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GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrisch angetriebenen Anhänger/Auflieger für ein Kraftfahrzeug sowie ein System, umfassend ein Kraftfahrzeug und einen an dem Kraftfahrzeug anbringbaren elektrisch angetriebenen Anhänger.
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HINTERGRUND
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Derzeit finden elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge immer mehr Verbreitung. Allerdings werden Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb kaum zum Transport von Gütern eingesetzt.
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Dies liegt insbesondere daran, dass die Reichweite von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen noch deutlich unter der Reichweite von mit einem Verbrennungsmotor ausgestatteten Kraftfahrzeugen liegt. Darüber hinaus ist die Verfügbarkeit von Ladestationen beschränkt und insbesondere beansprucht ein Ladevorgang von elektrischen Energiespeichern, wie beispielsweise Akkupacks, zum Betreiben eines elektrischen Antriebs deutlich mehr Zeit als dies bei einem Befüllen eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor mit herkömmlichem Kraftstoff, wie beispielsweise Benzin oder Diesel, der Fall ist.
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Darüber hinaus stellen Kraftfahrzeuge zum Transport, nachfolgend auch Transportfahrzeuge genannt, besondere Anforderungen an die Konstruktion des Fahrgestells oder des Rahmens. Der Rahmen muss hierbei nicht nur die gesamte zu transportierende Last aufnehmen sondern auch Akkupacks zur Verwendung mit einem elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs sicher unterbringen.
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Weiterhin sind Transportfahrzeuge sowie Anhänger gemäß dem Stand der Technik häufig unter Verwendung von schweren Materialien wie Stahl gefertigt, um die Lasten beim Transport aufzunehmen. Selbst bei einer Verwendung von anderen Materialien, wie beispielsweise Aluminium, müssen diese Materialien aufwendig verschweißt werden.
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Eine Konstruktion für Transportfahrzeuge gemäß dem Stand der Technik ist daher meist schwer und aufwendig herzustellen. Diese Konstruktionsweise führt weiterhin dazu, dass eine Reichweite eines einzusetzenden elektrischen Antriebs weiter reduziert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde eine Konstruktion für Transportfahrzeuge bereitzustellen, welche die Reichweite eines elektrischen Antriebs wesentlich erhöht, und damit den Einsatz eines elektrischen Antriebs zum Transport von Gütern ermöglicht.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die oben genannte Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen bestimmt.
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Entsprechend einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Anhänger für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass eine tragende Konstruktion eines Anhängerrahmens des Anhängers im Wesentlichen aus miteinander verbundenen Elementen aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht, und der Anhängerrahmen zumindest eine Aussparung für die Aufnahme von jeweils einem oder mehreren Akkupacks aufweist.
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Entsprechend einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System, umfassend ein Kraftfahrzeug und einen an dem Kraftfahrzeug anbringbaren Anhänger, bereitgestellt, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die tragende Konstruktion eines Anhängerrahmens des Anhängers im Wesentlichen aus miteinander verbundenen Elementen aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht, und der Anhängerrahmen zumindest eine Aussparung für die Aufnahmen von jeweils einem oder mehreren Akkupacks aufweist.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche zum besseren Verständnis der Erfindung dargestellt werden und welche nicht als beschränkend anzusehen sind, werden nachfolgend mit Bezug zu den Figuren beschrieben.
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1 zeigt einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug in einer Seitenansicht gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt ein Kraftfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 zeigt einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug in einer Rückansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug in einer unter Ansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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5 zeigt einen Ausschnitt eines Anhängers für ein Kraftfahrzeug in einer unter Ansicht gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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6 zeigt die Daten- und Netzwerk-Verbindung zwischen Zugmaschine und angetriebenem Auflieger
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DETAILBESCHREIBUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft in einem Aspekt ein Fahrzeugfahrgestell oder einen Rahmen für Transportfahrzeuge, insbesondere Lastkraftwagen, LKW, aus neuartigen Leichtbaumaterialien oder deren Kombination miteinander sowie anderweitigen geeigneten Materialien zur Herstellung.
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Transportfahrzeuge stellen besondere Anforderungen an die Konstruktion des Fahrgestells, insbesondere hinsichtlich einer sicheren Unterbringung der Akkus, deren Schutz vor Beschädigungen, und deren Überwachung.
