne Haftreibungsverluste die Drehbewegung der Welle des Elektromotors auf eine Drehbewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors übertragen zu können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Kraftübertragungselement mit zumindest einer Pleuelstange gebildet, welche mit ihrem ersten Ende mit der Welle des Elektromotors verbindbar und durch Zylinderöffnungen und deren zugeordnete Zylinderhohlräume hindurchführbar und mit ihrem zweiten Ende mit der Kurbelwelle im Inneren des Verbrennungsmotors in Eingriff bringbar ist. Insofern umfasst der Umrüstsatz eine solche Pleuelstange. Mit anderen Worten ist eine derartige Pleuelstange mittels zumindest eines Drehbolzens einerseits mit der Welle des Elektromotors verbunden, wobei andererseits das zweite Ende der Pleuelstange mit einem Drehbolzen der Kurbelwelle verbunden ist. Eine Drehbewegung der Welle des Elektromotors führt daher unmittelbar zu beispielsweise einer Hubbewegung der Pleuelstange und damit zu einer umittelbaren Drehbewegung der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors.
Insofern ist eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit geschaffen, über die bereits im Motorblock vorhandenen Zylinderöffnungen ohne ein aufwendiges Einfräsen von Zylinderöffnungen oder Öffnungen im Allgemeinen in den Motorblock die Pleuelstange entlang- und hindurchzuführen und daher möglichst direkt die Pleuelstangen und deren zweites Ende mit der Kurbelwelle zu verbinden. In einer derartigen Ausführungsform ist es daher besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor auf der Deckfläche des Verbrennungsmotors mit diesem mechanisch fest verbunden ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Umrüstsatz zur mechanisch festen Montage des Elektromotors am Verbrennungsmotor zumindest eine Montageplatte, wobei die Montageplatte zumindest eine Montagebohrung zum Befestigen der Montageplatte am Verbrennungsmotor sowie zumindest ein Befestigungsgewinde zum Befestigen des Elektromotors an der Montageplatte aufweist. Insbesondere kann die Montageplatte auf der Deckfläche des Elektromotors über die Montagebohrung an dem Motorblock befestigt werden. Ist nun die Montageplatte an dem Motorblock des Verbrennungsmotors beispielsweise fest gebohrt, kann in einem nächsten Schritt auf einer dem Motorblock gegenüberliegenden Außenfläche der Montageplatte der Elektromotor an dieser befestigt werden. Dazu kann der Elektromotor über Schraubverbindungen und ein Einschrauben von Schrauben in die dafür vorgesehene Befestigungsgewinde der Montageplatte mechanisch fest an der Montageplatte und damit ebenso mechanisch fest an dem Motorblock des Verbrennungsmotors montiert werden. Eine derartige Montageplatte bietet daher die Möglichkeit, besonders variabel auf unterschiedliche Größen und/oder Anzahl von verschiedenen Elektromotoren und deren Montage auf der Montageplatte zu reagieren um gleichzeitig besonders schnell und kostengünstig montieren zu können. Mit anderen Worten erleichtert die Montageplatte ein mechanisch festes und zeitsparendes Montieren des Elektromotors auf dem Verbrennungsmotor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Montageplatte zumindest eine Öffnung auf, welche mit einer Zylinderöffnung des Verbrennungsmotors in einer vertikalen Richtung zumindest teilweise überlappend anordenbar ist, wobei sowohl durch die Öffnung als auch durch die Zylinderöffnung die Pleuelstange widerstandsfrei bis zur Kurbelwelle hindurchführbar ist und wobei der Verbrennungsmotor von Zylinderköpfen, Ventildeckeln, Kolben und Pleueln zum Antrieb der Kolben befreit ist. Vorzugsweise ist die Öffnung vollständig überlappend mit der jeweils der Öffnung der Montageplatte eindeutig zugeordneten Zylinderöffnung des Verbrennungsmotors angeordnet. Durch eine derartige Anordnung der Montagegeplatte und mittels der zumindest einen Öffnung ist gewährleistet, dass die Pleuelstange ohne mechanische und/oder physikalische Widerstände direkt zu