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Die
Erfindung betrifft ein Antriebssystem zum Antrieb einer portablen
Arbeitsmaschine und dabei eines zur Stromerzeugung genutzten portablen
Generators, die mit einer motorseitig angetriebenen Achse bzw. Achswelle
eines Fahrzeugs mittelbar gekoppelt sind.
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Als
portable Arbeitsmaschine wird im Nachfolgenden die Gesamtheit aller
extern einsetzbaren Maschinen, wie z.B. Generatoren, Pumpen, Förderschnecken,
Winden und dergleichen, bezeichnet.
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Portable
Generatoren finden z.B. Verwendung zur Erzeugung von Strom, wenn
aufgrund eines Ausfalls oder einer Störung des Energieversorgungsnetzes
kein Strom zur Verfügung
steht. Stromausfälle sind
auch in hoch entwickelten Industrienationen nicht unbedingt atypisch,
denn Naturkatastrophen, Havarien oder Terrorakte sind unvorhersehbar
und präventive
Vorkehrungen im Bezug auf eine Notstromversorgung deshalb unerlässlich.
Ferner werden diese portablen Generatoren, weltweit als Insellösung eingesetzt,
um unanhängig
vom Stromnetz arbeiten zu können.
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Zur
Sicherstellung der operativen Notstromversorgung im Katastrophenfall
werden deshalb vorzugsweise mit Diesel- oder Benzinmotor angetriebene
Notstromaggregate bei solchen Einrichtungen, wie Technisches Hilfswerk,
Feuerwehr, Bundeswehr oder Katastrophenhilfsdienste, eingesetzt.
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Eine
weitere Möglichkeit
Strom zu erzeugen besteht darin, über die motorseitig angetriebene Fahrzeugachse
einen Generator mittelbar oder unmittelbar zu betreiben. Beräderte Fahrzeuge
sind nahezu in allen Regionen der Welt verfügbar und vor allem auch dort,
wo humanitäre
Hilfsleistungen via Luftfracht nicht oder nur unter schwierigen
Bedingungen erbracht werden können.
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Mobile
Generatoreinheiten weisen gegenüber
konventionellen Notstromaggregaten eine um bis zu 60% geringere
Masse auf. Darüber
hinaus sind die Energieerzeugungskosten mittels dieser Generatoreinheiten
wesentlich geringer, was Voraussetzung für eine rasche Verbreitung dieser
Generatoreinheiten ist.
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Generatoreinheiten
kleinerer und mittlerer Leistungen, die mittelbar oder unmittelbar
durch Fahrzeugräder
angetrieben werden, sind bereits seit einigen Jahren bekannt und
repräsentieren
damit den Stand der Technik.
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Aus
GB 1 463 750 A ist
eine Antriebssystem zum Antrieb eines portablen Generators bekannt. Dabei
wird ein angetriebenes Rad eines Fahrzeuges mittels eines Aufstellbockes
so angehoben, dass es keinen Kontakt zum Boden mehr hat. Die Welle
eines am Aufstellbock lösbar
angeordneten Generators wird an das aufgebockte Rad angepresst und
direkt von diesem Rad angetrieben.
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Damit
wird der Generators weder über
einen mit der Radnabe oder der Achswelle gekoppelten Adapterflansch
betrieben, noch findet dafür
ein Riemenantrieb Verwendung.
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Die
DE 31 11 214 A1 zeigt
ebenfalls ein Antriebssystem zum Antrieb eines portablen Generators,
wobei hier das Fahrzeug mit einem angetriebenen Rad auf zwei drehbar
gelagerten Übertragungsrollen
steht. Von einer der beiden durch das Rad angetriebenen Übertragungsrollen
wird mittels eines Riemenantriebs ein an der Vorrichtung befestigter Generator
angetrieben.