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Die Fahrgestelle von konventionellen erhältlichen Transportfahrzeugen und Aufliegern oder Anhängern verwenden oft noch in größerem Umfang Materialien, die herkömmlicherweise aus Stahl und Aluminium bestehen. Nachteilig ist, dass die Materialien aufwändig verschweißt werden müssen. Ferner müssen größere Bauteile aus Stahl und Aluminium geschweißt werden.
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Bekannt sind diese neuartigen Materialien aus dem Bereich des Flugzeug- und LKW-Containerbau. Grundkonstruktionen werden in diesem Bereich aus Gründen der Gewichtseinsparung gefertigt und sind hoch torsionssteif und hochbelastbar.
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Vorteilhafte denkbare Ausführungs- und Nutzungsformen umfassen beispielsweise Fahrgestelle mit zwei und mehr Rädern.
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Durch den Wegfall kostenintensiver Spezialwerkzeuge, wie z. B. Press- und Formwerkzeuge, wird es beispielsweise möglich, Elektrofahrzeuge für bestimmte Einsatzzwecke optimal und kosteneffizient sowie CO2-neutral herzustellen. Durch die vorteilhafte Nutzung von elektrischen Energiespeichersystemen, die beispielsweise über Photovoltaikanlagen geladen werden, ist zum Beispiel auch der Einsatz in Entwicklungsländern möglich. Durch die Verwendung eines modulartigen Bausystems und auf Grund der einfachen Bauweise wird ferner der Aufbau des Fahrgestells vor Ort ermöglicht.
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Auf diese Weise wird ein Elektrofahrzeug gebaut, dass mit dieser vorteilhaften Nutzung eines speziellen Schichtverbundwerkstoff sowie der Integration der Akkuzellen im unteren Fahrzeugschwerpunkt einzigartig ist. Die Fahrsicherheit wird beispielsweise durch die konsequente Verlagerung der Akkus in einen hierfür speziell vorbereiteten Zwischenboden erhöht und gleichzeitig der Personen- bzw. Warenschutz.
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Der Fahrzeugboden besteht aus mehreren Lagen Sandwichmaterial. Insbesondere sind im Fahrzeugboden Aussparungen für die Aufnahme der Akkus vorgesehen, welche nicht vollständig bis in das Personen- bzw. Warengehäuse vordringen, dies ist der sogenannte Zwischenboden.
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Ein Vorteil einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt beispielsweise in der Flexibilität des Baukonzepts, beispielsweise hinsichtlich eines variabel anpassbaren Radstands und der Achsenanzahl sowie der Anzahl der elektromotorisch angetriebenen Achsen, variabel anpassbare Spurweiten, und/oder freier Wahl der Bauformen und Bauarten der Karosserien und Aufbauten.
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Der Aufbau eines Akkupacks, welches in einem Anhänger oder einem System gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwenden ist, ist aus dem Stand der Technik bekannt, siehe beispielsweise
DE 20 2014 008 336 U1 .
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriesystem im Sandwichboden unter der Ladefläche angebracht.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriesystem seitlich unter der Ladefläche angebracht.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Batteriesystem in Höhe eines sogenannten Königszapfen gestapelt.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Batteriesystem ein skalierbares Batteriesystem.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Auflieger oder Anhänger elektrisch angetrieben. Beispielsweise werden eine Achse, zwei Achsen oder drei Achsen elektrisch angetrieben. Je mehr Achsen angetrieben werden, desto effizienter ist der elektrische Antrieb des Anhängers.
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In einer weiteren Ausführungsform können bestehende Anhänger umgerüstet oder aufgerüstet werden, um entsprechend der vorliegenden Erfindung eingesetzt zu werden.
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In einer weiteren Ausführungsform werden Anhänger beispielsweise im Leichtbau aus Sandwichkomponenten neu gefertigt.
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In einer weiteren Ausführungsform bildet das System gemäß der vorliegenden Erfindung ein autarkes Hybrid-System zur Kombination mit konventionellen Zugmaschinen.
