DE102019132698A1

DE102019132698A1 - Vorrichtung zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102019132698A1
Application number: DE102019132698.2A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-02
Filing date: 2019-12-02
Publication date: 2021-06-02
Also published as: WO2021110694A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb. Die Vorrichtung (2) umfasst:- eine Tragstruktur (4),- mindestens einen Elektromotor (8), der an der Tragstruktur (4) drehfest befestigt ist,- mindestens ein Antriebselement (24), das an der Tragstruktur (4) gelagert, von dem Elektromotor (8) antreibbar und mit einem nicht gelenkten Rad (26) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und eine Drehbewegung des Elektromotors (8) auf das Rad (26) überträgt und dieses antreibt,- einen elektrischen Energiespeicher (28), der an der Tragstruktur (4) befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors (8), und- mindestens ein Befestigungselement (30, 32, 36, 38, 40) zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur (4) an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb.
Vor dem Hintergrund der globalen Klimaerwärmung wird eine Reduktion von Treibhausgasen gefordert. In der Europäischen Union werden verbindliche Klimaziele vorgegeben: Bis 2021 dürfen alle neu zugelassenen Personenkraftwagen in der EU im Schnitt maximal 95 g CO₂/km ausstoßen.
Neben dem Treibhausgas CO₂ stellt Feinstaub eine weitere Belastung vor allem in den Großstädten dar. Viele Großstädte in der EU haben zunehmend Probleme die immer strenger werdenden Grenzwerte für die Luftqualität einzuhalten. Als Maßnahmen zur Reduktion von CO₂ und Feinstaub wurden in einigen Städten bereits Dieselfahrverbote ausgesprochen. Die Einführung elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge wird forciert. Zwar sind Elektrofahrzeuge bereits recht ausgereift und reichen immer besser an mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebene Kraftfahrzeuge heran. Dennoch bleiben die Akzeptanz und der Absatz von Elektrofahrzeugen hinter den Erwartungen zurück. Laut Statistik des Kraftfahrt-Bundesamts liegt für 2019 bei ca. 65 Mio. insgesamt zugelassenen Fahrzeugen in Deutschland der Anteil von Elektrofahrzeugen bei gerade 1,9 %. Die Marktanteile von Elektrofahrzeugen weltweit bewegen sich aktuell im Mittel bei etwa 5 %, die einzige Ausnahme ist Norwegen mit einem Anteil von ca. 60 %.
Im Zuge der Entwicklung und der Herstellung nennenswerter Stückzahlen von Elektrofahrzeugen werden weitere Problematiken deutlich:

- Hoher Aufwand an Ressourcen und Energie in der Herstellung: Lebenszyklus-Betrachtungen (cradle to grave) gehen davon aus, dass die Klimabilanz eines reinen Elektrofahrzeugs erst nach 100.000 km besser ist als die eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor.
- Massiver Eingriff in die Umwelt mit entsprechenden Verschmutzungen bei der Gewinnung von Lithium, Kobalt und seltenen Erden zur Herstellung von Li-Ionen Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge.
- Unzureichende Verfügbarkeit der Akkumulatoren für den globalen Bedarf
- Keine Lösung für den Umgang mit bereits produzierten und zugelassenen mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugen. Derzeit liegt die durchschnittliche Nutzungsdauer eines Kraftfahrzeugs in Deutschland bei etwa 9,5 Jahren.
- Keine Lösung für mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebene Kraftfahrzeuge, die noch produziert werden, bis eine Umstellung auf Elektromobilität in nennenswerten Stückzahlen erfolgt.

Dies führt zu einem Problem insbesondere in Ballungsräumen. Dort verursachen die mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebenen Kraftfahrzeuge aufgrund der hohen Fahrzeugdichte und des Stop-and-Go-Betriebs eine besonders hohe Belastung mit Treibhausgasen und Feinstaub. Zudem fehlt es in Ballungsräumen aufgrund der dichten Bebauung häufig an einem Luftaustausch, um die belasteten Luftmassen umzuwälzen und auf die Umgebung zu verteilen.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mittels Verbrennungsmotor angetriebenes mehrrädriges Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, mit möglichst geringem Aufwand und Kosten vorübergehend auf Elektroantrieb umzurüsten. Zudem soll der Umrüstvorgang möglichst schnell, unkompliziert und automatisiert erfolgen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ausgehend von der Vorrichtung der eingangs genannten Art zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Vorrichtung umfasst:

- eine Tragstruktur,
- mindestens einen Elektromotor, der an der Tragstruktur drehfest befestigt ist,
- mindestens ein Antriebselement, das an der Tragstruktur gelagert, von dem Elektromotor betätigbar und mit einem nicht gelenkten Rad des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und eine Drehbewegung des Elektromotors auf das Rad überträgt und dieses antreibt,
- einen elektrischen Energiespeicher, der an der Tragstruktur befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors, und
- mindestens ein Befestigungselement zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um ein Modul, das bei Bedarf als Einheit schnell und unkompliziert an einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann und dann das Kraftfahrzeug elektrisch antreiben kann. So wäre es bspw. denkbar, eine Vielzahl solcher Vorrichtungen an den Grenzen zu Ballungsräumen, insbesondere an Stadtgrenzen, vorzuhalten. Die Vorrichtungen können an Kraftfahrzeugen montiert werden, die in den Ballungsraum einfahren möchten, so dass sich die Kraftfahrzeuge im Ballungsraum rein elektrisch fortbewegen können. Beim Verlassen des Ballungsraums werden die Vorrichtungen wieder abmontiert, so dass das Kraftfahrzeug außerhalb des Ballungsraums seine Fahrt mit konventionellem Antrieb mittels Verbrennungsmotor fortsetzen kann. Die abmontierten Vorrichtungen werden an einer geeigneten Ladestation wieder aufgeladen und dann für eine erneute Montage an einem in den Ballungsraum einfahrenden Kraftfahrzeug vorgehalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert temporär einen Elektroantrieb in ein bestehendes Kraftfahrzeug mit konventionellem Antrieb. Damit verfolgt die Erfindung einen anderen Ansatz als feste Umbau-Lösungen von vielen Kleinanbietern. Die Vorrichtung wird auf möglichst viele verschiedene Fahrzeuge aufgeteilt, so dass sich pro Fahrzeug sehr niedrige Kosten ergeben.
