DE202010014220U1

DE202010014220U1 - Stromerzeugungsaggregat

Info

Publication number: DE202010014220U1
Application number: DE202010014220U
Authority: DE
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-01-16
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: DE102011115580A1

Abstract

Stromerzeugungsaggregat, insbesondere zur Reichweitenerweiterung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Generator, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Rotationskolbenmaschine ausgeführt ist, welche wenigstens einen sich drehenden Kolben aufweist, dass dieser wenigstens eine Kolben in drehmomentübertragender Weise mit einer Abtriebswelle (7) verbunden ist, dass auf diese Abtriebswelle (7) weiterhin der Generator (6) angeordnet ist und dass die dadurch gebildete Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit (10) über Lager in einem Innengehäuse (2) des Aggregats gelagert ist, wobei wenigstens eines der Lager die axiale Bewegung der Abtriebswelle wenigstens in einer Richtung begrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromerzeugungsaggregat, insbesondere zur Reichweitenerweiterung eines elektrisch betriebenen Fahrzeuges, mit einer Brennkraftmaschine und einem Generator, welcher achsgleich zur Abtriebswelle der Brennkraftmaschine angeordnet ist, wobei Brennkraftmaschine und Generator in einem kühlluftdurchströmten Gehäuse angeordnet sind.
Aus der US 2005/0279542 A1 ist ein autonom betreibbares tragbares Stromerzeugungsaggregat bekannt, welches dazu dient, die Reichweite eines Elektrofahrzeuges auszudehnen. Das Stromerzeugungsaggregat weist eine Brennkraftmaschine und einen koaxial zu dieser angeordneten Generator auf, wobei Brennkraftmaschine und Generator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Das gemeinsame Gehäuse, welches durch eine Trennwand in zwei Bereich unterteilt ist, wird von Kühlluft durchströmt, wobei die Kühlluft im Bereich des Generators in das Gehäuse ein- und am brennkraftmaschinenseitigen Ende des Gehäuses wieder ausströmt. Für die Förderung der Kühlluft weist der Rotor des Generators sowie die Abtriebswelle der Brennkraftmaschine Gebläseflügel auf.
Die US 7,049,707 B2 offenbart ein Stromerzeugungsaggregat, bestehend aus einer Brennkraftmaschine und einem Generator, welche über eine gemeinsame Welle miteinander verbunden sind. Brennkraftmaschine und Generator sind in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, welches auf der Seite des Generators und auf der Seite der Brennkraftmaschine Eintrittsöffnungen für Kühlluft aufweist, wobei die Kühlluft durch Gebläserotoren gefördert wird.
Werter wird in der DE 39 30 901 A1 ein Maschinenaggregat bestehend aus einer Rotationskolbenbrennkraftmaschine und einem Rotationskolbenkompressor, sowie einem Generator beschrieben. Der Kompressor und der Stromgenerator werden über Riemenantriebe durch die Brennkraftmaschine angetrieben. Weiter treibt die Brennkraftmaschine über ein Kardangelenk und eine unverdrehbar in sich längsverschiebbare Antriebswelle ein Lüfterrad an. Die Brennkraftmaschine kann über einen im Strom des Lüfterrades liegenden Kühler gekühlt werden. Das Maschinenaggregat ist als transportables Gerät für den Einsatz bei Katastrophenfällen oder für militärische Zwecke bestimmt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Stromerzeugungsaggregat insbesondere als Range-Extender für Elektrofahrzeuge zu schaffen, welches wenig Bauraum in Anspruch nimmt und eine zuverlässige Funktion aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der kompakte Aufbau wird dadurch erreicht, dass nur eine Abtriebswelle vorgesehen ist, auf der Brennkraftmaschine und Generator angeordnet sind. Die Brennkraftmaschine ist als Rotationskolbenmaschine ausgebildet und insbesondere als Kreiskolbenmaschine mit exzentrisch um die Abtrebswelle umlaufendem Kolben.
Dabei ist die Abtriebswelle vorzugsweise einstückig ausgebildet und mit mindestens zwei Lagern im Innengehäuse abgestützt.
Eine besonders zu bevorzugende Lagerung der Abtriebswelle ergibt sich, wenn die Abtriebswelle einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der in axialer Richtung durch eine erste Anlageschulter und eine zweite Anlageschulter begrenzt ist. An diesen beiden Anlageschultern können unmittelbar die Lager anliegen.
Die Anlageschultern sind vorzugsweise zu beiden Seiten des Exzenters ausgebildet, so dass der Kreiskolben der Brennkraftmaschine in axialer Richtung zwischen den beiden Lagern angeordnet ist.
Vorzugsweise ist an einem ersten Ende der Abtriebswelle der Generator angeordnet. Dies fördert die durch die Erfindung angestrebte kompakte Bauweise.