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In einer weiteren Ausführungsform bildet ein Anhänger oder ein System gemäß der vorliegenden Erfindung einen Energiespeicher zur Anbindung in ein Stromversorgungsnetzwerk beispielsweise eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens und kann eine bidirektionale Anbindung an eine Ladeinfrastruktur als autarkes Speichermedium darstellen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann Energie in ein Hausnetz, Firmennetz oder ein allgemeines Stromversorgungsnetz zurück gespeist werden.
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In einer weiteren Ausführungsform können stationäre Speicher durch mobile Speicher in einem Anhänger oder einem System gemäß der vorliegenden Erfindung ersetzt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform kann ein Traktionsspeicher in einem Anhänger oder einem System gemäß der vorliegenden Erfindung in ein intelligentes dezentrales Versorgungssystem eingebunden werden.
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Beispielsweise kann eine hohe Ladekapazität durch einen Anhänger oder ein System gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden. Denkbar ist zum Beispiel eine Leistung von 250 kWh pro LKW. Dies ermöglicht beispielsweise auf einem Parkplatz mit 20 geparkten LKWs über 24 Stunden eine Ladekapazität von 120 MW. Diese Ladekapazität kann beispielsweise verwendet werden um Energie aus regenerativen Energiequellen zwischenzuspeichern.
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In einer weiteren Ausführungsform weist ein Antrieb Einzelmotoren oder sogenannte Transaxle auf.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Fahrsicherheit beispielsweise durch Stabilitätsprogramme mittels Drehmomentverteilung erreicht und beispielsweise mittels Integration von Beschleunigungs-, Gierraten- und Magnetfeld-Sensoren umgesetzt.
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In einer weiteren Ausführungsform kann der Anhängern über einen Controller-Area-Network, CAN, mit dem Kraftfahrzeug in dem System gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sein und es können beispielsweise Signale von einem Fahrpedal, Bremspedal, Lenkwinkelsensor etc. übertragen werden. Des Weiteren übermittelt ein Drehwinkelsensor am Königszapfen die Knickposition des Aufliegers zur Zugmaschine.
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In einer weiteren Ausführungsform wird eine serienmäßige DC-Gleichstromverbindung für hohe Ladeleistungen verwendet. Beispielsweise wird ein CCS Combo Standard für bis zu 200 KW verwendet und genutzt.
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In einer weiteren Ausführungsform können beispielsweise mehrere 3-Phasen-Ladegeräte, wie zum Beispiel 22 kW-Ladegeräte, zur schnellen Aufladung der Akkupacks verwendet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Fahrverhalten des Anhängers durch Verwendung von Antriebsmotoren an jedem angetriebenen Rad, sogenannte Einzelradmotoren, verbessert.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Fahrdynamik durch eine Stabilitätskontrolle wie ESP, ABS und Sensorik, Traktionskontrolle sowie Torque-Vectoring, welche über die Ansteuerung der Einzelrad-Motoren realisiert wird, verbessert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird beispielsweise ein autark angetriebener LKW-Sattelauflieger verwendet. Dieser ermöglicht das Rangieren ohne Zugmaschine und weist zusätzlich ein verbessertes Fahrverhalten an Steigungen auf, insbesondere im Anfahrbetrieb bei glatten Untergründen. Die Bremsen des Systems oder Gespanns werden bei Bergfahrten geschont, weil eine stufenlose Rekuperation, das heißt elektrischer Bremsbetrieb mit Rückspeisung in das Akkupack, möglich ist. Gleichzeitig kann die Reichweite durch diesen Fahrbetrieb vergrößert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform betrifft ein Aspekt der Erfindung ein Fahrzeuggestell für Transporter, LKW und LKW-Auflieger in Verbindung mit einem Akkupack gemäß Gebrauchsmusteranmeldung
20 2014 008 336 , für welches dieses Fahrgestell entwickelt wurde, und das vorzugsweise zumindest im Fahrzeugboden sowie ggf. auch im Fahrzeugfrontbereich und/oder -heckbereich installiert wird. Das Fahrzeugfahrgestell für dieses Elektrofahrzeug besteht in einer Ausführungsform im Wesentlichen aus einem oder mehreren Leichtbaumaterialien.
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Elektrofahrzeuge stellen besondere Anforderungen an die Konstruktion des Fahrgestells, insbesondere hinsichtlich einer sicheren Unterbringung der Akkus, deren Schutz vor Beschädigungen, und deren Überwachung.
