WO2012069201A2 - Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere range extender fuer ein kraftfahrzeug - Google Patents

Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere range extender fuer ein kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • Power generating device in particular range extender for a
  • the present invention relates to a power generating device, in particular a range extender for a motor vehicle, which has a frame, a power generator mounted in the frame with a shaft and at least one Lagerungsele- element for mounting the frame relative to at least one further component.
  • Motor vehicles with electric drive are currently of great interest and subject to rapid development.
  • a problem with motor vehicles with purely electric drive is at the current state of development, however, still the relatively low battery capacity, which leads to a shortened range compared to conventional vehicles with gasoline or diesel engine.
  • the traction battery is additionally claimed for other energy-intensive purposes, such as the operation of the vehicle heater or the vehicle air conditioning, the range of the electric vehicle is further reduced. From the subjective point of view of the user of the electric vehicle, this results in the risk that the vehicle stops in the middle of the journey, possibly in an unfavorable or even dangerous situation, since the battery is empty.
  • a range extender is a power generating device for an electric vehicle having a power generator with an internal combustion engine and an electric generator coupled to the internal combustion engine for power generation.
  • the electric current generated by the generator may be used to recharge the battery or, alternatively, to directly drive the electric motor of the vehicle. If sufficient fuel is present in the fuel tank of the internal combustion engine, the electric vehicle can travel a certain distance even when the battery capacity is initially exhausted, whereby the subjective risk of stagnation while driving is eliminated.
  • the internal combustion engine in the range extender has only a comparatively low performance, since it is intended only for maintaining an "emergency operation" in the case of an empty battery.
  • the range extender represents a special case of a serial hybrid drive, since the power of the internal combustion engine is not used directly for driving the motor vehicle, but only indirectly via the electric generator and the electric drive motor of the motor vehicle.
  • a range extender can have, for example, a reciprocating or a rotary piston engine, for example a gasoline, diesel or rotary engine.
  • a resilient connection between the motor shaft and the generator shaft and / or between the motor housing and the generator housing can be provided as measure for vibration damping or decoupling, as for example in AT 410 019 B described.
  • a resilient connection between the motor shaft and the generator shaft and / or between the motor housing and the generator housing can be provided as measure for vibration damping or decoupling, as for example in AT 410 019 B described.
  • this document are also arrangements for the elastic mounting of an existing motor and generator power generator on the ground.
  • DE 198 02 881 B4 describes the storage of a diesel generator on a foundation with the interposition of an acoustically effective, structure-borne sound insulating intermediate mass acting support frame.
  • the present invention has for its object to provide an improved vibration-damping storage of a power generating device in order to reduce a vibration introduction of the power generating device into the environment, for example in a motor vehicle.
  • the considered power generating device comprises a frame, a power generator mounted in the frame with a shaft and at least one bearing element for supporting the frame relative to another component.
  • a frame is understood to mean a rigid, preferably a multiplicity of ribs, rods, tubes or the like and components or recesses or cavities formed therebetween, to which other components can be fastened and / or stored and which in turn are themselves fastened to another component and / or can be stored.
  • a power generator Under a power generator is a device for converting an energy form, for example, by chemical bonds in a fuel stored energy, understood in electric power, which preferably has an arrangement of a motor and an electric generator, the generator of the engine is driven and wherein the engine is preferably an internal combustion engine.
  • the power generating unit considered within the scope of this invention comprises a shaft, i. H. a rod-shaped component for transmitting torques, on, wherein the shaft preferably serves simultaneously as an output shaft of the internal combustion engine and as a drive shaft of the electric generator.
  • a component or an arrangement of components is referred to, which is or intended to determine the relative position and / or movement possibility of a second component relative to a third component and / or to support the second component relative to the third component.
  • the storage determined by the storage element can be a movable, preferably linear or rotatable mounting or even an immovable attachment of the second component relative to the third component.
  • the power generation device is characterized in that the power generation unit is accommodated in the frame such that the power generation unit can perform a pivotal movement about a coincident with the shaft of the power generator aggregate geometric axis.
  • the wording "in the frame” is hereby not intended to exclude that the frame may not form a completely closed mold and / or that parts of the power generator may protrude beyond the (imaginary) outer surfaces of the frame.
  • a straight line is designated, on which lies the axis of rotation of said shaft and rotates about the shaft during operation.
  • a pivotal movement a rotational movement of a component about a fixed point with a limited angle of rotation.
  • the maximum possible angle of rotation is a smaller angle than 360 degrees, for example 120 degrees.
