WO2021110694A1 - Vorrichtung zum umrüsten eines kraftfahrzeugs auf elektroantrieb - Google Patents

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WO2021110694A1
WO2021110694A1 PCT/EP2020/084154 EP2020084154W WO2021110694A1 WO 2021110694 A1 WO2021110694 A1 WO 2021110694A1 EP 2020084154 W EP2020084154 W EP 2020084154W WO 2021110694 A1 WO2021110694 A1 WO 2021110694A1
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Max Riedel
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Max Riedel
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    • B60Y2304/076—Facilitating assembling or mounting by add-on parts, e.g. retrofit

Definitions

  • the present invention relates to a device for temporarily converting a multi-wheeled motor vehicle driven by an internal combustion engine to an electric drive.
  • binding climate targets are set: By 2021, all newly registered passenger cars in the EU may emit an average of a maximum of 95 g CCVkm.
  • particulate matter is another pollution, especially in large cities. Many large cities in the EU are increasingly having problems complying with the increasingly strict limit values for air quality. As a measure to reduce CO 2 and particulate matter, diesel driving bans have already been imposed in some cities. The introduction of electrically powered vehicles is being pushed. It is true that electric vehicles are already quite mature and are increasingly approaching vehicles that are conventionally powered by an internal combustion engine. Nevertheless, the acceptance and sales of electric vehicles remain below expectations. According to statistics from the Federal Motor Transport Authority, around 65 million vehicles in total registered in Germany, the share of electric vehicles at just 1.9%. The market shares of electric vehicles worldwide are currently around 5% on average, the only exception being Norway with a share of around 60%.
  • the present invention is based on the object of temporarily converting a multi-wheeled motor vehicle driven by an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, to an electric drive with as little effort and expense as possible.
  • the changeover process should be carried out as quickly, easily and automatically as possible.
  • the device comprises: a support structure, at least one electric motor which is attached to the supporting structure in a rotationally test manner, at least one drive element which is mounted on the supporting structure, can be actuated by the electric motor and can be coupled to a non-steered wheel of the motor vehicle and which transmits a rotary movement of the electric motor to the wheel and drives it, a electrical energy store, which is fastened to the support structure, for supplying energy to the electric motor, and at least one fastening element for the temporary non-rotatable fastening of the support structure to a chassis or a body of the vehicle.
  • the device according to the invention is a module which, if required, can be quickly and easily attached to a motor vehicle as a unit and can then drive the motor vehicle electrically.
  • the devices can be mounted on motor vehicles that want to drive into the metropolitan area, so that the motor vehicles can move in the metropolitan area purely electrically.
  • the devices are dismantled again so that the motor vehicle can continue its journey outside the agglomeration with a conventional drive by means of an internal combustion engine.
  • the dismantled devices are recharged at a suitable charging station and then held ready for reassembly on a motor vehicle entering the metropolitan area.
  • the device according to the invention temporarily integrates an electric drive into an existing motor vehicle with a conventional drive.
  • the invention thus pursues a different approach than fixed conversion solutions from many small providers.
  • the device is distributed to as many different vehicles as possible, so that the costs per vehicle are very low.
  • the device Since the distance usually covered in the metropolitan areas is quite short, it is sufficient if the device enables the motor vehicle to be electrically powered over a distance of about 30-40 km.
  • the electrical energy store for example in the form of an accumulator, in particular a Li-ion or a Li-polymer accumulator
  • the motor vehicle does not have to carry several hundred kilograms of accumulator, as is the case with purely electric vehicles.
  • the device When the device is installed, it is only necessary to carry the device, which is compact and light in comparison to conventional electric drives. When the device is dismantled, the device does not even have to be carried along.
  • the energy store is preferably an integral part of the device according to the invention, i.e. attached to the supporting structure of the device.
  • the energy store is arranged externally, i.e. not attached to the support structure.
  • an external energy storage device at any point in the vehicle interior, e.g. in the trunk of the vehicle, or on the outside of the vehicle, e.g. attached to a trailer coupling, and to connect it electrically to the other components of the device, e.g. by means of a power cable.
  • the power cable can be laid flexibly, for example from the device according to the invention on the outside of the vehicle into the vehicle interior to the energy store.
  • a flexible folding of the power cable can be achieved, for example, by means of magnetic folding elements on the vehicle body and / or by means of Velcro folding elements in the interior or in any other way.
  • the advantage of an external energy store is that it is also possible to use energy stores with a larger capacity (and thus generally also larger dimensions) which, for reasons of space, cannot be integrated directly into the device or attached to the support structure.
  • empty or partially used energy stores can be exchanged for fully charged ones quickly and easily, so that the device is available for use again within a short time. Old and / or defective energy storage devices can also be quickly and easily replaced with new energy storage devices.
  • the invention has the advantage that any type of motor vehicle powered by an internal combustion engine can be temporarily converted to electric operation. So it can be achieved immediately after the introduction of the invention, a clearly noticeable reduction in greenhouse gases and particulate matter in cities.
  • the invention enables real-time 100% electrification of traffic in inner cities. The traffic-related emissions of greenhouse gases and fine dust can be reduced to a minimum in a timely manner.
  • driving bans in city centers can be dispensed with. Even people who do not have the money to buy an electric vehicle, or who do not want to buy one for other reasons, can use the invention to drive into metropolitan areas, especially in inner cities, without hesitation.
  • the small and compact dimensions of the device according to the invention and in particular the relatively small electrical energy store allow simple and inexpensive manufacture of the device.
  • the environmental pollution caused by the mining of raw materials for the production of accumulators can be reduced to a minimum due to the relatively low capacity of the electrical energy store.
  • the storage volume of the accumulators can be distributed over a much larger number of vehicles.
  • automobile manufacturers can continue to sell vehicles with conventional drives using internal combustion engines, at least until further notice, and the switch to zero-emission vehicles can be planned in parallel.
  • different power levels of the device according to the invention can be held in advance.
  • the power levels are specified in particular by the size (capacity) of the energy store and the size (power) of the electric motor.
  • One or more of the devices can be mounted per motor vehicle.
  • the devices are preferably mounted fully automatically on the motor vehicles, for example by means of an assembly robot.
  • the aim is that the drivers of the motor vehicles do not have to wait any longer than at a toll station for the assembly and disassembly of the devices.
  • the device Under certain circumstances, to mount the device on a motor vehicle, it may be necessary to pre-equip the motor vehicle so that the device can be assembled and dismantled quickly and easily. It would even be conceivable to have a standardized fastening connection on a motor vehicle for the device, with which the motor vehicles are equipped either ex works or afterwards.
  • a rotationally fixed attachment of the device to the chassis or the body of the motor vehicle can then be designed to be particularly small and filigree, since it does not have to support the weight of the device. It only has to ensure that the device is held with its at least one drive element on the wheel and is non-rotatably (around the axis of rotation of the wheel) with respect to the chassis or the body.
  • the drive element has a friction roller which transmits the rotational movement of the electric motor to a running surface, a flank and / or a rim of the driven wheel of the motor vehicle by means of frictional engagement.
  • the friction roller must, for example, be spring-loaded or pressed against the surface of the wheel on which the friction roller acts by means of suitable tensioning elements. This allows a particularly simple coupling between the drive element and the driven wheel, which can be quickly established and released again. Pre-equipping or retrofitting the motor vehicle or the driven wheel for torque transmission from the device to the wheel is not required.
  • the drive element has a form-fit connection to the wheel of the motor vehicle to be driven, which connection is designed to transmit the rotary movement of the electric motor to the driven wheel by means of a form-fit connection.
  • This can take place, for example, by means of a gear drive, a drive chain, a drive belt or the like.
  • a positive connection between the drive element and driven wheel could make it necessary to pre-equip or convert the motor vehicle or the driven wheel for torque transmission from the device to the wheel.
  • One advantage is the high efficiency of such a drive, which can be achieved by the positive connection between the drive element and the wheel, since friction losses are excluded.
  • the device is designed for temporary assembly in or on a wheel arch of the motor vehicle.
  • the device is designed in shape and dimensions in such a way that it can be inserted between the driven wheel and the inside of the wheel housing, with sufficient suspension of the wheel still being possible, if possible, without the device being attached to the Inside of the wheel arch.
  • the device rests on the driven wheel and is held by it.
  • Relatively small and filigree connections to the chassis, wheel and / or the body of the vehicle ensure that the device cannot slide off the wheel and that the device does not rotate with respect to the static part of the motor vehicle (e.g. chassis, body).
  • the device be designed for temporary mounting on a spot on the motor vehicle, in particular on a trailer coupling or a bumper of the motor vehicle.
  • the device would be attached to the chassis or the body of the motor vehicle indirectly via the trailer coupling or the bumper.
  • the advantage is a particularly stable fastening of the device and a fastening connection already present on the vehicle in the form of the trailer coupling or the bumper, to which the device can be fastened quickly, easily and securely.
  • the connection between the electric motor and the drive element for the transmission of the rotary movement or a torque must then be guided from the rear on the side of the vehicle to one of the rear wheels of the motor vehicle, where the drive element is arranged and coupled to the driven wheel.
  • the device has a control device for controlling the electric motor, the drive element, the clamping elements and / or the electrical energy store of the device.
  • the control device preferably comprises a microprocessor on which a computer program for realizing the control and / or regulation function is executable within the device. For example, based on external commands / signals, the control unit can start, stop, accelerate, brake the electric motor or switch it to generator mode (so-called recuperation); steepen or loosen the coupling between the drive element and the driven wheel; control a current delivery or a charging of the electrical energy storage.
  • the control unit of the device receives the external commands / signals preferably via a data interface from a data communication device, in particular a data bus, of the motor vehicle.
  • the device have an electrical interface for connecting the electrical energy store of the device to an electrical supply network of the motor vehicle.
  • the energy interface is preferably designed as a plug-socket combination.
  • the provision of an energy interface can be advantageous, for example, to monitor and control the level of the vehicle battery through the device or its control device and / or the level of the electrical energy storage device of the device through the vehicle or its control device, and if it falls below a predetermined level Appropriate countermeasures to be taken.
  • the countermeasures could, for example, consist in feeding energy from the device's energy store into the vehicle battery, for example to continue to enable certain safety and comfort functions of the vehicle (without a running internal combustion engine and powered alternator or generator), or vice versa
  • To feed the vehicle battery into the energy store for example to enable an emergency function of the vehicle driven by the device according to the invention when the energy store is completely or almost empty, in particular to reach the nearest exchange or charging station for the energy store.
  • the electrical energy store of the device could support the vehicle battery with the device according to the invention (without a running internal combustion engine and powered alternator or generator) in the performance of information and comfort functions while the vehicle is running.
  • Such functions are, for example, the lighting of the vehicle inside and outside; Navigation; Multimedia applications; Seat heating; Rear window heater; electric actuating motors for seats, windows, sunroofs; electric auxiliary heater or auxiliary heater to warm up the interior.
