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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Traktions-Batterie und einem Elektromotor eines Sattelzugs mit einer Sattelzugmaschine und mit einem Sattelauflieger, wobei die Sattelzugmaschine die Traktions-Batterie oder den Elektromotor aufweist.
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Ein Sattelzug ist ein Gespann mit einer Sattelzugmaschine und mit einem Sattelauflieger. Zur mechanischen Kopplung der Sattelzugmaschine mit dem Sattelauflieger ist an der Sattelzugmaschine typischerweise eine sogenannten Sattelkupplung angebracht, in deren Sitz ein am Sattelauflieger angeordneter Königszapfen aufgenommen ist.
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Ein elektromotorisch angetriebener Sattelzug weist eine Traktions-Batterie auf, welche die zum Antrieb des Sattelzugs notwendige elektrische Energie für einen Elektromotor bereitstellt. Hierbei können beispielsweise der Sattelauflieger die Traktions-Batterie und die Sattelzugmaschine den Elektromotor aufweisen oder umgekehrt. Es ist also notwendig die zum Betrieb des Elektromotors, und somit zum Antrieb des Sattelzugs, notwendige elektrische Energie vom Sattelauflieger zum Sattelzug zu übertragen.
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Für eine Übertagung der elektrischen Energie zum Antrieb des Sattelzugs mittels eines Stromkabels müsste dieses einen vergleichsweise großen Querschnitt und damit einhergehend ein vergleichsweise großes Eigengewicht aufweisen. Des Weiteren würde auf ein solches Stromkabel bei einer Relativbewegung des Sattelaufliegers und der Sattelzugmaschine, beispielsweise im Zuge einer Lenkbewegung, eine entsprechende Zugbelastung wirken. Aufgrund dessen wäre bei einem solchen Stromkabel nachteilig eine Gefahr eines Kabelbruchs und damit einhergehend die Gefahr eines Kurzschlusses und/oder eines Brandes vergleichsweise hoch.
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Aus der
DE 103 47 561 B3 ist ein Sattelzug bekannt, bei dem eine Ringspule oder eine Antenne in einer U-förmigen Nut an der Oberseite der Sattelkupplung und eine weitere Ringspule oder eine weitere Antenne in einer im Bereich des Königszapfens angeordneten Nut angeordnet ist. Mittels der Spulen erfolgt eine induktive Übertragung von Energie von einer auf der Sattelzugmaschine angeordneten Batterie an eine auf dem Sattelauflieger angeordnete Komponente, beispielsweise einer Lampe oder eines Aktors eines Bremssystems des Sattelaufliegers.
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Weiterhin ist aus der
WO 2018/051320 A1 ein System mit einer Sattelkupplung und mit einem Königszapfen für einen Sattelzug bekannt, bei welchem im Bereich des Königszapfens ein Panel mit ersten Induktionsspulen und in einer Oberseite der Sattelkupplung zweite Induktionsspulen angeordnet sind. Mittels diesen wird elektrische Energie von einem Stromkreis der Sattelzugmaschine zu einem Stromkreis des Sattelaufliegers induktiv übertragen, so dass Lampen des Sattelaufliegers betrieben werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Vorrichtung für einen Sattelzug anzugeben, mittels welcher Energie von einer Traktions-Batterie zu einem Elektromotor des Sattelzugs induktiv übertragbar ist. Insbesondere soll dabei eine möglichst große Leistung induktiv übertragbar sein. Ferner soll ein solcher Sattelzug mit einer solchen Vorrichtung, sowie ein Sattelauflieger und eine Sattelzugmaschine eines solchen Sattelzugs angegeben werden.
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Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des Sattelaufliegers wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 8, hinsichtlich der Sattelzugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und bezüglich des Sattelzugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Vorrichtung sinngemäß auch für den Sattelzug, die Sattelzugmaschine und den Sattelauflieger und umgekehrt.
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Hierzu ist die Vorrichtung zur induktiven Energieübertragung zwischen einer Traktions-Batterie und einem Elektromotor eines Sattelzugs vorgesehen und eingerichtet. Insbesondere ist der Elektromotor hierbei zum Antrieb des Sattelzugs vorgesehen. Weiterhin weist der Sattelzug hierbei eine Sattelzugmaschine und einen Sattelauflieger auf, wobei entweder die Sattelzugmaschine die Traktions-Batterie und der Sattelauflieger den Elektromotor, oder alternativ die Sattelzugmaschine den Elektromotor und der Sattelauflieger die Traktions-Batterie aufweist. Die Traktions-Batterie wird im Folgenden auch kurz als Batterie bezeichnet. Sofern der Sattelauflieger den Elektromotor aufweist, wird dieser insbesondere zusätzlich zu einem weiteren Antriebsstrang der Sattelzugmaschine zur Beschleunigung des Sattelzugs herangezogen.
