DE202013004979U1

DE202013004979U1 - Generator

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Publication number: DE202013004979U1
Application number: DE201320004979
Authority: DE
Original assignee: Frigoblock Grosskopf GmbH
Current assignee: Frigoblock GmbH
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2014-09-16
Anticipated expiration: 2023-06-04

Abstract

Generator, insbesondere zum Anbau an ein Nutzfahrzeug (42) oder einen Anhänger, mit einem Getriebe (15, 15'), insbesondere einem Planetengetriebe, das mit einer Steckachse (16) als Antriebswelle und einem Rotor (13) eines Elektrogenerators (12) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Generator, insbesondere zum Anbau an ein Nutzfahrzeug oder einen Anhänger.
Kleine elektrische Verbraucher in Fahrzeugen, Anhängern und/oder Nutzfahrzeugen können mit ausreichender elektrischer Energie vom Bordnetz des Fahrzeuges versorgt werden. Bei großen elektrischen Verbrauchern hingegen, wie beispielsweise bei Kühlfahrzeugen, Hebevorrichtungen oder dergleichen, reicht die Leistung des Bordnetzes nicht aus, so dass zusätzliche Energiequellen bereitgestellt werden müssen. Solche können zwar prinzipiell in Form von Generatoren in der Zugmaschine eingebaut werden, allerdings ist der Bauraum hierfür beschränkt und eine Vergrößerung des zur Verfügung stehenden Bauraums lässt sich bei Karosserieherstellern aufgrund der vergleichsweise geringen Stückzahlen von Fahrzeugen mit entsprechend großen elektrischen Verbrauchern nicht durchsetzen. Ferner ist ohnehin bei Anhängerfahrzeugen die elektrische Leistung gesetzlich limitiert, die von der Zugmaschine auf den Anhänger übertragen werden kann. Aus diesen Gründen besitzen Anhänger mit großen elektrischen Verbrauchern zusätzliche Verbrennungsmotoren zur Erzeugung der benötigten elektrischen Energie, die einerseits wartungsbedürftig sind und andererseits im Betrieb eine zusätzliche und teilweise störende Lärmquelle bilden. Darüber hinaus besitzen solche Dieselmotoren einen schlechten Wirkungsgrad und mithin einen hohen Verbrauch.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Generator zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile behebt und gleichzeitig eine ausreichende elektrische Leistung liefert, mit der große elektrische Verbraucher betrieben werden können.
Diese Aufgabe wird durch den Generator nach Anspruch 1 gelöst, der ein Getriebe, insbesondere ein Planetengetriebe, besitzt, das mit einer Steckachse als Antriebswelle und einem Rotor eines Elektrogenerators verbunden ist. Somit weist der Generator einen Elektrogenerator – bestehend aus einem Rotor und einem Stator- und ein Getriebe auf, das zwischen der Antriebswelle bzw. der Steckachse und dem Elektrogenerator gelagert ist, so dass ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis einstellbar ist. Vorzugsweise beträgt das Übersetzungsverhältnis von der Antriebswelle zum Elektrogenerator 1:5 bis 1:20, vorzugsweise 1:10. Hierdurch kann bereits ab Fahrgeschwindigkeiten von 10 km/h eine elektrische Leistung von 5 KW erzeugt werden. Ferner lässt sich hierdurch ein optimales Drehzahlniveau erreichen, was letzten Endes eine kompakte Bauweise des Generators ermöglicht. Ein derartiger Generator ist nachrüstbar und kann in bereits vorhandene Fahrzeuge eingefügt werden.
Ein solcher Generator eignet sich als Generatorgetriebeeinheit besonders zum Einbau an der Position einer nichtangetriebenen Achse bzw. eines Fahrwerks oder zum Austausch nichtangetriebener Achs- bzw. Fahrwerksysteme von angetriebenen bzw. gezogenen Nutzfahrzeugen zur Erzeugung elektrischer Energie aus der Drehung des Rades. Die Getriebeeinbaueinheit besteht pro Rad aus einer Steckwelle, die über jeweils ein Getriebe jeweils einen Generator antreiben und auf einer Ebene parallel zur im Fahrzeugkoordinatensystem x, y-Ebene angeordnet sind. Die Achslagerung und deren Elemente, wie beispielsweise der Radflansch oder die Nabe und ggf. die Geometrie der Schnittstelle der Fahrwerkanbindung bleiben dabei unverändert.