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Die Fahrgestelle von käuflich erhältlichen Elektrofahrzeugen verwenden oft noch in größerem Umfang Materialien, die herkömmlicherweise zum Fahrzeugbau eingesetzt wurden, wie Stahl und Aluminium. Nachteilig ist, dass die Materialien aufwändig verschweißt werden müssen. Ferner müssen größere Bauteile aus Stahl und Aluminium gegossen oder gepresst werden.
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Die Materialien und das Konzept zur Komplettherstellung von Elektro-Transportfahrzeugen, LKW und LKW-Aufliegern lassen sich zum Teil auch auf die Umrüstung von bestehenden LKW-Zugmaschinen mit Verbrennungsantrieb und/oder LKW-Aufliegern auf einen Elektroantrieb übertragen. Jedoch besteht ein zunehmender Bedarf an dieser Umrüstung, gerade bei Transportern und LKW auf Grund der innerstädtischen Umweltzonen.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass eine beispielsweise uneingeschränkte Einfahrt in diese Zonen auf Grund der deutlich reduzierten Lärm- und insbesondere Schadstoffemissionen wie CO2 und Feinstaub beispielsweise in Form von Rußpartikeln ermöglicht wird.
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Angesichts der vereinfachten Herstellung lässt sich das neuartige Baukonzept beispielsweise flexibel an unterschiedliche Fahrzeugmodelle anpassen.
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Ein weiterer Vorteil ist auch, dass für den Zusammenbau der Einzelteile in der Regel keine besonderen industriellen Fertigungstechniken erforderlich sind, die für die Umrüstung einzelner Fahrzeuge in kleineren Betrieben notwendig wären.
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Ein Baukonzept in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung für Transporter/LKW mit Verbrennungsmotoren sowie herkömmliche LKW-Auflieger sollte ferner in der Lage sein, flexibel ausreichend Batteriemodule zu integrieren, um die für eine zufriedenstellende Reichweite des Fahrzeugs erforderliche Batterieleistung und -kapazität zur Verfügung zu stellen.
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In einer oder in mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist ein Anhänger oder ein System, umfassend ein Kraftfahrzeug und den Anhänger, eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: Eignung für die Umrüstung von Transportern und LKW mit Verbrennungsmotoren; flexible Anpassung an das umzurüstende Modell; Flexibilität hinsichtlich der Unterbringung von ausreichend Batteriekapazität zur Optimierung der Reichweite; Verzicht auf aufwändige industrielle Fertigungsverfahren, wie Gießen, Pressen, Formen, Stanzen, Verschweißen, etc.; Gewichtseinsparung zur Optimierung der Reichweite; Fahrsicherheit, und gute mechanische Eigenschaften des Fahrgestells, insbesondere hinsichtlich Tragkraft, Torsionssteifigkeit, Befahren von Umweltzonen im innerstädtischen Bereich zu jeglichen Tag und Nachtzeiten auf Grund deutlich reduzierter Lärm- und Schadstoffemissionen.
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In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Akkupack verwendet, welches eine oder mehrere der nachfolgenden Eigenschaften aufweist: das sich leicht und flexibel in ein Fahrgestell für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug integrieren lässt; das sich insbesondere für Fahrgestelle eignet, die im Wesentlichen aus leichten Verbundwerkstoffen bestehen; flexibel an unterschiedliche Fahrzeugtypen und – ausführungen angepasst werden kann; wirtschaftlich produziert und leicht erweitert werden kann (da es auf identischen Basiseinheiten beruht); es ermöglicht unterschiedlichste Akkukapazitäten mit minimalen Modifikationen zu realisieren; das als tragfähiges Element zur Festigkeit des Fahrgestells beitragen kann; bei guter Leistung effizient gesteuert werden kann.
