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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Generieren von Energie aus Fahrtwind an einem erd-/bodengebundenen Fahrzeug, mit wenigstens einem um eine Rotorachse gelagerten und an einen Generator der Vorrichtung gekoppelten Rotor mit mehreren Rotorflügeln, und mit wenigstens einem stromauf vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel, und mit einem den Rotor umgebenden Windfang, und mit wenigstens einem stromab vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Generieren von Energie aus Fahrtwind in einem erdgebundenen Fahrzeug, insbesondere mittels einer solchen Vorrichtung. Nicht zuletzt betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung bzw. Bereitstellung eines Strömungspfades, welcher durch wenigstens ein stromauf von einem Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel und durch einen den Rotor umgebenden Windfang und durch wenigstens ein stromab vom Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel definiert wird und von einer Fahrzeugfront zu einem Unterboden des Fahrzeugs führt, zum Bereitstellen einer energieeffizienten Generatorvorrichtung. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Anspruchs.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bei boden-/erdgebundenen Fahrzeugen ist eine elektrische Energieversorgung insbesondere bei den aktuellen Fahrzeugtypen von besonders großer Wichtigkeit. Auch bei Elektrofahrzeugen besteht einerseits Interesse an einer zuverlässigen Energieversorgung, andererseits aber auch an besonders guter energetischer Effizienz. Insbesondere in Fahrzeugen, in welchen kein Verbrennungsmotor mehr verbaut werden muss, ergeben sich neue Möglichkeiten, einen Bauraum im Frontbereich des Fahrzeugs zu nutzen (also im Bug, insbesondere in einem Bereich, der bei herkömmlichen Fahrzeugen der so genannten Knautschzone bzw. der Motorhaube entspricht).
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Die Idee, den Fahrtwind für windgetriebene Rotoren zum Erzeugen von Energie zu nutzen, ist nicht neu. Gemäß dem Stand der Technik gibt es bereits zahlreiche Ansätze, Vorrichtungen zur windgetriebenen Stromerzeugung an erdgebundenen Fahrzeugen zu installieren, jedoch erfordern diese üblicherweise eine bestimmte Einbausituation oder vergleichsweise viel Platz, beispielsweise auf dem Dach des Fahrzeugs, wie z.B. in den Veröffentlichungen
EP 2 333 324 A2 und
DE 10 2009 015 815 A1 beschrieben. Jedoch besteht nach wie vor Interesse an einer verbesserten Energieeffizienz, die sich auch mit vergleichsweise einfachen und kompakten Vorrichtungen realisieren können lassen soll. Die vorliegende Erfindung ist demnach speziell auf eine Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei erfahrungsgemäß vergleichsweise beengten Platzverhältnissen im stirnseitigen vorderen Bereich unter bzw. unterhalb einer üblicherweise als Motorhaube bezeichneten Karosseriekomponente gerichtet.
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Beispielhaft kann die Veröffentlichung
DE 10 2007 054 789 A1 genannt werden, welche eine Anordnung von zwei zumindest annähernd horizontal quer zur Fahrtrichtung ausgerichteten Rotorachsen in einer Anordnung vor einem Kühler eines Fahrzeugs beschreibt. Beispielhaft können auch die folgenden weiteren Veröffentlichungen genannt werden:
- DE 10 2018 130 609 A1 beschreibt einen stromauf eines Generators angeordneten Strömungssammler mit Strömungsleitmitteln zum Optimieren der auf den Generator geleiteten Luftströmung, wodurch ein guter Wirkungsgrad erzielt werden soll. EP 1 108 890 B1 beschreibt eine Luftführung vom Kühlerbereich unterhalb einer Stoßstange (in der Art eines Unterflur-Lufteintritts) bis hinter die Fronträder, wo die Luft auf mehrere an einer quer zur Fahrtrichtung ausgerichteten Achse gelagerte Rotoren geleitet wird. Auch DE 10 2009 056 309 A1 beschreibt einen Unterflur-Lufteintritt für einen Windgenerator, oder alternativ auch einen Anordnung des Generators auf einem Dach des Fahrzeugs.