der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors hindurchgeführt und daher direkt in die Kurbelwelle eingreifbar angeordnet werden kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Umrüstsatz zumindest einen Sensor zur Erfassung eines Pedalwertes eines Gaspedals des Kraftfahrzeuges zur Erfassung der Leistungsanforderung oder Mittel zur Erfassung eines den Pedalwert repräsentierenden, elektrischen Signals. Mittels des Sensors ist es daher möglich, den angetriebenen Elektromotor beispielsweise durch eine Bewegung des Gaspedals besonders einfach anzutreiben. Insbesondere kann der Sensor einen oder mehrere Schaltelemente und/oder Schaltkreise umfassen, welche eine mechanische Drehbewegung des Pedalwertes in entsprechende Signalwerte zu einem Elektroniksystem und/oder zur einer Steuereinheit und/oder einem Energiecontroller des Fahrzeuges sendet. Eine Steuereinheit, welche mit einem derartigen Sensor entweder elektrisch verbunden ist oder einen derartigen Sensor umfasst, kann dann einer Batterie des Fahrzeuges elektrische Energie entnehmen und anschließend dem Elektromotor zuführen. Insbesondere kann die Steuereinheit, welche mit dem Gaspedal gekoppelt ist, eine Drehzahl des Elektromotors über die jeweilige Energiezuführung elektrischer Energie aus der Batterie steuern. Mit anderen Worten ermöglicht diese Steuereinheit das Beschleunigen und das Regulieren der Geschwindigkeit des Fahrzeuges. Insbesondere kann die Energiezufuhr im Innenraum des Fahrzeuges mittels zumindest eines Schalters aktiviert und/oder eingestellt werden. Dabei ist ebenso denkbar, dass der Energieverbrauch und der Ladezustand der Batterie durch eine Anzeige im Fahrzeug (Energiecontroller) angezeigt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Umrüstsatz zumindest eine Batterie zum elektrischen Betreiben des Elektromotors, wobei die Batterie an einer für einen Tankraum des Kraftfahrzeuges vorgesehenen Tankhalterung mechanisch fest fixierbar ist. Dazu ist denkbar, dass zur Fixierung der Batterie der Tank aus dem Fahrzeug ausgebaut wird und danach lediglich die Batterie an den Tankhalterungen fest montiert wird. Insofern nimmt die Batterie keinerlei zusätzliche Raumanforderungen innerhalb des Fahrzeuges in Anspruch, sondern kann statt des Tanks in dem Fahrzeug platziert werden.
Es wird darüber hinaus ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug angegeben, umfassend zumindest einen Elektromotor zum ausschließlich elektrischen Betreiben des Kraftfahrzeuges.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das elektrisch betriebene Kraftfahrzeug zumindest einen Umrüstsatz gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungsformen, wobei der Verbrennungsmotor von Zylinderköpfen, Ventildeckeln, Kolben und Pleueln zum Antrieb der Kolben befreit ist. Dazu kann insbesondere ein Zylinderkopf des Verbrennungsmotors vollständig entfernt sein. Mit anderen Worten ist mittels des bereits obig beschriebenen Umrüstsatzes ein besonders kostengünstiges, elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug herstellbar, bei dem eine bereits im Verbrennungsmotor serienmäßig eingebaute Kurbelwelle in diesem verbleibt und über den Umrüstsatz in kostengünstiger Art und Weise mittels des hier beschriebenen Elektromotors betrieben werden kann.
Es wird darüber hinaus ein Umrüstverfahren zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeuges in ein allein mit zumindest einem Elektromotor betriebenen Kraftfahrzeug angegeben. Beispielsweise kann mittels des Verfahrens ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug hergestellt werden, wie es in Verbindung mit einem oder mehreren der obig genannten Ausführungsformen beschrieben ist. Das heißt, die für das hier beschriebene Verfahren aufgeführten Merkmale sind auch für das hier beschriebene Kraftfahrzeug sowie für den hier beschriebenen Umrüstsatz offenbart und umgekehrt.
In einem ersten Schritt wird ein mit einem Verbrennungsmotor betriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt.