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Durch den Wegfall kostenintensiver Spezialwerkzeuge, wie z. B. Press- und Formenwerkzeuge, wird es möglich, Elektronutzfahrzeuge für bestimmte Einsatzzwecke optimal und kosteneffizient sowie sehr CO2-neutral herzustellen. Das Fahrgestell besteht ausschließlich aus flachen Teilen, die platzsparend gelagert werden können. Das wirkt sich äußerst vorteilhaft auf Transport und Lagerung aus. Die Fahrgestelle werden unmittelbar vor der Endfertigung aufgebaut. Durch die Verwendung eines modulartigen Akkubausystems und auf Grund der einfachen Bauweise wird ferner der Aufbau des Fahrgestells vor Ort ermöglicht. Durch die vorteilhafte Nutzung von elektrischen Energiespeichersystemen, die über Photovoltaikanlagen geladen werden, ist auch der Einsatz in Entwicklungsländern möglich. Gleichzeitig können die Akkus in den Fahrzeugen als Energiezwischenspeicher dienen, insofern das Fahrzeug nicht genutzt wird. Insbesondere die einfache Modulbauweise ist vorteilhaft für den Einsatz in solchen Ländern, da der Zusammenbau keine besonderen Fachkenntnisse voraussetzt und mit einer detaillierten Beschreibung für die Endmontage praktischerweise durchführbar ist.
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Auf diese Weise wird ein Elektrofahrzeug gebaut, dass mit dieser vorteilhaften Nutzung eines speziellen Schichtverbundwerkstoffs in Kombination mit speziell entwickelten brandgeschützten Akkupacks, die in speziell vorbereiteten und ggf. ebenfalls brandgeschützten Aussparungen unter Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts untergebracht werden, einzigartig ist. Die Fahrsicherheit wird durch die Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts, insbesondere die bevorzugte Verlagerung der Akkus in einen hierfür speziell vorbereiteten Zwischenboden erhöht und gleichzeitig der Personenschutz verbessert. Der Fahrzeugboden besteht aus mehreren Lagen Sandwichmaterial. Insbesondere unter dem Bereich des Ladegehäuses sowie zwischen Führerhaus und Hinterachse sind im Fahrzeugrahmen Vorrichtungen für die Aufnahme der Akkus vorgesehen, welche von der Personenkabine räumlich getrennt sind.
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Die räumliche Trennung der Akkupacks dient der Sicherheit im Falle eines Crashs und der besseren Verteilung des Gewichts im Fahrzeug. Die Verwendung von möglichst vielen Gleichteilen in der Produktion der Akkupacks bietet beispielsweise Vorteile für die Serienfertigung und das Qualitätsmanagement. Dies erfordert zwingend ein speziell konstruiertes Chassis, konsequenter Weise aus dem oben beschrieben Material.
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Ein entscheidender Vorteil liegt in der Flexibilität des Baukonzepts, beispielsweise hinsichtlich eines variabel anpassbaren Radstands, variabel anpassbarer Spurweiten, und/oder freier Wahl der Bauformen und Bauarten der Aufbauten in Verbindung mit einer flexiblen Unterbringung der Akkupacks. Insbesondere eignet sich das Konzept zum Aufbau von LKW-Aufliegern, LKW, und anderweitiger Nutzfahrzeuge.
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Weitere Vorteile ergeben sich dem Fachmann aus den Figuren und der detaillierten Beschreibung der Erfindung. Die Figuren erläutern beispielhaft und schematisch eine vorteilhafte Ausführungsform zum Aufbau eines Nutzfahrzeugs, bestehend aus einem Fahrgestell aus Sandwichkomponenten mit möglichen Ausführungsformen als Transporter, LKW-Zugmaschine und LKW-Sattelauflieger.
