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Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau und einem Windrad, welches Windrad einen mit einem Bordnetz des Fahrzeugs elektrisch gekoppelten Generator nach Art einer rotierenden elektrischen Maschine rotierend antreibt.
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Fahrzeuge sind dem Grunde nach bekannt, so dass es einem gesonderten druckschriftlichen Nachweises hierfür nicht bedarf. Fahrzeuge sind beispielsweise Landfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge oder dergleichen. Landfahrzeuge können beispielsweise Kraftfahrzeuge sein, insbesondere Personenfahrzeuge, Nutzfahrzeuge wie Lastkraftfahrzeuge, insbesondere Fahrzeuge, die ein oder mehrere Zugfahrzeuge gekoppelt mit einem oder mehreren Anhängern beziehungsweise Aufliegern umfassen. Fahrzeuge dienen dazu, Personen und/oder Güter in einem Fahrbetrieb von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort zu transportieren. Hierfür weist das Fahrzeug einen Fahrzeugaufbau auf, der eine Aufnahme für die Personen und/oder Güter bereitstellt. Bei Personentransporten kann der Fahrzeugaufbau durch eine Personenkabine gebildet sein, wohingegen bei einem Gütertransport der Fahrzeugaufbau durch einen Laderaum, eine Ladefläche und/oder dergleichen gebildet sein kann. Natürlich können unterschiedliche Fahrzeugaufbauten bei einem Fahrzeug auch kombiniert vorgesehen sein. Ist das Fahrzeug nicht im Fahrbetrieb, befindet es sich im Ruhebetrieb. Der Ruhebetrieb kann beispielsweise durch eine Parkposition, eine Wartungsposition oder auch dergleichen gebildet sein.
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Fahrzeuge im Ruhebetrieb, beispielsweise parkende Nutzfahrzeuge für den Fernverkehrtransport von Waren und Gütern, parken häufig, insbesondere über Nacht, auf Parküplätzen, wie zum Beispiel Rastplätzen oder dergleichen. Häufig wird im Ruhebetrieb, beispielsweise beim Parken, elektrische Energie für den Betrieb von elektrischen Verbrauchern des Fahrzeugs benötigt, beispielsweise Verbraucher einer Fahrerkabine des Fahrzeugs oder dergleichen. Diese elektrische Energie wird über das Bordnetz des Fahrzeugs bereitgestellt, an welches Bordnetz die elektrischen Verbraucher elektrisch angeschlossen sind. Häufig umfasst das Bordnetz zum Zwecke der Energieversorgung eine Batterie, insbesondere einen Akkumulator. Darüber hinaus umfasst das Bordnetz in der Regel einen elektrischen Generator, der als rotierende elektrische Maschine ausgebildet ist und der mittels einer Verbrennungsmaschine des Fahrzeugs zum Zwecke der Erzeugung elektrischer Energie angetrieben ist. Mittels des elektrischen Generators kann die Batterie beziehungsweise der Akkumulator geladen werden. Dies erfolgt üblicherweise während des Fahrbetrieb des Fahrzeugs, während dessen das Fahrzeug mittels der Verbrennungsmaschine angetrieben wird. Im Ruhebetrieb des Fahrzeugs ist der elektrische Generator in der Regel zusammen mit der Verbrennungsmaschine abgeschaltet, so dass die Energieversorgung über das Bordnetz allein durch die Batterie bereitgestellt wird.
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Auf Grund des hohen Energieverbrauchs im Ruhebetrieb des Fahrzeugs reicht die Energieversorgung über die Batterie in der Regel nicht aus, um während des gesamten Ruhebetriebs eine zuverlässige Energieversorgung der elektrischen Verbraucher zu gewährleisten. Zumindest zeitweise ist es erforderlich, die Verbrennungsmaschine zu starten und mittels des elektrischen Generators ergänzend elektrische Energie zu erzeugen, um einerseits die elektrischen Verbraucher mit Energie zu versorgen und andererseits vorzugsweise gleichzeitig die Batterie beziehungsweise den Akkumulator aufzuladen.