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Die Vorrichtung weist einen Königszapfen für den Sattelauflieger auf. Der Königszapfen ist dabei mittels eines ferromagnetischen ersten Kerns gebildet, welcher mit einer ersten Transformator-Wicklung versehen ist. Insbesondere ist die erste Transformator-Wicklung um den ersten Kern gewickelt. Vorzugsweise weist die erste Transformator-Wicklung dabei eine Wicklungsachse (Spulenachse) auf, welche einer Achse des ersten ferromagnetischen Kerns entspricht. Insbesondere ist die erste Transformator-Wicklung somit konzentrisch zum ersten Kern angeordnet. Der ferromagnetische erste Kern ist zweckmäßigerweise aus Eisen gebildet. Die erste Transformator-Wicklung wird hier und im Folgenden auch kurz als erste Wicklung und der ferromagnetische erste Kern auch kurz als erster Kern bezeichnet. Der Königszapfen ist dabei geeigneter Weise an einem Rahmen oder an einem Fahrgestell des Sattelaufliegers befestigbar.
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Des Weiteren weist die Vorrichtung eine auch als Sattelplatte bezeichnete Sattelkupplung für die Sattelzugmaschine auf. Die Sattelkupplung wiederum weist eine als Sitz bezeichnete Aufnahme für den Königszapfen auf, so dass bei im Sitz aufgenommenem Königszapfen die Sattelkupplung und der Königszapfen mechanisch miteinander gekoppelt sind. Dabei, also bei im Sitz aufgenommenem Königszapfen, sind der erste Kern und die erste Transformator-Wicklung im Sitz angeordnet. Beispielsweise weist die Sattelkupplung zur Sicherung der mechanischen Kopplung einen sogenannten Kupplungshaken auf, welcher den Königszapfen im Sitz hält.
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Zudem weist die Sattelkupplung einen ferromagnetischen zweiten Kern auf, welcher mit einer zweiten Transformator-Wicklung versehen ist. Der ferromagnetische zweite Kern ist zweckmäßigerweise ebenfalls aus Eisen gebildet. Die zweite Transformator-Wicklung wird hier und im Folgenden auch kurz als zweite Wicklung und der ferromagnetische zweite Kern auch kurz als zweiter Kern bezeichnet.
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Mittels der beiden Transformator-Wicklungen ist eine induktive Kopplung realisiert, so dass bei an die Vorrichtung angeschlossener Traktions-Batterie und an die Vorrichtung angeschlossenem Elektromotor Energie induktiv zwischen diesen übertragen werden kann und zweckmäßigerweise auch wird. Vorteilhafterweise ist hierzu kein Stromkabel notwendig, welches den Sattelauflieger mit der Sattelzugmaschine elektrisch verbindet.
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Der Königszapfen erfüllt zusammenfassend eine Doppelfunktion. Zum einen dient der Königszapfen der mechanischen Kopplung mit der Sattelkupplung. Zum anderen dient dieser der induktiven Energieübertragung.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der ferromagnetische erste Kern I-förmig, insbesondere kreiszylinderförmig, und der ferromagnetische zweite Kern U-förmig. Der zweite Kern weist also zwei zueinander beabstandete und zueinander parallel verlaufende U-Schenkel und einen diese verbindenden U-Verbindungsschenkel auf. Die U-Schenkel sind dabei freiendseitig, also mit deren dem U-Verbindungsschenkel abgewandten Ende dem Sitz der Sattelkupplung zugewandt. Insbesondere spannen dabei die beiden U-Schenkel und der U-Verbindungsschenkel eine Ebene auf, welche die Mittelachse des Sitzes umfasst. Der zweite Kern ist dabei beispielsweise in oder alternativ unter einer Auflageplatte der Sattelkupplung für den Sattelauflieger angeordnet.
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Bei im Sitz aufgenommenem Königszapfen und entsprechend im mechanisch gekoppelten Zustand, ist somit der erste Kern in der mittels des zweiten Kerns aufgespannten Ebene angeordnet. Insbesondere ist auf diese Weise mittels des ferromagnetischen ersten Kerns und mittels des ferromagnetischen zweiten Kerns ein gemeinsamer Transformatorkern gebildet. Insbesondere ist auf diese Weise ein geschlossener magnetischer Kreis realisiert.