Das zweite Ende der Abtriebswelle ist vorzugsweise so gestaltet, dass es ein Hilfsaggregat aufnimmt, und zwar insbesondere eine Ölpumpe und/oder ein Gebläserad. Bei entsprechender Anordnung können Ölpumpe und Gebläserad auch zusammen auf dem zweiten Ende montiert werden.
Vorzugsweise sind Brennkraftmaschine und Generator als Einheit ausgebildet und in einem im Wesentlichen rohrförmigen, durch ein Innengehäuse gebildeten Kühlraum des Gehäuses angeordnet sind, wobei in den Kühlraum auf der Seite des Generators, vorzugsweise etwa im Bereich der Abtriebswellenachse, ein Zuluftkanal einmündet und vom Kühlraum auf der Seite der Brennkraftmaschine, vorzugsweise im Bereich der Abtriebswellenachse ein Abluftkanal ausgeht und wobei die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit über schalldämmende Motorlager im Gehäuse gelagert ist.
Die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit wird somit von einem Luftströmungsmantel umgeben, was sich vorteilhaft auf die Schallabstrahlung auswirkt.
Um das Betriebsgeräusch weiter zu minimieren und eine ausreichende Kühlung der Einheit zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn die Brennkraftmaschine wassergekühlt ist. Bevorzugt ist im Kühlraum zumindest ein Luft/Wasser-Wärmetauscher – vorzugsweise bezogen auf die Abtriebswellenachse – beidseits der Brennkraftmaschine jeweils Luft/Wasser-Wärmetauscher angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist als Kreiskolbenmotor ausgebildet.
Eine äußerst kompakte Bauweise lässt sich erreichen, wenn – in einer Draufsicht betrachtet – der Zuluftkanal, der Kühlraum und der Abluftkanal ”S”-förmig angeordnet sind.
Um einen ausreichenden Kühlluftdurchsatz zu realisieren, wird vorgeschlagen, dass – in Bezug auf die Luftströmung – stromaufwärts des Generators im Kühlraum ein Gebläse angeordnet ist, dessen Laufrad vorzugsweise achsgleich mit der Abtriebswellenachse angeordnet ist, wobei vorzugsweise – auf die Luftströmung bezogen – stromabwärts des Austrittes des Gebläses ein Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine im Kühlraum angeordnet ist. Dadurch, dass der Ansaugstutzen stromabwärts des Gebläselaufrades angeordnet ist, wird bereits vorverdichtete Luft angesaugt, was sich vorteilhaft auf die Motorleistung auswirkt.
Eine äußerst kompakte und schallarme Konzeption lässt sich erreichen, wenn vorzugsweise stromabwärts der Luft/Wasser-Wärmetauscher ein Abgaskanal der Brennkraftmaschine vorzugsweise im Bereich der Abtriebswellenachse in den Abluftkanal einmündet. Dadurch, dass die Abgase in die Kühlluft eingeblasen werden, lässt sich die Schallabstrahlung weiter absenken.
Ein äußerst geringes Bauvolumen und eine minimale Anzahl an Bauteilen lässt sich erreichen, wenn ein kraftgebender Teil der Brennkraftmaschine und ein stromerzeugender Teil des Generators, insbesondere der Rotor des Generators eine gemeinsame Welle aufweisen, wobei es besonders vorteilhaft ist, wenn der Rotor des Generators mit einer ersten Ausgleichsmasse für den Massenausgleich verbunden ist oder mit diesem eine Einheit bildet. Im Rahmen der Erfindung kann werter vorgesehen sein, dass ein Gehäuse des Generators und ein abtriebseitiger Gehäuseteil der Brennkraftmaschine eine Einheit bilden, vorzugsweise einteilig ausgeführt sind. Dies ermöglicht eine sehr kompakte und geräuscharme Ausführung.
Weiter kann zur Einsparung von Bauteilen und Bauraum in einer sehr schallarmen Konzeption vorgesehen sein, dass zumindest auf einer Seite des Kühlraumes, des Zuluftkanals und des Abluftkanals, ein vorzugsweise in das Gehäuse integrierter Kraftstofftank angeordnet ist.
In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zumindest auf einer Seite des Kühlraumes, des Zuluftkanals und des Abluftkanals, ein vorzugsweise in das Gehäuse integrierter Kraftstofftank angeordnet ist. Das Stromerzeugungsaggregat bildet somit samt Kraftstofftank eine abgeschlossene Baueinheit und kann auch als auswechselbarer Modul konzipiert werden, welcher in einem vorbestimmten Fahrzeugraum bei Bedarf eingesetzt oder entfernt werden kann.