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Ausgehend vom Stand der Technik ist jedoch weiterhin ein Bedarf an einer vorteilhaften und energetisch wirkungsvollen Anordnung und Ausgestaltung eines Windgenerators in einem erdgebundenen Fahrzeug zu spüren, insbesondere derart, dass die übliche Bauform oder Konstruktion des Fahrzeugs durch den Windgenerator und diesbezüglich etwaiger weiterer Komponenten möglichst gar nicht oder nur minimal betroffen ist bzw. abgeändert werden muss, insbesondere auch in Hinblick auf eine Nachrüst-Option für bereits im Straßenverkehr zugelassene Fahrzeuge.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe ist, eine Vorrichtung zum Generieren von Energie aus Fahrtwind an einem erdgebundenen Fahrzeug bereitzustellen, mittels welcher auf besonders einfache und energieeffiziente Weise die Fahrtwindenergie genutzt werden kann. Auch ist es Aufgabe, eine solche Vorrichtung derart auszuführen, dass deren Implementierung im bodengebundenen Fahrzeug auf besonders elegante Weise realisierbar ist. Nicht zuletzt ist es Aufgabe, eine solche Vorrichtung derart bereitzustellen, dass mittels der Vorrichtung eine Energiegewinnung aus Fahrtwind auf besonders einfache und (energie-)effiziente Weise ermöglicht wird, selbst für den Fall dass in einem entsprechenden Fahrzeug nur vergleichsweise wenig Bauraum zur Verfügung steht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß dem nebengeordneten Verfahrensanspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden in den jeweiligen Unteransprüchen erläutert. Die Merkmale der im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele sind miteinander kombinierbar, sofern dies nicht explizit verneint ist.
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Bereitgestellt wird eine Vorrichtung zum Generieren von Energie aus Fahrtwind an einem erdgebundenen Fahrzeug, mit wenigstens einem um eine Rotorachse gelagerten und an einen Generator der Vorrichtung gekoppelten Rotor mit mehreren Rotorflügeln, und mit wenigstens einem stromauf vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel, und mit einem den Rotor umgebenden Windfang, und mit wenigstens einem stromab vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Rotorachse zumindest annähernd in Fahrtrichtung ausgerichtet ist, wobei die Vorrichtung eingerichtet und ausgestaltet ist für eine Anordnung zumindest des Rotors im Bereich einer Fahrzeugfront und im Bereich eines Fahrzeugbodens, insbesondere an der Stirnseite des Fahrzeugs und mit dem stromab angeordneten Strömungsleitmittel mit ausgangsseitiger Öffnung zum Boden. Dies liefert unter anderem einen guten Kompromiss aus vorrichtungstechnischer Komplexität und strömungstechnische Optimierung insbesondere dank vorteilhafter relativer Anordnung im Fahrzeug. Die erfindungsgemäße Bodenkopplung des Strömungsauslasses kann dabei eine spürbare Effizienzsteigerung insbesondere auch bei größeren Fahrgeschwindigkeiten sicherstellen.
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Personifizierte Begriffe, soweit sie nicht im Neutrum formuliert sind, können im Rahmen der vorliegenden Offenbarung alle Geschlechter betreffen.