In einem nächsten Schritt wird ein Umrüstsatz gemäß zumindest einer der vorherigen Ausführungsformen bereitgestellt.
In einem anschließenden Schritt wird ein Entfernen von Zylinderköpfen, Ventildeckeln, Kolben und Pleueln zum Antrieb der Kolben des Verbrennungsmotors durchgeführt. Mit anderen Worten ist der Verbrennungsmotor bis auf die im Verbrennungsmotor verbliebene Kurbelwelle frei von vorher serienmäßig eingebauten, zum Betrieb des Verbrennungsmotors eingerichteten mechanischen Elementen. Insbesondere ist durch das Entfernen auch der Zylinderkopf entfernt.
In einem nächsten Schritt wird zumindest ein Elektromotor auf einer nach dem Entfernen planen Außenfläche des Verbrennungsmotors angeordnet. „Plan” bezieht sich in diesem Zusammenhang auf eine Ebene, welche insbesondere keine Unebenheiten aufweist, so dass beispielsweise die hier beschriebene Montageplatte besonders einfach auf der Außenfläche des Motorblocks montiert werden kann.
In einem nächsten Schritt wird zumindest ein Kraftübertragungselement des Umrüstsatzes zum schlupffreien Übertragen einer Drehbewegung einer Welle des Elektromotors auf eine sich bereits im Verbrennungsmotors befindliche und ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für den Verbrennungsmotor vorgesehene Kurbelwelle angeordnet.
Dazu kann es sich bei dem Kraftübertragungselement beispielsweise um einen Zahnriemenantrieb handeln. Dabei kann der Zahnriemen um eine Welle des Elektromotors und ein Ende eines aus einem Motorblock des Verbrennungsmotors herausragenden Wellenendes umgespannt werden. Ein derartiger Riemenantrieb ist daher besonders einfach aufgrund des Kraftübertragungselementes realisiert.
Insofern weist das hier beschriebene Verfahren die folgenden und die bereits im Zusammenhang mit dem hier beschriebenen Umrüstsatz sowie dem hier beschriebenen elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug genannten Vorteile auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in einer vertikalen Richtung zwischen dem Elektromotor und einer planen Außenfläche des Verbrennungsmotors eine Montageplatte angeordnet. Insbesondere kann die Montageplatte zum Abdichten des Motorblocks und zur Aufnahme einer Schutzvorrichtung für den Elektromotor und/oder für den Benutzer dienen. Mittels der Montageplatte kann daher besonders einfach der Elektromotor an den Verbrennungsmotor mechanisch fest montiert werden. Die Montageplatte kann in Gestalt zumindest einer der obig beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein.
Im Folgenden werden der hier beschriebene Umrüstsatz, das hier beschriebene elektrisch betriebene Kraftfahrzeug sowie das hier beschriebene Umrüstverfahren anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
Die 1A bis 1D zeigen in schematischen Seitenansichten Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Umrüstsatzes, welcher bereits in einem Verbrennungsmotor eines serienmäßigen Kraftfahrzeuges verbaut ist.
Die 2 zeigt in einer schematisch perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Montageplatte eines hier beschriebenen Umrüstsatzes.
Die 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges, welches mit einem hier beschriebenen Umrüstverfahren umgerüstet ist.