Nachfolgend sowie in den Unteransprüchen werden weitere bevorzugte Ausführungsformen erläutert.
Nach einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besitzt der Generator ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuseteil, das längsaxial von der Steckachse durchgriffen wird und in dem das Getriebe und der Elektrogenerator gelagert ist und das in die Achse des Nutzfahrzeuges oder des Anhängers vorzugsweise über eine Flanschverbindung kraftschlüssig eingebunden ist. Ein derartiges Gehäuse schützt die hierin gelagerten Bauteile vor Beschädigungen durch äußere Einflüsse, so dass sich eine robuste Ausgestaltung des Generators ergibt.
Das Gehäuseteil besitzt vorzugsweise ein Kühlprofil, über das ein Kühlmittel gekühlt wird, das in Leitungsführungen innerhalb des Gehäuseteils zirkuliert. Bei einer Ausführungsform eines Generators, der für vergleichsweise geringe Leistungen ausgelegt ist, kann auf eine zusätzliche Flüssigkeits- bzw. Fluidkühlung verzichtet werden, da die Luftströmung durch die Kühlrippen für eine ausreichende Kühlung des Generators sorgt.
Zur Zwischenspeicherung der gewonnenen elektrischen Energie ist vorzugsweise eine Batterie, ein Akkumulator oder gegebenenfalls ein Kondensator vorgesehen, wodurch der elektrische Verbraucher auch im Stillstand des Fahrzeuges bzw. des Anhängers betrieben werden kann. Darüber hinaus ist vorsehen, dass der Generator über eine elektronische Regelung zu- oder abgeschaltet werden kann, so dass die elektrische Energie ausschließlich beim Ausrollen oder im Bremsbetrieb erzeugt wird. Der Generator rekuperiert damit elektrische Energie im Schub- oder im Bremsbetrieb des Nutzfahrzeugs. Durch diese besondere Rekuperation (Energierückgewinnung) entfallen vorteilhafterweise Anpassbremsungen, woraus sich ein geringer Verschleiß der Bremsbeläge und ein Sicherheitsgewinn ergeben, da geringere Bremstemperaturen das Fading bei Trommelbremsen und die Temperaturbelastung der Bremskomponenten (Gummidichtungen, Nachsteller, etc.) reduziert. Ferner ergibt sich auch eine Energieeinsparung, da die ohnehin zu verringernde kinetische Energie des Fahrzeuges in elektrische Energie umgewandelt wird, die für den Betrieb des elektrischen Verbrauchers verwendbar ist. Ferner ermöglicht die elektronische Regelung den Betrieb des Generators auf einem betriebssicheren Temperaturniveau. Hierdurch werden Betriebskosten eingespart.
Der reduzierte Temperatureintrag erlaubt darüber hinaus den Einsatz kleinerer Bremsen, beispielsweise von 17,5' Bremsen, die Notbremseigenschaften sicherstellen müssen und einen weiteren Sicherheitsgewinn durch die spezifisch höhere Bremsleistung und den sich dadurch schneller einstellenden höheren Reibwert der Beläge bieten.
Der Generator lässt sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Hilfsantrieb verwenden. Ein solcher Hilfsantrieb sorgt beispielsweise für ein sicheres Anfahren, wenn die Antriebsachse der Zugmaschine an steilen Hängen oder bei glatten Straßen im Winter einen zu großen Schlupf besitzt. Ebenfalls dient der Hilfsantrieb als „Kurzzeitbooster” bei Überholmanövern. Schließlich ist vorgesehen, den Hilfsantrieb als selbständigen Antrieb auszubilden, um einen Anhänger über kurze Distanzen zu bewegen, beispielsweise bei einer kurzen Distanz bei der Rampenfahrt oder um die letzten wenigen 100 m von einem Parkplatz zur Rampe selbstständig zu überwinden. Kurvenfahrten werden dabei über unterschiedliche Drehgeschwindigkeiten der Räder gesteuert.
Der erfindungsgemäße Generator lässt sich für unterschiedliche Zwecke an unterschiedlichen Trägerfahrzeugen und/oder Anhängern montieren. Nachfolgend sind beispielhaft drei unterschiedliche bevorzugte Verwendungen des Generators beschrieben, wobei die Verwendungsmöglichkeiten hierauf nicht beschränkt sind.