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Auch
hier findet die Bewegungsübertragung vom
Rad auf die Übertragungsrollen
durch eine Reibverbindung und nicht durch eine Ankopplung an die Radnabe
bzw. die Achswelle statt
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Weiterhin
ist aus der US 2003/0227224 A1 bekannt, einen an einem Fahrrad,
an Rollschuhen, etc. befestigten Generator mittels eines an einem Rad
angebrachten Zahnrades zu betreiben, indem die Generatorwelle mit
einem weiteren Zahnrad in das erste Zahnrad greift.
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Hierbei
handelt es sich aber um ein System, das nur bei Bewegung des z.B.
Fahrrads elektrische Energie erzeugt. Ferner wird für die Übertragung
kein Riemenantrieb verwendet.
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Aus
der
DE 93 13 440 U1 ist
ein Generator bekannt, der unmittelbar über einen Riemenantrieb mit
den von einem Fahrzeugrad angetriebenen Walzen verbunden ist. Die
erfindungsgemäße Konstruktion
dieses Generatorantriebs besteht darin, dass zwei parallelsymmetrische
Walzen und der Generator in einem als U-Profil ausgeführten Kasten
horizontal angeordnet sind und diese Walzen über die Lauffläche des
Antriebsrad mit dem Antriebsrad kraftschlüssig verbunden sind. In einer
bevorzugten Ausgestaltung dieser Erfindung kann eine Walze auch selbst
als Generator ausgebildet sein. Besonders nachteilig bei dieser
Erfindung ist die Tatsache, dass diese Generatoreinheit einerseits
konstruktionsbedingt sehr raumgreifend ist und andererseits nur durch
Fahrzeuge mit entsprechend ausreichender Ladekapazität zu transportieren
ist.
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In
der
DE 88 13 662 U1 ist
eine Vorrichtung zur Erzeugung von Strom offenbart, bei der zwei
parallel zueinander und in horizontaler Ebene angeordnete Rollen
zwischen einem oder mehreren Antriebsrädern platziert werden. Der
Generator wird hierbei unmittelbar über sogenannte konstruktive
Elemente mit den Rollen verbunden und angetrieben. Die Rahmenkonstruktion
zur Aufnahme der Rollen und des Generators weist in axialer Richtung
beidseitig Auffahrrampen auf. Der Nachteil besteht vor allem darin, dass
keine Mittel vorgesehen sind, um die Abtriebsrollen unterschiedlich
großen
Fahrzeugsrädern
anzupassen, was dazu führen
kann, dass die notwendige Haftreibung zwischen dem als Antrieb genutzten Fahrzeugrad
und den mit dem Generator gekoppelten Abtriebswalzen nicht oder
nur unzureichend erzeugt wird.
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Eine
weitere Vorrichtung, die als Notstromaggregat dienen soll, ist aus
der
EP 0246 595 A1 bekannt.
Hierbei treibt ein gegenüber
der Geländeoberkante
versenkt angeordnetes Rollenpaar die Antriebsräder eines arretierten Kraftfahrzeugs
kraftschlüssig
an. Die als Generatorräder
ausgebildeten Rollenpaare sind hierbei in einem bauseitig erstellten Schacht
versenkt angeordnet. Es wurde angeregt, dass das Fahrzeug mittels
einer an der Wand fest verankerten Stange arretiert wird, um ein
unbeabsichtigtes Wegrollen des Fahrzeugs infolge Unterbrechung oder
Blockierens der Generatordrehbewegung zu unterbinden. Es wird deutlich,
dass diese Konstruktion sehr kostenaufwendig ist und nur ein ausschließlich stationärer Betrieb
realisiert werden kann. Darüber
hinaus erfordert die Gesamtheit der Komponenten jedoch ein Freihalten
eines nicht unerheblich kostenintensiven Bauraums.
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Aus
dem Stand der Technik vorbekannte Generatoreinheiten mit Generatorrädern, die
für den mobilen
Einsatz entwickelt wurden, weisen in ihrer Gesamtheit den Nachteil
auf, dass sie sehr umständlich
in der Handhabung sind und nur bedingt Mittel aufweisen, um die
beim Anlaufen des Motors und Schalten des Getriebes des Fahrzeugs
erzeugten stoßartigen
Belastungen kompensieren zu können. Darüber hinaus
ist an diesen Erfindungen besonders nachteilig, dass eine zielgerichtete
Anpassung des Abtriebssystems an unterschiedlich große Fahrzeugräder, zum
Zwecke der Generierung einer ausreichenden Haftreibung, nicht oder
nur unzureichend erfolgen kann.
