DE3836479A1 - Energiesparvorrichtung fuer fahrzeuge aller art - Google Patents

Description

Energiesparvorrichtung für Fahrzeuge aller Art

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auffangen und Abspeichern der durch die Erdanziehung bzw. dem Abbremsen auf das Fahrzeug wirkenden kinetischen Kräfte bei Abwärtsfahrten oder Fahrtverzögerung in Verbindung mit einer gleichzeitigen, steuerbaren Bremswirkung, sowie zur anschließenden Wiedergabe der gespeicherten Energie an den Fahrzeugantrieb oder andere energieverbrauchende Teile des Gefährts.

Die meisten, der in handelsüblichen Fahrzeugen benutzten Bremsen wirken direkt auf die Räder ein. (Scheiben-, Trommel-, Backen- und Magnetbremse) ohne einen weiteren Nutzen aus diesem Vorgang zu ziehen. Ferner gibt es bei motorbetriebenen Kraftfahrzeugen (Viertakt-, Dieselmotor) die Möglichkeit der Motorbremse durch Wegnahme oder Drosselung der Treibstoffzufuhr. Die in den Patentschriften beschriebenen Energiespeichervorrichtungen (F16D 61/00; F01B 25/24; B62M 1/10; B60K 9/00; B60T 1/10; B60T 3/00; offengelegt im Deutschen Patentamt München) sind meist sehr aufwendig zu konstruieren oder nutzen das, mit einer dynamischen Bremsung freigesetzte Energiepotential, nicht vollständig aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bei Abwärtsfahrten oder Abbremsvorgängen wirkenden Erdanziehungs- oder Schubkräfte in höchstmöglichen Maße aufzufangen, abzuspeichern, sowie gleichzeitig das Fahrzeug auf die gewünschte Geschwindigkeit abzubremsen und anschließend die so gewonnene Energie stufenlos an das Fahrzeug oder dessen Antriebsräder zurückzugeben, so daß die, in diesem Zusammenhang zugeführte Energie, an Kraftstoff gespart werden kann, wodurch sich die Investition nach kurzer Zeit amortisiert und gleichzeitig eine erhebliche Entlastung der Umwelt bewirkt wird.

Die bei rollenden Fahrzeugen vorherrschenden Schubkräfte werden direkt (z. B. von der sich drehenden Fahrzeugachse oder Kardanwelle), durch eine entsprechende Übersetzung verlangsamt, mittels eines Keilriemens (Fig. 1/C) auf eine, dem sich drehenden Teil gegenüberliegende Welle gelenkt (Fig. 1/B). Die auf dieser Welle befindliche Energiespeichereinheit nimmt nun die auf sie übertragene Energie auf.

Um nun eine gewünschte Bremswirkung zu erzielen, wird die Energieaufnahme verzögert bzw. durch dynamisches Zuschalten weiterer Abnehmer erschwert. Dadurch wird die Drehung der Welle gebremst, was sich unmittelbar in Form einer Fahrtverzögerung auf das Fahrzeug auswirkt. Die so erreichte Bremskraft ist beliebig steuerbar und ersetzt bis zu einem gewissen Grad die herkömmlichen Bremssysteme. Ferner steht das angenommene Potential bei der in Anspruch 1 beschriebenen Energiespeichereinheit, als auch bei den in Anspruch 9 beschriebenen Spiralfedern im proportionalen Verhältnis zu der bewirkten Bremsung.

Der Fahrzeugführer hat nun die Möglichkeit zu entscheiden, wann und in welchem Maße der die gespeicherte Energie an das Fahrzeug bzw. dessen Antrieb zurückgeben möchte. Will er also den Motor, bzw. seine eigene Körperkraft (Fahrrad) entlasten, so betätigt er einen entsprechenden Mechanismus (Gaszug, Pedal) mit dem er die Bremsvorrichtung (Fig. 1/L) an der Welle, die ein ungewolltes Angeben der gespeicherten Kraft am Ende jeder Aufnahmephase verhindert, stufenlos löst.