Da die in den Ballungsräumen üblicherweise zurückgelegte Strecke recht gering ist, genügt es, wenn die Vorrichtung einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs auf etwa 30-40 km ermöglicht. Anders als reine Elektrofahrzeuge mit einer Reichweite von mehreren hundert Kilometern, kann der elektrische Energiespeicher (z.B. in Form eines Akkumulators, insbesondere eines Li-Ionen Akkumulators) der erfindungsgemäßen Vorrichtung klein, leicht und kompakt ausgestaltet werden. Trotz des temporären Elektroantriebs muss das Kraftfahrzeug also nicht mehrere hundert Kilogramm an Akkumulator mitführen, wie dies bei reinen Elektrofahrzeugen der Fall ist. Bei montierter Vorrichtung muss lediglich die im Vergleich zu herkömmlichen Elektroantrieben kompakte und leichte Vorrichtung mitgeführt werden. Bei demontierter Vorrichtung muss nicht einmal die Vorrichtung mitgeführt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass jegliche Art von Kraftfahrzeug mit Antrieb mittels Verbrennungsmotor temporär auf einen Elektrobetrieb umgerüstet werden kann. Es kann also unmittelbar nach Einführung der Erfindung eine deutlich spürbare Reduktion der Treibhausgase und des Feinstaubs in Städten erzielt werden. Insbesondere kann mit der Erfindung eine zeitnahe 100 % Elektrifizierung des Verkehrs in den Innenstädten realisiert werden. Der verkehrsbedingte Ausstoß an Treibhausgasen und Feinstaub kann zeitnah auf ein Minimum reduziert werden.
Zudem kann auf Fahrverbote in den Innenstädten verzichtet werden. Auch Personen, die nicht das Geld haben, sich ein Elektrofahrzeug zu kaufen, oder ein solches aus anderen Gründen nicht kaufen möchten, können mit der Erfindung bedenkenlos in Ballungsräume, insbesondere in Innenstädte, fahren.
Die kleinen und kompakten Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere der relative kleine elektrische Energiespeicher erlauben eine einfache und kostengünstige Fertigung der Vorrichtung. Die Umweltbelastung durch den Abbau von Rohstoffen zur Herstellung von Akkumulatoren kann aufgrund der relativ geringen Kapazität des elektrischen Energiespeichers auf ein Minimum reduziert werden. Das Herstellvolumen der Akkumulatoren kann auf eine sehr viel größere Anzahl von Fahrzeugen verteilt werden. Zudem können Automobilhersteller den Vertrieb von Kraftfahrzeugen mit konventionellem Antrieb mittels Verbrennungsmotor zumindest bis auf weiteres fortsetzen und die Umstellung auf Zero Emission Fahrzeuge kann planbar parallel dazu erfolgen.
Abhängig von Größe und Gewicht eines temporär umzurüstenden Kraftfahrzeugs können verschiedene Leistungsstufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgehalten werden. Es kann eine oder können mehrere der Vorrichtungen je Kraftfahrzeug montiert werden. Die Vorrichtungen werden vorzugsweise vollautomatisch an den Kraftfahrzeugen montiert, bspw. mittels eines Montageroboters. Ziel ist es, dass die Fahrer der Kraftfahrzeuge für die Montage und Demontage der Vorrichtungen jeweils nicht länger als an einer Mautstelle warten müssen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der Fahrer eine erfindungsgemäße Vorrichtung mitführt, bspw. im Kofferraum, und diese bei Bedarf an seinem Fahrzeug selbst montiert.
Unter Umständen kann es zur Montage der Vorrichtung an einem Kraftfahrzeug erforderlich sein, das Kraftfahrzeug vorzurüsten, so dass die Montage und Demontage der Vorrichtung problemlos und schnell erfolgen kann. Denkbar wäre sogar ein standardisierter Befestigungsanschluss an einem Kraftfahrzeug für die Vorrichtung, mit dem die Kraftfahrzeuge entweder ab Werk oder nachträglich ausgerüstet sind.
Wichtig bei der Montage der Vorrichtung an dem Kraftfahrzeug ist es, dass die Vorrichtung drehfest an einem Teil des Kraftfahrzeugs befestigt wird, das sich nicht zusammen mit dem Rad dreht, um ein Drehmoment von der Vorrichtung auf das angetriebene Rad übertragen zu können. In diesem Sinne wäre es denkbar, dass die Vorrichtung einfach auf das angetriebene Rad gelegt und von dem Rad abgestützt wird. Eine drehfeste Befestigung der Vorrichtung an dem Fahrgestell oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs kann dann besonders kleinbauend und filigran ausgebildet werden, da sie nicht das Gewicht der Vorrichtung halten muss. Sie muss lediglich dafür sorgen, dass die Vorrichtung mit ihrem mindestens einen Antriebselement auf dem Rad gehalten und (um die Drehachse des Rades) drehfest gegenüber dem Fahrgestell oder der Karosserie ist.