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Aufgrund der Bildung eines gemeinsamen Transformatorkerns mittels des ersten Kerns und des zweiten Kerns ist vorteilhafterweise ein vergleichsweise hoher Wirkungsgrad bei der induktiven Energieübertragung realisierbar. Entsprechend ist eine vergleichsweise große elektrische Leistung induktiv übertragbar.
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Insbesondere im Fahrbetrieb des Sattelzugs können auf den im Sitz der Sattelkupplung aufgenommenem Königszapfen vergleichsweise große Kräfte einwirken. Um eine Krafteinwirkung und eine gegebenenfalls damit einhergehende Beschädigung der Transformatorwicklung und/oder des ersten Kerns zu verhindern oder eine Gefahr dessen zumindest zu verringern, weist der Königszapfen gemäß einer geeigneten Weiterbildung eine hohlzylindrische und koaxial zum ferromagnetischen ersten Kern angeordnete Ummantelung auf. Mit anderen Worten umfasst oder umschließt die Ummantelung den ersten Kern und die erste Transformatorwicklung bezüglich einer Umfangsrichtung des ersten Kerns. Die Ummantelung bildet somit eine Aufnahme für den ersten Kern und für die erste Transformator-Wicklung. Beispielsweise weist die Ummantelung zusätzlich einen Bodenabschnitt auf, welcher die Aufnahme stirnseitig (freiendseitig), also an der einem Untergrund zugewandten Seite, abdeckt. Die Ummantelung schützt somit die von diesem umfasste erste Transformator-Wicklung und den ersten Kern vor einer Krafteinwirkung.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Ummantelung einen ferromagnetischen Abschnitt auf. Die Ummantelung ist also zumindest abschnittsweise ferromagnetisch. Weiterhin ist die Ummantelung mittels dessen ferromagnetischen Abschnitts, mit dem, insbesondere I-förmigen, ersten Kern mechanisch verbunden. Insbesondere bildet die Ummantelung, zumindest dessen ferromagnetischer Abschnitt, dabei einen Abschnitt des Transformatorkerns. Die Ummantelung erfüllt zusammenfassend eine Doppelfunktion. Zum einen dient sie dem Schutz der darin aufgenommenen Transformator-Wicklung, zum anderen dient die Ummantelung aufgrund der zumindest abschnittsweisen Ausbildung aus ferromagnetischem Material und der mechanischen Kopplung als Führung für ein mittels der ersten oder der zweiten Transformator-Wicklung erzeugtes Magnetfeld, so dass Streufelder vermieden sind.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Kern an dessen U-Schenkeln freiendseitig, also an dessen dem Sitz zugewandten Enden, insbesondere bogenförmig, vorzugsweise halbkreisförmig, nach innen, also zum U-Verbindungsschenkel hin, gewölbt. Vorzugsweise fluchten dabei die nach innen gewölbten Freienden mit dem Sitz. Aufgrund der Rundung ist eine Kontaktfläche zwischen dem ersten Kern oder der mit dieser verbundenen Ummantelung und dem zweiten Kern vergrößert. Insbesondere ist auf diese Weise die Bildung eines (Luft-)Spaltes zwischen dem ersten Kern bzw. der Ummantelung und dem zweiten Kern vermieden oder die Ausdehnung dieses Spaltes zumindest verringert. Folglich ist die Bildung eines magnetischen Streufelds bei Betrieb der Vorrichtung vermieden oder zumindest stark verringert und somit vorteilhafterweise der Wirkungsgrad der Vorrichtung bezüglich der induktiven Energieübertragung verbessert.
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Geeigneter Weise umfasst die Vorrichtung weiterhin einen Spannungswandler. Dieser ist an die erste Transformator-Wicklung angeschlossen, sofern die Traktions-Batterie für den Sattelauflieger vorgesehen ist. Alternativ, also sofern die Traktions-Batterie für die Sattelzugmaschine vorgesehen ist, ist der Spannungswandler an die zweite Transformator-Wicklung angeschlossen. Der Spannungswandler dient dabei dem Zweck, die von der Traktions-Batterie bereitgestellte Gleichspannung bzw. den von der Traktions-Batterie bereitgestellten Gleichstrom in einen die zur induktiven Übertragung notwendige Wechselspannung bzw. den zur induktiven Übertragung notwendigen Wechselstrom und/oder die in der mit der Traktions-Batterie verbundenen Transformator-Wicklung induzierte Wechselspannung bzw. den dort induzierten Wechselstrom in eine, insbesondere zum Laden der Traktions-Batterie geeignete, Gleichspannung bzw. ein einen entsprechenden Gleichstrom zu wandeln.
