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DE19926607C2 - Modular aufgebautes Fahrzeug - Google Patents

Modular aufgebautes Fahrzeug

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DE19926607C2 DE19926607A DE19926607A DE19926607C2 DE 19926607 C2 DE19926607 C2 DE 19926607C2 DE 19926607 A DE19926607 A DE 19926607A DE 19926607 A DE19926607 A DE 19926607A DE 19926607 C2 DE19926607 C2 DE 19926607C2
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Description

Bei einem Fahrzeug, das einen modularen Aufbau aufweist, sind bestimmte Baugruppen des Fahrzeuges zu komplett montierbaren Modulen zusammengefaßt. Es gibt beispielsweise Überlegungen, bei einem Nutzfahrzeug ein komplettes Fahrerhaus mit der zugehörigen Pheripherie als Cockpitmodul auszubilden, das mit einem eine Vorderachse des Fahrzeuges enthaltenden Antriebsmodul verbunden ist. Dieses ist mit einem Nutzraummodul gekoppelt, das beispielsweise einen Laderaum oder einen Passagierraum mit Sitzen beinhaltet. Schließlich folgt ein weiteres Antriebsmodul, das eine Hinterachse des Fahrzeuges enthält. Durch diesen modularen Aufbau kann nach Art eines Baukastenprinzips das Fahrzeug beliebig konfiguriert werden. Beispielsweise kann die Anzahl der Antriebsmodule, die Art und die Größe des Nutzraummoduls variiert werden.
Bei derartigen, modular aufgebauten Fahrzeugen bestehen jedoch Schwierigkeiten bei der Bereitstellung der zum Antrieb der Räder erforderlichen Antriebsenergie.
Aus der DE 196 41 254 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, das einen elektrischen Antrieb aufweist und über eine auswechselbare Energie-Versorgungs-Einheit verfügt, die als Speicher oder Hybrideinheit ausgebildet sein kann. Diese Energie-Versorgungs-Einheit ist am Heck des Fahrzeuges angeordnet und kann komplett ausgetauscht werden.
Beispielsweise kann dadurch eine verbrauchte Speichereinheit durch eine frische Speichereinheit oder durch eine Hybrideinheit ersetzt werden. Da die Energie-Versorgungs- Einheit als komplett montierbare Baugruppe ausgestaltet ist, weist sie insoweit Modulcharakter auf.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein modular aufgebautes Fahrzeug eine vorteilhafte kon­ struktive Anordnung von Antrieb und Energieversorgung anzu­ geben.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei An­ triebsmodulen des Fahrzeuges jedem Rad ein Energiemodul zu­ zuordnen, wobei eine Energieversorgungsanlage zur Energie­ versorgung elektrischer Radantriebe dadurch im Fahrzeug un­ tergebracht ist, daß sie auf diese Energiemodule verteilt ist. Dabei bildet jedes Rad mit dem zugehörigen Antrieb ein Modul mit einem quaderförmigen Gehäuse. Oben auf dieses Ge­ häuse ist ein quaderförmig ausgebildetes Energiemodul auf­ gesetzt, wobei die aneinander angeschlossenen Körper den­ selben Querschnitt aufweisen, so daß sich eine kompakte Einheit aus Radmodul und Energiemodul aufbauen läßt. Auf diese Weise wird der Raum oberhalb der Radmodule für die Unterbringung der Energieversorgungsanlage bereitgestellt und kann bei mehreren Energiemodulen mehr oder weniger aus­ genutzt werden. Ein wichtiger Vorteil wird dabei darin ge­ sehen, daß die komplette Energieversorgungsanlage innerhalb der Antriebsmodule des Fahrzeuges untergebracht werden kann, so daß bei der Aufteilung des Fahrzeuges in modulare Axialabschnitte kein zusätzlicher Bauraum für die Unter­ bringung der Energieversorgungsanlage berücksichtigt werden muß. Die Konstruktion des modularen Fahrzeuges und die Aus­ gestaltung der einzelnen Module kann somit mit einer größe­ ren Flexibilität durchgeführt werden. Außerdem kann das Fahrzeug dann zumindest im Bereich der Antriebsmodule be­ züglich seiner Längsachse in Axialabschnitte aufgeteilt werden, die einfach aufgebaute Schnittstellen ermöglichen.
