Intertronic Gresser GmbH

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Unsere Innovationen - Strom aus der Federung - Funktionsbeschreibung

Funktionsbeschreibung - Teil 1 (hier weiter zu Teil 2)

Ergänzend wird zum besseren Verständnis der grundsätzlichen Funktionsweise des oben beschriebenen hydraulischen Feder- und Dämpfungselementes (2) bei der Umwandlung von kinetischer Energie aus Komponenten der Gravitation in Elektrizität durch einen integrierten oder mechanisch, alternativ hydraulisch gekoppelten Lineargenerator (7) eine unmaßstäbliche grafische Darstellung in vereinfachter Form als Fig.11 und Fig.12 gezeigt und die prinzipielle Funktion wie folgt näher beschrieben.

Diese Erfindung setzt ein völlig neuartiges Fahrzeug-Federungs- und Dämpfungssystem ein, das keine der bisherigen konventionellen energieabsorbierenden Elemente (Stahlfeder oder Luftbalg und Hydraulik-Stossdämpfer) verwendet. Hier wird statt dessen ein spezielles, hydraulisches Federungs- und Dämpfungselement verwendet, das mit einem geeigneten Stromgenerator - bevorzugt einem Lineargenerator - mechanisch oder hydraulisch gekoppelt oder alternativ als gemeinsame Baueinheit kombiniert wird.

Dieses SAF-System kann bei entsprechender Auslegung nicht nur die üblichen Federungs- und Dämpfungsfunktionen erfüllen, sondern zusätzlich eine elektronische geregelte Fahrzeugniveauregulierung und auch alle sonstigen Möglichkeiten eines sogenannten "aktiven Fahrwerkes" zur Eliminierung von Nick,- Wank,- und Rollbewegungen der Karosserie in hocheffizienter Weise realisieren. Zusätzlich kann auch beim Kurvenfahren eine Karosserie-Neigung zum Kurven-Innenradius realisiert werden. In einer variierten Version kann auch problemlos ein Allradantrieb und Allradlenkung integriert werden.

In Fig.11 und Fig.12 ist benannt:

• Vector Fahrtrichtung (FR)
• Fahrbahn (FB)
• Fahrbahn-Erhöhung (FB.1)
• Fahrbahn-Absenkung (FB.2)
• Karosserie -Höhe normal (H.norrn)
• Karosserie-Höhe über-normal (H.pos)
• Karosserie-Höhe unter-normal (H.neg)
• Vector Gewicht beim Einfedern (G.einf)
• Vector Gewicht beim Ausfedern (G.ausf)
• Vector Gewicht in Normalhöhe (G.norrn)
• Vector Vertikal-Kraft,positiveRichtung (K.vert.pos)
• Vector Vertikal-Kraft,negativeRichtung (K.vert.neg)
• Weg Einfedern bei Fahrbahnerhöhung (A>B)
• Weg Ausfedern bei Fahrbahnerhöhung (B>C)
• Weg bei Dämpfungs-Nachschwingung 1 (C>D)
• Weg Ausfedern bei Fahrbahnabsenkung (E>F)
• Weg Einfedern bei Fahrbahnabsenkung (F>G)
• Weg bei Dämpfungs-Nachschwingung 2 (G>H)
• Wegsensor (WS)
• Drucksensor (DS)
• magnetisch induzierte Gegenkraft (K.rnag)
• hydraulische Druckkraft (K.hydr)

Fig.11 zeigt die Bewegung des Fahrzeuges (3) in Fahrtrichtung (FR). In Position (A) beginnt die Fahrbahnerhöhung (FB.l) die sich bis zur Position (C) erstreckt. Das Fahrzeugrad (1) bewegt sich über die Strecke (A>C) wobei der Weg (A>B) eine Einfederung bewirkt. In der Position (B) erreicht das Fahrzeugrad (1) den höchsten Punkt beziehungsweise den maximalen Einfederweg. Die hier einwirkenden Kräfte sind progressiv ansteigend als die Vectoren (K.vert.pos) dargestellt. Diese wirken gegen die Gewichtkraft, gezeigt als Vector (G.norm) die über das Federungselement (2) mit dem variablen hydraulischem Druck auf das Fahrzeugrad (1) ausgeübt wird.

Bei der Strecke (B>C) macht das Fahrzeugrad (1) eine Ausfederbewegung und erreicht in der Position (C) wieder die Normalebene der Fahrbahn (FB). Sowohl bei der Einfederungsbewegung als auch bei der Ausfederungsbewegung des Fahrzeugrades (1) wird in dem gekoppelten Lineargenerator (7) in bekannter Weise durch Induktion Strom generiert.

