DE4137535C2 - Maschinensatz zur Energieversorgung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Maschinensatz zur Energie­ versorgung insbesondere von Landfahrzeugen mit einem Fahrmotor.

Maschinensätze zur Erzeugung von elektrischer Energie sind sowohl als stationäre als auch als tragbare Ein­ heiten bekannt.

So zeigt z. B. die DE-OS 26 44 322 eine stationäre, einen elektrischen Generator und einen Kompressor einer Wärmepumpe oder Kältemaschine umfaßende Maschinengrup­ pe, die über Trennkupplungen mit einem von zwei An­ triebsmotoren verschiedener Antriebsenergie koppelbar ist.

Ein tragbarer Wechselstrom-Maschinensatz mit einem Ver­ brennungsmotor, bei dem diejenigen Teile und Einrich­ tungen, die sowohl für den Wechselstromgenerator als auch für den Verbrennungsmotor benötigt werden, nur einmal vorhanden sind und bei dem eine Gleichstroman­ kerwicklung sowohl den Zündstrom für den Verbrennungs­ motor als auch den Ladestrom für eine Batterie liefert und ferner zum Anlassen des Generators dient sowie au­ ßerdem die Erregung des Wechselstromgenerators bewirkt ist aus der DE-PS 93 17 91 bekannt.

Zwecks Erzielung einer kompakten Bauweise ist es ferner bekannt in den Innenraum einer auf der Kurbelwelle ei­ nes Verbrennungsmotors aufgekeilten Schwungmasse die Erreger- und Ankerwicklungen eines elektrischen Genera­ tors anzuordnen; vgl. DE-PS 8 33 979.

Ferner ist die Anordnung des elektrischen Generators auf der Kurbelwelle dem Verbrennungsmotor unmittelbar benachbart bekannt; vgl. US-PS 2 543 541.

Es sind auch Kühlanlagen für Omnibusse und Güterfahr­ zeuge bekannt, die einen eigenen Antriebsmotor sowie einen zusätzlichen Elektromotor aufweisen, um auch wäh­ rend längerer Standzeiten, und bei Güterfahrzeugen auch ohne Zugmaschine, Kühlleistung abgeben zu können; vgl. Bussien, Automobiltechnisches Handbuch, 18. Aufl., 1965, zweiter Band, Seiten 959/960.

Die Ausbildung und Anordnung sowie die Wartung solcher Maschinensätze, denen auch die Belüftung der Fahrzeuge zugeordnet sind, ist jedoch problematisch hinsichtlich des Raumbedarfs, des Gewichtes und der Rosten, so daß mit Ausnahme von Kühlfahrzeugen bei Personenkraftwagen, Omnibussen und üblichen Güterfahrzeugen auf die Anord­ nung eines eigenen Antriebsmotors für die Kühl- und Be­ lüftungsanlage in aller Regel verzichtet wird. Bei ei­ ner solchen Ausbildung erfordert dies jedoch im Stand- und Wartebetrieb hohe Drehzahlen des Fahrmotors, da bei den im Standbetrieb üblichen Leerlaufdrehzahlen die Energieversorgung der Klimaanlage und eine positive elektrische Energiebilanz bei dem Betrieb leistungs­ starker Verbraucher durch den Fahrmotor nicht sicherge­ stellt ist.

Zwar könnten grundsätzlich die Drehzahlen von Kompres­ sor und Generator auf die Leerlaufdrehzahl des Fahrmo­ tors ausgelegt werden, eine solche Lösung führt aber zu übermäßig großen Aggregaten, die infolge ihres Raumbe­ darfes an unterschiedlichen Stellen des Fahrzeuges an­ zuordnen sind und den Nutzraum solcher Fahrzeuge - ins­ besondere wenn diese als Personenkraftwagen ausgebildet sind - verringern. Dies führt ferner zu Schwierigkeiten bei der Kraftübertragung und zu einer sehr nachteiligen Verschiebung des Gewicht-Nutzlast-Verhältnisses der Fahrzeuge. Darüber hinaus verschlechtert sich die Lei­ stungsbilanz erheblich.

