DE4115568A1

DE4115568A1 - Automobil der zukunft mit neuartigem elektromotorischen antriebs- und bremssystem sowie integrierter energierueckgewinnung

Info

Publication number: DE4115568A1
Application number: DE4115568A
Authority: DE
Inventors: German Gresser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-05-13
Filing date: 1991-05-13
Publication date: 1993-02-04

Description

I. Stand der Technik im Automobilbau allgemein

Am Beginn der Automobil-Entwicklung gab es bekanntlich für den Straßenverkehr neben dem (Benzin- und Diesel-)Verbrennungsmotor als Antriebsquelle auch mannigfache Versuche, Dampfmaschinen einzusetzen und daneben eine Vielzahl elektromotorischer Antriebe.

In der Anfangszeit war der Sieg des Verbrennungsmotors auch von Fachleuten keineswegs vorhersehbar.

Wie bekannt hat beim Straßen-Automobil aus verschiedenen Gründen der Ver brennungsmotor sich durchgesetzt, während der elektromotorische Antrieb in den Industrieländern fast ausnahmslos bei Eisen- (und Straßen-)bahnen im Einsatz ist und hier die zwischenzeitlich antiquierten Dampf- und Dieselmotor antriebe ersetzt hat.

Nun stellt sich aber heutzutage berechtigterweise die Frage, ob das Automobil in der derzeit bekannten technischen Ausgestaltung überhaupt noch eine Zu kunft in den hochindustriealisierten, dichtbesiedelten Ländern haben kann. Denn nach dem genau wie in der Natur ebenso in der Technik gültigen Evo lutionsprinzip: "Versuch, Irrtum und Ausmerzung von Fehlentwicklungen" zeigt sich in den vom Verkehrkollaps bedrohten industriellen Ballungsgebieten immer deutlicher, daß hier das Automobil zwar (noch) nicht als Verkehrsträger ausgedient hat, dies aber auf jeden Fall in seiner zwischenzeitlich prinzipiell längst überholten Form mit einem Verbrennungsmotor als Antriebsquelle.

Auch wenn es die einschlägige Industrie und ihre Protagonisten zumindest öffentlich nicht wahrhaben will und verzweifelt nach Auswegen sucht, z. B. mit Wasserstoff als Substitution des Mineralöls: Bei vernünftiger und unvoreingenommener Betrachtung der Situation muß festgestellt werden, daß der Verbrennungsmotor trotz aller technischen Raffinesse ausgedient hat und durch einen elektromotorischen Antrieb ersetzt werden muß und zweifellos auch wird.

Der Hauptgrund ist jedenfalls primär nicht die schädlichen Auswirkungen der Abgasemissionen auf Mensch und Natur, sondern die unabänderlich zur Neige gehenden Erdölvorräte auf der Welt.

Die ersten politischen Weichen zum elektromotorischen Automobilantrieb wurden bereits gestellt, wie z. B. die gesetzliche Vorschrift in Kalifornien/USA, daß ab 1998 mindestens 2% aller verkauften Automobile "zero-emission"- Fahrzeuge sein müssen, oder wie in Los Angeles, daß ab dem Jahr 2007 kein einziges Automobil mit Verbrennungsmotor mehr dort fahren darf. Dies zeigt schon überdeutlich die Richtung der künftigen antriebstechnischen Entwicklung beim Automobil an.

II. Stand der Technik bezüglich elektromotorischer Antriebssysteme im Automobil

Der heute öffentlich bekannte Stand der Technik bei automobiltechnischen elektromotorischen Antriebssystemen ist durch folgende Fakten gekennzeichnet:
Der grundsätzliche technische Weg, den die Industrie beschreitet um elektro motorische Antriebe für Automobile zu entwickeln kann objektiv betrachtet, nur als halbherzig oder kurzsichtig bezeichnet werden, denn hier wird versucht, die bisherigen, bekannten technischen Konstruktionsprinzipien des Verbrennungs motors sinngemäß beim Elektromotor anzuwenden. Das heißt, der im Fahrzeug eingebaute Motor wird durch einen Energiespeicher, der im Auto mitgeführt wird (Benzintank) mit der nötigen (Fahr-)Energie versorgt. Dem entsprechend wird bei den bisherigen Elektrofahrzeug-Entwicklungen statt dem Benzintank eine "hochleistungsfähige" Batterie verwendet bzw. entwickelt, die nun ebenso als im Auto "mitgeführter Energiespeicher" für den Elektromotor dienen soll.

Und exakt dieses Konzept ist das eigentliche Haupthindernis bei der Entwick lung elektromotorisch betriebener Automobile.

III. Nachteile der bisherigen bekannten elektromotorischen Antriebssysteme

Dies oben beschriebene, bislang von der Automobilindustrie favorisierte Konstruktionsprinzip hat erhebliche prinzipielle und wahrscheinlich nicht lösbare, bzw. mit gravierenden negativen Kompromissen nicht voll kompensier bare generelle Nachteile.