Eine platzsparende Konstruktion lässt sich verwirklichen, wenn eine erste Ausgleichsmasse am Rotor des Generators angeordnet ist, welche vorzugsweise Integral mit dem Rotor ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Antriebswelle an einem dem ersten Ende abgewandten zweiten Ende eine zweite Ausgleichsmasse aufweist.
Dadurch, dass die erste Ausgleichsmasse in den Rotor des Generators integriert ist, kann das Stromerzeugungsaggregat sehr kompakt und gewichtsarm ausgeführt werden.
Eine äußerst kompakte und schallarme Konzeption lässt sich erreichen, wenn sowohl die Brennkraftmaschine, als auch der Generator wassergekühlt ist. Vorzugsweise weist das Gehäuse der Brennkraftmaschine und das Gehäuse des Generators integrierte Kühlkanäle auf, wobei vorzugsweise die Kühlkanäle der Brennkraftmaschine und die Kühlkanäle des Generators leitungslos miteinander strömungsverbunden sind. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Gehäuse des Generators direkt an das Gehäuse der Brennkraftmaschine anschließt, wobei vorzugsweise das Gehäuse des Generators integral mit dem Gehäuse der Brennkraftmaschine ausgebildet ist.
Eine besonders kompakte und leicht gewichtige Bauweise wird ermöglicht, wenn im Bereich des zweiten Endes der Antriebswelle eine Ölpumpe angeordnet ist, deren Laufrad mit der Antriebswelle drehverbunden ist, wobei vorzugsweise die Ölpumpe zwischen der Brennkraftmaschine und der zweiten Ausgleichsmasse an- geordnet ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 das erfindungsgemäße Stromerzeugungsaggregat in einem Längsschnitt; und
2 eine Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit des Stromerzeugungsaggregates in einem Längsschnitt,
3 eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle mit zwei Zylinderrollenlagern, wobei der Innenring dieser nur einen Lagerbord aufweist,
4: eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle mit zwei Zylinderrollenlagern, wobei der Außenring dieser nur einen Lagerbord aufweist,
5: eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle mit zwei Zylinderrollenlagern, wobei diese keinen Innenring aufweisen,
6: eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle mit zwei Zylinderrollenlagern, wobei diese keinen Außenring aufweisen,
7: eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle mit zwei Rillenkugellagern.
1 zeigt ein Stromerzeugungsaggregat 1 mit einem inneren Gehäuse 2 und einem äußeren Gehäuse 3. Das innere Gehäuse 2 bildet einen Kühlraum 4 aus, in welchem eine Brennkraftmaschine 5 und ein Generator 6 angeordnet sind, wobei der Generator 6 mit der Abtriebswelle 7 der Brennkraftmaschine 5 drehverbunden ist. Die Brennkraftmaschine 5 ist im Ausführungsbeispiel durch einen Kreiskolbenmotor gebildet. Der Kühlraum 4 ist im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet, wobei generatorseitig ein Zuluftkanal 8 etwa im Bereich der Abtriebswellenachse 7' in den Kühlraum 4 einmündet. Auf der Seite der Brennkraftmaschine 5 geht vom Kühlraum 4 im Bereich der Abtriebswellenachse 7' ein Abluftkanal 9 aus. Zuluftkanal 8, Kühlraum 4 und Abluftkanal 9 bilden in der in 1 dargestellten Schnittdarstellung bzw. einer Draufsicht auf das Stromerzeugungsaggregat die Form eines ”S”, so dass eine äußerst kompakte Packung erreicht werden kann.
Die durch Brennkraftmaschine 5 und Generator 6 gebildete Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 ist über schwingungsdämpfende Motorlager im Innengehäuse 2 abgestützt. Auf der Seite der Mündung 8' der Zuluftleitung 8 in den Kühlraum 4 ist ein Gebläselaufrad 11 angeordnet, welches durch die Abtriebswelle 7 angetrieben wird. Durch das Gebläselaufrad 11 wird ein Luftstrom entsprechend den Pfeilen S im Zuluftkanal 8, Kühlraum 4 und in der Abluftkanal 9 erzeugt, wobei die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 in Form einer Mantelströmung umströmt wird.
Stromabwärts des Gebläselaufrades 11 ist die Ansaugöffnung 12' einer Ansaugleitung 12 der Brennkraftmaschine 5 angeordnet. Dadurch kann bereits durch das Gebläselaufrad 11 vorverdichtete Luft von der Brennkraftmaschine 5 angesaugt werden, was sich vorteilhaft auf die Motorleistung auswirkt.
