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Die Erfindung betrifft ein tragbares Notstromaggregat. Für Einsätze solcher tragbarer Notstromaggregate im militärischen Bereich oder im Katastrophenschutz ist es zweckmäßig oder gefordert, dass das Notstromaggregat ein bestimmtes vorgegebenes Gewicht nicht überschreitet, so dass es problemlos durch zwei Personen getragen bzw. bewegt, aufgebaut und abgebaut werden kann. Diese Forderung steht in einem Zielkonflikt mit der häufig erforderlichen Leistung von Notstromaggregaten, die entsprechend große Motoren und Generatoren benötigen.
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DE 40 03 972 C2 offenbart ein Notstromaggregat für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung. Ein Dieselmotor treibt einen Wechselstrommotor an. Ein hydraulischer Motor ist mit einem Wechselstromgenerator gekoppelt. Über den Dieselmotor und den Wechselstrommotor kann eine Hochdruckpumpe einen Druckbehälter aufladen. Über den Druckbehälter kann der hydraulische Motor den Wechselstromgenerator antreiben.
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Ein kombiniertes Außen- und Notstromaggregat ist in
DE 38 37 736 A1 beschrieben. Das Aggregat hat ein Getriebe, das von unterschiedlichen Wellen angetrieben werden kann. Ausgangsseitig ist das Getriebe mit mehreren Energieerzeugungsmaschinen verbunden. Über eine Kupplung kann ein Gasturbinenantrieb Energie in den Energieerzeugungsmaschinen erzeugt werden. Zum Betrieb als Notstromaggregat kann in einem Speicherbehälter komprimiertes Oxidationsmittel bevorratet werden und für einen mit dem Getriebe koppelbaren Gasturbinenantrieb zur Verfügung gestellt werden, so dass die Energieerzeugungsmaschinen angetrieben werden können.
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Bei dem aus
DE 21 06 605 A bekannten Notstromaggregat ist als Anlasser für einen Verbrennungsmotor ein Druckspeicher sowie eine druckgasbetriebene Vorrichtung vorhanden, die ein Drehmoment zum Anlassen des Verbrennungsmotors erzeugt. Zwischen dem Verbrennungsmotor und einem Generator ist eine drehzahlabhängige Kupplung vorhanden. Beim Anlassen ist die Antriebsverbindung der Kupplung noch nicht hergestellt und vereinfacht den Anlassvorgang.
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DE 77 09 398 U zeigt ein tragbares Notstromaggregat mit einem Dieselmotor, einem Generator und einer Pumpe. Die Verbindung zwischen der Pumpe und dem Generator wird über Wellen und eine zwischen den Wellen angeordnete Klauenkupplung hergestellt. Mittels eines Stellhebels kann die Klauenkupplung geöffnet oder geschlossen werden. Das Notstromaggregat kann bei geöffneter Klauenkupplung Strom erzeugen und bei geschlossener Klauenkupplung zusätzlich die Pumpe antreiben, um Wasser zu fördern.
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Ein tragbares Notstromaggregat aufweisend ein Motormodul und ein Generatormodul offenbart
WO 2012/104745 A2 . Die Antriebsverbindung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul kann mittels einer Klauenkupplung hergestellt werden, wobei die eine Kupplungshälfte am Motormodul und die andere Kupplungshälfte am Generatormodul angeordnet ist. Da die Antriebsverbindung zwischen den Kupplungshälften nur in bestimmten Drehstellungen möglich ist, ist eine Kupplungshälfte axial beweglich und durch Federkraft vorgespannt gelagert. Wenn die Verbindung zwischen den Kupplungshälften beim Verbinden der beiden Module noch nicht hergestellt werden kann, findet beim Inbetriebsetzen des Motors eine Relativdrehung zwischen den beiden Kupplungshälften statt, solange, bis eine formschlüssige Antriebsverbindung zwischen der Kupplungshälften der Klauenkupplung hergestellt werden kann.
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Das aus
US 5 907 970 A bekannte Notstromaggregat hat ein Antriebsmodul und ein Werkzeugmodul. Die Antriebskopplung erfolgt über eine Klauenkupplung und erzeugt eine kraftschlüssige und eine formschlüssige Antriebsverbindung.
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Ein Aggregat mit einer Antriebseinrichtung und einer davon angetriebenen Arbeitseinrichtung ist auch aus
FR 2 475 625 A bekannt, wobei die Antriebskopplung zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite über eine Klauenkupplung hergestellt werden kann.
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US 5 341 644 A offenbart ein leichtes, kompaktes Notstromaggregat mit einer Fliehkraftkupplung als Antriebskopplung zwischen der Motorseite und der Generatorseite.
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik soll ein Notstromaggregat geschaffen werden, das tragbar ist und sich sehr einfach aufbauen und abbauen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch ein tragbares Notstromaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
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Das erfindungsgemäße tragbare Notstromaggregat weist ein Motormodul sowie ein mit dem Motormodul lösbar verbindbares Generatormodul auf. Das Motormodul und das Generatormodul bilden jeweils eine handhabbare Modulbaueinheit. Die beiden Module können in getrenntem Zustand separat getragen bzw. bewegt werden, so dass die Module einzeln an den Ort gebracht werden können, an dem das Notstromaggregat aufgestellt werden soll. Durch die voneinander trennbaren Module ist das Notstromaggregat einfach durch maximal 2 Personen tragbar bzw. handhabbar.
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Über den Motormodulträger kann das Motormodul als Modulbaugruppe bewegt bzw. gehandhabt werden. Über den Generatormodulträger kann das Generatormodul als Modulbaueinheit bewegt bzw. gehandhabt werden. Weitere Module sind insbesondere nicht vorhanden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind sämtliche Bauteile des tragbaren Notstromaggregats entweder am Motormodul oder am Generatormodul angeordnet. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die Verbindungseinrichtung wenigstens ein zusätzliches Bauteil aufweisen, das separat vom Motormodul oder Generatormodul ausgebildet ist.