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Dies ist insgesamt energetisch ungünstig, da einerseits die Verbrennungsmaschine in einem ungünstigen Arbeitsbereich betrieben und die elektrische Energie nur mit einem geringen Wirkungsgrad erzeugt wird, und andererseits der Betrieb der Verbrennungsmaschine neben einer akustischen Beanspruchung Verbrennungsrückstände, insbesondere Abgase erzeugt. Gerade im Ruhebetrieb des Fahrzeugs ist dies störend.
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Eine Verbesserung unter Einsatz von Fotovoltaik ist insbesondere für gemäßigte Breitengrade nicht ausreichend, weil einerseits die Energieerzeugung nur tagsüber möglich ist und andererseits bei ungünstigen Parkpositionen in abgeschatteten Bereichen die Fotovoltaikmodule nicht ausreichend Sonnenstrahlung zur Stromerzeugung erfassen. Darüber hinaus erweist es sich als nachteilig, dass gerade dann, wenn bei Nutzfahrzeugen ein Ruhebetrieb vorliegt, vorzugsweise nachts, Sonnenstrahlung nicht verfügbar ist.
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Aus der
DE 20 2010 013 870 U1 ist es bekannt, an einem Fahrzeug ein Windrad vorzusehen. Mittels des Windrads soll im Fahrbetrieb des Fahrzeugs Strom erzeugt werden, der für den Fahrbetrieb bereitgestellt wird. Das Windrad behindert jedoch die Aerodynamik des Fahrzeugs und zugleich auch den Fahrbetrieb, weil es die Abmessungen des Fahrzeugs deutlich vergrößert.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Fahrzeug der gattungsgemäßen Art, derart weiter zu bilden, dass eine zuverlässige Energieversorgung im Ruhebetrieb des Fahrzeugs unabhängig von Sonneneinstragung und möglichst ohne Beeinträchtigung des Fahrbetriebs erreicht werden kann.
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Als Lösung wird mit der Erfindung ein Fahrzug mit einem Fahrzeugaufbau und einem Windrad der gattungsgemäßen Art vorgeschlagen, welches Windrad mit einem Bordnetz des Fahrzeugs elektrisch gekoppelten Generator nach einer rotierenden elektrischen Maschine rotierend antreibt, wobei das Windrad zwischen einer Betriebsstellung und einer Bereitschaftsstellung am Fahrzeug verfahrbar angeordnet ist.
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Die Erfindung nutzt somit den Umstand aus, dass Wind mit hinreichender Häufigkeit verfügbar ist, und zwar insbesondere auch während der Nachtzeit, so dass die Erfindung gerade bei Nutzfahrzeugen vorteilhaft zum Einsatz kommen kann. Mittels des durch das Windrad angetriebenen Generators wird elektrische Energie erzeugt, die in das Bordnetz eingespeist wird und für die elektrischen Verbraucher zur Verfügung steht. Die elektrischen Verbraucher können elektrische Verbraucher unterschiedlichster Art sein, wie zum Beispiel Beleuchtungen, Steuerungen, Heizungen, Kühleinrichtungen und/oder dergleichen.
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In der Betriebsstellung ist das Windrad derart am Fahrzeug angeordnet, dass es vom Wind erfasst werden kann, so dass Strömungsenergie der Luft in Rotationsenergie umgewandelt werden kann. Die Rotationsenergie wird sodann dem elektrischen Generator zugeführt, der die ihm zugeführte Rotationsenergie in elektrische Energie umformt und in das Bordnetz einspeist.