Zweckmäßigerweise wird die Energieversorgungsanlage in se­ parate oder separierbare Komponenten und/oder Komponenten­ gruppen unterteilt, die dann auf die einzelnen Energiemodu­ le verteilt werden können. Es ist klar, daß die einzelnen Komponenten so ausgebildet, ausgewählt und gruppiert wer­ den, daß sie ohne weiteres in den einheitlichen Stauräumen der Energiemodule untergebracht werden Können. Beispiels­ weise kann eine Komponentengruppe Erdgas-Vorratsbehälter und eine Batterie umfassen, während eine zweite Komponen­ tengruppe einen Erdgasmotor, einen Generator, einen Kühler und eine Abgasanlage aufweist. Die so ausgebildeten Kompo­ nentengruppen können dann jeweils in einem Energiemodul se­ parat untergebracht werden.
Vorzugsweise erstrecken sich die Energiemodule bis zu einem Fahrzeugdach, wodurch der zur Verfügung gestellte Einbau­ raum besonders groß wird. Außerdem kann auf diese Weise das Energiemodul besonders günstig in die Außenkontur des Fahr­ zeuges integriert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann ein Gehäuse des Radmoduls eine starke Verrippung aufweisen und so einen Integralträger bilden, der es ermöglicht, die am Rad an­ greifenden Kräfte möglichst gleichmäßig in die an das Rad­ modul angrenzenden Module des Fahrzeuges einzuleiten. Ent­ sprechend einer Weiterbildung kann das Gehäuse des Radmo­ duls eine dem Rad zugewandte Innenwand aufweisen, die in den Integralträger als tragende Struktur integriert ist, so daß sich ein besonders kompakter Aufbau für den Integral­ träger und somit für das Radmodul ergibt.
Insbesondere für den Fall, daß das Fahrzeug als Omnibus ausgebildet ist, kann gemäß einer speziellen Ausführungs­ form zwischen den Radmodulen und zwischen den Energiemodu­ len einer Fahrzeugachse ein Abstand ausgebildet sein, der als Durchgang dient. Diese Maßnahme verbessert die Nutzbar­ keit der Antriebsmodule, da sie auf diese Weise keine axia­ le Abtrennung zwischen daran angrenzenden anderen Modulen bilden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte Seitenansicht auf ein modular aufgebautes Fahrzeug,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht von oben auf zwei Radmodule einer Fahrzeugachse,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von unten auf die in Fig. 2 dargestellten Radmodule,
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht auf zwei Energiemodule einer Fahrzeugachse,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht auf ein modular aufgebautes Fahrzeug mit einer auf die Energiemodule verteilten Energieversorgungsanlage und
Fig. 6 eine Ansicht wie in Fig. 5, jedoch einer anderen Ausführungsform.
