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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umrüstung eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug gem. Patentanspruch 5.
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Fahrzeuge, z.B. Automobile und leichte Lastwagen nach dem Stand der Technik haben eine Karosserie, deren Funktion darin besteht, Insassen und zusätzliches Gepäck aufzunehmen und während der Fahrt zu transportieren und zu schützen. Karosserien sind mit zahlreichen mechanischen, elektrischen und strukturellen bzw. tragenden Komponenten verbunden, die in Kombination mit einer Karosserie ein vollfunktionsfähiges Fahrzeug bilden. Ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs und ein mit dem Fahrwerk verbundener Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs sorgen für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges. Das Fahrwerk mit seinen Antriebswellen und seinen an den Antriebswellen aufgenommenen Rädern übertragen die mechanische Arbeit des Antriebstrangs zumeist rotierend auf die Fahrbahn. Der Vortrieb eines Kraftfahrzeugs ist das Ergebnis einer Relativbewegung und nach Lagrange’scher Betrachtung zwischen der feststehenden Fahrbahn und dem Kraftfahrzeug abhängig einer Beschleunigung und damit der zeitlichen Veränderung der Relativgeschwindigkeit zwischen feststehender Fahrbahn und dem Kraftfahrzeug.
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Eine erste Hauptkomponente eines konventionellen Antriebstrangs ist ein Antriebsaggregat, in Form eines Verbrennungsmotors mit seinen so genannten Nebenaggregaten wie bspw. Einspritzanlage, Kühlwasserpumpe, Fremdgaseinspritzungsanlage, usw. Auch ein eine thermodynamische Leistung des Verbrennungsmotors steigerndes Aufladeaggregat wie z.B. Abgasturbolader oder mechanisch betriebener Kompressor ist den Nebenaggregaten zuzuordnen. Mit anderen Worten umfasst die erste Hauptkomponente sämtliche zum Betrieb des Verbrennungsmotors notwendigen Aggregate einschließlich des Verbrennungsmotors selbst.
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Dieser ersten Hauptkomponente sind des Weiteren zuzuordnen Brennstoff-, Aufbereitungs-, Zündung-, Umwandlungs- und Abführungssysteme bzw. Vorbehandlungs-, Nachbereitungskomponenten wie z.B. Pumpe-Düse-Systeme, Common-Rail, Injektions-Systeme, Abgasrückführ-Komponenten und -Systeme, Abgas-Katalyse-Systeme, Auspuff-Anlage mit Dämpfungs- und Nachreinigungs-Komponenten.
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Weitere der ersten Hauptkomponente zuzuordnende Bauteile sind Kühlsysteme wie z.B. Motorkühlsysteme (Ladeluftkühler, Wasserkühler, Ölkühler usw.) und z.B. Klima-Anlagen inkl. der Klima-Kühlstoffe für die Belüftung der Fahrgastzelle sowie Heizsysteme für die Innenraum-Beheizung aber auch Motor-Temperatur-Regelung.
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Damit eine Leistung des Verbrennungsmotors auf die Strasse übertragen werden kann, ist die erste Hauptkomponente mit Hilfe einer zweiten Hauptkomponente mit der Antriebswelle verbunden.
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Die zweite Hauptkomponente umfasst ein Übersetzungsmodul, mit Hilfe dessen es möglich ist, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu übersetzen und auf die Antriebswelle zu übertragen. Dabei kann die zweite Hauptkomponente in Form eines Schaltgetriebes mit einer Kupplung oder in Form eines Automatikgetriebes mit einem entsprechenden Wandler ausgebildet sein.
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Eine dritte Hauptkomponente, das Fahrwerk, weist die Antriebswelle oder, je nach Antriebsart mehrere Antriebswellen und ein Übertragungsmodul auf. Das Übertragungsmodul bildet sämtliche Bauteile, welche notwendig sind eine Ausgangswelle der zweiten Hauptkomponente mit der Antriebswelle zu verbinden. Dazu gehören bspw. Achsgetriebe, Radlager, Feder-Dämpfer-Systeme, Hinterachsträger, Integralträger, usw. Weitere Fahrwerkkomponenten sind z.B. Federungssysteme, Dämpfungssysteme, Radaufhängung und -Lagerung, Räder, Reifen und Lenkung. Aktuelle Fahrzeuge sind mit elektrohydraulischen Lenkverstärkungskomponenten ausgerüstet.
