DE2824317C2

DE2824317C2 -

Info

Publication number: DE2824317C2
Application number: DE2824317A
Authority: DE
Inventors: Orval Klance Bruce Wis. Us Fletcher
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-03
Filing date: 1978-06-02
Publication date: 1987-12-03
Also published as: CA1087991A; DE2824317A1; AU516616B2; JPS543716A; US4093035A; AU3526678A; JPS5918554B2; GB1590672A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisch ange triebenes Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentan spruchs.

Ein solches Fahrzeug ist aus der US-PS 37 13 503 bekannt. Dabei wird ein horizontal liegendes Windrad benutzt, wel ches nur die Hälfte der Querschnittsfläche des Strömungs kanals ausnutzt.

Aus der FR-PS 6 89 384 ist es bekannt, zwei synchron und mit gleicher Geschwindigkeit und mit entgegengesetztem Drehsinn laufende Windräder zu verwenden, welche jedoch in Windrichtung gesehen nebeneinander angeordnet sind, so daß auch dabei die Querschnittsfläche nur zur Hälfe genutzt wird.

Aus der GB-PS 1 73 578 und dem DE-GM 74 36 546 sind be reits Windräder mit lotrechter Welle bekannt, wobei diese radiale Doppelarme trägt, an deren freien Enden je ein Flügel befestigt ist und wobei zwei Doppelarme senkrecht untereinander an der Welle drehbar gelagert sind in einem gegenseitigen Abstand, der kleiner ist als die Höhe der nach unten ansetzenden, vorzugsweise flach rechteckigen Flügel, welche bezüglich ihres Doppelarms je einen Winkel von etwa 90° gegeneinander einschließen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von der US-PS 37 13 503 die Windradeinrichtung derart aus zubilden, daß die gesamte Querschnittsfläche des Strö mungskanals genutzt wird.

Diese Aufgabe wird durch das Fahrzeug gemäß dem Patentan spruch gelöst.

Es ist ein besonderer Vorteil dieses Fahrzeugs, den wäh rend der Fahrt des Fahrzeugs zur Verfügung stehenden Luft strom zu nutzen und zusätzlich auch die Bremsenergie als Energiequelle für die Wiederaufladung von Batterien eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs zu nutzen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen nä her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit einer darin untergebrachten mit einem Strömungsmitel betriebenen Mühle;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs zur Veranschaulichung der Anordnung der Batterien;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer mit einem Strömungsmedium angetriebenen Mühle, welche im Chassis eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs montierbar ist und

Fig. 4 eine Draufsicht eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einer darin untergebrachten mit einem Strömungsmedium betriebenen Mühle.

Fig. 4 zeigt ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 mit einer mit einem Strömungsmedium betriebenen Mühle 10 im Motorraum. Eine Luftaufnahmeöffnung 12 ist hinter dem Gitter 14 des Fahrzeugs vorgesehen und erlaubt die Ein strömung der Luft in den Motorraum während der Vorwärts bewegung des Fahrzeugs. Die einströmende Luft kann durch groß dimensionierte Ausströmöffnungen 15 in den Seiten des Fahrzeugs ausströmen oder sie kann durch den Boden des Motorraums abwärts ausströmen. Die einströmende Luft trifft auf einen ersten und einen zweiten Satz Schaufeln 16 und 18 einer strömungsmedium-betätigten Mühle 10. Die Beaufschla gung mit Luft führt zu einer Drehung von Wellen 22 und 24, welche die Schaufelsätze 16 bzw. 18 tragen, in ihren Lagern. Wie weiter unten näher beschrieben, wird die Drehbewegung der Wellen in den Antrieb eines elektrischen Generators (Gleichstromgenerator oder Wechselstromgenerator) umgesetzt und dient somit der Erzeugung von elektrischem Strom.

Gemäß Fig. 2 dient der Kofferraum 26 des Fahrzeugs 1 teil weise zur Unterbringung eines Satzes Batterien 28. Diese Batterien sind normalerweise parallel geschaltet und stellen die elektrische Energie für jeden der elektrischen Motoren für den Antrieb eines oder mehrerer Räder des Fahrzeugs bereit. Die Ausgangsleistung des mit dem Windrad angetrie benen elektrischen Generators wird den Batterien 28 zugeführt, so daß diese während der Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs kontinuierlich aufgeladen werden.

