MÜLLER, Helfried (Ackerweg 4, Weinzettl, A-8143, AT)
ERJAWETZ, Konstantin (Schubertstraße 70, Graz, A-8010, AT)
MÜLLER, Helfried (Ackerweg 4, Weinzettl, A-8143, AT)
| Patentansprüche 1. System zum Antrieb einer Aggregatanordnung (20, 20', 20") für ein Kraftfahrzeug, die zumindest ein Nebenaggregat (22a - 22e) und eine unabhängig von einer Antriebseinheit (10) des Kraftfahrzeugs ausgebildete elektrische Maschine (24) umfasst, wobei die elektrische Maschine (24) sowohl als Motor zum Antrieb des Nebenaggre- gats (22a - 22e) als auch als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie betreibbar ist und wobei bedarfsweise ein als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeter separater Hilfsmotor (30) über eine Schnittstelle lösbar an der Aggregatanordnung (20, 20', 20") befestigbar und antriebswirksam mit der Aggregatanordnung (20, 20', 20") koppelbar ist, um das Nebenaggregat (22a - 22e) und/oder die elektrische Maschine (24) mit rotatorischem Antriebsmoment zu versorgen. 2. System nach Anspruch 1 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Antriebsmoment einer Ausgangswelle des Hilfsmotors (30) über einen Riemenantrieb (42, 42'), ein Getriebe oder eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung (3Od) auf das Nebenaggregat (22a - 22e) und/oder die elektrische Maschine (24) übertragbar ist. 3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hilfsmotor (30) eine Verbindungsschnittstelle aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass eine Kopplung eines Kraftstoff Systems, ei- nes Steuerungssystems, eines Luftzufuhrsystems und/oder eines Abgassystems des Hilfsmotors mit entsprechenden Komponenten des Kraftfahrzeugs herstellbar ist. 4. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (30) ein unabhängig von der Aggregatanordnung (20, 20', 20") betreibbares Modul ist, das insbesondere einen eigenen Kraftstofftank (30c) umfasst. 5. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (22a - 22e) und/oder die elektrische Maschine (24) mittels einer schaltbaren Kupplungseinrichtung (28), insbeson- dere einer Magnetkupplung selektiv von der antriebswirksamen Verbindung mit dem Hilfsmotor (30) abkoppelbar sind. 6. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Schnittstelle Zentriervorrichtungen zur lagegenauen Montage des Hilfsmotors (30) umfasst. 7. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle derart ausgestaltet ist, dass der Hilfsmotor (30) an der elektrischen Maschine (24) oder dem Nebenaggregat (22a - 22e) befestigbar ist. 8. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Befestigungsvorrichtung aufweist, die ein Schnellverschlusssystem, insbesondere mit einem Kniehebelmecha- nismus umfasst. 9. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aggregatanordnung (20") ein das Nebenaggregat (22a - 22e) und die elektrische Maschine (24) tragendes einstückiges Strukturelement (40) umfasst. 10. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (30) eine Startereinrichtung zum Starten des Motors (30) umfasst, die bevorzugt unabhängig von der elektrischen Maschine (24) betreibbar ist. 11. System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hilfsmotor (30) ein wärme- und/oder schallisolierendes Gehäuse aufweist. 12. Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug mit einem System nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche. 13. Verfahren zum Betrieb einer Aggregatanordnung (20, 20', 20") für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, die zumindest ein Nebenaggregat (22a - 22e) und eine unabhängig von einer Antriebseinheit (10) des Kraftfahrzeugs ausgebildete elektrische Maschine (24) umfasst, wobei die elektrische Maschine (24) sowohl als Motor zum Antrieb des Nebenaggregats (22a - 22e) als auch als Generator zur Erzeu- gung elektrischer Energie betreibbar ist und wobei bedarfsweise ein als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeter separater Hilfsmotor (30) an der Aggregatanordnung (20, 20', 20") befestigt und antriebswirksam mit ihr verbunden wird, um das zumindest eine Nebenaggregat (22a - 22e) und/oder die elektrische Maschine (24) mit rotatorischem Antriebsmoment zu versorgen. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass der Hilfsmotor (30) an der Aggregatanordnung (20, 20', 20") befestigt und antriebswirksam mit ihr wird, wenn die Antriebseinheit (10) kein Antriebsmoment zum Betrieb der Aggregatanordnung (20, 20', 20") liefert und/oder ein Ladungszustand eines der elektrischen Maschine (24) zugeordneten Energiespeichers (16) unter einen vorbestimmten Schwellenwert gesunken ist, und dass der Hilfsmotor (30) von der Aggregatanordnung (20, 20', 20") gelöst und vorzugsweise separat von ihr gelagert, wird, wenn die Antriebseinheit (10) ausreichend Antriebsmoment zum Betrieb der Aggregatanordnung (20, 20', 20") liefert und/oder ein Ladungszustand des der elektrischen Maschine (24) zugeordneten Energiespeichers (16) über einen vorbestimmten Schwellenwert gestiegen ist. 15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat (22a - 22e) und/oder die elektrische Maschine (24) mittels einer Kupplungseinrichtung (28) selektiv von der Versorgung mit rotatorischem Antriebsmoment abgekoppelt wird, um das von dem Hilfsmotor (30) aufgebrachte Antriebsmoment bedarfsgerecht zu verteilen. |
KRAFTFAHRZEUG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Antrieb einer Aggregatanordnung für ein Kraftfahrzeug. Bei einem konventionellen Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine zur Bereitstellung von Antriebsdrehmoment für den Vortrieb des Fahrzeugs werden in der Regel auch Nebenaggregate des Fahrzeugs, wie beispielsweise Klimaanlagenkompressoren, Wasser- und Kraftstoffpumpen, direkt von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, d.h. mit einem Drehmoment versorgt. Bei Elektro- und Hybrid-Fahrzeugen tritt die Problematik auf, dass bei einem Stillstand des Fahrzeugs von dem als Antriebseinheit fungierenden Elektromotor kein Antriebsmoment bereitgestellt wird, das die Nebenaggregate antreiben könnte. Zur Lösung dieses Problems können anstelle rotatorisch angetriebener Nebenaggregate elekt- risch betriebene Nebenaggregate verwendet werden, die die zu ihrem Betrieb notwendige Energie einer Batterie des Fahrzeugs entnehmen. Allerdings sind derartige elektrisch betriebene Nebenaggregate deutlich teuer als herkömmliche Nebenaggregate mit Drehantrieb. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System zum Antrieb einer Aggregatanordnung zu schaffen, das zuverlässig und effizient arbeitet und das gleichzeitig auch kostengünstig in der Herstellung ist. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein System der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Erfindungsgemäß umfasst das System zumindest ein Nebenaggregat und eine unabhängig von einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ausgebildete elektrische Maschine. Die elektrische Maschine ist sowohl als Motor zum Antrieb des Nebenaggregats als auch als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie betreibbar. Bedarfsweise ist ein als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeter separater Hilfsmotor über eine Schnittstelle lösbar an der Aggregatanordnung befestigbar und antriebswirksam mit der Aggregatanordnung koppelbar, um das zumindest eine Nebenaggregat und/oder die elektrische Maschine mit rotatorischem Antriebsmoment zu versorgen. Mit anderen Worten umfasst das System ein oder mehrere Nebenaggregate, eine elektrische Maschine, die bei Zufuhr elektrischer Energie ein Antriebsmoment erzeugt oder umgekehrt, und einen Hilfsmotor. Wenn die elektrische Maschine als Motor betrieben wird, treibt sie das zumindest eine Nebenaggregat an, indem sie ein rotatorisches Antriebsmoment zur Verfügung stellt. Dieses wird direkt oder indirekt von der elektrischen
Maschine auf das Nebenaggregat übertragen, das somit als konventionelles Nebenaggregat ausgeführt sein kann. Es muss also nicht jedes Nebenaggregat mit elektrischer Energie versorgt werden, um dessen Funktionsfähigkeit zu gewährleisten. Lediglich der elektrischen Maschine, die sepa- rat von einem für den Vortrieb des Fahrzeugs vorgesehenen Motor ausgebildet ist, muss elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden.
