-
Die Erfindung betrifft ein Stromerzeugungsaggregat, insbesondere zur Reichwietenausdehnung eines Elektrofahrzeuges, mit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine mit zumindest einem in einer Kammer eines Gehäuses umlaufenden Kreiskolben, wobei die Kammer von einer trochoidenförmigen Lauffläche in einem zentralen Gehäuseteil und von einander beabstandeten, normal zu einer Exzenterwelle angeordneten seitlichen Laufflächen gebildet ist, wobei an den zentralen Gehäuseteil in Richtung der Achse der Exzenterwelle direkt oder indirekt seitliche ehäuseteile anschließen, und wobei achsgleich mit der Exzenterwelle eine elektrische Maschine im gleichen Gehäuse angeordnet ist, deren Rotor mit der Exzenterwelle drehfest verbunden ist.
-
Die
AT 505 950 B1 beschreibt ein Stromerzeugungsaggregat zur Reichweitenerweiterung eines Elektrofahrzeuges, mit einer Kreiskolbenbrennkraftmaschine und einem Generator, welcher achsgleich zur Abtriebswelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine und der Generator sind in einem kühlluftdurchströmten Gehäuse angeordnet und als Einheit ausgebildet. Das Gehäuse weist dabei im Bereich des Kreiskolbens der Kreiskolbenbrennkraftmaschine ein zentrales Gehäuse auf, welches beidseits von seitlichen Gehäuseteilen begrenzt ist, wobei in den seitlichen Gehäuseteilen jeweils ein Lager für die Exzenterwelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist. An den generatorseitigen seitlichen Gehäuseteilen schließt ein Gehäuseteil des Generators und ein diesen abschließender Deckelteil an. Der Gehäuseteil des Generators und der Deckelteil spannen zusammen einen Hohlraum auf, in welchem der Stator und der Rotor des Generators angeordnet ist. Für die Anordnung einer Leistungselektronik oder einer Zündspule ist im Gehäuse kein Platz vorgesehen. Daher müssen wesentliche Wechselstrom führenden Bauteile außerhalb des Gehäuses angeordnet werden, was die elektromagnetische Verträglichkeit nachteilig beeinflusst.
-
Aus der
DE 10 2008 026 920 A1 ist eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine bekannt, welche im Wesentlichen aus einem Mantelgehäuse, einem endseitigen Seitenteil, einem abtriebsseitigen Seitenteil, einem Kolben und einer Exzenterwelle besteht, wobei die Seitenteile je eine Nabe zur Aufnahme eines Hauptlagers, je eine Laufbahn für den Kolben, je ein parallel zu den Laufbahnen in den Seitenteilen angeordneten Kühlwasserraum mit einer Wassereinlassöffnung und einer Wasserauslassöffnung und einen Ölraum mit einer Ölausflussöffnung aufweisen. Die Seitenteile sind zweiteilig ausgeführt und bestehen aus miteinander verschraubtem Laufbahnteil und Deckelteil. Der jeweilige aus einem Eisenguss-Material bestehende Laufbahnteil weist eine kostengünstige Laufbahn für den Kolben auf, während der jeweilige Deckenteil aus Leichtmetall-Guss besteht und Gewichtsvorteile bietet.
-
Aus der
DE 25 19 907 B1 ist eine Kreiskolbenmaschine in Trochoidenbauart mit einem innerhalb eines beidseitig von Seitenteilen begrenzten Gehäusemantels befindlichen Kolben bekannt, wobei das Gehäuse aus scheibenförmigen Teilen aufgebaut ist, welche durch Passstifte zentriert und durch Durchgangsschrauben zusammengehalten werden. An eine die trochoidenförmige Kolbenlaufbahn bildenden zentralen Gehäuseteil schließen dabei ebene Abdeckplatten und daran seitliche Gehäuseteile an, welche die Lager für die Exzenterwelle aufnehmen.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, mit möglichst geringem Aufwand ein äußerst kompaktes und robustes Stromerzeugungsaggregat bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die elektromagnetische Verträglichkeit des Stromerzeugungsaggregates zu verbessern.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die elektrische Maschine überwiegend, vorzugsweise zur Gänze, innerhalb des seitlichen ersten Gehäuseteiles angeordnet ist, wobei der erste Gehäuseteil einen im Wesentlichen zylindrischen Mantelbereich aufweist, welcher den Stator und den Rotor der elektrischen Maschine umgibt. Der Rotor und der Stator des Generators werden somit im Wesentlichen von dem ersten seitlichen Gehäuseteil aufgenommen, was eine sehr kurzer Baulänge und eine robuste Baueinheit ermöglicht.
-
Ein erstes Lager für die Exzenterwelle kann dabei im seitlichen ersten Gehäuseteil angeordnet sein. Ein zweites Lager der Exzenterwelle kann im. zweiten seitlichen Gehäuseteil angeordnet sein. Eine nur zweifache Lagerung mit einem Fest- und einem Loslager und mit zwei Pendellagern gestattet eine sehr kompakte Bauweise.
-
Um das Gewicht und die Herstellung zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem zentralen Gehäuseteil und dem seitlichen ersten Gehäuseteil und/oder zwischen dem zentralen Gehäuseteil und dem zweiten seitlichen Gehäuseteil eine die jeweilige seitliche Lauffläche ausbildende Seitenplatte angeordnet ist, wobei vorzugsweise zumindest eine Seitenplatte beidseitig eben ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, alle Laufflächen ausbildenden Gehäuseelemente optimal im Hinblick auf geringe Reibung und hohe Festigkeit auszulegen, während andere Gehäuseteile aus Leichtmetall ausgebildet sein können.
-
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der zentrale Gehäuseteil, die seitlichen ersten und zweiten Gehäuseteile, vorzugsweise auch die Seitenplatten, besonders vorzugsweise auch der Deckelteil und/oder der Gehäusezwischenteil, durch integrierte Kühlkanalanordnungen eines Kühlsystems miteinander strömungsverbunden sind, wobei vorzugsweise zumindest ein Kühlmitteleintritt des Kühlsystems in das Gehäuse im Bereich des Deckelteiles und/oder des seitlichen ersten Generatorteiles und/oder des Gehäusezwischenteiles und zumindest ein Kühlmittelaustritt aus dem Gehäuse im Bereich des seitlichen zweiten Gehäuseteiles angeordnet ist. Dabei können sowohl Gewicht, als auch Reibungsverluste besonders klein gehalten werden, wenn zumindest ein eine Lauffläche für den Kreiskolben ausbildender Teil aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung besteht. Dies erlaubt es, den Kreiskolben direkt auf den gehonten Laufflächen des Aluminiumgusses laufen zu lassen. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Lauffläche für den Kreiskolben eine Beschichtung, vorzugsweise aus einer übereutektischen Aluminium-Silizium-Legierung oder aus Keramik, aufweist.
-
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass eine dem zentralen Gehäuseteil abgewandte offene Stirnseite des seitlichen ersten Gehäuseteiles durch einen Deckelteil abgedeckt ist, wobei vorzugsweise der Deckelteil im Bereich der Achse der Exzenterwelle geschlossen ausgeführt ist. Bei größeren Leistungsanforderungen kann eventuell in den Deckelteil ein Stützlager für die Exzenterwelle integriert sein.
-
Ein besonders kompaktes Stromerzeugungsaggregat lässt sich erzielen, wenn in einen Gehäuseteil des Gehäuses die Leistungselektronik der elektrischen Maschine und/oder zumindest eine Zündspule integriert ist. Die Leistungselektronik und/oder die Zündspule kann beispielweise in den Deckelteil integriert sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Leistungselektronik im Wesentlichen ringförmig gestaltet und in einem zylindrischen Gehäuseteil, vorzugsweise in einem zwischen dem seitlichen ersten Gehäuseteil und dem Deckelteil angeordneten, im Wesentlichen ringförmigen Gehäusezwischenteil, angeordnet ist. Zur Steigerung der elektromagnetischen Verträglichkeit ist es vorteilhaft, wenn, der Deckelteil und/oder der Gehäusezwischenteil aus ferromagnetischem Werkstoff besteht.
-
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sämtliche wechselstromführende elektrischen Leitungen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, wobei nur gleichstromführende Leitungen vom Gehäuse nach außen geführt sind. Das Gehäuse weist somit nach außen nur einen elektrischen Anschluss für Gleichstrom auf. Sämtliche wechselstromführenden Teile können innerhalb des Gehäuses angeordnet werden. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Baugröße der Stromerzeugungseinheit aus, erleichtert die Montage und Demontage, und wirkt sich vor allem vorteilhaft auf die elektromagnetische Verträglichkeit aus.
-
Um eine ausreichende Kühlung der elektronischen Bauteile zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der zentrale Gehäuseteil, die seitlichen ersten und zweiten Gehäuseteile, vorzugsweise auch die Seitenplatten, besonders vorzugsweise auch der Deckelteil und/oder ein Zwischendeckenteil und der Gehäusezwischenteil, durch von einer Kühlflüssigkeit durchflossene integrierte Kühlkanalanordnungen eines Kühlsystems miteinander strömungsverbunden sind, wobei vorzugsweise zumindest ein Kühlmitteleintritt im Bereich des Deckelteiles und/oder des seitlichen ersten Gehäuseteiles und/oder des Gehäusezwischenteiles, und der Kühlmittelaustritt im Bereich des seitlichen zweiten Gehäuseteiles angeordnet ist. Dabei können der Deckelteil und der seitliche erste Gehäuseteil oder der Deckelteil und der Gehäusezwischenteil im Bereich einer gemeinsamen Flanschfläche einen gemeinsamen ringförmigen Kühlkanal ausbilden.
-
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
-
Die 1 bis 6 zeigen erfindungsgemäße Stromerzeugungseinrichtung in verschiedenen Ausführungsvarianten jeweils im Längsschnitt.
-
Die Figuren zeigen jeweils eine Stromerzeugungseinrichtung 40 (Range Extender), insbesondere zur Reichweitenausdehnung eines Elektrofahrzeuges, wobei in einem Gehäuse 2, eine Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 und eine beispielsweise permanentmagneterregte elektrische Maschine 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 2 weist eine Kammer 3 auf, in welchem ein Kreiskolben 4 entlang einer trochoidenförmigen Lauffläche 5 des Gehäuses 2 umlaufend angeordnet ist. Die Kammer 3 wird dabei durch die trochoidenförmige Lauffläche 5 und durch seitliche Laufflächen 6, 7 gebildet. Das Gehäuse 2 weist einen die trochoidenförmige Lauffläche 5 ausbildenden zentralen Gehäuseteil 2a, einen seitlichen ersten Gehäuseteil 2b und einen seitlichen zweiten Gehäuseteil 2c auf. Weiters kann das Gehäuse 2 zwischen dem zentralen Gehäuseteil 2a und dem seitlichen Gehäuseteil 2b und/oder dem seitlichen Gehäuseteil 2c eine die seitliche Lauffläche 6 bzw. 7 ausbildende erste bzw. zweite beidseitig ebene Seitenplatte 8, 9 aufweisen.
-
Im ersten und zweiten Gehäuseteil 2b, 2c ist eine in einem inneren Gehäuseraum 15 angeordnete, durch den Kreiskolben 4 angetriebene Exzenterwelle 10 über beispielsweise als Wälzlager ausgebildete Lager 11, 12 drehbar gelagert. Wellengleich mit der Exzenterwelle 10 ist der Rotor 13 der im gleichen Gehäuse 2 angeordneten elektrischen Maschine ausgebildet.
-
Der das erste Lager 11 aufnehmende seitliche erste Gehäuseteil 2b weist einen glockenartigen zylindrischen Mantelbereich 2b auf, welcher einen im Wesentlichen zylindrischen Innenraum aufspannt, in dem der Rotor 13 sowie der Stator 14a der elektrischen Maschine 14 angeordnet ist. Der zylindrische Innenraum 15a wird durch einen in 1 an den ersten Gehäuseteil 2b anschließenden Deckelteil 2d abgeschlossen. Der Deckelteil 2d kann dabei beispielsweise aus ferromagnetischem Material bestehen.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die gesamte Leistungselektronik 41 in den zylindrischen Innenraum 15a oder in den Deckelteil 2d integriert ist. Dadurch können alle Wechselstromleitungen innerhalb des Gehäuses 2 untergebracht werden, wodurch die elektromagnetische Verträglichkeit wesentlich gesteigert werden kann. Vom Stromerzeugungsaggregat 40 führen somit nur Gleichstromkabel weg – die Zahl der Anschlüsse kann somit auf ein Minimum reduziert werden.
-
Wie in 2 gezeigt ist, kann gegebenenfalls zwischen dem ersten Gehäuseteil 2b und dem Deckelteil 2d ein ringförmiger Gehäusezwischenteil 2e zur Aufnahme der Leistungselektronik 41 angeordnet sein. Weiters ist es auch möglich, die Leistungselektronik 41 ringförmig zu gestalten und in ein Gehäuseelement aus der Gruppe zentraler Gehäuseteil 2a, erster Gehäuseteil 2b, zweiter Gehäuseteil 2c, erste oder zweite Seitenplatte 8, 9, Gehäusedeckel 2d oder Gehäusezwischenteil 2e oder dergleichen zu integrieren.
-
Um eine Überhitzung der elektrischen Bauteile zu vermeiden und zur Abfuhr der bei der Verbrennung in der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1 entstehenden Wärme, ist ein Kühlsystem 50 mit in den Gehäuseteilen 2d (Deckelteil), 2e (Gehäusezwischenteil), 2b (seitlicher erster Gehäuseteil), 2a (zentraler Gehäuseteil) und 2c (seitlicher zweiter Gehäuseteil) eingeformten Kühlkanalanordnungen 51, 51, 53, 54 vorgesehen, wobei die einzelnen Bauteile aus der Gruppe Leistungselektronik 41, elektrische Maschine 14 und ein – eventuell in die Ölwanne des Stromerzeugungsaggregates 40 integrierter – in 1 nicht weiter dargestellter – Ölkühler 35 nacheinander gekühlt werden. Dadurch ist es möglich, verschiedene bauteilspezifische Temperaturniveaus einzuhalten. Im in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Teile des Gehäuses Deckelteil 2d, erster Gehäuseteil 2b, erste Seitenplatte 8, zentraler Gehäuseteil 2a, zweite Seitenplatte 9 und zweiter Gehäuseteil 2c nacheinander von Kühlmittel durchströmt. Der Kühlmitteleintritt in das Stromerzeugungsaggregat 40 ist dabei in Bereich des Deckelteiles 2d, des Gehäusezwischenteiles 2e oder des ersten Gehäuseteiles 2b, der Kühlmittelaustritt aus dem Stromerzeugungsaggregat 40 im Bereich des zweiten Gehäuseteiles 2c angeordnet.
-
Eine ringförmige Kühlkanalanordnung 51 um die elektrische Maschine 14 und die Leistungselektronik 41 kann dabei teilweise durch den ersten Gehäuseteil 2b und den Deckelteil 2d, eventuell auch durch den Gehäusezwischenteil 2e ausgebildet sein.
-
Die elektroseitige Kühlkanalanordnung 51 im ersten Gehäuseteil 2b (eventuell auch im Deckelteil 2d und Gehäusezwischenteil 2e) ist mit der kolbenseitigen ersten Kühlmittelanordnung 52 im seitlichen ersten Gehäuseteil 2a, der zentralen Kühlmittelanordnung 53 im zentralen Gehäuseteil 2a und der kolbenseitigen zweiten Kühlmittelanordnung 54 im seitlichen zweiten Gehäuseteil 2c ohne externe Leitungen und direkt innerhalb des Gehäuses 2 strömungsverbunden.
-
Je nach Anforderungen können zwischen dem zentralen Gehäuseteil 2a und dem seitlichen ersten Gehäuseteil 2b und/oder dem seitlichen zweiten Gehäuseteil 2c Seitenplatten 8, 9 angeordnet sein. Dies ermöglicht den Einsatz von verschiedenen Werkstoffen für die Laufflächen 5, 6, 7 ausbildende Gehäuseelemente des Gehäuses 2 und erlauben somit eine Reduktion des Gewichtes und/oder eine Erhöhung der Festigkeit, sowie eine Optimierung der elektromagnetischen Verträglichkeit.
-
3 zeigt eine Ausführung, bei der das Gehäuse 2 (ohne Deckelteil 2d) aus dem zentralen Gehäuseteil 2a, dem ersten Gehäuseteil 2b und dem zweiten Gehäuseteil 2c besteht. Mit dieser Variante kann die Zahl der Teile möglichst gering gehalten werden.
-
Die elektrische Maschine 14, die Leistungselektronik 41 und/oder das Lager 11 kann allerdings den Einsatz von anderen Werkstoffen, als die seitliche Lauffläche 6 erforderlich machen. 4 zeigt dabei eine Ausführung, bei der zwischen dem seitlichen ersten Gehäuseteil 2b und dem zentralen Gehäuseteil 2a eine erste Seitenplatte 8 angeordnet ist. Somit kann beispielsweise der zentrale Gehäuseteil 2a aus Grauguss, die Seitenplatte 8 aus Stahl und der seitliche erste Gehäuseteil aus Leichtmetall bestehen.
-
5 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der zwischen dem zentralen Gehäuseteil 2a und dem seitlichen zweiten Gehäuseteil 2c eine Seitenplatte 9 angeordnet ist. Auch hier können zentraler Gehäuseteil 2a, Seitenplatte 9 und die Gehäuseteile 2b und 2c aus unterschiedlichen Werkstoffen gefertigt sein.
-
Bei der in 6 dargestellten Ausführungsvariante sind sowohl zwischen dem zentralen Gehäuseteil 2a und dem ersten Gehäuseteil 2b, als auch zwischen dem zentralen Gehäuseteil 2a und dem zweiten Gehäuseteil 2c Seitenplatte 8, 9 angeordnet, wodurch größtmögliche Variabilität bei der Auswahl der Werkstoffe der Gehäuseteile einerseits der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 4 und andererseits der elektrischen Maschine 14 zur Verfügung steht. Die Werkstoffe der einzelnen Gehäuseteile können somit optimal an die jeweilige Funktionalität angepasst werden. Dies erlaubt es, das Gewicht des Stromerzeugungsaggregates 40 zu minimieren und gleichzeitig die Lebensdauer zu erhöhen. Die in 6 dargestellte Ausführungsvariante unterscheidet sich von 1 dadurch, dass in den Deckelteil ein Stützlager 12 integriert ist.
-
Die einzelnen Gehäuseelemente des Gehäuses 2, zumindest der Kreiskolbenbrennkraftmaschine 1, insbesondere der zentrale Gehäuseteil 2a, der erste und der zweite Gehäuseteil 2b, 2c, sowie gegebenenfalls die Seitenplatten 6, 7, sind durch axiale Schrauben 42 miteinander verschraubt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- AT 505950 B1 [0002]
- DE 102008026920 A1 [0003]
- DE 2519907 B1 [0004]