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Zudem umfasst die Vorrichtung einen Umrichter, der an die erste Transformator-Wicklung angeschlossen ist, sofern der Elektromotor für den Sattelauflieger vorgesehen ist. Alternativ, also sofern der Elektromotor für die Sattelzugmaschine vorgesehen ist, ist der Umrichter an die zweite Transformator-Wicklung angeschlossen. Der Umrichter dient dabei zum einen dem Zweck, die vom Elektromotor im Zuge einer Rekuperation, insbesondere bei einem Bremsvorgang des Sattelzugs, bereitgestellte Wechselspannung bzw. Wechselstrom in eine Wechselspannung bzw. in einen Wechselstrom zu wandeln, deren bzw. dessen Frequenz zur induktiven Übertragung mittels der Transformator-Wicklungen geeignet ist. Vorzugsweise ist diese Frequenz dabei konstant und/oder derart gewählt, dass ein Wirkungsgrad der induktiven Energieübertragung entsprechend der Ausgestaltung der ersten Transformator-Wicklung, der zweiten Transformator-Wicklung, des ersten Kerns und des zweiten Kerns möglichst hoch ist. Weiterhin dient der Umrichter dem Zweck, die in der mit dem Elektromotor verbundenen Transformator-Wicklung induzierte Wechselspannung bzw. den dort induzierten Wechselstrom in eine, insbesondere zum Betrieb des Elektromotors geeignete, Wechselspannung bzw. in einen entsprechenden Wechselstrom zu wandeln.
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Zusammenfassend weist die Vorrichtung einen batterieseitigen Spannungswandler und einen motorseitigen Umrichter auf.
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Gemäß einer geeigneten Weiterbildung der Vorrichtung weist diese zwei Modulations-/Demodulationseinrichtungen auf. Eine dieser Modulations-/Demodulationseinrichtungen ist an der ersten Transformator-Wicklung und die andere der beiden Modulations-/Demodulationseinrichtungen ist an der zweiten Transformator-Wicklung angeschlossen. Insbesondere mittels der primärseitigen der beiden Modulations-/Demodulationseinrichtungen, also mittels der Modulations-/Demodulationseinrichtung, welche an diejenige Transformator-Wicklung angeschlossen ist, welche zur Erzeugung eines entsprechenden induzierten Stromes in der anderen Transformator-Wicklung mit einem Wechselstrom beaufschlagt ist, sind Daten und/oder Signale auf den verwendeten Wechselstrom aufmodulierbar. Mittels der anderen (sekundärseitigen) Modulations-/Demodulationseinrichtung, also mittels der Modulations-/Demodulationseinrichtung, welche an diejenige Transformator-Wicklung angeschlossen ist, in welcher eine Spannung bzw. ein Strom induziert wird, sind die Daten und/oder die Signale von dem induzierten Wechselstrom extrahierbar (demodulierbar) und zweckmäßigerweise auch extrahiert. Die extrahierten Daten/und oder Signale sind einer mit der sekundärseitigen Modulations-/Demodulationseinrichtungen verbundenen Steuereinheit zuführbar, welche beispielsweise der Steuerung des Elektromotors, eines die Traktions-Batterie aufweisenden Batteriesteuersystems oder weiterer Komponenten dient. Die weiteren Komponenten sind insbesondere Aktoren, beispielsweise für eine Bremse, oder Lichter, wie beispielsweise Rücklichter oder Blinker. Beispielsweise wird die induktiv übertragene Energie auch zum Betrieb der weiteren Komponenten herangezogen.