Diese wären zum Beispiel:

1. Der erforderliche Energiespeicher (Batterien) ist relativ voluminös und schwer, was Nutzvolumen und Antriebsenergie vermindert.
2. Die Leistungsdichte (gespeicherte Energiemenge) ist nach wie vor zu gering.
3. Die bisher entwickelten, sogenannten "Höchstleistungsbatterien" sind sehr teuer (zur Zeit ca. DM 30 000,-) und haben eine durchschnittliche Le bensdauer von nur ca. 2 Jahren.
4. Die Fahrt-Reichweite ist wegen mangelnder Batteriekapazität begrenzt (derzeit beträgt die max. Reichweite nur ca. 200 km).
5. Die Nachladezeit der Batterie ist zu lang.
6. Die erzielbare Fahrzeuggeschwindigkeit, Beschleunigungsvermögen, Fahrzeug nutzlast läßt zu wünschen übrig und ist bei weitem nicht vergleichbar mit heutigen Verbrennungsmotorantrieben.
7. Die bei Elektromobilen auf Grund mangelnder Antriebsleistung erforderliche "Leichtbauweise" der Karosserie ist der Insassensicherheit abträglich.

Nach Meinung des Verfassers können selbst weitere intensive Entwicklungsar beiten und partielle Fortschritte diese o. g. prinzipiellen Nachteile bestens falls verringern aber nicht grundsätzlich beseitigen.

Der Treppenwitz der "Elektro"-Automobiltechnik nach bisherigem Stand dabei ist, daß es schon heute elektromotorische Antriebssysteme gibt, die seit Jahr zehnten im Einsatz sind und mit zum Teil mehreren Tausend "PS" und vielen Tonnen Gewicht auf über 300 km/h beschleunigen können und das alles mit prinzipiell unbegrenzter Fahrtreichweite.

Daraus ergibt sich eindeutig, daß der bislang verfolgte Entwicklungsweg für "Elektroautos" ein Irrweg, wenn nicht gar eine Sackgasse ist, denn die haupt sächlichen bisherigen Probleme sind ohne weiteres lösbar, nämlich mit den seit langem bekannten Konstruktionsprinzipien der Eisen-(und Straßen-)bahn.

Was jedoch ist der funktionelle Unterschied bzw. der andere technische Weg bei den elektrifizierten Eisenbahnen gegenüber den bisherigen Elektroauto mobilen? Ganz einfach! Einzig und allein die Tatsache, daß die vom Elektromotor benötigte Antriebsenergie nicht in einem fahrzeuginternen "Speicher" mitge führt wird, sondern von einem fahrzeugexternen Kraftwerk über entsprechende Leitungen dem Fahrzeug zugeführt wird.

Und exakt dies ist die grundsätzliche Überlegung, die auch für das Straßen automobil mit elektromotorischem Antriebskonzept den einzig richtigen, sinn vollen technischen Weg darstellt.

IV. Lösung und Vorteile des neuen Systems: Externe Energiezufuhr ("EEZ")

Ausgehend von den obengenannten Grundüberlegungen wird also erfindungsge mäß vorgeschlagen, dieses an sich bekannte Prinzip der externen Energiezufuhr in geeignet modifizierter Form auch bei den Straßenautomobilen zu verwenden und nicht wie bisher den elektromotorischen Automobilantrieb über einen mitgeführten Energiespeicher (Batterie) mit der nötigen Fahrenergie zu versorgen, sondern dies durch eine fahrzeugexterne Energiequelle (Kraftwerk) zu bewerkstelligen, wobei also die fahrzeugexterne Energie dem Automobil prinzipiell über geeignete Stromleitungen oder andere geeignete, im nachfol genden näher beschriebene neuartige technische Methoden zugeführt wird.

Verschiedene technische Lösungen des Prinzips "Externe Energiezufuhr" bei Automobilen können grundsätzlich wie im folgenden beschrieben, realisiert werden.

Es sei hier angemerkt, daß die Beschreibungen schon aus Platzgründen nicht alle denkbaren Variationen und konstruktiven Details darstellen können, sondern eine Beschränkung auf die wichtigsten prinzipiellen Ausführungs beispiele und deren generelle Funktionsprinzipien erfolgen muß. Der bisherige Stand der Technik in konstruktiver, material- und fertigungstechnischer Hinsicht sowie physikalisch-wissenschaftliches Allgemeinwissen wird als bekannt vorausgesetzt.

Der Verfasser weist außerdem darauf hin, daß eine Patentanmeldung keine detaillierte Konstruktionsanleitung ist und sein kann, sondern lediglich eine neuartige technische Idee darzustellen hat, das heißt, technisch-konstruktive "Selbstverständlichkeiten" werden weder in der Beschreibung noch in der Zeichnung dargestellt.

V. Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele "Externe Energiezufuhr" (EEZ) A. Stromzufuhr durch elektrizitätsführende "Oberleitungen" (Ohne Zeichnung)

Dies ist das altbekannte Prinzip, das schon seit Jahrzehnten bei Eisen- und Straßenbahnen verwendet wird.

Es liegt nahe, dieses Prinzip auch für Automobile zumindest im inner städtischen Bereich zu verwenden bzw. kompatibel zu machen. Die technisch erforderlichen Modifikationen wären relativ gering und preisgünstig lösbar. Als Nachteile wären jedoch folgende Feststellungen zu treffen:

1. Probleme beim Fahrspurwechsel und bei Kreuzungen
2. Erfordernis des Kolonnenfahrens
3. Technisch-ästhetische Vorbehalte/Einwände der Benutzer (Stromabnehmer auf dem Fahrzeugdach usw.)