Sofern die Dämpfungswirkung durch die magnetische Gegenkraft des Lineargenerators (7) bei der Stromproduktion nicht ausreichend ist macht das Fahrzeugrad (1) einige sich abschwächenden Nach-Federbewegungen, die vom elastischen Fahrzeugreifen aufgenommen und gedämpft werden. Bei zu großen Restkräften und nicht genügender Dämpfung durch den Reifen wird die Karosserie aus ihrer normalen Karosseriehöhe (H.norm) vertikal angehoben auf die übernormale Karosseriehöhe (H.pos) wodurch die überschüssige Restenergie vernichtet wird.

Bei der Bewegung des Fahrzeugrades (1) von der Position (A) zu (B) bewegt es sich vertikal nach oben, wodurch der Hydraulikdruck erhöht wird, weil die zusätzliche Kraft (K.vert.pos) auf den Druckzylinder (DK-4) ausgeübt wird. Dies wird durch den Wegsensor (WS) und / oder den Druck-Sensor (DS) registriert und der Regelelektronik (16) mitgeteilt. Diese gibt das Signal zur Druckminderung oder schaltet über das Ventil die zugehörige Druckkammer (DK.4) drucklos. Somit kann die Einfederbewegung (K.vert.pos) des Fahrzeugrades (1) ohne Widerstand erfolgen und der dabei aktivierte Lineargenerator (7) kann die gesamte kinetische Energie beim Einfedern zu nahezu 100% in Strom umwandeln, bis das Fahrzeugrad (1) die Position (B) erreicht hat.

Dabei erzeugt diese Stromherstellung gemäß den bekannten physikalischen Induktions-Gesetzen im Lineargenerator (7) die magnetische Gegenkraft (K.mag), die in Gegenrichtung zur Einfederbewegung wirksam ist und diese dämpft bis die Geschwindigkeit und Bewegung in der Position (B) Null ist.

Die Dämpfungswirkung durch die magnetische Gegenkraft (K.mag) kann in einem weiten Bereich von der Regelelektronik (16) sehr reaktionsschnell durch eine variable Regelung der Stromstärke in den Statorwicklungen des Lineargenerators (7) entsprechend den hinterlegten Parametern und Schaltalgorithmen beliebig variiert werden.Damit kann die magnetische Gegenkraft (K.rnag) kongruent verändert werden und damit die Federungseigenschaften und die Strassenlage den Erfordernissen entsprechend automatisch angepasst werden.

Bei weiterer Bewegung des Fahrzeuges (3) in Fahrtrichtung (FR) von Position B zu C federt das Fahrzeugrad (1) wieder von der Maximalposition B aus bis es in der Position C die Normalebene der Fahrbahn (FB) erreicht.

Diese Ausfederbewegung wird ebenfalls zur Stromgewinnung genutzt und wird primär durch das Eigengewicht (Gravitationskomponente) des Fahrzeugrades (1) und seiner Komponenten (Reifen, Felge, Nabe, Bremse, Radaufgängung und evtl. Radnabenmotor) bewirkt. Die dabei wirksamen Kräfte sind in der Grafik Fig.11 mit den Vectoren (K.vert.neg) dargestellt. Zusätzlich kann im Bedarfsfall die Regelelektronik (16) durch den Hydraulikdruck die Ausfederung positiv oder negativ beeinflussen (beschleunigen oder abbremsen) was sich dementsprechend positiv oder negativ auf den Gesamtwirkungsgrad bei der Stromgewinnung des Systems auswirkt.

Wenn das Fahrzeugrad (1) die Position C erreicht hat, wirkt die Normalkraft, der Vector Gewicht (G.norrn) auf dieses ein. Der Vector Gewicht (G.norrn) beträgt je Rad etwa 25% des Fahrzeug-Gesamtgewichtes bei gleicher Achslastverteilung. Bei diesem Stromerzeugungssystem ist für den Gesamtwirkungsgrad ein höheres Fahrzeuggewicht von Vorteil. Bei einer kleinflächigen Fahrbahnerhöhung oder Absenkung werden mindestens zwei der Lineargeneratoren (7) beim Darüberfahren im jeweils zugehörigen Vorder- und Hinterrad akiviert. Wenn sich die Erhöhung oder Absenkung über die Gesamtbreite der Fahrbahnfläche oder mindestens der Fahrzeugbreite (Spurbreite) erstreckt werden sämtliche Lineargeneratoren (7) in allen vier Fahrzugrädern (1) aktiviert.

Die Strecke von Position C bis D ist der Nachfederbereich, wenn evtl. noch kinetische Restenergien vorhanden sind, die nicht ausreichend gedämpft wurden. Im Bereich C bis C.1/ C.2/C.3 hat das Fahrzeugrad (1) eventuell noch die Tendenz weiter auszufedern. Dies verhindert die nun ebene Fahrbahn (FB) sodass noch vorhandene Restkräfte entweder von der Regelelektronik (16) durch die Hydraulik kompensiert werden müssen und / oder der Reifen des Fahrzeugrades (1) nimmt diese Kräfte auf und verformt sich und / oder die Fahrzeug- Karosserie wird unerwünschterweise von der Normalhöhe (H.norm) positiv (vertikal) angehoben zur Höhe (H.pos). Die dabei wirksamen vertikal-negativen Kräfte bewirken dass der Reifen des Fahrzeugrades (1) weiter den Kontakt zur Fahrbahnoberfläche (FB) hält und nicht kurzzeitig abhebt, was ansonsten der Fahrsicherheit abträglich wäre.