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Beim Ausführungsbeispiel ist das Gewicht des Motormoduls maximal so groß wie ein vorgegebener Grenzwert und/oder das Gewicht des Generatormoduls ist maximal so groß wie ein vorgegebener Grenzwert. Beispielsweise kann jedes Modul maximal 60 Kilogramm wiegen. Die Verbindungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass die lösbare mechanische Verbindung werkzeuglos hergestellt und werkzeuglos gelöst werden kann.
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Das Motormodul hat einen an einem Motormodulträger angeordneten Verbrennungsmotor, der zum rotierenden Antreiben einer Motorwelle eingerichtet ist. Die Motorwelle trägt ein motorseitiges Kupplungsteil einer Fliehkraftkupplung. Das Generatormodul hat einen an einem Generatormodulträger angeordneten Generator. Der Generator ist zur Erzeugung von elektrischer Energie eingerichtet. Der Generator ist mit einer antreibbaren Generatorwelle verbunden. Insbesondere ist die Generatorwelle getriebelos drehfest mit einem Rotor des Generators verbunden. An der Generatorwelle ist ein generatorseitiges Kupplungsteil der Fliehkraftkupplung angeordnet. Die Fliehkraftkupplung stellt somit eine Trennstelle dar, mittels der eine Antriebsverbindung zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Generator hergestellt werden kann, wenn das Motormodul und das Generatormodul miteinander verbunden werden.
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Eine lösbare mechanische Verbindung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul kann mittels einer Verbindungseinrichtung hergestellt bzw. gelöst werden. Bei hergestellter Verbindung mittels der Verbindungseinrichtung ist das motorseitige Kupplungsteil derart relativ zum generatorseitigen Kupplungsteil angeordnet, dass durch das Betreiben des Verbrennungsmotors eine Antriebsverbindung zwischen dem motorseitigen Kupplungsteil und dem generatorseitigen Kupplungsteil der Fliehkraftkupplung hergestellt wird. Insbesondere stellt die Verbindungseinrichtung sicher, dass bei hergestellter Verbindung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul das motorseitige und das generatorseitige Kupplungsteil koaxial zueinander entlang einer gemeinsamen Rotationsachse angeordnet sind.
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Die Fliehkraftkupplung ist frei von zusätzlichen Zwischenteilen zwischen dem motorseitigen Kupplungsteil und dem generatorseitigen Kupplungsteil. Die beiden Kupplungsteile müssen lediglich entlang der gemeinsamen Rotationsachse angeordnet werden, so dass bei einer ausreichenden Drehzahl eine Antriebsverbindung hergestellt wird. Die Fliehkraftkupplung ist wartungsarm bzw. wartungsfrei und unempfindlich gegen Verschmutzungen, was bei Einsätzen im Freien, beispielsweise im militärischen Bereich bzw. bei Katastropheneinsätzen, von großem Vorteil ist.
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Bei der Herstellung der mechanischen Verbindung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul muss keine Relativdrehlage zwischen den beiden Kupplungsteilen eingerichtet werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Verbindungseinrichtung bei hergestellter Verbindung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul keine Drehverbindung zwischen dem motorseitigen Kupplungsteil und dem generatorseitigen Kupplungsteil der Fliehkraftkupplung herstellt. Diese Verbindung entsteht erst durch Antreiben der Motorwelle und des damit drehfest verbundenen motorseitigen Kupplungsteils. Die Fliehkraftkupplung bietet den Vorteil, dass beim Anlassen des Verbrennungsmotors wegen der noch fehlenden Antriebskupplung der Generator nicht mitbewegt werden muss. Das Starten des Verbrennungsmotors wird vereinfacht, weil der Generator beim starten des Verbrennungsmotors noch nicht über die Fliehkraftkupplung angetrieben wird. Während des Startens ist aufgrund der geringen anzutreibenden Masse weniger Drehmoment erforderlich. Die Fliehkraftkupplung erlaubt auch einen schonenden Anlauf unter geringer Belastung der Kupplungsteile.
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Das generatorseitige Kupplungsteil und das motorseitige Kupplungsteil sind bei hergestellter lösbarer mechanischer Verbindung durch die Verbindungseinrichtung zumindest abschnittsweise koaxial zueinander angeordnet. Im nicht rotierenden Zustand ist keine Antriebsverbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen hergestellt. Sie sind sozusagen ineinandersteckbar und zwar in einer beliebigen Relativdrehlage.
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Das generatorseitige Kupplungsteil kann eine in Drehrichtung um die Generatorwelle bzw. in Drehrichtung um die Rotationsachse eine kreisförmig geschlossene Innenfläche aufweisen. Das motorseitige Kupplungsteil kann einen oder mehrere gegen eine Rückhaltekraft radial zur Motorwelle bzw. zur Rotationsachse nach außen bewegbarem Körper aufweisen. Ist die Drehzahl der Motorwelle ausreichend groß, werden die Körper gegen die Rückhaltekraft radial nach außen bewegt und können mit der Innenfläche des generatorseitigen Kupplungsteils zur Anlage kommen und dadurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen herstellen.
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Insbesondere ist die Fliehkraftkupplung derart ausgebildet, dass das motorseitige Kupplungsteil und das generatorseitige Kupplungsteil ausschließlich eine kraftschlüssige Antriebsverbindung ohne Formschluss herstellen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform hat die Verbindungseinrichtung wenigstens ein Verbindungsteil. Jedem vorhandenen Verbindungsteil ist jeweils ein Gegenverbindungsteil zugeordnet. Die Verbindungseinrichtung hat daher ein Paar oder mehrere Paare von jeweils einem Verbindungsteil und einem Gegenverbindungsteil. Das Verbindungsteil und das Gegenverbindungsteil eines gemeinsamen Paares arbeiten zur Herstellung der Verbindung zusammen und können beispielsweise ineinander eingreifen.