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Dagegen ist das Windrad in der Bereitschaftsstellung so angeordnet, dass es vom Wind, insbesondere von einem Fahrtwind während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs, nicht erfasst wird. Dies ist unter anderem deshalb zweckmäßig, weil einerseits während des Fahrbetriebs mittels des durch die Verbrennungsmaschine angetriebenen elektrischen Generators elektrische Energie in das Bordnetz eingespeist wird und deshalb ein ergänzender Betrieb des Windrades nicht erforderlich ist und andererseits das Windrad durch Erfassung des Fahrtwindes nicht einen unnötigen Strömungswiderstand erzeugt, der den Fahrbetrieb hinsichtlich seines Wirkungsgrads behindert. Darüber hinaus werden Rangiermöglichkeiten des Fahrzeugs nicht behindert.
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Zu diesem Zweck ist das Windrad verfahrbar am Fahrzeug angeordnet, so dass es zwischen der Betriebsstellung und der Bereitschaftsstellung verfahren werden kann. Hierzu kann das Windrad beispielsweise mittels eines manuell betätigbaren Verfahrmechanismus zwischen der Betriebsstellung und der Bereitschaftsstellung verfahren werden. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn das Verfahren zwischen der Betriebsstellung und der Bereitschaftsstellung automatisch ausgeführt werden kann, beispielsweise indem ein Antrieb vorgesehen ist, der das Windrad zwischen diesen beiden Stellungen verfährt. Der Antrieb kann beispielsweise mittels eines elektrischen, hydraulischen, pneumatischen und/oder dergleichen Antriebs vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn der Wechsel zwischen dem Fahrbetrieb und dem Ruhebetrieb des Fahrzeugs automatisch erkannt wird und das Windrad entsprechend automatisch gesteuert verfahren wird. Dadurch kann eine hohe Zuverlässigkeit hinsichtlich der Energieversorgung erreicht werden.
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Das Windrad ist vorzugsweise eine Strömungsmaschine, die beispielsweise als radiale Strömungsmaschine, tangentiale Strömungsmaschine, axiale Strömungsmaschine oder dergleichen ausgebildet sein kann. Je nach Art der Ausbildung als Strömungsmaschine ist eine Achsausrichtung des Windrades gegenüber dem Fahrzeug vorgesehen. Bei einer axialen und einer radialen Strömungsmaschine kann die Achsausrichtung des Windrades vorzugsweise horizontal ausgerichtet sein. Bei einer tangentialen Strömungsmaschine ist die Achsausrichtung vorzugsweise senkrecht, sie kann aber auch horizontal ausgerichtet sein.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass das Windrad in der Betriebsstellung über Abmessungen des Fahrzeugaufbaus hinausragt, so dass das Windrad Wind erfasst. So kann vorgesehen sein, dass das Windrad beispielsweise vertikal oder auch seitlich beziehungsweise horizontal über die Abmessungen des Fahrzeugaufbaus hinausragt. Dadurch ist das Windrad frei zugänglich und kann vorzugsweise weitgehend ungehindert den Wind erfassen. Dadurch kann ein guter Wirkungsgrad erreicht werden.
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Weiterhin kann das Windrad in der Bereitschaftsstellung mit dem Fahrzeugaufbau eine aerodynamische Einheit in Bezug auf einen Fahrbetrieb des Fahrzeugs bilden. So kann das Windrad beispielsweise in der Bereitschaftsstellung derart verfahren werden, dass es mit dem Fahrzeugaufbau eine Einheit bildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Fahrzeugaufbau eine Aufnahme für das Windrad bereitstellt, in der es im Fahrbetrieb sicher angeordnet ist. Einerseits wird hierdurch erreicht, dass das Windrad während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs geschützt ist und andererseits kann erreicht werden, dass das Windrad sich im Wesentlichen nicht auf die aerodynamischen Eigenschaften des Fahrzeugs während des Fahrbetriebs auswirkt. Dadurch kann der Fahrbetrieb im Wesentlichen ungehindert und ohne signifikante Beeinträchtigung des Wirkungsgrads durchgeführt werden. Darüber hinaus wird dadurch erreicht, dass das Windrad insbesondere während des Fahrbetriebs, insbesondere eines Rangierens, des Fahrzeugs keine Behinderungen bereitstellt.