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Es
ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein mobiles und durch eine Achse
bzw. Achswelle eines Fahrzeugs angetriebenes Antriebssystem auszubilden,
das für kleinere
und mittlere Leistungsbereiche vom jeweiligen Einsatzort unabhängig und
damit universell einsetzbar ist, das die beim Anlaufen des Motors
und durch das Schalten des Getriebes des Fahrzeugs erzeugten stoßartigen
Belastungen kompensiert und das unabhängig von der Größe der Fahrzeugräder mit
gleich bleibendem Wirkungsgrad zu betreiben ist. Zusätzlich soll
eine schnelle Betriebsbereitschaft des Antriebssystems realisiert
werden, indem die vom Fahrzeughersteller unabhängigen montagetechnischen Voraussetzungen
des Antriebssystems optimiert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruchs 1 gelöst;
die Unteransprüche
zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Gemäß der Konzeption
der Erfindung weist das Antriebssystem zum Antrieb einer portablen
Arbeitsmaschine und dabei insbesondere eines Generators, die mit
einer motorseitig angetriebenen Achse bzw. Achswelle eines Fahrzeugs
mittelbar gekoppelt sind, folgende Komponenten auf:
- • einen
mit einer Radnabe der Achse bzw. Achswelle gekoppelten Adapterflansch,
der seinerseits mit einer Antriebsriemenscheibe mit Lager und zugehöriger Achse
in Wirkverbindung steht,
- • einen
Riemenantrieb als Kraftübertragung,
wobei der Riemenantrieb die Antriebsriemenscheibe und eine Abtriebsriemenscheibe
miteinander koppelt,
- • eine
Generatorwelle des Generators oder Antriebswelle der Arbeitsmaschine,
die mit der Abtriebsriemenscheibe kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbunden
ist sowie
- • einen
Aufstellbock, der den Generator oder die Arbeitsmaschine trägt, und
ein Lager für
die Aufnahme der Achse aufweist.
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Die
zur Lagerung und Positionierung der Antriebsriemenscheibe eingesetzte
Achse ist in axialer Verlängerung
der Achse bzw. Achswelle des Fahrzeugs vorgesehen, aber getrennt
von dieser angeordnet. Während
ein Ende dieser Achse in dem Lager der Antriebsriemenscheibe gelagert
und geführt ist,
wird das andere Ende dieser Achse durch das zugehörige Lager
des Aufstellbocks aufgenommen. Jeweils eines der Lager ist als Loslager
und das komplementäre
andere Lager als Festlager ausgeführt.
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Zur
Anwendung kommen hierbei Gleitlager und/oder Wälzlager, im letzteren Fall
bevorzugt Radiallager.
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Durch
Verwendung eines Riemengetriebes können die mit der Achse bzw.
Achswelle des Fahrzeugs in Wirkverbindung stehenden Arbeitsmaschinen
bzw. Generatoren vor Überlastungen
geschützt werden.
Stoßartige
Belastungen, die beispielsweise während des Anlaufen des Motors
oder durch das Schalten des Getriebes generiert werden, werden durch
die Elastizität
des Riemens gedämpft.
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Als
Zugmittel für
den Riemenantrieb werden Keil- aber auch Flachriemen verwendet.
Während
die Vorspannung des Riemengetriebes durch die konstruktionsbedingte
Anordnung der Antriebsriemenscheibe zur Abtriebsriemenscheibe mittels
des Aufstellbocks erzielt wird, kann durch eine selbsttätige Regelvorrichtung
die gewünschte
finale Riemenspannung erzeugt werden.