Entsprechend Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1, insbesondere ein Nutzfahrzeug, z. B. ein Omnibus, in Richtung einer Längsach­ se X in mehrere Axialabschnitte a, b, c, d aufgeteilt, die in Fig. 1 jeweils durch eine geschweifte Klammer gekenn­ zeichnet sind. Dabei bildet der Axialabschnitt a, der am Heck des Omnibusses 1 ausgebildet ist, ein eine Hinterachse 11 des Fahrzeuges 1 enthaltendes erstes Antriebsmodul 2, das seinerseits auf jeder Fahrzeugseite in ein unten ange­ ordnetes Radmodul 3 und ein oben angeordnetes Energiemodul 4 eingeteilt ist. Der Axialabschnitt b wird durch ein Nutz­ raummodul 5 gebildet, das bei einem Omnibus vorzugsweise als Passagierraum dient und entsprechende Sitzplätze ent­ hält. Der Axialabschnitt c wird durch ein zweites Antriebs­ modul 6 gebildet, das eine Vorderachse 12 des Omnibusses 1 enthält und ebenfalls auf jeder Fahrzeugseite ein Radmodul 3 und ein Energiemodul 4 aufweist. Am Bug des Fahrzeuges 1 befindet sich dann der Axialabschnitt d, der als Cockpitmo­ dul 7 ausgebildet ist, das ein Fahrerhaus mit der zugehöri­ gen Pheripherie enthält. Es ist klar, daß z. B. die Art des Nutzraummoduls 5 sowie die Anzahl der Antriebsmodule 2, 6, das heißt die Anzahl der Fahrzeugachsen, beliebig variiert werden kann.
Entsprechend den Fig. 2 und 3 weisen die Radmodule 3 je­ weils ein Rad 8 oder Radpaar, einen zugehörigen, nicht dar­ gestellten, elektrischen Antrieb sowie eine ebenfalls nicht dargestellte Radaufhängung auf. Insbesondere kann das Rad 8 außerdem lenkbar ausgebildet sein. Jedes Radmodul 3 weist ein Gehäuse 9 auf, das eine quaderförmige Außenkontur auf­ weist und in Form eines Quaders ausgebildet ist. Das Gehäu­ se 9 weist somit in einer Horizontalebene einen Rechteck­ querschnitt auf. Das Gehäuse 9 ist als Integralträger aus­ gebildet, der eine starke Verrippung 10 aufweist, um auf diese Weise die vom Rad 8 auf das Radmodul 3 übertragenen Kräfte möglichst gleichmäßig an benachbarte Module, z. B. an das Energiemodul 4 und an das Nutzraumodul 5 (vgl. Fig. 1) zu übertragen.
Bei diesem Integralträger (Gehäuse 9) ist von besonderer Bedeutung, daß eine dem Rad 8 zugewandte Innenwand 13 des Gehäuses 9 in die Struktur des Integralträgers eingebunden ist und eine tragende Funktion aufweist. Außerdem übernimmt diese Innenwand 13 auch die Funktionen herkömmlicher Radkastenwände und dient als Abdeckung und zum Schutz.
Die beiden Radmodule 3 der Fahrzeugachse 11 oder 12 sind so ausgebildet, daß sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Radmodulen 3 ein Abstand 14 ausbildet, der bei dem als Bus ausgebildeten Fahrzeug 1 einen Durchgang für die Passagiere bildet. Die beiden Radmodule 3 einer Fahrzeugachse 11, 12 sind hier außerdem an ihrer Unterseite durch einen Querträger 15 miteinander verbunden, der gleichzeitig einen begehbaren Boden des Fahrzeuges 1 bildet. Entsprechend Fig. 3 ist die Verrippung 10 im Bereich dieses Querträgers 15 bienenwabenförmig strukturiert.
Entsprechend Fig. 4 weist jedes Energiemodul 4 einen Rahmen 16 auf, der aus jeweils vier Querträgern 17, vier Vertikalträgern 18 und vier Längsträgern 19 aufgebaut ist. Die Träger 17, 18, 19 bilden dabei die horizontal und vertikal verlaufenden Kanten eines Quaders, dessen Querschnitt mit dem Querschnitt des quaderförmigen Gehäuses 9 des Radmoduls 3 übereinstimmt. Die auf diese Weise ausgebildeten Rahmen 16 weisen eine relativ hohe Stabilität auf und umfassen einen hinsichtlich seiner Ausnutzung und Aufteilung frei gestaltbaren Stauraum aus, in dem vorzugsweise einzelne Komponenten einer Energieversorgungsanlage des Fahrzeuges 1 bzw. der Antriebsmodule 2, 6 untergebracht werden können.