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Wahlweise kann die Vorrichtung auch skalierbar in der Größe und/oder Anzahl einzelner Komponenten ausgestaltet sein, insbesondere bezüglich der Anzahl der Rotoren, die beispielsweise (bevorzugt) in horizontaler Richtung redundant ausgeführt werden können (wenigstens ein Generator, mehrere Rotoren), insbesondere jeweils in derselben Höhenposition relativ zum Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sein können (nämlich möglichst vergleichsweise weit unten). Dies ermöglicht nicht zuletzt auch eine weitere Optimierung der Energieausbeute in Hinblick auf beengte Platzverhältnisse und kann auch eine gute strömungstechnische Kopplung zwischen Fahrzeugfront und größtem Staudruck einerseits und Unterboden und dadurch je nach Ausgestaltung des Fahrzeugs auch einem spürbaren Unterdruck und damit einer den Durchsatz positiv beeinflussenden Sogwirkung andererseits sicherstellen. Insofern ermöglicht die erfindungsgemäße relative Anordnung des Strömungspfades auch eine gute strömungstechnische Kommunikation zwischen Front (Druckseite) und Ableitungsseite (insbesondere Unterdruckseite), im Sinne einer strömungsdrucktechnischen Optimierung. Beispielsweise kann die gesamte Fahrzeugfront quer zur Fahrtrichtung in horizontaler Ebene mit Rotoren ausgestattet sein, sofern die konstruktive Ausgestaltung der jeweiligen Fahrzeugfront dies gestattet (sofern also keine räumlichen Konflikte mit weiteren essentiellen oder noch wichtigeren Fahrzeugkomponenten entstehen).
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Wahlweise können einzelne Komponenten der Vorrichtung auch zu-/abschaltbar sein, insbesondere in Abhängigkeit wenigstens eines Fahrparameters, insbesondere als Funktion der Fahrgeschwindigkeit. Beispielsweise sind die einzelnen Komponenten der Vorrichtung, insbesondere ein jeweiliger Rotor und der Generator, mittels einer Steuerungs-/Regelungseinheit miteinander verbunden und wahlweise auch an eine Steuerungs-/Regelungseinheit des Fahrzeugs gekoppelt. Hierdurch kann nicht zuletzt auch die Art und Weise der Energiezufuhr mittels einer Steuerungseinheit des Fahrzeugs fahrsituationsspezifisch gesteuert/geregelt werden, beispielsweise in Hinblick auf möglichst gleichbleibende Energiezufuhr.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist zwischen der Rotorachse und dem Generator wenigstens ein Getriebe vorgesehen, insbesondere umfassend wenigstens zwei interagierende Räder. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch eine individuelle Anpassung von Größenverhältnissen, Drehzahlen und/oder Leistungskennzahlen, insbesondere in Abhängigkeit eines zu erwartenden Hauptbetriebsmodus des Fahrzeugs (z.B. bei Autobahnfahrt andere Auslegung als bei vornehmlicher Nutzung für den Stadtverkehr).
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das wenigstens eine stromauf vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel als Trichter ausgestaltet, insbesondere mit einem Öffnungswinkel von mehr als 30°, insbesondere von bis zu 45°, insbesondere mit einer Längserstreckung von mindestens der 1- bis 2fachen Längserstreckung des Rotors. Dies kann insbesondere im Zusammenhang mit im Durchmesser vergleichsweise kleinen Rotoren zu einer Verdichtung und Vergleichmäßigung (Homogenisieren) der zugeführten Luft führen und die Effizienz vorteilhaft beeinflussen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das wenigstens eine stromab vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel als bodengerichtete Ableitung ausgestaltet, insbesondere mit einer in einem Neigungswinkel nach hinten zum Heck und zum Boden gerichteten ausgangsseitigen Öffnung, insbesondere mit dem Neigungswinkel im Bereich von 30° bis 45° relativ zur Horizontalebene. Dies liefert nicht zuletzt auch einen vorteilhaften Verlauf des Strömungspfades und kann die strömungstechnische Effizienz optimieren.