Durch die körperliche Beschaffenheit (Keilform) der Bremskolben bewegt sich gleichzeitig mit der beginnenden Umdrehung der Welle die Kupplung nach vorne und verbindet so die Welle mit der freigelagerten, bereits in Drehgeschwindigkeit der Achse rotierenden Keilriemenscheibe. Durch die permanente Rotation der Scheibe (Fig. 1/Q) sowie durch ein dem sich überkreuzenden Keilriemen (Fig. 1/M) eingeschaltetes Schwungrad (Fig. 1/R) werden eventuelle unregelmäßige Spannungszustände ausgeglichen sowie durch erstere Maßnahme ein sanftes Ankoppeln der Welle an die Achse gewährleistet.

Wird der Mechanismus wieder gelöst, bzw. der Gaszug losgelassen oder geht die gespeicherte Energie zu Ende, dann werden die Bremskolben (Fig. 1/L) in die schräge Aussparung der Kupplung geschoben, der Kontakt der Welle zur Achse wird unterbrochen, der Schwung der Welle abgebremst.

Die beiden Kupplungen sind nur in der für ihre Bestimmung (Rechts- oder Linksdrehung, Energieaufnahme oder Abgabe) fest mit der Welle verbunden, so daß sie im gebremsten Zustand lediglich eine ungewollte Bewegung der Welle in dieser Richtung, nicht aber in der anderen verhindern.

Die Welle kann - in welchem Zustand ihre Energiespeichereinheit sich auch befindet - jederzeit abgebremst und durch die entsprechende Ankopplung an die Achse von neuem befüllt oder entladen werden. (Letzteres nur, wenn Energie gespeichert ist). Da dieses Umschalten auf einen anderen Arbeitsvorgang relativ zügig vonstatten geht, ist ein dauerndes, abwechselndes Be- und Entladen der Vorrichtung, z. B. bei Stadtverkehr möglich.

Eine unmittelbare, auf eine Antriebsphase folgende Bremsphase wird durch einen vorrangigen Einsatz des herkömmlichen Bremssystems gesichert, bzw. durch ein erstes, direktes Abbremsen der Welle selbst ergänzt.

Es ist ebenfalls sinnvoll, die beschriebene Bremsvorrichtung bei extremer Fahrtverzögerung (Vollbremsung) durch die herkömmlichen Bremssysteme zu ergänzen. Dies erfolgt durch einen Ventilmechanismus an dem üblichen Bremskolben, der den bei einer stärkeren Bremsung erhöhten Druck dynamisch in einem sinnvollen Verhältnis auf beide Bremssysteme verteilt.

Ist obengenannter Bremskolben druckfrei (z. B. während einer Antriebs- oder Leerlaufphase) so wird ein spontaner Druck durch ein Verzögerungsmoment am Ventil der neuen Bremsvorrichtung zuerst auf die herkömmlichen Bremssysteme abgegeben.

Um ein Überlasten der Vorrichtung zu vermeiden wird dem Benutzer die Möglichkeit eingeräumt, die Funktion der Vorrichtung auf Grund der geringen Effizienz bei Stopp-and-Go oder Berufsverkehr abzuschalten, in dem er die Kupplungs-Bremskombinationen an der Welle arretiert.

Im Ruhezustand des Fahrzeugs und bei Rückwärtsfahrten bleibt die Welle ebenfalls arretiert.

Als Energiespeichereinheit kann zum Beispiel bei leichten Gefährten und Fahrrädern ein, wie in Anspruch 1 beschriebenes, elastisches, temparaturunabhängiges und extrem strapazierfähiges Band verwendet werden, das auf eine, auf der Welle befindlichen Spule aufgewickelt wird. Um nun eine Bremswirkung zu erzielen, wird die der Spule gegenüberliegenden "Mutterspule" (Fig. 1/F+Fig. 1/H) am Hergeben des Bandes mittels einer Bremse gehindert (Fig. 1/I).

Dies bewirkt eine variable Dehnung des von der anderen Spule aufgewickelten Bandes und somit einen flexiblen Widerstand, der über die Welle auf die Antriebsachse in Form einer Bremswirkung abgegeben wird.

Durch die gespannte Rückholfeder (Fig. 1/K) an der Mutterspule ist ein konstantes Straffen des Bandes während der Rückholphase gewährleistet.

Um das Material bei extremen Bremsvorgängen vor einer Überlastung zu schützen ist ihm ein reißfestes Stahlseil wellenförmig eingearbeitet und die an der Mutterspule befindliche Bremse so ausgelegt, daß ein Blockieren der Welle durch die Spule verhindert ist.