  • the pivoting movement can preferably take place in both directions of rotation. In particular, however, a continuous rotation is excluded during a pivoting movement.
  • the power generation unit is accommodated in particular in such a way that it can execute torsional vibrations, in such a way that substantially no torsional vibrations are transmitted to the frame.
  • this is particularly important when the power generator has a reciprocating engine with a small number of cylinders.
  • the power generation unit is supported by at least one rotary bearing, in which the shaft is rotatably mounted, relative to the frame.
  • the shaft is supported by at least two pivot bearings relative to the frame, more preferably by exactly two pivot bearings arranged at or near the two ends of the shaft.
  • the power generator is in this embodiment so only indirectly, namely stored on its rotating shaft during operation, relative to the frame.
  • the at least one rotary bearing is preferably a roller bearing, for example a roller, needle or ball bearing, or a sliding bearing. Since in particular rolling bearings have a very low friction, this results in a good vibration isolation between the power generator and the frame.
  • the power generating device has at least one torque support, which supports the power generation unit relative to the frame.
  • a torque support has the advantage that it supports torque fluctuations and alternating torques that can occur within the power generator. In the case of reciprocating engines, for example, these may occur during operation due to the uneven movements of the crankshaft, but also, for example, when starting the engine or in the event of misfiring. Without such support, the power plant could otherwise be excited by such torque fluctuations and / or alternating torques to a pivotal movement, which goes beyond the allowable rotation angle. A collision of parts of the power generator with parts of the frame or twisting or even tearing of connecting cables could be the result. Such effects are prevented or at least mitigated by the moment support.
  • the at least one torque support on at least one vibration damping element which preferably consists of a mechanical spring, an elastomeric element or a gas spring. Also, this vibration damping element contributes to the vibration damping between the power generator and the frame.
  • the at least one bearing element for supporting the frame relative to the further component at least one vibration damping element.
  • this vibration Damping element is preferably a mechanical spring, an elastomeric element or a gas spring.
  • the further component against which the frame is mounted depending on the application and installation of the power generating device, the chassis or the body of a motor vehicle or, in stationary applications, be a stationary foundation.
  • the vibration damping element is used in this case for vibration damping and Entkoppiung between the frame and this further component, with such vibrations on the other component, for example in the form of vibrations or noise noticeable.
  • the mounting of the frame relative to the further component by the at least one bearing element for damping linear vibrations of the frame is arranged substantially in one direction.
  • Such an attenuation of linear vibrations substantially in one direction is mechanically easier to implement than the damping of vibrations in several directions and / or superimpositions, for example of linear vibrations and torsional vibrations.
  • the at least one bearing element for supporting the frame relative to the further component at least one, preferably at least two, pivot bearing.
  • a substantially linear mobility of the frame relative to the other component can be achieved in a simple manner by the two pivot bearings are arranged in the same plane and connected by a leg, wherein the side facing away from the leg of the first pivot bearing with the frame and the side facing away from the leg of the second pivot bearing is connected to the further component. This results in low angular deflections of the connecting leg between the two pivot bearings a substantially linear mobility of the frame relative to the other component.
  • the at least one rotary bearing on an elastomeric damping element is integrated into the pivot bearing and thus in the storage element in a simple manner.
  • the power generation unit has at least one balancing device for balancing at least one rotating part of the power generation unit.
  • balancing weights or bores are generally mounted on one side of the rotating part.
  • the at least one balancing device balances the at least one rotating part of the power generator such that the frame oscillates substantially linearly in one direction, wherein the mounting of the frame relative to the further component by the at least one bearing element for damping linear oscillations of the frame is set up substantially in this direction.
  • the possibility of aligning the imbalance by a dynamic balancing is thus used to align the imbalance and the associated oscillating mass forces so that they can be particularly well damped by the at least one bearing element between the frame and the other component.
  • the power generating device has at least one guide element for guiding the frame relative to the further component.
  • a guide element is understood to mean an element which permits a defined movement of one component relative to another component in at least one direction and / or along at least one path to a certain extent.
  • the guide element can be, for example, a straight or curved slide rail and a carriage which can be moved on the slide rail or a cable loop which revolves around two rollers and to which another component is fastened.
  • the at least one guide element has the function of forcing, limiting and / or preventing movement of the frame relative to the further component in at least one direction and / or along at least one path. In this way, for example, uncontrolled or unforeseen movements of the frame to be prevented or limited to a permissible, harmless level.