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel grenzt das wenigstens eine stromab vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel ausgangsseitig bündig an eine/die Unterbodenplatte des Fahrzeugs an. Dies kann insbesondere im Übergangsbereich zwischen abgeleiteter Strömung und am Unterboden vorbeiströmender Luft eine vorteilhafte Vermischung der beiden Luftmassen bewirken, insbesondere derart dass ein Abzug der Strömung aus der Vorrichtung strömungstechnisch unterstützt wird, im Sinne einer Sogwirkung.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Strömungspfad der auf den Rotor geführten Luft (insbesondere die durch Fahrtwind begründete Luftmenge/Umgebungsluft) und der vom Rotor abgeleiteten Luft lediglich nach unten in Richtung des Bodens gekrümmt (lediglich negative Krümmung nach unten, nicht nach oben). Ein derartiger Verlauf der Strömung liefert nicht zuletzt auch den Vorteil eines nachhaltigen Umgangs mit den Energie- und Impulsinhalten der Strömung zur möglichst effizienten Nutzung der Strömungsenergie für das Generieren elektrischer Energie.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel erfährt der Strömungspfad der durch die Vorrichtung hindurchgeführten Luft lediglich eine Richtungsänderung nach unten, insbesondere indem der Strömungspfad vom Rotor zunächst axial zumindest annähernd horizontal geführt ist und daraufhin unter eine Unterbodenplatte des Fahrzeugs geführt ist. Dies ermöglicht auch, den ausgehend von der Fahrzeugfront ohnehin um das Fahrzeug herum zu leitenden Luftstrom ohne große Leistungs-/Reibungsverluste für die Energieerzeugung bereitzustellen. Insbesondere bei großen Fahrgeschwindigkeiten kann dadurch auch ein guter Kompromiss zwischen gegebenenfalls zusätzlich begründetem Fahrtwiderstand (insbesondere etwaigem größerem Widerstand im Vergleich zu einer Umströmung des Fahrzeugs ohne über Rotoren geleitet zu werden) und energetischem Vorteil erzielt werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der durch die Vorrichtung für die Luft entlang des Strömungspfades vorgegebene Querschnitt rund, insbesondere kreisrund, insbesondere mit zumindest annähernd zylindrischen oder konischen Abschnitten entlang des Strömungspfades. Hierdurch kann die strömungstechnische Situation weiter optimiert werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist der Rotor vier bis 16 Flügel auf, insbesondere sechs bis zehn Flügel, bevorzugt acht Flügel. Dies liefert auch einen vorteilhaft effizienten Rotor.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die axiale Erstreckung des Rotors um ein Vielfaches kleiner als die axiale Erstreckung des Windfangs, insbesondere um den Faktor drei bis zehn, bevorzugt um den Faktor fünf bis acht. Auch dies kann zu einer vorteilhaften strömungstechnischen Situation beitragen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung eingerichtet für Generieren von Energie ausschließlich mittels Umgebungsluft aus Fahrtwind, ohne Systemluft oder anderweitige technische Medien des Fahrzeugs. Dies erhöht die Systemunabhängigkeit und Eigenständigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch weiter, insbesondere auch in Hinblick auf eine Nachrüstoption.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Rotorachse in Lagern gelagert, die extern von systeminternen Komponenten des Fahrzeugs angeordnet sind, insbesondere zugänglich von außen ohne Überschreiten einer Systemgrenze zu intern im Fahrzeug angeordneten Komponenten. Auch dies erleichtert nicht zuletzt auch ein Nachrüsten, und begünstigt auch eine einfache Wartung. Die Vorrichtung kann dabei auch weitgehend unabhängig von Wetter-/Witterungsbedingungen betrieben bzw. verwendet werden, insbesondere da eine Systemgrenze intern zum Fahrzeug nicht durchbrochen ist, zumindest nicht in mechanischer Hinsicht (allenfalls über eine daten-/energietechnische Kopplung).