B. Stromzufuhr durch elektrizitätsführende Leitungen in der Fahrbahnober fläche (Ohne Zeichnung)

Bei dieser Variation sind die Nachteile höhere Kosten, Sicherheitsprobleme (Stromunfälle) sowie Schwierigkeiten durch Witterungseinflüsse. Dies heißt aber keineswegs, daß eine Stromzufuhr von der Fahrbahn auf das Automobil grundsätzlich unmöglich wäre. Hierfür hat der Verfasser eine optimale und technisch-elegante Lösung erfunden, die nachfolgend als besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Externen Energiezufuhr näher beschrieben wird. Das physikalisch-funktionale Prinzip dieser Lösung basiert erfindungs gemäß auf der Verwendung der bekannten physikalischen Gesetze der "Elektro- Magnetischen Induktion" ("EMI") nachzulesen bei den wissenschaftlichen Arbeiten der Physiker Maxwell, Faraday, Lenz.

C. Stromzufuhr durch seitliche, am Straßenrand angebrachte Stromleitungen (Ohne Zeichnung)

Diese Variante sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt. Denkbar ist auch die Integration in die automobiltechnische "Zukunftsentwicklung" der Volkswagen AG, bei der die Automobile im Konvoi auf einer Autobahn-Sonderspur in eine starre seitliche Leiteinrichtung "eingeklinkt" werden sollen. Hierbei ist, sofern dieses etwas exotische Konzept jemals verwirklicht werden sollte, auch die Externe Energiezufuhr realisierbar ohne nennenswerten konstruktiven oder finanziellen Mehraufwand.

D. Stromzufuhr durch elektromagnetische Induktion aus Fahrbahnstromleitung ("Induktive Stromabnahme" "ISA", Zeichnungen Fig. 1, 2, 3 Blatt 1)

4.1 "ISA" mit Induktivspule in Hilfsrahmen
4.2 "ISA" mit Induktivspule in Hilfsrad
4.3 "ISA" mit Induktivspule in den Fahrzeugrädern
4.2.1/4.3.1 Induktivspule in Reifenkarkasse integriert
4.2.2/4.3.2 Induktivspule kreisförmig im Reifenhohlraum angeordnet

Physikalisches Funktionsprinzip (Fig. 6 Blatt 4)

Nach den bekannten physikalischen bzw. elektromagnetischen Induktionsgesetzten von Maxwell, Faraday, Lenz, erzeugt ein von Strom durchflossener Leiter ("Spule" L1) in einem anderen Leiter L2 der als geschlossener Stromkreis fungiert eine elektrische Ladung bzw. Strom, sofern L2 von dem elektromagne tischen Feld des Leiters L1 durchdrungen wird. Die induzierte Spannung bzw. der induzierte Strom entsteht nach dem Induktionsgesetz von Faraday durch:

1. Änderung der Feldstärke H
2. Änderung des Winkels (Winkel zwischen Flächennormale und Feldrichtung)
3. Änderung der Größe A von der wirksamen Leiterfläche
4. Änderung der Art des raumfüllenden Stoffes

Dieses seit langem bekannte physikalische Prinzip der elektromagnetischen Induktion ("EMI") wird erfindungsgemäß verwendet zur berührungslosen externen Zufuhr elektrischer Energie (Strom) für den elektromotorischen Antrieb von Automobilen.

Dieses "EMI"-Prinzip hat erhebliche Vorteile gegenüber den diversen oben genannten anderen Möglichkeiten der mechanischen Abgreifung der Leiterbahnen (Stromleitung/Abnehmer).

Diese Vorteile wären:

1. Unempfindlichkeit gegenüber Witterungseinflüssen
2. Verschleißfreiheit am Abnehmer
3. Freie Beweglichkeit des Automobiles auf der Fahrbahn (Spurwechsel)
4. Keine Probleme bei Kreuzungen
5. Möglichkeit des Einsatzes widerstandsloser Strom-"Supraleitung"
6. Bei Unfall keine Beschädigung/Ausfall der Stromleitung
7. Keine äußerlich sichtbaren Veränderungen an der Automobilkarosserie

Prinzipielles, bevorzugtes technisches Ausführungsbeispiel (Fig. 4 Blatt 2)

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Induktiven Stromabnahme ("ISA") bei in der Fahrbahn verlegter Stromzufuhrleitung sei im nachfolgenden Beschrieb sowie den zugehörigen Zeichnungen näher dargestellt. Hierbei ist benannt:

Blatt 1:

1 Fahrbahn (Straße)
2 Fahrspur (Fahrbahnhälfte)
3 Induktiv-Stromzuleitung (linear verlegt)
3a Induktiv-Stromzuleitung (quer verlegt über gesamte Straßenbreite)
3b Induktiv-Stromzuleitung (quer verlegt in jeder Fahrspur separat)
4 Stromverteiler (Anschluß)

Blatt 2:

1 Fahrzeug
2 Hilfsrahmen
3 Hub/Senkvorrichtung
4 Induktiv-Empfangsspule (L1)
5 Fahrbahn
6 Fahrbahnsonderteilfläche (mittig in Fahrspur angeordnet, farblich gekenn zeichnet, durchlässig für elektromagnetische Wellen)
7 Induktiv-Sendespule (L1)
8 Isolierung
9 Kühlmittel (Strom-"Supraleitung")
10 Kühlmittelmantel
11 Wärmeisolierung
12 Magnetfeldresonator
13 Abschirmung
14 Füll- und Tragmaterial
15 Tragschale (Betonfertigteil)