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Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform in der Seitenansicht eines LKW-Sattelaufliegers und einer LKW-Zugmaschine bestehend aus einem neuartigen Fahrgestell aus Sandwichmaterialien sowie elektrisch angetriebenen Achsen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Angetriebene Achsen (1 bis 3)
- 2
- Gruppen von Akkumodulen
- 3
- einzelnes Gehäuse für ein Akkumodul
- 4
- Sandwichboden
- 5
- Aufbau
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2 zeigt einen LKW in der Ausführungsform einer Sattelzugmaschine in der Seitenansicht bestehend aus einem neuartigen Fahrgestell aus Sandwichmaterialien sowie elektrisch angetriebenen Achsen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Angetriebene Achsen (1 bis 2)
- 2
- Gruppen von Akkumodulen
- 3
- Gehäuse für Akkumodule
- 4
- Königzapfen zur Aufnahme des Sattelaufliegers
- 5
- Personenkabine
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3 zeigt den LKW-Sattelauflieger gemäß 1 in der Heckansicht
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Controller (1 bis 2 Stück pro Achse)
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Einzelne Akkumodule innerhalb des Gehäuses im Sandwichboden
- 4
- Sandwichboden
- 5
- Aufbau
- 6
- Elektromotor (1 bis 2 Stück pro Achse)
- 7
- Getriebe (1 bis 2 Stück pro Achse)
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4 zeigt den LKW-Sattelauflieger gemäß 1 in der Draufsicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Akkumodule
- 2
- Bodenplatte
- 3
- Bodenplatte Laderaum, Oberseite Sandwichboden
- 4
- Antriebswelle
- 5
- Reifen
- 6
- Getriebe
- 7
- Elektromotor (1 bis 2 Stück pro Achse)
- 8
- Controller (1 bis 2 Stück pro Achse)
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5 zeigt die LKW-Zugmaschine gemäß 2 in der Draufsicht
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Akkumodule
- 2
- Akkugehäuse
- 3
- Chassis, vorzugsweise aus Sandwichmaterial
- 4
- Königszapfen zur Aufnahme des Sattelaufliegers
- 5
- Reifen
- 6
- Getriebe (1 bis 2 Stück pro Achse)
- 7
- Elektromotor (1 bis 2 Stück pro Achse)
- 8
- Controller (1 bis 2 Stück pro Achse)
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6 zeigt den gesamtem Sattelzug in der Seitenansicht
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Netzwerk-Leitung wie zum Beispiel CAN-Bus. Übermittlung von Sensordaten wie zum Beispiel von Kameras, Radar, Ultraschall, Neigungs-, Beschleunigungs- und Magnetfeldsensor an den Fahrerstand der Zugmaschine.
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- Netzwerk-Leitung wie zum Beispiel CAN-Bus. Übermittlung von Sensordaten zum Beispiel von Gaspedalstellung, Bremspedalstellung, Gangwahl vom Fahrerstand der Zugmaschine an die Steuereinheit des angetriebenen Aufliegers.
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Im Folgenden wird die Erfindung noch weiter im Detail beschrieben:
„Im Wesentlichen” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise mindesten 95%, insbesondere mindestens 98% des Volumens aller Bauteile der tragenden Konstruktion des Fahrgestells aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht. Auch das Fahrgestell insgesamt (ohne Akkupacks, Stoßstangen, Motor, Ladegeräte, ggf. vorhandenem Controller zur Erzeugung von Drehstrom, und ohne Radaufhängung) besteht vorzugsweise zu mindestens 90% seines Volumens, insbesondere mindestens 95% aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff.
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Die Vorteile sind der modulare einheitliche, platzsparende und zusätzlich kosteneinsparende Aufbau sowie die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im mobilen und stationären Bereich.
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Vorzugsweise weist das Fahrgestell entlang dessen Längsachse und ggf. auch in Querrichtung einen Kabelkanal auf, worin Kabel geführt werden können, welche die Akkumodule zumindest mit den Akkupacks untereinander und dem Controller und dem Motor verbinden. Dieser Kabelkanal wird vorzugsweise auch zur Zuführung von Kühlluft zum Motor und ggf. weiterer elektrischer Komponenten verwendet.
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Vorzugsweise sind an jeder Aussparung für die Akkupacks und dem Kabelkanal eine Durchgangsöffnung mit einem Berstschutz vorgesehen, sodass, wenn einzelne Akkuzellen im Akkupack Gas entwickeln, beispielsweise im Brandfall, der so entstehende Überdruck über die Öffnung und den Kabelkanal abgeführt werden kann. Als Berstschutz kann beispielsweise eine Membran oder vorgestanzte Metallplatte dienen.
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Vorzugsweise ist der Schichtverbundwerkstoff ein Sandwichverbundwerkstoff, worin die äußeren Schichten aus Faser-verstärktem Kunststoff bestehen, welche durch die Schaumstoffschicht hindurch miteinander vernäht sind. Eine oder beide äußeren Schichten können auch 2-lagig aufgebaut sein, d. h. aus zwei in Kunststoff eingebetteten Faserlagen.