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Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Betriebsstellung des Windrads ausschließlich für einen Ruhebetrieb des Fahrzeugs vorgesehen ist. Dadurch kann erreicht werden, dass das Windrad nicht versehentlich während des Fahrbetriebs des Fahrzeugs in der Betriebsstellung verbleibt und so zu Behinderungen, insbesondere zu gefährlichen Zuständen führen kann. Die Sicherheit kann dadurch verbessert werden. Damit die Betriebsstellung des Windrads ausschließlich im Ruhebetrieb des Fahrzeugs möglich ist, kann eine entsprechende Steuerung und/oder eine entsprechende Verriegelung vorgesehen sein. Erst wenn das Fahrzeug den Ruhebetrieb eingenommen hat, kann ein Verfahrmechanismus für das Windrad freigegeben werden, so dass das Windrad von der Bereitschaftsstellung in die Betriebsstellung verfahren werden kann. Die Verriegelung kann beispielsweise an den Betriebszustand der Verbrennungsmaschine oder dergleichen gekoppelt sein.
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Weiterhin wird gemäß einer Ausgestaltung vorgeschlagen, dass ein Fahrbetrieb des Fahrzeugs ausschließlich in der Bereitschaftsstellung des Windrads ermöglicht ist. Dadurch wird verhindert, dass versehentlich beim Einnehmen des Fahrbetriebs vergessen wird, das Windrad in seine Bereitschaftsstellung zu verfahren. Auch hierfür kann wieder eine Steuerung und/oder eine entsprechende Verriegelung vorgesehen sein. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass in der Betriebsstellung des Windrads eine Zündung des Verbrennungsmotors behindert oder unterbrochen ist. Es kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass das Lösen von Bremsen des Fahrzeugs gesperrt ist.
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Insgesamt erlaubt die Erfindung das Laden von Batterien, insbesondere Akumulatoren, beispielsweise Niederspannungs(LV)- beziehungsweise Hochvolt(HV)-Batterien beziehungsweise das Stützen eines LV- beziehungsweise eines HV-Bordnetzes ohne die Notwendigkeit, die Verbrennungsmaschine während des Ruhebetriebs in Betrieb zu setzen oder auf weitere externe Energiequellen zurückzugreifen. Weiterhin erlaubt es die Erfindung, hybridisierte oder vollelektrisch betriebene Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge über Nacht zu laden, beispielsweise die HV-Batterie über Nacht zu laden, und somit einen verlängerten zumindest teilelektrischen Fahrbetrieb des Fahrzeugs am nächsten Tag zu ermöglichen. Dadurch kann die Erfindung maßgeblich zur Einsparung von Brennstoff, Verminderung von akustischen Emissionen und Verminderung von Verbrennungsrückständen wie Schadstoffen und dergleichen beitragen.
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Gerade beim Betrieb von Nutzfahrzeugen wie Lastkraftwagen, Wohnmobilen und dergleichen können somit beispielsweise Stromerzeugeraggregate eingespart werden. Der Einsatz von Fotovoltaik, beispielsweise in Form von Solarzellen kann vermieden werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. In den Figuren sind gleichbleibende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Bezüglich der Funktion und der Wirkung der Bauteile wird auf den Beschreibungsteil zur 1 verwiesen.
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Es zeigen:
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1 In einer schematischen Seitenansicht ein Lastkraftfahrzeug mit einem Auflieger in einem Fahrbetrieb und mit einer Anordnung von Windrädern gemäß der Erfindung in einer Bereitschaftsstellung,
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2 das Fahrzeug gemäß 2 in einem Ruhebetrieb, wobei die Windräder in eine Betriebsstellung verfahren sind und
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3 eine schematische ausschnittsweise Draufsicht auf das Fahrzeug gemäß der 1 und 2.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein Lastkraftfahrzeug 10 als Nutzfahrzeug mit einem Fahrzeugaufbau, welcher Fahrzeugaufbau eine Fahrerkabine 14 eines Zugfahrzeugs 28 sowie einen Ladeaufbau 20 eines Aufliegers 24 umfasst. Das Zugfahrzeug 28 bildet mit dem Auflieger 24 einen Fahrzeugzug, nämlich das Lastkraftfahrzeug 10.