  • Such uncontrolled or unforeseen movements of the frame can be caused in the case of use of the power generating device in a motor vehicle, for example, by certain driving maneuvers, such as heavy braking or fast cornering.
  • certain driving maneuvers such as heavy braking or fast cornering.
  • the allowable deflections and the vibration damping capacities of the bearing elements between the frame and the further component would be exceeded and that the frame would collide with the further component, in the worst case the power-generating unit received therein would take.
  • the at least one guide element has at least one damping element.
  • this damping element is a spring-loaded guide roller or a guide rail mounted on an elastomeric strip.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a power generating device according to the invention in the form of a range extender for an electric vehicle.
  • the range extender 1 shown in FIG. 1 has a frame 5 and a power generating unit 2 mounted therein.
  • the frame 5 is suspended swinging by four support members 11 on the chassis or on the body 15 of an electric vehicle.
  • other mounting orientations for the frame 5, such as standing on a floor surface or attached to a side wall, are also possible.
  • the power generator 2 in turn has a reciprocating engine 3 and a generator 4, which are rigidly coupled together by means of a continuous shaft 8.
  • the shaft 8 simultaneously forms the output shaft of the Hubkolbenmotors 3 and the drive shaft of the generator 4.
  • the outer geometric shape of the reciprocating engine 3 is shown in Fig. 1 schematically as a cylindrical crankcase 6 and a flange on the lateral surface perpendicular to the axis of the crankcase 6 flanged, cuboid cylinder housing 7 is shown.
  • the reciprocating engine 3 has a small number of cylinders, for example two or three cylinders.
  • the connection lines of the power generation unit 2, such as the fuel supply and the exhaust gas discharge of the reciprocating engine 3 or the power connection of the generator 4 and the necessary for the operation of the power generator 2 control lines are not shown in Fig. 1.
  • the frame 5 is substantially in the shape of a cube, with only the twelve side edges of the cube being formed, for example in the form of aluminum or steel profiles, while the six side faces of the cube are open.
  • the cube-shaped frame 5 has four struts 5a running diagonally inward from each of the four corners of the respective side surface, which are further inclined slightly into the inside of the cube.
  • the connection of the four struts 5a in the region of the center of the respective side surface of the cube is formed by a ring 5b, to which the four struts 5a are radially fixed, for example welded.
  • ring 5b is a pivot bearing 9, in the embodiment, a roller or ball bearings, fitted by means of a press fit.
  • the same construction of struts 5a, 5b ring and pivot bearing 9 is located on two opposite side surfaces of the cube-shaped frame 5, so that the inner peripheral surfaces of the two pivot bearings 9 are aligned, ie, their geometric center axes coincide.
  • the continuous shaft 8 of the power generator 2 is mounted at its two ends in the two pivot bearings 9, so that they in the operation of the power generation unit. 2 can rotate freely.
  • In the interior of the reciprocating piston engine 3 are located on the crankshaft balancing weights, which are also not shown in Fig. 1.
  • the moment support 10 has a metal spiral spring with a defined spring damping characteristic. In this way, the torque arm 10 can accommodate a vertical component of the oscillating mass forces, which arise due to the up and down movement of the piston in the cylinder housing 7. There remains therefore essentially still a horizontal component of these oscillating mass forces, as indicated in Fig. 1.
  • the said horizontal component of the oscillating mass forces is again largely absorbed by the four bearing elements 11, by which the frame 5 is mounted on the chassis or on the body of the vehicle 15.
  • Each support member 11 has two connected by a rod-shaped leg 14 pivot bearing 12 and 13, wherein the pivot bearing 12 is a rubber bearing with a defined torsional rigidity and the pivot bearing 13 is a plain bearing.
  • Each of the bearing elements 1 1 is attached to the rubber mount 12 on the chassis or on the body 15 of the vehicle and with the pivot bearing 13 on the frame 5.
  • the four bearing elements 1 1 are arranged parallel to each other, so that a vibration-damped rotational / shear movement of the frame 5 relative to the chassis or the body 15 - in Fig. 1 in the horizontal direction - is made possible. By this arrangement, it is also possible to largely absorb the remaining horizontal component of the oscillating mass forces generated by the power generator 2.