Blatt 3:

1 Felge
2 Reifen
3 Strom-Abnahmeleitung
3a Strom-Abnahmeleitung (Variante)
4 Induktiv-Spule (kreisförmig angeordnet)
4a Induktiv-Spule (integriert in Reifenkarkasse)
5 Kontakt
6 Halterung

Blatt 4:

1 Barlowsches Rad
2 Achse
3 Stromquelle
4 Stromfluß mit elektromagnetischer Induktionswirkung

Blatt 5:

1 Barlowsches Rad (Schnitt)
2 Isolierung
3 Elektromagnet
4 Lager mit Dichtung
5 Welle mit axialer Stromzufuhr
6 Stromabgreifung (360 Grad radial)
7 Kühlmittel (Strom-Supraleitung)
8 Gehäuse
9 Vakuum

Die wesentlichen prinzipiellen Möglichkeiten der indiktiven Stromabnahme ("ISA") aus einer in der Fahrbahn geeignet angeordneter Stromzufuhrleitung sind wie folgt:

4.1 "ISA" mit Induktivspule in Hilfsrahmen

Die vorteilhafteste Ausgestaltung der Induktivspule unter dem Fahrzeug (Fig. 4 Blatt 2) ist konstruktiv abhängig von der Ausgestaltung (Form/Anordnung) der in der Fahrbahn (5 Fig. 4) verlegten Stromzuleitung (3/3a/3b Fig. 1/2/3) (= Induktiv-Sende-Spule L2). Das heißt, entweder wird die Stromleitung (3 Fig. 1) in jeder Fahrspur (2 Fig. 1) der Fahrbahn (1 Fig. 1) linear mittig in Fahrt richtung verlegt, oder aber in Schlangenlinien quer zur Automobil-Fahrtrichtung (3a/3b Fig. 2/3). Hierbei besteht noch die Möglichkeit die Stromleitung über die gesamte Breite der Fahrbahn (mit mehreren Fahrspuren zu verlegen (3a Fig. 2) oder aber jeweils eine Stromleitung separat für jede Fahrspur extra (3b Fig. 3).

Der Hilfsrahmen (2 Fig. 4), der die Stromabnahme-Induktivspule L2 (4 Fig. 4) trägt, befindet sich vorzugsweise mittig unter dem Fahrzeugboden und sollte federnd und elektromotorisch höhenverstellbar ausgeführt sein, damit sich die Induktivspule L2 immer in einem definierten, möglichst geringem Abstand zur Fahrbahnoberfläche (5 Fig. 4) befindet. Nur bei unebener Fahrbahn sollte die Möglichkeit bestehen, den Hilfsrahmen (2 Fig. 4) zum Schutz vor Beschädi gung nach oben zu ziehen, also den Abstand zur Fahrbahn zu vergrößern (3 Fig. 4). Diese Konstruktion hat jedoch Nachteile:

1. Gefahr der Beschädigung
2. Aerodynamische Nachteile für Karosserie
3. Abstand zur Fahrbahn verringert den Wirkungsgrad der Strominduktion von Sendespule auf Empfängerspule.

4.2/4.3 "ISA" mit Induktivspule in Reifenkarkasse integriert (Hilfsrad/Fahrzeugrad)

Um die Nachteile von Vorschlag 4.1 zu beseitigen, wird erfindungsgemäß die Stromabnahme-Induktivspule (4 Fig. 5) konstruktiv in die Reifenkarkasse (2 Fig. 5) integriert, oder wie unten näher beschrieben, in den Hohlraum des Reifeninneren (4 Fig. 5). Dies bedeutet, daß der Automobilreifen neben seiner "normalen" Tragfunktion in neuartiger Bauweise gleichzeitig als Träger der Abnahme-Induktionsspule dient.

4.2.1 "ISA" mit Induktivspule in Reifenkarkasse von "Hilfsrad"

Die Stromabnahme-Induktivspule (4 Fig. 5) in der Reifenkarkasse (2 Fig. 5) ist ein Geflecht aus stromleitendem Material, das den induzierten Strom auf nimmt von wo er über geeignete Leitungen (3 Fig. 5) zur Felge (1 Fig. 5) und von dort über spezielle Leitungen auf das Fahrzeug bzw. zu dessen elektromotorischem Antriebssystem gelangt. Das "Hilfsrad", das der Induktiv stromabnahme dient kann an geeigneter Stelle der Karosserie federnd aufge hängt an der Fahrzeugunterseite oder am Heck montiert sein.

4.3.1 "ISA" mit Induktivspule in der Karkasse der Fahrzeugreifen

Eine weitere Möglichkeit wäre, eines oder mehrere der Automobilreifen wie unter 4.2.1 konstruktiv auszugestalten und damit als Induktiv-Stromabnahme- Einheit zu nutzen.