Bekanntlich steht das Ausmaß des Luftwiderstandes eines Fahrzeugs während der Vorwärtsbewegung in Beziehung zur Stromlinienform des Fahrzeugs. Das Fahrzeug gemäß den Fig. 1 und 2 hat eine übliche Gestalt kompakter oder teilkompakter Fahrzeuge. Demgemäß führt die seitlich und oberhalb und unterhalb des Fahrzeugs vorbeiströmende Luft zu einem bestimmten Strömungswiderstand bei einer bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs. Wenn man nun die auf das Gitter oder einen anderen Vorderbereich des Fahrzeugs auftreffende Luft durch eine Luftaufnahme öffnung in das Innere des Fahrzeugs eintreten läßt und durch eine Luftaustrittsöffnung an der Seite, am Boden oder auf der Oberseite des Fahrzeugs wieder austreten läßt, so kommt es insgesamt kaum zu einer Änderung des Gesamtströmungswiderstandes. Somit kann man daher die Effizienz des Fahrzeugantriebs erhöhen, wenn es gelingt, den Luftstrom teilweise in nutzbare Arbeit umzuwandeln, ohne hierdurch den Luftwiderstand nennenswert zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung beruht auf diesem Prinzip. Zur Lösung der Aufgabe wird im Inneren des Fahrzeugs das Wind rad 10 untergebracht, welches keine zusätzlichen in den Luftstrom hineinreichenden Teile bietet und somit den Luftwiderstand nicht erhöht.

Im folgenden wird auf Fig. 3 Bezug genommen, welche Details des Windrades zeigt. Rahmenelemente 30 und 32 sind an der Schott-Wand des Fahrzeugs 1 durch Auskragungen 34, 36 be festigt. Die Rahmenelemente tragen die gelagerten Achsen 22 und 24. Klemmringe 38 und 39 verhindern eine übermäßige Längsbewegung der Achse 22, während Klemmringe 38 a und 39 a eine ähnliche Funktion bei der Achse 24 ausüben. Sätze von Hebeln 42 und 43 sind orthogonal zueinander angeordnet und bilden einen Satz von Schaufeln 16. Sie sind drehbar auf der Achse 22 gelagert. Eisenringe 44 und 45 sind auf den Hebeln 42 und 43 befestigt und verhindern eine übermäßige Längsbewegung derselben. Die Hebel 42 und 43 weisen entgegen gesetzte Arme 46, 47 bzw. 48, 49 auf, welche Schaufeln 50, 51 bzw. 52, 53 tragen. Wie Fig. 3 zeigt, sind die Schaufeln 50 und 51 auf entgegengesetzten Armen 46 und 47 starr in einem Winkel von 90° zueinander befestigt. Die Schaufeln 52 und 53 sind in ähnlicher Weise mit den Armen 48 und 49 ver bunden. Der Satz Schaufeln 18, welcher auf der Achse 24 be festigt ist, ist identisch mit dem Satz Schaufeln 16, welcher auf der Achse 22 befestigt ist. Daher werden für ersteren die gleichen Bezugszeichen verwendet wie für letzteren, lediglich mit dem Zusatz des Buchstabens "a".