  • the range extender 1 may have additional guide elements (not shown in FIG. 1), for example, guide rails in the horizontal direction, by means of which too large deflections of the frame 5 during maneuvers such as braking or cornering limited or prevented. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Eine Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere ein Range Extender 1 für ein Kraftfahrzeug, weist einen Rahmen 5, ein in dem Rahmen 5 gelagertes Stromerzeugungsaggregat 2 mit einer Welle 8, insbesondere ein einen Verbrennungsmotor 3 und einen mit dem Verbrennungsmotor 3 starr gekoppelten Generator 4 aufweisendes Stromerzeugungsaggregat 2, sowie wenigstens ein Lagerungselement 11 zur Lagerung des Rahmens 5 gegenüber einem weiteren Bauteil, insbesondere dem Fahrgestell oder der Karosserie 15 eines Kraftfahrzeugs, auf. Dabei ist das Stromerzeugungsaggregat 2 derart in dem Rahmen 5 aufgenommen, dass das Stromerzeugungsaggregat 2 eine Schwenkbewegung um eine mit der Welle 8 zusammenfallende geometrische Achse ausführen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Stromerzeugungsaggregat 2 einen Hubkolbenmotor 3 auf und ist durch wenigstens ein Drehlager 9, in welchem die Welle 8 drehbar gelagert ist, in dem Rahmen 5 gelagert. Das Stromerzeugungsaggregat 2 kann weiterhin durch eine Momentenstütze 10 gegenüber dem Rahmen 5 abgestützt sein.

Description

Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere Range Extender für ein
Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere einen Range Extender für ein Kraftfahrzeug, welche einen Rahmen, ein in dem Rahmen gelagertes Stromerzeugungsaggregat mit einer Welle sowie wenigstens ein Lagerungsele- ment zur Lagerung des Rahmens gegenüber wenigstens einem weiteren Bauteil aufweist.
Kraftfahrzeuge mit elektrischem Antrieb sind derzeit von großem Interesse und einer schnellen Entwicklung unterworfen. Ein Problem bei Kraftfahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb ist beim momentanen Stand der Entwicklung jedoch noch die relativ geringe Batteriekapazität, welche im Vergleich zu herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Benzin- oder Dieselmotor zu einer verkürzten Reichweite führt. Insbesondere, wenn die Antriebsbatterie zusätzlich noch für andere energieintensive Zwecke beansprucht wird, wie den Betrieb der Fahrzeugheizung oder der Fahrzeug-Klimaanlage, wird die Reichweite des Elektrofahrzeugs weiter reduziert. Aus der subjektiven Sicht des Benutzers des Elektrofahrzeugs ergibt sich daraus die Gefahr, dass das Fahrzeug mitten während der Fahrt, möglicherweise in einer ungünstigen oder gar gefährlichen Situation, stehen bleibt, da die Batterie leer ist.
Es wird versucht, diese zumindest subjektiv vorhandene Gefahr durch den Einsatz eines sogenannten Range Extenders zu vermindern. Ein Range Extender ist eine Stromerzeugungsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug, welche ein Stromerzeugungsaggregat mit einem Verbrennungsmotor und einem mit dem Verbrennungsmotor gekoppelten elektrischen Generator zur Stromerzeugung aufweist. Der von dem Generator erzeugte elektrische Strom kann zum Wiederaufladen der Batterie oder alternativ zum direkten Antrieb des Elektromotors des Fahrzeugs verwendet werden. Wenn im Kraftstofftank des Verbrennungsmotors genügend Kraftstoff vorhanden ist, kann das Elektrofahrzeug somit auch bei zunächst erschöpfter Batteriekapazität noch eine bestimmte Strecke zurücklegen, wodurch die subjektive Gefahr des Stehenbleibens während der Fahrt gebannt ist.
Der Verbrennungsmotor im Range Extender hat dabei nur eine vergleichsweise geringe Leistung, da er nur zur Aufrechterhaltung eines "Notbetriebs" im Falle einer leeren Batterie gedacht ist. Gleichzeitig stellt der Range Extender einen Sonderfall eines seriellen Hybridantriebs dar, da die Leistung des Verbrennungsmotors nicht direkt zum Antrieb des Kraftfahrzeugs verwendet wird, sondern nur indirekt über den elektrischen Generator und den elektrischen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs.
Ein Range Extender kann als Verbrennungsmotor beispielsweise einen Hubkolben- oder einen Rotationskolbenmotor, beispielsweise einen Benzin-, Diesel- oder Wankelmotor, aufweisen.