4.2.2/4.3.2 "ISA" mit Induktivspule im Reifenhohlraum

Hierbei wird die Induktivspule (4 Fig. 5) vorzugsweise ringförmig im Reifen hohlraum angeordnet. Dies wird prinzipmäßig dargestellt als generelles Aus führungsbeispiel in Fig. 5 auf Blatt 4. Hierbei befindet sich die Induktiv spule (4 Fig. 5) im inneren Hohlraum des Hilfsrades oder des üblichen Fahrzeug reifens. Dies hat den Vorteil, daß die bisherigen konventionellen Reifen weiter hin verwendet werden können und dadurch preisgünstiger sind. Außerdem ist hierbei die Ableitung des induzierten Stromes einfacher und störungssicherer zu bewerkstelligen (3 Fig. 5). Als prinzipieller Nachteil ist aber festzustellen, daß der Abstand der Induktivspule (4 Fig. 5) wiederum größer ist als bei Lösung 4.2.1 oder 4.3.1. Andererseits kann aber die Induktivspule (4 Fig. 5) hier optimaler ausgestaltet werden (besserer Wirkungsgrad z. B. durch mehr Spulenwicklungen bei optimaler Formgebung).

5. Konstruktive Ausgestaltung der Induktiv-Sendespule

Die technisch-konstruktiven Details einer bevorzugten Ausgestaltung der Induktiv-Sendespule können aus der Zeichnung Fig. 4 auf Blatt 2 entnommen werden.

Hierbei ist als technisch innovative Bosonderheit hervorzuheben die Verwendung eines Kühlmittels um eine widerstandslose Strom-"Supraleitung" zu erzielen (9/10 Fig. 5) und weiterhin die Verwendung eines "Magnetfeldresonators" (12 Fig. 5) mit Abschirmung (13 Fig. 5).

VI. Neuartiger Elektro-Induktiver Antriebsmotor ("EIA")

Die hier vorliegende Erfindung bezüglich einem umfassenden "Automobilkon zept der Zukunft" mit elektromotorischem Antrieb hat nicht nur die bislang ungelösten Probleme der "Elektromobile" im Auge, die sich systemimmanent aus dem mitgeführten fahrzeuginternen Energiespeicher ergeben, sondern befaßt sich darüber hinaus auch mit dem Problemkreis der bisher bekannten, üblichen Elektromotoren, die hier als Antriebsquelle dienen, bzw. ob diese wirklich das technische Optimum für diesen Verwendungszweck darstellen oder ob möglicher weise Verbesserungen oder grundsätzliche Neuerungen möglich sind. Generell kann konstatiert werden, daß die modernen Elektromotoren verschiedener Bauart/Konstruktion auf Grund jahrzehntelangen Einsatzes in anderen, vorzugs weise stationären Systemen und dabei erfahrener konsequenter entwicklungs technischer Evolution einen hervorragenden Standard in bezug auf Lebensdauer und Leistung erreicht haben. Darüber hinaus stellen sie heute bezüglich Wirkungsgrad (minimierte Verlustenergie) jeden noch so hochgezüchteten Ver brennungsmotor weit in den Schatten. Doch trotz aller zwischenzeitlich auch im Elektromotorenbau möglicher technischer Raffinesse und werkstoffmäßigen und verarbeitungstechnischen Verbesserungen, ist zwar nicht für den statio nären, aber umso mehr für den "mobilen" Einsatz nach wie vor ein erhebliches Manko das relativ hohe Gewicht und Bauvolumen der Elektromotore bei ent sprechend hoher (dem Verbrennungsmotor adäquater) Leistung.

Andererseits hat die Verwendung eines elektromotorischen Antriebs im Auto mobil noch weitere, ganz erhebliche Vorteile gegenüber dem Verbrennungsmotor, gleich welcher Bauart. (Anmerkung: Hierzu zählen nicht nur Benzin- und Diesel motore sondern auch Wasserstoff- und Rapsölmotore usw.) abgesehen von den bekannten Vorteilen "zero-emission" und "zero-noise", nämlich:

1. Sehr hohe Lebensdauer (technisch im Prinzip möglich, nahezu unbegrenzt) jedenfalls um ein vielfaches besser als bei Verbrennungsmotoren
2. Kein Schmieröl ("Ölwechsel") als funktionaler Betriebsstoff notwendig. Daraus ergeben sich auch erhebliche "Umwelt"-Vorteile:
- 2.1 Weniger Altölentsorgung
- 2.1.1 Umwelt- und Abfalldeponieentlastung
- 2.1.2 Resourcenschonung (Rohölersparnis)
- 2.2 Erheblich geringere Betriebskosten für Fahrzeugbesitzer
3. Unfallgefahrminimierung (Brandgefahr Benzintank)
4. Rückgewinnung kinetischer Energie (Bremsenergie) beim Fahrzeugabbremsen durch Generatorfunktion des Antriebsmotors

Als vorrangige Entwicklungsziele im elektromotorischen Antriebssystem für Automobile ist also besonders wichtig:

1. Verringerung des Motoreigengewichtes
2. Verringerung des Motorbauvolumens
3. Erhöhung der Leistungsausbeute bei gleichem oder möglichst geringerem Strombedarf als bisher. (Minimierung Leistungsverluste durch Wärmeent wicklung infolge "Blindstrom"/"Wirbelstrom")
4. Erhöhung des Wirkungsgrades
5. Minimierung von Energieverlusten im Antriebsstrang des Automobiles (Wegfall Getriebe, Differential, "Direktantrieb" mit Radnabenmotoren)
6. Einfacher, kostengünstig zu fertigender technischer Aufbau
7. Einfache Regelmöglichkeit für Leistungsaufnahme bzw. Geschwindigkeit
8. Nutzungsmöglichkeit des Antriebsmotors als Bremse (Entlastung der kon ventionellen Fahrzeugbremse)
9. Nutzung des Antriebsmotors als Generator (Rückgewinnung kinetischer Energie in Stromenergie)

Bezüglich dieser wesentlichen Entwicklungsziele elektromotorischer Antriebs systeme wird erfindungsgemäß das nachfolgend beschriebene neuartige elektro motorische Prinzip insbesondere für Automobile vorgeschlagen, das die oben genannten Kautelen weitestgehend erfüllt.