Bei Bedarf wird der zu dem System gehörende, aber separat ausgebildete Hilfsmotor, der beispielsweise bei Nichtgebrauch abgekoppelt von der Ag- gregatanordnung an einem beliebigen Ort im Fahrzeug gelagert ist, mit der Aggregatanordnung gekoppelt, um diese unabhängig von einer elektrischen Versorgung zu machen bzw. die Entnahme von elektrischer Energie aus einem Energiespeicher des Kraftfahrzeugs durch die Aggregatanordnung zumindest zu reduzieren. Zu diesem Zweck wird der Hilfsmotor über eine geeignet ausgestaltete Schnittstelle an der Aggregatanordnung angebracht und auch antriebswirksam mit dieser gekoppelt. Die antriebswirksame Kopplung kann direkt zwischen dem Hilfsmotor und dem zumindest einen Nebenaggregat erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann auch die elektrische Maschine von dem Hilfsmotor angetrieben werden.
Die Schnittstelle ermöglicht eine schnelle und einfache Kopplung des Hilfsmotors mit der Aggregatanordnung. Vorzugsweise sind die dem
Hilfsmotor und der Aggregatanordnung zugeordneten Teile der Schnittstelle so ausgestaltet, dass die Kopplung auch von einem nicht speziell vorgebildeten Nutzer des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden kann.
Die Ausgestaltung des Hilfsmotors als Verbrennungskraftmaschine ermöglicht es, das zumindest eine Nebenaggregat auch bei begrenzten elektrischen Ressourcen problemlos zu betreiben. Da die elektrische Maschine auch als Generator betrieben werden kann, kann der Hilfsmotor zudem auch zum Laden des Energiespeichers genutzt werden. Der Hilfsmotor wird beispielsweise dann mit der Aggregatanordnung gekoppelt, wenn der Energiespeicher des Fahrzeugs leer ist und eine gewisse Distanz zu einer Ladestation überwunden werden muss, wo der Energiespeicher geladen werden kann. Nachdem der Energiespeicher wieder geladen wurde, kann der Hilfsmotor entfernt werden. Das System ist somit auf einfache Weise an die jeweils vorliegenden Bedingungen anpassbar.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein An- triebsmoment einer Ausgangswelle des Hilfsmotors über einen Riemenan- trieb, ein Getriebe oder eine form- und/oder reibschlüssige Verbindung auf das Nebenaggregat und/oder die elektrische Maschine übertragbar.
Der Hilfsmotor kann eine Verbindungsschnittstelle aufweisen, die derart ausgestaltet ist, dass eine Kopplung eines Kraftstoffsystems eines Steuerungssystems, eines Luftzufuhrsystems und/oder eines Abgassystems des Hilfsmotors mit entsprechenden Komponenten des Kraftfahrzeugs herstellbar ist. Mit anderen Worten können bestimmte Komponenten des Hilfsmotors über die Verbindungsschnittstelle auf Ressourcen des Kraft- fahrzeugs zugreifen. Beispielsweise kann der Hilfsmotor bei einem Hybridfahrzeug mit dem ohnehin vorhandenen Kraftstoffsystem des Fahrzeugs verbunden werden, um den Hilfsmotor mit Kraftstoff zu versorgen. Bei einem Ausfall des primären Verbrennungsmotors des Hybridfahrzeugs und einer (fast) leeren Batterie, kann dann der Hilfsmotor betrieben wer- den, um elektrische Energie zumindest zum Betrieb der Nebenaggregate und/oder für einen Notbetrieb eines elektrischen Antriebsmotors des Fahrzeugs zu liefern und/oder den Energiespeicher des Fahrzeugs zu laden. Grundsätzlich kann der Hilfsmotor auch ein unabhängig von der Aggregatanordnung betreibbares Modul sein - was das Vorhandensein einer Verbindungsschnittstelle der vorstehend beschriebenen Art nicht ausschließt -, das insbesondere einen eigenen Kraftstofftank umfasst. Eine Modulbauweise des Hilfsmotors erleichtert die bedarfsweise Kopplung des Hilfsmotors mit der Aggregatanordnung. Ein solcher