1. Achsinterner Generator
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Generator ein oder zwei Gehäuseteile besitzt, die jeweils ein Getriebe und einen Elektrogenerator besitzen und von einer Steckachse als Antriebswelle durchgriffen werden und die torsions- und biegesteif miteinander zu einer Generatoreinbaueinheit verbunden sind. Alternativ kann das Gehäuse der Generatoreinheit auch einstückig ausgebildet sein. Ein solches Gehäuse weist links- und rechtsseitig einen Flansch auf. Eine Generatoreinbaueinheit aus zwei Gehäuseteilen oder einem einstückigen Gehäuse weist zwei Getriebe und zwei Elektrogeneratoren auf. Ein derartig zu einer Generatoreinbaueinheit zusammengesetzter Generator ist insbesondere für den achsfesten Einbau in Starrachsen von Nutzfahrzeugen oder Anhängern geeignet. Vorzugsweise ist hierzu eine Flanschverbindung vorgesehen. Die Gehäuseteile des Generators sind dabei so ausgelegt, dass sie die üblichen auftretenden Achslasten von 6 t bis 10 t unbeschadet aufnehmen können.
Bei dem achsinternen Einbau einer Generatoreinheit ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass die Steckachse zumindest mittelbar drehfest mit einem Radlager verbunden ist, so dass eine Rotation des Radlagers eine Rotation des Rotors des Elektrogenerators bewirkt – und umgekehrt.
2. Radialer Anbau
Alternativ zu dem achsfesten Einbau eines aus zwei Gehäuseteilen bestehenden Generatoreinbaugehäuses ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Steckachse über ein Kegelradgetriebe mit einer Achse des Anhängers verbunden ist, so dass die Längsachsen des Generators und der Bremsachse winklig – vorzugsweise rechtwinklig – zueinander ausgerichtet sind. Diese Baueinheit ist vornehmlich für Anhänger mit Federmitten von ca. 1.300 mm geeignet. Eine solche Anordnung ist vorteilhafter Weise leicht zugänglich, was den einfachen Austausch des Generators mit dem abgeschlossenen Gehäuse ermöglicht, das axial über einen Flansch mit den Achsschenkeln und daher mit einem tragenden Teil des Fahrwerkes verschraubt ist.
3. Generatorgetriebeeinheit für Hinterachsen von leichten Nutzfahrzeugen
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung lassen sich die Generatoren – die nicht zwingend ein Gehäuse besitzen müssen – auch an kleinen Nutzfahrzeugen montieren, womit auch dort die Möglichkeit einer aktiven und zeitlich unbegrenzten Kühlung gegeben ist. Die derzeitigen kleinen Kühlfahrzeuge besitzen nämlich keine aktive Kühlung sondern lediglich stark isolierte Außenwände, so dass die Auslieferung von beispielsweise Tiefkühlkost zeitlich begrenzt ist. Vorteilhafter Weise ist daher bei kleinen Nutzfahrzeugen vorgesehen, dass der Generator zwischen den Längsträgern und den hinteren Radköpfen des Nutzfahrzeuges angeordnet ist. Zur Ausnutzung des zur Verfügung stehenden begrenzten Bauraums besitzt der Generator vorzugsweise zwei Teile mit je einem Elektrogenerator, die parallel aber in Fahrtrichtung gesehen zueinander beabstandet sind. Der zur Verfügung stehende Bauraum wird bei dieser versetzten Anordnung optimal ausgenutzt, woraus auch eine verbesserte Bodenfreiheit resultiert.
Alternativ zum axialen Einbau der Generatoren besteht auch die Möglichkeit, die Generatoren radial, d. h. im Wesentlichen parallel zur Fahrtrichtung anzuordnen. Hierzu ist die Steckachse über ein Kegelradgetriebe mit einer Bremsachse des Nutzfahrzeuges verbunden, so dass die Längsachsen des Generators und der Bremsachse winklig – vorzugsweise rechtwinklig – zueinander ausgerichtet sind. Auch bei einer solchen Anordnung wird der zur Verfügung stehende Bauraum weitestgehend ausgenutzt.