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Zusammenfassend wird also bei Betrieb der Vorrichtung dem zur induktiven Übertragung herangezogenen (Träger-)Wechselstrom mittels der primärseitig Modulations-/Demodulationseinrichtungen ein Signal und/oder Daten aufmoduliert. Mittels des modulierten Wechselstroms wird ein entsprechender Strom in der sekundärseitigen Transformator-Wicklung induziert, welcher der sekundärseitigen Modulations-/Demodulationseinrichtungen zugeführt wird. Mittels dieser werden die Daten und/oder das Signal vom induzierten Strom extrahiert (getrennt). Der demodulierte Wechselstrom, also anhand der Extraktion der Daten und/oder Signale vom induzierten Strom entstandene Strom, wird, insbesondere über den Spannungswandler bzw. über den Umrichter, der mit der sekundärseitigen Transformator-Wicklung verbundenen Traktions-Batterie oder dem Elektromotor zugeführt.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist ein Sattelauflieger einen Königszapfen, zur mechanischen Kopplung mit einer Sattelkupplung einer Sattelzugmaschine auf. Insbesondere weist der Sattelauflieger einen Königszapfen einer Vorrichtung gemäß einer der oben dargestellten Varianten auf. Allenfalls ist der Königszapfen mittels eines, vorzugsweise I-förmigen, ferromagnetischen (ersten) Kerns gebildet, welcher mit einer (ersten) Transformator-Wicklung versehen ist.
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Vorzugsweise weist der Königszapfen des Sattelaufliegers dabei eine ferromagnetische Ummantelung auf, welche mit dem ersten Kern mechanisch verbunden ist. Sofern der Sattelauflieger eine Traktions-Batterie für einen auf der Sattelzugmaschine angeordneten Elektromotor aufweist, ist an die erste Transformator-Wicklung, insbesondere zwischen der ersten Transformator-Wicklung und der Traktions-Batterie, ein Spannungswandler geschaltet. Sofern der Sattelauflieger einen Elektromotor aufweist, welcher von einer auf der Sattelzugmaschine angeordneten Traktions-Batterie versorgt ist bzw. werden soll, ist an die erste Transformator-Wicklung, insbesondere zwischen der ersten Transformator-Wicklung und dem Elektromotor, ein Umrichter geschaltet. Zusätzlich oder alternativ ist zwischen der ersten Transformator-Wicklung und dem Umrichter bzw. dem Spannungswandler eine Modulations-/Demodulationseinrichtung geschaltet.
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Weiterhin weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung eine Sattelzugmaschine eine Sattelkupplung, vorzugsweise eine Sattelkupplung einer Vorrichtung gemäß einer der oben dargestellten Varianten, zur mechanischen Kopplung mit einem Königszapfen eines Sattelaufliegers auf, welcher insbesondere gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet ist. Dabei weist die Sattelkupplung einen mit einer (zweiten) Transformator-Wicklung versehenen U-förmigen ferromagnetischen (zweiten) Kern auf, dessen U-Schenkel einem Sitz für den Königszapfen zugewandt sind.
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Beispielsweise ist in analoger Weise zu den oben dargestellten Ausführungen bezüglich des Sattelaufliegers ein Umrichter oder ein Spannungswandler und zusätzlich oder alternativ eine Modulations-/Demodulationseinrichtung an die zweite Transformator-Wicklung angeschlossen.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung weist ein Sattelzug eine Sattelzugmaschine in einer der oben dargelegten Varianten sowie einen Sattelauflieger in einer der oben dargestellten Varianten auf. Dabei sind die Sattelzugmaschine und der Sattelauflieger mittels der Sattelkupplung und mittels des Königszapfens mechanisch und induktiv miteinander gekoppelt.
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Dabei sind in einem ersten Betriebsmodus, welcher dem Antrieb des Sattelzugs dient, die an der Traktions-Batterie angeschlossene Transformator-Wicklung, also je nach Ausgestaltung des Sattelzugs die erste oder die zweite Transformator-Wicklung, mit einer Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V beaufschlagt und/oder von einem Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A durchflossen. An der an den Elektromotor angeschlossenen zweiten bzw. ersten Transformator-Wicklung ist bzw. wird eine Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V bzw. ein Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A induziert.
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Zusätzlich oder alternativ sind in einem zweiten Betriebsmodus, welcher dem rekuperativen Laden der Traktions-Batterie dient, die an den Elektromotor angeschlossene erste oder zweite Transformator-Wicklung mit einer Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V beaufschlagt und/oder von einem Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A durchflossen. An der an die Traktions-Batterie angeschlossenen zweiten bzw. ersten Transformator-Wicklung wird bzw. ist dabei eine Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V bzw. ein Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A induziert.
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Dabei sind die Spannungen und die Stromstärkten insbesondere von der Ausgestaltung des Elektromotor und der Traktions-Batterie, eines den Elektromotor bzw. die Traktions-Batterie aufweisenden Bordnetzes und der vom Elektromotor geforderten elektrischen Leistung abhängig.