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Der dritten Hauptkomponenten ebenfalls zugeordnet sind Bremssysteme zuzüglich der Assistenzsysteme wie z.B. Antiblockiersysteme oder auch Einzelrad-Beschleunigungssysteme zur optimalen Drehmomentverteilung.
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Eine vierte Hauptkomponente sind sämtliche Hilfs-, Betriebs- und Schmierstoffe, welche zum Betrieb der übrigen Hauptkomponenten notwendig sind. Es sind bekannt die Reinigungskomponenten wie z.B. Scheibenreinigungsanlagen inkl. ihrer Betriebs- und Hilfsstoffe.
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Eine fünfte Hauptkomponente ist als Motor- und Fahrzeugsteuermodul ausgebildet und umfasst sämtlich zur Motor- und Fahrzeugsteuerung benötigten Komponenten zusätzlich der benötigten Hard – und Software zur Informationsverarbeitung und – weiterleitung (Can-Bus).
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Energiewandler in Form technischer insbesondere elektrochemischer Systeme wie bspw. Brennstoffzellen, Stromabnehmer in galvanischen Zellen, Elektrolyseure und Batterien sind ebenfalls bekannt.
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Weiterhin bekannt sind Elektromotoren unterschiedlichster Bauarten inkl. ihrer Bestromung, Inverter-Technologien, die Gleich- in Wechselstrom umwandeln, Transformatoren wie z.B. Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, Steuergeräte für unterschiedliche Steuerapplikationen inkl. Regelungsfunktionen, Sensoren für herkömmliche Fahrzeuge mit unterschiedlichen Anwendungsspektren. All das ist bereits entwickelt und in Anwendung für Boardstromversorgung (z.B. 12 Volt und 24 Volt) in Fahrzeugen aber auch für höher bis Hoch-Volt-Anwendung wie z.B. für elektrische Antriebskomponenten von Fahrzeugen. Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen wenigstens einen Elektromotor zum Antrieb von wenigstens einem Antriebsrad des Fahrzeugs auf. Die für den Antrieb des wenigstens einen Elektromotors erforderliche elektrische Energie kann hierbei auf verschiedenen Wegen bereitgestellt werden. So sind beispielsweise Fahrzeuge bekannt, bei denen die elektrische Energie mit Hilfe einer Batterie (eines Akkumulators) bereitgestellt wird und solche, bei denen die elektrische Energie mit Hilfe einer Brennstoffzelle bereitgestellt wird.
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Da bei einem Betrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs Betriebszustände mit ganz unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf die benötigte oder auch rückgewinnbare elektrische Energie gegeben sein können (z.B. konstante Fahrt, geringe, mittlere oder starke positive oder negative Beschleunigungen), sind weiter elektrisch betriebene Fahrzeuge bekannt, die zwei Stromversorgungsquellen aufweisen, mit Hilfe derer den verschiedenen Betriebszuständen besser gerecht werden kann, als dies mit nur einer Stromversorgungsquelle der Fall ist.
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So beschreibt die
DE 10 2005 016 300 A1 ein Antriebssystem für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer elektrischen Antriebseinheit, einer ersten Stromquellenschaltung mit einer Steuereinrichtung zum Zwecke einer regelbaren Leistungsabgabe, einer zweiten ladbaren und entladbaren Stromquellenschaltung, die parallel zur Antriebseinheit geschaltet ist, und einen elektrischen Zwischenkreis, der mit der ersten und der zweiten Stromquellenschaltung und mit der Antriebseinheit verbunden ist. Eine erste Erfassungseinrichtung dient zur Erfassung einer Zwischenkreisspannung und eine zweite Erfassungseinrichtung zur Erfassung eines Kennwerts der Fahrzeuggeschwindigkeit. Die Steuereinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie einen veränderbaren Sollwert für die Zwischenkreisspannung in Abhängigkeit des Kennwertes der Fahrzeuggeschwindigkeit einstellt und die Leistungsabgabe der ersten Stromquellenschaltung in Abhängigkeit des Sollwerts und der Spannung des Zwischenkreises einstellt. Damit wird es ermöglicht, das Energiemanagement in dem Antriebssystem für mehrere Betriebszustände des Fahrzeugs zu verbessern.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Umrüstung eines Kraftfahrzeugs anzugeben, mittels dessen das Kraftfahrzeug schnell und effizient umgerüstet werden kann. Eine weitere Aufgabe ist es ein Kraftfahrzeug anzugeben, welches auf schnelle und effiziente Weise umgerüstet ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Umrüstung eines Kraftfahrzeugs, wobei das Kraftfahrzeug eine Karosserie und ein erstes Antriebstrang aufweist, zeichnet sich dadurch aus, einen ersten Antriebstrang zumindest teilweise durch einen zweiten Antriebstrang zu ersetzen, wobei Hauptkomponenten des ersten Antriebstrangs aus dem Kraftfahrzeug entfernt werden und durch Hauptkomponenten eines zweiten Antriebstrangs ersetzt werden, wobei der zweite Antriebstrang ein überwiegend elektrischer Antriebstrang ist.