In den Ausführungsbeispielen und den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In der 1A ist anhand einer schematischen Seitenansicht ein serienmäßiger Verbrennungsmotor 1 umfassend einen Motorblock 11 gezeigt. Von dem Motorblock 11 sind die Zylinderköpfe, Ventildeckel, Kolben und Pleuel zum Antrieb der Kolben eines von dem Verbrennungsmotor 1 serienmäßig betriebenen Kraftfahrzeuges entfernt. Mit anderen Worten ist der vorliegende Verbrennungsmotor 1 von dem Zylinderkopf vollständig befreit. Ein durch das Entfernen des Zylinderkopfes von dem Motorblock 11 freigelegter Teil der Außenfläche wird dabei als eine Deckfläche 11A des Verbrennungsmotors 1 und/oder des Motorblocks 11 definiert. Insbesondere ist auf der Deckfläche 11A des Motorblocks 11 eine Montageplatte 5 angeordnet. Die Montageplatte 5 dient unter anderem zur mechanisch festen Anordnung des Elektromotors 2 auf dem Motorblock 11. Dazu weist die Montageplatte 5 in vorliegendem Ausführungsbeispiel Montagebohrungen 51 zum Befestigen der Montageplatte 5 am Verbrennungsmotor 1 auf. Darüber hinaus sind aus der 1A Befestigungsgewinde 52 zum Befestigen des Elektromotors 2 auf der Montageplatte 5 erkennbar, welcher in der Montageplatte 5 ausgebildet sind. Insofern sind über die Montageplatte 5 der Elektromotor 2 und der Verbrennungsmotor 1 mechanisch fest miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist der Elektromotor 2 an den Motorblock 11 über die Montageplatte 5 montiert.
Der Umrüstsatz 100 umfasst dabei vorliegend einen Zahnriemenantrieb, welcher mit seinem Zahnriemen um ein erstes Kurbelwellenende 41 der Kurbelwelle 4 und um ein Wellenende 21A einer Welle 21 des Elektromotors 2 geführt ist. Wird nun die Welle 21 des Elektromotors 2 in Rotation versetzt, wird über eine Bewegung des Zahnriemens ebenso die serienmäßig in dem Verbrennungsmotor 1 vorhandene und drehbar verbaute Kurbelwelle 4 in Rotation versetzt. Insbesondere handelt es sich bei der Kurbelwelle 4 um eine ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für den Verbrennungsmotor 1 vorgesehene Kurbelwelle. Mit anderen Worten dreht der Elektromotor 2 die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 an einer Frontseite des Motorblocks 11 mittels eines Antriebsaufsatzes. Erkennbar ist aus der 1A, dass der Antriebsaufsatz mit zwei Antriebsrädchen gebildet ist. Dabei ist ein Antriebsrädchen auf das Wellenende 21A der Welle 21 des Elektromotors 2 aufgesteckt und ein zweites Antriebsrädchen auf das Kurbelwellenende 41 der Kurbelwelle 4 aufgesteckt, wobei um beide Rädchen des Antriebsaufsatzes der Zahnriemen schlupffrei gespannt ist. Insofern umfasst der hier beschriebene Umrüstsatz ebenso einen derartigen Antriebsaufsatz. Alternativ oder zusätzlich kann der Antriebsaufsatz zudem eine Zahnriemenscheibe mit Zahnriemen sein oder umfassen, ein Kettenantrieb, eine Keilriemenscheibe mit Keilriemen, ein Zahnkranzantrieb oder eine Getriebeeinheit sein oder umfassen. Darüber hinaus ist aus der 1A ein auf ein dem ersten Kurbelwellenende 41 gegenüberliegendes zweites Kurbelwellenende 42 aufgeschobenes Schwungrad 43 erkennbar, mittels dessen etwaige Unwuchten verursacht beispielsweise durch die Drehbewegung des Elektromotors 2 ausgleichbar sind.
In der 1B ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Umrüstsatzes 100 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1A gezeigt, dass der Umrüstsatz 100 der 1B ein Kraftübertragungselement 3 aufweist, welches mit vorliegend zwei Pleuelstangen 31 gebildet ist. Die Pleuelstangen 31 sind jeweils durch Zylinderöffnungen 12 und deren zugeordnete Zylinderhohlräume 12A hindurchgeführt und mit der Kurbelwelle 4 im Inneren des Verbrennungsmotors 1 über Pleuelbolzen mit der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 verbunden. Insofern ist in der 1B dargestellt, dass die beiden Pleuelstangen 31 an jeweiligen, gegenüberliegenden Wellenenden 21B und 21A der Welle 21 des Elektromotors 2 mittels Pleuelbolzen zum einen mit der Welle 21 des Elektromotors 2 verbunden und andererseits mittels Pleuelbolzen mit der Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 verbunden sind. Insbesondere werden in vorliegendem Ausführungsbeispiel durch die Drehbewegung des Elektromotors 2 und einer rotatorischen Drehung der Welle 21 des Elektromotors 2 die Pleuelstangen 31 beispielsweise in eine Hub- und/oder Senkbewegung gebracht, wodurch unmittelbar und in besonders einfacher Art und Weise ebenso die Kurbelwelle 4 in eine rotatorische Bewegung, beispielsweise in die gleiche Richtung, gebracht wird.