Die beiden einer Fahrzeugachse 11, 12 zugeordneten Energiemodule 4 sind an ihrer Oberseite durch zwei Querträger 20 miteinander verbunden, so daß sich insgesamt eine relativ stabile Struktur für das Antriebsmodul 2, 6 ausbildet. Vorzugsweise sind die Energiemodule 4 so dimensioniert, daß sie sich bis zu einem Dach des Fahrzeuges 1 erstrecken. Dabei bilden die oberen Querträger 17, der Rahmen 16 sowie die diese Rahmen 16 miteinander verbindenden Querträger 20 eine stabile Auflage für einen dem Antriebsmodul 2, 6 zugeordneten Dachabschnitt des Fahrzeuges 1.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, sind auch die Energiemodule 4 einer Fahrzeugachse 11, 12 so angeordnet, daß zwischen ihnen in Querrichtung des Fahrzeuges 1 wieder der Abstand 14 ausgebildet ist, der auch zwischen den zugehörigen Radmodulen 3 herrscht (vgl. Fig. 2, 3). Auf diese Weise wird zwischen dem Radmodul 3 und dem darauf aufgesetzten Energiemodul 4 der einen Fahrzeugseite und dem Radmodul 3 und dem darauf aufgesetzten Energiemodul 4 der anderen Fahrzeugseite ein Durchgang geschaffen, der vom Fahrzeugboden bis zum Fahrzeugdach einen freien Durchtritt ermöglicht.
Entsprechend Fig. 5 ist bei einem Fahrzeug 1, das mit zwei Antriebsmodulen 2 und 6 ausgestattet ist, die Energieversorgungsanlage des Fahrzeuges 1, die die elektrische Energie für die elektrischen Antriebe der Räder 8 bereitstellt auf alle vier Energiemodule 4 verteilt.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 weist die Energieversorgungsanlage einen Erdgas-Hybridantrieb auf. Dieser umfaßt Erdgas-Vorratsbehälter 21, die in dem der Hinterachse 11 zugeordneten Antriebsmodul 2 in dem bezüglich der Fahrtrichtung des Fahrzeuges rechten Energiemodul 4 untergebracht sind. In demselben Energiemodul ist außerdem eine Batterie 33, insbesondere eine Nickel-Metall-Hydrid- Batterie (NiMH-Batterie) untergebracht, die als Speicher für elektrische Energie dient. In dem in Fahrtrichtung linken Energiemodul 4 des der Hinterachse 11 zugeordneten Antriebsmoduls 2 sind ein Erdgasmotor 22, ein daran angeflanschter Generator 23 sowie eine Auspuffanlage 24 und ein Kühler 25 angeordnet. Die wesentlichen Komponenten dieser Energieversorgungsanlage sind somit in dem Antriebsmodul 2 der Hinterachse 11 untergebracht. In den Energiemodulen 4 des der Vorderachse 12 zugeordneten Antriebsmoduls 6 sind lediglich Leistungselektroniken 26 untergebracht, die zur Steuerung und Regelung der Energiezufuhr und Verteilung dienen.
Neben den Leistungselektroniken 26 können in den Energiemodulen 4 weitere Gegenstände untergebracht werden, so daß diese bei dieser Ausführungsform zusätzlichen Stauraum zur Verfügung stellen.
Entsprechend Fig. 6 ist bei einer anderen Ausführungsform das Fahrzeug 1 mit einer Energieversorgungsanlage ausgestattet, die eine Brennstoffzelle aufweist. Diese Brennstoffzelle umfaßt mehrere miteinander zusammenwirkende Bauteile, wie z. B. Stacks 27, Aggregateeinheit 28 mit einer Luftversorgungsanlage, einer Schalldämpfungsanlage sowie Pumpen und Ventilen, ein Gaserzeugungssystem 29 mit Reformer, Wassertank 31, Methanoltank 34, eine Kühlanlage 30, sowie einer Steuerelektronik 32 für die Brennstoffzelle und Leistungselektroniken 26 für die Radmodule 3. In diesem Fall sind die vier Energiemodule 4 der beiden Antriebsmodule 2 und 6 nahezu vollständig von den Komponenten der Energieversorgungsanlage ausgefüllt.