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Mit anderen Worten handelt es sich um einen Prozess zum Austausch eines Antriebstrangs des Fahrzeugs, wobei ein Fahrgestell inkl. Fahrzeugaufbau und Fahrgastzelle eines Fahrzeugs mit einem gemeinsamen Schnittstellensystem versehen wird, das mit mehreren unterschiedlichen austauschbaren Antriebskomponenten in unterschiedliche auf dem Markt verfügbare und auch in der Entwicklung befindliche Fahrzeuge und ihrer Aufbauten eingebaut werden kann. Der Austausch der Hauptkomponenten des Antriebstrangs führt zu einer Umwandlung eines marktüblichen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor und/oder Hybrid-Antriebsstrangs (z.B. Verbrennungsmotor und Elektromotor inkl. Getriebe) zu einem mindestens teilelektrischen Antriebsstrang.
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Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die mit einem Verbrennungsmotor versehenen Karosserien der Kraftfahrzeuge weiterhin genutzt werden können. Würden nur neue Karosserien mit den emissionsarmen elektrischen Antriebsträngen versehen werden, würde dies bedeuten, dass auch noch hochwertige Karosserien verschrottet werden müssten, wodurch bei der Verschrottung wiederum schädliche Emissionen erzeugt würden. Gleichzeitig ist durch die vorliegende Erfindung ein effizientes Umwandeln aktueller Fahrzeuge in emissionsminimierte, insbesondere CO2-reduziertes Kraftfahrzeuge mit Brennstoffzelle und oder Batterie und damit vollelektrochemischer Hybridisierung erreicht.
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Sofern alle Hauptkomponenten des ersten Antriebstanges durch den zweiten Antriebstrang, welcher bevorzugt ein vollständig elektrischer Antriebstrang ist, ersetzt werden, ist ein vollelektrischer Antriebstrang ausgebildet, bestehend aus Elektromotor inkl. Getriebe und Brennstoffzelle und Antriebsbatterie inkl. deren Systemkomponenten mit Tanksystem und Ladesysteme und Steuerungskomponenten. Auf diese Weise ist ein vollständig emissionsarmes Kraftfahrzeug auf Basis einer bereits genutzten Karosserie erzeugbar.
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Somit ist eine technische Lösung angegeben für das Umrüsten eines konventionellen Kraftfahrzeugs, bestehend im wesentlichen aus Verbrennungsmotor, Nebenaggregate, Getriebe, Flüssigkeitsbehältertank inkl. aller steuerungstechnischer Komponenten und oder semikonventionellen Hybrid-Systems, bestehend aus Verbrennungsmotor und Elektromotor, Bremsenenergie-Rückgewinnungskomponenten, Antriebsbatterie, Getriebe Nebenaggregate, Flüssigkeitsbehältertank inkl. aller steuerungstechnischer Komponenten um ein vollelektrisches angetriebenes Kraftfahrzeug bereitzustellen, mit der den verschiedenen Leistungsanforderungen während des Betriebs des elektrisch betriebenen Fahrzeugs in besonders vorteilhafter Weise gerecht werden kann.
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Mit anderen Worten wird die genannte Aufgabe gelöst durch mechanische, elektrisches, elektronisches und Signal und Informationstechnisches Trennen, Ausbauen und Entfernen von Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Teilen, Bauteilen, Stoffen aus handelsüblichen Fahrzeugen (von Personenkraftwaagen bis Lastkraftwaagen und Nutzkraftwaagen) und Transformation des handelsüblichen Fahrzeugs und seiner Systeme, Teilsysteme, Teilkomponenten und Komponenten, Bauteile und flüssigen Medien und Stoffe, das Umbauen, Ergänzen und Modifizieren von bestehenden Systeme, Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Bauteile und flüssigen Medien und Stoffe, durch das Einbauen von neuen Systemen und Teilsystemen, Komponenten und Teilkomponenten, Bauteile und flüssigen Medien und Stoffe.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Gleichen oder funktionsgleichen Elementen sind identische Bezugszeichen zugeordnet. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist es möglich, dass die Elemente nicht in allen Figuren mit ihrem Bezugszeichen versehen sind, ohne jedoch ihre Zuordnung zu verlieren. Es zeigen:
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1 in einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,
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2 in einer Prinzipdarstellung ein erster Antriebsstrang mit einer Übertragungseinheit und einem Austauschmodul in einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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3 in einer Prinzipdarstellung der erster Antriebsstrang mit der Übertragungseinheit und dem Austauschmodul in einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, und
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4 in einer Prinzipdarstellung der erster Antriebsstrang mit der Übertragungseinheit und dem Austauschmodul in einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1, umfassend einen zweiten Antriebsstrang 13 und eine Karosserie 3, ist gemäß 1 aufgebaut. Ein erster Antriebsstrang 2, welcher gemäß 2 ausgebildet ist, wurde mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den zweiten Antriebsstrang 13 ersetzt.
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Der erste Antriebsstrang 2 weist eine erste Hauptkomponente 4 in Form eines als Verbrennungsmotor ausgebildeten Antriebsaggregates 5 und seinen Nebenaggregaten 6 auf. Diese erste Hauptkomponente 4 ist mit einer zweiten Hauptkomponente 7, welche in Form eines Übersetzungsmoduls 7 ausgebildet ist, gekoppelt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Übersetzungsmodul 7 als Schaltgetriebe mit einer Kupplung ausgebildet.
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Das Übersetzungsmodul 7 ist mit einer dritten Hauptkomponente 8 des ersten Antriebsstranges 2, einer Übertragungseinheit 8 umfassend ein erstes Übertragungsmodul 9 und ein erstes Antriebsmodul 10 verbunden.
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Eine vierte Hauptkomponente 11 umfasst sämtliche Hilfs-, Betriebs- und Schmierstoffe, welche zum Betrieb der Hauptkomponenten 4, 7, 8 notwendig sind.
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Zur Regelung- und Steuerung des Antriebsaggregates 5 und seiner Nebenaggregate 6 sowie zahlreicher fahrzeugspezifischer Bauteile, wie bspw. Kraftstoffanzeige, Sitzheizung, Klimaanlage, usw., eine fünfte Hauptkomponente 12 in Form ist einer Regel- und Steuereinheit mit der ersten Hauptkomponente 4, der zweiten Hauptkomponente 7 und der dritten Hauptkomponente 8 elektrisch verbunden.
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In 2 ist in einer Prinzipdarstellung der erste Antriebsstrang 2 mit einer Übertragungseinheit 8 und einem Austauschmodul 14 in einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1, einem heckangetriebenen Fahrzeug, dargestellt. Der erste Antriebsstrang 2 wird in diesem Ausführungsbeispiel teilweise ersetzt, wobei insbesondere die Übertragungseinheit 8 durch das Austauschmodul 14 ersetzt wird.
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Das Austauschmodul 14 ist ein elektrisches Modul. Somit ist der zweite Antriebsstrang 13, welcher aus der ersten Hauptkomponente 4, der zweiten Hauptkomponente 7 und dem Austauschmodul 14 besteht ein überwiegend elektrischer Antriebsstrang. Es ist ein Hybrid-Fahrzeug ausgebildet.
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Die vierte Hauptkomponente 11 sowie die fünfte Hauptkomponente 12 des ersten Antriebstranges 2 werden durch eine sechste Hauptkomponente 15 in Form eines auf den zweiten Antriebsstrang 13 angepassten zweiten Motor- und Fahrzeugsteuerungsmodul bzw. eine siebte Hauptkomponente 16 in Form von auf den zweiten Antriebsstrang 13 angepasste Betriebsmittel ersetzt.
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In 3 ist z.B. ein konventionell mit Verbrennungsmotor 4 betriebener, marktverfügbarer Personenkraftwagen (Pkw) in ein vollelektrochemisch und voll elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 1 umgebaut. Der erste Antriebsstrang 2, in diesem Ausführungsbeispiel in Form eines Frontantriebes ausgebildet, wird vollständig durch den zweiten Antriebsstrang 13 ersetzt. Mit andern Worten bedeutet dies, dass die erste Hauptkomponente 4, die zweite Hauptkomponente 7, die dritte Hauptkomponente 8, die vierte Hauptkomponente 11 durch das Austauschmodul 14, die sechste Hauptkomponente 15 und die siebte Hauptkomponente 16 ersetzt werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass es selbstredend ist, dass sämtliche fahrwerksabhängigen Komponenten, welche dem ersten Antriebsstrang 2 angepasst waren, durch dem zweiten Antriebstrang 13 angepasste Komponenten ersetzt werden.
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In 4 wird ein in Form eines Allradantriebstranges ausgebildeter erster Antriebstrang 2 durch den zweiten Antriebsstrang 13 ersetzt.
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Das Ausbauen und Entfernen der ersten Hauptkomponente 4 in Form des Verbrennungsmotors und seinen Nebenaggregaten 5 und der zweiten Hauptkomponente in Form des Übersetzungsmoduls 7 erfolgt nach dem die Verbindungen (z.B. Schläuche, Leitungen z.B. Medien und/oder Datenleitungen) zu weiteren Fahrzeugkomponenten, z.B. Kühler, gelöst werden. Bevorzugt werden sie entsprechender Gesichtspunkte der Ökologie weiter behandelt. Dabei werden die demontierten Komponenten, Schläuche, Rohre, Schrauben usw. (teil)zerlegt und ggf. einem (Teil-)Reinigungsprozess unterzogen, so dass (Zwischen-)Lagern, Transportieren und logistische Behandeln unter bevorzugt ökologischen bis hin zu adäquaten Gefahrengut-Umgang realisiert ist. Jede der Komponente wird bevorzugt entsprechend bestehender (teil)gesetzlicher Richtlinien und Verordnungen behandelt, verpackt und logistisch weiter umgesetzt.
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Die fünfte Hauptkomponente in Form des ersten Motor- und Fahrzeugsteuerungsmoduls 12, wird zunächst software- und anschließend hardwaretechnisch entkoppelt. Als Beispiel sind dabei die Systemsteuerungen und Subsystemsteuerungen und Informations-Busse (z.B. CAN-Bus) entsprechend ihrer Architektur und Funktions-Hierarchie zu trennen bzw. zu demontieren.
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Der CAN-Bus inkl. Steuerprogramm mit Hardware für die fahrdynamischen Eigenschaften und sicherheitsrelevanten Funktionen des Kraftfahrzeugs 1 bleibt zumindest teilweise erhalten, z.B. die hinterlegten Funktionen in einem Kombiinstrument des Kraftfahrzeugs 1. Dieser wird in Abhängigkeit einer neuen Lastenverteilung aus der Substitution des konventionellen ersten Antriebstrangs 2 mit seinem Kraftstofftank modifiziert und neu aufgespielt, um entsprechend veränderte Fahrzeugdynamik zu realisieren bzw. zu kompensieren. Somit ist ein zweites Motor- und Fahrzeugsteuerungsmoduls 15 ausgebildet.
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Beispielhaft könnte das Vorgehen wie folgt aussehen:
Passive und aktive Sicherheitssysteme wie z.B. Airbagsystem mit allen Sensoren (z. B. Crash/Aufprallsensor, Beschleunigungssensor usw.) und Steuerungseinheiten bleiben erhalten. Karosserie- und Fahrwerkskomponenten bleiben im Wesentlichen erhalten und werden ergänzt und/oder modifiziert um z.B. Adapterteile und Kupplungseinheiten.
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Um Arbeitsabläufe zu vereinfachen, werden Sitze in einer Fahrgastzelle der Karosserie 3 ausgebaut und richtlinienkonform gelagert. Anschließend wird eine Mittelkonsole der Karosserie 3 ausgebaut inkl. Verkleidung und Handschuhfach. Ein Innenraum der Karosserie 3 wird mit Anbau- und Kupplungsteilen für die Aufnahme und Einbau einer nicht näher dargestellten Batterie des Austauschmoduls 14 und eines Inverters bzw. einer Transformatoreinheit des zweiten Antriebstrangs 13 und des zweiten Motor- und Fahrzeugsteuerungsmoduls 15 ausgerüstet. Eine Spritzwand zwischen Fahrgastzelle und Motorraum der Karosserie 3 wird entsprechend der Komponenten und inklusive ihrer Einbaulagen des zweiten Antriebstrangs 13 verändert. Der Innenraum wird mit den neuen Komponenten, Leitungen, Rohren und peripheren Zusatzsystemen und Steuerungselementen ausgebildet.