Wenn der Satz Schaufeln auf Achse 22 dem Fahrtwind ausge setzt wird, so werden die Schaufeln 51 am Arm 47 um die Achse des Arms gedreht, bis die Unterkante 54 der Schaufel 51 an dem benachbarten Arm 47 anstößt. Letzterer Arm wirkt daher als ein Anschlagelement. Gleichzeitig dreht sich die Schaufel 50 um die Achse des Arms 46 bis sie mit dem auftreffenden Luftstrom fluchtet. Bei diesem Betrieb des Windrades sind die Schaufeln 51 in Antriebsposition und sie bilden kooperativ eine einzige Fläche, auf die der Luftstrom auftrifft. Wenn sich die Schaufeln 51 in Antriebsposition befinden, so befinden sich die Schaufeln 50, welche senkrecht zur Ebene der Schaufeln 51 stehen, in der gezeigten Segelstellung, in der nur die Kanten der Schaufeln dem Luftstrom ausgesetzt sind. Die Achse 22 dreht sich unter der Antriebskraft der Luftströmung, wobei sich die jeweiligen Positionen der Schaufeln 51 und 50 ändern. Bei einer Drehung der Achse 22 um 180° nehmen unter der Kraft der Luftströmung die Schaufeln 51 die Segelstellung ein, während die Schaufeln 50 in Antriebs position gedreht werden und nunmehr dem Luftstrom ausge setzt sind. Der Betrieb der Schaufeln 52 und 53 ist iden tisch mit demjenigen der Schaufeln 50 und 51.

Es ist leicht erkennbar, daß die Schaufeln der Hebel 42 und 43 nur durch die Hälfte der Luftströmung angetrie ben werden. Um auch die andere Hälfte der Luftströmung auszunutzen, sind die Schaufeln 50 a und 51 a derart angeordnet, daß die Schaufeln 50 die Segelposition einnehmen, wenn die Schaufeln 50 a die Antriebsposition einnehmen. Somit wird eine Gruppe von Schaufeln des Schaufelsatzes 16 auf der Achse 22 mit der Hälfte des Luftstroms beaufschlagt, während eine andere Gruppe von Schaufeln des Schaufelsatzes 18 der Achse 24 durch die restliche Hälfte des Luftstroms beaufschlagt wird und somit die volle Energie des Luftstroms durch die Wind radeinrichung ausgenutzt wird. Betrachtet man die Windradeinrichtung aus der Richtung des auftreffenden Luftstroms, so bedecken die Schaufeln 51 die rechte Hälfte des Luftstroms während die Schaufeln 50 a die linke Hälfte abdecken. Die Drehung der Achsen 22 und 24 führt dazu, daß die Schaufeln auf den Armen der Hebel aus der Segelposition in die Antriebsposition gelangen und wiederum die linke und rechte Seite des Luftstroms abdecken. Von oben betrachtet dreht sich die Achse 22 im Gegenuhrzeigersinn unter der Einwirkung der Kraft des Luftstroms während sich die Achse 24 unter der Einwirkung der Kraft des Luftstroms im Uhrzeigersinn dreht.

Die durch die Schaufeln 16 und 18 auf die Achsen 22 und 24 ausgeübte Drehbewegung wird durch Kegelzahnräder 56 und 57 in nutzbare Energie umgesetzt. Die Kegelzahnräder 56 und 57 verbinden die Achse 22 mit einer drehbar gelagerten Welle 58. In ähnlicher Weise setzen Kegelzahnräder 59 und 60 die Drehbewegung der Achse 24 in die Drehbewegung der Welle 58 um. Die Welle 58 treibt einen elektrischen Generator (Gleichstromgenerator oder Wechselstromgenerator) welcher sich im Gehäuse 62 am Rahmen 32 befindet. Die elektrische Ausgangsleistung des Generators wird an den Anschlüssen 63 und 64 durch elektrische Leitungen 65 und 66 abgenommen. Das betriebene Windrad verkörpert hinsicht lich seiner einfachen Konstruktion eine Reihe von Vorteilen. Zum einen dienen benachbarte Hebel 42 und 43 als Anschlag elemente für die Kanten der Schaufeln 50, 51, 52 und 53. Hierdurch werden komplizierte Anschlagelemente für jede der einzelnen Schaufeln und Hebeln vermieden. Die Zahl der beweglichen Teile des Windrades ist gering und die einzelnen Teile sind äußerst unkompliziert, so daß die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Störungen gering ist. Daher treten naturgemäß kaum Wartungsprobleme auf.