Durch einen an der Mutterspule angebrachten Dynamo (Fig. 1/O) wird bei Bremsung der Welle bzw. des Fahrzeuges, im Besonderen bei einem Fahrrad, ein Bremslicht betätigt, das nachfolgende Fahrzeuge warnt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung wird, wie in Anspruch 3 beschrieben, die Kupplung-Bremskombination (Fig. 1/L) mittels einer Trennvorrichtung (Fig. 1/P) dergestalt bewegt, daß zum einen die Welle gelöst, jedoch zum anderen nicht an die Keilriemenscheibe gekoppelt wird, sondern lediglich einen mit der Trennvorrichtung verbundenen Dynamo antreibt, der z. B. bei Fahrrädern die Beleuchtung während der Standzeiten gewährleistet. (Verkehrssicherheit) Eine zu diesem Zweck notwendige Restenergiemenge wird dadurch reserviert, daß bei der betreffenden letzten Umdrehung der Spule über die Umwicklung des Bandes ein Mechanismus betätigt wird, der die weitere Abgabe der Energie an die Antriebsachse unterbricht.

Der in Anspruch 13 beschriebene kybernetische Energieverteiler eines Fahrrades steuert die in Anspruch 1.1 beschriebene Energiesparvorrichtung in Abstimmung mit dem durch Muskelkraft aufgewendeten Antrieb, in dem der bei kräftigem Druck auf das Pedal sich straffende obere Teil der Kette einen Hebel nach unten drückt, der seinerseits über einen Seilzug mit der, für die Energieabgabe zuständigen Kupplungsbremsvorrichtung (Fig. 1/L) verbunden ist, und so exakt die Energie freisetzt, die den Fahrradbenutzer in einem ihm angenehmen Maße entlastet.

In selbem Maße wird durch den sich bei Bremsvorgängen straffende untere Teil der Kette (Fig. 2/F) über den zweiten Hebel (Fig. 2/E) und einen Seilzug (Fig. 2/G) die Energieaufnahme (Bremsung) gesteuert, so daß der Benutzer des Fahrrades völlig von der Bedienung der Energiesparvorrichtung befreit ist. Im Ruhezustand wird die Vorrichtung mittels der beiden Druckfedern (Fig. 2/C) in ihrer inaktiven Mittellage gehalten.

Claims (13)

1. Energiesparvorrichtung für Fahrzeuge aller Art zum Aufnehmen und Abspeichern freigesetzter Schubenergie bei Abwärtsfahrten und beim Abbremsen des Fahrzeugs mit einer gleichzeitigen, steuerbaren Bremswirkung, sowie zur anschließenden Wiederabgabe der gespeicherten Energie an die Antriebsräder bei horizontaler Fahrt bzw. Steigungen oder an andere energieaufnehmenden Fahrzeugteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehkraft der Fahrzeugachse (Fig. 1/A) auf eine ihr parallel zugeordnete Welle (Fig. 1/B), auf der sich die betreffende Energiespeichereinheit befindet, durch einen Keilriemen (Fig. 1/C) übertragen wird, dessen Scheibe (Fig. 1/D) auf der Welle freigelagert ist und erst durch Ankoppeln derselben mittels einer speziellen Kupplungs-Bremskombination (Fig. 1/E) die Arretierung der Welle gelöst wird und diese die Achse mit der Energiespeichereinheit verbindet, die ihrerseits aus einer Spule (Fig. 1/F) besteht, auf die in Abhängigkeit zur gewünschten Bremswirkung ein elastisches Band (Fig. 1/G) aufgewickelt wird, das auf einer zweiten Spule (Fig. 1/H) bereitgestellt und diese durch eine Bremse (Fig. 1/I) variabel am Abwickeln gehindert und so das Band gestrafft und damit die Fahrzeugachse bzw. das Fahrzeug entsprechend gebremst wird, wobei gleichzeitig eine Spiralfeder (Fig. 1/K) das Rückholen des Bandes bei Energieabgabe gewährleistet und die gespeicherte Energie anschließend durch eine zweite Kupplung-Bremskombination (Fig. 1/L) und einen sich kreuzenden Keilriemen (Fig. 1/M) stufenlos als Antriebsenergie auf die Achse abgeleitet wird, wobei jede dieser Kupplung-Bremskombinationen ausschließlich in der für sie betreffenden Drehrichtung mit der Welle verbunden ist und mittels einer Druckfeder (Fig. 1/S) beim Lösen der Bremse an die permanent rotierende, entsprechende Keilriemenscheibe gepreßt wird.

2. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Ruhezustand und bei Rückwärtsfahrten beide Kupplungen (Fig. 1/E+L) gebremst und somit die Welle arretiert und von der Antriebsachse getrennt ist.

3. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Speichereinheit übertragenen Kräfte nicht ausschließlich als Schub- oder Antriebskräfte verwendet werden, sondern nach jeder Aufladung die Lichtmaschine oder ähnliche am Fahrzeug befindliche bewegliche Teile mit dieser Energie gespeist werden und somit der Hauptantriebsmotor von dieser Aufgabe entlastet wird, sowie im Besonderen beim Fahrrad eine reservierbare Restenergiemenge die Beleuchtung des Gefährts während der Standzeiten über einen der, der Speichereinheit zugehörigen Kupplungsbremskombination, zugeordneten Dynamo gewährleistet (Fig. 1/P).

4. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an dem für die Energieabgabe beteiligten Keilriemen, bzw. an dessen Scheibe ein Schwungrad befindet, das die Spannungsunterschiede des aufgewickelten Bandes ausgleicht.

5. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fahrzeugführer der jeweilige Status der Energieaufnahme bzw. -abgabe und die verbleibende Restmenge in Form von elektronischen oder mechanischen Anzeigen mitgeteilt wird und er die Aufnahme der Energie oder deren Abgabe durch entsprechende Mechanismen direkt steuert.

6. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremswirkung der Vorrichtung durch einen Druck auf das Bremspedal ausgelöst und andererseits, falls Energie vorhanden, diese durch einen Druck auf das Gaspedal freigegeben wird.

7. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme bzw. die Abgabe der Energie durch einen selbstätigen Schaltmechanismus bewirkt wird, wobei ein länglicher Gegenstand nach Art einer Waage in Fahrtrichtung und horizontal im Wasser pendelt und, je nach Steigung oder Gefälle, einen an seinem jeweiligen absinkenden Ende befindlichen Schalter oder Hebel betätigt und mit dieser Maßnahme das Gefährt entweder antreibt oder abbremst.

8. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wirken der Vorrichtung mit Hilfe eines handelsüblichen Tempomats in Abstimmung mit dem Hauptantrieb gesteuert wird.

9. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des elastischen Bandes ein oder mehrere Spiralfedern gespannt werden, wobei die gewünschte Bremswirkung durch ein Bremsen der, der Spiralfeder als Zentrum dienenden Welle oder durch Zuschalten weiterer Federn erreicht wird.

10. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Antriebsachse vorherrschende Energie entweder direkt oder über eine in den Ansprüchen 1 und 9 beschriebene Energiespeichervorrichtung auf einen Generator übertragen wird, der dann seinerseits diese Kräfte in elektrische Energie umwandelt, die nach Belieben - als Antriebskräfte über einen elektrischen Motor - oder als Entlastung des Elektrizitätshaushaltes verwendet werden kann.

11. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilriemen Zahnräder die Energie übertragen.

12. Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle die zur Weiterleitung der Energie sich kontaktierenden Flächen, wie Kupplungs-Bremskombination und Keilriemenscheibe mit einer handelsüblichen Schicht Kupplungsmaterial belegt sind.

13. Kybernetischer Energieverteiler in Verbindung mit einer Energiesparvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kettenverlauf eines Fahrrades (Fig. 2/A, F) zentral ein Hebelmechanismus eingelagert ist (Fig. 2/B), der durch zwei Federn (Fig. 2/C) bei Leerlauf oder im Ruhezustand in seinem inaktiven Status gehalten wird und bei Betrieb die verschiedenen Spannungen, die beim Fahren oder Bremsen an einer Kette entstehen unmittelbar über zwei Seilzüge (Fig. 2/D, G) auf die Energiesparvorrichtung überträgt und dort analog zur aufgewendeten Körperkraft eine Unterstützung (Energieabgabe) oder Verzögerung (Energieaufnahme) des Antriebs bewirkt und so die, für jede Geschwindigkeit nötige Kraft in einem für den Fahrradbenutzer angenehmen Maße steuert.