Wie aus den Fig. 5 und 6 deutlich hervorgeht, wird beim erfindungsgemäßen Fahrzeug 1 die Energieversorgungsanlage in einzelne Komponenten und Komponentengruppen zerlegt, die jeweils den in den einzelnen Energiemodulen 4 zur Verfügung gestellten Stauraum optimal ausnutzen. Auf diese Weise kann die gesamte Energieversorgungsanlage in den Energiemodulen 4 der Antriebsmodule 2, 6 untergebracht werden. Auf diese Weise vereinfacht sich der Aufbau des Fahrzeuges 1, wodurch sich dessen Flexibilität bezüglich der Kombination verschiedener Module erhöht.
Es ist klar, daß die einzelnen Komponenten der Energieversorgungsanlage über entsprechende, geeignete Verbindungsmittel, wie z. B. Rohre, Leitungen, Kabel, miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten, so daß die Energieversorgungsanlage ihre ordnungsgemäße Funktion erfüllen kann.

Claims (11)

1. Modular aufgebautes Fahrzeug
  • - mit wenigstens einem eine Radachse (11, 12) enthalten­ den Antriebsmodul (2, 6), das an jeder Fahrzeugseite ein Rad (8) aufweist,
  • - wobei jedes Rad (8) des Antriebsmoduls (2, 6) durch einen separaten elektrischen Antrieb angetrieben ist,
  • - wobei eine Energieversorgungsanlage vorgesehen ist, die zumindest die Antriebe der Räder (8) mit elektri­ scher Energie versorgt,
  • - wobei jedes Rad (8) mit dem zugehörigen Antrieb ein Radmodul (3) mit einem quaderförmigen Gehäuse (9) bil­ det, das in einer Horizontalebene einen rechteckigen Querschnitt aufweist,
  • - wobei auf jedem Radmodul (3) ein quaderförmiges Ener­ giemodul (4) angebracht ist, das in einer Horizontale­ bene denselben rechteckigen Querschnitt aufweist, wie das Gehäuse des Radmoduls (3),
  • - wobei die Energieversorgungsanlage in den Energiemodu­ len (4) untergebracht ist.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsanlage in Komponenten und/oder Komponentengruppen unterteilt ist, die auf die Energiemodu­ le (4) verteilt sind.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Energiemodule (4) bis zu einem Fahrzeugdach erstrecken.
4. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiemodule (4) einer Radachse (11, 12) an ihrer Oberseite durch einen Querträger (20) miteinander verbunden sind.
5. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Energiemodul (4) einen aus Trägern (17, 18, 19) gebildeten Rahmen (16) aufweist, wobei die Träger (17, 18, 19) vertikale und horizontale Kanten des Quaders bilden.
6. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) des Radmoduls (3) eine starke Verrip­ pung (10) aufweist und so einen Integralträger bildet.
7. Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (9) des Radmoduls (3) eine dem Rad zuge­ wandte Innenwand (13) aufweist, die in den Integralträger als tragende Struktur integriert ist.
8. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (9) der Radmodule (3) einer Radachse (11, 12) durch einen gemeinsamen als Boden dienen Querträger (15) miteinander verbunden sind.
9. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Radmodulen (3) und zwischen den Energiemo­ dulen (4) einer Radachse (11, 12) ein Abstand (14) ausge­ bildet ist, der insbesondere bei einem als Omnibus ausge­ bildeten Fahrzeug (1) als Durchgang dient.
10. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsanlage eine Brennstoffzelle mit zugehörigen Pheripheriekomponenten aufweist.
11. Fahrzeug nach einem Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgungsanlage einen Verbrennungsmotor (22), einen Kraftstofftank (21), einen Generator (23) und wenigstens eine Batterie (33) aufweist.
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