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das stromauf angeordnete Strömungsleitmittel und/oder der Rotor lediglich durch eine Strömungsinsel vom Unterboden des Fahrzeugs getrennt, wobei die Strömungsinsel in der Höhenerstreckung vergleichsweise niedrig ausgestaltet sein kann, insbesondere maximal so hoch wie der Rotor oder sogar deutlich kleiner als der Rotor. Diese relative Anordnung zum Unterboden liefert auch einen guten Kompromiss hinsichtlich der optional realisierbaren RotorDurchmesser und hinsichtlich etwaiger konkurrierender Platz-/Bauraumansprüche weiterer Komponenten wie z.B. einem Kamera-/Radarsystem für autonomes Fahren oder dergleichen. Die gesamte Vorrichtung kann weitgehend im Bereich des Unterbodens vorgesehen sein, insbesondere auch in einer Höhenposition unterhalb einer Stoßstange des Fahrzeugs. Auch dies trägt zu einem vorteilhaft reibungsarmen Strömungspfad mit nur wenigen/schwachen Umlenkungen und mit guter Kopplung an eine Unterbodenströmung bei.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein erdgebundenes Fahrzeug mit wenigstens einer zuvor weiter oben beschriebenen Vorrichtung, insbesondere durch ein zwei-, drei- oder vierrädriges Elektrofahrzeug mit einer solchen Vorrichtung. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile, insbesondere in Hinblick auf gute energetische Effizienz des Gesamtsystems Fahrzeug im alltäglichen Betrieb.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Rotor der Vorrichtung an der Stirnseite der Fahrzeugfront angeordnet, wobei das wenigstens eine stromab vom Rotor angeordnete Strömungsleitmittel als bodengerichtete Ableitung ausgestaltet ist, wobei eine/die ausgangsseitige Öffnung dieses Strömungsleitmittels bündig in eine/die Unterbodenplatte des Fahrzeugs integriert ist. Wie schon zuvor weiter oben erläutert, ermöglicht diese strömungstechnische Kopplung der durch die Vorrichtung geführten Strömung mit der unter dem Unterboden des Fahrzeugs vorbeigeleiteten Strömung eine gute Effizienz.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Generator mit einem Energiespeicher und/oder mit einer Steuerungseinheit des Fahrzeugs verbunden. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch das direkte Einspeisen generierter Energie, ohne dass Energie-/Leistungsverluste über andere Zwischenspeicher entstehen.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren gemäß dem entsprechenden nebengeordneten Verfahrensanspruch, nämlich durch ein Verfahren zum Generieren von Energie aus Fahrtwind W in einem erdgebundenen Fahrzeug, wobei wenigstens ein um eine Rotorachse gelagerter und an einen Generator gekoppelter Rotor mit mehreren Rotorflügeln mit dem Fahrtwind W beaufschlagt wird, wobei der Fahrtwind W über einen Strömungspfad SP durch wenigstens ein stromauf vom Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel und durch einen den Rotor umgebenden Windfang und durch wenigstens ein stromab vom Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel geleitet wird; wobei zumindest der Rotor im Bereich einer Fahrzeugfront und im Bereich eines Fahrzeugbodens angeordnet ist, insbesondere an der Stirnseite des Fahrzeugs und mit dem stromab angeordneten Strömungsleitmittel mit ausgangsseitiger Öffnung zum Boden, wobei der Strömungspfad SP von der Fahrzeugfront bis zum Fahrzeugboden führt, wobei mittels des stromab vom Rotor angeordneten Strömungsleitmittels eine bodengerichtete Ableitung der Luft erfolgt, insbesondere mit einem Neigungswinkel nach hinten zum Heck und zum Boden im Bereich von 30° bis 45° relativ zur Horizontalebene, wobei der Strömungspfad SP der auf den Rotor geführten Luft W und der stromab vom Rotor abgeleiteten Luft lediglich nach unten in Richtung des Bodens gekrümmt ist und lediglich eine Richtungsänderung nach unten erfährt, insbesondere vom Rotor zunächst axial zumindest annähernd horizontal geführt ist und daraufhin unter eine/die Unterbodenplatte des Fahrzeugs geführt ist. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile, insbesondere in Hinblick auf die Implementierung einer vergleichsweise einfach aufgebauten Vorrichtung mit hoher energetischer Effizienz, insbesondere auch als Nachrüstoption.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Generator mit einem Energiespeicher des Fahrzeugs verbunden, wobei die generierte Energie dem Energiespeicher zugeführt wird, insbesondere indem die Art und Weise der Energiezufuhr mittels einer Steuerungseinheit des Fahrzeugs gesteuert/geregelt wird. Dies kann auch ein Überladen vermeiden, oder beispielsweise kann auch eine zeitweise Passivierung (Inaktivierung) des Rotors vorgesehen sein, beispielsweise bei sehr schneller Fahrt oder bei sehr ungünstigen Witterungsverhältnissen (z.B. bei Eisregen). Wahlweise kann der Rotor dafür auch klappbar ausgestaltet sein (insbesondere klappbar nach hinten zum Heck), so dass der Strömungspfad möglichst widerstandsarm für das Durchströmen der Vorrichtung nahezu komplett freigegeben werden kann.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird auch gelöst durch eine Verwendung gemäß dem entsprechenden nebengeordneten Verwendungsanspruch, nämlich durch Verwendung eines durch wenigstens ein stromauf von einem Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel und durch einen den Rotor umgebenden Windfang und durch wenigstens ein stromab vom Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel definierten Strömungspfades SP in einer von einer Fahrzeugfront bis zu einem Fahrzeugboden reichenden Anordnung in einem erdgebundenen Fahrzeug zum Generieren von Energie aus Fahrtwind, mit dem wenigstens einen um eine Rotorachse gelagerten und an einen Generator gekoppelten Rotor, wobei zumindest der Rotor im Bereich einer Fahrzeugfront und im Bereich eines Fahrzeugbodens angeordnet ist, insbesondere an der Stirnseite des Fahrzeugs und mit dem stromab angeordneten Strömungsleitmittel mit ausgangsseitiger Öffnung zum Boden, wobei mittels des stromab vom Rotor angeordneten Strömungsleitmittels eine bodengerichtete Ableitung der Luft erfolgt, insbesondere mit einem Neigungswinkel nach hinten zum Heck und zum Boden im Bereich von 30° bis 45° relativ zur Horizontalebene, wobei der Strömungspfad der auf den Rotor geführten und stromab vom Rotor abgeleiteten Luft W lediglich nach unten in Richtung des Bodens gekrümmt ist und lediglich eine Richtungsänderung nach unten erfährt, insbesondere vom Rotor zunächst axial zumindest annähernd horizontal geführt ist und daraufhin unter eine/die Unterbodenplatte des Fahrzeugs geführt ist, in einem zwei-, drei- oder vierrädrigen Elektrofahrzeug, insbesondere Verwendung einer zuvor weiter oben beschrieben Vorrichtung in einem/dem Elektrofahrzeug. Hierdurch ergeben sich zuvor genannte Vorteile, insbesondere in Hinblick auf eine gute Energiebilanz und eine CO2-arme Betriebsweise von Elektrofahrzeugen.
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Zusammenfassung: Bei Fahrzeugen lässt sich der Winddruck zum Antreiben wenigstens eines Rotors nutzen. Beispielsweise umfasst eine Vorrichtung zum Generieren von Energie aus Fahrtwind an einem erdgebundenen Fahrzeug wenigstens einen um eine Rotorachse gelagerten und an einen Generator gekoppelten Rotor mit mehreren Rotorflügeln, und ein stromauf vom Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel und einen den Rotor umgebenden Windfang und ein stromab vom Rotor angeordnetes Strömungsleitmittel. Erfindungsgemäß ist die Rotorachse zumindest annähernd in Fahrtrichtung x ausgerichtet ist, wobei die Vorrichtung eingerichtet und ausgestaltet ist für eine Anordnung zumindest des Rotors im Bereich einer Fahrzeugfront und im Bereich eines Fahrzeugbodens, insbesondere an der Stirnseite des Fahrzeugs und mit dem stromab angeordneten Strömungsleitmittel mit ausgangsseitiger Öffnung zum Boden. Hierdurch lässt sich auch eine gute energetische Effizient sicherstellen. Die Erfindung betrifft insbesondere auch entsprechende Verfahren zur Energieerzeugung sowie Verwendungen der hier beschriebenen Strömungsleitkomponenten zum Bereitstellen des bevorzugten Strömungspfades.