Die Brennkraftmaschine 5 ist wassergekühlt ausgeführt. Zur optimalen Kühlung der Brennkraftmaschine 5 sind im Kühlraum 4 beidseits der Abtriebswellenachse 7' Luft/Wasser-Wärmetauscher 13 angeordnet, welche durch die Kühlluft S angeströmt werden. Im Bereich des Austrittes 9' der Austrittsleitung 9 aus dem Kühlraum 4 ist die Mündung 14' einer Abgasleitung 14 der Brennkraftmaschine 5 angeordnet, so dass die Abgase direkt in den Kühlluftstrom S eingebracht werden und sich mit der Kühlluft vermischen. Dies ermöglicht einerseits eine Abkühlung der Abgase und andererseits eine wirksame Reduktion der Schallabstrahlung.
In das äußere Gehäuse 3 des Stromerzeugungsaggregates 1 ist ein Kraftstofftank 15, zumindest auf einer Seite des Kühlraumes 4, in das Stromerzeugungsaggregat 1 integriert.
Wie aus 2 erkennbar, ist in die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 im Bereich eines ersten Endes 7a der Abtriebswelle 7 eine Kühlmittelpumpe 16 integriert, deren Laufrad 17 mit der Abtriebswelle 7 drehverbunden ist. Die Kühlmittelpumpe 16 ist auf der der Mündung 8' der Frischluftleitung 8 zugewandten Seite der Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 angeordnet. Das Kühlwasser gelangt aus der Kühlmittelpumpe 16 in nur zum Teil in 2 ersichtliche Wasserräume 18 des Generators 6 und 19 der Brennkraftmaschine 5 und wird danach den Luft/Wasser-Wärmetauschern 13 zugeführt. Ein Gehäuseteil 5a der Brennkraftmaschine 1 und ein Gehäuse 6a des Generators 6 schließen unmittelbar aneinander an und weisen ein gemeinsames Kühlsystem 30 auf, wobei die Kühlkanäle 18, 19 des Generators 6 und der Brennkraftmaschine 5 ohne separate Leitungen direkt mit einander strömungsverbunden sind.
Die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit 10 ist in sich völlig ausgeglichen, wobei die Unwucht der exzentrischen Abtriebswelle 7 durch eine in den Rotor 23 des Generators 6 integrierte erste Ausgleichsmasse 24, sowie durch eine mit der Abtriebswelle 7 im Bereich eines zweiten Endes 7b drehverbundene zweite Ausgleichsmasse 21 auf der Seite der Ölpumpe 22 ausgeglichen wird. Mit Bezugszeichen 20 ist der Kreiskolben der Brennkraftmaschine 5 angedeutet. Die Ölpumpe 22 ist an dem der Kühlmittelpumpe 16 entgegengesetzten Ende der Abtriebswelle 7 angeordnet.
Bezugszeichen 25 zeigt den Stator des Generators 6 an.
Das äußerst kompakte Stromerzeugungsaggregat 1 ist als Modul aufgebaut und kann somit bei Bedarf in entsprechende Räume eines Elektrofahrzeuges eingesetzt werden, um dessen Reichweite zu erweitern. Die kompakte Bauweise und die hohe Leistungsdichte erlauben es, das Stromerzeugungsaggregat als Range-Extender in bereits vorhandene Konzepte von Elektrofahrzeugen ohne wesentliche Verminderung des Nutzraumes und/oder ohne wesentliche Erhöhung des Baugewichtes einzusetzen.
In den 3 bis 7 ist die Lagerung der Abtriebswelle 7 teilweise schematisiert dargestellt.
3 zeigt eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle 7, wobei ein erstes Wälzlager 50 ein Zylinderrollenlager ist und ein zweites Wälzlager 50 ebenfalls ein Zylinderrollenlager. Die Innenringe 50b dieser Zylinderrollenlager weisen wenigstens auf einer Seite keine Lagerborde 50d auf, so dass durch ein solches Zylinderrollenlager Axialkräfte nur in eine Richtung übertragbar sind. Das erste und das zweite Zylinderrollenlager liegen an jeweils einer Anlageschulter 7.1 der Abtriebswelle 7 an. Die Abtriebswelle 7 wird im Wesentlichen durch eine zwischen den beiden Lagern angreifende Kraft F beansprucht. Im Wesentlichen übertragen die beiden Wälzlager 50 diese Kraft F wenigstens teilweise auf das Innengehäuse 2.