  • the electrical energy storage device of the device redundantly support the vehicle battery in the perception of safety functions of the motor vehicle, such as x-by-wire functions (drive-by-wire; electric accelerator pedal, electric brake pedal, electric clutch) or an electric power steering.
  • the device is connected to a data communication device, in particular a data bus, of the motor vehicle via a data interface and is included in the data communication via the data communication device via the data interface.
  • a user interface MMI; man-machine-interface
  • the driver of the motor vehicle can also accelerate the vehicle in temporary electric mode - as usual - using an accelerator pedal (e.g. the accelerator pedal), brake it using a brake pedal, steer it using the steering wheel and use all information and comfort functions as in conventional operation using a combustion engine.
  • an accelerator pedal e.g. the accelerator pedal
  • brake it using a brake pedal steer it using the steering wheel and use all information and comfort functions as in conventional operation using a combustion engine.
  • this presupposes that the device or its control unit is integrated into the data communication in the vehicle.
  • the device has a data interface for connecting the device to a data communication device, in particular a data bus, of the motor vehicle.
  • the data interface can be designed as a plug-socket combination or, alternatively, as a contactless interface, for example by means of radio signals.
  • the motor vehicle has a radio element integrated into the data communication device, with which the device according to the invention comes into contact via radio, or the data communication device of the motor vehicle is at least partially based on radio communication into which the device is integrated via radio.
  • the device according to the invention is connected to the data communication device of the motor vehicle via radio, it is also conceivable to provide a type of remote control in the vehicle interior via which the device can be controlled by the driver of the motor vehicle.
  • Access to the data bus of the motor vehicle could be realized, for example, by means of a pre-equipping of a corresponding socket or plug on the motor vehicle that are in communication with the data bus.
  • the inven- The device according to the invention could be connected to the socket or the plug in order to pick up the desired operating parameters and communication signals of the motor vehicle.
  • the device have an electrically operated vacuum pump and a pneumatic connection for connecting the vacuum pump to a vacuum brake booster of the motor vehicle.
  • the pneumatic connection could be connected to a T-piece, preferably with check valves, which is inserted into a vacuum line of the vacuum brake booster. In this way, the function of the brake booster would be maintained even if the motor vehicle was operated electrically.
  • the device has an electrically operated hydraulic pump and a flydraulic connection for connecting the flydraulic pump to a hydraulic brake booster and / or a hydraulic power steering.
  • the hydraulic connection could be connected to a T-piece that is inserted into a hydraulic line of the hydraulic brake booster or the hydraulic power steering. In this way, the function of the brake booster or the power steering would be maintained even if the motor vehicle was operated electrically.
  • the device have a direction switch for setting a drive direction of the drive element, which switch can be manually operated by a driver of the motor vehicle.
  • the direction switch could be connected to the device or its control device by means of a cable or wirelessly, for example via a radio link.
  • the direction switch is preferably arranged in the interior of the motor vehicle so that it can be operated by a driver of the motor vehicle can be.
  • the direction switch preferably controls the direction of rotation of the electric motor of the device.
  • a changeover gear is arranged between the electric motor and the drive element in order to reverse the direction of rotation of the drive element while the direction of rotation of the electric motor remains the same, wherein the gear can be controlled via the direction switch.
  • the device can be activated automatically by switching on an ignition of the motor vehicle (“terminal 15” or “terminal 50” of the motor vehicle) and engaging a neutral gear (N) of an automatic transmission of the motor vehicle or idling of a manual transmission of the motor vehicle is.
  • This may make it necessary, for example, to send the signals for "Terminal 15" (switched plus from the ignition starter switch) or "Terminal 50” (start information on the starter (magnetic switch)) and for the current position of a gearbox of the motor vehicle from the data communication device, in particular read in the data bus of the motor vehicle.
  • the drive element can be set in a rotary motion by selecting a position of the direction switch and thus a drive direction of the drive element.
  • the device is designed, after its activation and according to a drive direction of the drive element, by actuation of a driving pedal of the motor vehicle by a driver of the motor vehicle to set the driven wheel of the motor vehicle via the drive element in a rotational movement that is dependent on the predetermined Drive direction and an actuation position of the accelerator pedal.
  • This can make it necessary, for example, to read in the signals for the current actuation position of the accelerator pedal of the motor vehicle from the data communication device, in particular the data bus, of the motor vehicle.
  • the accelerator pedal of the motor vehicle stuff in a known manner, the speed of the now by means of the purely electrically operated motor vehicle can be set. It is conceivable to limit the speed to a certain maximum speed value, for example to 80 km / h.
  • the device is advantageously designed to interrupt a coupling between the drive element of the device and the driven wheel of the motor vehicle when a vehicle speed exceeds a predetermined limit value (e.g. the maximum speed value) and / or when a driver of the motor vehicle presses an accelerator pedal of the motor vehicle not actuated (e.g. in partial load operation or idling) and / or when a driver of the motor vehicle actuates a brake pedal of the motor vehicle and / or when a driver of the motor vehicle changes a gear of a transmission of the motor vehicle and / or the driver of the motor vehicle switches on the internal combustion engine of the motor vehicle .
  • a predetermined limit value e.g. the maximum speed value
  • the drive element can be decoupled from the driven wheel in order to save electrical energy.
  • the device is advantageously designed to de-energize the electric motor when a vehicle speed exceeds a predetermined limit value and / or when a driver of the motor vehicle does not actuate an accelerator pedal of the motor vehicle and / or when a driver of the motor vehicle actuates a brake pedal of the motor vehicle and / or when a driver of the motor vehicle changes a gear of a transmission of the motor vehicle and / or the driver of the motor vehicle switches on the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in accordance with a preferred embodiment
  • FIG. 2 shows a drive unit of the device from FIG. 1 in a detail
  • FIG. 3 two drive units for the device from FIG. 1 in one
  • FIG. 4 shows a device according to the invention with two drive units mounted on a wheel of a motor vehicle in a side view;
  • FIG. 5 shows the device from FIG. 4 in a view from the front
  • FIG. 6 shows an adapter mounted on a wheel hub for fastening a device according to the invention
  • FIG. 7 shows the adapter from FIG. 6 with the device mounted thereon in
  • FIG. 8 shows a device according to the invention fastened to a rim of a wheel of the motor vehicle
  • FIG. 9 shows an exploded view of a device according to the invention.
  • the device 2 is used to temporarily convert a multi-wheel motor vehicle driven by an internal combustion engine to an electric drive.
  • the device 2 comprises:
  • a support structure 4 which in this example comprises a base plate, which is made, for example, of metal (for example steel or aluminum) or plastic. Most of the components of the device 2 are attached to the support structure 4.
  • the motor 8 is fastened to the support structure 4 via a push rod 10 so that it can rotate.
  • the push rod 10 is provided on at least one side with a toothing 12 which is in engagement with gears 14 which are rotatably gela Gert with respect to the support structure 4.
  • the gear wheels 14 can be set in a rotary movement by an actuator 16, which is also fastened to the support structure 4.
  • the device 2 has two electric motors 8, the actuating drives 16 set a first central gear 14.1 in a rotary movement 18.1.
  • the gear 14.1 is in engagement with two further gear wheels 14.2 and 14.3 and sets them in rotary movements 18.2 and 18.3. These gears 14.2, 14.3 are in turn in engagement with the teeth 12 of the push rods 10 and set them in a linear movement 20.
  • the push rods 10 are movably guided on the support structure 4 by means of guide elements 22 in the direction of the linear movement 20.
  • the drive element 24 comprises a friction roller with a friction lining.
  • the drive element 24 is mounted on the support structure 4 indirectly via the push rod 10.
  • the motor 8 is designed as an external rotor and the drive element 24 is attached to the rotor of the motor 8 rotating around the outside. In this way, a particularly compact motor drive unit 8, 24 can be created.
  • the drive element 24 can be coupled to a wheel 26 (cf. FIGS. 4, 5) of the motor vehicle. It transmits a rotary movement of the electric motor 8 to the wheel 26 by means of frictional engagement and drives the wheel 26.
  • the friction roller 24 must, for example, be spring-loaded or pressed by means of suitable tensioning elements against a surface of the wheel on which the friction roller 24 acts (for example a flank or a running surface).
  • a surface of the wheel on which the friction roller 24 acts for example a flank or a running surface.
  • the drive elements 24 can be pressed against the running surface of the wheel 26 or released from it again.
  • the push rods 10 are preferably moved in a motorized manner.
  • the drive element 24 can also be pressed against a flank or a rim of the wheel 26.
  • a guide roller 25 can be provided on the side of the wheel 26 opposite the friction rollers 24 (see FIG. 4).
  • the energy store 28 is preferably designed as a rechargeable accumulator.
  • the accumulator 28 preferably comprises individual cells 28.1. It can have a control device 28.2 for controlling the energy output when the electric motor 8 is operated and / or the energy consumption when the accumulator 28 is being charged.
  • the capacity of the energy store 28 can be relatively small compared to the battery mulators of conventional electric vehicles, since with the device according to the invention only a limited distance at low speed has to be covered in urban areas. The maximum range is, for example, 100 km or less. Since the distance usually covered in the metropolitan areas is quite short, it is sufficient if the device 2 allows an electrical drive of the motor vehicle to about 30-40 km. As a result, the energy store 28 can be designed to be particularly small, compact and light.
  • the energy store 28 can be charged via a charging cable, inductively or in some other way, preferably by an external charger, in order to reduce the weight of the device 2.
  • a corresponding interface 64 for example a Type 2 socket, can be provided.
  • the device 2 it would also be conceivable for the device 2 to have an integrated charger.
  • At least one fastening element for the temporary non-rotatable fastening of the support structure 4 of the device 2 to a chassis or a body of the vehicle.
  • the fastening element comprises, for example, a bearing 30, preferably a roller bearing, which is rotatably mounted on an adapter 32 which can be fastened to the hub 34 or rim 26.1, 26.2 of the wheel 26 (see FIGS. 6 and 7).
  • the device 2 can be secured to the adapter 32 in the axial direction by means of a locking device 36, which comprises, for example, a securing ring (cf. FIG. 1).
  • the securing ring 36 can engage in an annular groove 38 of the adapter 32 (see. Fig. 7).
  • the fastening element can have at least one, preferably two radially protruding projections 40 (see. Fig. 4), which are fastened to the support structure 4 or the housing 6 and a rotation of the device 2 about the axis of rotation 42 of the wheel 26 relative to the motor vehicle prevent. Thanks to the projections 40, the device 2 is held non-rotatably on the vehicle. In this case, the device 2 would be attached in or on the wheel box / sill of the motor vehicle. Alternatively, the device 2 can also be releasably attached to a rim of the wheel 26 by means of a fastening element comprising at least one clamping device 37 (see FIG. 8). In the upper half of FIG. 8, a light metal rim 26.1 and in the lower half a steel rim 26.2 is shown.
  • the energy store 28 is preferably an integral part of the device 2, i.e. attached to the support structure 4 of the device 2. Alternatively, however, in an example not shown, it is also conceivable that the energy store 28 is arranged externally, i.e. not attached to the support structure 4. For example, it would be conceivable to arrange an external energy store at any point in the vehicle interior, for example in the trunk of the vehicle, and to connect it electrically to the other components of the device 2, for example by means of a power cable.