Insbesondere bei der Verwendung eines Hubkolbenmotors im Range Extender ergibt sich das Problem des Auftretens von mechanischen Schwingungen während des Be- triebs durch die nicht-kontinuierlichen Bewegungen der einzelnen Kolben in den Zylindern. Insbesondere bei einem Hubkolbenmotor mit einer geringen Anzahl von Zylindern, etwa zwei oder drei Zylindern, wird dieses Problem noch verstärkt, da in diesem Fall im Vergleich zu einem Hubkolbenmotor mit mehr Zylindern bei gleicher Drehzahl weniger Verbrennungsvorgänge pro Zeiteinheit stattfinden, welche aber gleichzeitig mit einem deutlichen Druckanstieg verbunden sind. Es sind daher Maßnahmen zum Massenausgleich für Schwingungen verschiedener Ordnungen; beispielsweise erster, zweiter, vierter, sechster oder achter Ordnung, erforderlich, beispielsweise in Form von Gegengewichten. Weiterhin können dämpfende Drehmomentstützen zur Dämpfung der durch die Kolbenstöße erzeugten Drehmomente vorgesehen werden.
Speziell bei Stromerzeugungsaggregaten mit einem Verbrennungsmotor und einem elektrischen Generator kann als Maßnahme zur Schwingungsdämpfung bzw. -entkopp- lung weiterhin eine elastische Verbindung zwischen der Motorwelle und der Generatorwelle und/oder zwischen dem Motorgehäuse und dem Generatorgehäuse vorgesehen werden, wie beispielsweise in der AT 410 019 B beschrieben. In dieser Druckschrift finden sich auch Anordnungen zur elastischen Lagerung eines aus Motor und Generator bestehenden Stromerzeugungsaggregats am Boden.
Weiterhin beschreibt beispielsweise die DE 198 02 881 B4 die Lagerung eines Dieselgenerators auf einem Fundament unter Zwischenschaltung eines als akustisch wirksame, Körperschall isolierende Zwischenmasse fungierenden Trägerrahmens.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte schwingungs- dämpfende Lagerung einer Stromerzeugungsvorrichtung zu schaffen, um eine Vibrationseinleitung von der Stromerzeugungsvorrichtung in die Umgebung, beispielsweise in ein Kraftfahrzeug, zu vermindern.
Die betrachtete Stromerzeugungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 weist einen Rahmen, ein in dem Rahmen gelagertes Stromerzeugungsaggregat mit einer Welle sowie wenigstens ein Lagerungselement zur Lagerung des Rahmens gegenüber einem weiteren Bauteil auf.
Unter einem Rahmen wird ein in sich starres, vorzugsweise eine Vielzahl von Rippen, Stangen, Rohren oder dergleichen und dazwischen gebildeten Aussparungen oder Hohlräumen aufweisendes Bauteil verstanden, an welchem weitere Bauteile befestigt und/oder gelagert werden können und welches selbst wiederum an einem weiteren Bauteil befestigt und/oder gelagert werden kann.
Unter einem Stromerzeugungsaggregat wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Energieform, beispielsweise durch chemische Bindungen in einem Kraftstoff gespeicherte Energie, in elektrischen Strom verstanden, welche vorzugsweise eine Anordnung aus einem Motor und einem elektrischen Generator aufweist, wobei der Generator von dem Motor angetrieben wird und wobei es sich bei dem Motor vorzugsweise um einen Verbrennungsmotor handelt.
Das im Rahmen dieser Erfindung betrachtete Stromerzeugungsaggregat weist eine Welle, d. h. ein stabförmiges Bauteil zur Übertragung von Drehmomenten, auf, wobei die Welle vorzugsweise gleichzeitig als Abtriebswelle des Verbrennungsmotors und als Antriebswelle des elektrischen Generators dient.
Als Lagerungselement wird ein Bauteil oder eine Anordnung von Bauteilen bezeichnet, das bzw. die dafür vorgesehen ist, die relative Position und/oder Bewegungsmöglichkeit eines zweiten Bauteils gegenüber einem dritten Bauteil festzulegen und/oder das zweite Bauteil gegenüber dem dritten Bauteil abzustützen. Die durch das Lagerungselement bestimmte Lagerung kann dabei eine bewegliche, vorzugsweise lineare oder drehbare Lagerung oder auch eine unbewegliche Befestigung des zweiten Bauteils gegenüber dem dritten Bauteil sein.
Die genannte Aufgabe wird durch eine Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die erfindungsgemäße Stromerzeugungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Stromerzeugungsaggregat derart in dem Rahmen aufgenommen ist, dass das Stromerzeugungsaggregat eine Schwenkbewegung um eine mit der Welle des Stromerzeugungsaggregats zusammenfallende geometrische Achse ausführen kann.