Das erste Zylinderrollenlager begrenzt die axiale Beweglichkeit der Abtriebswelle in eine erste Richtung 52a das zweite Zylinderrollenlager in die dazu entgegengesetzte zweite Richtung 52b. Zwischen diesen axialen Begrenzungen ist die Abtriebswelle 7 im Wesentlichen frei beweglich, also schwimmend gelagert. Die Außenringe 50a des ersten und des zweiten Zylinderrollenlagers werden im Innengehäuse 2 aufgenommen. Vorzugsweise weisen diese Außenringe 50a zwei Lagerborde 50d auf. Die Abtriebswelle kann durch eine Abdichtungseinrichtung 53 geführt sein, wobei eine solche Abdichtungseinrichtung 53 vorzugsweise ein Radialwellendichtring ist. Diese Abdichtungseinrichtung 53 ist dabei in Bezug auf ein Zylinderrollenlager so angeordnet, dass ein Zutritt von Verunreinigungen zu den Wälzlagern beziehungsweise ein Austritt von Schmiermittel aus der unmittelbaren Umgebung der Wälzlager 50 wenigstens erschwert wird.
Die Wälzlager 50 werden dabei so auf der Abtriebswelle 7 angebracht, dass die Seite des Innenrings 50b, welche die Lagerborde 50d aufweist der Anlageschulter 7.1 zugewandt ist. Durch die beschrieben Art der Anbringung der Wälzlager 50 auf der Abtriebswelle 7 sind keine zusätzlichen Befestigungsmittel notwendig um die Innenringe 50b in Axialerrichtung festzulegen, insbesondere wird somit vermieden, dass die Abtriebswelle 7 durch Materialausnehmungen wie insbesondere eine Nut beziehungsweise ein Gewinde geschwächt wird. Somit ist eine besonders biegesteife Ausführung der Abtriebswelle 7 darstellbar.
4 zeigt eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle 7, wobei ein erstes und ein zweites Wälzlager 50 als Zylinderrollenlager ausgeführt sind. Der Außenring 50a dieser Wälzlager 50 weist wenigstens auf einer Seite keine Lagerborde auf, so dass durch ein solches Zylinderrollenlager Axialkräfte nur in eine Richtung übertragbar sind. Das erste und das zweite Zylinderrollenlager liegen an jeweils einer Anlageschulter 7.1 der Abtriebswelle 7 an. Die Abtriebswelle 7 wird im Wesentlichen durch eine zwischen den beiden Lagern angreifende Kraft F beansprucht. Im Wesentlichen übertragen die beiden Wälzlager 50 diese Kraft F wenigstens teilweise auf das Innengehäuse 2.
Das erste Zylinderrollenlager begrenzt die axiale Beweglichkeit der Abtriebswelle 7 in eine erste Richtung 52a das zweite Zylinderrollenlager in die dazu entgegengesetzte zweite Richtung 52b. Zwischen diesen Begrenzungen ist die Abtriebswelle 7 im Wesentlichen frei beweglich, also schwimmend gelagert. Die Außenringe 50a des ersten und des zweiten Zylinderrollenlagers werden im Innengehäuse 2 aufgenommen. Vorzugsweise weisen diese Außenringe 50a nur auf einer Seite eine Lagerborde 50d auf. Die Abtriebswelle 7 kann durch eine Abdichtungseinrichtung 53 geführt sein, wobei eine solche Abdichtungseinrichtung 53 vorzugsweise ein Radialwellendichtring ist. Diese Abdichtungseinrichtung 53 ist dabei in Bezug auf die Wälzlager 50 so angeordnet, dass ein Zutritt von Verunreinigungen zu diesen beziehungsweise ein Austritt von Schmiermittel aus der unmittelbaren Umgebung dieser wenigstens erschwert wird.
Die Innenringe 50b der Zylinderrollenlager werden bevorzugt zwischen einem im Wesentlichen hülsenförmigen Befestigungselement 54 und den Anlageschultern 7.1 gehalten. Weiter Vorzugsweise weist dieses Befestigungselement 54 eine Dichtungseinrichtung 55 auf, insbesondere ist eine solche Dichtungseinrichtung 55 ein O-Ring und erschwert den Durchtritt von Schmiermittel beziehungsweise Verunreinigungen zwischen der Abtriebswelle 7 und dem Befestigungselement 54. Durch die beschrieben Art der Anbringung der Wälzlager 50 auf der Abtriebswelle 7 sind keine zusätzlichen Materialausnehmungen in dieser in unmittelbarer Nähe zu den Wälzlager notwendig und es wird eine hoch beanspruchbare Ausführung der Abtriebswelle 7 ermöglicht.
5 zeigt eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle 7, wobei ein erstes und ein zweites Wälzlager 50 als Zylinderrollenlager ausgeführt sind. Diese Zylinderrollenlager weisen mehrere Wälzkörper 50c sowie einen Außenring 50a aber keinen Innenring auf.