Zur Übertragung des Drehmoments auf das angetriebene Rad gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement eine Reibrolle aufweist, welche die Drehbewegung des Elektromotors auf eine Lauffläche, eine Flanke und/oder eine Felge des angetriebenen Rads des Kraftfahrzeugs mittels Reibschluss überträgt. Die Reibrolle muss bspw. federbelastet oder mittels geeigneter Spannelemente gegen die Fläche des Rads gedrückt werden, auf die die Reibrolle wirkt. Dies erlaubt eine besonders einfache Kopplung zwischen Antriebselement und dem angetriebenen Rad, die schnell herstellbar und wieder lösbar ist. Eine Vorrüstung oder Umrüstung des Kraftfahrzeugs bzw. des angetriebenen Rads zur Drehmomentübertragung von der Vorrichtung auf das Rad ist nicht erforderlich.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement eine Formschlussverbindung zu dem anzutreibenden Rad des Kraftfahrzeugs aufweist, die ausgebildet ist, die Drehbewegung des Elektromotors mittels Formschluss auf das angetriebene Rad zu übertragen. Dies kann bspw. mittels eines Zahnradgetriebes, einer Antriebskette, eines Antriebsriemens oder dergleichen erfolgen. Eine Formschlussverbindung zwischen Antriebselement und angetriebenem Rad könnte eine Vorrüstung oder Umrüstung des Kraftfahrzeugs bzw. des angetriebenen Rads zur Drehmomentübertragung von der Vorrichtung auf das Rad erforderlich machen. Ein Vorteil besteht jedoch in dem hohen Wirkungsgrad eines solchen Antriebs, der durch die Formschlussverbindung zwischen dem Antriebselement und dem Rad erzielt werden kann, da Reibverluste ausgeschlossen sind.
Zur Befestigung der Vorrichtung an dem Kraftfahrzeug, insbesondere an dem Fahrgestell und/oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs, gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bspw. vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur temporären Montage in oder an einem Radkasten des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Dies setzt voraus, dass die Vorrichtung in Form und Abmessungen derart ausgebildet ist, dass sie zwischen das angetriebene Rad und die Innenseite des Radkastens eingesetzt werden kann, wobei nach Möglichkeit immer noch eine ausreichende Federung des Rads möglich sein sollte, ohne dass die Vorrichtung an der Innenseite des Radkastens anstößt. Bevorzugt liegt die Vorrichtung auf dem angetriebenen Rad auf und wird von diesem gehalten. Relativ kleinbauende und filigrane Verbindungen zu dem Fahrgestell, Rad und/oder der Karosserie des Fahrzeugs sorgen dafür, dass die Vorrichtung nicht von dem Rad heruntergleiten kann und dass sich die Vorrichtung nicht bezüglich des statischen Teils des Kraftfahrzeugs (z.B. Fahrgestell, Karosserie) dreht.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur temporären Montage an einem Heck des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Anhängerkupplung oder einer Stoßstange des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist. In diesem Fall wäre die Vorrichtung also mittelbar über die Anhängerkupplung oder die Stoßstange an dem Fahrgestell bzw. der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt. Der Vorteil ist eine besonders stabile Befestigung der Vorrichtung und ein bereits am Fahrzeug vorhandener Befestigungsanschluss in Form der Anhängerkupplung oder der Stoßstange, an dem die Vorrichtung schnell, einfach und sicher befestigt werden kann. Die Verbindung zwischen Elektromotor und Antriebselement zur Übertragung der Drehbewegung bzw. eines Drehmoments muss dann allerdings von hinten seitlich am Fahrzeug bis zu einem der hinteren Räder des Kraftfahrzeugs geführt werden, wo das Antriebselement angeordnet und mit dem angetriebenen Rad gekoppelt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Steuergerät zur Steuerung des Elektromotors, des Antriebselements, der Spannelemente und/oder des elektrischen Energiespeichers der Vorrichtung aufweist. Das Steuergerät umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor, auf dem ein Computerprogramm zur Realisierung der Steuerungs- und/oder Regelungsfunktion innerhalb der Vorrichtung ablauffähig ist. So kann das Steuergerät bspw. aufgrund von externen Befehlen/ Signalen den Elektromotor starten, stoppen, beschleunigen, abbremsen oder ihn in einen Generatorbetrieb schalten; die Kopplung zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Rad herstellen oder lösen; eine Stromabgabe oder ein Aufladen des elektrischen Energiespeichers steuern. Die externen Befehle/ Signale empfängt das Steuergerät der Vorrichtung vorzugsweise über eine Datenschnittstelle von einer Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere einem Datenbus, des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss des elektrischen Energiespeichers der Vorrichtung an ein elektrisches Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs aufweist. Dies kann vorteilhaft sein, um bspw. den Stand der Fahrzeugbatterie und/oder des elektrischen Energiespeichers der Vorrichtung zu beobachten und zu kontrollieren und bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Ferner könnte der elektrische Energiespeicher der Vorrichtung die Fahrzeugbatterie bei der Wahrnehmung von Informations- und Komfortfunktionen energietechnisch unterstützen. Derartige Funktionen sind bspw. die Beleuchtung des Fahrzeugs innen und außen; Navigation; Multimediaanwendungen; Sitzheizung; Heckscheibenheizung; elektrische Betätigungsmotoren für Sitze, Fenster, Schiebedach; elektrische Zuheizer oder Standheizung zum Aufwärmen des Innenraums. Darüber hinaus könnte der elektrische Energiespeicher der Vorrichtung die Fahrzeugbatterie bei der Wahrnehmung von Sicherheitsfunktionen des Kraftfahrzeugs, wie bspw. x-by-wire Funktionen (drive-by-wire; elektrisches Gaspedal, elektrisches Bremspedal, elektrische Kupplung) oder eine elektrische Servolenkung redundant unterstützen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung über eine Datenschnittstelle in Verbindung mit einer Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere einem Datenbus, des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht und über die Datenschnittstelle in die Datenkommunikation über die Datenkommunikationseinrichtung einbezogen ist. Das hat den Vorteil, dass eine Benutzerschnittstelle (MMI; man-machine-interface) des Kraftfahrzeugs in gewohnter Form erhalten bleibt. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann auch im temporären Elektrobetrieb - wie üblich - über ein Fahrpedal (z.B. das Gaspedal) das Fahrzeug beschleunigen, es über ein Bremspedal abbremsen, es über das Lenkrad lenken und alle Informations- und Komfortfunktionen wie im konventionellen Betrieb mittels Verbrennungsmotor nutzen. Das setzt allerdings voraus, dass die Vorrichtung bzw. deren Steuergerät in die Datenkommunikation in dem Fahrzeug eingebunden ist. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Datenschnittstelle zum Anschluss der Vorrichtung an eine Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere einen Datenbus, des Kraftfahrzeugs aufweist.