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Der
vorzugsweise orthogonal zur Aufstellfläche ausgerichtete Aufstellbock
ist rahmenartig oder kastenförmig
ausgebildet und derart ausgelegt, dass der daran befestigte Generator
oder die Arbeitsmaschine in der vorgesehenen Position sicher gehaltert wird.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Antriebssystems
ist vorgesehen, dass jeweils an der linken und rechten Fahrzeugsseite
einer Achse bzw. Achswelle eine Antriebsriemenscheibe mittels eines
Adapterflansches mit der Radnabe verbunden ist, also beidseitig
ein Riemengetriebe angeordnet ist.
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In
diesem Fall ist die Generatorwelle des Generators bzw. die Antriebswelle
der Arbeitsmaschine als eine parallel zur Achse bzw. Achswelle sich
erstreckende Gelenkwelle ausgebildet. Die Gelenkwelle wird beidseitig
im Bereich ihrer axialen Enden von sich gegenüberstehenden Aufstellböcken, nämlich für die linke
und die rechte Fahrzeugseite aufgenommen. Damit ist die linke Abtriebsriemenscheibe
und die rechte Abtriebsriemenscheibe mittels der Gelenkwelle derart
miteinander koppelt, dass beide Seiten der Achse bzw. Achswelle
eines Fahrzeugs zum Antrieb des Generators oder der Arbeitsmaschine
verwendet werden.
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Im
einfachsten Fall wird zur Stromerzeugung nur ein Generator benötigt, der
entweder an der linken oder rechten Fahrzeugseite durch den zugehörigen Aufstellbock
gehaltert ist und mit der Gelenkwelle verbunden ist.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass an
beiden axialen Enden der Gelenkwelle ein Generator angeschlossen
ist, was zu einer für
den Verschleiß der
Antriebe des Fahrzeugs äußerst günstigen
Konstellation führt.
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Zur
Anpassung des Antriebssystems an verschiedene Fahrzeugbreiten ist
die Gelenkwelle über ihre
Länge vorzugsweise
variabel ausgebildet. Die Möglichkeit
der Längenverstellung
kann dadurch realisiert werden, indem die Gelenkwelle teleskopartig, segmentartig
oder als Keilwelle gegebenenfalls unter Verwendung einer Trennkupplung
ausgebildet wird.
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Die
signifikanten Merkmale und Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen:
- • das
Antriebssystem ist aus mehreren Einzelkomponenten aufgebaut und
damit günstig
zu transportieren, zu montieren und zu betreiben,
- • eine
mittelbare Kopplung zwischen der Achse bzw. Achswelle des Fahrzeugs
und der Achse des Generators unter Verwendung eines preiswerten Riemengetriebes
sichert eine einfache sowie zuverlässige Handhabung und leichte
Pflege,
- • das
Riemengetriebe ermöglicht
eine Übertragung
hoher Drehzahlen,
- • unter
Verwendung einer Gelenkwelle kann ein symmetrischer und damit verschleißfreier
beidseitiger Abtrieb an der Achse bzw. Achswelle realisiert werden
sowie
- • die
in ihrer Länge
einstellbare Gelenkwelle kann an verschiedene Fahrzeugachsbreiten
angepasst werden.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung unter Bezugnahme auf
die zugehörigen
Zeichnungen.
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Dabei
zeigen die:
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1:
einen Axialschnitt des Antriebssystems unter Verwendung einer Gelenkwelle
und eines daran angeschlossenen Generators
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2:
einen Querschnitt des Antriebssystems mit einer Darstellung des
Riemengetriebes.
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Den
weiteren Ausführungen
wird vorangestellt, dass für
identische Komponenten des Antriebssystem der linken und rechten
Fahrzeugsseite das gleiche Bezugszeichen verwendet wird. Zur Unterscheidung
der Komponenten wird vereinbart, dass die vom Betrachter aus links
angeordneten Komponenten zusätzlich
mit einem Apostroph gekennzeichnet werden.