Aus der DE-OS 27 32 913 ist eine Antriebsanlage bekannt, bei der von der Antriebswelle der Hauptantriebsmaschine über einen Rie­ mentrieb ein zweiter Antriebsstrang antreibbar ist, von dem aus Nebenaggregate des Fahrzeugantriebs, wie Generator, Lenkhilfe, Lüfter oder Luftpresse antreibbar sind. Der zweite Antriebs­ strang ist seinerseits mit einer Hilfsantriebsmaschine verbun­ den. Ein optimaler Wirkungsgrad der Anlage soll durch die Anwen­ dung einer Trennkupplung erzielt werden, wobei die betreffenden Nebenaggregate jeweils dann vom Antriebsstrang abgeschaltet werden können, wenn von Ihnen keine Energie geliefert werden soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Maschinensatz zur Energie­ versorgung, insbesondere für Landmaschinen zu schaffen, mit dem es möglich ist, Energie einzusparen. Die Aufgabe wird mit einem Maschinensatz mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen werden in Unteransprüchen gekennzeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, einen als Versorgungsmotor dienenden Verbrennungsmotor mit einem elektri­ schen Generator und mit einem Kompressor einer Kältemaschine in Antriebsverbindung zu bringen, wobei ein weiteres Antriebsglied für den elektrischen Generator und den Kompressor mit dem Fahr­ motor des Fahrzeugs in Antriebsverbindung steht und mindestens zwischen Versorgungsmotor und Kompressor sowie zwischen Antriebsglied und Kompressor lastschaltbare Kupplungen angeord­ net sind, dies alles in derartiger Anordnung, daß der Generator wahlweise vom Fahrmotor über das Antriebsglied oder vom Versor­ gungsmotor antreibbar ist und daß der Kompressor wahlweise zu­ schaltbar ist. Der Generator läuft im Dauerbetrieb, während der Kompressor zuschaltbar ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Versorgungsmotor achsparallel aber achsversetzt zu dem eine gleichachsige Baugruppe bildenden Generator, Kompressor und Antriebsglied angeordnet.

Vorteilhafterweise ist dem Kompressor eine Hohlwelle zugeordnet, durch die die Hauptwelle zwischen Antriebs­ glied und Kupplung hindurchgeführt ist.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft zu realisieren, wenn als Versorgungsmotor ein Verbrennungsmotor in Form eines Kurbelschlaufenmotors in luft- oder wassergekühl­ ter Ausführung verwendet wird, dessen mit den Arbeits­ kolben starr verbundene Kolbenstangen über Kurbel­ schlaufen in getrieblicher Verbindung miteinander ste­ hen, wie es beispielsweise in der DE-OS 34 47 663 und DE-OS 36 04 137 näher beschrieben und dargestellt ist.

Wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung als Ge­ nerator ein Ring- oder Scheibengenerator und als Kom­ pressor ein Flügelzellen- oder Axialkolbenkompressor verwendet, so lassen sich alle Baugruppen samt dem wei­ teren Antriebsglied besonders einfach raumsparend gleichachsig anordnen, wobei das gegenseitige Kuppeln und Entkuppeln über mit Kupplungen/teilweise Freiläufe versehene Koaxialwellen erfolgen kann.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Infolge der Anordnung des elektrischen Generators im erfindungsgemäßen Maschinensatz kann die sonst übliche Lichtmaschine entfallen. Da dieser Generator leicht auf die gewünschte Leistung auslegbar ist, hat dies den weiteren Vorteil, daß stets ausreichende elektrische Leistung für alle elektrischen Verbraucher eines sol­ chen Fahrzeuges zur Verfügung steht. Ein Ring- oder Scheibengenerator ist infolge der großen Anzahl mögli­ cher Pole besonders einfach auf die Nenndrehzahl des Versorgungsmotors auslegbar.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist aber die stets ausreichende Energieversorgung für die Klimaan­ lage und das elektrische Bordnetz unabhängig von jedwe­ dem Fahrbetrieb und Fahrzustand bei optimaler Energie­ ausnutzung. Die Leistungen von Versorgungsmotor, Gene­ rator und Kompressor sind unabhängig von den Leistungen und der Bauart der im Fahrzeug zu verwendenden Fahrmo­ toren auslegbar, so daß der Maschinensatz in unter­ schiedlichen Karosserien und bei unterschiedlichen Fahrmotoren einsetzbar ist. Schließlich läßt sich der erfindungsgemäße Maschinensatz besonders leicht als kompakte Baueinheit ausbilden, die in Omnibussen, Gü­ terfahrzeugen und Personenkraftwagen leicht Platz fin­ den und überaus zeit- und kostensparend zu warten ist.

Selbstverständlich ist eine solche Baueinheit auch als tragbare Versorgungseinheit auszubilden und zu verwen­ den.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung beispiel­ haft erläutert.

Darin zeigt die einzige Figur einen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines als Energieversorgungsanlage für Fahr­ zeug mit einem Fahrmotor bestimmten Maschinensatzes gemäß der Erfindung.