Ein Zugriff auf den Datenbus des Kraftfahrzeugzeugs könnte bspw. mittels einer Vorrüstung einer entsprechenden Buchse oder eines Steckers am Kraftfahrzeug, die mit dem Datenbus in Kommunikationsverbindung stehen, realisiert werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung könnte an die Buchse bzw. den Stecker angeschlossen werden, um die gewünschten Betriebsgrößen und Kommunikationssignalen des Kraftfahrzeugs abzugreifen.
Falls ein direkter Zugriff auf den Datenbus des Kraftfahrzeugs zum Abgreifen von Betriebsgrößen und Kommunikationssignalen des Kraftfahrzeugs nicht möglich oder nicht gewünscht ist, wäre auch eine vereinfachte Version denkbar. So könnten bspw. über eine Steckdose einer Anhängevorrichtung des Kraftfahrzeugs in begrenztem Umfang Betriebsgrößen und Kommunikationssignalen des Kraftfahrzeugs abgegriffen werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine elektrisch betriebene Unterdruckpumpe sowie einen Pneumatik-Anschluss zum Anschluss der Unterdruckpumpe an einen Unterdruck-Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs aufweist. Der Pneumatik-Anschluss könnte an ein T-Stück, vorzugsweise mit Rückschlagventilen, angeschlossen werden, das in eine Unterdruckleitung des Unterdruck-Bremskraftverstärkers eingesetzt ist. Auf diese Weise würde selbst bei einem elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs die Funktion des Bremskraftverstärkers aufrecht erhalten bleiben.
Ferner wäre es denkbar, dass die Vorrichtung eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe sowie einen Hydraulik-Anschluss zum Anschluss der Hydraulikpumpe an einen Hydraulik-Bremskraftverstärker und/oder eine Hydraulik-Servolenkung aufweist. Der Hydraulik-Anschluss könnte an ein T-Stück angeschlossen werden, das in eine Hydraulikleitung des Hydraulik-Bremskraftverstärkers oder der Hydraulik-Servolenkung eingesetzt ist. Auf diese Weise würde selbst bei einem elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs die Funktion des Bremskraftverstärkers bzw. der Servolenkung aufrecht erhalten bleiben.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen Richtungsschalter zum Einstellen einer Antriebsrichtung des Antriebselements aufweist, der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist. Der Richtungsschalter könnte mittels eines Kabels oder schnurlos, bspw. über eine Funkverbindung, mit der Vorrichtung bzw. deren Steuergerät in Verbindung stehen. Der Richtungsschalter wird vorzugsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, so dass er von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient werden kann. Der Richtungsschalter steuert vorzugsweise die Drehrichtung des Elektromotors der Vorrichtung. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen dem Elektromotor und dem Antriebselement ein Umschaltgetriebe angeordnet ist, um bei gleichbleibender Drehrichtung des Elektromotors die Drehrichtung des Antriebselements umzukehren, wobei das Getriebe über den Richtungsschalter angesteuert werden kann. Es ist denkbar, Vorkehrungen zu treffen, dass der Richtungsschalter nur bei stehendem Kraftfahrzeug (Fahrzeuggeschwindigkeit V_Kfz < Grenzwert, vorzugsweise V_Kfz = 0 km/h) betätigt werden kann. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung durch Einschalten einer Zündung des Kraftfahrzeugs („Klemme 15“ bzw. „Klemme 50“ des Kraftfahrzeugs) und Einlegen einer neutralen Fahrstufe (N) eines Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs oder eines Leerlaufs eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs automatisch aktivierbar ist. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für „Klemme 15“ (geschaltetes Plus vom Zündstartschalter) bzw. „Klemme 50“ (Startinformation am Starter (Magnetschalter)) sowie für die aktuelle Stellung eines Getriebes des Kraftfahrzeugs von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Im Anschluss an die Aktivierung der Vorrichtung kann das Antriebselement durch Wahl einer Stellung des Richtungsschalters und damit einer Antriebsrichtung des Antriebselements in eine Drehbewegung versetzt werden.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung ausgebildet, nach ihrer Aktivierung und nach Vorgabe einer Antriebsrichtung des Antriebselements, durch Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs das angetriebene Rad des Kraftfahrzeugs über das Antriebselement in eine Drehbewegung zu versetzen, die abhängig ist von der vorgegebenen Antriebsrichtung und einer Betätigungsposition des Fahrpedals. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Betätigungsposition des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Bei über den Richtungsschalter eingestellter Antriebsrichtung des Antriebselements bzw. des Elektromotors kann über das Fahrpedal des Kraftfahrzeugs in an sich bekannter Weise die Geschwindigkeit des nunmehr mittels der Vorrichtung rein elektrisch betrieben Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Es ist denkbar, die Geschwindigkeit auf einen bestimmten maximalen Geschwindigkeitswert zu beschränken, bspw. auf 80 km/h.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung vorteilhafterweise ausgebildet, eine Kopplung zwischen dem Antriebselement der Vorrichtung und dem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. den maximalen Geschwindigkeitswert) überschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt (z.B. im Teillastbetrieb oder Leerlauf) und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet. In all diesen Fällen kann das Antriebselement von dem angetriebenen Rad entkoppelt werden, um elektrische Energie zu sparen.