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Zwischen der Führerkabine 14 des Zugfahrzeugs 28 sowie dem Ladeaufbau 20 des Aufliegers 24 ist ein Raum vorhanden, welcher nicht vom Auflieger während eines Fahrbetriebs erfasst wird, beispielsweise beim Durchfahren von Kurven oder dergleichen. In diesem Raum sind zwei Windräder 12 nebeneinander angeordnet, von denen in 1 lediglich eines auf Grund der Seitenansicht ersichtlich ist. In 1 befinden sich die beiden Windräder 12 in einer Bereitschaftsstellung 18, so dass sie während des Fahrbetriebs im wesentlichen vom Fahrtwind nicht erfasst werden und somit die aerodynamischen Eigenschaften des gesamten Lastkraftfahrzeugs 10 im wesentlichen nicht beeinträchtigen.
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Nicht dargestellt ist, dass jedes der beiden Windräder 12 einen mit einem Bordnetz eines Lastkraftfahrzeugs 10 elektrisch gekoppelten Generator nach Art einer rotierenden elektrischen Maschine rotierend antreibt, wenn sich die Windräder 12 in einer Betriebsstellung 16 (2) befinden.
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2 zeigt das Lastkraftfahrzeug 10 gemäß 1 in einem Ruhebetrieb, der hier durch das Parken an einem Rastplatz gebildet ist. Wie aus 2 ersichtlich ist, sind die Windräder 12 in diesem Betriebszustand vertikal über die Erstreckung des Ladeaufbaus 20 und der Fahrerkabine 14 hinaus verfahren, so dass sich die Windräder 12 in einer Betriebsstellung 16 befinden. In dieser Betriebsstellung 16 werden die Windräder 12 vom Wind 22 erfasst. Aufgrund der Einwirkung des Windes 22 auf die Windräder 12 werden diese drehend angetrieben, dass heißt, sie erzeugen eine mechanische Bewegungsenergie in Form einer Rotation. Über eine nicht dargestellte Welle wird diese Bewegungsenergie auf den elektrischen Generator übertragen, der als rotierende elektrische Maschine ausgebildet ist und der auf Grund des drehenden Antriebs elektrische Energie erzeugt, die er in das Bordnetz des Lastkraftfahrzeugs 10 einspeist.
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3 zeigt eine schematische Draufsicht des vorderen Teils des Lastkraftfahrzeugs 10 mit den Windrändern 12. Aus 3 ist ersichtlich, dass die Windräder 12 als Tangential-Strömungsmaschinen ausgebildet sind, dass heißt, dass sie drehend vom Wind 22 unabhängig von seiner Windrichtung angetrieben werden können, sofern die Windräder 12 dem Wind 22 in der Betriebsstellung 16 ausgesetzt sind.
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3 zeigt ferner, dass der Raum, in dem die Windräder 12 in der Bereitschaftsstellung 18 angeordnet sind, durch Windschilde 26 vor der Einwirkung von Fahrtwind während des Fahrbetriebs des Lastkraftfahrzeugs 10 geschützt sind. Dadurch wird erreicht, dass die Windräder 12 in der Bereitschaftsstellung 18 mit dem Fahrzeugaufbau 14, 20 eine aerodynamisch günstige Einheit in Bezug auf den Fahrbetrieb des Lastkraftfahrzeugs 10 bilden. Ein Wirkungsgrad des Fahrbetriebs des Lastkraftfahrzeugs 10 wird dadurch im Fahrbetrieb im Wesentlichen nicht verschlechtert.