modulartig aufgebauter Hilfsmotor ist grundsätzlich unabhängig von anderen Komponenten des Fahrzeugs betreibbar und kann daher auch in fahrzeugfremden Einsatzgebieten Verwendung finden (beispielsweise als Generator oder Antriebseinheit im Freizeit-, Hobby- und/oder Gartenbereich). Insbesondere sind das Nebenaggregat und/oder die elektrische Maschine mittels einer schaltbaren Kupplungseinrichtung, insbesondere einer Magnetkupplung selektiv von der antriebswirksamen Verbindung mit dem Hilfsmotor abkoppelbar. Abhängig von der jeweils vorliegenden Situation können dadurch einzelne oder mehrere Nebenaggregate und/oder die elektrische Maschine bedarfsgerecht zu- oder abgekoppelt werden, um den Leistungsbedarf der Aggregatanordnung situativ an die Leistungsfähigkeit des Hilfsmotors anzupassen. Die von dem Hilfsmotor erzeugte Leistung kann dadurch„kanalisiert" werden. Insbesondere werden Nebenaggregate mit besonders hohem Leistungsbedarf und/oder Nebenaggregate, die lediglich eine Komfortfunktion erfüllen, in bestimmten Situationen abgekoppelt.
Um eine lagegenaue Montage des Hilfsmotors zu erleichtern, kann vorge- sehen sein, dass die Schnittstelle zur Befestigung und zur antriebswirksamen Kopplung des Hilfsmotors Zentriervorrichtungen umfasst. Die Schnittstelle kann ferner derart ausgestaltet sein, dass der Hilfsmotor an der elektrischen Maschine und/oder dem Nebenaggregat befestigbar ist. Wenn die Aggregatanordnung ein das Nebenaggregat und die elektrische Maschine tragendes einstückiges Strukturelement umfasst, kann der Hilfsmotor auch an diesem Strukturelement befestigt werden.
Eine Montage des Hilfsmotors wird dadurch vereinfacht, wenn die
Schnittstelle eine Befestigungsvorrichtung aufweist, die ein Schnellver- Schlusssystem, insbesondere mit einem Kniehebelmechanismus umfasst. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Befestigungsvorrichtung ohne Werkzeug bedienbar ist, wobei sicherzustellen ist, dass die Befestigung zuverlässig, einfach und schnell durchführbar ist. Der Hilfsmotor kann eine Startereinrichtung zum Starten des Motors umfassen, die bevorzugt unabhängig von der elektrischen Maschine betreibbar ist. Eine Startereinrichtung kann beispielsweise einen Seilzugmechanismus umfassen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass eine solche Startereinrichtung als redundante Startmöglichkeit für den Hilfsmotor vorgesehen ist, auf die nur dann zurückgegriffen wird, wenn die elektrische Maschine ein Starten des Hilfsmotors nicht zu leisten vermag, beispielsweise weil der sie mit elektrischer Energie versorgende Energiespeicher leer ist. Ein Starten des Hilfsmotors durch die elektrische Maschine kann beispielsweise über ein Steuersystem der Aggregatanordnung erfolgen. Dieses Steuersystem kann zudem derart ausgestaltet sein, dass ein Starten des Hilfsmotors mit Hilfe der Startereinrichtung erkannt wird, um diese Information bei der Ansteuerung der weiteren Komponenten der Aggregatanordnung zu berücksichtigen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Hilfsmotor ein wärme- und/oder schallisolierendes Gehäuse auf. Die Wärmeisolierung des Gehäuses ermöglicht eine Entfernung des Hilfsmotors nach dessen Betrieb ohne eine längere Wartezeit zum Abkühlen, wenn seine Antriebs- leistung nicht mehr benötigt wird. Die Schallisolierung erweist sich insbesondere bei einer Verwendung des Hilfsmotors in fahrzeugfremden Anwendungsgebieten als vorteilhaft.