Hierzu sei angemerkt, daß die notwendigen physikalischen Grundprinzipien schon seit den Anfängen der Elektrotechnik bekannt sind und ebenfalls auf den Induktionsgesetzen von Maxwell, Faraday und Lenz basieren. Insbesondere wird hierbei das zwischenzeitlich in Vergessenheit geratene technische Prinzip des sogenannten "Barlowschen Rades" benutzt als physi kalisch-technische Grundüberlegung für die Entwicklung eines völlig neuartigen Elektromotors mit ganz erheblichen, oben angeführten Vorteilen.

Beschreibung technisch-physikalisches Funktionsprinzips des "Barlowschen Rades"

In Fig. 6 auf Blatt 4 wird das physikalische Grundprinzip dargestellt. Hierbei ist benannt:

1 Barlowsches Rad (mit radialer Stromzufuhr)
2 Achse (mit axialer Stromzufuhr)
3 Stromquelle
4 Stromfluß (mit elektromagnetischer Induktionswirkung)

Das "Barlowsche Rad" ist prinzipiell eine zwischen den Polen eines Magneten drehbar gelagerte Metallscheibe (1 Fig. 6), deren Ebene senkrecht zu den Feld linien (H) eines Magneten verläuft. Wenn durch diese Scheibe (1 Fig. 6) radial ein elektrischer Strom geschickt wird, werden die den Strom bildenden Elektro nen durch die sogenannte "Lorentz-Kraft" senkrecht zur Stromrichtung (also in der Scheibenebene) und zur Richtung der Feldlinien des Magneten abgelenkt.
(Anmerkung: Lorentzkraft "F" ist diejenige Kraft, die auf eine Ladung "e" wirkt, wenn diese sich mit der Geschwindigkeit "v" in einem Magnetfeld = magnetische Induktion "B" bewwegt: F = e[v×B])

Die als Strom hier fließenden Elektroden der Metallscheiben-Moleküle erhalten durch diese "Ablenkung" infolge elektromagnetischer Induktionswirkung einen tangentialen Bewegungs-Impuls, der sich nach dem bekannten physikalischen Impulsprinzip: "actio = reactio" auf die atomaren Gitterbausteine der Metall scheibe (Barlowsches Rad 1 Fig. 6) übertragen wird und dabei in der Summe der Impulse eine entsprechende "Kraft" (Bewegungsenergie) entwickelt, die die Metallscheibe (1 Fig. 6) in eine Drehbewegung versetzt.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Elektro-Induktiven Antriebsmotors ("EIA") nach dem physikalischen Prinzip des "Barlowschen Rades"

Die Fig. 7 auf Blatt 5 zeigt in zeichnerischer Schnitt-Darstellung das grund sätzliche Funktionsprinzip des "EIA"-Motors nach dem physikalischen Prinzip des "Barlowschen Rades" ohne Anspruch auf vollständige technische Details und ohne Darstellung weiterer diverser Konstruktionsvarianten.

Hierbei ist in der Zeichnung benannt:

1 Barlowsches Rad (Scheiben aus stromleitendem Material)
2 Isolierung
3 Elektromagnet
4 Lager mit Dichtung
5 Welle (mit axialer Stromzufuhr)
6 Stromabgreifung (360 Grad radial)
7 Kühlmittel (Strom-"Supraleitung")
8 Gehäuse
9 Vakuum

Dieses besonders bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt erfindungsgemäß diverse technische Details und konstruktive Lösungen zur Erhöhung des Wirkungsgrades bzw. Leistungsausbeute.

Diese besonders wichtigen, im nachfolgenden benannten technischen Lösungen und Konstruktionsdetails können einzeln, in ihrer Gesamtheit oder untereinan der in verschiedenen Variationen kombiniert im "EIA"-Motor-Konzept verwendet werden.

Dies wäre insbesondere folgende Details/Konstruktionsprinzipien: (Nicht alle zeichnerisch dargestellt)

1. Mehrere bzw. vielfache "Barlow-Scheiben" (1 Fig. 7) dicht nebeneinander angeordnet, elektrisch getrennt durch Luftspalt oder stromisolierende Schichten (2 Fig. 7)
2. Möglichst große Flächen/Durchmesser der "Barlow-Scheiben" (1 Fig. 7)
3. Verwendung besonders wirksam stromleitender Materialien für die "Barlow- Scheiben" (1 Fig. 7)
4. Verwendung Strom-widerstandsloser ("supraleitender") Materialien für die "Barlow-Scheiben" (1 Fig. 7)
5. Wirksame Fläche des induzierten Drehmoment-Impulses 360 Grad durch vollkommene, umfassende Durchdringung der "Barlow-Scheibe" (1 Fig. 7) vom Magnetfeld und Stromfluß mit 360 Grad-Abgreifung
6. Verwendung eines Elektromagneten zur signifikanten Verstärkung des wirk samen Magnetfeldes (3 Fig. 7)
7. Volle radiale (360 Grad) Abgreifung des radial fließenden Stromes in der "Barlow-Scheibe" (1 Fig. 7) um die wirksamen elektromagnetisch indu zierten Elektronen-Impulse bzw. Drehmomentenergie aus der gesamten Barlow- Scheibenfläche zu gewinnen. (6 Fig. 7)
8. Verwendung eines Magnetfeldresonators (nicht gezeichnet)
9. Widerstandsloser Stromfluß durch Tiefkühlung (7 Fig. 7) "Supraleitung"
10. Vakuum (9 Fig. 7)

Die wesentlichen Konstruktionsmerkmale des "EIA"-Motors nach dem Prinzip des "Barlowschen Rades" lassen sich unschwer aus der Darstellung Fig. 7 auf Blatt 5 entnehmen, weswegen auf eine weitere Beschreibung verzichtet wird.

Konstruktive Anordnung des "EIA"-Motors/Ausgestaltung des Antriebssystems (Ohne Zeichnung)

1. Anordnung des "EIA"-Motors als zentrales Antriebsaggregat
- 1.1 Zwischen den Fronträdern
- 1.2 Zwischen den Hinterrädern
- 1.3 In Karosseriemitte ("Unterflurmotor")
2. Anordnung des "EIA"-Motors für jedes Fahrzeugrad separat
- 2.1 mit Antriebsachsen-"Halbwelle"
  - 2.1.1 nur Vorderräder
  - 2.1.2 nur Hinterräder
- 2.2 als Radnabenmotor
  - 2.2.1 nur Vorderräder
  - 2.2.2 nur Hinterräder
- 2.3 Antrieb alle vier Räder (oder mehr bei Mehrachsenfahrzeugen)
  - 2.3.1 mit Achsen-Halbwellen
  - 2.3.2 Radnabenmotore

Eine zeichnerische Darstellung und nähere Beschreibung erübrigt sich wohl, da diese verschiedenen Konstruktionsprinzipien auch bei den bisherigen verbrennungsmotorischen Antrieben bekannt sind und gängige technische Praxis.

VII. Neuartiges elektronisches Beschleunigungs- und Brems-Regelsystem des "EIA"- Motors mit integrierter Energie-Rückgewinnung

Der "EIA"-Motor eignet sich vorzüglich als elektromotorische Bremse für das Fahrzeug, indem man die Stromzuleitung auf die Barlow-Scheiben (1 Fig. 7) in umgekehrter Richtung fließen läßt, damit wirkt dann der induzierte elektro magnetische Impuls in Gegenrichtung zur Drehung der Barlow-Scheiben (1 Fig. 7) und entwickelt dadurch eine Bremswirkung, solange der Antriebsstrang zu den Fahrzeugrädern gekoppelt bleibt.

Gleichzeitig wird dabei der "EIA"-Motor in seiner Funktion ein Strom-Generator womit also Strom aus der kinetischen Energie (Bewegungsenergie des Fahrzeuges) zurückgewonnen werden kann.

Die gewünschte Bremsleitung kann dabei feinfühlig elektronisch geregelt werden. Die prinzipielle Funktion dieser Regelung ist im nachfolgenden beschrieben.

Wie bekannt, können konventionelle Elektromotore bezüglich ihrer Drehzahl (Geschwindigkeit) auf unterschiedliche Weise geregelt werden. Dies ist möglich durch geeigneten Reglereinfluß auf Spannung, Strom oder Stromamplitude. Zu diesen bekannten Regelmöglichkeiten, die jeweils ihre spezifischen Vor- und Nachteile haben, kann beim "EIA"-Motor noch eine andere Regelmöglichkeit (auch ergänzend) gewählt werden, die den Vorteil hat, einfach und kostengünstig sowohl für die Geschwindigkeit (Beschleunigen) als auch für das Abbremsen des Fahrzeuges eingesetzt werden zu können. Das Funktionsprinzip ist einfach, indem nämlich radial am äußeren Rand der Barlow-Scheibe (1 Fig. 7) eine Vielzahl von punktuellen Stromzufuhr-Kontakten angeordnet wird. Das Barlow-Prinzip wirkt dabei immer nur dort, wo der Strom durch die Scheibe fließt, dies ist mit kleinen Abweichungen immer der direkte Weg zwischen den Spannungspolen (Scheibenrand zu Scheibenmitte). Daraus folgt, daß bei punktueller Randabgreifung nur ein kleiner Teil der Scheibenelektronen induktiv wirksam werden können, sowohl bei der Motor- als auch bei der Gene rator-(Brems-)Funktion.

Das bedeutet, die Motorleistung (wirksame Energieabgabe bzw. -umwandlung) des "EIA"-Motors kann leicht geregelt werden, indem für eine Anzahl n Stromkon takten am Umfang der Barlow-Scheibe (1 Fig. 7) x Stück für den Stromfluß geöffnet werden. Wenn x zum Beispiel 50% von n sind, dann ist die Leistungs abgabe des "EIA"-Motors ebenfalls 50% usw.

Die jeweilige Anzahl der Öffnung von x Kontakten kann leicht über einen elektronischen Regler geschehen, den der Fahrzeugführer bedient.

Das gleiche Prinzip wird bei der Generator-Funktion des "EIA"-Motors (Bremsen) angewandt, nur dann mit umgekehrtem Stromfluß auf der Barlow-Scheibe (1 Fig. 7).