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Mittels einer nicht dargestellten Verriegelungseinrichtung wird sichergestellt, dass die Betriebsstellung 16 der Windräder 12 ausschließlich für den Ruhebetrieb des Lastkraftfahrzeugs 10 vorgesehen ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Windräder 12 sich während des Fahrbetriebs des Lastkraftfahrzeugs 10 nicht in der Betriebsstellung 16 befinden und dadurch gefährliche Zustände erzeugt werden können. Darüber hinaus wird sichergestellt, dass die Windräder 12 während des Fahrbetriebs des Lastkraftfahrzeugs 10 nicht die aerodynamischen Eigenschaften verschlechtern.
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Zu diesem Zweck ist ferner eine Verriegelung vorgesehen, die sicherstellt, dass der Fahrbetrieb des Lastkraftfahrzeugs 10 ausschließlich in der Bereitschaftsstellung 18 der Windräder 12 ermöglicht ist.
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Nicht dargestellt ist ferner, eine Verfahrvorrichtung, mittels der die Windräder 12 zwischen der Bereitschaftsstellung 18 und der Betriebsstellung 16 verfahren werden können. In der Vorliegenden Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Verfahrvorrichtung manuell antreibbar ist mittels eines Kurbelantriebs, mittels dem die Windräder 12 vertikal in der Höhe verfahren werden können zwischen den Endstellungen, nämlich der Betriebsstellung 16 und der Bereitschaftsstellung 18.
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Alternativ kann natürlich auch ein automatischer Antrieb vorgesehen sein, der beispielsweise mittels eines pneumatischen, elektrischen, hydraulischen oder dergleichen Antriebs antreibbar ist. Dieser Antrieb kann darüber hinaus mit den vorgenannten Verriegelungen steuerungstechnisch gekoppelt sein, so dass ein vollautomatischer Betrieb der Verfahrvorrichtung erreicht werden kann. Insgesamt lässt sich somit eine zuverlässige Energieversorgung im Ruhebetrieb des Lastkraftfahrzeugs 10 erreichen.
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Auch wenn das Ausführungsbeispiel vorsieht, dass das Fahrzeug mit zwei Windrädern ausgerüstet ist, so können alternative Ausgestaltungen vorsehen, dass lediglich ein Windrad oder auch mehr als zwei Windräder vorgesehen sind. Bei mehreren Windrädern kann darüber hinaus vorgesehen sein, dass diese einzeln oder auch gemeinsam zwischen der Betriebsstellung und der Bereitschaftsstellung verfahren werden können. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass zwischen der Betriebsstellung und der Bereitschaftsstellung Zwischenstellungen vorgesehen sind, die dazu dienen, die Einwirkung des Windes 22 auf die Windräder 12 regulieren zu können. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei Starkwind, insbesondere bei Sturm die Windräder nur geringfügig in Richtung der Betriebsstellung 16 verfahren werden sollen, um eine Überlastungssituation in Bezug auf die Windräder 12 und die mit ihnen verbundenen Teile zu vermeiden. Darüber hinaus lässt sich auf diese Weise auch eine Leistungsregelung implementieren, bei der die Zwischenstellung des Windrades in Abhängigkeit der Windstärke des Windes 22 gewählt wird. Es kann ferner vorgesehen sein, dass die Stellung in Abhängigkeit der Windstärke, der angeforderten elektrischen Leistung und/oder dergleichen variiert wird. Zu diesem Zweck kann eine entsprechende Steuerung vorgesehen sein, die mit geeigneten Sensoren, insbesondere hinsichtlich der Windstärke und der angeforderten Leistung, ausgerüstet ist.
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Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken. Insbesondere können natürlich die Merkmale der abhängigen Ansprüche in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, um zu weiteren Ausgestaltungen gemäß der Erfindung gelangen zu können. Dies gilt ferner für die in der Beschreibung ergänzend angeführten Merkmale und Wirkungen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Lastkraftfahrzeug
- 12
- Windrad
- 14
- Fahrerkabine
- 16
- Betriebsstellung
- 18
- Bereitschaftsstellung
- 20
- Ladeaufbau
- 22
- Windrichtung
- 24
- Auflieger
- 26
- Windschicht
- 28
- Zugfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202010013870 U1 [0007]