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Vorzugsweise wählt man die Fasern unter Glasfasern, hochfesten Metall/legierungs-Fasern, Aramidfasern und/oder Carbonfasern aus. Die Fasern werden besonders bevorzugt unter Carbonfasern, Glasfasern und Kombinationen hiervon ausgewählt. Die Fasern können in Wirrlage, gewebt oder gewirkt vorliegen.
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Als Kunststoffmaterial kommt beispielweise Vinylester, Polyester, Polyurethan oder Epoxydharz in Betracht.
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Die Schaumschicht kann beispielsweise einen Schaum auf Polyurethan-, Phenolharz- oder PVC-Basis enthalten.
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Als Faden zum Vernähen der äußeren Schichten eignen sich z. B. hochfeste Fäden aus Nylon oder Aramid.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sandwichverbundwerkstoff um ein 3-(oder 5)-lagiges Material, das zwei (oder 4) mit einander vernähte, äußere Schichten aus mit Glas- und/oder Carbonfaser (vorzugsweise Glas- und Carbonfaser) verstärktem Kunststoff und eine dazwischen befindliche Schaumstoffschicht umfasst. Panels dieses Typs sind bei VDL Fibertech Industries, Belgien unter der Bezeichnung Acrosoma® erhältlich. Diese lassen sich mit einem Wasserstrahlschneider auf die gewünschte Form zurechtschneiden. Diese Materialien sind sehr torsionssteif und hochbelastbar.
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Der Vorteil des verwendeten Materials ist die erhöhte Sicherheit gegen eine Delaminierung der Deckschichten (äußeren Schichten), die sich durch das Vernähen ergibt. Daraus resultiert auch die erhöhte Torsionssteifigkeit (Sicherheit gegen Verwinden) und ein erhöhter Energieabbau im Falle eines Crashs. Die Fertigung der plattenartigen Einzelteile („Elemente”) erfolgt mittels geeigneter Schnittwerkzeuge (Sägen, Fräser, Wasserstrahlschneider, usw.). Die Einzelteile können zusammengesteckt und mittels 2K-Epoxidkleber gleichzeitig verklebt werden. Die Fixierung der Teile erfolgt mittels handelsüblicher Schraubzwingen bis zur Aushärtung des Klebers. An besonders beanspruchten Stellen können zusätzlich die Einzelteile mit geeigneten Schraubverbindungen gesichert werden.
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Idealerweise sind unterschiedliche Antriebskonzepte mit einer variablen Anzahl von Elektromotoren und Getriebeausführungen umsetzbar. Es können wahlweise nur eine oder mehrere Achsen gleichzeitig angetrieben werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Akkupacks ist dadurch gekennzeichnet, dass sich an einer Stirnseite des Akkumoduls, vorzugsweise einer der beiden kurzen Seiten, mindestens eine Platine als Teil eines Batteriemanagementsystems (BMS) befindet, welche alle Akkuzellen (2) im Akku-Submodul (7) in Bezug auf Spannung und Temperatur überwacht.
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Vorzugsweise ist die Platine über einen CAN-Bus parallel mit einer Steuereinheit (VCU = Vehicle Control Unit) verbunden ist, welche die Daten auswertet und mit der Antriebselektronik sowie dem Ladegerät kommuniziert. Insbesondere sorgt das BMS am Ende des Ladevorgangs durch aktives balancieren der Zellen für gleiche Zellspannung im gesamten Akku, d. h. allen Akkupacks zusammen betrachtet.
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Vorzugsweise sind somit auch die Basis-Akkumodule (3) aus gleichen Akkuzellen aufgebaut.
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Bevorzugt kann das Basisbatteriemodul für maximale Effizienz und Wirkungsgrad mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Vorzugsweise kann die Batterie in einem optimalen Temperaturfenster gehalten werden, was Lebensdauer und Leistungsfähig positiv beeinflusst.
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Ein Vorteil der Erfindung ist der einheitliche Aufbau der Akkupacks, welche vorzugsweise bereits alle notwendigen elektronischen Bauteile zum Be- und Entladen, Beheizen, Temperaturüberwachung und zum Balancieren der Zellspannung in den Akkuzellen der Akkupacks enthält. In optimaler Weise sind diese Akkupacks auch als dezentrale Speichersysteme in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage geeignet.