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Insbesondere ist die Vorrichtung also dazu ausgebildet, Energie, Daten und/oder Steuersignale sowohl vom Sattelauflieger an die Sattelzugmaschine als auch von der Sattelzugmaschine zum Sattelauflieger zu übertragen.
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Zusammenfassend ist eine Versorgung des Elektromotors mit elektrischer Energie mittels induktiver Energieübertragung zum Antreiben des Sattelzugs ermöglicht. Beispielsweise verwendet der Elektromotor lediglich die induktiv übertragene Energie zum Antreiben des Sattelzugs. Alternativ hierzu weist der Sattelzug eine weitere, zweite mit dem Elektromotor verbundene Traktions-Batterie auf, welche in der Sattelzugmaschine angeordnet ist, sofern der Elektromotor in der Sattelzugmaschine angeordnet ist, oder welche im Sattelauflieger angeordnet ist, sofern der Elektromotor in der Sattelzugmaschine angeordnet ist. In diesem Fall wirkt die induktiv übertragene Energie unterstützend für die zweite Traktions-Batterie. Mit anderen Worten wird für den Betrieb des Elektromotors die induktiv übertragene Energie zusätzlich zu einer von der zweiten Traktions-Batterie bereitgestellten Energie, insbesondere bei einem Beschleunigungsvorgang des Sattelzugs, verwendet.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer schematischen Seitenansicht einen Sattelzug mit einem Sattelauflieger und mit einer Sattelzugmaschine, wobei der Sattelauflieger einen Königszapfen einer Vorrichtung aufweist, welcher mit einer Sattelkupplung der Vorrichtung für die Sattelzugmaschine mechanisch gekoppelt ist, und wobei der Königszapfen und die Sattelkupplung eine erste Transformator-Wicklung bzw. eine zweite Transformator-Wicklung aufweisen, mittels welchen eine im Sattelauflieger angeordnete Traktions-Batterie mit einem in der Sattelzugmaschine angeordneten Elektromotor induktiv gekoppelt sind,
- 2a in einer schematischen Draufsicht die Vorrichtung mit der Sattelkupplung und mit dem Königszapfen im gekoppelten Zustand, wobei der Königszapfen mittels eines I-förmigen ersten Kerns gebildet ist, der mit einer ersten Transformator-Wicklung versehen ist, und wobei die Sattelkupplung einen mit einer zweiten Transformator-Wicklung versehenen U-förmigen zweiten Kern aufweist, dessen U-Schenkel einem Sitz für den Königszapfen zugewandt sind,
- 2b in einer schematischen Draufsicht die Sattelkupplung und den Königszapfen im nicht gekoppelten Zustand, und
- 3 eine Schnittdarstellung der Vorrichtung mit einer Schnittebene gemäß der Ebene III der 2a, wobei der Königszapfen eine Ummantelung für den ersten Kern aufweist.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist ein Sattelzug 2 mit einer Sattelzugmaschine 4 und mit einem Sattelauflieger 6 gezeigt. Dabei weist die Sattelzugmaschine 4 einen Elektromotor 8 zum Antrieb des Sattelzugs 2 auf, welcher von einer Traktions-Batterie 10 des Sattelaufliegers 6 mit elektrischer Energie versorgt ist. Zur Übertragung der elektrischen Energie von der Traktions-Batterie 10 des Sattelaufliegers 6 an den Elektromotor 8 weist der Sattelzug eine Vorrichtung 12 auf.
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Die Vorrichtung 12 umfasst dabei einen punktiert dargestellten Königszapfen 14, welcher an einem Rahmen oder einem Fahrgestell 16 des Sattelaufliegers 6 befestigt ist, und eine Sattelkupplung 18, welche an der Sattelzugmaschine 4 montiert ist.
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Die Sattelkupplung 18 weist dabei einen Sitz 20 für den Königszapfen 14 auf, so dass bei im Sitz 20 aufgenommenem Königszapfen 14 der Sattelauflieger 6 mit der Sattelzugmaschine 4 mechanisch gekoppelt ist.
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Wie in den 2a und 2b sowie insbesondere in der 3 erkennbar ist, ist der Königszapfen 14 mittels eines kreiszylinderförmigen, also I-förmigen, ferromagnetischen ersten Kerns 22 gebildet, wobei dieser mit einer ersten Transformator-Wicklung 24 versehen ist.
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Zum Schutz der ersten Transformator-Wicklung 24 weist der Königszapfen 14 eine hohlzylindrische und koaxial zum ferromagnetischen ersten Kern 22 angeordnete Ummantelung 26 auf. Die Ummantelung 26 weist einen ferromagnetischen Abschnitt auf 28 auf, welcher an den Stirnseiten des I-förmigen ersten Kerns 22 angeordnet und mechanisch mit diesem verbunden ist.