Im Fall der Reifenverformung und einer vertikalen Karosseriebewegung geht selbstverständlich die zugehörige kinetische beziehungsweise primäre Komponente der Gravitationsenergie für die Stromerzeugung mit den Lineargeneratoren (7) verloren, weshalb optimalerweise die Programmierung (Algorithmen) der Regelelektronik (16) so ausgelegt sein muss, dass dies vermieden wird. In dem alternativen Fall,wenn das Fahrzeugrad (1) durch eine Fahrbahnsenke oder Schlagloch (Strecke E bis G in Fig.12) fährt ist die Funktion der Stromgewinnung prinzipiell identisch.

Fig. 12 zeigt die Bewegung des Fahrzeugrades (3) in der gleichen Fahrtrichtung (FR) In Position E beginnt die
Fahrbahnabsenkung (FB.2) die sich bis Position G erstreckt. Das Fahrzeugrad (1) bewegt sich über die Strecke (E>G) wobei das Fahrzeugrad (1) auf dem Weg (E>F) eine Ausfederbewegung ausführt. In der Position F erreicht das Fahrzeugrad (1) seinen tiefsten Punkt beziehungsweise den maximalen Ausfederweg. Die hier wirksamen Kräfte sind progressiv sich vergrössernd als die Vectoren (K.vert.neg) dargestellt. Dabei wirkt als kinetische Energie die gesamte Kraft (G.norm), dargestellt als Vectoren (K.vert.neg) die ca. 25% des Fahrzeug-Gesamtgewichtes entsprechen auf den Lineargenerator (7) ein, der diese kinetische Energie beziehungsweise die zugehörigen Komponenten der primären Gravitationsenergie sodann in Elektrizität umwandelt, wobei die bei der Strominduktion entstehende magnetische Gegenkraft (K.mag) ("Lorentzkraft") dieser Ausfederbewegung entgegenwirkt und eine bewegungsdämpfende Wirkung ausübt die prinzipiell der eines üblichen Hydraulik-Stossdämpfers entspricht und darüber hinaus in seiner Wirkung (Dämpfungskraft) sehr schnell und in weiten Bereichen von der Regelelektronik (16) variabel und bedarfsgerecht angepasst werden kann.

Wenn das Fahrzeugrad (1) die Position F erreicht hat erhält die Regelelektronik (16) durch den Wegsensor (WS) und Drucksensor (DS) die Information, dass die Ausfederbewegung beendet ist. Die Regelelektronik (16) schaltet dann die zugehörige Hydraulikkammer (DK) drucklos, sodass die anschliessende Einfederbewegung auf der Strecke Position F bis G ohne hydraulischem Widerstand ist und der Lineargenerator (7) die kinetische Energie aus den Kräften des Vectors (K.vert.pos) wiederum zu nahezu 100% zur Stromgewinnung nutzen kann. Wenn die Position G erreicht ist, befindet sich das Fahrzeugrad (1) wieder auf der normalen Fahrbahnebene (FB) . Die Ausfederbewegung (K.vert.pos) muss hier beendet sein indem die Ausfederkräfte durch die magnetische Induktions-Gegenkraft (K.mag) auf den Wert Null gedämpft wurden, da ansonsten auf der Strecke G bis H Nachfederbewegungen des Fahrzeugrades (l), erfolgen würden, was nachteilig für die Strassenlage des Fahrzeuges (3) wäre.

Die Regelelektronik (16) muss also durch entsprechende Variierung der Stromstärke des Spulenstromes im Lineargenerator (7) die magnetische Gegenkraft (K.mag) den Erfordernissen entprechend anpassen um mit der induzierten Verstärkung oder Abschwächung der induzierten magnetischen Gegenkraft (K.mag) sicherzustellen, dass die Ausfederbewegung des Fahrzeugrades (1) in oder kurz vor der Position G beendet ist, sodass es auf der Strassenoberfläche (FB) bleibt und nicht nachfedert oder gar abhebt.

Falls dies in Ausnahmefällen nicht ausreichen sollte, kann die Regelelektronik (16) das unerwünschte Nachfedern aktiv unterdrücken durch entsprechende hydraulische Gegendruckmassnahmen infolge elektronischer Aktivierung kompensatorischer Gegenkräfte (K.hydr) die die Restenergien kompensieren.

Weitere Informationen erhalten Sie gerne auf schriftliche Anfrage.

Ende Funktionsbeschreibung - Teil 1 (hier weiter zu Teil 2)

Technische Prinzipzeichnungen

Weiterführende technische Erläuterungen zu den folgenden Zeichnungen erhalten Sie gerne auf Anfrage.