Darüber hinaus ist erkennbar, dass zum Hindurchführen der Pleuelstangen 31 durch die Zylinderhohlräume 12A bis hinunter zur Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 in die Montageplatte 5 jeweils mit den Zylinderöffnungen 12 überlappende Öffnungen 53 eingebracht sind, so dass die Pleuelstangen 31 widerstandsfrei bis zur Kurbelwelle 4 hindurchgeführt und an dieser, mittels besagter Pleuelbolzen, befestigt werden können.
In der 1C ist eine zu den 1A und 1B alternative Ausführungsform des hier beschriebenen Umrüstsatzes 100 beschrieben, bei dem im Unterschied zu den vorher genannten Figuren das Kraftübertragungselement 3 in Form eines Rotationsadapters 32 ausgebildet ist, welcher in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel auf das erste Kurbelwellenende 41 der Kurbelwelle 4 zusammen mit dem Elektromotor 2 auf diesen beispielsweise aufgesteckt, das heißt beispielsweise aufgeflanscht, ist. Insofern kann die Kurbelwelle 4 mit dem nunmehr direkt aufgesetzten Elektromotor 2 angetrieben werden, ohne dass hierfür weitere Kraftübertragungselemente, beispielsweise Zahnräder und/oder Riemenscheiben benötigt werden. Durch eine derartige Anordnung des Elektromotors 2 werden Reibungsverluste zur Kraftübertragung minimiert.
In der 1D ist in einer schematischen Seitenansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Umrüstsatzes 100, welcher bereits in einem hier beschriebenen Verbrennungsmotor 1 anmontiert ist, gezeigt, bei dem im Unterschied zu den vorher genannten Ausführungsbeispielen das Kraftübertragungselement 3 in Form eines Zahnradantriebes ausgebildet ist. Dazu steht ein auf die Welle 21 aufgestecktes Zahnrad in unmittelbaren mechanischem Eingriff mit dem Schwungrad 43 des Verbrennungsmotors 1, wobei sich beide direkt berühren. Es ist daher auf die Zuhilfenahme beispielsweise eines Zahnriemens verzichtet. Insofern kann das bereits an der Kurbelwelle 4 angeordnete Schwungrad 43 zur Übertragung der rotatorischen Bewegung der Welle 21 des Elektromotors 2 genutzt werden, ohne dass dabei zusätzliche Elemente an den Verbrennungsmotor 1 und/oder die Kurbelwelle 4 des Verbrennungsmotors 1 montiert werden müssten.
In der 2 ist in einer schematisch perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel einer hier beschriebenen Montageplatte 5 beschrieben. Erkennbar ist darin, dass in die Montageplatte 5 Montagebohrungen 51 zum Befestigen der Montageplatte 5 am Verbrennungsmotor 1 sowie Befestigungsgewinde 52 zum Befestigen des Elektromotors 2 an der Montageplatte 5 eingebracht sind. Insbesondere ist erkennbar, dass gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 sowohl die Montagebohrungen 51 als auch die Befestigungsgewinde 52 in Form einer Matrix, das heißt in Form von Spalten und Zeilen, angeordnet sind. Insbesondere kann die Montageplatte 5 in Form einer Grundplatte ausgebildet sein. Dazu kann die Montageplatte 5 mit Aluminium oder einem sonstigen Metallgemisch und/oder Metalllegierung, einem Kunststoff oder einem sonstigen dafür geeigneten Material gebildet sein. Dabei ist die Montageplatte 5 so gefertigt, dass sie für die verschiedensten Serienmotorblöcke, das heißt Verbrennungsmotore als Montageplatte, das heißt als eine Grundplatte, zwischen dem Motorblock 11 und dem Elektromotor 2 verwendet werden kann. Zudem dient die Montageplatte 5 auch zum Abdichten des Motorblocks 11 sowie zur Aufnahme einer Schutzvorrichtung.