Die Formulierung "in dem Rahmen" soll hierbei nicht ausschließen, dass der Rahmen möglicherweise keine vollständig geschlossene Form bildet und/oder dass Teile des Stromerzeugungsaggregats über die (gedachten) Außenflächen des Rahmen herausstehen.
Als eine mit der Welle zusammenfallende geometrische Achse wird hierbei eine Gerade bezeichnet, auf der die Rotationsachse der genannten Welle liegt und um die die Welle im Betrieb rotiert.
Weiter wird unter einer Schwenkbewegung eine Drehbewegung eines Bauteils um einen festen Punkt mit einem begrenzten Drehwinkel verstanden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem maximal möglichen Drehwinkel um einen kleineren Winkel als 360 Grad, beispielsweise 120 Grad. Die Schwenkbewegung kann vorzugsweise in beiden Drehrichtungen erfolgen. Insbesondere ist jedoch bei einer Schwenkbewegung eine kontinuierliche Rotation ausgeschlossen.
Das Stromerzeugungsaggregat ist erfindungsgemäß insbesondere derart in dem Rahmen aufgenommen, dass es Drehschwingungen ausführen kann, und zwar so, dass im Wesentlichen keine Drehschwingungen auf den Rahmen übertragen werden. Dadurch ergibt sich die gewünschte Schwingungsentkopplung zwischen den beispielsweise durch die Kolbenstöße im Verbrennungsmotor induzierten Schwingungen und dem Rahmen bzw. der Umgebung. Wie oben ausgeführt, ist dies besonders wichtig, wenn das Stromerzeugungsaggregat einen Hubkolbenmotor mit einer geringen Zylinderanzahl aufweist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Stromerzeugungsaggregat durch wenigstens ein Drehlager, in welchem die Welle drehbar gelagert ist, gegenüber dem Rahmen gelagert. Vorzugsweise ist die Welle durch wenigstens zwei Drehlager gegenüber dem Rahmen gelagert, weiter vorzugsweise durch genau zwei Drehlager, welche an oder in der Nähe der beiden Enden der Welle angeordnet sind. Das Stromerzeugungsaggregat ist in dieser Ausführung also lediglich indirekt, nämlich über seine im Betrieb rotierende Welle, gegenüber dem Rahmen gelagert.
Bei dem wenigstens einen Drehlager handelt es sich vorzugsweise um ein Wälzlager, beispielsweise ein Walzen-, Nadel- oder Kugellager, oder um ein Gleitlager. Da insbesondere Wälzlager eine sehr geringe Reibung aufweisen, ergibt sich dadurch eine gute Schwingungsentkopplung zwischen dem Stromerzeugungsaggregat und dem Rahmen.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stromerzeugungsvorrichtung wenigstens eine Momentenstütze auf, die das Stromerzeugungsaggregat gegenüber dem Rahmen abstützt. Eine solche Momentenstütze hat den Vorteil, dass sie Drehmomentschwankungen und Wechseldrehmomente abstützt, die innerhalb des Stromerzeugungsaggregats auftreten können. Im Fall von Hubkolbenmotoren können diese beispielsweise durch die ungleichmäßigen Bewegungen der Kurbelwelle im laufenden Betrieb auftreten, aber beispielsweise auch beim Anlassen des Motors oder im Fall von Fehlzündungen. Ohne eine solche Abstützung könnte das Stromerzeugungsaggregat ansonsten durch derartige Drehmomentschwankungen und/oder Wechseldrehmomente zu einer Schwenkbewegung angeregt werden, die über den zulässigen Drehwinkel hinausgeht. Eine Kollision von Teilen des Stromerzeugungsaggregats mit Teilen des Rahmens oder ein Verwinden oder gar Abreißen von Anschlussleitungen könnte die Folge sein. Derartige Effekte werden durch die Momentenstütze verhindert oder zumindest abgeschwächt.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die wenigstens eine Momentenstütze wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement auf, welches vorzugsweise aus einer mechanischen Feder, einem Elastomerelement oder einer Gasdruckfeder besteht. Auch dieses Schwingungsdämpfungselement trägt zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Stromerzeugungsaggregat und dem Rahmen bei.