Ferner ist die Vorrichtung vorteilhafterweise ausgebildet, den Elektromotor stromlos zu schalten, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei können die nachfolgend beschriebenen und/ oder in den Figuren gezeigten Merkmale auch einzeln und unabhängig von den übrigen Merkmalen erfindungswesentlich sein. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die nachfolgend beschriebenen und/ oder in den Figuren gezeigten Merkmale auch in einer beliebigen Kombination aufweisen, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschreiben ist und/oder in den Figuren nicht ausdrücklich gezeigt ist. Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform;
2 eine Antriebseinheit der Vorrichtung aus 1 in einem Ausschnitt;
3 zwei Antriebseinheiten für die Vorrichtung aus 1 in einem Ausschnitt;
4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Antriebseinheiten montiert an einem Rad eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht;
5 die Vorrichtung aus 4 in einer Ansicht von vorne;
6 einen an einer Radnabe montierten Adapter zur Befestigung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
7 den Adapter aus 6 mit der daran montierten Vorrichtung im Ausschnitt;
8 eine an einer Felge eines Rads des Kraftfahrzeugs befestige erfindungsgemäße Vorrichtung; und
9 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In 1 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Die Vorrichtung 2 dient zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb. Die Vorrichtung 2 umfasst:

- Eine Tragstruktur 4, die in diesem Beispiel eine Grundplatte umfasst, die bspw. aus Metall (z.B. Stahl oder Aluminium) oder Kunststoff gefertigt ist. Die meisten Komponenten der Vorrichtung 2 sind an der Tragstruktur 4 befestigt. Ein Gehäuse 6, das bspw. aus Kunststoff oder Metall gefertigt ist, ist auf die Tragstruktur 4 aufgesetzt und daran lösbar befestigt. Das Gehäuse 4 umschließt die an der Tragstruktur 4 befestigten Komponenten und schützt diese vor mechanischer Beanspruchung (z.B. Schläge, Kratzer) und Witterungseinflüssen (z.B. Regen, Schnee, Hagel, Salzwasser).
- Mindestens einen Elektromotor 8, der an der Tragstruktur 4 drehfest befestigt ist, damit er ein Drehmoment übertragen kann. In dem gezeigten Beispiel ist der Motor 8 über eine Schubstange 10 drehfest an der Tragstruktur 4 befestigt. Die Schubstange 10 ist mit auf mindesten einer Seite mit einer Verzahnung 12 versehen, die mit Zahnrädern 14 in Eingriff steht, die bezüglich der Tragstruktur 4 drehbar gelagert sind. Die Zahnräder 14 können durch einen Stellantrieb 16, der ebenfalls an der Tragstruktur 4 befestigt ist, in eine Drehbewegung versetzt werden. Wie aus 3 ersichtlich, ist insbesondere vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 2 zwei Elektromotoren 8 aufweist. der Stellantriebe 16 ein erstes zentrales Zahnrad 14.1 in eine Drehbewegung 18.1 versetzt. Das Zahnrad 14.1 steht mit zwei weiteren Zahnrädern 14.2 und 14.3 in Eingriff und versetzt diese in Drehbewegungen 18.2 und 18.3. Diese Zahnräder 14.2, 14.3 stehen wiederum in Eingriff mit der Verzahnung 12 der Schubstangen 10 und versetzten diese in eine Linearbewegung 20. Die Schubstangen 10 sind mittels Führungselementen 22 in Richtung der Linearbewegung 20 beweglich an der Tragstruktur 4 geführt.
- Mindestens ein Antriebselement 24, das an der Tragstruktur 4 gelagert und von einem Elektromotor 8 angetrieben ist. In dem gezeigten Beispiel umfasst das Antriebselement 24 eine Reibrolle mit einem Reibbelag. Das Antriebselement 24 ist mittelbar über die Schubstange 10 an der Tragstruktur 4 gelagert. Der Motor 8 ist als ein Außenläufer ausgebildet und das Antriebselement 24 ist auf dem außen umlaufenden Rotor des Motors 8 befestigt. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Motor-Antriebseinheit 8, 24 geschaffen werden. Das Antriebselement 24 ist mit einem Rad 26 (vgl. 4, 5) des Kraftfahrzeugs koppelbar. Es überträgt eine Drehbewegung des Elektromotors 8 auf das Rad 26 mittels Reibschluss und treibt das Rad 26 an. Die Reibrolle 24 muss bspw. federbelastet oder mittels geeigneter Spannelemente gegen eine Fläche des Rads gedrückt werden, auf die die Reibrolle 24 wirkt (bspw. eine Flanke oder eine Lauffläche). Durch Bewegen der Schubstangen 10 in Richtung der Linearbewegung 20 können die Antriebselemente 24 gegen die Lauffläche des Rads 26 gedrückt oder von dieser wieder gelöst werden. Die Schubstangen 10 werden vorzugsweise motorisiert bewegt. Alternativ kann das Antriebselement 24 auch gegen eine Flanke oder eine Felge des Rads 26 gedrückt werden. Auf der den Reibrollen 24 gegenüberliegenden Seite des Rads 26 kann eine Führungsrolle 25 vorgesehen sein (vgl. 4).