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Figurenliste
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In den nachfolgenden Zeichnungsfiguren wird die Erfindung noch näher beschrieben, wobei für Bezugszeichen, die nicht explizit in einer jeweiligen Zeichnungsfigur beschrieben werden, auf die anderen Zeichnungsfiguren verwiesen wird. Es zeigen:
- 1A, 1B, 1C in zwei Seitenansichten und in einer Frontansicht jeweils in schematischer Darstellung Komponenten einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 2 in einer perspektivischen Ansicht in schematischer Darstellung eine Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- 3 in einer geschnittenen Seitenansicht in schematischer Darstellung Komponenten einer Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen;
- 4 in einer weiteren geschnittenen Seitenansicht in schematischer Darstellung Komponenten einer Vorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen;
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die Erfindung wird zunächst unter allgemeiner Bezugnahme auf alle Bezugsziffern und Figuren erläutert. Besonderheiten oder Einzelaspekte oder in der jeweiligen Figur gut sichtbare/darstellbare Aspekte der vorliegenden Erfindung werden individuell im Zusammenhang mit der jeweiligen Figur thematisiert.
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Ein erdgebundenes Fahrzeug 1 weist eine Fahrzeugfront 3 und einen Fahrzeugboden 5 mit einer Unterbodenplatte/-abdeckung 5.1 auf. Wenigstens ein Energiespeicher 7 liefert Energie für den Betrieb des Fahrzeugs 1, insbesondere auch für einen Elektroantrieb (nicht dargestellt) des Fahrzeugs, und mittels einer Steuerungseinheit 9 kann eine/die Energieaufnahme bzw. -abgabe des Energiespeichers 7 gesteuert bzw. geregelt werden.
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Im Fahrzeug 1 ist wenigstens eine Vorrichtung 10 zum Generieren von Energie aus Fahrtwind W verbaut, wobei ein Rotor 11 mit mehreren Rotorflügeln 11.1 im Bereich eines Windfangs 13 zwischen einem stromauf angeordneten Strömungsleitmittel 12 (insbesondere Trichter) und einem stromab angeordneten Strömungsleitmittel 17 (insbesondere umfassend eine bodengerichtete Ableitung) angeordnet ist, insbesondere vergleichsweise nahe zur Unterbodenplatte 5.1, also vergleichsweise weit unten an der Fahrzeugfront.
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Die Rotorachse X11 ist in wenigstens einem Lager 14 gelagert, wobei das Lager 14 beispielsweise zwischen dem Rotor 11 und einer Getriebestufe 15 angeordnet ist. Eine Ausgangswelle der Getriebestufe 15 führt zu einer Generatoreinheit 16, welche mit der Steuerungseinheit 9 und auch direkt mit dem Energiespeicher 7 verbunden sein kann.
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Wenn das Fahrzeug 1 in Fahrtrichtung x Fahrt aufnimmt, entsteht ein Winddruck W am stromauf angeordneten Strömungsleitmittel 12, welcher zu einer Umströmung des Rotors 11 und zu dessen Rotation führt, wobei die Luftströmung auf einem vergleichsweise sanft und stetig und nur wenig gekrümmt verlaufenden Strömungspfad SP durch den Windfang 13 bis zu einer ausgangsseitigen Öffnung 17a des stromab angeordneten Strömungsleitmittels 17 geführt wird. Insbesondere wird die Luft an der Fahrzeugfront 1 lediglich durch eine Strömungsinsel 18 relativ zum Boden von einer Bodenströmung getrennt, um dann nach Umströmen der Strömungsinsel 18 wieder mit dieser zusammengeführt zu werden. Dazu kann die Strömungsinsel 18 je nach Ausgestaltung des Fahrzeugs auch ein strömungstechnisch optimiertes Querschnittsprofil aufweisen, beispielsweise in der Art eines Flügelprofils.
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In den 1A, 1B, 1C ist das erfindungsgemäße Konzept unter Bezugnahme auf zumindest die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung 10 veranschaulicht. Sofern gewünscht wird, dass die Luftströmung an der Fahrzeugfront im Einlassbereich stromauf vom Windfang 13 konzentriert wird, kann das Strömungsleitmittel 12 mit einer Erstreckung mit einem Öffnungs-/Einlasswinkel α angeordnet sein.