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das wenigstens eine Lagerungselement zur Lagerung des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil wenigstens ein Schwingungsdämpfungselement auf. Auch dieses Schwingungs- dämpfungselement ist vorzugsweise eine mechanische Feder, ein Elastomerelement oder eine Gasdruckfeder. Das weitere Bauteil, gegenüber dem der Rahmen gelagert ist, kann, je nach Anwendung und Einbauort der Stromerzeugungsvorrichtung, das Fahrwerk oder die Karosserie eines Kraftfahrzeugs oder, bei stationären Anwendungen, ein ortsfestes Fundament sein. Das Schwingungsdämpfungselement dient in diesem Fall zur Schwingungsdämpfung und -entkoppiung zwischen dem Rahmen und diesem weiteren Bauteil, wobei sich derartige Schwingungen an dem weiteren Bauteil beispielsweise in Form von Vibrationen oder Geräuschen bemerkbar machen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Lagerung des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil durch das wenigstens eine Lagerungselement zur Dämpfung von linearen Schwingungen des Rahmens im Wesentlichen in einer Richtung eingerichtet. Eine solche Dämpfung von linearen Schwingungen im Wesentlichen in einer Richtung ist mechanisch einfacher zu realisieren als die Dämpfung von Schwingungen in mehreren Richtungen und/oder von Überlagerungen, beispielsweise von linearen Schwingungen und Torsionsschwingungen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das wenigstens eine Lagerungselement zur Lagerung des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei, Drehlager auf. Durch das Vorsehen von zwei Drehlagern in dem Lagerungselement kann beispielsweise auf einfache Weise eine im Wesentlichen lineare Beweglichkeit des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil erreicht werden, indem die beiden Drehlager in der selben Ebene angeordnet und durch einen Schenkel verbunden werden, wobei die dem Schenkel abgewandte Seite des ersten Drehlagers mit dem Rahmen und die dem Schenkel abgewandte Seite des zweiten Drehlagers mit dem weiteren Bauteil verbunden ist. Dadurch ergibt sich bei geringen Winkelauslenkungen des Verbindungsschenkels zwischen den beiden Drehlagern eine im Wesentlichen lineare Beweglichkeit des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das wenigstens eine Drehlager ein Elastomer-Dämpfungselement auf. Somit ist auf einfache Weise ein Schwingungsdämpfungselement in das Drehlager und damit in das Lagerungselement integriert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Stromerzeugungsaggregat wenigstens eine Wuchtungseinrichtung zur Auswuchtung von wenigstens einem rotierenden Teil des Stromerzeugungsaggregats auf. Hierdurch können zum einen statische Unwuchten, die sich aus der Konstruktion oder der Fertigung des betreffenden rotierenden Teils des Stromerzeugungsaggregats als Abweichung von einer exakt rotationssymmetrischen Form ergeben, ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck werden im allgemeinen Auswuchtgewichte oder auch -bohrungen auf einer Seite des rotierenden Teils angebracht. Es ist jedoch auch möglich, im Sinne einer dynamischen Auswuchtung durch das Anbringen von Auswuchtgewichten oder -bohrungen auf beiden Seiten des rotierenden Teils eine Verkippung der Trägheitsachse des rotierenden Teils zu erreichen und dadurch eine dynamische Unwucht zu beseitigen oder zumindest in einer bestimmten Ebene auszurichten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung wuchtet die wenigstens eine Wuchtungseinrichtung das wenigstens eine rotierende Teil des Stromerzeugungsaggregats derart aus, dass der Rahmen im Wesentlichen linear in einer Richtung schwingt, wobei die Lagerung des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil durch das wenigstens eine Lagerungselement zur Dämpfung von linearen Schwingungen des Rahmens im Wesentlichen in dieser Richtung eingerichtet ist. In diesem Fall wird die Möglichkeit der Ausrichtung der Unwucht durch eine dynamische Auswuchtung also dazu verwendet, die Unwucht und die damit verbundenen oszillierenden Massenkräfte so auszurichten, dass sie von dem wenigstens einen Lagerungselement zwischen dem Rahmen und dem weiteren Bauteil besonders gut gedämpft werden können.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Stromerzeugungsvorrichtung wenigstens ein Führungselement zur Führung des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil auf.
Unter einem Führungselement wird ein Element verstanden, das eine definierte Bewegung eines Bauteils gegenüber einem anderen Bauteil in wenigstens einer Richtung und/oder entlang wenigstens einer Bahn in einem bestimmten Ausmaß zulässt. Bei dem Führungselement kann es sich beispielsweise um eine gerade oder gebogene Gleitschiene und einen auf der Gleitschiene verschiebbaren Schlitten oder um eine um zwei Rollen umlaufende Seilschlinge, an der ein anderes Bauteil befestigt ist, handeln.