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Das wenigstens eine Verbindungsteil kann beispielsweise eine Verbindungsaussparung und das wenigstens eine Gegenverbindungsteil ein Verbindungsvorsprung sein, der in die Verbindungsaussparung eingreift.
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Bei einem Ausführungsbeispiel ist das wenigstens eine Verbindungsteil am Motormodul und das wenigstens eine Gegenverbindungsteil am Generatormodul angeordnet.
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Die Verbindungseinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, das wenigstens eine Verbindungsteil und das jeweils zugeordnete Gegenverbindungsteil durch eine lineare Relativbewegung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul in Eingriff miteinander zu bringen. Dabei kann beispielsweise der wenigstens eine Verbindungsvorsprung in die jeweils zugeordnete Verbindungsaussparung hineinragen. Die lineare Bewegung erfolgt insbesondere in einer Verbindungsrichtung parallel zur Rotationsachse. Durch eine entgegengesetzt orientierte lineare Bewegung in Verbindungsrichtung kann der Eingriff zwischen dem wenigstens einen Verbindungsteil und dem jeweils zugeordneten Gegenverbindungsteil gelöst werden.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Verbindungseinrichtung wenigstens ein Sicherungsteil aufweist. Vorzugsweise ist für jedes Paar aus einem Verbindungsteil und einem Gegenverbindungsteil ein zugeordnetes Sicherungsteil vorhanden. Das wenigstens eine Sicherungsteil kann zwischen einer Freigabestellung und einer Sicherungsstellung bewegt werden. Insbesondere ist das wenigstens eine Sicherungsteil dazu eingerichtet, die Verbindung zwischen dem zugeordneten Verbindungsteil und dem zugeordneten Gegenverbindungsteil aufrecht zu erhalten, wenn sich das Sicherungsteil in der Sicherungsstellung befindet. In der Freigabestellung des wenigstens einen Sicherungsteils können das zugeordnete Verbindungsteil und das zugeordnete Gegenverbindungsteil voneinander getrennt werden, insbesondere durch eine lineare Relativbewegung in Verbindungsrichtung zwischen dem Motormodul und dem Generatormodul.
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Es ist außerdem vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Verbindungsteil und/oder das wenigstens eine Gegenverbindungsteil eine Angriffsfläche aufweist. Die Angriffsfläche ist insbesondere dazu eingerichtet, mit einem Arbeitsabschnitt des wenigstens einen Sicherungsteils derart zusammenzuarbeiten, dass der Arbeitsabschnitt beim Aufbringen einer Kraft auf das wenigstens eine Sicherungsteil gegen die Angriffsfläche gedrückt wird, um das zugeordnete Verbindungsteil und das zugeordnete Gegenverbindungsteil voneinander weg zu bewegen bzw. die Verbindung zu lösen.
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Dabei kann das wenigstens eine Sicherungsteil und/oder die wenigstens eine Angriffsfläche derart ausgebildet sein, dass eine Kraftübersetzung zwischen der Kraft, die auf das Sicherungsteil ausgeübt wird und der in Verbindungsrichtung zwischen dem Verbindungsteil und dem Gegenverbindungsteil wirkenden Kraft bereitgestellt wird. Dazu kann an der wenigstens einen Angriffsfläche und/oder dem Arbeitsabschnitt beispielsweise wenigstens eine Kurvenfläche und/oder Schrägfläche vorhanden sein, die eine Neigung gegenüber der Kraftrichtung der auf das Sicherungsteil ausgeübten Kraft und der Verbindungsrichtung aufweist.
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Zusätzlich oder alternativ dazu kann auch eine Vorspanneinrichtung vorhanden sein, die bei hergestellter Verbindung mittels der Verbindungsrichtung eine Vorspannkraft bewirkt, die das Motormodul und das Generatormodul voneinander weg drängt. Eine solche Vorspanneinrichtung kann ein oder mehrere Vorspannelemente, wie z.B. Federn oder andere elastisch verformbare Elemente aufweisen. Das wenigstens eine Vorspannelement kann beispielsweise eine Vorspannkraft zwischen einem Verbindungsvorsprung und einer zugeordneten Verbindungsaussparung erzeugen. Durch die Vorspannkraft wird das Trennen von Motor- und Generatormodul vereinfacht. Zur Vereinfachung des Trennens können alternativ oder zusätzlich auch andere Ausgestaltungen dienen, beispielsweise Spann- oder Druckhebel, mittels denen eine Hebelkraftübersetzung zum Auseinanderdrücken der Module beim Trennen erreicht werden kann.