  • the power cable can be laid flexibly, for example from the device according to the invention on the outside of the vehicle into the vehicle interior to the energy store. Flexible folding of the power cable can be achieved, for example, by means of magnetic folding elements on the vehicle body and / or by means of Velcro folding elements in the interior or in any other way.
  • the present invention temporarily integrates an electronic drive into existing vehicles with a conventional drive, so it pursues a different approach than the previously known fixed installation solutions from small providers.
  • the aim of the invention is to distribute the available devices 2 to as many different vehicles as possible, depending on requirements, whereby a much more efficient use of the available energy stores 28 as sharing products is possible.
  • a timely, up to 100% electrification of the traffic in cities can be realized in this way.
  • the emission of greenhouse gases (especially C0 2 ) and fine dust pollution are decreasing.
  • Vehicle owners of conventional motor vehicles with an internal combustion engine can continue to move their usual vehicle within the city limits, but with an electric drive thanks to the temporarily installed device 2 according to the invention.
  • the invention also has the advantage that the automotive industry or the OEMs initially continue to sell existing products (vehicles with internal combustion engines and the corresponding supplier parts) and can plan the conversion to alternative drives in parallel.
  • the inventive device 2 is designed as a unit of energy storage 28 and electric motor 8 to transmit a torque, for example via a friction roller 24 and / or a suitable positive engagement to one or more of the non-steered wheels 26 of a conventional vehicle with an internal combustion engine.
  • the device 2 is intended for pure city operation and can be coupled to and removed from any vehicle as required. Depending on the type of torque transmission, pre-equipping the vehicles with a corresponding adapter 32 is useful or necessary. There is no intervention in the existing drive train of the vehicle; the device 2 starts from the outside of the vehicle.
  • the device 2 preferably comprises a control device 44. This can control and / or regulate the operation of the electric motor 8 and / or the charging of the energy store 28.
  • the vehicle's user interface (MMI - man-machine interface) preferably remains as usual: the systems already installed by the vehicle manufacturer or OEM, such as gas, brakes, steering and all information and convenience functions, can preferably be used as before.
  • the control device 44 can also input the commands / information from these systems and process them to control the device 2.
  • the device 2 has, for example, a data interface which is designed here as a plug element 46 (plug or socket) that is connected to the control device 44 via a cable harness 48.
  • the plug element 46 can be connected to a corresponding plug element (socket or plug) of the motor vehicle, which is connected to a cable harness or a data bus of the motor vehicle.
  • the control device 44 can receive signals / information from the cable harness or data bus of the motor vehicle via the data interface 46 and use them to control the device 2.
  • the control device 44 can also apply information / signals from the device 2 to the data bus or the cable harness of the motor vehicle for further processing or output by a control device in the motor vehicle. Bidirectional communication via the data interface 46 is thus possible.
  • the data interface 46 can be embodied in a contactless manner, for example as a radio interface.
  • the motor vehicle can have a radio element integrated into the data communication device, with which the device 2 comes into contact via radio.
  • the data communication device of the motor vehicle is based at least partially on radio communication into which the device 2 can be integrated via radio.
  • Such an electrical interface 46 for connecting the electrical energy store 28 of the device 2 to an electrical supply network of the motor vehicle is preferably designed as a plug-socket combination.
  • the device 2 have an electrically operated negative or vacuum pump 50 and a pneumatic connection 52 for connecting the negative pressure pump 50 to a negative pressure brake booster of the motor vehicle via a negative pressure line 54.
  • the pneumatic connection 52 could be connected to a T-piece 56, preferably with check valves, which is inserted into a vacuum line 58 of a vacuum brake booster.
  • the vacuum line 58 connects, for example, a vacuum unit to one or more brakes of the motor vehicle. In this way, the function of the Bremskraftver amplifier could be maintained even with a purely electrical operation of the motor vehicle.
  • the device 2 could also have an electrically operated Flydraulik pump and a Flydraulik connection (both not shown) for connecting the Flydraulik pump to a Flydraulik brake booster and / or a Flydraulik power steering.
  • the Flydraulic pump could be connected to a Flydraulik circuit of the motor vehicle via the Flydraulik connection and, in the case of a purely electrical operation of the motor vehicle, provide the operating pressure required to operate a FHy- draulic brake booster and / or a Flydraulik power steering.
  • the device 2 have a remote control for controlling the drive element 24, for example in the form of a direction switch 60 for switching on provide a drive direction (forward FWD or backward RWD) of the Antriebsele element 24, which can be manually operated by a driver of the motor vehicle.
  • the direction switch 60 could be connected to the device 2 or its control unit 44 by means of a cable or wirelessly, for example via a radio link 62.
  • the direction switch 60 is preferably arranged in the interior of the motor vehicle so that it can be operated by a driver of the motor vehicle.
  • the direction switch 60 preferably specifies the direction of rotation of the electromotor 8 of the device 2.
  • a changeover gear is arranged between the electric motor 8 and the drive element 24 in order to reverse the direction of rotation of the drive element 24 while the direction of rotation of the electric motor 8 remains the same, with the gear being switched via the direction switch 60.
  • the device 2 is preferably activated automatically by switching on an ignition of the motor vehicle (“terminal 15” or “terminal 50” of the motor vehicle) and engaging a neutral gear (N) of an automatic transmission of the motor vehicle or an idling of a manual transmission of the motor vehicle. This may make it necessary, for example, to send the signals for “Terminal 15” (switched plus from the ignition starter switch) or “Terminal 50” (start information on the starter (magnetic switch)) and for the current position of a gearbox of the motor vehicle via the plug element 46 and the Cable harness 48 from the data communication device, in particular the data bus, of the motor vehicle to be read.
  • the electric motor 8 or the drive element 24 can be set into a rotary movement by selecting a position of the direction switch 60 and thus a drive direction of the drive element 24.
  • the device 2 is preferably designed, after its activation and after specifying a drive direction of the drive element 24, by actuating a Accelerator pedal of the motor vehicle by a driver to set the driven wheel 26 of the motor vehicle via the drive element 24 in a rotary movement which is dependent on the drive direction specified by means of the direction switch 60 and an actuation position of the accelerator pedal.
  • This can make it necessary, for example, to read in the signals for the current actuation position of the accelerator pedal of the motor vehicle via the plug element 46 and the cable harness 48 from the data communication device, in particular the data bus, of the motor vehicle.
  • the speed of the motor vehicle which is now operated purely electrically by means of the device 2
  • the speed of the motor vehicle can be set via the accelerator pedal of the motor vehicle. It is conceivable to limit the speed to a certain maximum speed value, for example to 80 km / h.
  • the device 2 is advantageously designed to interrupt a coupling between the drive element 24 of the device 2 and the driven wheel 26 of the motor vehicle when a vehicle speed V «fZ exceeds a predetermined limit value (e.g. the maximum speed value, e.g. 80 km / h) exceeds and / or falls below a predetermined limit value (e.g. a lower limit value, e.g. 5 km / h) and / or if a driver of the motor vehicle does not press an accelerator pedal of the motor vehicle (e.g.
  • a predetermined limit value e.g. the maximum speed value, e.g. 80 km / h
  • a predetermined limit value e.g. a lower limit value, e.g. 5 km / h
  • the drive element 24 can be decoupled from the driven wheel 26, for example by being lifted off the wheel 26 in order to save electrical energy.
  • the device 2 is advantageously designed to switch off the electric motor 8 when a vehicle speed V KfZ exceeds a predetermined limit value (e.g. the maximum speed value, e.g. 80 km / h) and / or a predetermined limit value (e.g. a lower limit value, e.g. 5 km / h) and / or if a driver of the motor vehicle does not press an accelerator pedal of the motor vehicle and / or if a driver of the motor vehicle presses a brake pedal of the motor vehicle and / or if a driver of the motor vehicle stuff changes a gear of a transmission of the motor vehicle and / or the driver of the motor vehicle switches on the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • a predetermined limit value e.g. the maximum speed value, e.g. 80 km / h
  • a predetermined limit value e.g. a lower limit value, e.g. 5 km / h
  • a driver of the motor vehicle does not press an accelerator pedal of
  • the device 2 can be made very compact, since it is designed only for short ranges and low speeds. This means that significantly fewer Li-ion batteries are required for driving in the city than in a conventional electric vehicle.
  • an exchange of media eg air or a negative pressure and / or hydraulic fluid
  • information eg position “Terminal 15”, ignition “Terminal 50”, accelerator pedal, brake pedal “Terminal 54”, transmission and / or possibly direction switch 60, the vehicle speed and / or the vehicle electrical system voltage
  • media eg air or a negative pressure and / or hydraulic fluid
  • information eg position “Terminal 15”, ignition “Terminal 50”, accelerator pedal, brake pedal “Terminal 54”, transmission and / or possibly direction switch 60, the vehicle speed and / or the vehicle electrical system voltage
  • the control device 44 can control the electric motor 8, the drive element 24 and / or the electrical energy store 28 of the device 2.
  • the control unit 44 also controls a tensioning mechanism, including, for example, the push rods 10 movable in the direction 20, in order to implement or transmit a friction fit between the drive element 24 and the driven wheel 26 and a torque transmission depending on the operating mode. to interrupt the torque transmission.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (2) zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb. Die Vorrichtung (2) umfasst: - eine Tragstruktur (4), - mindestens einen Elektromotor (8), der an der Tragstruktur (4) drehfest befestigt ist, - mindestens ein Antriebselement (24), das an der Tragstruktur (4) gelagert, von dem Elektromotor (8) antreibbar und mit einem nicht gelenkten Rad (26) des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und eine Drehbewegung des Elektromotors (8) auf das Rad (26) überträgt und dieses antreibt, - einen elektrischen Energiespeicher (28) zur Energieversorgung des Elektromotors (8), und - mindestens ein Befestigungselement (30, 32, 36, 38, 40) zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur (4) an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs.

Description

VORRICHTUNG ZUM UMRÜSTEN EINES KRAFTFAHRZEUGS AUF ELEKTROANTRIEB
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb.
Vor dem Hintergrund der globalen Klimaerwärmung wird eine Reduktion von Treib hausgasen gefordert. In der Europäischen Union werden verbindliche Klimaziele vorgegeben: Bis 2021 dürfen alle neu zugelassenen Personenkraftwagen in der EU im Schnitt maximal 95 g CCVkm ausstoßen.
Neben dem Treibhausgas CO2 stellt Feinstaub eine weitere Belastung vor allem in den Großstädten dar. Viele Großstädte in der EU haben zunehmend Probleme die immer strenger werdenden Grenzwerte für die Luftqualität einzuhalten. Als Maß nahmen zur Reduktion von C02 und Feinstaub wurden in einigen Städten bereits Dieselfahrverbote ausgesprochen. Die Einführung elektrisch angetriebener Kraftfahr zeuge wird forciert. Zwar sind Elektrofahrzeuge bereits recht ausgereift und reichen immer besser an mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebene Kraftfahr zeuge heran. Dennoch bleiben die Akzeptanz und der Absatz von Elektrofahrzeugen hinter den Erwartungen zurück. Laut Statistik des Kraftfahrt-Bundesamts liegt für 2019 bei ca. 65 Mio. insgesamt zugelassenen Fahrzeugen in Deutschland der Anteil von Elektrofahrzeugen bei gerade 1 ,9 %. Die Marktanteile von Elektrofahrzeugen weltweit bewegen sich aktuell im Mittel bei etwa 5 %, die einzige Ausnahme ist Norwegen mit einem Anteil von ca. 60 %.
Im Zuge der Entwicklung und der Herstellung nennenswerter Stückzahlen von Elektrofahrzeugen werden weitere Problematiken deutlich: - Hoher Aufwand an Ressourcen und Energie in der Herstellung: Lebenszyklus- Betrachtungen (cradle to grave) gehen davon aus, dass die Klimabilanz eines reinen Elektrofahrzeugs erst nach 100.000 km besser ist als die eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor.
- Massiver Eingriff in die Umwelt mit entsprechenden Verschmutzungen bei der Gewinnung von Lithium, Kobalt und seltenen Erden zur Herstellung von Li- lonen Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge.
- Unzureichende Verfügbarkeit der Akkumulatoren für den globalen Bedarf
- Keine Lösung für den Umgang mit bereits produzierten und zugelassenen mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebenen Kraftfahrzeugen. Derzeit liegt die durchschnittliche Nutzungsdauer eines Kraftfahrzeugs in Deutschland bei etwa 9,5 Jahren.
- Keine Lösung für mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebene Kraftfahrzeuge, die noch produziert werden, bis eine Umstellung auf Elektromobilität in nennenswerten Stückzahlen erfolgt.
Dies führt zu einem Problem insbesondere in Ballungsräumen. Dort verursachen die mittels Verbrennungsmotor konventionell angetriebenen Kraftfahrzeuge aufgrund der hohen Fahrzeugdichte und des Stop-and-Go-Betriebs eine besonders hohe Belastung mit Treibhausgasen und Feinstaub. Zudem fehlt es in Ballungsräumen aufgrund der dichten Bebauung häufig an einem Luftaustausch, um die belasteten Luftmassen umzuwälzen und auf die Umgebung zu verteilen.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfin dung die Aufgabe zugrunde, ein mittels Verbrennungsmotor angetriebenes mehrräd- riges Kraftfahrzeug, insbesondere einen Kraftwagen, mit möglichst geringem Auf wand und Kosten vorübergehend auf Elektroantrieb umzurüsten. Zudem soll der Umrüstvorgang möglichst schnell, unkompliziert und automatisiert erfolgen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Ausgehend von der Vorrichtung der eingangs genannten Art zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Vorrichtung umfasst: eine Tragstruktur, mindestens einen Elektromotor, der an der Tragstruktur drehtest befestigt ist, mindestens ein Antriebselement, das an der Tragstruktur gelagert, von dem Elektromotor betätigbar und mit einem nicht gelenkten Rad des Kraftfahrzeugs koppelbar ist und eine Drehbewegung des Elektromotors auf das Rad überträgt und dieses antreibt, einen elektrischen Energiespeicher, der an der Tragstruktur befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors, und mindestens ein Befestigungselement zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um ein Modul, das bei Bedarf als Einheit schnell und unkompliziert an einem Kraftfahrzeug befestigt werden kann und dann das Kraftfahrzeug elektrisch antreiben kann. So wäre es bspw. denkbar, eine Vielzahl solcher Vorrichtungen an den Grenzen zu Ballungsräumen, insbesondere an Stadtgrenzen, vorzuhalten. Die Vorrichtungen können an Kraftfahr zeugen montiert werden, die in den Ballungsraum einfahren möchten, so dass sich die Kraftfahrzeuge im Ballungsraum rein elektrisch fortbewegen können. Beim Ver lassen des Ballungsraums werden die Vorrichtungen wieder abmontiert, so dass das Kraftfahrzeug außerhalb des Ballungsraums seine Fahrt mit konventionellem Antrieb mittels Verbrennungsmotor fortsetzen kann. Die abmontierten Vorrichtungen werden an einer geeigneten Ladestation wieder aufgeladen und dann für eine erneute Montage an einem in den Ballungsraum einfahrenden Kraftfahrzeug vorgehalten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung integriert temporär einen Elektroantrieb in ein bestehendes Kraftfahrzeug mit konventionellem Antrieb. Damit verfolgt die Erfindung einen anderen Ansatz als feste Umbau-Lösungen von vielen Kleinanbietern. Die Vorrichtung wird auf möglichst viele verschiedene Fahrzeuge aufgeteilt, so dass sich pro Fahrzeug sehr niedrige Kosten ergeben.
Da die in den Ballungsräumen üblicherweise zurückgelegte Strecke recht gering ist, genügt es, wenn die Vorrichtung einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs auf etwa 30-40 km ermöglicht. Anders als reine Elektrofahrzeuge mit einer Reichweite von mehreren hundert Kilometern, kann der elektrische Energiespeicher (z.B. in Form eines Akkumulators, insbesondere eines Li-Ionen oder eines Li-PolymerAkku- mulators) der erfindungsgemäßen Vorrichtung klein, leicht und kompakt ausgestaltet werden. Trotz des temporären Elektroantriebs muss das Kraftfahrzeug also nicht mehrere hundert Kilogramm an Akkumulator mitführen, wie dies bei reinen Elektro fahrzeugen der Fall ist. Bei montierter Vorrichtung muss lediglich die im Vergleich zu herkömmlichen Elektroantrieben kompakte und leichte Vorrichtung mitgeführt werden. Bei demontierter Vorrichtung muss nicht einmal die Vorrichtung mitgeführt werden.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher integraler Bestandteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung, d.h. an der Tragstruktur der Vorrichtung befestigt. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass der Energiespeicher extern angeordnet ist, d.h. nicht an der Tragstruktur befestigt ist. So wäre es bspw. denkbar, einen externen Energiespeicher an einer beliebigen Stelle im Fahrzeuginnenraum, bspw. im Kofferraum des Fahrzeugs, oder aber am Fahrzeugäußeren, bspw. auf einer Anhängerkupplung befestigt, anzuordnen und elektrisch mit den übrigen Komponenten der Vorrichtung zu verbinden, bspw. mittels eines Stromkabels. Das Stromkabel kann flexibel verlegt sein, bspw. von der erfindungsgemäßen Vorrichtung außen am Fahrzeug in den Fahrzeuginnenraum zu dem Energiespeicher geführt sein. Eine flexible Flalterung des Stromkabels kann bspw. mittels magnetischer Flalteelemente an der Fahrzeug karosserie und/oder mittels Klett-Flalteelementen im Innenraum oder auf beliebig andere Weise erzielt werden. Der Vorteil eines externen Energiespeichers ist, dass auch Energiespeicher mit größerer Kapazität (und damit in der Regel auch größeren Abmessungen) verwendet werden können, die aus Platzgründen nicht direkt in die Vorrichtung integriert bzw. an der Tragstruktur befestigt werden können. Außerdem können leere oder teilverbrauchte Energiespeicher schnell und problemlos gegen voll aufgeladene ausgetauscht werden, so dass die Vorrichtung innerhalb kurzer Zeit wieder zur Verwendung zur Verfügung steht. Auch alte und/oder defekte Energie speicher können schnell und einfach durch neue Energiespeicher ersetzt werden.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass jegliche Art von Kraftfahrzeug mit Antrieb mittels Verbrennungsmotor temporär auf einen Elektrobetrieb umgerüstet werden kann. Es kann also unmittelbar nach Einführung der Erfindung eine deutlich spürbare Reduk tion der Treibhausgase und des Feinstaubs in Städten erzielt werden. Insbesondere kann mit der Erfindung eine zeitnahe 100 % Elektrifizierung des Verkehrs in den Innenstädten realisiert werden. Der verkehrsbedingte Ausstoß an Treibhausgasen und Feinstaub kann zeitnah auf ein Minimum reduziert werden. Zudem kann auf Fahrverbote in den Innenstädten verzichtet werden. Auch Personen, die nicht das Geld haben, sich ein Elektrofahrzeug zu kaufen, oder ein solches aus anderen Gründen nicht kaufen möchten, können mit der Erfindung bedenkenlos in Ballungsräume, insbesondere in Innenstädte, fahren.
Die kleinen und kompakten Abmessungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere der relativ kleine elektrische Energiespeicher erlauben eine einfache und kostengünstige Fertigung der Vorrichtung. Die Umweltbelastung durch den Abbau von Rohstoffen zur Fierstellung von Akkumulatoren kann aufgrund der relativ geringen Kapazität des elektrischen Energiespeichers auf ein Minimum reduziert werden. Das Fierstellvolumen der Akkumulatoren kann auf eine sehr viel größere Anzahl von Fahrzeugen verteilt werden. Zudem können Automobilhersteller den Vertrieb von Kraftfahrzeugen mit konventionellem Antrieb mittels Verbrennungsmotor zumindest bis auf weiteres fortsetzen und die Umstellung auf Zero Emission Fahr zeuge kann planbar parallel dazu erfolgen.
Abhängig von Größe und Gewicht eines temporär umzurüstenden Kraftfahrzeugs können verschiedene Leistungsstufen der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorge halten werden. Die Leistungsstufen werden insbesondere durch die Größe (Kapazit ät) des Energiespeichers und die Größe (Leistung) des Elektromotors vorgegeben. Es kann eine oder können mehrere der Vorrichtungen je Kraftfahrzeug montiert wer den. Die Vorrichtungen werden vorzugsweise vollautomatisch an den Kraftfahrzeu gen montiert, bspw. mittels eines Montageroboters. Ziel ist es, dass die Fahrer der Kraftfahrzeuge für die Montage und Demontage der Vorrichtungen jeweils nicht länger als an einer Mautstelle warten müssen. Alternativ wäre es auch denkbar, dass der Fahrer eine erfindungsgemäße Vorrichtung mitführt, bspw. im Kofferraum, und diese bei Bedarf an seinem Fahrzeug selbst montiert.
Unter Umständen kann es zur Montage der Vorrichtung an einem Kraftfahrzeug erforderlich sein, das Kraftfahrzeug vorzurüsten, so dass die Montage und Demon tage der Vorrichtung problemlos und schnell erfolgen kann. Denkbar wäre sogar ein standardisierter Befestigungsanschluss an einem Kraftfahrzeug für die Vorrichtung, mit dem die Kraftfahrzeuge entweder ab Werk oder nachträglich ausgerüstet sind. Wichtig bei der Montage der Vorrichtung an dem Kraftfahrzeug ist es, dass die Vor richtung drehfest an einem Teil des Kraftfahrzeugs befestigt wird, das sich nicht zu sammen mit dem Rad dreht, um ein Drehmoment von der Vorrichtung auf das ange triebene Rad übertragen zu können. In diesem Sinne wäre es denkbar, dass die Vor richtung einfach auf das angetriebene Rad gelegt und von dem Rad abgestützt wird. Eine drehfeste Befestigung der Vorrichtung an dem Fahrgestell oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs kann dann besonders kleinbauend und filigran ausgebildet werden, da sie nicht das Gewicht der Vorrichtung halten muss. Sie muss lediglich dafür sorgen, dass die Vorrichtung mit ihrem mindestens einen Antriebselement auf dem Rad gehalten und (um die Drehachse des Rades) drehfest gegenüber dem Fahrgestell oder der Karosserie ist.
Zur Übertragung des Drehmoments auf das angetriebene Rad gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement eine Reibrolle aufweist, welche die Dreh bewegung des Elektromotors auf eine Lauffläche, eine Flanke und/oder eine Felge des angetriebenen Rads des Kraftfahrzeugs mittels Reibschluss überträgt. Die Reib rolle muss bspw. federbelastet oder mittels geeigneter Spannelemente gegen die Fläche des Rads gedrückt werden, auf die die Reibrolle wirkt. Dies erlaubt eine besonders einfache Kopplung zwischen Antriebselement und dem angetriebenen Rad, die schnell herstellbar und wieder lösbar ist. Eine Vorrüstung oder Umrüstung des Kraftfahrzeugs bzw. des angetriebenen Rads zur Drehmomentübertragung von der Vorrichtung auf das Rad ist nicht erforderlich.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Antriebselement eine Formschlussverbindung zu dem anzutreibenden Rad des Kraft fahrzeugs aufweist, die ausgebildet ist, die Drehbewegung des Elektromotors mittels Formschluss auf das angetriebene Rad zu übertragen. Dies kann bspw. mittels eines Zahnradgetriebes, einer Antriebskette, eines Antriebsriemens oder dergleichen erfolgen. Eine Formschlussverbindung zwischen Antriebselement und angetrie benem Rad könnte eine Vorrüstung oder Umrüstung des Kraftfahrzeugs bzw. des angetriebenen Rads zur Drehmomentübertragung von der Vorrichtung auf das Rad erforderlich machen. Ein Vorteil besteht jedoch in dem hohen Wirkungsgrad eines solchen Antriebs, der durch die Formschlussverbindung zwischen dem Antriebs element und dem Rad erzielt werden kann, da Reibverluste ausgeschlossen sind. Zur Befestigung der Vorrichtung an dem Kraftfahrzeug, insbesondere an dem Fahr gestell und/oder der Karosserie des Kraftfahrzeugs, gibt es eine Vielzahl von Mög lichkeiten. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird bspw. vorge schlagen, dass die Vorrichtung zur temporären Montage in oder an einem Radkasten des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist. Dies setzt voraus, dass die Vorrichtung in Form und Abmessungen derart ausgebildet ist, dass sie zwischen das angetriebene Rad und die Innenseite des Radkastens eingesetzt werden kann, wobei nach Möglichkeit immer noch eine ausreichende Federung des Rads möglich sein sollte, ohne dass die Vorrichtung an der Innenseite des Radkastens anstößt. Bevorzugt liegt die Vor richtung auf dem angetriebenen Rad auf und wird von diesem gehalten. Relativ klein bauende und filigrane Verbindungen zu dem Fahrgestell, Rad und/oder der Karosserie des Fahrzeugs sorgen dafür, dass die Vorrichtung nicht von dem Rad heruntergleiten kann und dass sich die Vorrichtung nicht bezüglich des statischen Teils des Kraftfahrzeugs (z.B. Fahrgestell, Karosserie) dreht.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zur temporären Montage an einem Fleck des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Anhängerkupplung oder einer Stoßstange des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist. In diesem Fall wäre die Vorrichtung also mittelbar über die Anhängerkupplung oder die Stoßstange an dem Fahrgestell bzw. der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt. Der Vorteil ist eine besonders stabile Befestigung der Vor richtung und ein bereits am Fahrzeug vorhandener Befestigungsanschluss in Form der Anhängerkupplung oder der Stoßstange, an dem die Vorrichtung schnell, einfach und sicher befestigt werden kann. Die Verbindung zwischen Elektromotor und Antriebselement zur Übertragung der Drehbewegung bzw. eines Drehmoments muss dann allerdings von hinten seitlich am Fahrzeug bis zu einem der hinteren Räder des Kraftfahrzeugs geführt werden, wo das Antriebselement angeordnet und mit dem angetriebenen Rad gekoppelt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung ein Steuergerät zur Steuerung des Elektromotors, des Antriebs elements, der Spannelemente und/oder des elektrischen Energiespeichers der Vor richtung aufweist. Das Steuergerät umfasst vorzugsweise einen Mikroprozessor, auf dem ein Computerprogramm zur Realisierung der Steuerungs- und/oder Regelungs- funktion innerhalb der Vorrichtung ablauffähig ist. So kann das Steuergerät bspw. aufgrund von externen Befehlen/ Signalen den Elektromotor starten, stoppen, be schleunigen, abbremsen oder ihn in einen Generatorbetrieb schalten (sog Rekupera- tion); die Kopplung zwischen dem Antriebselement und dem angetriebenen Rad her steilen oder lösen; eine Stromabgabe oder ein Aufladen des elektrischen Energie speichers steuern. Die externen Befehle/ Signale empfängt das Steuergerät der Vor richtung vorzugsweise über eine Datenschnittstelle von einer Datenkommunikations einrichtung, insbesondere einem Datenbus, des Kraftfahrzeugs.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss des elektrischen Energie speichers der Vorrichtung an ein elektrisches Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs aufweist. Die Energieschnittstelle ist vorzugsweise als eine Stecker-Buchsen-Kombi- nation ausgebildet. Das Vorsehen einer Energieschnittstelle kann vorteilhaft sein, um bspw. durch die Vorrichtung bzw. deren Steuergerät den Stand der Fahrzeugbatterie und/oder durch das Fahrzeug bzw. dessen Steuergerät den Stand des elektrischen Energiespeichers der Vorrichtung zu beobachten und zu kontrollieren und bei einem Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Die Gegenmaßnahmen könnten bspw. darin bestehen, Energie aus dem Energiespeicher der Vorrichtung in die Fahrzeugbatterie zu speisen, bspw. um bestimmte Sicherheits- und Komfortfunktionen des Fahrzeugs weiterhin (ohne laufenden Verbrennungsmotor und angetriebene Lichtmaschine bzw. Generator) zu ermöglichen, oder umgekehrt Energie aus der Fahrzeugbatterie in den Energiespeicher zu speisen, bspw. um eine Notlauffunktion des mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung angetriebenen Fahrzeugs bei ganz oder fast leerem Energiespeicher zu ermöglichen, insbesondere um die nächstgelegene Wechsel oder Aufladestation für den Energiespeicher zu erreichen. Ferner könnte der elektrische Energiespeicher der Vorrichtung die Fahrzeugbatterie während des laufenden Betriebs des Kraftfahrzeugs mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung (ohne laufenden Verbrennungsmotor und angetriebene Lichtmaschine bzw. Generator) bei der Wahrnehmung von Informations- und Komfortfunktionen energietechnisch unter stützen. Derartige Funktionen sind bspw. die Beleuchtung des Fahrzeugs innen und außen; Navigation; Multimediaanwendungen; Sitzheizung; Heckscheibenheizung; elektrische Betätigungsmotoren für Sitze, Fenster, Schiebedach; elektrische Zuheizer oder Standheizung zum Aufwärmen des Innenraums. Darüber hinaus könnte der elektrische Energiespeicher der Vorrichtung die Fahrzeugbatterie bei der Wahrnehm ung von Sicherheitsfunktionen des Kraftfahrzeugs, wie bspw. x-by-wire Funktionen (drive-by-wire; elektrisches Gaspedal, elektrisches Bremspedal, elektrische Kupplung) oder eine elektrische Servolenkung redundant unterstützen.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Vorrichtung über eine Datenschnittstelle in Ver bindung mit einer Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere einem Datenbus, des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht und über die Datenschnittstelle in die Datenkommunikation über die Datenkommunikationseinrichtung einbezogen ist. Das hat den Vorteil, dass eine Benutzerschnittstelle (MMI; man-machine-interface) des Kraftfahrzeugs in gewohnter Form erhalten bleibt. Der Fahrer des Kraftfahrzeugs kann auch im temporären Elektrobetrieb - wie üblich - über ein Fahrpedal (z.B. das Gaspedal) das Fahrzeug beschleunigen, es über ein Bremspedal abbremsen, es über das Lenkrad lenken und alle Informations- und Komfortfunktionen wie im konventionellen Betrieb mittels Verbrennungsmotor nutzen. Das setzt allerdings voraus, dass die Vorrichtung bzw. deren Steuergerät in die Datenkommunikation in dem Fahrzeug eingebunden ist. In diesem Sinne wird vorgeschlagen, dass die Vor richtung eine Datenschnittstelle zum Anschluss der Vorrichtung an eine Datenkom munikationseinrichtung, insbesondere einen Datenbus, des Kraftfahrzeugs aufweist. Die Datenschnittstelle kann als eine Stecker-Buchsen-Kombination oder alternativ als eine kontaktlose Schnittstelle, bspw. mittels Funksignalen, ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang weist entweder das Kraftfahrzeugzeug ein in die Datenkom munikationseinrichtung eingebundenes Funkelement, mit dem die erfindungsgemäße Vorrichtung über Funk in Kontakt tritt, oder aber die Datenkommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs beruht zumindest teilweise auf einer Funkkommunikation, in die die Vorrichtung über Funk eingebunden wird.
Bei einer Anbindung der erfindungsgemäßen Vorrichtung an die Datenkommunika tionseinrichtung des Kraftfahrzeugs über Funk ist es ferner denkbar, im Fahrzeug innenraum eine Art Fernsteuerung vorzusehen, über welche die Vorrichtung vom Fahrer des Kraftfahrzeugs gesteuert werden kann.
Ein Zugriff auf den Datenbus des Kraftfahrzeugzeugs könnte bspw. mittels einer Vor rüstung einer entsprechenden Buchse oder eines Steckers am Kraftfahrzeug, die mit dem Datenbus in Kommunikationsverbindung stehen, realisiert werden. Die erfin- dungsgemäße Vorrichtung könnte an die Buchse bzw. den Stecker angeschlossen werden, um die gewünschten Betriebsgrößen und Kommunikationssignalen des Kraftfahrzeugs abzugreifen.
Falls ein direkter Zugriff auf den Datenbus des Kraftfahrzeugs zum Abgreifen von Betriebsgrößen und Kommunikationssignalen des Kraftfahrzeugs nicht möglich oder nicht gewünscht ist, wäre auch eine vereinfachte Version denkbar. So könnten bspw. über eine Steckdose einer Anhängevorrichtung des Kraftfahrzeugs in begrenztem Umfang Betriebsgrößen und Kommunikationssignalen des Kraftfahrzeugs abge griffen werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine elektrisch betriebene Unterdruckpumpe sowie einen Pneumatik-Anschluss zum Anschluss der Unterdruck pumpe an einen Unterdruck-Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs aufweist. Der Pneumatik-Anschluss könnte an ein T-Stück, vorzugsweise mit Rückschlagventilen, angeschlossen werden, das in eine Unterdruckleitung des Unterdruck-Bremskraftver stärkers eingesetzt ist. Auf diese Weise würde selbst bei einem elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs die Funktion des Bremskraftverstärkers aufrecht erhalten bleiben.
Ferner wäre es denkbar, dass die Vorrichtung eine elektrisch betriebene Hydraulik pumpe sowie einen Flydraulik-Anschluss zum Anschluss der Flydraulikpumpe an einen Hydraulik-Bremskraftverstärker und/oder eine Hydraulik-Servolenkung auf weist. Der Hydraulik-Anschluss könnte an ein T-Stück angeschlossen werden, das in eine Hydraulikleitung des Hydraulik-Bremskraftverstärkers oder der Hydraulik-Servo lenkung eingesetzt ist. Auf diese Weise würde selbst bei einem elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs die Funktion des Bremskraftverstärkers bzw. der Servolenkung aufrecht erhalten bleiben.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung einen Richtungsschalter zum Einstellen einer Antriebsrichtung des Antriebselements aufweist, der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist. Der Richtungsschalter könnte mittels eines Kabels oder schnurlos, bspw. über eine Funkverbindung, mit der Vorrichtung bzw. deren Steuergerät in Verbindung stehen. Der Richtungsschalter wird vorzugsweise im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, so dass er von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient werden kann. Der Richtungsschalter steuert vorzugsweise die Drehrichtung des Elektromotors der Vorrichtung. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen dem Elektromotor und dem Antriebselement ein Umschaltgetriebe angeordnet ist, um bei gleichbleibender Drehrichtung des Elektromotors die Drehrichtung des Antriebs elements umzukehren, wobei das Getriebe über den Richtungsschalter angesteuert werden kann. Es ist denkbar, Vorkehrungen zu treffen, dass der Richtungsschalter nur bei stehendem Kraftfahrzeug (Fahrzeuggeschwindigkeit V«fZ < Grenzwert, vor zugsweise V Kfz = 0 km/h) betätigt werden kann. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung durch Einschalten einer Zündung des Kraftfahrzeugs („Klemme 15“ bzw. „Klemme 50“ des Kraftfahr zeugs) und Einlegen einer neutralen Fahrstufe (N) eines Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs oder eines Leerlaufs eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs auto matisch aktivierbar ist. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für „Klemme 15“ (geschaltetes Plus vom Zündstartschalter) bzw. „Klemme 50“ (Start information am Starter (Magnetschalter)) sowie für die aktuelle Stellung eines Getriebes des Kraftfahrzeugs von der Datenkommunikationseinrichtung, insbeson dere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Im Anschluss an die Aktivierung der Vorrichtung kann das Antriebselement durch Wahl einer Stellung des Richtungs schalters und damit einer Antriebsrichtung des Antriebselements in eine Drehbewe gung versetzt werden.
Vorteilhafterweise ist die Vorrichtung ausgebildet, nach ihrer Aktivierung und nach Vorgabe einer Antriebsrichtung des Antriebselements, durch Betätigung eines Fahr pedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs das angetriebene Rad des Kraftfahrzeugs über das Antriebselement in eine Drehbewegung zu ver setzen, die abhängig ist von der vorgegebenen Antriebsrichtung und einer Betäti gungsposition des Fahrpedals. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Betätigungsposition des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Bei über den Richtungsschalter eingestellter Antriebsrichtung des Antriebselements bzw. des Elektromotors kann über das Fahrpedal des Kraftfahr- zeugs in an sich bekannter Weise die Geschwindigkeit des nunmehr mittels der Vor richtung rein elektrisch betrieben Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Es ist denkbar, die Geschwindigkeit auf einen bestimmten maximalen Geschwindigkeitswert zu beschränken, bspw. auf 80 km/h.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung vorteilhafterweise ausgebildet, eine Kopplung zwischen dem Antriebselement der Vorrichtung und dem angetriebenen Rad des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgege benen Grenzwert (z.B. den maximalen Geschwindigkeitswert) überschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt (z.B. im Teillastbetrieb oder Leerlauf) und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahr zeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet. In all diesen Fällen kann das Antriebselement von dem angetriebenen Rad entkoppelt werden, um elektrische Energie zu sparen.
Ferner ist die Vorrichtung vorteilhafterweise ausgebildet, den Elektromotor stromlos zu schalten, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraft fahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Brems pedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraft fahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei können die nachfolgend be schriebenen und/ oder in den Figuren gezeigten Merkmale auch einzeln und unab hängig von den übrigen Merkmalen erfindungswesentlich sein. Außerdem kann die erfindungsgemäße Vorrichtung die nachfolgend beschriebenen und/ oder in den Figuren gezeigten Merkmale auch in einer beliebigen Kombination aufweisen, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschreiben ist und/oder in den Figuren nicht ausdrücklich gezeigt ist. Es zeigen: Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführ ungsform;
Figur 2 eine Antriebseinheit der Vorrichtung aus Fig. 1 in einem Ausschnitt;
Figur 3 zwei Antriebseinheiten für die Vorrichtung aus Fig. 1 in einem
Ausschnitt;
Figur 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei Antriebseinheiten montiert an einem Rad eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht;
Figur 5 die Vorrichtung aus Fig. 4 in einer Ansicht von vorne;
Figur 6 einen an einer Radnabe montierten Adapter zur Befestigung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 7 den Adapter aus Fig. 6 mit der daran montierten Vorrichtung im
Ausschnitt;
Figur 8 eine an einer Felge eines Rads des Kraftfahrzeugs befestige erfin dungsgemäße Vorrichtung; und
Figur 9 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Die Vorrichtung 2 dient zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahr zeugs auf Elektroantrieb. Die Vorrichtung 2 umfasst:
Eine Tragstruktur 4, die in diesem Beispiel eine Grundplatte umfasst, die bspw. aus Metall (z.B. Stahl oder Aluminium) oder Kunststoff gefertigt ist. Die meisten Komponenten der Vorrichtung 2 sind an der Tragstruktur 4 befestigt. Ein Gehäuse 6, das bspw. aus Kunststoff oder Metall gefertigt ist, ist auf die Tragstruktur 4 aufgesetzt und daran lösbar befestigt. Das Gehäuse 4 umschließt die an der Trag struktur 4 befestigten Komponenten und schützt diese vor mechanischer Bean- spruchung (z.B. Schläge, Kratzer) und Witterungseinflüssen (z.B. Regen, Schnee, Hagel, Salzwasser).
Mindestens einen Elektromotor 8, der an der Tragstruktur 4 drehtest befestigt ist, damit er ein Drehmoment übertragen kann. In dem gezeigten Beispiel ist der Motor 8 über eine Schubstange 10 drehtest an der Tragstruktur 4 befestigt. Die Schubstange 10 ist mit auf mindesten einer Seite mit einer Verzahnung 12 versehen, die mit Zahnrädern 14 in Eingriff steht, die bezüglich der Tragstruktur 4 drehbar gela gert sind. Die Zahnräder 14 können durch einen Stellantrieb 16, der ebenfalls an der Tragstruktur 4 befestigt ist, in eine Drehbewegung versetzt werden. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, ist insbesondere vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 2 zwei Elektromo toren 8 aufweist der Stellantriebe 16 ein erstes zentrales Zahnrad 14.1 in eine Dreh bewegung 18.1 versetzt. Das Zahnrad 14.1 steht mit zwei weiteren Zahnrädern 14.2 und 14.3 in Eingriff und versetzt diese in Drehbewegungen 18.2 und 18.3. Diese Zahnräder 14.2, 14.3 stehen wiederum in Eingriff mit der Verzahnung 12 der Schub stangen 10 und versetzten diese in eine Linearbewegung 20. Die Schubstangen 10 sind mittels Führungselementen 22 in Richtung der Linearbewegung 20 beweglich an der Tragstruktur 4 geführt.
Mindestens ein Antriebselement 24, das an der Tragstruktur 4 gelagert und von einem Elektromotor 8 angetrieben ist. In dem gezeigten Beispiel umfasst das An triebselement 24 eine Reibrolle mit einem Reibbelag. Das Antriebselement 24 ist mittelbar über die Schubstange 10 an der Tragstruktur 4 gelagert. Der Motor 8 ist als ein Außenläufer ausgebildet und das Antriebselement 24 ist auf dem außen um laufenden Rotor des Motors 8 befestigt. Auf diese Weise kann eine besonders kompakte Motor-Antriebseinheit 8, 24 geschaffen werden. Das Antriebselement 24 ist mit einem Rad 26 (vgl. Fign. 4, 5) des Kraftfahrzeugs koppelbar. Es überträgt eine Drehbewegung des Elektromotors 8 auf das Rad 26 mittels Reibschluss und treibt das Rad 26 an. Die Reibrolle 24 muss bspw. federbelastet oder mittels geeigneter Spannelemente gegen eine Fläche des Rads gedrückt werden, auf die die Reibrolle 24 wirkt (bspw. eine Flanke oder eine Lauffläche). Durch Bewegen der Schub stangen 10 in Richtung der Linearbewegung 20 können die Antriebselemente 24 gegen die Lauffläche des Rads 26 gedrückt oder von dieser wieder gelöst werden. Die Schubstangen 10 werden vorzugsweise motorisiert bewegt. Alternativ kann das Antriebselement 24 auch gegen eine Flanke oder eine Felge des Rads 26 gedrückt werden. Auf der den Reibrollen 24 gegenüberliegenden Seite des Rads 26 kann eine Führungsrolle 25 vorgesehen sein (vgl. Fig. 4). Einen elektrischen Energiespeicher 28, der an der Tragstruktur 4 befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors 8 über eine elektrische Leitung 29. Der Energiespeicher 28 ist vorzugsweise als ein wieder aufladbarer Akkumulator ausgebildet. Der Akkumulator 28 umfasst vorzugsweise einzelne Zellen 28.1. Er kann ein Steuergerät 28.2 zur Steuerung der Energieabgabe beim Betrieb des Elektromotors 8 und/ oder die Energieaufnahme beim Aufladen des Akkumulators 28 aufweisen. Die Kapazität des Energiespeichers 28 kann im Vergleich zu den Akku mulatoren herkömmlicher Elektrofahrzeuge relativ gering sein, da mit der erfindungs gemäßen Vorrichtung lediglich eine beschränkte Strecke mit niedriger Geschwindig keit in Ballungsräumen zurückgelegt werden muss. Die maximale Reichweite beträgt bspw. 100 km oder weniger. Da die in den Ballungsräumen üblicherweise zurück gelegte Strecke recht gering ist, genügt es, wenn die Vorrichtung 2 einen elektri schen Antrieb des Kraftfahrzeugs auf etwa 30-40 km ermöglicht. Dadurch kann der Energiespeicher 28 besonders kleinbauend, kompakt und leicht ausgebildet sein. Ein Laden des Energiespeichers 28 kann über ein Ladekabel, induktiv oder auf andere Weise erfolgen, vorzugsweise durch ein externes Ladegerät, um das Gewicht der Vorrichtung 2 zu reduzieren. Eine entsprechende Schnittstelle 64, bspw. eine Typ2 Steckdose, kann vorgesehen sein. Denkbar wäre jedoch auch, dass die Vorrichtung 2 ein integriertes Ladegerät aufweist.
Mindestens ein Befestigungselement zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur 4 der Vorrichtung 2 an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs. Das Befestigungselement umfasst bspw. ein Lager 30, vorzugsweise ein Rollenlager, das drehbar an einem Adapter 32 gelagert ist, der an der Nabe 34 oder Felge 26.1, 26.2 des Rads 26 befestigt sein kann (vgl. Fign. 6 und 7). Die Vorrichtung 2 kann mittels einer Verriegelungseinrichtung 36, die bspw. einen Sicherungsring umfasst, an dem Adapter 32 in Axialrichtung gesichert sein (vgl. Fig. 1). Der Sicher ungsring 36 kann in eine Ringnut 38 des Adapters 32 eingreifen (vgl. Fig. 7). Damit ist die Vorrichtung 2 mittelbar über die Radnabe 34 an der Karosserie oder dem Fahrgestell des Kraftfahrzeugs gehalten. Ferner kann das Befestigungselement mindestens einen, vorzugsweise zwei radial abstehende Vorsprünge 40 aufweisen (vgl. Fig. 4), die an der Tragstruktur 4 oder dem Gehäuse 6 befestigt sind und eine Drehung der Vorrichtung 2 um die Drehachse 42 des Rads 26 relativ zu dem Kraftfahrzeug verhindern. Dank der Vorsprünge 40 ist die Vorrichtung 2 drehfest an dem Fahrzeug gehalten. In diesem Fall wäre die Vorrichtung 2 in oder an dem Rad kasten/ Schweller des Kraftfahrzeugs befestigt. Alternativ kann die Vorrichtung 2 auch mittels eines mindestens eine Spannvorrichtung 37 umfassenden Befestigungs elements an einer Felge des Rads 26 lösbar befestigt werden (vgl. Fig. 8). In der oberen Hälfte der Fig. 8 ist eine Leichtmetallfelge 26.1 und in der unteren Hälfte eine Stahlfelge 26.2 gezeigt.
Vorzugsweise ist der Energiespeicher 28 integraler Bestandteil der Vorrichtung 2, d.h. an der Tragstruktur 4 der Vorrichtung 2 befestigt. Alternativ ist es aber in einem nicht dargestellten Beispiel auch denkbar, dass der Energiespeicher 28 extern ange ordnet ist, d.h. nicht an der Tragstruktur 4 befestigt ist. So wäre es bspw. denkbar, einen externen Energiespeicher an einer beliebigen Stelle im Fahrzeuginnenraum, bspw. im Kofferraum des Fahrzeugs, anzuordnen und elektrisch mit den übrigen Komponenten der Vorrichtung 2 zu verbinden, bspw. mittels eines Stromkabels. Das Stromkabel kann flexibel verlegt sein, bspw. von der erfindungsgemäßen Vorrichtung außen am Fahrzeug in den Fahrzeuginnenraum zu dem Energiespeicher geführt sein. Eine flexible Flalterung des Stromkabels kann bspw. mittels magnetischer Flalteelemente an der Fahrzeugkarosserie und/oder mittels Klett-Flalteelementen im Innenraum oder auf beliebig andere Weise erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung integriert temporär einen Elektronantrieb in bestehende Fahrzeuge mit konventionellem Antrieb, sie verfolgt damit also einen anderen Ansatz als die bisher bekannten festen Einbau-Lösungen von Kleinanbietern. Ziel der Erfin dung ist eine Aufteilung der zur Verfügung stehenden Vorrichtungen 2 auf möglichst viele verschieden Fahrzeuge je nach Bedarf, wodurch ein wesentlich effizienterer Einsatz der zur Verfügung stehenden Energiespeicher 28 als Sharing-Produkte möglich ist. Eine zeitnahe, bis zu 100%-ige Elektrifizierung des Verkehrs in Städten kann so realisiert werden. Der Ausstoß von Treibhausgasen (insbesondere C02) und die Feinstaubbelastung gehen zurück. Fahrzeughalter von herkömmlichen Kraftfahr zeugen mit Verbrennungsmotor können ihr gewohntes Fahrzeug weiterhin innerhalb der Stadtgrenzen bewegen, allerdings mit elektrischem Antrieb dank der temporär montierten erfindungsgemäßen Vorrichtung 2.
Die Erfindung hat ferner den Vorteil, dass die Automobilindustrie bzw. die OEMs bestehende Produkte (Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und die entsprechenden Zuliefererteile) zunächst weiter vertreiben und die Umstellung auf alternative Antriebe planbar parallel dazu gestalten können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 ist ausgebildet, als eine Einheit aus Energie speicher 28 und Elektromotor 8 ein Drehmoment z.B. über eine Reibrolle 24 und/ oder einen geeigneten formschlüssigen Eingriff auf eines oder mehrere der nicht gelenkten Räder 26 eines konventionellen Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor zu übertragen.
Die Vorrichtung 2 ist für den reinen Stadtbetrieb gedacht und kann bei Bedarf an jedes beliebige Fahrzeug angekoppelt und wieder abgenommen werden. Je nach Art der Übertragung des Drehmoments ist eine Vorrüstung der Fahrzeuge mit einem ent sprechenden Adapter 32 sinnvoll bzw. erforderlich. Es erfolgt kein Eingriff in den bestehenden Triebstrang des Fahrzeugs; die Vorrichtung 2 setzt von außen am Fahrzeug an.
Die Vorrichtung 2 umfasst vorzugsweise ein Steuergerät 44. Diese kann den Betrieb des Elektromotors 8 und/oder das Aufladen des Energiespeichers 28 steuern und/oder regeln. Die Benutzerschnittstelle (MMI - man-machine interface) des Fahr zeugs bleibt vorzugsweise wie gewohnt bestehen: die vom Fahrzeughersteller bzw. OEM bereits verbauten Systeme, wie Gas, Bremse, Lenkung und alle Informations und Komfortfunktionen können vorzugsweise wie bisher genutzt werden. Zu diesem Zweck kann das Steuergerät 44 auch die Befehle/ Informationen dieser Systeme ein iesen und zur Steuerung der Vorrichtung 2 verarbeiten. Zu diesem Zweck verfügt die Vorrichtung 2 bspw. über eine Datenschnittstelle, die hier als ein Steckerelement 46 (Stecker oder Buchse) ausgebildet ist, das über einen Kabelbaum 48 an das Steuer gerät 44 angeschlossen ist. Das Steckerelement 46 kann an ein entsprechendes Steckerelement (Buchse oder Stecker) des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden, welches mit einem Kabelbaum oder einem Datenbus des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht. Über die Datenschnittstelle 46 kann das Steuergerät 44 Signale/ Informationen von dem Kabelbaum bzw. Datenbus des Kraftfahrzeugs einiesen und zur Steuerung der Vorrichtung 2 nutzen. Ebenso kann das Steuergerät 44 Informationen/ Signale der Vorrichtung 2 auf den Datenbus bzw. den Kabelbaum des Kraftfahrzeugs zur weiteren Verarbeitung oder Ausgabe durch ein Steuergerät in dem Kraftfahrzeug anlegen. Somit ist eine bidirektionale Kommunikation über die Datenschnittstelle 46 möglich. Alternativ kann die Datenschnittstelle 46 in einem nicht gezeigten Beispiel kontaktlos, bspw. als eine Funk-Schnittstelle, ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang kann das Kraftfahrzeugzeug ein in die Datenkommunikationseinrichtung eingebundenes Funkelement aufweisen, mit dem die Vorrichtung 2 über Funk in Kontakt tritt. Alterna tiv beruht die Datenkommunikationseinrichtung des Kraftfahrzeugs zumindest teil weise auf einer Funkkommunikation, in die die Vorrichtung 2 über Funk eingebunden werden kann. Ferner ist es denkbar, über die Schnittstelle 46 auch elektrische Ener gie zwischen dem Kraftfahrzeug bzw. der Fahrzeugbatterie und der erfindungsge mäßen Vorrichtung 2 bzw. deren Energiespeicher 28 Energie auszutauschen. Eine solche elektrische Schnittstelle 46 zum Anschluss des elektrischen Energiespeichers 28 der Vorrichtung 2 an ein elektrisches Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs ist vorzugsweise als eine Stecker-Buchsen-Kombination ausgebildet.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 2 über eine elektrisch betrie bene Unterdrück- oder Vakuumpumpe 50 sowie einen Pneumatik-Anschluss 52 zum Anschluss der Unterdruckpumpe 50 an einen Unterdruck-Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs über eine Unterdruckleitung 54 aufweist. Der Pneumatik-Anschluss 52 könnte an ein T-Stück 56, vorzugsweise mit Rückschlagventilen, angeschlossen werden, das in eine Unterdruckleitung 58 eines Unterdruck-Bremskraftverstärkers eingesetzt ist. Die Unterdruckleitung 58 verbindet bspw. eine Unterdruckdose mit einer oder mehreren Bremsen des Kraftfahrzeugs. Auf diese Weise könnte selbst bei einem rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs die Funktion des Bremskraftver stärkers aufrecht erhalten bleiben.
Ebenso könnte die Vorrichtung 2 über eine elektrisch betriebene Flydraulikpumpe sowie einen Flydraulik-Anschluss (beide nicht dargestellt) zum Anschluss der Fly draulikpumpe an einen Flydraulik-Bremskraftverstärker und/oder eine Flydraulik- Servolenkung verfügen. Die Flydraulikpumpe könnte über den Flydraulik-Anschluss an einen Flydraulikkreislauf des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden und in diesem bei einem rein elektrischen Betrieb des Kraftfahrzeugs für den zum Betrieb eines FHy- draulik-Bremskraftverstärkers und/oder einer Flydraulik-Servolenkung für den erfor derlichen Betriebsdruck sorgen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung 2 eine Fernsteuerung zur Ansteuer ung des Antriebselements 24, bspw. in Form eines Richtungsschalters 60 zum Ein- stellen einer Antriebsrichtung (vorwärts FWD oder rückwärts RWD) des Antriebsele ments 24 aufweist, der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist. Der Richtungsschalter 60 könnte mittels eines Kabels oder schnurlos, bspw. über eine Funkverbindung 62, mit der Vorrichtung 2 bzw. deren Steuergerät 44 in Verbin dung stehen. Der Richtungsschalter 60 wird vorzugsweise im Innenraum des Kraft fahrzeugs angeordnet, so dass er von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs bedient werden kann. Der Richtungsschalter 60 gibt vorzugsweise die Drehrichtung des Elek tromotors 8 der Vorrichtung 2 vor. Es ist aber auch denkbar, dass zwischen dem Elektromotor 8 und dem Antriebselement 24 ein Umschaltgetriebe angeordnet ist, um bei gleichbleibender Drehrichtung des Elektromotors 8 die Drehrichtung des Antriebselements 24 umzukehren, wobei das Getriebe über den Richtungsschalter 60 umgeschaltet werden kann. Es ist denkbar, Vorkehrungen zu treffen, dass der Richtungsschalter 60 nur bei langsam fahrendem oder stehendem Kraftfahrzeug (Fahrzeuggeschwindigkeit IVKfZl < Grenzwert, vorzugsweise VKfZ = 0 km/h) betätigt werden kann. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs über das Steckerelement 46 und den Kabelbaum 48 von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Daten bus, des Kraftfahrzeugs einzulesen.
Vorzugsweise wird die Vorrichtung 2 durch Einschalten einer Zündung des Kraftfahr zeugs („Klemme 15“ bzw. „Klemme 50“ des Kraftfahrzeugs) und Einlegen einer neutralen Fahrstufe (N) eines Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs oder eines Leerlaufs eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs automatisch aktiviert. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für „Klemme 15“ (geschaltetes Plus vom Zündstartschalter) bzw. „Klemme 50“ (Startinformation am Starter (Magnetschalter)) sowie für die aktuelle Stellung eines Getriebes des Kraftfahrzeugs über das Steckerelement 46 und den Kabelbaum 48 von der Datenkommunikationsein richtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Im Anschluss an die Aktivierung der Vorrichtung 2 kann der Elektromotor 8 bzw. das Antriebselement 24 durch Wahl einer Stellung des Richtungsschalters 60 und damit einer Antriebsrichtung des Antriebselements 24 in eine Drehbewegung versetzt werden.
Die Vorrichtung 2 ist vorzugsweise ausgebildet, nach ihrer Aktivierung und nach Vorgabe einer Antriebsrichtung des Antriebselements 24, durch Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer das angetriebene Rad 26 des Kraftfahrzeugs über das Antriebselement 24 in eine Drehbewegung zu versetzen, die abhängig ist von der mittels des Richtungsschalters 60 vorgegebenen Antriebs richtung und einer Betätigungsposition des Fahrpedals. Dies kann es bspw. erforderlich machen, die Signale für die aktuelle Betätigungsposition des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs über das Steckerelement 46 und den Kabelbaum 48 von der Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere dem Datenbus, des Kraftfahrzeugs einzulesen. Bei über den Richtungsschalter 60 eingestellter Antriebsrichtung des Antriebselements 24 bzw. des Elektromotors 8 kann über das Fahrpedal des Kraftfahrzeugs in an sich bekannter Weise die Geschwindigkeit des nunmehr mittels der Vorrichtung 2 rein elektrisch betrieben Kraftfahrzeugs eingestellt werden. Es ist denkbar, die Geschwindigkeit auf einen bestimmten maximalen Geschwindig keitswert zu beschränken, bspw. auf 80 km/h.
Darüber hinaus ist die Vorrichtung 2 vorteilhafterweise ausgebildet, eine Kopplung zwischen dem Antriebselement 24 der Vorrichtung 2 und dem angetriebenen Rad 26 des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit V «fZ einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. den maximalen Geschwindigkeitswert, bspw. 80 km/h) überschreitet und/oder einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. einen niedrigeren Grenzwert, bspw. 5 km/h) unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahr zeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt (z.B. im Teillastbetrieb oder Leerlauf) und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraft fahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet. In all diesen Fällen kann das Antriebselement 24 von dem angetriebenen Rad 26 entkoppelt werden, bspw. indem es von dem Rad 26 abgehoben wird, um elektrische Energie zu sparen.
Ferner ist die Vorrichtung 2 vorteilhafterweise ausgebildet, den Elektromotor 8 strom los zu schalten, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit VKfZ einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. den maximalen Geschwindigkeitswert, bspw. 80 km/h) überschreitet und/ oder einen vorgegebenen Grenzwert (z.B. einen niedrigeren Grenzwert, bspw. 5 km/h) unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahr- zeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet. Auch dies kann zu einer Einsparung an elektrischer Energie der Vorrichtung 2 und zu einer Erhöhung der rein elektrischen Reichweite des Fahrzeugs führen.
Anders als bei einem reinen Elektro- oder Flybridfahrzeug kann die Vorrichtung 2 sehr kompakt ausgeführt werden, da sie nur für geringe Reichweiten und geringe Ge schwindigkeiten konzipiert ist. Somit sind deutlich weniger Li-Ionen Akkumulatoren für die Fahrt in der Stadt erforderlich als in einem üblichen Elektrofahrzeug.
Je nach zulässigem Gesamtgewicht des Fahrzeugs können verschieden starke Vor richtungen 2 mit unterschiedlichem Drehmoment und/oder unterschiedlichen Abmes sungen und/oder unterschiedlicher Kapazität des Energiespeichers 28 zum Einsatz.
Alternativ zu der Befestigung in oder am Radkasten des Kraftfahrzeugs (bspw. über die Radnabe 34; vgl. Fign. 6 und 7) wäre es auch denkbar, die Vorrichtung 2 am Fahrzeug auf einer bestehenden Anhängerkupplung, einem Adapter an einer Fahr zeugseite oder dem Fahrzeugheck zu befestigen.
Für den Betrieb der Vorrichtung 2 am Kraftfahrzeug kann ein Austausch von Medien (z.B. Luft bzw. ein Unterdrück und/oder Hydraulikflüssigkeit) und Informationen (z.B. Stellung „Klemme 15“, Zündung „Klemme 50“, Fahrpedal, Bremspedal „Klemme 54“, Getriebe und/oder evtl. Richtungsschalter 60, der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Bordnetzspannung des Fahrzeugs) mit dem Fahrzeug über einen ent sprechenden Leitungsstrang 48, 54 erforderlich sein.
Das Steuergerät 44 kann den Elektromotor 8, das Antriebselement 24 und/oder den elektrischen Energiespeicher 28 der Vorrichtung 2 steuern. Darüber hinaus wäre es denkbar, dass das Steuergerät 44 auch einen Spannmechanismus, umfassend bspw. die in Richtung 20 beweglichen Schubstangen 10, steuert, um je nach Betriebsart einen Reibschluss zwischen dem Antriebselement 24 und dem ange triebenen Rad 26 und eine Drehmomentübertragung zu realisieren bzw. die Dreh momentübertragung zu unterbrechen.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung (2) zum temporären Umrüsten eines mittels Verbrennungsmotor angetriebenen mehrrädrigen Kraftfahrzeugs auf Elektroantrieb, die Vorrichtung (2) umfassend eine Tragstruktur (4), mindestens einen Elektromotor (8), der an der Tragstruktur (4) drehfest befestigt ist, mindestens ein Antriebselement (24), das an der Tragstruktur (4) gelagert, von dem Elektromotor (8) antreibbar und mit einem nicht gelenkten Rad (26) des Kraft fahrzeugs koppelbar ist und eine Drehbewegung des Elektromotors (8) auf das Rad (26) überträgt und dieses antreibt, einen elektrischen Energiespeicher (28), der an der Tragstruktur (4) befestigt ist, zur Energieversorgung des Elektromotors (8), und mindestens ein Befestigungselement (30, 32, 36, 38, 40) zur temporären drehfesten Befestigung der Tragstruktur (4) an einem Fahrgestell oder einer Karosserie des Fahrzeugs.
2. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs element (24) eine Reibrolle aufweist, welche die Drehbewegung des Elektromotors (8) auf eine Lauffläche, eine Flanke und/oder eine Felge des angetriebenen Rads (26) des Kraftfahrzeugs mittels Reibschluss überträgt.
3. Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebs element (24) ausgebildet ist, die Drehbewegung des Elektromotors (8) mittels Formschluss auf das angetriebene Rad (26) des Kraftfahrzeugs zu übertragen.
4. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur temporären Montage in oder an einem Radkasten oder an einer Radnabe (34) oder an dem Rad (26) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
5. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) zur temporären Montage an einem Fleck des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einer Anhängerkupplung oder einer Stoßstange des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ein Steuergerät (44) zur Steuerung des Elektromotors (8), des Antriebselements (24) und/oder des elektrischen Energiespeichers (28) der Vorrichtung (2) aufweist.
7. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine elektrische Schnittstelle (46) zum Anschluss des elektrischen Energiespeichers (28) der Vorrichtung (2) an ein elektrisches Versorgungsnetz des Kraftfahrzeugs aufweist.
8. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine Datenschnittstelle (46) zum Anschluss der Vorrichtung (2) an eine Datenkommunikationseinrichtung, insbesondere einen Datenbus, des Kraftfahrzeugs aufweist.
9. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine elektrisch betriebene Unterdruckpumpe (50) sowie einen Pneumatik-Anschluss (52) zum Anschluss der Unterdruckpumpe (50) an einen Unterdruck-Bremskraftverstärker des Kraftfahrzeugs aufweist.
10. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) eine elektrisch betriebene Hydraulikpumpe sowie einen Hydraulik-Anschluss zum Anschluss der Hydraulikpumpe an einen Hydraulik- Bremskraftverstärker und/oder eine Hydraulik-Servolenkung aufweist.
11. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) einen Richtungsschalter (60) zum Einstellen einer Antriebsrichtung des Antriebselements (24) aufweist, der von einem Fahrer des Kraftfahrzeugs manuell betätigbar ist.
12. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) nach der Montage an dem Kraftfahrzeug durch Einschalten einer Zündung des Kraftfahrzeugs und Einlegen einer neutralen Fahrstufe (N) eines Automatikgetriebes des Kraftfahrzeugs oder eines Leerlaufs eines Schaltgetriebes des Kraftfahrzeugs automatisch aktivierbar ist.
13. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, nach ihrer Aktivierung und nach Vorgabe einer Antriebsrichtung des Antriebselements (24), durch Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs das angetriebene Rad (26) des Kraftfahrzeugs über das Antriebselement (24) in eine Drehbewegung zu versetzen, die abhängig ist von der vorgegebenen Antriebsrichtung und einer Betätigungsposition des Fahrpedals.
14. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, eine Kopplung zwischen dem Antriebselement (24) der Vorrichtung (2) und dem angetriebenen Rad (26) des Kraftfahrzeugs zu unterbrechen, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet.
15. Vorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2) ausgebildet ist, den Elektromotor (8) stromlos zu schalten, wenn eine Fahrzeuggeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet und/oder unterschreitet und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs nicht betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Bremspedal des Kraftfahrzeugs betätigt und/oder wenn ein Fahrer des Kraftfahrzeugs eine Fahrstufe eines Getriebes des Kraftfahrzeugs ändert und/oder der Fahrer des Kraftfahrzeugs den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs einschaltet.
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