- Einen elektrischen Energiespeicher 28, der an der Tragstruktur 4 befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors 8 über eine elektrische Leitung 29. Der Energiespeicher 28 ist vorzugsweise als ein wieder aufladbarer Akkumulator ausgebildet. Der Akkumulator 28 umfasst vorzugsweise einzelne Zellen 28.1. Er kann ein Steuergerät 28.2 zur Steuerung der Energieabgabe beim Betrieb des Elektromotors 8 und/ oder die Energieaufnahme beim Aufladen des Akkumulators 28 aufweisen. Die Kapazität des Energiespeichers 28 kann im Vergleich zu den Akkumulatoren herkömmlicher Elektrofahrzeuge relativ gering sein, da mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich eine beschränkte Strecke mit niedriger Geschwindigkeit in Ballungsräumen zurückgelegt werden muss. Die maximale Reichweite beträgt bspw. 100 km oder weniger. Da die in den Ballungsräumen üblicherweise zurückgelegte Strecke recht gering ist, genügt es, wenn die Vorrichtung 2 einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs auf etwa 30-40 km ermöglicht. Dadurch kann der Energiespeicher 28 besonders kleinbauend, kompakt und leicht ausgebildet sein. Ein Laden des Energiespeichers 28 kann über ein Ladekabel, induktiv oder auf andere Weise erfolgen, vorzugsweise durch ein externes Ladegerät, um das Gewicht der Vorrichtung 2 zu reduzieren. Eine entsprechende Schnittstelle 64, bspw. eine Typ2 Steckdose, kann vorgesehen sein. Denkbar wäre jedoch auch, dass die Vorrichtung 2 ein integriertes Ladegerät aufweist.
- Mindestens ein Befestigungselement zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur 4 der Vorrichtung 2 an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs. Das Befestigungselement umfasst bspw. ein Lager 30, vorzugsweise ein Rollenlager, das drehbar an einem Adapter 32 gelagert ist, der an der Nabe 34 oder Felge 26.1, 26.2 des Rads 26 befestigt sein kann (vgl. 6 und 7). Die Vorrichtung 2 kann mittels einer Verriegelungseinrichtung 36, die bspw. einen Sicherungsring umfasst, an dem Adapter 32 in Axialrichtung gesichert sein (vgl. 1). Der Sicherungsring 36 kann in eine Ringnut 38 des Adapters 32 eingreifen (vgl. 7). Damit ist die Vorrichtung 2 mittelbar über die Radnabe 34 an der Karosserie oder dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs gehalten. Ferner kann das Befestigungselement mindestens einen, vorzugsweise zwei radial abstehende Vorsprünge 40 aufweisen (vgl. 4), die an der Tragstruktur 4 oder dem Gehäuse 6 befestigt sind und eine Drehung der Vorrichtung 2 um die Drehachse 42 des Rads 26 relativ zu dem Kraftfahrzeug verhindern. Dank der Vorsprünge 40 ist die Vorrichtung 2 drehfest an dem Fahrzeug gehalten. In diesem Fall wäre die Vorrichtung 2 in oder an dem Radkasten/ Schweller des Kraftfahrzeugs befestigt. Alternativ kann die Vorrichtung 2 auch mittels eines mindestens eine Spannvorrichtung 37 umfassenden Befestigungselements an einer Felge des Rads 26 lösbar befestigt werden (vgl. 8). In der oberen Hälfte der 8 ist eine Leichtmetallfelge 26.1 und in der unteren Hälfte eine Stahlfelge 26.2 gezeigt.

Die vorliegende Erfindung integriert temporär einen Elektronantrieb in bestehende Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb, sie verfolgt damit also einen anderen Ansatz als die bisher bekannten festen Einbau-Lösungen von Kleinanbietern. Ziel der Erfindung ist eine Aufteilung der zur Verfügung stehenden Vorrichtungen 2 auf möglichst viele verschieden Fahrzeuge je nach Bedarf, wodurch ein wesentlich effizienter Einsatz der zur Verfügung stehenden Energiespeicher 28 als Sharing-Produkte möglich ist. Eine zeitnahe, bis zu 100%-ige Elektrifizierung des Verkehrs in Städten kann so realisiert werden. Der Ausstoß von Treibhausgasen (insbesondere CO₂) und die Feinstaubbelastung gehen zurück. Fahrzeughalter von herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor können ihr gewohntes Fahrzeug weiterhin innerhalb der Stadtgrenzen bewegen, allerdings mit elektrischem Antrieb dank der temporär montierten erfindungsgemäßen Vorrichtung 2.
Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Automobilindustrie bzw. die OEMs bestehende Produkte (Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und die entsprechenden Zuliefererteile) zunächst weiter vertreiben und die Umstellung auf alternative Antriebe planbar parallel dazu gestalten können.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 ist ausgebildet, als eine Einheit aus Energiespeicher 28 und Elektromotor 8 ein Drehmoment z.B. über eine Reibrolle 24 und/ oder einen geeigneten formschlüssigen Eingriff auf eines oder mehrere der nicht gelenkten Räder 26 eines konventionellen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor zu übertragen.
Die Vorrichtung 2 ist für den reinen Stadtbetrieb gedacht und kann bei Bedarf an jedes beliebige Fahrzeug angekoppelt und wieder abgenommen werden. Je nach Art der Übertragung des Drehmoments ist eine Vorrüstung der Fahrzeuge mit einem entsprechenden Adapter 32 sinnvoll bzw. erforderlich. Es erfolgt kein Eingriff in den bestehenden Triebstrang des Fahrzeugs; die Vorrichtung 2 setzt von außen am Fahrzeug an.