In der 3 ist in einer schematischen Draufsicht ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges 1000 gezeigt, welches mittels des hier beschriebenen Umrüstverfahrens 2000 zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor 1 betriebenen Kraftfahrzeuges in ein allein mit zumindest mit einem Elektromotor 2 betriebenes Kraftfahrzeug umgerüstet ist.
Aus der 3 ist daher erkennbar, dass zunächst Zylinderköpfe, Ventildeckel, Kolben und Pleuel zum Antrieb der Kolben des Verbrennungsmotors 1 sowie beispielsweise Vergaser, Einspritzeinheiten, Luftfilter und die Teile, die nicht mehr benötigt werden, entfernt sind. Darüber hinaus ist auf der planen Deckfläche 11A des Motorblocks 11A die Montageplatte 5 über die Montagebohrungen 51 auf diesem fest montiert. Auf einer dem Motorblock abgewandten Fläche ist auf der Montageplatte 5 der Elektromotor 2 über in die Montageplatte 5 eingebrachte Befestigungsgewinde 52 fest montiert. Nach Anordnen des Kraftübertragungselements 3 ist der Umrüstsatz 100 in dem Kraftfahrzeug 100 verbaut. Insofern ist das Kraftfahrzeug 1000 umgerüstet. Dabei dient, wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen erörtert, der Elektromotor 2 zum Antreiben der in dem Motorblock 11 noch befindlichen Kurbelwelle 4. Insbesondere können mittels des hier beschriebenen Verfahrens und/oder bei dem hier beschriebenen Kraftfahrzeug 1000 eine bereits bestehende Kupplung und/oder Wandler mit einem Getriebe und Getriebeachsen des Kraftfahrzeugs 1000 weiter verwendet werden.
Dabei erfolgt die Schmierung von Kurbelwellenlagern und Pleuellagern beispielsweise über eine Sumpfschmierung oder über eine vorhandene Ölpumpenschmierung.
Zum Kühlen des Elektromotors 2 und zum Heizen des Kraftfahrzeugs 1000 wird ein bereits bestehendes, beispielsweise in dem Kraftfahrzeug 1000 serienmäßig verbautes Kühl- und Heizungssystem 8, verwendet. Die Heizfunktion in dem Kraftfahrzeug 1000 kann auch über eine Standheizung erfolgen.
Dabei bezieht der Elektromotor 2 seine Energie aus einer im Kraftfahrzeug 1000 befindlichen und darin verbauten Batterie 7, deren Batteriekapazität auf eine Reichweite und auf einen Energieverbrauch des Fahrzeugtyps des Kraftfahrzeuges 1000 abgestimmt ist. Die Batterie 7 kann je nach Fahrzeugtyp an unterschiedlichen Stellen im oder am Fahrzeug montiert werden. Vorliegend ist die Batterie 7 im Bereich eines Tanks oder statt des Tanks im Kraftfahrzeuges 1000 verbaut.
Eine Drehzahl des Elektromotors 2 wird über eine Steuereinheit 9, die mit einem Gaspedal 10 gekoppelt ist, geregelt. Dabei umfasst die Steuereinheit 9 einen Sensor 6 zur Erfassung eines Pedalwertes des Gaspedals 10 des Kraftfahrzeuges 1000 zur Erfassung der Leistungsanforderung. Diese Steuereinheit 10 ermöglicht das Beschleunigen und das Regulieren der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeuges 1000. Das in diesem Sinne bekannte Gaspedal 10 hat dieselbe Funktion wie bei einem mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Kraftfahrzeug. Die Energiezufuhr wird im Innenraum des Fahrzeuges mit einem Schalter aktiviert. Der Energieverbrauch und ein Ladezustand der Batterie werden durch eine Anzeige im Fahrzeug (Energiecontroller 11) angezeigt. Dabei ist ein Elektroniksystem 15 des Fahrzeuges mit der Batterie 7 gekoppelt, so dass die Straßensicherheit gewährleistet ist.