Eines dieser Zylinderrollenlager und eine der Anlageschultern 7.1 begrenzen die axiale Beweglichkeit der Abtriebswelle 7 in eine erste Richtung 52a das andere Zylinderrollenlager und die andere Anlageschulter 7.1 in die dazu entgegengesetzte zweite Richtung 52b. Die Wälzkörper 50c der Wälzlager 50 kontaktieren unmittelbar die Abtriebswelle 7. Zwischen diesen axialen Begrenzungen ist die Abtriebswelle 7 im Wesentlichen frei beweglich, also schwimmend gelagert. Die Außenringe 50a des ersten und des zweiten Zylinderrollenlagers werden im Innengehäuse 2 aufgenommen. Die Abtriebswelle 7 kann durch eine Abdichtungseinrichtung 53 geführt sein, wobei eine solche Abdichtungseinrichtung 53 vorzugsweise ein Radialwellendichtring ist.
Durch die beschrieben Art der Anbringung der Wälzlager 50 wird ein besonders großer Durchmesser der Abtriebswelle 7 ermöglicht und somit die Durchbiegung der Abtriebswelle 7 aufgrund der Kraft F verringert.
6 zeigt eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle 7, wobei ein erstes und ein zweites Wälzlager 50 als Zylinderrollenlager ausgeführt sind. Diese Zylinderrollenlager weisen mehrere Wälzkörper 50c sowie einen Innenring 50b aber keinen Außenring auf. Die Wälzkörper 50c kontaktieren das Innengehäuse 2 unmittelbar.
Eines dieser Zylinderrollenlager und eine Anlaufschulter 56 des Innengehäuses 2 begrenzen die axiale Beweglichkeit der Abtriebswelle 7 in eine erste Richtung 52a das zweite Zylinderrollenlager und eine zweite Anlaufschulter 56 begrenzen die axiale Beweglichkeit in die dazu entgegengesetzte zweite Richtung 52b. Zwischen diesen axialen Begrenzungen ist die Abtriebswelle 7 im Wesentlichen frei beweglich, also schwimmend gelagert. Die Innenringe 50b des ersten und des zweiten Zylinderrollenlagers werden auf der Abtriebswelle 7 zwischen dem Befestigungselement 54 und der Anlageschulter 7.1 aufgenommen. Weiter Vorzugsweise weist dieses Befestigungselement 54 eine Dichtungseinrichtung 55 auf, insbesondere ist eine solche Dichtungseinrichtung 55 ein O-Ring und erschwert den Durchtritt von Schmiermittel beziehungsweise Verunreinigungen zwischen der Abtriebswelle 7 und dem Befestigungselement 54. Die Abtriebswelle 7 kann durch eine Abdichtungseinrichtung 53 geführt sein, wobei eine solche Abdichtungseinrichtung 53 vorzugsweise ein Radialwellendichtring ist.
Durch die beschrieben Art der Anbringung der Wälzlager 50 wird ein besonders großer Durchmesser der Abtriebswelle 7 ermöglicht und somit die Durchbiegung der Abtriebswelle aufgrund der Kraft F verringert.
7 zeigt eine schwimmende Lagerung der Abtriebswelle 7, wobei ein erstes und ein zweites Wälzlager 50 als Rillenkugellager ausgeführt sind. Vorzugsweise wird der Außenring 50a der Rillenkugellager axial verschieblich im Innengehäuse 2 aufgenommen. Die Innenringe 50b des ersten und des zweiten Rillenkugellagers sind jeweils zwischen einer Anlageschulter 7.1 und einem Befestigungselement 54 auf der Abtriebswelle 7 aufgenommen. Weiter Vorzugsweise weist dieses Befestigungselement 54 eine Dichtungseinrichtung 55 auf, insbesondere ist eine solche Dichtungseinrichtung ein O-Ring. Die Abtriebswelle 7 wird im Wesentlichen durch eine zwischen den beiden Wälzlagern 50 angreifende Kraft F beansprucht. Im Wesentlichen übertragen die beiden Wälzlager 50 diese Kraft F wenigstens teilweise auf das Innengehäuse 2.
Das erste Rillenkugellager und eine erste Anlaufschulter 56 im Innengehäuse 2 begrenzen die axiale Beweglichkeit der Abtriebswelle 7 in eine erste Richtung 52a das zweite Rillenkugellager mit einer zweiten Anlaufschulter 56 in die dazu entgegengesetzte zweite Richtung 52b. Zwischen diesen Begrenzungen ist die Abtriebswelle im Wesentlichen frei beweglich, also schwimmend gelagert.
Die Abtriebswelle 7 kann durch eine Abdichtungseinrichtung 53 geführt sein, wobei eine solche Abdichtungseinrichtung 53 vorzugsweise ein Radialwellendichtring ist.