Ein insgesamt mit EVA bezeichneter, als Energieversor­ gungsanlage für Fahrzeuge mit einem Fahrmotor bestimm­ ter Maschinensatz umfaßt im wesentlichen einen der Er­ zeugung elektrischer Energie dienenden elektrischen Ge­ nerator 2, einen Kompressor 3 für eine Klimaanlage, ei­ nen als Antrieb dienenden Verbrennungsmotor 4 - nach­ folgend als Versorgungsmotor bezeichnet - sowie ein An­ triebsglied 5. Der als Flügelzellen- oder Axialkolben- Verdichter ausgebildete Kompressor und der als Ring- oder Scheibengenerator ausgebildete elektrische Genera­ tor sind in einem Gehäuse 7 angeordnet, an dessen einer Stirnseite der vorzugsweise als Kurbelschlaufen-Motor ausgebildete Verbrennungsmotor 4 angeflanscht ist.

Die Abtriebswelle 8 des Versorgungsmotors 4 ist über eine lastschaltbare, vorzugsweise elektromagnetisch be­ tätigbare Kupplung 9 an eine ebenfalls im Gehäuse 3 drehbar gelagerte Hauptwelle 10 anschaltbar, deren ent­ gegengesetztes Ende durch die dem Versorgungsmotor ge­ genüberliegende Gehäusewandung drehbar gelagert geführt ist und über eine weitere lastschaltbare elektromagne­ tisch betätigbare Kupplung 12 mit dem weiteren An­ triebsglied 5 wahlweise verbindbar ist.

Das Antriebsglied 5 ist vorzugsweise als Riemenscheibe ausgebildet und nimmt einen vom hier nicht dargestell­ ten Fahrmotor des ebenfalls nicht dargestellten Fahr­ zeuges angetriebenen Zahnriemen 13 auf.

Koaxial zur Hauptwelle 10 ist eine Hohlwelle 15 im Ge­ häuse 3 drehbar gelagert und steht über Getriebeglie­ der 16 mit dem Axialkolben-Kompressor 3 in Antriebsver­ bindung. Die Hohlwelle 15 ist mit ihrer dem Generator 2 zugewandten Stirnseite mit einer unter Last schaltba­ ren, vorzugsweise elektromagnetisch betätigbaren Kupp­ lung 18 verbunden, durch welche die Hohlwelle mit der Hauptwelle 10 bei Bedarf in Antriebsverbindung bringbar ist.

Wie sich aus dem Vorstehenden sofort ergibt, sind Ver­ sorgungsmotor, elektrischer Generator und Kompressor der Klimaanlage sowie das zusätzliche Antriebsglied gleichachsig angeordnet und bilden eine extrem raumspa­ rende Baugruppe kleiner Abmessungen, die innerhalb ei­ nes Fahrzeuges leicht unterzubringen ist. Durch ent­ sprechendes Schalten der Kupplungen 9, 12 und 18 können der Generator und der Kompressor gemeinsam oder der Generator al­ lein jeweils über das Antriebsglied 5 vom nicht darge­ stellten Fahrmotor oder aber gleichfalls gemeinsam oder der Gsnerator allein vom Versorgungsmotor 4 bei Bedarf angetrieben werden. Über die nicht näher dargestellten Getriebeglieder 16 ist eine etwa notwendige Drehzahlan­ passung möglich.

Mit Hilfe eines solchen Maschinensatzes ist eine stets ausreichende Energieversorgung für die Klimaanlage und für das elektrische Bordnetz des Fahrzeuges unabhängig von dem jeweiligen Fahrbetrieb und dem jeweiligen Fahr­ zustand bei optimaler Energieausnutzung möglich, da die Leistungen von Versorgungsmotor, Generator und Kompres­ sor unabhängig von der Leistung und der Bauart des Fahrmotors allein nach dem Leistungsbedarf der Verbrau­ cher im Fahrzeug auslegbar ist. An Stelle von elektro­ magnetisch betätigbaren Kupplungen können auch solche fluidischer Bauart Verwendung finden. Ebenso sind Ver­ brennungsmotoren, elektrische Generatoren und Kompres­ soren unterschiedlicher Bauart verwendbar, ohne daß das Wesen der Erfindung verlassen wird.

Die Erfindung schafft ein Energieversorgungsaggregat in Form einer leicht zu handhabenden kompakten Baugruppe dar, deren Abmessungen überraschend klein ist.