Die Vorrichtung 2 umfasst vorzugsweise ein Steuergerät 44. Diese kann den Betrieb des Elektromotors 8 und/oder das Aufladen des Energiespeichers 28 steuern und/oder regeln. Die Benutzerschnittstelle (MMI - man-machine interface) des Fahrzeugs bleibt vorzugsweise wie gewohnt bestehen: die vom Fahrzeughersteller bzw. OEM bereits verbauten Systeme, wie Gas, Bremse, Lenkung und alle Informations- und Komfortfunktionen können vorzugsweise wie bisher genutzt werden. Zu diesem Zweck kann das Steuergerät 44 auch die Befehle/ Informationen dieser Systeme einlesen und zur Steuerung der Vorrichtung 2 verarbeiten. Zu diesem Zweck verfügt die Vorrichtung 2 bspw. über ein Steckerelement 46 (Stecker oder Buchse), der über einen Kabelbaum 48 an das Steuergerät 44 angeschlossen ist. Das Steckerelement 46 kann an ein entsprechendes Steckerelement (Buchse oder Stecker) des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden, welches mit einem Kabelbaum oder einem Datenbus des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht. Über das Steckerelement 46 kann das Steuergerät 44 Signale/ Informationen von dem Kabelbaum bzw. Datenbus des Kraftfahrzeugs einlesen und zur Steuerung der Vorrichtung 2 nutzen. Ebenso kann das Steuergerät 44 Informationen/ Signale der Vorrichtung 2 auf den Datenbus bzw. den Kabelbaum des Kraftfahrzeugs zur weiteren Verarbeitung oder Ausgabe durch ein Steuergerät in dem Kraftfahrzeug anlegen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 2 über eine elektrisch betriebene Unterdruck- oder Vakuumpumpe 50 sowie einen Pneumatik-Anschluss 52 zum Anschluss der Unterdruckpumpe 50 an einen Unterdruck-Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs über eine Unterdruckleitung 54 aufweist. Der Pneumatik-Anschluss 52 könnte an ein T-Stück 56, vorzugsweise mit Rückschlagventilen, angeschlossen werden, das in eine Unterdruckleitung 58 eines Unterdruck-Bremskraftverstärkers eingesetzt ist. Die Unterdruckleitung 58 verbindet bspw. eine Unterdruckdose mit einer oder mehreren Bremsen des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise könnte selbst bei einem rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs die Funktion des Bremskraftverstärkers aufrecht erhalten bleiben.
Ebenso könnte die Vorrichtung 2 über eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe sowie einen Hydraulik-Anschluss (beide nicht dargestellt) zum Anschluss der Hydraulikpumpe an einen Hydraulik-Bremskraftverstärker und/oder eine Hydraulik-Servolenkung verfügen. Die Hydraulikpumpe könnte über den Hydraulik-Anschluss an einen Hydraulikkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden und in diesem bei einem rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs für den zum Betrieb eines Hydraulik-Bremskraftverstärkers und/oder einer Hydraulik-Servolenkung für den erforderlichen Betriebsdruck sorgen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 2 einen Richtungsschalter 60 zum Einstellen einer Antriebsrichtung (vorwärts FWD oder rückwärts RWD) des Antriebselements 24 aufweist, der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist. Der Richtungsschalter 60 könnte mittels eines Kabels oder schnurlos, bspw. über eine Funkverbindung 62, mit der Vorrichtung 2 bzw. deren Steuergerät 44 in Verbindung stehen. Der Richtungsschalter 60 wird vorzugsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, so dass er von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient werden kann. Der Richtungsschalter 60 gibt vorzugsweise die Drehrichtung des Elektromotors 8 der Vorrichtung 2 vor. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen dem Elektromotor 8 und dem Antriebselement 24 ein Umschaltgetriebe angeordnet ist, um bei gleichbleibender Drehrichtung des Elektromotors 8 die Drehrichtung des Antriebselements 24 umzukehren, wobei das Getriebe über den Richtungsschalter 60 umgeschaltet werden kann. Es ist denkbar, Vorkehrungen zu treffen, dass der Richtungsschalter 60 nur bei stehendem Kraftfahrzeug (Fahrzeuggeschwindigkeit |V_Kfz| < Grenzwert, vorzugsweise V_Kfz = 0 km/h) betätigt werden kann. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über das Steckerelement 46 und den Kabelbaum 48 von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung 2 durch Einschalten einer Zündung des Kraftfahrzeugs („Klemme 15“ bzw. „Klemme 50“ des Kraftfahrzeugs) und Einlegen einer neutralen Fahrstufe (N) eines Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs oder eines Leerlaufs eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs automatisch aktiviert. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für „Klemme 15“ (geschaltetes Plus vom Zündstartschalter) bzw. „Klemme 50“ (Startinformation am Starter (Magnetschalter)) sowie für die aktuelle Stellung eines Getriebes des Kraftfahrzeugs über das Steckerelement 46 und den Kabelbaum 48 von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Im Anschluss an die Aktivierung der Vorrichtung 2 kann der Elektromotor 8 bzw. das Antriebselement 24 durch Wahl einer Stellung des Richtungsschalters 60 und damit einer Antriebsrichtung des Antriebselements 24 in eine Drehbewegung versetzt werden.
Die Vorrichtung 2 ist vorzugsweise ausgebildet, nach ihrer Aktivierung und nach Vorgabe einer Antriebsrichtung des Antriebselements 24, durch Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer das angetriebene Rad 26 des Kraftfahrzeugs über das Antriebselement 24 in eine Drehbewegung zu versetzen, die abhängig ist von der mittels des Richtungsschalters 60 vorgegebenen Antriebsrichtung und einer Betätigungsposition des Fahrpedals. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Betätigungsposition des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs über das Steckerelement 46 und den Kabelbaum 48 von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Bei über den Richtungsschalter 60 eingestellter Antriebsrichtung des Antriebselements 24 bzw. des Elektromotors 8 kann über das Fahrpedal des Kraftfahrzeugs in an sich bekannter Weise die Geschwindigkeit des nunmehr mittels der Vorrichtung 2 rein elektrisch betrieben Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Es ist denkbar, die Geschwindigkeit auf einen bestimmten maximalen Geschwindigkeitswert zu beschränken, bspw. auf 80 km/h.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung 2 vorteilhafterweise ausgebildet, eine Kopplung zwischen dem Antriebselement 24 der Vorrichtung 2 und dem angetriebenen Rad 26 des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit V_Kfz einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. den maximalen Geschwindigkeitswert, bspw. 80 km/h) überschreitet und/oder einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. einen niedrigeren Grenzwert, bspw. 5 km/h) unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt (z.B. im Teillastbetrieb oder Leerlauf) und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet. In all diesen Fällen kann das Antriebselement 24 von dem angetriebenen Rad 26 entkoppelt werden, bspw. indem es von dem Rad 26 abgehoben wird, um elektrische Energie zu sparen.