Durch die beschrieben Art der Anbringung der Wälzlager 50 auf der Abtriebswelle 7 sind keine zusätzlichen Materialausnehmungen in dieser in unmittelbarer Nähe zu den Wälzlagern 50 notwendig somit weist die Abtriebswelle 7 eine hohe Biegesteifigkeit und Torsionsfestigkeit auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2005/0279542 A1 [0002]
US 7049707 B2 [0003]
DE 3930901 A1 [0004]

Claims

Stromerzeugungsaggregat, insbesondere zur Reichweitenerweiterung eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine und einem Generator, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine als Rotationskolbenmaschine ausgeführt ist, welche wenigstens einen sich drehenden Kolben aufweist, dass dieser wenigstens eine Kolben in drehmomentübertragender Weise mit einer Abtriebswelle (7) verbunden ist, dass auf diese Abtriebswelle (7) weiterhin der Generator (6) angeordnet ist und dass die dadurch gebildete Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit (10) über Lager in einem Innengehäuse (2) des Aggregats gelagert ist, wobei wenigstens eines der Lager die axiale Bewegung der Abtriebswelle wenigstens in einer Richtung begrenzt.
Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese Rotationskolbenmaschine derart ausgebildet ist, dass der Kolben exzentrisch zur Drehachse der Abtriebswelle umläuft.
Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle im Wesentlichen einstückig ausgebildet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle (7) durch wenigstens zwei Lager im Innengehäuse abgestützt ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle im Gehäuse durch genau zwei Lager abgestützt ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle wenigstens einen Bereich mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der in Richtung der Längsachse der Abtriebswelle gesehen durch eine erste und eine zweite Anlageschulter begrenzt ist, und dass ein erstes Motorenlager und ein zweites Motorenlager derart auf dieser Abtriebswelle angeordnet sind, dass sie jeweils im Wesentlichen an dieser Anlageschulter anliegen.
Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Motorenlager schalldämmende Lager sind.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben der Brennkraftmaschine im Wesentlichen im axialen Mittenbereich der Abtriebswelle gelagert ist, und dass der Generator an einem ersten Ende der Abtriebswelle angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass an einem zweiten Ende der Abtriebswelle wenigstens ein Hilfsaggregat angeordnet ist, wobei dieses Hilfsaggregat vorzugsweise als Ölpumpe und/oder vorzugsweise als Gebläserad ausgebildet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß einem der Ansprüche 1–9, dadurch gekennzeichnet, dass Brennkraftmaschine (5) und Generator (6) als Einheit (10) ausgebildet und in einem im Wesentlichen rohrförmigen, durch ein inneres Gehäuse gebildeten Kühlraum (4) angeordnet sind, wobei in den Kühlraum (4) auf der Seite des Generators (6), vorzugsweise etwa im Bereich der Abtriebswellenachse (7'), ein Zuluftkanal (8) einmündet und vom Kühlraum (4) auf der Seite der Brennkraftmaschine (5), vorzugsweise im Bereich der Abtriebswellenachse (7') ein Abluftkanal (9) ausgeht und wobei die Brennkraftmaschinen-Generator-Einheit (10) über schalldämmende Motorlager im Gehäuse (2, 3) gelagert ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (5) wassergekühlt ist und im Kühlraum (4) zumindest ein Luft/Wasser-Wärmetauscher (13) – vorzugsweise bezogen auf die Abtriebswellenachse (7') – beidseits der Brennkraftmaschine (5) jeweils Luft/Wasser-Wärmetauscher (13) angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass – in einer Draufsicht betrachtet – der Zuluftkanal (8), der Kühlraum (4) und der Abluftkanal (9) ”S”-förmig angeordnet sind.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass – in Bezug auf die Luftströmung (S) – stromaufwärts des Generators (6) im Kühlraum (4) ein Gebläse angeordnet ist, dessen Gebläselaufrad (11) vorzugsweise achsgleich mit der Abtriebswellenachse (7') angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass – bezogen auf die Luftströmung (S) – stromabwärts des Austrittes des Gebläses eine Ansaugöffnung (12') einer Ansaugleitung (12) der Brennkraftmaschine (5) im Kühlraum (4) angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vorzugsweise stromabwärts der Luft/Wasser-Wärmetauscher (13) eine Abgasleitung (14) der Brennkraftmaschine (5) vorzugsweise im Bereich der Abtriebswellenachse (7') in den Abluftkanal (9) einmündet.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (5) als Kreiskolbenmotor ausgebildet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein kraftgebender Teil der Brennkraftmaschine und ein stromerzeugender Teil des Generators (6), insbesondere der Rotor (23) des Generators (6) eine gemeinsame Welle aufweisen.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (23) des Generators (6) mit einer ersten Ausgleichsmasse (24) für den Massenausgleich verbunden ist oder mit diesem eine Einheit bildet.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (6a) des Generators (6) und ein abtriebseitiger Gehäuseteil (5a) der Brennkraftmaschine (5) eine Einheit bilden, vorzugsweise einteilig ausgeführt sind.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6) und der abtriebseitige Gehäuseteil (5a) des Brennkraftmaschine (5) ein gemeinsames Kühlsystem (30) aufweisen.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest auf einer Seite des Kühlraumes (4), des Zuluftkanals (8) und des Abluftkanals (9), ein vorzugsweise in das Gehäuse (2, 3) integrierter Kraftstofftank (15) angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass es durch ein tragbares und auswechselbares Modul gebildet ist und das Modul Andockeinrichtungen und/oder elektrische Schnittstellen zur Verbindung mit und zum Einbau in einem Elektrofahrzeug aufweist.