Ein solcher Maschinensatz ist leicht mit einem Fahrzeug verbindbar. Mit der elektrischen Lei­ stung können alle stromverbrauchenden Aggregate eines Fahrzeuges, insbesondere eines Kraftfahrzeuges unabhän­ gig von einem mit dem Fahrmotor gekoppelten Stromgene­ rator und einer damit verbundenen Batterie sowie eine Klimaanlage mit entsprechender Kälteleistung über be­ liebig lange Betriebszeiten gespeist werden.

Selbstverständlich kann dieser Maschinensatz auch trag­ bar ausgebildet werden. Der Generator des beschriebenen Maschinensatzes kann auch mit zwei gesonderten Wicklun­ gen zur Erzeugung unterschiedlicher elektrischer Span­ nung versehen sein, von denen eine der Wicklungen zu­ sätzlich als Motorwicklung (Startmotor) schaltbar ist. Hierbei ist die Anordnung so zu treffen, daß der Gene­ rator als elektrischer Startmotor für den Versorgungs­ motor umschaltbar ausgebildet ist.

Über die schaltbaren Kupplungen können je nach Bedarf der Gene­ rator für sich allein oder der Generator und der Kompressor gemeinsam angetrieben werden, wobei es besonderes vorteilhaft ist, wenn die Auslegung des Maschinensatzes so erfolgt, daß Generator und Kompressor mit gleicher Drehzahl angetrieben wer­ den. Es sind aber auch unterschiedliche Drehzahlen anwendbar, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von hier der besseren Übersicht halber im einzelnen nicht dargestellter Getriebe. Besonders raumsparend wird der Maschinensatz, wenn Versorgungs­ motor und Generator starr miteinander verbunden sind, der Gene­ rator also stets vom Versorgungsmotor angetrieben ist.

Claims (11)

1. Maschinensatz zur Energieversorgung, insbesondere von Land- Fahrzeugen mit einem Fahrmotor mit folgenden Merkmalen:

• a) ein als Versorgungsmotor (4) dienender Verbrennungsmotor ist mit einem elektrischen Generator (2) und mit einem Kompressor (3) einer Kältemaschine in Antriebsverbindung;
• b) ein weiteres Antriebsglied (5) für den elektrischen Generator (2) und den Kompressor (3) ist mit dem Fahrmotor des Fahrzeugs in Antriebsverbindung;
• c) eine lastschaltbare Kupplung (9, 12, 18) ist sowohl zwischen dem Versorgungsmotor (4) und dem Generator (2), als auch zwischen dem Antriebsglied (5) und dem Generator (2) als auch zwischen dem Generator (2) und dem Kompressor (3) angeordnet,

dies alles in derartiger Anordnung, daß der Generator (2) wahlweise vom Fahrmotor über das Antriebsglied (5) oder vom Versorgungsmotor (4) antreibbar ist und daß der Kompressor (3) wahlweise zuschaltbar ist.

2. Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Versorgungsmotor (4) achsparallel aber achsversetzt zu den eine gleichachsige Baugruppe bildenden Kompressor (3), Generator (2) und An­ triebsglied (5) angeordnet ist.

3. Maschinensatz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (3) ein Flügel­ zellen- oder Axialkolbenkompressor ist und daß alle Baugruppen (2, 3, 4) samt dem weiteren Antriebsglied (5) über die koaxial zueinander ange­ ordnete Wellen (10, 15) und die schaltbare Last­ kupplungen (9, 12, 18) miteinander in Antriebsver­ bindung stehen.

4. Maschinensatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß dem Kompressor (3) eine Hohlwelle (15) zu­ geordnet ist, durch die die Hauptwelle (10) zwi­ schen Antriebsglied (5) und Kupplung (18) hindurch­ geführt ist.

5. Maschinensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Generator (2) und Kompressor (3) mit gleicher Drehzahl antreibbar sind.

6. Maschinensatz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Generator (2) und Kompressor (3) mit unterschiedlichen Drehzahlen antreibbar sind.

7. Maschinensatz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen elektromagnetisch betätigbar sind.

8. Maschinensatz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungen fluidische Kupplungen sind.

9. Maschinensatz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (15), welche koaxial zur Hauptwelle (10) im Gehäuse (3) drehbar angeordnet ist, über Getriebeglieder (16) mit dem Axialkolben-Kompressor (3) in Antriebsverbin­ dung steht.

10. Maschinensatz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (2) mit zwei gesonderten Wicklungen zur Erzeugung unterschiedlicher elektrischer Spannungen ver­ sehen ist, von denen eine der Wicklungen zusätzlich als Motorwicklung schaltbar ist, so daß der Generator als elek­ trischer Startmotor für den Versorgungsmotor umschaltbar ausgebildet ist.

11. Maschinensatz nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Maschinensatz tragbar ausgebildet ist.