Ferner ist die Vorrichtung 2 vorteilhafterweise ausgebildet, den Elektromotor 8 stromlos zu schalten, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit V_Kfz einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. den maximalen Geschwindigkeitswert, bspw. 80 km/h) überschreitet und/oder und/oder einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. einen niedrigeren Grenzwert, bspw. 5 km/h) unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet. Auch dies kann zu einer Einsparung an elektrischer Energie der Vorrichtung 2 und zu einer Erhöhung der rein elektrischen Reichweite des Fahrzeugs führen.
Anders als bei einem reinen Elektro- oder Hybridfahrzeug kann die Vorrichtung 2 sehr kompakt ausgeführt werden, da sie nur für geringe Reichweiten und geringe Geschwindigkeiten konzipiert ist. Somit sind deutlich weniger Li-Ionen Akkumulatoren für die Fahrt in der Stadt erforderlich als in einem üblichen Elektrofahrzeug.
Je nach zulässigem Gesamtgewicht des Fahrzeugs können verschieden starke Vorrichtungen 2 mit unterschiedlichem Drehmoment und/oder unterschiedlichen Abmessungen und/oder unterschiedlicher Kapazität des Energiespeichers 28 zum Einsatz.
Alternativ zu der Befestigung in oder am Radkasten des Kraftfahrzeugs (bspw. über die Radnabe 34; vgl. 6 und 7) wäre es auch denkbar, die Vorrichtung 2 am Fahrzeug auf einer bestehenden Anhängerkupplung, einem Adapter an einer Fahrzeugseite oder dem Fahrzeugheck zu befestigen.
Für den Betrieb der Vorrichtung 2 am Kraftfahrzeug kann ein Austausch von Medien (z.B. Luft bzw. ein Unterdruck und/oder Hydraulikflüssigkeit) und Informationen (z.B. Stellung „Klemme 15“, Zündung „Klemme 50“, Fahrpedal, Bremspedal „Klemme 54“, Getriebe und/oder evtl. Richtungsschalter 60, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Bordnetzspannung des Fahrzeugs) mit dem Fahrzeug über einen entsprechenden Leitungsstrang 48, 54 erforderlich sein.
Das Steuergerät 44 kann den Elektromotor 8, das Antriebselement 24 und/oder den elektrischen Energiespeicher 28 der Vorrichtung 2 steuern. Darüber hinaus wäre es denkbar, dass das Steuergerät 44 auch einen Spannmechanismus, umfassend bspw. die in Richtung 20 beweglichen Schubstangen 10, steuert, um je nach Betriebsart einen Reibschluss zwischen dem Antriebselement 24 und dem angetriebenen Rad 26 und eine Drehmomentübertragung zu realisieren bzw. die Drehmomentübertragung zu unterbrechen.

Claims

Vorrichtung (2) zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb, die Vorrichtung (2) umfassend - eine Tragstruktur (4), - mindestens einen Elektromotor (8), der an der Tragstruktur (4) drehfest befestigt ist, - mindestens ein Antriebselement (24), das an der Tragstruktur (4) gelagert, von dem Elektromotor (8) antreibbar und mit einem nicht gelenkten Rad (26) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und eine Drehbewegung des Elektromotors (8) auf das Rad (26) überträgt und dieses antreibt, - einen elektrischen Energiespeicher (28), der an der Tragstruktur (4) befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors (8), und - mindestens ein Befestigungselement (30, 32, 36, 38, 40) zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur (4) an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (24) eine Reibrolle aufweist, welche die Drehbewegung des Elektromotors (8) auf eine Lauffläche, eine Flanke und/oder eine Felge des angetriebenen Rads (26) des Kraftfahrzeugs mittels Reibschluss überträgt.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (24) ausgebildet ist, die Drehbewegung des Elektromotors (8) mittels Formschluss auf das angetriebene Rad (26) des Kraftfahrzeugs zu übertragen.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur temporären Montage in oder an einem Radkasten oder an einer Radnabe (34) oder an dem Rad (26) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur temporären Montage an einem Heck des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Anhängerkupplung oder einer Stoßstange des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ein Steuergerät (44) zur Steuerung des Elektromotors (8), des Antriebselements (24) und/oder des elektrischen Energiespeichers (28) der Vorrichtung (2) aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine elektrische Schnittstelle (46) zum Anschluss des elektrischen Energiespeichers (28) der Vorrichtung (2) an ein elektrisches Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine Datenschnittstelle (46) zum Anschluss der Vorrichtung (2) an eine Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere einen Datenbus, des Kraftfahrzeugs aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine elektrisch betriebene Unterdruckpumpe (50) sowie einen Pneumatik-Anschluss (52) zum Anschluss der Unterdruckpumpe (50) an einen Unterdruck-Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe sowie einen Hydraulik-Anschluss zum Anschluss der Hydraulikpumpe an einen Hydraulik-Bremskraftverstärker und/oder eine Hydraulik-Servolenkung aufweist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) einen Richtungsschalter (60) zum Einstellen einer Antriebsrichtung des Antriebselements (24) aufweist, der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) nach der Montage an dem Kraftfahrzeug durch Einschalten einer Zündung des Kraftfahrzeugs und Einlegen einer neutralen Fahrstufe (N) eines Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs oder eines Leerlaufs eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs automatisch aktivierbar ist.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, nach ihrer Aktivierung und nach Vorgabe einer Antriebsrichtung des Antriebselements (24), durch Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs das angetriebene Rad (26) des Kraftfahrzeugs über das Antriebselement (24) in eine Drehbewegung zu versetzen, die abhängig ist von der vorgegebenen Antriebsrichtung und einer Betätigungsposition des Fahrpedals.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, eine Kopplung zwischen dem Antriebselement (24) der Vorrichtung (2) und dem angetriebenen Rad (26) des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet.
Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, den Elektromotor (8) stromlos zu schalten, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet.