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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Triebkopf für ein Zugfahrzeug, ein Zugfahrzeug mit einem derartigen Triebkopf sowie ein Gespann mit einem solchen Zugfahrzeug sowie einem daran angehängten Anhänger.
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Zur Reduzierung von klimaschädlichen Emissionen, insbesondere von CO2, sowie zur Verminderung weiterer z.B. lokal schädlicher Emissionen, wie beispielsweise Stickoxide, gibt es zunehmend Bestrebungen, Kraftfahrzeuge nicht mehr mit Verbrennungsmotoren anzutreiben. Insbesondere im Bereich von Personenkraftwagen gibt es schon einige Fahrzeugmodelle, die rein batterieelektrisch angetrieben werden können. Vor allem im Bereich von Nutzfahrzeugen gibt es noch kaum rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, da dies vor allem auf langen Strecken aufgrund der noch geringen Reichweite von rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen problematisch sein kann.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher besonders flexibel, einfach und emissionsarm Menschen und/oder Güter transportiert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch einen Triebkopf für ein Zugfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Triebkopf für ein Zugfahrzeug umfasst ein Fahrwerk mit mehreren Rädern, einer Lenkung und einem Bremssystem. Des Weiteren umfasst der Triebkopf wenigstens eine elektrische Antriebsmaschine zum Antreiben von zumindest einem der Räder. Des Weiteren umfasst der Triebkopf wenigstens eine Traktionsbatterie zur Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine. Zudem weist der Triebkopf einen Brennstoffzellen aufweisenden Range-Extender zur Reichweitenverlängerung des Triebkopfs auf. Des Weiteren umfasst der Triebkopf ein autonomes Fahrsystem zum autonomen Steuern des Triebkopfs. Der erfindungsgemäße Triebkopf ist dabei mit unterschiedlichen am Triebkopf montierbaren Aufbauten und/oder am Triebkopf anhängbaren Anhängern kompatibel.
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Unter einem Triebkopf im Sinne der Erfindung ist insbesondere ein nicht komplettiertes Fahrzeug zu verstehen, das insbesondere durch besagte Aufbauten zum Zugfahrzeug ausgebaut werden kann. Der erfindungsgemäße Triebkopf umfasst dabei insbesondere sämtliche Komponenten, welche erforderlich sind, damit der Triebkopf fahren, insbesondere auch autonom fahren kann. Die elektrische Maschine kann zum Beispiel in einer Achse, insbesondere in einer Hinterachse des Triebkopfs integriert sein. Das besagte Bremssystem kann beispielsweise ebenfalls in diese Achse integriert sein. Neben den Brennstoffzellen gehören zum Range-Extender insbesondere auch Brennstofftanks, beispielsweise Wasserstofftanks oder dergleichen, sowie ein oder mehrere Verdichter.
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Der erfindungsgemäße Triebkopf ist auf maximale Modularität ausgelegt. Beispielsweise kann der Triebkopf führ Zugfahrzeuge eingesetzt werden, die den LKW-Klassen von 18 bis 26 Tonnen und auch LKW-Klassen über 40 Tonnen angehören. Insbesondere die Traktionsbatterie und die Brennstoffzellen des Range-Extenders können entsprechend skaliert werden. Ein Zugfahrzeug, welches den Triebkopf umfasst, kann beispielsweise als Bus, LKW, Cargo-Transporter oder dergleichen genutzt werden. Je nach Nutzungsszenario kann eine passende Variante für einen entsprechenden Aufbau und/oder einen am Triebkopf anhängbaren Anhänger ausgewählt werden. Dadurch, dass der Triebkopf mit unterschiedlichen am Triebkopf montierbaren Aufbauten und/oder am Triebkopf anhängbaren Anhängern kompatibel ist, kann der Triebkopf für unterschiedlichste Nutzungsszenarien eingesetzt werden. Insbesondere kann der Triebkopf auf einem Baukastensystem basieren, wobei möglichst viele standardisierte Module zu Einsatz kommen. So ist es möglich, den Triebkopf für unterschiedlichste Anwendungsfälle besonders einfach zu skalieren. Das autonome Fahrsystem kann insbesondere über eine Sensorik für eine L4-Automatisierung verfügen, wobei insbesondere auch die Lenkung, das Bremssystem und die elektrische Antriebsmaschine redundant ausgelegt sein können. Eine Nutzung des Triebkopfs ist insbesondere auf der Straße möglich. Eine landwirtschaftliche Nutzung, als Logistikträger oder auch als Schienenfahrzeug ist ebenfalls möglich. Auch kann der Triebkopf für militärische eingesetzt werden. Bei dem Triebkopf kann es sich also sowohl um ein Kraftfahrzeug als auch um ein Schienenfahrzeug handeln.
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Das autonome Fahrsystem des Triebkopfs ist dabei dazu ausgelegt und eingerichtet, den Triebkopf vollständig autonom zu steuern, ohne dass ein Fahrer eingreifen muss. Soweit es gesetzlich möglich ist, ohne Sicherheitsfahrer zu fahren, kann beispielsweise ein Fahrerhaus beim betreffenden Zugfahrzeug, welches den Triebkopf aufweist, überfällig werden. So kann das Zugfahrzeug an sich für unterschiedlichste Nutzungsszenarien verwendet werden, beispielsweise indem in einem entsprechenden Aufbau Raum für Personen und/oder Güter geschaffen wird.
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Der erfindungsgemäße Triebkopf kann also modular mit unterschiedlichsten Varianten von Aufbauten und Anhängern kombiniert werden. Entsprechende Zugfahrzeuge bzw. Gespanne, bestehend aus dem Zugfahrzeug und einem entsprechenden Anhänger, können also besonders flexibel, einfach und emissionsarm dafür genutzt werden, Menschen und/oder Güter zu transportieren. Dadurch, dass der Triebkopf den Brennstoffzellen umfassenden Range-Extender aufweist, kann mittels des Triebkopfs auch eine besonders hohe Reichweite erzielt werden, vergleichbar oder auch besser als mit Fahrzeugen, welche über einen Verbrennungsmotor verfügen. Insbesondere weist der Triebkopf sämtliche Komponenten auf, die zur Fortbewegung und autonomen Steuerung des Triebkopfs notwendig sind. Unterschiedliche am Triebkopf montierbare Aufbauten, wie beispielsweise Fahrerkabinen oder dergleichen, können dadurch besonders einfach und kostengünstig gestaltet sein. Wie bereits erwähnt, kann es sich bei den Aufbauten um unterschiedliche Varianten einer Fahrerkabine, einer Passagierkabine und/oder eines Laderaums handeln. Mit dem Triebkopf kompatible Anhänger können sowohl zum Personentransport als auch zum Gütertransport genutzt werden. Der Triebkopf ist also besonders flexibel einsetzbar und insbesondere auch angepasst an verschiedene Anwendungsszenarien skalierbar.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Triebkopf wenigstens eine standardisierte Schnittstelle für die unterschiedlichen am Triebkopf montierbaren Aufbauten und/oder wenigstens eine standardisierte Schnittstelle für die am Triebkopf anhängbaren Anhänger aufweist. Die besagten standardisierten Schnittstellen können insbesondere dazu ausgelegt sein, eine mechanische Verbindung zwischen dem Triebkopf und zugehörigen Aufbauten bzw. Anhängern herzustellen. Darüber hinaus können die standardisierten Schnittstellen insbesondere auch dazu ausgelegt sein, Strom und verschiedenste Signale zwischen dem Triebkopf und den Aufbauten bzw. zwischen dem Triebkopf und den Anhängern zu übermitteln. Durch die standardisierten Schnittstellen ist es besonders einfach möglich, den Triebkopf mit unterschiedlichsten Aufbauten und Anhängern zu kombinieren.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Triebkopf eine Leistungselektronik zur Ansteuerung der elektrischen Maschine, zur Kommunikation mit dem autonomen Fahrsystem und/oder zur Diagnose der elektrischen Maschine aufweist. Die Leistungselektronik kann beispielsweise ein elektronisches Steuergerät, einen Inverter und einen DC/DC-Wandler aufweisen. Das Steuergerät kann beispielsweise in das besagte autonome Fahrsystem integriert sein. Das Steuergerät kann in ständigem Kontakt zu einer Fahrzeugsteuerung des Triebkopfs stehen und von dieser verschiedenste umzusetzende Anweisungen zur Steuerung des Triebkopfs erhalten. Im Betrieb kann der besagte Inverter die Gleichspannung der Traktionsbatterie in eine Wechselspannung umwandeln, mittels welcher die Antriebsmaschine versorgt werden kann. Der DC/DC-Wandler kann die Gleichspannung aus der Traktionsbatterie in eine niedrigere Gleichspannung transformieren und damit beispielsweise das gesamte Bordnetz des Triebkopfs und insbesondere Niedervoltkomponenten versorgen. Ein am Triebkopf montierter Aufbau, wie beispielsweise eine Fahrerkabine oder dergleichen muss also selbst nicht über besagte Leistungselektronik verfügen und kann dadurch besonders einfach und kostengünstig aufgebaut sein.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebsmaschine, die Traktionsbatterie und/oder der Range-Extender auf Basis eines modularen Baukastens skalierbar sind. Die Antriebsmaschine, die Traktionsbatterie und/oder der Range-Extender können beispielsweise aus standardisierten Modulen aufgebaut sein, welche in unterschiedlichsten Varianten bzw. Konfigurationen zu jeweiligen Varianten ausgebaut werden können. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, die Antriebsmaschine, die Traktionsbatterie und/oder den Range-Extender an unterschiedliche Randbedingungen angepasst zu skalieren. Auf diese Weise können unterschiedlichste Varianten des Triebkopfs angepasst an jeweilige Randbedingungen ganz einfach realisiert werden.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das autonome Fahrsystem wenigstens einen Sensor aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, zumindest einen Teil eines Umfelds des Triebkopfs zu erfassen und das erfasste Umfeld charakterisierende Umfelddaten an eine Steuereinrichtung des autonomen Fahrsystems zu übertragen, welche dazu eingerichtet ist, unter Berücksichtigung der Umfelddaten den Triebkopf autonom zu steuern. Das autonome Fahrsystem kann auch unterschiedlichste Sensoren aufweisen, wie beispielsweise Radarsensoren, Kameras, Ultraschallsensoren und dergleichen. Insbesondere ist das autonome Fahrsystem des Treibkopfs mit sämtlicher Sensorik ausgestattet, die erforderlich ist, damit der Triebkopf zuverlässig und sicher vollautonom fahren kann. Insbesondere bei einem an bzw. auf dem Triebkopf montierbaren Aufbau ist es nicht erforderlich, zusätzliche Sensoren zur Umfelderfassung vorzusehen. Es ist aber auch möglich, dass sowohl am Aufbau als auch am Anhänger Sensoren vorgesehen werden, die zur Umfelderfassung geeignet sind. Diese Sensoren können dann ebenfalls Teile des Umfelds erfassen und diesbezügliche Daten an besagte Steuereinrichtung des autonomen Fahrsystems übertragen.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Range-Extender zumindest einen Brennstofftank aufweist, welcher ein tragendes Strukturelement des Triebkopfs bildet. Mit anderen Worten kann der zumindest eine Brennstofftank des Range-Extenders in eine Tragstruktur des Triebkopfs integriert sein bzw. ein integraler Bestandteil der Tragstruktur sein. Bei dem Brennstofftank kann es sich beispielsweise um einen integrierten Wasserstofftank handeln, welcher unter Hochdruck steht. Dadurch, dass der zumindest eine Brennstofftank ein tragendes Strukturelement des Triebkopfs bildet, kann Brennstoff für den Range-Extender, beispielsweise in Form von Wasserstoff, besonders kompakt und bauraumgünstig innerhalb des Triebkopfs bereitgestellt werden. Je nach Platzverhältnissen ist es aber auch möglich, dass die Brennstofftanks des Range-Extenders nicht als integriertes Strukturelement des Triebkopfs ausgebildet sind.
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Das erfindungsgemäße Zugfahrzeug umfasst den erfindungsgemäßen Triebkopf oder eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Triebkopfs sowie einen am Triebkopf montierten Aufbau.
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Das erfindungsgemäße Gespann umfasst das erfindungsgemäße Zugfahrzeug oder eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zugfahrzeugs sowie einen am Triebkopf angehängten Anhänger.
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Weitere Merkmale und mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Figurenbeschreibung angegeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung angegebenen 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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Perspektivansicht eines Triebkopfs für ein Zugfahrzeug, umfassend eine elektrische Antriebsmaschine und einen Brennstoffzellen aufweisenden Range-Extender zur Reichweitenverlängerung des Triebkopfs;
- 2 eine Seitenansicht des Triebkopfs, wobei insbesondere mehrere Brennstofftanks des Triebkopfs zu erkennen sind;
- 3 eine Draufsicht auf den Triebkopf;
- 4 eine schematische Seitenansicht eines Gespanns, welches aus einem den Triebkopf umfassenden Zugfahrzeug und einem an dem Triebkopf angehängten Anhänger gebildet wird.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
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Ein Triebkopf 10 für ein Zugfahrzeug ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Der Triebkopf 10 umfasst ein Fahrwerk 12 mit mehreren Rädern 14, einer nicht näher bezeichneten Lenkung und einem nicht näher bezeichneten Bremssystem. Des Weiteren umfasst der Triebkopf 10 eine erst in 3 erkennbare elektrische Antriebsmaschine 16 zum Antreiben der hinteren Räder 14. Zudem umfasst der Triebkopf 10 einen Brennstoffzellen 18 aufweisenden nicht näher bezeichneten Range-Extender zur Reichweitenverlängerung des Triebkopfs 10. Zum Range-Extender gehören zudem noch mehrere Brennstofftanks 20 und Verdichter 22, wobei diese nicht alle mit Bezugszeichen versehen worden sind. Des Weiteren umfasst der Triebkopf 10 wenigstens eine hier nicht erkennbare Traktionsbatterie zur Energieversorgung der elektrischen Antriebsmaschine 16. Die Traktionsbatterie kann beispielsweise unterhalb von den Brennstofftanks 20 angeordnet sein.
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Der Triebkopf 10 umfasst des Weiteren ein hier nicht näher dargestelltes autonomes Fahrsystem zum autonomen Steuern des Triebkopfs 10. Das autonome Fahrsystem kann insbesondere mehrere hier nicht dargestellte Sensoren aufweisen, welche dazu ausgelegt sind, zumindest einen Teil eines Umfelds des Triebkopfs 10 zu erfassen und das erfasste Umfeld charakterisierende Umfelddaten an eine hier nicht näher dargestellte Steuereinrichtung des autonomen Fahrsystems zu übertragen, welche dazu eingerichtet ist, unter Berücksichtigung der Umfelddaten den Triebkopf 10 autonom zu steuern. Diese Sensoren sind insbesondere für eine L4-Automatisierung geeignet. Lenkung, Bremssystem und elektrische Antriebsmaschine 16 können insbesondere für eine L4-Automatisierung redundant ausgelegt sein.
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Der Triebkopf 10 ist mit unterschiedlichsten am Triebkopf montierbaren Aufbauten und/oder mit am Triebkopf 10 anhängbaren Anhängern kompatibel. Bei dem Triebkopf 10 kann es sich, wie hier dargestellt, um ein Kraftfahrzeug handeln. Alternativ kann es sich bei dem Triebkopf 10 auch um ein Schienenfahrzeug handeln. Der Triebkopf 10 kann zur Straßennutzung ausgelegt sein. Es ist aber auch möglich, den Triebkopf 10 für eine landwirtschaftliche Nutzung zu verwenden, als Logistikträger, als Schienenfahrzeug oder auch für verschiedenste militärische Anwendungen.
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Bei den besagten Aufbauten kann es sich beispielsweise um unterschiedlichste Varianten von Fahrerkabinen, Passagierkabinen und/oder Laderäumen handeln. Insbesondere wenn der Triebkopf 10 ohne Sicherheitsfahrer autonom fahren darf, kann als Aufbau eine Passagierkabine gewählt werden, sodass möglichst viele Passagiere im betreffenden Zugfahrzeug, welches die Passagierkabine und den Triebkopf 10 umfasst, transportiert werden können. Alternativ ist es beispielsweise auch möglich, besagten Aufbau als reinen Laderaum für verschiedenste zu transportierende Güter zu nutzen. Ein Zugfahrzeug, welches den Triebkopf 10 umfasst, kann also beispielsweise als LKW, Cargo-Transporter oder Bus ausgebaut sein. Ein am Triebkopf 10 angehängter Anhänger kann sowohl zum Personentransport als auch zum Gütertransport genutzt werden.
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Der Triebkopf 10 kann insbesondere eine standardisierte Schnittstelle für die unterschiedlichen am Triebkopf 10 montierbaren Aufbauten aufweisen. Zugehörige Aufbauten sind mit einer entsprechend kompatiblen Schnittstelle ausgestattet, sodass verschiedenste Varianten von Aufbauten besonders einfach mit dem Triebkopf 10 kombiniert werden können. Darüber hinaus kann der Triebkopf 10 auch eine standardisierte Schnittstelle für die am Triebkopf 10 anhängbaren Anhängervarianten aufweisen. Unterschiedlichste Anhänger, beispielsweise in Form von Aufliegern oder auch anderweitigen Anhängern, können so ganz einfach mit dem Triebkopf 10 kombiniert werden.
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Der Triebkopf 10 kann auch eine Leistungselektronik zur Ansteuerung der elektrischen Maschine 16, zur Kommunikation mit dem autonomen Fahrsystem und/oder zur Diagnose der elektrischen Maschine 16 aufweisen. Sämtliche für den Antrieb und zur Energieversorgung erforderlichen Mittel können also in den Triebkopf 10 integriert sein. Mit dem Triebkopf 10 zu verschiedensten Zugfahrzeugen kombinierbare Aufbauten können so besonders einfach und kostengünstig aufgebaut sein.