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug mit einem System gemäß zumindest einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Aggregatanordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektro- fahrzeug, die zumindest ein Nebenaggregat und eine unabhängig von einer Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs ausgebildete elektrische Maschine umfasst. Die elektrische Maschine ist sowohl als Motor zum Antrieb des Nebenaggregats als auch als Generator zur Erzeugung elektrischer Energie betreibbar. Bedarfsweise wird ein als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeter separater Hilfsmotor an der Aggregatanordnung befestigt und antriebswirksam mit ihr verbunden, um das zumindest eine Nebenaggregat und/oder die elektrische Maschine mit rotorischem Antriebselement zu versorgen. Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Hilfsmotor an der Aggregatanordnung befestigt und antriebswirksam mit ihr verbunden, wenn die Antriebseinheit kein Antriebsmoment zum Betrieb der Aggregatanordnung liefert und/oder ein Ladungszustand eines der elektrischen Maschine zugeordneten Energiespeichers unter einen vorbestimmten Schwellenwert gesunken ist. Der Hilfsmotor wird von der Aggregatanordnung gelöst und separat von ihr gelagert, wenn die Antriebseinheit ausreichend Antriebsmoment zum Betrieb der Aggregatanordnung liefert und/ oder ein Ladungszustand des der elektrischen Maschine zugeordneten Energiespeichers über einen vorbestimmten Schwellenwert gestiegen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden das Nebenaggregat und/oder die elektrische Maschine mittels einer Kupplungseinrichtung selektiv von der Versorgung mit rotatorischem Antriebsmoment abgekoppelt, um das von dem Hilfsmotor aufgebrachte Antriebsmoment bedarfsge- recht zu verteilen.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Unteransprüchen angegeben. Nachfolgend werden rein beispielhaft vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems zum Antrieb einer Aggregatanordnung für ein Kraftfahrzeug,
Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Systems und
Fig. 3A und B schematisch eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems. Fig. 1 zeigt schematisch die Komponenten eines Antriebs eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich um ein Elektrofahrzeug, das durch einen Elektromotor 10 angetrieben wird. Der Elektromotor 10 liefert Antriebsmoment an Vorderräder 12 des Fahrzeugs. Es versteht sich, dass - zusätzlich oder alternativ - auch ein Antrieb von Hinterrädern 14 mög- lieh ist.
Der Elektromotor 10 wird von einer Batterie 16 mit Strom versorgt. Der von der Batterie 16 gelieferte Gleichstrom wird in einem DC/AC -Wandler 18 in für den Betrieb des Elektromotors 10 notwendigen Wechselstrom umgewandelt.
Die Batterie 16 steht ferner mit einer Aggregatanordnung 20 in Verbindung, die eine Reihe von Nebenaggregaten 22a bis 22e umfasst. Unter einem Nebenaggregat ist beispielsweise ein Klimakompressor, eine, bei- spielsweise elektrische, Wasserpumpe, eine, beispielsweise elektrische, Unterdruckpumpe, eine Pumpe für ein, beispielsweise elektrisches, Lenksystem oder ähnliches zu verstehen. Die Nebenaggregate 22a bis 22e stehen nicht mit dem Elektromotor 10 in mechanischer Antriebsverbindung, d.h. sie werden nicht durch den Elektromotor 10 mit rotatorischem An- triebsmoment versorgt. Wie der schematischen Darstellung der Fig. 1 zu entnehmen ist, stehen sie allerdings auch nicht in elektrischer Verbindung mit der Batterie 16. Dies ist auch nicht notwendig, da sie von einem Zusatzaggregat 24 mit rotatorischem Antriebsmoment versorgt werden. Das heißt, es können herkömmliche Nebenaggregate 22a bis 22e verwen- det werden, die auch in Kraftfahrzeugen üblicher Art verbaut werden.
Bei dem Zusatzaggregat 24 handelt es sich um eine elektrische Maschine, die sowohl als Elektromotor als auch als Generator fungieren kann. Sie steht - wie der Elektromotor 10 - über einen DC/AC -Wandler 18' mit der Batterie 16 in Verbindung.
Mit anderen Worten wird der Betrieb der Aggregatanordnung 20 durch das Zusatzaggregat 24 sichergestellt, das ein von dem Elektromotor 10 separates Bauteil ist. Die antriebswirksame Kopplung des Zusatzaggregats 24 mit den Nebenaggregaten 22a bis 22e kann auf beliebige Weise hergestellt werden, beispielsweise durch einen oder mehrere Riemen- oder Kettenantriebe und/oder Zahnradverbindungen.
Bei der vorliegenden Ausgestaltung der Aggregatanordnung 20 ist das Nebenaggregat 22e eine Lichtmaschine, die Strom für ein 12V-Netz 26 des Fahrzeugs liefert. Zwar ist es grundsätzlich möglich, die elektrische Energie für das 12V-Netz 26 der Batterie 16 zu entnehmen, zu diesem Zweck wäre jedoch ein vergleichsweise teurer DC/DC-Wandler notwendig. Durch die Verwendung einer konventionellen Lichtmaschine entstehen im Ver- gleich zu einem Einsatz eines DC/DC-Wandlers zwar Leistungsverluste, die jedoch durch Kostenvorteile wieder wettgemacht werden.
Die Nebenaggregate 22a bis 22e sind jeweils durch ihnen zugeordnete Magnetkupplungen (nicht gezeigt) von dem Zusatzaggregat 24 selektiv abkoppelbar, um das von dem Zusatzaggregat 24 erzeugte rotatorische Antriebsmoment gezielt den in der jeweiligen Situation wichtigsten Komponenten der Aggregatanordnung 20 zuleiten zu können. Falls ein Ladezustand der Batterie 16 so niedrig ist, dass ein Betrieb der Aggregatanordnung 20 im erforderlichen Umfang nicht mehr gewährleistet ist, wird ein Hilfsmotor 30 mit der Aggregatanordnung 20 gekoppelt, um das für den Betrieb der Aggregatanordnung 20 notwendige rotatorische Antriebsmoment zu liefern und/oder durch Verwendung des Zusatzaggre- gats 24 als Generator elektrische Energie zu erzeugen, die der Batterie 16 zugeleitet wird. Der Hilfsmotor 30 hat somit zwei Funktionen, die er alternativ oder gleichzeitig erfüllt: (1) Erzeugung von elektrischer Energie zur Ladung der Batterie 16 und (2) Betrieb der Nebenaggregate 22a bis 22e. Wenn das Hauptaugenmerk auf der Ladung der Batterie 16 liegt, können die Nebenaggregate 22a bis 22e - wie vorstehend bereits kurz beschrieben - selektiv entkoppelt werden, damit möglichst viel Antriebsmoment des Hilfsmotors 30 durch das Zusatzaggregat 24 in elektrische Energie umgewandelt wird. Falls dieser Aspekt nur von untergeordneter Bedeutung ist, kann - bei geeigneter Kopplung des Hilfsmotors 30 mit den Nebenaggrega- ten 22a bis 22e - das Zusatzaggregat 24 vom Rest der Aggregatanordnung 20 und/oder dem Hilfsmotor 30 entkoppelt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der Hilfsmotor 30 an das Zusatzaggregat 24 angeschlossen und treibt dieses somit direkt an. Der Hilfsmotor 30 umfasst ein Luftansaugsystem 30a, ein Abgassystem 30b, das je nach Bedarf mit Abgasnachbehandlungseinrichtungen ausgestattet ist, und einen Kraftstofftank 30c. Die antriebswirksame Verbindung des Hilfsmotors 30 mit dem Zusatzaggregat 24 erfolgt über ein Kupplungselement 3Od, das z.B. eine form- oder reibschlüssige Kopplung zwischen einer Antriebswelle des Hilfsmotors 30 und einer Welle des Zusatzaggregats 24 herstellt. Alternative Kopplungsmöglichkeiten, wie beispielsweise Riemen- oder Kettenverbindungen oder eine Kopplung über Zahnräder, sind ebenfalls denkbar. Der Hilfsmotor 30 ist auch unabhängig von der Aggregatanordnung 20 betreibbar und kann beispielsweise im Hobby- und/oder Gartenbereich zum Betrieb verschiedenartiger Geräte oder als Generator genutzt werden. Im Gegensatz zu der Aggregatanordnung 20 ist er nicht permanent im Kraftfahrzeug installiert. Falls kein Bedarf für seine Antriebsleistung be- steht, kann er an geeigneter Stelle aufbewahrt werden, z.B. im Gepäckraum des Fahrzeugs.
Die Verbindung zwischen dem Hilfsmotor 30 und dem Zusatzaggregat 24 sollte schnell und einfach herstellbar sein, so dass auch eine nicht fach- männisch vorgebildete Person den Hilfsmotor 30 installieren kann. Dazu weisen der Hilfsmotor 30 und das Zusatzaggregat 24 komplementäre Segmente einer Schnittstelle auf, die beispielsweise mit Hilfe geeigneter Zentrierstifte und/oder Führungshilfen automatisch eine korrekte Montage des Hilfsmotors 30 sicherstellen. Die Befestigung des Hilfsmotors 30 ist vorzugsweise ohne Werkzeuge möglich. Zu diesem Zweck sind insbesondere Schnellspannsysteme mit einem Kniehebelmechanismus vorgesehen.
Die Schnittstelle zur Verbindung des Hilfsmotors 30 mit der Aggregatanordnung 20 ist bevorzugt gut zugänglich, um die Montage der genannten Einheiten zu vereinfachen. Die Drehachsen des Hilfsmotors 30 und der Nebenaggregate 22a bis 22e sowie des Zusatzaggregats 20 müssen nicht zwingend parallel zueinander angeordnet sein, falls der zur Verfügung stehende Bauraum eine solche Anordnung nicht ermöglicht. Fig. 2 zeigt eine Aggregatanordnung 20', deren Komponenten in räumlich etwas anderer Form - verglichen mit der Aggregatanordnung 20 der Fig. 1 - angeordnet sind. Außerdem ist zu sehen, dass die einzelnen Nebenaggregate 22a bis 22e durch Kupplungseinheiten 28 von dem Zusatzaggregat 24 abkoppelbar sind. Die Nebenaggregate 22a bis 22e stehen mit Aus- nähme des Nebenaggregats 22b - in der vorliegenden Ausführungsform eine Wasserpumpe - mit einer Steuereinheit 32 in Verbindung, die wiederum an einen CAN-Bus 34 des Fahrzeugs angeschlossen ist. Über die Steuereinheit 32 werden auch der Wandler 18' und eine Hilfsmotorsteuereinheit 36 angesteuert. Zusammen bilden die Steuereinheit 32, der Wand- ler 18' und die Hilfsmotorsteuereinheit 36 eine Aggregatanordnungssteuerung 38.
Zusätzlich zu den in Fig. 1 gezeigten Komponenten weist der Hilfsmotor 30 einen Lüfter 3Oe auf, um den Hilfsmotor 30 bei Bedarf kühlen zu kön- nen und so auch einen längeren„Notbetrieb" der Aggregatanordnung 20' aufrecht erhalten zu können. Eine Verlängerung der maximalen Betriebsdauer des Hilfsmotors 30 ohne Intervention des Nutzers ist insbesondere dann möglich, wenn der Kraftstofftank 30c und/oder das Abgassystem 30b mit - falls vorhanden - entsprechenden Systemen des Fahrzeugs ver- bunden sind. Auch eine Kühlung des Hilfsmotors kann mit einem Kühlsystem des Fahrzeugs verbunden sein.