Eine Lichtmaschine, die durch den Elektromotor 2 angetrieben wird, kann den Ladezustand der Batterie 7 verbessern, wobei die Energiezufuhr mit einer Sicherung 13 abgesichert ist. Zudem ist aus der 3 erkennbar, dass die Batterie 7 durch eine Ladevorrichtung 14, die im Kraftfahrzeug 1000 montiert ist, geladen wird. Das Aufladen der Batterie 7 kann in geparktem Zustand des Kraftfahrzeuges 1000 beispielsweise mit einem 220 V-Anschluss oder durch einen Sonnenkollektor und ein kleines Windrad mit Generator erfolgen.
Zur Sicherheit kann auch ein Notstromaggregat, das im Kraftfahrzeug 1000 idealerweise im Kofferraum oder im Motorraum montiert ist, die Ladefunktion und die Energiefunktion für den Elektromotor übernehmen. Das Notstromaggregat kann auch während der Fahrt aktiviert werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität des deutschen Gebrauchsmusters mit der Anmeldenummer 20 2012 002 541.4 , deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollständig aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste

V: vertikale Richtung V
1: Verbrennungsmotor
2: Elektromotor
3: Kraftübertragungselement
4: Kurbelwelle
5: Montageplatte
6: Sensor
7: Batterie
8: Kühl- und Heizungssystem
9: Steuereinheit
10: Gaspedal
11: Motorblock
11A: Deckfläche
12: Zylinderöffnung
12A: Zylinderhohlräume
13: Sicherung
14: Ladevorrichtung
15: Elektroniksystem
21: Welle
21A: Wellenende
21B: Wellenende
31: Pleuelstangen
32: Rotationsadapter
41: Kurbelwellenende
42: Kurbelwellenende
43: Schwungrad
51: Montagebohrungen
52: Befestigungsgewinde
53: Öffnungen
100: Umrüstsatz
1000: Kraftfahrzeug
2000: Umrüstverfahren

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2428356 A [0002]
DE 202012002541 U [0050]

Claims

Umrüstsatz (100) zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor (1) betriebenen Kraftfahrzeugs in ein allein mit zumindest einem Elektromotor (2) betriebenes Kraftfahrzeug, gekennzeichnet, durch zumindest ein Kraftübertragungselement (3) zum schlupffreien Übertragen einer Drehbewegung einer Welle (21) des Elektromotors (2) auf eine sich bereits im Verbrennungsmotor (1) befindliche und ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für den Verbrennungsmotor (1) vorgesehene Kurbelwelle (4).
Umrüstsatz (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (3) nach Art eines Zahnriemenantriebs, Riemenscheibenantriebs, Zahnkranzantrieb, Getriebeantrieb und/oder Kettenantrieb ausgebildet ist.
Umrüstsatz (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (21) des Elektromotors (2) über das Kraftübertragungselement (3) zur Übertragung der Drehbewegung auf die Kurbelwelle (4) mit einem von außen einsehbaren und zumindest teilweise aus einem Motorblock (11) des Verbrennungsmotors (1) herausragenden ersten Kurbelwellenende (41) in Eingriff bringbar ist.
Umrüstsatz (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (21) des Elektromotors (2) über das Kraftübertragungselement (3) zur Übertragung der Drehbewegung auf die Kurbelwelle (4) zudem mit einem von außen einsehbaren und zumindest teilweise aus einem Motorblock (42) des Verbrennungsmotors (1) herausragenden, dem ersten Kurbelwellenende (41) gegenüberliegenden zweiten Kurbelwellende (42), insbesondere über ein auf das zweite Kurbelwellenende (42) aufgeschobenes Schwungrad (43), in Eingriff bringbar ist.
Umrüstsatz (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (3) in Form zumindest eines Rotationsadapters (32) ausgebildet ist, welcher auf die Welle des Elektromotors aufbringbar ist, wobei über das Kraftübertragungselement (3) der Elektromotor (2) auf ein erstes oder ein zweites Kurbelwellenende (41, 42) der Kurbelwelle (4) des Verbrennungsmotors (1) aufschiebbar ist.