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Das Sicherungsteil kann linear bewegbar oder drehbar gelagert sein. Bei der drehbaren Lagerung wirkt die Kraft zum Bewegen des Sicherungsteils zwischen der Freigabestellung und der Sicherungsstellung tangential zur Drehrichtung des Sicherungsteils und erzeugt ein Moment. In diesem Fall kann eine vorhandene Kraftübersetzung auch als Momentenübersetzung bezeichnet werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische, blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines tragbaren Notstromaggregats mit einem Motormodul und einem Generatormodul in voneinander getrenntem Zustand,
- 2 das tragbare Notstromaggregat aus 1 bei hergestellter lösbarer mechanischer Verbindung,
- 3 das Notstromaggregat gemäß der 1 und 2 während des Lösens der mechanischen Verbindung,
- 4 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels eines Notstromaggregats mit einem Motormodul und einem Generatormodul, wobei die Verbindungseinrichtung zum Herstellen der lösbaren mechanischen Verbindung wenigstens eine Verbindungsschiene aufweist,
- 5 eine schematische Draufsicht auf eine Verbindungsschiene des Ausführungsbeispiels gemäß 4,
- 6 und 7 jeweils eine Darstellung des Notstromaggregats aus 4 während des Herstellens der lösbaren mechanischen Verbindung,
- 8 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fliehkraftkupplung mit einer Verbindungseinrichtung für ein erfindungsgemäßes Notstromaggregat bei gelöster Verbindung,
- 9 das Ausführungsbeispiel aus 8 bei hergestellter Verbindung,
- 10 eine schematische, perspektivische Darstellung einer Ausführungsform des Notstromaggregats gemäß der 8 und 9,
- 11 eine schematische teilgeschnittene Darstellung eines Verbindungsteils und eines zugeordneten Gegenverbindungsteils der Verbindungseinrichtung bei hergestellter Verbindung, wobei sich ein Sicherungsteil in einer Sicherungsstellung befindet,
- 12 das Verbindungsteil und das Gegenverbindungsteil aus 11, wobei das Sicherungsteil zum Lösen der Verbindung eingesetzt wird,
- 13 ein Verbindungsteil und ein Gegenverbindungsteil in einer schematischen teilgeschnittenen Darstellung mit einem schwenkbar gelagerten Sicherungsteil, das sich in einer Sicherungsstellung befindet und
- 14 das Verbindungsteil und das Gegenverbindungsteil aus 13, wobei das Sicherungsteil zum Lösen der Verbindung in eine Freigabestellung bewegt wurde.
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In den 1 bis 3 ist schematisch nach Art eines Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel eines tragbaren Notstromaggregats 20 veranschaulicht. Das Notstromaggregat 20 besteht beispielsgemäß aus einem Motormodul 21 und einem Generatormodul 22. Das Motormodul 21 und/oder das Generatormodul 22 weist außerdem eine Verbindungseinrichtung 23 auf, um das Motormodul 21 mit dem Generatormodul 22 lösbar mechanisch zu verbinden.
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Das Motormodul 21 hat einen Motormodulträger 26 an dem eine Motoreinheit 27 mit einem Verbrennungsmotor 28 angeordnet ist. Die Motoreinheit 27 enthält auch weitere Bauteile, wie zum Beispiel einen Kraftstofftank 29, der Kraftstoff für den Betrieb des Verbrennungsmotors 28 bevorratet, oder einen Anlasser, ein Motorsteuergerät oder dergleichen. Der Verbrennungsmotor 28 ist mit einer Motorwelle 30 antriebsverbunden. Die Antriebsverbindung kann über ein Getriebe erfolgen oder getriebelos sein. Am äußeren Ende der Motorwelle 30 sitzt ein motorseitiges Kupplungsteil 31 einer Fliehkraftkupplung 32.
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Das Generatormodul 22 hat einen Generatormodulträger 35, an dem eine Generatoreinheit 36 angeordnet ist. Die Generatoreinheit 36 hat einen Generator 37, der angetrieben werden kann, um elektrische Energie zu erzeugen. Die elektrische Energie kann in Form einer Gleichspannung bzw. eines Gleichstromes oder in Form einer Wechselspannung oder eines Wechselstromes bereitgestellt werden. Die Generatoreinheit kann hierfür entsprechende Wandlerschaltkreise aufweisen, beispielsweise wenigstens einen Gleichrichterschaltkreis und/oder wenigstens einen Wechselrichterschaltkreis. Die Generatoreinheit 36 kann außerdem eine Generatorsteuereinheit aufweisen, um den wenigstens einen Wandlerschaltkreis zu steuern und/oder wenigstens einen Sensor, um einen Strom I oder eine Spannung U zu messen, der bzw. die vom Generator 37 erzeugt wird. Die Generatoreinheit 36 kann auch einen oder mehrere Energiespeicher aufweisen. Beispielsgemäß ist eine Steckbuchse 38 an der Generatoreinheit 36 angeordnet, an die ein externer elektrischer Verbraucher 39 angeschlossen werden kann, wie es schematisch in 2 gezeigt ist.
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Der Rotor des Generators 37 ist mit einer Generatorwelle 40 antriebsverbunden. Diese Antriebsverbindung kann unter Zwischenschaltung eines Getriebes oder getriebelos erfolgen. An einem dem Generator 37 entgegengesetzten Ende trägt die Generatorwelle 40 ein generatorseitiges Kupplungsteil 41 der Fliehkraftkupplung 32.
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Bei hergestellter Verbindung zwischen dem Motormodul 21 und dem Generatormodul 22 mittels der Verbindungseinrichtung 23 sind das motorseitige Kupplungsteil 31 und das generatorseitige Kupplungsteil 41 koaxial zu einer gemeinsamen Rotationsachse R ausgerichtet (2). Besteht diese mechanische Verbindung sind das motorseitige Kupplungsteil 31 und das generatorseitige Kupplungsteil 41 derart relativ zueinander positioniert, das bei einer Rotation der Motorwelle 30 eine kraftschlüssige Kupplung zwischen dem motorseitigen Kupplungsteil 31 und dem generatorseitigen Kupplungsteil 41 hergestellt wird. Es wird bei rotierender Motorwelle 30, sofern die Drehzahl ausreichend groß ist, lediglich eine kraftschlüssige Kupplung durch die Fliehkraftkupplung 32 hergestellt. Zwischen dem motorseitigen Kupplungsteil 31 und dem generatorseitigen Kupplungsteil 41 besteht keine formschlüssige Verbindung.