Das Zusammenwirken des Windrades 10, der Batterie 28 und des Fahrzeugs 1 wird im folgenden anhand der Fig. 4 erläu tert. Die Sätze von Schaufeln 16 und 18 des Windrades 10 sind im Motorraum des Fahrzeugs 1 hinter dem Gitter 14 untergebracht. Die Luftaufnahmeöffnung 12, welche durch gestrichelte Linien angedeutet ist, führt zu einem Luft strom durch das Gitter 14 und durch die Windeinrichtung hindurch zur Luftausströmungsöffnung 15 auf der Seite des Fahrzeugs. Eine Wandung 17 erstreckt sich zwischen der Luftaufnahmeöffnung 12 und dem Luftauslaß 15 und der Quer schnitt des Luftströmungskanals ist so gewählt, daß die Schaufelsätze Platz finden und ein glatter stromlinien förmiger Übergang zwischen der Luftaufnahmeöffnung und der Luftauslaßöffnung vorliegt, so daß die Druckverluste gering sind. Alternativ kann die Auslaßöffnung 15 auch am Boden des Motorraums vorgesehen sein oder es können zwei Auslaßöffnungen zu beiden Seiten des Fahrzeugs vor gesehen sein. Die elektrische Energie der Batterien 28 wird über elektrische Leiter 67, 68, Verteilerkästen 69, 70 und elektrische Leiter 71, 72 mit einer Armaturentafel 73 verbunden. Durch Betätigung von Schaltern 74 wird die elektrische Energie zu den Motoren 75, 76, 77 und 78 gebracht. Jeder dieser Motoren treibt eines der Räder des Fahrzeugs an. Die Einspeisung der elektrischen Energie in jeden der Motoren geschieht über elektrische Leiter 80 von der Armaturentafel 73 zu einem Verteilerkasten 81. Von letzterem verläuft der elektrische Strom durch einen Leiter 82 zu den elektrischen Motoren 77 und 78 an den Hinterrädern des Fahrzeugs und andererseits über einen elektrischen Leiter 83, einen Verbindungskasten 84 und elektrische Leiter 85 und 86 zu den Vorderrädern. Auf der Steuertafel 73 ist eine Vielzahl von Schaltern 74 angeordnet, welche die Zufuhr der elektrischen Energie vom Generator innerhalb des Gehäuses 62 zu den Batterien 28 steuern. Die Steuerung des Energieflusses von den Batterien zu den einzelnen elektrischen Motoren erfolgt durch Schalter 74 oder durch ein Fußpedal. Zusätzlich können weitere manuelle Schalter vorgesehen sein für die Übertragung der elektrischen Energie von den Elektromotoren 75, 76, 77 und 78 zu den Batterien in der Phase der Brem sung oder der Bergabfahrt des Fahrzeugs.

Claims

Elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer elektrischen Stromquelle zur Versorgung wenigstens eines elektrischen Motors, der in Antriebsverbindung mit einem Rad des Fahr zeuges steht, und mit einer windradgetriebenen Generator einrichtung zum Aufladen der Stromquelle, deren Windrad einrichtung in einem Strömungskanal im Fahrzeugchassis mit zur Strömungsrichtung des Fahrtwindes senkrechter Windrad achsenrichtung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Windradschaufeln (16, 18) um senkrecht zur Windradachse (22, 24) stehende Arme (46 bis 49) drehbar an der Wind radachse angebracht sind und paarweise um 180° in Dreh richtung der Windradachse (22, 24) versetzt so angeordnet sind, daß die Schaufelebenen im Winkel zueinander liegen, derart, daß während der Drehung des Windrades jeweils im Wechsel die einen Schaufeln jedes Paares (50, 51; 52, 53) quer zur Richtung der Windkraft stehen, während die ande ren Schaufeln jedes Paares (50, 51; 52, 53) in der Rich tung der Windkraft stehen, wobei zwei Gruppen von Schau felpaaren gekreuzt angeordnet sind und wobei zwei parallel und in Strömungsrichtung des Fahrtwindes hintereinander angeordnete und in entgegengesetztem Drehsinn drehende Windräder vorgesehen sind, welche mit der Generatorein richtung (62) über eine gemeinsame Welle (58) verbunden sind.