Umrüstsatz (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (3) mit zumindest einer Pleuelstange (31) gebildet ist, welche mit ihrem ersten Ende mit der Welle (21) des Elektromotors (2) verbindbar und durch Zylinderöffnungen (12) und deren zugeordnete Zylinderhohlräume (12A) hindurchführbar und mit ihrem zweiten Ende mit der Kurbelwelle (4) im Innern des Verbrennungsmotors (1) in Eingriff bringbar ist.
Umrüstsatz (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zur mechanisch festen Montage des Elektromotors (2) am Verbrennungsmotor (1) zumindest eine Montageplatte (5) umfasst, wobei die Montageplatte (5) zumindest eine Montagebohrung (51) zum Befestigen der Montageplatte (5) am Verbrennungsmotor (1) sowie zumindest ein Befestigungsgewinde (52) zum Befestigen des Elektromotors (2) an der Montageplatte (5) aufweist.
Umrüstsatz (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageplatte (5) zumindest eine Öffnung (53) aufweist, welche mit einer Zylinderöffnung (11) des Verbrennungsmotors (1) in einer vertikalen Richtung (V) zumindest teilweise überlappend anordenbar ist, wobei sowohl durch die Öffnung (53) als auch durch die Zylinderöffnung (1) die Pleuelstange (31) widerstandfrei bis zur Kurbelwelle (5) hindurchführbar ist, und wobei der Verbrennungsmotor (1) von Zylinderköpfen, Ventildeckel, Kolben und Pleuel zum Antrieb der Kolben befreit ist.
Umrüstsatz (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest einen Sensor (6) zur Erfassung eines Pedalwertes eines Gaspedals des Kraffahrzeugs zur Erfassung der Leistungsanforderung oder Mittel zur Erfassung eines den Pendalwert repräsentierenden elektrischen Signals umfasst.
Umrüstsatz (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest eine Batterie (7) zum elektrischen Betreiben des Elektromotors (2) umfasst, wobei die Batterie (7) an für einen Tankraum des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Tankhalterungen mechanisch fest fixierbar sind.
Elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (1000), umfassend zumindest einen Elektromotor (4) zum ausschließlich elektrischen Betreiben des Kraftfahrzeugs gekennzeichnet, durch zumindest einen Umrüstsatz (100) gemäß zumindest einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei der Verbrennungsmotor (1) von Zylinderköpfen, Ventildeckel, Kolben und Pleuel zum Antrieb der Kolben befreit ist.
Umrüstverfahren (2000) zum Umrüsten eines mit einem Verbrennungsmotor (1) betriebenen Kraftfahrzeugs in ein allein mit zumindest einem Elektromotor (3) betriebenes Kraftfahrzeug, gekennzeichnet, durch ein Bereitstellen zumindest eines mit einem Verbrennungsmotor (1) betriebenen Kraftfahrzeugs; ein Bereitstellen eines Umrüstsatzes (100) gemäß zumindest einer der vorhergehenden Ausführungsformen; Ein anschließendes Entfernen von Zylinderköpfen, Ventildeckel, Kolben und Pleuel zum Antrieb der Kolben des Verbrennungsmotors (1); Ein anschließendes Anordnen zumindest eines Elektromotors (2) auf einer nach dem Entfernen planen Außenfläche des Verbrennungsmotors; Ein anschließendes Anordnen zumindest eines Kraftübertragungselements (3) des Umrüstsatzes (100) zum schlupffreien Übertragen einer Drehbewegung einer Welle (21) des Elektromotors (2) auf eine sich bereits im Verbrennungsmotor (1) befindliche und ursprünglich auf die Antriebs- und Kraftübertragungseigenschaften eingerichtete und für die Verbrennungsmotor (1) vorgesehene Kurbelwelle (4);
Umrüstverfahren (2000) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer vertikalen Richtung (V) zwischen dem Elektromotor (4) und einer planen Außenfläche des Verbrennungsmotors (1) eine Montageplatte (5) angeordnet wird.