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Die Sattelkupplung 18 weist einen ferromagnetischen zweiten Kern 30 mit einer zweiten Transformator-Wicklung 32 auf. Der zweite Kern 30 ist dabei U-förmig ausgebildet. Der zweite Kern 30 weist somit zwei zueinander beabstandete und zueinander parallel verlaufende U-Schenkel 34 und einen diese verbindenden U-Verbindungsschenkel 36 auf. Die zweite Transformatorwicklung 32 umfasst dabei den U-Verbindungsschenkel 36.
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Die U-Schenkel 34 sind freiendseitig, also mit deren dem U-Verbindungsschenkel 36 abgewandten Ende dem Sitz 20 der Sattelkupplung 18 zugewandt. Eine Mittelachse des Sitzes 20 ist dabei in einer mittels der beiden U-Schenkel 34 und mittels der U-Verbindungsschenkel 36 aufgespannten Ebene angeordnet. Bei im Sitz 20 aufgenommenem Königszapfen 14, also im mechanisch gekoppelten Zustand des Königszapfens 14 mit der Sattelkupplung 18 ist mittels des ferromagnetischen ersten Kerns 22, mittels der Ummantelung 26, insbesondere mittels dessen ferromagnetischen Abschnitts 28, und mittels des ferromagnetischen zweiten Kerns 30 ein gemeinsamer Transformatorkern gebildet.
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Zur Vermeidung oder zumindest zur Verminderung eines magnetischen Streufeldes an den Freienden der U-Schenkeln 34 sind diese freiendseitig, nach innen, also zum U-Verbindungsschenkel 36, hin gewölbt. Die gewölbten (Frei-)Enden der U-Schenkel 34 fluchten dabei mit dem Sitz 20. Die Wölbung ist habkreisförmig ausgebildet, so dass eine Kontaktfläche zwischen der Ummantelung 26 und dem zweiten Kern 30 vergrößert ist.
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Die beiden Transformator-Wicklungen 24 und 32 sind in der 1 zum Zwecke einer verbesserten Übersicht nicht gezeigt.
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Wie weiterhin in den 2a, 2b und 3 dargestellt ist, weist die Sattelkupplung 18 einen strichpunktiert dargestellten, U-förmigen Verschlusshaken 38 auf. Dieser hält den Königszapfen 14 im Kupplungszustand im Sitz 20. Im Kupplungszustand, also bei im Sitz 20 aufgenommen Königszapfen 14 sitzt einer dessen Verschlusshakenschenkel 40 zwischen den U-Schenkeln des zweiten Kerns 30 sowie zwischen der Ummantelung 26 des Königszapfens 14 und dem U-Verbindungsschenkel 36 ein.
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Zusammenfassend weist der Sattelauflieger 6 den Königszapfen 14 der Vorrichtung 12 und die Sattelzugmaschine 4 die Sattelkupplung 18 der Vorrichtung 12 auf.
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Weiterhin weist die Vorrichtung 12 einen Spannungswandler 42 auf, der an die erste Transformator-Wicklung 24 angeschlossen ist. Dieser wandelt zum Antrieb des Sattelzugs 2 die von der Traktions-Batterie 10 bereitgestellte Gleichspannung bzw. den von der Traktions-Batterie 10 bereitgestellten Gleichstrom in die zur induktiven Übertragung notwendige Wechselspannung bzw. den zur induktiven Übertragung notwendigen Wechselstrom. Zudem wandelt der Spannungswandler 42 im Zuge einer Rekuperation die in der ersten Transformator-Wicklung 24 induzierte Wechselspannung bzw. den dort induzierten Wechselstrom in eine zum Laden der Traktions-Batterie 10 geeignete Gleichspannung bzw. in einen entsprechenden Gleichstrom.
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Zudem umfasst die Vorrichtung 12 einen Umrichter 44, der an die zweite Transformator-Wicklung angeschlossen ist. Dieser wandelt die vom Elektromotor 8 im Zuge einer Rekuperation bereitgestellte Wechselspannung bzw. Wechselstrom in eine Wechselspannung bzw. in einen Wechselstrom, deren bzw. dessen Frequenz zur induktiven Übertragung mittels der Transformator-Wicklungen 24 und 32 geeignet ist. Weiterhin wandelt der Umrichter 44 zum Antrieb des Sattelzugs 2 die in der zweiten Transformator-Wicklung 32 induzierte Wechselspannung bzw. den dort induzierten Wechselstrom in eine zum Betrieb des Elektromotors 8 geeignete Wechselspannung bzw. in einen entsprechenden Wechselstrom.