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Im Motorraum werden der Verbrennungsmotor 4 und das z.B. angeflanschte Getriebe 7 von allen Nebenaggregaten 5 getrennt. Die vierte Hauptkomponente 11 in Form der Betriebs- und Hilfsmittel, mit anderen Worten alle Stoffe, werden nach gesetzlichen Verordnungen und Vorschriften von den Komponenten getrennt, definiert aufgefangen, in adäquaten Behältnissen gelagert, kommissioniert und logistisch einwandfrei entsorgt. Die Motor-Getriebe-Einheit, d.h. die erste Hauptkomponente 4 und die zweite Hauptkomponente 7 werden aus dem ersten Antriebsstrang 2 gelöst, anschließend entfernt und gemäß oben beschriebener Vorgehensweise der Weiterverwendung logistisch einwandfrei zugeführt.
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Anschließend werden die vollelektrischen Einheiten in Form des zweiten Antriebsstrangs 13 in den Motorraum eingebaut inkl. aller Steuergeräte, Daten- und Medienleitungen montiert. Die siebte Hauptkomponente 16 wird dem bislang ausgebildeten zweiten Antriebstrang 13 zugeführt und ihre Behältnisse inkl. Leitungen abgepresst und z.B. auf Dichtigkeit geprüft.
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Im Bereich eines Kofferraums der Karosserie 3 und eines Fahrzeugunterbodens der Karosserie 3, außerhalb der Fahrgastzelle, wird ein Hochdrucksystem des Kraftfahrzeugs 1 einschließlich mindestens eines Betriebstofftanks mit Leitungen, Sensoren und Steuer-/Regelsystemen installiert. Auch dieses Hochdrucksystem wird anschließend qualitätsgeprüft, wie z.B. abgepresst, um die Druckhalte- und Dichtigkeitsfunktionen zu garantieren.
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Zentrales Gateway in Form des ersten Motor- und Fahrzeugsteuerungsmodul 12 wird um weitere Software- und Hardwarekomponenten ergänzt und stellt somit das zweite Motor- und Fahrzeugsteuerungsmodul 15 dar. Am zentralen Gateway 15 werden die zusätzlichen Steuerungseinheiten inkl. Software montiert und datentechnisch miteinander verbunden. Anschließend erfolgt ein System-Booting inkl. einer Qualitätsüberprüfung und ggf. einer Fehlerindikation und Fehler-Eliminierung mithilfe von Analyse- und Wartungssystemen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1 wird mit den zweiten Betriebs- und Hilfsmitteln 16 befüllt und das Gesamtsystem qualitätstechnisch einer definierten Zyklen-Prüfung unterworfen. Nach dem Erbringen des Funktionsnachweises wird das umgerüstete Kraftahrzeug 1 von hierfür vorgesehen Institutionen wie. z.B. TÜV (voll)abgenommen.
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Es werden die Betriebs-, Hilfs- und Kraftstoffe in Form der vierten Hauptkomponente 11, vollständig nach Gesichtspunkten von Gefahrgütern und gesetzlicher Vorschriften und Auflagen von den Komponenten, Bauteilen, Aggregaten und Systemen des ersten Antriebstrangs 2 getrennt, einzeln und/oder sortenrein (zwischen)gelagert, transportiert und nach gesetzlichen Auflagen und Vorschriften entsorgt. Dabei werden z.B. logistische Systeme, Vorgehen und Behältnisse und Aufbewahrungssysteme verwendet, die neben gesetzlicher Auflagen und/oder Vorschriften u. A. auch unter ökologischen Aspekten verwendet werden. Z.B. Altöle sowohl im z.B. Getriebe und/oder Motor werden von den Komponenten des ersten Antriebsstrangs 2 werden getrennt und entfernt, aufgefangen in dafür vorgesehenen Behältnissen, darin gesammelt und nachfolgend logistisch weiter an Firmen vermittelt, die diese Stoffe recyclieren, aufbereiten und/oder (teil)entsorgen.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1 ist durch Eliminieren, Ersetzen, Verändern, Modifizieren und Ergänzen des ersten Antriebstrangs 2 von für den vollelektrischen Antrieb des zweiten Antriebstrangs 13 notwendigen Aggregaten, Komponenten, Bauteilen, Steuerungs-Systemen inkl. der Integration des Neuen Antriebsystems zum voll alltagstauglichen Kraftfahrzeug 1 mit Typenprüfung, Gutachten und Straßenzulassung bzw. Wiederzulassung gekennzeichnet. Die Komponenten, Bauteile, Systeme für den vollelektrischen Antrieb des zweiten Antriebstrangs 13 sind im Wesentlichen:
- – Veränderte in der Karosserie, Fahrwerk und Fahrgastzelle,
- – mechanische Schnittstellen- und Komponenten und Bauteile,
- – hydraulische Schnittstellen- und Komponenten und Bauteile,
- – hydromechanische Schnittstellen- und Komponenten und Bauteile,
- – pneumatische Schnittstellen- und Komponenten und Bauteile,
- – elektrische Komponenten, Bauteile, Systeme und Subsysteme bzw. Teilsysteme, Aggregate,
- – elektronische Komponenten, Bauteile, Systeme und Subsysteme bzw. Teilsysteme, Aggregate,
- – digitale Daten-Systeme,
- – Sensorik inkl. Integrations-Systeme und Integratrionsteilsysteme,
- – Medien, Betriebs-, Hilfsstoffe,
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Zum Aufbau des zweiten Antriebstrangs 13 sind im Einzelnen folgende Komponenten in das Kraftfahrzeug 1 einzubauen:
- – Elektromotor(en) (z.B. Radnabenmotoren oder Achsmotoren) inkl. Leistungselektronik,
- – Getriebe inkl. Steuerungs-Systeme und Kupplungen,
- – Transformations- und/oder Invertierungs-Systeme für elektrische und elektronische Komponenten und (Subsysteme) inkl. Abgriffs-Einheiten für Bordelektronik,
- – Hochdruck- System mit Leitungen und Steuerungs-/Regelsystemen inkl. Sensorik und Ventil und Überwachungs-/Sicherheitssoftware Leitungen (Daten und Betriebs- und Hilfsstoffe) Schläuche und Ventilationseinheiten. Adapter und Kupplungseinheiten für Karosserie und/oder Fahrwerk und/oder Fahrgastzelle.
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Ein Unterdruckpumpsystem wie z.B. für die Bremskraftverstärkung wird elektrisch oder teilelektrisch ersetzt. Z.B. wird eine Unterdruckfunktion des Motors der ersten Hauptkomponente 4 hinter der Hauptdrosselklappe abgenommen und zum pneumatischen Vorverdichter geleitet, der den hydraulischen Zylinder betätigt. Dieser wird ersetzt durch z.B, ein vollelektrisches System (z.B. Elektropumpe).
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Sicherheitssysteme passive/aktive bleiben unverändert, wie z.B. Aufprall- und Beschleunigungs- Sensorik bleiben erhalten und werden gegebenenfalls modifiziert (z.B. Veränderung der Positionierung).
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Zentrale-Steuereinheit für das Gesamtsystem des zweiten Antriebstrangs 13 wird hierarchisch so angeordnet, dass alle zu verbleibenden Steuerungs- und Regelungssysteme des Fahrzeugs integriert werden können.
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Funktion der Batterie des ersten Antriebstrangs 2 für Board-Elektronik und Komfort- und Sicherheitssysteme-Versorgung wird übernommen durch das Zur-Verfügung-Stellen von elektrischem Strom durch die Komponenten des zweiten Antriebstrangs 13 wie z.B. Brennstoffzelle und/oder Hybrid-Hauptantriebsbatterie inkl. Inverter und/oder Konverter-Bauteile.
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Wasser-Tank für Scheiben und -Scheinwerferreinigung bleibt erhalten inkl. Steuerungsfunktion (z.B. Relais) inkl. Ventil und Sensorik und Überwachungs- und Sicherheitssoftware Leitungen (Daten und Medien) Schläuche.
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Mechanische Adapter und Kupplungseinheiten für Karosserie und/oder Fahrwerk und/oder Fahrgastzelle für die Aufnahme von neuen Komponenten wie z.B. Elektromotor und Getriebe werden eingebaut und verbinden die Neuen Komponenten des zweiten Antriebstrangs 13 mit denen des Kraftfahrzeugs 1.
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Federungs- und Dämpfungssystem des Kraftfahrzeugs 1 wird entsprechend neuer Lastenverteilung modifiziert (z.B. durch Federn mit angepassten Federkennlinie und Federverhalten, wenn z.B. die ausgleichende Funktion des Antiblockiersystem und elektronischen Stabilitäts-Programms überschritten wird inkl. Sensorik und Reglungs-/Steuerungs-Einheit bzw -Einheiten, die den zweiten Antriebstrang 13 und das Kraftfahrzeug 1 zu einem funktionsfähigen System verbinden.
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Antriebswellen des ersten Antriebsstrangs 2 werden entsprechend der elektrischen Motorisierung und Getriebe-Konfiguration, Achsabstand, Einbauraum, Einbau-Konfiguration abgeändert (z.B. Baukasten-System in Abhängigkeit von Motor-Getriebe und Fahrzeugmaße), so dass diese zum zweiten Antriebstrang 13 passen.
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Can-BUS und Steuerung des Kraftfahrzeugs 1 wird teilersetzt. Z.B. werden alle höherhierarchischen Informationen und Betriebsprogramme des z.B. Kombiinstruments gleich belassen und Software technisch durch eine Schnittstelle z.B. im Quellcode integriert, so dass alle z.B. Sicherheitsrelevanten Funktionen des Kraftfahrzeugs 1 erhalten bzw -teilerhalten bleiben.
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Mindestens ein zweites Motor- und Fahrzeugsteuerungsmodul, die sechste Hauptkomponente 15, wird als zentrale Hardwarekomponente im Kraftfahrzeug 1 neu montiert, das die gesamte informationstechnische und Fahrzeugregelungs- und steuerungstechnische Integration darstellt.
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Die Steuerungs-Software für die gesamte informationstechnische und Fahrzeug-Regelungs/Steuerungstechnische Integration wird implementiert und dient als Schnittstellensystem für den vollelektronischen Antrieb des zweiten Antriebsstrangs 13 des Kraftfahrzeugs 1.
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Das zentrale Gateway des Kraftfahrzeugs 1 wird teilfunktionell wiederverwendet und funktionell ergänzt und an das zweite Motor- und Fahrzeugsteuerungsmodul 15 angebunden; wie z.B. folgende Bauteile und ihre Regelungs/Steuerungseinheit:
Servopumpe inkl. Steuerung wenn ggf. nicht bereits vollelektrisch.
Klimaanlage inkl. Steuergerät
Heizung inkl. Steuergerät
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Fahrgastzelle und Fahrwerk bleiben teilerhalten, wird entsprechend des zu applizierenden vollelektrischen Systems und seiner Systeme und Komponenten, Aggregate und Teile des zweiten Antriebstrangs 13 z.B. im Innenraum verändert. Z.B. denkbar sind Versteifungen der Karosserie und Ergänzung von z.B. Unterfahrschutz-Komponenten bei Applikation von neuen Bauteilen und Wegnahme von Versteifungsformen und -Bauteilen im Verlauf der Transformation vom Kraftfahrzeug 1 mit erstem Antriebstrangs 2 zum Kraftfahrzeug 1 mit zweiten Antriebstrangs 13.
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Gehäuse und/oder Gehäuseteile zur Einpassung der Komponenten des ersten Antriebstrangs 2 und zweiten Antriebstrangs 13 im Kraftfahrzeug 1 werden spezifisch eines Baukasten-Prinzips und Leistungskenndaten der Kraftfahrzeugtyps (z.B. PKW, LKW, NKW) und Fahrzeugleistungsdaten (Motorisierung) und -Art (Limousine, Sportwagen, usw.) konfiguriert, optimiert und ergänzt.
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Kupplung, Adapter, Aufnahmen, Lager (z.B. Motorlager, Getriebe-Stützpunkte, usw.) können z.B. vorteilhafterweise in einen Baukasten-System mit einer definierten Bauteil-/Funktions-Spreizung (in Abhängigkeit von) Motorisierung, Leistungsdichte usw. dargestellt werden und in den zweiten Antriebstrang 13 eingebaut werden.
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Temperiermedien der siebten Hauptkomponente 16 (z.B. für Heizung, Kühlung) inkl. Leitungen und Sensorik für Aggregate, Komponenten, Systeme und Bauteile des vollelektrischen Systems werden entsprechend Leistungskenndaten (z.B. für unterschiedliche Kühlkreisläufe inkl. Kühler und Heizung(en)) ausgelegt.
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Besondere Maßnahmen der Arbeitssicherheit wie z.B. Beachtung von Brandgefahr sind bei den Druck beaufschlagten Leitungen und Behältnissen wie z.B. Tankbehälter und Einspritzsysteme zu beachten. Der z.B. Kraftstoff-Tank wird entleert, der Restkraftstoff aufgefangen, die Leitungskomponenten und der leere Tank werden adäquat gesetzlicher Richtlinien und Verordnungen gereinigt und logistisch an Abnehmerfirmen (z.B. Kunststoffverarbeitende Konzerne im Falle eines Kunststofftanks) weiter vermittelt. V.A. die Klima-Kompressionsanlage wird vom Kältemittel (handelsüblich z.B. R134 a) zunächst abgesaugt und dabei das System vom Überdruck befreit und auf Umgebungsdruck gebracht. Ein Klima-Wartungsgerät handelsüblicher Bauart fängt das Kältemittel auf und konditioniert es für die Verwendung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005016300 A1 [0015]