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Die 1 zeigt
einen Axialschnitt des Antriebssystems unter Verwendung einer Gelenkwelle 9 mit
zugehörigen
Gelenken 9.1 und eines an die Gelenkwelle 9 angeschlossenen
Generators 8. An den axialen Enden der Frontachse bzw.
der Frontachswellen 12 des nicht näher dargestellten Fahrzeugs sind
die mit dem Bezugszeichen 1 und 1' gekennzeichneten Radnaben befestigt.
An jede Radnabe 1, 1' schließt sich ein Adapterflansch 5, 5' an, der mittels Schrauben 10, 10' an der zugehörigen Radnabe 1, 1' befestigt wird.
Der Adapterflansch 5, 5' seinerseits ist mit der Antriebsriemenscheibe 4, 4' des Riemenantriebs
gekoppelt. Zur Kopplung sind hierzu ebenfalls Schrauben 11, 11' vorgesehen.
Die Antriebsriemenscheibe 4, 4' weist eine zentrisch angeordnete
Bohrung auf, in die ein Radiallager 4.1, 4.1' zur Aufnahme
einer an späterer
Stelle beschriebenen Achse 3, 3' eingebracht ist. Der Riemenantrieb
umfasst des Weiteren eine Abtriebsriemenscheibe 6, 6', die mittels
eines Flachriemens 7, 7' mit der Antriebsriemenscheibe 4, 4' in Wirkverbindung
steht. Wie in der 2 detailliert gezeigt ist, weist
die Abtriebsriemenscheibe 6 gegenüber der Antriebsriemenscheibe 4 einen
wesentlich kleineren Durchmesser auf. Dies erweist sich als besonders
vorteilhaft in Bezug auf eine zu erzielende Mindestdrehzahl der
Generatorwelle 13. Da die Abtriebsriemenscheibe 6 fest
mit der als Gelenkwelle 9 ausgebildeten Generatorwelle 13 verbunden
ist, wird die Wirkverbindung zwischen dem Antrieb, also der Frontachse
bzw. Frontachswelle des Fahrzeugs 12, und dem Abtrieb,
also der Generatorwelle 13, sicher gewährleistet.
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Der
Generator 8 ist an dem orthogonal zur Aufstellfläche ausgerichteten
Aufstellbock 2 durch Schrauben gehaltert und gesichert,
wobei die Generatorachse in Betriebsposition rechtwinklig zur Rahmenebene
steht.. Wie aus der 2 ersichtlich, ist der Aufstellbock 2 aus
Gründen
der Gewichtseinsparung und des besseren Handlings nur als dreieckiger Rahmen mit
Aufnahmen für
die Generatorhalterung ausgebildet. Zwei Schenkel des Dreiecks erstrecken sich
von der Aufstellfläche
bis unmittelbar oberhalb der Achse 3 der Antriebsriemenscheibe 4.
Im Bereich der Verbindung dieser beiden Schenkel des als Dreieck
ausgebildeten Aufstellbocks 2 ist ein nur in der 1 gezeigtes
Radiallager 2.1, 2.1' ausgebildet, das zu dem Radiallager 4.1, 4.1' der Antriebsriemenscheibe 4, 4' parallel beabstandet
angeordnet ist. Die bereits beschriebene Achse 3, 3' der Antriebsriemenscheibe 4, 4' wird an ihren
axialen Enden einerseits durch das Lager 4.1, 4.1' der Antriebsriemenscheibe 4, 4' und andererseits
durch das Lager 2.1, 2.1' des Aufstellbocks 2, 2' gelagert und
geführt.
In der dargestellten Ausführungsvariante
ist das Lager 4.1, 4.1' der Antriebsriemenscheibe 4, 4' als Loslager
und das Lager 2.1, 2.1' des Aufstellbocks 2, 2' als Festlager ausgebildet.
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Die
Vorspannung des Riemens 7, 7' wird dadurch sichergestellt, indem
die nur andeutungsweise dargestellten Drehachsen der Antriebsriemenscheibe 4, 4' und der Abtriebsriemenscheibe 6, 6' mittels des
Aufstellbocks 2, 2' in
erforderlicher Weise voneinander beabstandet sind. Die Drehachse
der Abtriebsriemenscheibe 6, 6', die derjenigen der Generatorwelle 13 bzw.