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Zusammenfassend weist die Vorrichtung 12 einen batterieseitigen Spannungswandler 42 und einen motorseitigen Umrichter 44 auf.
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Zwischen der ersten Transformator-Wicklung 24 und dem Spannungswandler 42 sowie zwischen der zweiten Transformator-Wicklung 32 und dem Umrichter 44 ist jeweils eine Modulations-/Demodulationseinrichtungen 46 geschaltet. Mittels der Modulations-/Demodulationseinrichtungen 46 können Daten und/oder Signale auf den zur induktiven Energieübertagung verwendeten Wechselstrom aufmoduliert werden. Mittels der primärseitigen der beiden Modulations-/Demodulationseinrichtungen 46, sind also Daten und/oder Signale auf den verwendeten Wechselstrom aufmodulierbar. Mittels der anderen (sekundärseitigen) Modulations-/Demodulationseinrichtung 46, werden die Daten und/oder die Signale extrahiert.
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Beispielhaft ist in der 1 eine Steuereinheit 48 der Sattelzugmaschine 4 gezeigt, welche mit der mit der zweiten Transformator-Wicklung 32 verbundenen Modulations-/ Demodulationseinrichtung 46 verbunden ist. Die mittels dieser Modulations-/ Demodulationseinrichtung 46 extrahierten Daten/und oder Signale werden der Steuereinheit 48 zugeführt, und dienen beispielsweise der Steuerung des Elektromotors 8.
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In einem ersten Betriebsmodus zum Antrieb des Sattelzugs 2, welcher auch als Antriebsmodus bezeichnet wird, ist die an der Traktions-Batterie 10 angeschlossene Transformator-Wicklung 24 mit einer Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V beaufschlagt und/oder von einem Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A durchflossen. An der an den Elektromotor 8 angeschlossenen Transformator-Wicklung 32 ist bzw. wird eine Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V bzw. ein Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A induziert.
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In einem zweiten Betriebsmodus zum rekuperativen Laden der Traktions-Batterie 10 ist die an den Elektromotor 8 angeschlossene Transformator-Wicklung 32 mit einer Spannung mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V beaufschlagt und/oder von einem Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A durchflossen. An der an die Traktions-Batterie 10 angeschlossenen Transformator-Wicklung 24 ist bzw. wird eine mit einem Betrag zwischen 0 V und 1500 V bzw. ein Strom mit einer Stromstärke mit einem Betrag zwischen 0 A und 1500 A induziert.
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Gemäß einer nicht weiter dargestellten alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung 12 und des Sattelzugs 2, weist der Sattelauflieger 6 den Elektromotor 8 und die Sattelzugmaschine 4 die Traktions-Batterie 10 auf. Die Ausführungen zur Vorrichtung 12, zum Sattelzug 2, zum Sattelauflieger 6 und zur Sattelzugmaschine 4 gelten mit Ausnahme des Folgenden analog zur oben dargestellten Variante. Gemäß dieser alternativen Ausgestaltung ist der Spannungswandler 42 zwischen die zweite Transformator-Wicklung 32 und der Traktions-Batterie 10 und der Umrichter 44 zwischen die erste Transformator-Wicklung 24 und dem Elektromotor 8 des Sattelaufliegers 6 geschaltet.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Sattelzug
- 4
- Sattelzugmaschine
- 6
- Sattelauflieger
- 8
- Elektromotor
- 10
- Traktions-Batterie
- 12
- Vorrichtung
- 14
- Königszapfen
- 16
- Fahrgestell
- 18
- Sattelkupplung
- 20
- Sitz
- 22
- erster Kern
- 24
- erste Transformator-Wicklung
- 26
- Ummantelung
- 28
- Bodenabschnitt
- 30
- zweiter Kern
- 32
- zweite Transformator-Wicklung
- 34
- U-Schenkel
- 36
- U-Verbindungsschenkel
- 38
- Verschlusshaken
- 40
- Verschlusshakenschenkel
- 42
- Spannungswandler
- 44
- Umrichter
- 46
- Modulations-/Demodulationseinrichtung
- 48
- Steuereinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10347561 B3 [0005]
- WO 2018/051320 A1 [0006]