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In 2 ist eine Skalierbarkeit der Vorrichtung 10 in Querrichtung y angedeutet, indem die Anzahl der Rotoren 11 erhöht wird.
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In 3 ist die relative Anordnung der einzelnen Komponenten näher veranschaulicht. Zwischen dem Rotor 11 und dem Unterboden 5.1 ist (lediglich) eine/die Strömungsinsel 18 vorgesehen (im Sinne eines Strömungsauftrennungsgebietes). Die Strömungsinsel 18 verjüngt sich zum Heck hin, so dass die beiden Strömungen am Auslass 17a wieder zusammengeführt werden. Zur Vermeidung eines spürbaren Staudrucks an der Fahrzeugfront kann die Strömungsinsel 18 im Querschnitt auch tropfen- oder linsenförmig sein, insbesondere in Abhängigkeit von weiteren Karosserie- bzw. Unterbodenkomponenten des Fahrzeugs. Der Rotor 11 ist in Höhenrichtung z vergleichsweise nahe am Unterboden 5.1 angeordnet, bevorzugt in einer streng vertikalen Ausrichtung, also bei horizontal ausgerichteter Rotorachse X11.
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In 4 ist ein beispielhafter Verlauf des Strömungspfades SP gezeigt. Die Punktlinien in 4 deuten an, auf welche Weise strömungstechnische Optimierungen insbesondere in Abhängigkeit vom erwartungsgemäßen vornehmlichen Betriebszustand (z.B. Autobahnfahrt) durchgeführt werden können. Insbesondere kann der Querschnitt der Strömungsinsel 18 weiter angepasst werden, insbesondere zwecks adäquater Abrundung der zur Luftströmung innerhalb der Vorrichtung 10 weisenden Innenflächen/Innenmantelflächen. Dabei stellt sich ein vorteilhaft kleiner/spitzer Neigungswinkel β zwischen den Strömungsrichtungen der Luftströmung im Abschnitt 17, 17a und der am Unterboden vorbeigeleiteten Luft ein.
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In 4 ist ferner angedeutet, dass ein/der Krümmungsradius der einzelnen Strömungsleitmittel an die jeweilige Einbausituation angepasst werden kann, insbesondere in Hinblick auf einen maximal großen Krümmungsradius bzw. hinsichtlich eines möglichst nur wenig gekrümmten Strömungspfades.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- erdgebundenes Fahrzeug
- 3
- Fahrzeugfront
- 5
- Fahrzeugboden
- 5.1
- Unterbodenplatte oder -abdeckung
- 7
- Energiespeicher
- 9
- Steuerungseinheit
- 10
- Vorrichtung zum Generieren von Energie aus Fahrtwind
- 11
- Rotor
- 11.1
- Rotorflügel
- 12
- stromauf angeordnete Strömungsleitmittel, insbesondere Trichter
- 13
- Windfang
- 14
- Lager
- 15
- Getriebe/Getriebestufe
- 16
- Generator
- 17
- stromab angeordnete Strömungsleitmittel, insbesondere bodengerichtete Ableitung
- 17a
- ausgangsseitige Öffnung des stromab angeordneten Strömungsleitmittels
- 18
- Strömungsinsel, Weiche, Strömungstrennung
- SP
- Strömungspfad der Luft durch die Vorrichtung
- W
- Wind, Winddruck, Luftstrom
- x
- Fahrtrichtung
- X11
- Rotorachse
- y
- Querrichtung
- z
- Höhenrichtung (Hochachse)
- α
- Öffnungs-/Einlasswinkel
- β
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2333324 A2 [0003]
- DE 102009015815 A1 [0003]
- DE 102007054789 A1 [0004]
- DE 102018130609 A1 [0004]
- EP 1108890 B1 [0004]
- DE 102009056309 A1 [0004]