Konkrete Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine Querschnittdarstellung eines Generators,
2a, b den achsinternen Anbau eines Generators,
3a–c den radialen Anbau eines Generators und
4a–e unterschiedliche Einbaulagen eines Generator an einem kleinen Nutzfahrzeug.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Generators ist in 1 dargestellt. Der Generator 11 besitzt im Wesentlichen einen Elektrogenerator 12, bestehend aus einem Rotor 13 und einem Stator 14. Der Rotor 13 ist über ein Planetengetriebe 15 mit einer als Steckachse ausgebildeten Antriebswelle 16 verbunden. Die Einheit aus Antriebswelle 16, Getriebe 15 und Elektrogenerator 12 ist bereits verwendbar und als Generator an kleinen Nutzfahrzeugen oder Anhängern einsetzbar.
Insbesondere für die Verwendung an Anhängern ist der Generator innerhalb eines speziell für die Bedürfnisse ausgestalteten Gehäuses 17 gelagert. Das Gehäuse 17 ist im Wesentlichen zylinderförmig mit einem bevorzugten Durchmesser von weniger als 168 mm ausgestaltet und weist einen Flansch 18 zur Verbindung mit dem Fahrgestell des Anhängers auf. Ferner sind auf der Oberfläche des Gehäuses 17 Kühlrippen 19 angeordnet, die eine in Kühlkanälen (nicht dargestellt) fließende Kühlflüssigkeit kühlen.
Nachfolgend werden unterschiedliche Einbauvarianten solcher Generatoren erläutert.
2a zeigt den achsinternen Anbau eines Generators 11 an einer Starrachse 21 eines Anhängers (nicht dargestellt). Die Starrachse 21 und der Stator des Generators 11 sind über eine Flanschverbindung 22 drehfest miteinander verbunden und werden von der Steckachse 16 durchgriffen. Die Steckachse 16 ist auf der dem Generator 11 abgewandten Seite mit dem Radlager 23 verbunden.
2b zeigt eine komplette Achse mit zwei zu einer Generatoreinbaueinheit 24 verbundenen Generatoren 11, 11', die in einem torsions- und biegesteif über Flanschverbindungen 22, 22' drehfest mit den Starrachsen 21, 21' verbundenen Gehäuse gelagert sind. Auf der rechten Seite der Figur ist das (nicht dargestellte) Radlager mit einem Reifen 25 verbunden, wohingegen auf der linken Seite der Abbildung kein Reifen dargestellt ist und mithin das Radlager 23 und die Bremse 26 zu erkennen sind.
Alternativ zu dem zuvor beschriebenen axialen Einbau des Generators 11 bzw. der Generatoreinbaueinheit 24 ist auch ein radialer Einbau möglich, der in den 3a bis c gezeigt ist. Hierzu ist der Generator 11 winklig – insbesondere rechtwinklig – zu der Starrachse 21, 21' angeordnet, wobei die Steckachse 16 (3c) über ein Kegelradgetriebe 31 mit der Radlagerung bzw. der Bremsachse (nicht dargestellt) des Anhängers verbunden ist. Eine derartige Ausführungsform ist auch ohne das Gehäuse 17 anbaubar.
3b zeigt den radialen Anbau zweier Generatoren an einer Starrachse 21. Beide Generatoren 11 sind rechtwinklig zu der Starrachse 21 angeordnet und zeigen entgegengesetzt der Fahrtrichtung. Andere Einbaulagen sind je nach verwendetem Kegelradgetriebe grundsätzlich möglich.
3c zeigt den radialen Anbau in einer perspektiven Querschnittdarstellung.
Die Generatoren 11 sind nicht nur für den Einsatz an Anhängern, sondern auch an kleinen Nutzfahrzeugen geeignet. 4a zeigt das Fahrgestell 41 eines solchen Nutzfahrzeuges 42 mit zwei integrierten Generatoren 11, 11', die an der Kardanwelle 43 zwischen den Hinterrädern 25, 25' angeordnet sind. Eine Detailansicht der eingebauten Generatoren 11 ist in 4b dargestellt.
4c zeigt den Einbau zweier Generatoren 11, 11' mit zwei Getrieben 15, 15' und zwei Elektrogeneratoren 12, 12' an einer Kardanwelle 44 mit den Kardangelenken 45, 45'.
Eine Alternative zu dem gezeigten axialen Einbau ist in den 4d, e dargestellt. Hiernach sind die Generatoren 11, 11' in Fahrtrichtung (Pfeil 46) hintereinander und teilweise versetzt zueinander angeordnet sind, womit sie im Vergleich zu der Ausführungsform nach den 4a bis c länger ausgebildet und mithin für eine größere Leistung ausgelegt sein können. Der zur Verfügung stehende Raum wird bei einer solchen Anordnung optimal ausgenutzt.

Claims

Generator, insbesondere zum Anbau an ein Nutzfahrzeug (42) oder einen Anhänger, mit einem Getriebe (15, 15'), insbesondere einem Planetengetriebe, das mit einer Steckachse (16) als Antriebswelle und einem Rotor (13) eines Elektrogenerators (12) verbunden ist.
Generator nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein im Wesentlichen zylinderförmiges Gehäuseteil (17), das längsaxial von der Steckachse (16) durchgriffen wird und in dem das Getriebe (15) und der Elektrogenerator (12) gelagert ist und das mit dem Rahmen (43) oder der Achse (21) des Nutzfahrzeugs (42) oder des Anhängers vorzugsweise über eine Flanschverbindung (22) verbunden ist.
Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuseteil (17) ein Kühlprofil (47) sitzt, über das ein Kühlmittel gekühlt wird, das in Leitungsführungen innerhalb des Gehäuseteils (17) zirkuliert.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Batterie, die der Zwischenspeicherung der erzeugten elektrischen Energie dient.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Regelung, über die der Generator (11, 11') zu- oder abschaltbar ist, so dass die elektrische Energie ausschließlich beim Ausrollen oder im Bremsbetrieb erzeugt wird.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11, 11') als Hilfsantrieb verwendbar ist.
Generator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch zwei Gehäuseteile (17), die jeweils ein Getriebe (15, 15') und einen Elektrogenerator (12, 12') besitzen und von einer Steckachse (16) als Antriebswelle durchgriffen werden und die torsions- und biegesteif miteinander zu einer Generatoreinbaueinheit (24) verbunden sind.
Generator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Generatoreinbaueinheit (24) achsfest mit einer Starrachse (21) des Nutzfahrzeugs (42) oder des Anhängers verbunden ist und mit dieser vorzugsweise über eine Flanschverbindung (22) fixiert ist.
Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckachse (16) zumindest mittelbar drehfest mit einem Radlager (23) verbunden ist, so dass eine Rotation des Radlagers (23) eine Rotation des Rotors (13) des Elektrogenerators (12) bewirkt.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckachse (16) über ein Kegelradgetriebe (31) mit einer Achse des Anhängers oder Nutzfahrzeugs verbunden ist, so dass die Längsachsen des Generators (11, 11') und der Bremsachse winklig – vorzugsweise rechtwinklig – zueinander ausgerichtet sind.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11, 11') zwischen den Längsträgern (41) und den hinteren Radköpfen eines Nutzfahrzeuges (42) angeordnet ist.
Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (11, 11') zwei Teile mit je einem Elektrogenerator (12, 12') enthält, die parallel aber in Fahrtrichtung (46) gesehen zueinander beabstandet angeordnet sind.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckachse (16) über ein Kegelradgetriebe (31) mit einer Achse des Nutzfahrzeuges (42) verbunden ist, so dass die Längsachsen des Generators (11, 11') und der Bremsachse winklig – vorzugsweise rechtwinklig – zueinander ausgerichtet sind.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Übersetzungsverhältnis des Getriebes, vorzugsweise des Planetengetriebes, 1:5 bis 1:20, vorzugsweise 1:10, beträgt.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch der Steckwelle auf den Teilkreis der Radlagereinheit (23) abgestimmt ist und mit den Streben zur Befestigung des Radflansches verschraubt ist.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckwelle (16) über eine integrierte Membrankupplung (49) und eine winkelbewegliche Verzahnung (50) zwangskräftefrei zwischen Radflansch (23) und Getriebe (15) angeordnet ist.
Generatoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Generatorgetriebeeinheiten bei einer Geschwindigkeit von 10 km/h zusammen eine elektrische Leistung P von P > 7,5 KW abgeben.