Claims

1. Automobil mit neuartigem elektromotorischen Antriebs- und Bremssystem sowie integrierter Energierückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro motorische Automobilantrieb seine benötigte Stromenergie auch während der Fahrt von einer fahrzeugexternen Energiequelle erhält, indem diese dem Fahr zeug bzw. dessen elektromotorischem Antriebssystem über geeignete Stromlei tungen oder andere, im nachfolgenden näher beschriebene, neuartige technische Methoden zugeführt wird (sog. Prinzip "Externe Energie-Zufuhr EEZ")

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromenergie durch elektrizitätsführende sog. "Oberleitungen" und geeignet gestaltete Abnehmer dem Automobil-Elektromotor zugeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromenergie durch elektrizitätsführende Leitungen, die in die Fahrbahnoberfläche eingebettet sind und durch geeignet gestaltete Abnehmer dem Automobil-Elektromotor zuge führt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromenergie durch elektrizitätsführende Leitungen, die seitlich am Straßenrand angebracht sind und durch geeignet gestaltete Abnehmer dem Automobil-Elektromotor zu geführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromenergie vor zugsweise durch elektromagnetische Induktion (sog. "Induktive Strom-Abnahme ISA") von einer vorzugsweise in der Fahrbahn eingebetteten Induktions-Sende- Spule auf eine im/am Fahrzeug geeignet angebrachte und geeignet gestaltete Induktions-Empfangs-Spule übertragen und dem Automobil-Elektromotor zuge führt wird (Blatt 2 und 3, Fig. 4 und 5).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Sende spule vorzugsweise wie in Fig. 4 auf Blatt 2 dargestellt, konstruktiv ausge staltet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Sendespule wie in Fig. 1 auf Blatt 1 prinzipiell dargestellt, in der Fahrbahn verlegt wird.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Sendespule wie in Fig. 2 auf Blatt 1 prinzipiell dargestellt, in der Fahrbahn verlegt wird.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Sendespule wie in Fig. 3 auf Blatt 1 prinzipiell dargestellt, in der Fahrbahn verlegt wird.

10. Vorrichtung nach den Patentansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Sendespule in anderer Weise als in den Fig. 1, 2, 3 auf Blatt 1 dargestellt, in der Fahrbahn verlegt wird (z. B. oval, kreis- oder spiralförmig usw.).

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Induktiv-Empfangsspule in einem vorzugsweise höhenverstellbaren Hilfs rahmen im/unter dem Automobil befindet.

12. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Induktiv-Empfangsspule in einem an geeigneter Stelle des Automobils ange brachten Hilfsrad bzw. Reifen sich befindet.

13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Empfangsspule sich in einem oder mehreren Fahrzeugrädern bzw. Reifen sich befindet.

14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 12, 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Empfangsspule in der Reifenkarkasse konstruktiv integriert ist.

15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1, 12, 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktiv-Empfangsspule vorzugsweise kreisförmig im inneren Reifenhohlraum angeordnet ist.

16. Automobil mit neuartigem elektromotorischen Antriebs- und Bremssystem sowie intergrierter Energierückgewinnung, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Antriebsmotor nach dem physikalischen Prinzip der elektromagnetischen Induktion, insbesondere vorzugsweise nach dem bekannten System des Barlowschen Rades konzipiert ist. (Fig. 6 auf Blatt 4/Fig. 7 auf Blatt 5)

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere bzw. vielfache "Barlowsche Räder" dicht nebeneinander angeordnet sind.

18. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Barlowschen Räder, die nebeneinander angeordnet sind, durch einen Luftspalt elektrisch isoliert sind.

19. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Barlowschen Räder, die nebeneinander angeordnet sind, durch geeignete Isolations materialien elektrisch getrennt sind.

20. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Barlowschen Räder einen möglichst großen Durchmesser haben zur Erhöhung der Leistung und des wirksamen Drehmomentes.

21. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Barlowschen Räder aus besonders wirksam stromleitenden Materialien bestehen, insbesondere vorzugsweise aus stromwiderstandslosen "supraleitendem" Material.

22. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 mit 20, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des induzierten Drehmoment-Impulses 360 Grad beträgt, indem das Magnetfeld die gesamte Scheibenfläche wirkt und ebenso der induktive Stromfluß auf die gesamte Scheibenfläche wirkt durch eine 360 Grad Stromab greifung am Scheibenrand.

23. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 mit 21, dadurch gekennzeichnet, daß das wirksame Magnetfeld verstärkt wird durch Verwendung eines Elektromagneten.

24. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 mit 21 und insbesondere 22, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Magnetfeldresonator die wirksame Feldstärke vervielfacht.

25. Vorrichtung nach den Ansprüchen 16 mit 23, dadurch gekennzeichnet, daß wider standsloser Stromfluß ("Supraleitung") im gesamten "EIA"-System durch Tief kühlung bewirkt wird.

26. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 mit 25, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektronisches Beschleunigungs- und Bremssystem derart realisiert wird, indem eine geeignet gestaltete Elektronik durch einen oder mehrere Regelelemente auf die Barlowschen Räder einwirkt, um den Stromfluß auf die Barlowschen Räder gegebenenfalls nur teilweise einwirken zu lassen und damit die Energie ausbeute bzw. das Drehmoment (Kraftwirkung) regelnd zu beeinflussen, bzw. um mit einer ebenso regelbaren Stromflußumkehrung eine Bremswirkung mit Generator funktion des "EIA"-Motors zu erzielen.