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In einer oder in mehreren Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich ein oder mehrere der nachfolgenden Vorteile: ein mehrachsiger Antrieb ist effizienter als Antrieb an nur einer Achse; Unterstützung der Zugmaschine beim bergauf fahren spart Treibstoff; beim Bergabfahren Unterstützung/Schonung der Bremsanlage durch Rekuperation; Bremsenergie, die normalerweise verloren geht wird gespeichert und verlängert die Reichweite, und spart Treibstoff; Energie für einen Kühlaufbau bei Lebensmitteltransporten wird elektrisch und nicht vom Diesel bereitgestellt; deutlich höhere Effizienz; Wirkungsgrad Dieselantrieb ca. 20–25%, Wirkungsgrad E-Antrieb 80–85%; Stop and Go-Verkehr im Stau kann komplett elektrisch realisiert werden. Sehr hohe Treibstoff-Ersparnis, drastische Reduktion von NOx-Emmissionen; Elektrischer Antrieb ist wartungsfrei.
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In einer oder mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird der Anhänger oder das System als Energiespeicher genutzt. Daraus ergibt sich ein oder mehrere der nachfolgenden Vorteile: Vehicle-to-Grid Szenario. Speicher im Fahrzeug dient als Energiequelle. Stichwort Regelenergiemarkt. Siehe Anhang; Während der Fahrpausen kann der Speicher an Raststationen mit Wind-/Solarstrom betankt werden; am Hub, während des Beladens mit Gütern, kann Energie aus dem Speicher dem Gebäude zur Verfügung gestellt werden; Einbindung des Speichers in die Energieerzeugung beim Betreiber: Solarpanels auf dem Dach des Hubs, eigenes Windrad, BHKW.
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In einer oder in mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich weiterhin ein oder mehrere der nachfolgenden Vorteile: LKW mit angetriebenem Auflieger kann in der Stadt elektrisch fahren und umgeht Fahrverbote; LKW kann in der Stadt so gut wie geräuschlos fahren; zum Rangieren an der Rampe kann der Anhänger ohne Zugmaschine gesteuert werden (nur mit der 2-Motor-Lösung zum Lenken durch Verteilung der Drehmomente); Fuhrunternehmen machen sich unabhängig vom Treibstoffkosten und Verkehrsbeschränkungen.
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In einer oder in mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich weiterhin ein oder mehrere der nachfolgenden Vorteile bezüglich Sicherheit: Rekuperation entlastet die Bremsanlage des LKW; die 2-Motor-Lösung ermöglicht aktive Stabilitätskontrolle durch die gezielte Verteilung von positivem (Beschleunigung) und negativem (Abbremsen) Drehmoment; Sensor für Gierrate, Neigungswinkel und Magnetfeldmessung liefert Daten zur Lage des Anhängers. Mit gezielter Steuerung der Drehmomente an den Motoren, auf Basis der Sensordaten, kann der Anhänger stabilisiert werden; Beispiel: Ausweichmanöver, Windstoß; Rekuperation der Motoren erhöht die Bremsleistung, verkürzt den Bremsweg und Vermindert den Verschleiß der mechanischen Bremsanlage.
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In einer oder in mehreren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich weiterhin ein oder mehrere der nachfolgenden allgemeinen Vorteile: Der elektrische Anhänger erlaubt einen besonders vorteilhaften Hybrid-Antrieb. Die Systeme müssen nicht in ein Fahrzeug integriert werden, sondern sind räumlich und funktional getrennt. Aus der Zugmaschine kommen lediglich die Signale des Gas- und Bremspedals via CAN-Bus, die den eigenständigen Antrieb im Anhänger steuern. Durch diese Trennung der Antriebsarten ist das Transportunternehmen sehr flexibel aufgestellt. An den Zugmaschinen wird nur ein minimaler Eingriff vorgenommen. Der Einsatz der bisherigen Anhänger wird nicht beeinträchtigt.
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Die obige Beschreibung der Ausführungsformen ist lediglich beispielhaft und dient nicht dazu den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Der Schutzbereich ist durch die Schutzansprüche gegeben. Es versteht sich, dass die obigen Ausführungsformen in geeigneter Weise geändert, kombiniert oder ausgelassen werden können, soweit dies in den Schutzbereich der Schutzansprüche fällt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202014008336 U1 [0027]
- DE 202014008336 U [0049]