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Das generatorseitige Kupplungsteil 41 hat eine in Drehrichtung um die Generatorwelle bzw. in Drehrichtung um die Rotationsachse R eine kreisförmig geschlossene Innenfläche. Das motorseitige Kupplungsteil 31 weist einen oder mehrere gegen eine Rückhaltekraft radial zur Rotationsachse R nach außen bewegbarem Körper auf. Ist die Drehzahl der Motorwelle ausreichend groß, werden die Körper gegen die Rückhaltekraft radial nach außen bewegt und können mit der Innenfläche des generatorseitigen Kupplungsteils 41 zur Anlage kommen und dadurch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen 31, 41 herstellen.
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Bei nicht rotierender Motorwelle 30 ist zwischen dem Antriebsmotor 28 und dem Generator 37 keine Antriebsverbindung vorhanden. Die Fliehkraftkupplung 32 ist geöffnet.
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Das Motormodul 21 weist beispielsgemäß optional ein motorseitiges Steckverbindungsteil 44 auf, das elektrisch mit der Motoreinheit 27 verbunden ist. Das Generatormodul 22 weist optional ein generatorseitiges Steckverbindungsteil 45 auf, das elektrisch mit der Generatoreinheit 36 verbunden ist. Bei hergestellter mechanischer Verbindung mittels der Verbindungseinrichtung 23 wird auch eine elektrische Verbindung durch ineinanderstecken der Steckverbindungsteile 44, 45 hergestellt oder kann alternativ mittels der Steckverbindungsteile 44, 45 hergestellt werden, beispielsweise durch ein Verbindungskabel. Über diese elektrische Verbindung können beispielsweise Signale zwischen der Generatoreinheit 36 und der Motoreinheit 27 ausgetauscht werden, um den Verbrennungsmotor 28 abhängig von elektrischen Größen der Generatoreinheit 36, insbesondere abhängig vom Strom I und/oder der Spannung U zu regeln. Die elektrische Kopplung zwischen der Motoreinheit 27 und der Generatoreinheit 36 ist optional und kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel entfallen.
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Bei einer Ausführungsform kann auch ein Verbindungssensor 42 der mechanischen Verbindungseinrichtung 23 zugeordneter vorhanden sein, der ein Sensorsignal erzeugt, das angibt, ob die mechanische Verbindung zwischen dem Motormodul 21 und dem Generatormodul 22 mittels der Verbindungseinrichtung 23 hergestellt ist. Dieser Verbindungssensor 42 ist der Übersichtlichkeit wegen nur in 1 dargestellt, kann aber auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Der Verbindungssensor 42 kann am Motormodul 21 und/oder am Generatormodul 22 angeordnet sein. Bei der Anordnung am Generatormodul 22 kann das Sensorsignal z.B. über die mittels der Steckverbindungsteile 44, 45 hergestellte elektrischer Verbindung übermittelt werden. Die Motoreinheit 27 kann dazu eingerichtet sein, das Starten des Verbrennungsmotors 28 erst dann zuzulassen, wenn das Sensorsignal des Verbindungssensors 42 die hergestellte Verbindung anzeigt.
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Die Verbindungseinrichtung 23 zu lösbaren mechanischen Verbindung zwischen dem Motormodul 21 und dem Generatormodul 22 ist derart ausgebildet, dass die mechanische Verbindung werkzeuglos hergestellt und werkzeuglos gelöst werden kann. Darunter ist zu verstehen, dass zusätzliche Werkzeuge wie Schraubenschlüssel, Schraubendreher, usw., entfallen können und die Verbindung ausschließlich durch die vorhandenen Bauteile der Verbindungseinrichtung 23 hergestellt und gelöst werden kann.
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Vorzugsweise hat die Verbindungseinrichtung 23 wenigstens ein Verbindungsteil 46, wenigstens ein Gegenverbindungsteil 47 und wenigstens ein Sicherungsteil 48. Jeweils ein Verbindungsteil 46 und ein Gegenverbindungsteil 47 bilden ein Paar, die zum Herstellen der mechanischen Verbindung zusammenarbeiten. Die Verbindungseinrichtung 23 kann mehrere solcher Paare aufweisen. Dabei ist das wenigstens eine Verbindungsteil 46 beispielsgemäß am Motormodul 21 und das wenigstens eine Gegenverbindungsteil 47 am Generatormodul 22 angeordnet.
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Jedes Paar aus einem Verbindungsteil 46 und einem Gegenverbindungsteil 47 hat beispielsgemäß eine Verbindungsaussparung 49 und einen Verbindungsvorsprung 50, wobei der Verbindungsvorsprung 50 bei hergestellter mechanischer Verbindung in die Verbindungsaussparung 59 hineinragt. Beispielsgemäß ist das Verbindungsteil 46 als Verbindungsaussparung 49 und das Gegenverbindungsteil 47 als Verbindungsvorsprung 50 ausgebildet. Es ist alternativ auch möglich, das Verbindungsteil 46 als Verbindungsvorsprung 50 und das Gegenverbindungsteil 47 als Verbindungsaussparung 49 auszubilden.
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Diese Zuordnung kann bei mehreren Paaren von jeweils einem Verbindungsteil 46 und einem Gegenverbindungsteil 47 auch unterschiedlich sein.
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Jedem Paar aus einem Verbindungsteil 46 und einem Gegenverbindungsteil 47 ist ein Sicherungsteil 48 zugeordnet. Das Sicherungsteil 48 kann zwischen einer Freigabestellung F (1, 3, 4, 6, 8, 10, 12, 14) und einer Sicherungsstellung S (2, 7, 9, 11, 13) bewegt werden. In der Sicherungsstellung S wird das Lösen der mechanischen Verbindung zwischen dem zugeordneten Verbindungsteil 46 und dem zugeordneten Gegenverbindungsteil 47 blockiert. In der Freigabestellung F können das zugeordnete Verbindungsteil 46 und das zugeordnete Gegenverbindungsteil 47 zumindest in einem Freiheitsgrad relativ zueinander bewegt werden, um die mechanische Verbindung herzustellen oder zu lösen.
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Die Verbindungsaussparung 49 und der zugeordnete Verbindungsvorsprung 50 sind in einer Verbindungsrichtung V durch eine lineare Relativbewegung zwischen dem Motormodul 21 und dem Generatormodul 22 ineinander steckbar und voneinander trennbar. Abgesehen von einem Spiel zwischen der Verbindungsaussparung 46 und dem Verbindungsvorsprung 50 sind bei hergestellter mechanischer Verbindung durch die Verbindungseinrichtung 23 das Motormodul 21 und das Generatormodul 22 rechtwinklig zur Verbindungsrichtung V nicht bewegbar. Wenn der Verbindungsvorsprung 50 in die zugeordnete Verbindungsaussparung 49 hineinragt, werden Bewegungen rechtwinklig zur Verbindungsrichtung V im Wesentlichen unterbunden.
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In einer Querrichtung Q rechtwinklig zur Verbindungsrichtung V durchsetzt eine Sicherungsaussparung 51 den an die Verbindungsaussparung 49 angrenzenden Bereich des Motormoduls 21 und beispielsweise des Motormodulträgers 26. Die Sicherungsaussparung 51 weist beispielsgemäß zwei in Querrichtung Q fluchtende Abschnitte auf, zwischen denen die Verbindungsaussparung 49 angeordnet ist. Die Sicherungsaussparung 51 durchsetzt sozusagen die Verbindungsaussparung 49 und ist zumindest an einer Seite von außen zum Einstecken des Sicherungsteils 48 zugänglich.
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Der Verbindungsvorsprung 50 wird ebenfalls durch eine Sicherungsaussparung 52 durchsetzt. Sind das Motormodul 21 und das Generatormodul 22 derart relativ zueinander positioniert, dass der wenigstens eine Verbindungsvorsprung 50 in die wenigstens eine Verbindungsaussparung 49 eingreift und das Motormodul 21 und das Generatormodul 22 in Verbindungsrichtung V ihre betriebsbereite Relativlage erreicht haben (z.B. 2), dann fluchtet die Sicherungsaussparung 51 an der Verbindungsaussparung 49 mit der Sicherungsaussparung 52 am Verbindungsvorsprung 50. Das Sicherungsteil 48 kann durch die Sicherungsaussparungen 51, 52 hindurchgesteckt werden und nimmt dadurch die Sicherungsstellung S ein. Die Sicherungsstellung S ist in 2 und in einer vergrößerten Darstellung in 11 dargestellt.
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Bei dem in den 1 bis 3 und den 11 und 12 veranschaulichten Ausführungsbeispiel der Verbindungseinrichtung 23 weist der Verbindungsvorsprung 50 an seinem freien Ende eine Angriffsfläche 53 auf, die gegenüber der Querrichtung Q unter einem Neigungswinkel α geneigt verläuft. Die Angriffsfläche 53 hat auch eine Neigung gegenüber der Verbindungsrichtung V, die 90°-α beträgt. Der Neigungswinkel α ist vorzugsweise kleiner als 45°.
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In Querrichtung Q ist die Angriffsfläche 53 bei vollständig hergestellter Verbindung, wenn die Sicherungsbrechungen 51, 52 in Querrichtung Q fluchten, im Bereich einer Queröffnung 54 angeordnet, die in die Verbindungsaussparung 49 einmündet und von außen zugänglich ist. Die Mittelachse der Queröffnung 54 kann in dieser Position die Angriffsfläche 53 durchsetzen. Die Queröffnung 54 kann lediglich auf einer Seite in die Verbindungsaussparung 49 einmünden oder die Verbindungsaussparung 49 einmünden oder die Verbindungsaussparung 49 vollständig durchsetzen, so dass die Verbindungsaussparung 49 zwischen zwei Abschnitten der Queröffnung 54 angeordnet ist. Die Queröffnung 54 ist in Verbindungsrichtung V mit Abstand zur Sicherungsaussparung 51 angeordnet.
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Am Sicherungsteil 48 ist ein Arbeitsabschnitt 55 vorhanden, der mit der Angriffsfläche 53 zusammenarbeiten kann. Der Arbeitsabschnitt 55 ist bei dem in den 1 bis 3, 11 und 12 gezeigten Ausführungsbeispiel durch das vorzugsweise abgerundete oder konische freie Ende eines stift- oder zapfenförmigen Abschnitts des Sicherungsteils 48 gebildet. Der Arbeitsabschnitt 55 kann durch die Queröffnung 54 zur Anlage mit der Angriffsfläche 53 gebracht werden (3 und 12). Durch Krafteinwirkung auf das Sicherungsteil 48 in Querrichtung Q wird aufgrund der schräg geneigten Angriffsfläche 53 eine Kraft in Verbindungsrichtung V zwischen der Verbindungsaussparung 49 und dem Verbindungsvorsprung 50 erzeugt, so dass diese relativ zueinander bewegt werden können. Mittels des Sicherungsteils 48 kann somit eine Lösebewegung zwischen dem Motormodul 21 und dem Generatormodul 22 hervorgerufen werden.
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Aufgrund der geneigten Angriffsfläche wird somit eine Kraftübersetzung erzeugt. Die Übersetzung kann durch den Betrag des Neigungswinkels α eingestellt werden.
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Das in den 4 bis 7 veranschaulichte Ausführungsbeispiel entspricht dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3. Es wird darauf hingewiesen, dass die genaue Anordnung der Verbindungseinrichtung 23 abhängig von der Ausgestaltung des Motormoduls 21 und des Generatormoduls 22 variieren kann.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 7 weist die Verbindungseinrichtung 23 zusätzlich eine Schienenführung 60 auf. Die Schienenführung 60 ist dazu ausgebildet, das Verschieben der Module 21, 22 in Verbindungsrichtung V beim Herstellen und Lösen der mechanischen Verbindung zu führen.
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Die Schienenführung 60 weist eine Schiene 61 auf, die sich in Verbindungsrichtung V erstreckt und beispielsgemäß am Generatormodulträger 35 befestigt ist.
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Die Schiene 61 hat auf ihrer Oberseite eine Kulissenbahn 62 (5). Die Kulissenbahn 62 hat wenigstens eine Erweiterung 63 und beispielsgemäß zwei Erweiterungen 63 an in Verbindungsrichtung V voneinander beabstandeten Stellen. Benachbart zu jeder Erweiterung 63 weist die Kulissenbahn 62 jeweils einen Führungsabschnitt 62a auf, der sich in Verbindungsrichtung V erstreckt und rechtwinklig zur Verbindungsrichtung V schmaler ausgebildet ist als die wenigstens eine Erweiterung 63.
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Am Motormodul 21 sind an der Unterseite mehrere Führungskörper 64 der Schienenführung 60 vorhanden und ragen vom Motormodulträger 26 weg zu einem freien Ende hin. Am freien Ende hat jeder Führungskörper 64 einen Kopfteil 65, der über einen Verbindungsteil 66 mit dem Motormodulträger 26 verbunden ist. In Erstreckungsrichtung zum Kopfteil 65 hin hat der Verbindungsteil 66 zumindest abschnittsweise eine geringere Querschnittsabmessungen bzw. einen geringeren Durchmesser als der Kopfteil 65. Beim Ausführungsbeispiel weist der Verbindungsteil 66 eine Einschnürung auf, die einen geringeren Durchmesser aufweist, als der Kopfteil 65 jedes Führungskörpers 64. Beim Ausführungsbeispiel sind die Führungskörper 64 im Querschnitt an jeder Stelle kreisförmig.
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Die Führungskörper 64 könnten auch andere Formen und Konturen aufweisen, die sich zum freien Ende hin erweitern. Durch die Erweiterung des Kopfteils 65 kann der wenigstens eine Führungsabschnitt 62a der Kulissenbahn 62 hintergriffen werden, die sich an die Erweiterungen 63 anschließen, so dass das Motormodul 21 nicht nach oben von der Schiene 61 abgehoben werden kann.
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Das Herstellen der lösbaren mechanischen Verbindung ist beispielhaft in den 6 und 7 veranschaulicht. Am Generatormodul 2 sind beispielsweise zwei oder mehr Schienen 61 angeordnet, die derart in Verbindungsrichtung V wegragen, dass die Kulissenbahn 62 zugänglich ist. Das Motormodul 21 wird mit den Führungskörpern 64 in die Erweiterungen 63 der Kulissenbahn 62 eingesetzt und ist dann mit Abstand zum Generatormodul 22 angeordnet, wie es schematisch in 6 gezeigt ist. Anschließend kann das Motormodul 21 entlang den Schienen 61 verschoben werden, bis es die endgültige Lage erreicht hat und die hergestellte mechanische Verbindung durch das wenigstens eine Sicherungsteil 48 gesichert werden kann. Die Führungskörper 64 gleiten dabei entlang der Kulissenbahn 62 aus den Erweiterungen 63 weg und hintergreifen die an die Kulissenbahn 62 außerhalb der Erweiterungen 63 angrenzenden Bereiche der Schienen 61. In 7 ist die hergestellte und gegen versehentliches Lösen gesicherte Verbindung dargestellt.
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Es versteht sich, dass die wenigstens eine Schiene 61 auch am Motormodulträger 26 angebracht werden könnte und der wenigstens eine Führungskörper 64 am Generatormodulträger 35 angeordnet sein könnte.
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In den 8 bis 10 ist schematisch eine abgewandelte Ausführungsform der Fliehkraftkupplung 23 veranschaulicht. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Fliehkraftkupplung 32 eine Zentriereinrichtung 68 mit einem motorseitigen Zentrierring 69 und einem generatorseitigen Zentrierring 70. Die Zentrierringe 69, 70 haben unterschiedliche Abmessungen, wobei beispielsgemäß der Außendurchmesser des motorseitigen Zentrierrings 69 in etwa dem Innendurchmesser des generatorseitigen Zentrierrings 70 entspricht. Durch das Verschieben in Verschieberichtung V greift der motorseitige Zentrierring 61 in den generatorseitigen Zentrierring 70 ein und zentriert das motorseitige Kupplungsteil 31 und das generatorseitige Kupplungsteil 41 gegenüber der gemeinsamen Rotationsachse R (9).
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In den 13 und 14 ist ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Sicherungsteils 48 veranschaulicht, das hier um eine Schwenkachse A schwenkbar gelagert ist. Die Schwenklagerstelle ist benachbart zur Verbindungsaussparung 49 angeordnet. In etwa tangential zur Umfangsrichtung um die Schwenkachse A erstreckt sich ein Sicherungsstift 71 des Sicherungsteils 48. Der Sicherungsstift 71 ist dazu eingerichtet, in der Sicherungsstellung S des Sicherungsteils 48 durch die Sicherungsaussparung 51 an der Verbindungsaussparung 49 hindurch in eine Sicherungsaussparung oder, wie beim Ausführungsbeispiel, in eine Sicherungsaussparung 52a am Verbindungsvorsprung 50 einzugreifen.
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Die Sicherungsaussparung 52 ist beim Ausführungsbeispiel als Sackloch im Verbindungsvorsprung 50 ausgebildet.