Fig. 3A und 3B zeigen eine weitere Ausführungsform 20" der Aggregatanordnung in einer Draufsicht (Fig. 3A) und in einer Seitenansicht (Fig. 3B). Die einzelnen Nebenaggregate, nämlich eine Lenkhilfepumpe 22a, eine Wasserpumpe 22b, ein Klimakompressor 22c, eine Unterdruckpumpe 22d und eine Lichtmaschine 22e sind, wie auch das Zusatzaggregat 24, an einem Querträger 40 befestigt, der an einer geeigneten Stelle des Fahrzeugs, insbesondere im Bereich des Antriebs, fest installiert ist. Die Ne- benaggregate 22a bis 22e stehen über einen Riemen 42 mit dem Zusatzaggregat 24 in antriebswirksamer Verbindung. Um stets eine geeignete Spannung des Riemens 42 zu gewährleisten, sind Riemenspanner 44 vorgesehen. Im Gegensatz zu den anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Systemen wird der Hilfsmotor 30 hier nicht an dem Zusatzaggregat 24 befestigt. Die Befestigung kann beispielsweise an einem der Nebenaggregate erfolgen, in dem Beispiel der Fig. 3A und 3B erfolgt die Befestigung beispielhaft an der Unterdruckpumpe 22d, da sich so eine insgesamt besonders kompakte Bauweise des Systems aus Aggregatanordnung 20" und Hilfsmotor 30 ergibt. Die antriebswirksame Kopplung des Hilfsmotors 30 mit dem Zusatzaggregat 24 erfolgt über einen zweiten Riemen 42', der in einer Ebene parallel zu dem Riemen 42 angeordnet ist. Die nicht koaxiale Anordnung der Antriebswelle des Hilfsmotors 30 und des Zusatzaggregats 24 erfordert zwar die Verwendung und Installation eines zusätzlichen Kopplungselements, nämlich des Riemens 42'. Diese zusätzliche Montage ist jedoch einfach zu bewerkstelligen und es entfällt das in Fig. 1 gezeigte Kupplungselement 3Od. Außerdem weist das System in axialer Richtung der Komponenten einen reduzierten Bauraumbedarf auf. Zudem kann nach einer besonderen Ausführungsform durch eine geeignete Wahl der Riemenscheibendurchmesser das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Hilfsmotor 30 und dem Zusatzaggregat 24 an die jeweiligen Anforderungen der Komponenten angepasst werden. Die Ausführung der Aggregatanordnung 20" ermöglicht es auf einfache Weise, das Zusatzaggregat 24 funktionell abzukoppeln (z.B. durch eine Kupplungseinheit an seiner Antriebswelle), um in bestimmten Situationen nur die Nebenaggregate 22a bis 22e durch den Hilfsmotor 30 anzutreiben.
Der Hilfsmotor 30 ist vorzugsweise gekapselt, damit eine Schallisolierung und eine thermische Isolierung gewährleistet sind. Die thermische Isolierung ermöglicht es, den Hilfsmotor 30 auch in einem„warmen" Zustand auszubauen. Außerdem kann die Kapselung derart ausgestaltet sein, dass ein Luftstrom über dem Motor 30 möglichst vorteilhaft ausgebildet ist, um diesen effizient zu kühlen.
Bezugszeichenliste
10 Elektromotor
12 Vorderrad
14 Hinterrad
16 Batterie
18, 18' DC/AC-Wandler
20, 20', 20" Aggregatanordnung
22a bis 22e Nebenaggregat
24 Zusatzaggregat
26 12V-Netz
28 Kupplungseinheit
30 Hilfsmotor
30a Luftansaugsystem
30b Abgassystem
30c Kraftstoffsystem
3Od Kupplungselement
3Oe Lüfter
32 Steuereinheit
34 CAN-Bus
36 Hilfsmotorsteuereinheit
38 Aggregatanordnungssteuerung
40 Querträger
42, 42' Riemen
44 Riemenspanner