Gelenkwelle 9 entspricht, wird durch die Position des Generators 8 relativ
zum Aufstellbock 2 festgelegt. Die Drehachse der Antriebsriemenscheibe 4, 4' dagegen, die
gleichzeitig auch der Drehachse der Fahrzeugachse bzw. Fahrtzeugachswelle 12 entspricht,
ist durch die Platzierung des Lagers 2.1, 2.1' des Aufstellbocks 2, 2' festgelegt.
Es ist somit unerheblich, welcher Fahrzeugtyp in Verbindung mit
dem erfindungsgemäßen Antriebssystems eingesetzt
wird.
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Die 2 illustriert
einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Antriebssystems mit einer
Darstellung des Riemengetriebes. Wie bereits bei den Erläuterungen
zu 1 vorgetragen, besteht das dargestellte Riemengetriebe
aus einem Flachriemen 7, 7', der Abtriebsriemenscheibe 6, 6' und der Antriebsriemenscheibe 4, 4', zwischen denen
der Flachriemen 7, 7' vorgespannt ist. Die für den jeweiligen
Belastungs- und Anwendungsfall notwendige finale Riemenspannung
wird durch eine nichtdargestellte selbsttätige Regelvorrichtungen sichergestellt.
Die zur temporären
Arretierung der Antriebsriemenscheibe 4, 4' an dem nur
in der 1 dargestellten Adapterflansch 5, 5' dienen Befestigungselemente 11,
die bei diesem Ausführungsbeispiel
als Schrauben ausgebildet sind. Diese Schrauben sind über einer
Umfangslinie der Antriebsscheibe 4, 4' gleichmäßig verteilt
angeordnet. Die Abtriebsriemenscheibe 6, 6' weist einen
wesentlich kleineren Durchmesser als die Antriebsriemenscheibe 4, 4' auf und ist
form- und gegebenenfalls auch kraftschlüssig mit der Generatorwelle 13 lösbar verbunden.
Der nur schematisch angedeutete Generator 8 wird mittels
des Aufstellbocks 2 in seiner horizontalen Position gegenüber der
Aufstellfläche
gehaltert. Der nur als Rahmen mit Aufnahmen für die Befestigung des Generators 8 ausgebildete
Aufstellbock 2 hat in der dargestellten 2 den
Aufbau eines nahezu gleichseitigen Dreiecks. Der ggf. zerlegbare
Rahmen besteht aus einer Profilkonstruktion, die aus fertigungstechnischen Gründen im
Wesentlichen aus einem Leichtmetall aufgebaut ist. Während sich
zwei der von den Schenkeln des dreieckigen Profilrahmens eingeschlossenen
Winkeln im Bereich der Aufstellfläche befinden, ist der zugehörige dritte
Winkel des Dreiecks im Bereich der Achse 3, 3' der Antriebsriemenscheibe 4, 4' platziert.
Zwei Schenkel der Rahmenkonstruktion verlaufen folglich in Richtung
der Drehachse der Antriebsriemenscheibe 4, 4'.
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- 1,
1'
- Radnabe
- 2,
2'
- Aufstellbock
- 2.1,
2.1'
- Lager
des Aufstellbocks 2, 2'
- 3,
3'
- Achse
- 4,
4'
- Antriebsriemenscheibe
- 4.1,
4.1'
- Lager
der Antriebsriemenscheibe 4, 4'
- 5,
5'
- Adapterflansch
- 6,
6'
- Abtriebsriemenscheibe
- 7,
7'
- Riemen
- 8
- Generator/Arbeitsmaschine
- 9
- Gelenkwelle
- 9.1
- Gelenke
der Gelenkwelle 9
- 10,
10'
- erste
Befestigungselemente
- 11,
11'
- zweite
Befestigungselemente
- 12
- Achse/Achswelle
des Fahrzeugs
- 13
- Generatorwelle/Antriebswelle