Stromerzeugungsaggregat (1) insbesondere zur Reichweitenerweiterung eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuges, mit einer Brennkraftmaschine (5), insbesondere einer Drehkolbenbrennkraftmaschine, und einem mit dieser achsgleich angeordneten Generator (6) mit einem mit der Antriebswelle (7) drehverbundenen Rotor (23), wobei auf der Antriebswelle (7) der Brennkraftmaschine (5) zumindest eine mit dieser mitrotierende Ausgleichsmasse (24, 21) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ausgleichsmasse (24) am Rotor des Generators (6) angeordnet ist, welche vorzugsweise integral mit dem Rotor (23) ausgebildet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 23, wobei der Rotor (23) an einem ersten Ende (7a) der Antriebswelle (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (7) an einem dem ersten Ende (7a) abgewandten zweiten Ende (7b) eine zweite Ausgleichsmasse (21) aufweist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass anschließend an den Generator (6) im Bereich des ersten Endes (7a) der Antriebswelle (7) eine Kühlmittelpumpe (16) angeordnet ist, deren Laufrad (17) mit der Antriebswelle (7) drehverbunden ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Anspruch 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zweiten Endes (7b) der Antriebswelle (7) eine Ölpumpe (22) angeordnet ist, deren Laufrad mit der Antriebswelle (7) drehverbunden ist, wobei vorzugsweise die Ölpumpe (22) zwischen der Brennkraftmaschine (5) und der zweiten Ausgleichsmasse (21) angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Brennkraftmaschine (5) als auch der Generator (6) wassergekühlt ist, wobei das Gehäuse (5a) der Brennkraftmaschine (5) und das Gehäuse (6a) des Generators (6) integrierte Kühlkanäle (18, 19) aufweisen, wobei die Kühlkanäle (19) der Brennkraftmaschine und die Kühlkanäle (18) des Generators (6) leitungslos miteinander strömungsverbunden sind.
Stromerzeugungsaggregat (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6a) des Generators (6) direkt an das Gehäuse (5a) der Brennkraftmaschine (5) anschließt, wobei vorzugsweise das Gehäuse (6a) des Generators (6) integral mit dem Gehäuse (5a) der Brennkraftmaschine (5) ausgebildet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–28, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Lager die axiale Bewegung der Abtriebswelle in einer ersten Richtung begrenzt, und ein zweites Motorenlager, die axiale Bewegung der Abtriebswelle in eine zweite Richtung begrenzt, die dieser ersten Richtung entgegen gerichtet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–29, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines dieser Lager als Festlager ausgebildet ist, durch welches die axiale Position der Abtriebswelle gegenüber dem Innengehäuse in beide axiale Richtungen fixiert ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–30, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebswelle drei Lager aufweist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–31, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Lager von einem Gehäusedeckel aufgenommen ist, der mit diesem Innengehäuse verbunden ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Gehäusedeckel auf der Seite des Generators angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Gehäusedeckel auf der dem Generator entgegengesetzten Seite der Abtriebswelle angeordnet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–34, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager der Abtriebswelle als Wälzlager ausgeführt ist, wobei dieses Wälzlager aus einer Gruppe von Wälzlagern ausgewählt ist, welche umfasst Rillenkugellager, Zylinderrollenlager, Pendelrollenlager, Schulterkugellager, Nadellager, die jeweils ein- oder mehrrollig ausgeführt sein können und auch Kombinationen dieser Wälzlager.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–35, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager der Abtriebswelle als Gleitlager ausgebildet ist.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–36, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager als Wälzlager ausgebildet ist, und wenigstens ein Lager als Gleitlager.
Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eines der Lager geschmiert ist, wobei die Schmierung aus einer Gruppe von Schmierungen ausgewählt ist, die eine Schmierung mit Öl, eine Schmierung mit Fett oder eine Lebensdauerschmierung mit Fett umfasst.
Stromerzeugungsaggregat gemäß mindestens einem der Ansprüche 1–37, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Lager als Trockenlager ausgebildet ist.