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Das Sicherungsteil 48 ist zwischen der Freigabestellung F und der Sicherungsstellung S um die Schwenkachse A schwenkbar. Der Arbeitsabschnitt 55, der zum Zusammenarbeiten mit der Angriffsfläche 53 am Verbindungsvorsprung 50 eingerichtet ist, weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine sich zumindest teilweise um die Schwenkachse A herum erstreckende Kurvenfläche 72 auf, die an der Angriffsfläche 53 anliegt oder zur Anlage gebracht werden kann. Der Abstand der Kurvenfläche 72 von der Schwenkachse A variiert in Umfangsrichtung um die Schwenkachse A. Die der Angriffsfläche 53 zugewandte Stelle der Kurvenfläche 72 in der Sicherungsstellung S des Sicherungsteils 48 hat beispielsgemäß den kleinsten Abstand zur Schwenkachse A und ausgehend davon nimmt der Abstand der der Angriffsfläche 53 zugewandten Stelle der Kurvenfläche 72 beim Schwenken aus der Sicherungsstellung S in eine Freigabestellung F zu. Dadurch wird beim Schwenken aus der Sicherungsstellung S (13) in die Freigabestellung F (14) eine Kraft zwischen der Verbindungsaussparung 49 und dem Verbindungsvorsprung 50 erzeugt, die den Verbindungsvorsprung 50 aus der Verbindungsaussparung 49 zum Lösen der mechanischen Verbindung herausbewegt.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 13 und 14 kann die Angriffsfläche 53 auch eine andere Form und Ausrichtung haben, beispielsweise rechtwinkelig zur Verbindungsrichtung V ausgerichtet sein.
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Das Ausführungsbeispiel des Sicherungsteils 48 gemäß der 13 und 14 kann bei sämtlichen Ausführungsbeispielen des Notstromaggregats 20 verwendet werden.
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Das Ausführungsbeispiel der Verbindungseinrichtung 23 gemäß der 8 bis 10 kann ebenfalls bei sämtlichen Ausführungsbeispielen des Notstromaggregats 20 eingesetzt werden.
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Die Fliehkraftkupplung 32 hat am motorseitigen Kupplungsteil 31 radial nach außen bewegbar gelagerte Körper, die durch eine Federkraft oder eine andere Rückhaltekraft an einer Bewegung radial nach außen gehindert werden. Sind die durch eine Rotation der Motorwelle 30 erzeugten Fliehkräfte ausreichend groß, gelangen die Körper in Anlage mit einer Innenfläche des generatorseitigen Kupplungsteils 41. Dadurch wird eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den beiden Kupplungsteilen 31, 41 hergestellt.
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Die Erfindung betrifft ein tragbares Notstromaggregat 20 mit einem Motormodul 21 und einem Generatormodul 22. Mittels einer Verbindungseinrichtung 23 sind das Motormodul 21 und das Generatormodul 22 lösbar mechanisch miteinander verbindbar. Das Motormodul 21 weist einen Verbrennungsmotor 28 auf, der eine Motorwelle 30 antreiben kann. An der Motorwelle 30 sitzt ein motorseitiges Kupplungsteil 31 einer Fliehkraftkupplung 32. Das Generatormodul 22 weist einen Generator 37 auf, der mit einer Generatorwelle 40 antriebsverbunden ist. An der Generatorwelle 40 sitzt ein generatorseitiges Kupplungsteil 41 der Fliehkraftkupplung 32. Bei vollständig hergestellter mechanischer Verbindung mittels der Verbindungseinrichtung 23 sind das motorseitige Kupplungsteil 31 und das generatorseitige Kupplungsteil 41 jeweils koaxial zu einer gemeinsamen Rotationsachse R angeordnet. Die Fliehkraftkupplung 32 schließt erst bei einer Rotation der Motorwelle 30 um die Rotationsachse R.
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Bezugszeichenliste
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- 20
- Notstromaggregat
- 21
- Motormodul
- 22
- Generatormodul
- 23
- Verbindungseinrichtung
- 26
- Motormodulträger
- 27
- Motoreinheit
- 28
- Verbrennungsmotor
- 29
- Kraftstofftank
- 30
- Motorwelle
- 31
- motorseitiges Kupplungsteil
- 32
- Fliehkraftkupplung
- 35
- Generatormodulträger
- 36
- Generatoreinheit
- 37
- Generator
- 38
- Steckbuchse
- 39
- Verbraucher
- 40
- Generatorwelle
- 41
- generatorseitiges Kupplungsteil
- 42
- Verbindungssensor
- 44
- motorseitiges Steckverbindungsteil
- 45
- generatorseitiges Steckverbindungsteil
- 46
- Verbindungsteil
- 47
- Gegenverbindungsteil
- 48
- Sicherungsteil
- 49
- Verbindungsaussparung
- 50
- Verbindungsvorsprung
- 51
- Sicherungsaussparung an der Verbindungsaussparung
- 52
- Sicherungsaussparung am Verbindungsvorsprung
- 53
- Angriffsfläche
- 54
- Queröffnung
- 55
- Arbeitsabschnitt
- 60
- Schienenführung
- 61
- Schiene
- 62
- Kulissenbahn
- 63
- Erweiterung
- 64
- Führungskörper
- 68
- Zentriereinrichtung
- 69
- motorseitiger Zentrierring
- 70
- generatorseitiger Zentrierring
- 71
- Sicherungsstift
- 72
- Kurvenfläche
- α
- Neigungswinkel
- F
- Freigabestellung
- I
- Strom
- Q
- Querrichtung
- R
- Rotationsachse
- S
- Sicherungsstellung
- U
- Spannung
- V
- Verbindungsrichtung