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Die Antriebsmaschine 16, die Traktionsbatterie und/oder der Range-Extender des Triebkopfs 10 können auf Basis eines modularen Baukastens skalierbar sein. Die Antriebsmaschine 16, die Traktionsbatterie und/oder der Range-Extender des Triebkopfs 10 können beispielsweise aus unterschiedlichsten Varianten von standardisierten Modulen in Form eines Baukastens vorgeplant bzw. konstruiert sein. So ist es möglich, je nach Rangbedingungen, die Antriebsmaschine 16, die Traktionsbatterie und/oder den Range-Extender passend und besonders einfach zu skalieren. So kann unterschiedlichsten Reichweitenanforderungen, Leistungsanforderungen und dergleichen ganz einfach Rechnung getragen werden.
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Vorliegend sind die Brennstofftanks 20 einfach nur übereinander angeordnet. Es ist aber auch möglich, dass einer oder auch sämtliche Brennstofftanks 20 als tragende Strukturelemente des Triebkopfs 10 ausgebildet sind. So kann beispielsweise ein herkömmlicher Leiterrahmen integrierte Brennstofftanks 20 aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, die Brennstofftanks 20 besonders kompakt im Triebkopf 10 zu integrieren.
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In 2 ist der Triebkopf 10 in einer Seitenansicht gezeigt. Hier kann man noch einmal den sehr flachen Aufbau des Triebkopfs 10 erkennen. Insbesondere durch die geringere Bauhöhe des Triebkopfs 10 ist es möglich, diesen mit unterschiedlichsten Aufbauten, wie beispielsweise Fahrerkabinen, Transportkabinen und dergleichen, zu verschiedensten Varianten von Zugfahrzeugen auszubauen.
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In 3 ist der Triebkopf 10 in einer Draufsicht gezeigt. Vorliegend ist die bereits erwähnte elektrische Antriebsmaschine 16 zu erkennen, welche im Bereich einer nicht näher bezeichneten Hinterachse des Triebkopfs 10 verbaut ist. Die elektrische Maschine 16 kann beispielsweise in besagte Hinterachse integriert sein, wobei das zuvor bereits erwähnte und hier auch nicht näher bezeichnete Bremssystem ebenfalls in diese Hinterachse integriert sein kann.
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In 4 ist ein Gespann 24 in einer Seitenansicht gezeigt. Das hier nur schematisch dargestellte Gespann 24 umfasst ein Zugfahrzeug 26, welches den Triebkopf 10 und einen Aufbau 28 aufweist. Zum Gespann 24 gehört zudem ein Anhänger 30, welcher am Triebkopf 10 angehängt ist. Über besagte standardisierte Schnittstellen kann der Triebkopf 10 mit unterschiedlichsten Varianten solcher Aufbauten 28 und Anhänger 30 kombiniert werden. Somit können unterschiedlichste Varianten solcher Gespanne 24 realisiert werden, welche sowohl zum Transport von Personen als auch zum Transport von Gütern genutzt werden können. Insbesondere ist es aufgrund der autonomen Fahrfähigkeiten des Triebkopfs 10 möglich, derartige Gespanne 24 - sofern dies gesetzlich zugelassen ist - vollständig autonom zu bewegen. Durch die beliebige Skalierbarkeit der Leistung des Triebkopfs 10 und Auswahl geeigneter Varianten der Aufbauten 28 und Anhänger 30 ist es möglich, den Triebkopf 10 und derartige Gespanne 24 für verschiedenste Anwendungsfälle einzusetzen. Durch den batterieelektrischen Antrieb des Triebkopfs 10 in Kombination mit dem Range-Extender ist es möglich, mit derartigen Gespannen 24 Reichweiten zu erzielen oder auch zu übertreffen, welche bei konventionell mit Verbrennungskraftmaschinen angetriebenen Fahrzeugen derzeit möglich ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Triebkopf
- 12
- Fahrwerk des Triebkopfs
- 14
- Räder
- 16
- elektrische Antriebsmaschine
- 18
- Brennstoffzellen des Range-Extenders
- 20
- Brennstofftanks des Range-Extenders
- 22
- Verdichter des Range-Extenders
- 24
- Gespann
- 26
- Zugfahrzeug
- 28
- Aufbauten
- 30
- Anhänger