Das wenigstens eine Führungselement hat die Funktion, eine Bewegung des Rahmens gegenüber dem weiteren Bauteil in wenigstens einer Richtung und/oder entlang wenigstens einer Bahn zu erzwingen, zu begrenzen und/oder zu verhindern. Auf diese Weise sollen beispielsweise unkontrollierte oder unvorhergesehene Bewegungen des Rahmens verhindert oder auf ein zulässiges, ungefährliches Maß begrenzt werden.
Solche unkontrollierten oder unvorhergesehenen Bewegungen des Rahmens können im Falle des Einsatzes der Stromerzeugungsvorrichtung in einem Kraftfahrzeug beispielsweise durch bestimmte Fahrmanöver, wie starkes Bremsen oder eine schnelle Kurvenfahrt, hervorgerufen werden. In solchen Fällen bestünde ohne derartige Führungselemente möglicherweise die Gefahr, dass die zulässigen Auslenkungen sowie die Schwin- gungsdämpfungskapazitäten der Lagerungselemente zwischen dem Rahmen und dem weiteren Bauteil überschritten werden und dass der Rahmen mit dem weiteren Bauteil kollidiert, wobei im schlimmsten Fall das darin aufgenommene Stromerzeugungsaggregat Schaden nehmen würde.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das wenigstens eine Führungselement wenigstens ein Dämpfungselement auf. Bei diesem Dämpfungselement handelt es sich beispielsweise um eine gefederte Führungsrolle oder eine auf einem Elastomerstreifen gelagerte Führungsschiene.
Die Erfindung wird nun anhand des in Fig. 1 teilweise schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben.
Fig.1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Stromerzeugungsvorrichtung in Form eines Range Extenders für ein Elektrofahrzeug.
Der in Fig. 1 dargestellte Range Extender 1 weist einen Rahmen 5 und ein darin gelagertes Stromerzeugungsaggregat 2 auf. Der Rahmen 5 ist durch vier Lagerungselemente 11 am Fahrgestell oder an der Karosserie 15 eines Elektrofahrzeugs schwingend aufgehängt. Es sind jedoch auch andere Einbauorientierungen für den Rahmen 5, wie auf einer Bodenfläche stehend oder an einer Seitenwand befestigt, möglich.
Das Stromerzeugungsaggregat 2 weist wiederum einen Hubkolbenmotor 3 sowie einen Generator 4 auf, welche mittels einer durchgehenden Welle 8 starr miteinander gekoppelt sind. Die Welle 8 bildet gleichzeitig die Abtriebswelle des Hubkolbenmotors 3 und die Antriebswelle des Generators 4. Die äußere geometrische Form des Hubkolbenmotors 3 ist in Fig. 1 schematisch als ein zylindrisches Kurbelgehäuse 6 und ein an dessen Mantelfläche senkrecht zur Achse des Kurbelgehäuses 6 angeflanschtes, quaderförmiges Zylindergehäuse 7 dargestellt. Der Hubkolbenmotor 3 hat eine geringe Anzahl von Zylindern, beispielsweise zwei oder drei Zylinder. Die Anschlussleitungen des Stromerzeugungsaggregats 2, etwa die Kraftstoffzuleitung und die Abgasableitung des Hubkolbenmotors 3 oder der Stromanschluss des Generators 4 sowie die zum Betrieb des Stromerzeugungsaggregats 2 nötigen Steuerleitungen sind in Fig. 1 nicht dargestellt.
Der Rahmen 5 hat im Wesentlichen die Form eines Würfels, wobei lediglich die zwölf Seitenkanten des Würfels ausgebildet sind, beispielsweise in Form von Aluminium- oder Stahlprofilen, während die sechs Seitenflächen des Würfels offen sind. An der vorderen und hinteren Seitenfläche weist der würfelförmige Rahmen 5 jeweils vier von den vier Ecken der jeweiligen Seitenfläche diagonal nach innen verlaufende Streben 5a auf, welche weiterhin leicht ins Innere des Würfels hinein geneigt sind. Die Verbindung der vier Streben 5a im Bereich der Mitte der jeweiligen Seitenfläche des Würfels wird von einem Ring 5b gebildet, an welchem die vier Streben 5a radial befestigt, beispielsweise angeschweißt, sind.
In den Ring 5b ist ein Drehlager 9, im Ausführungsbeispiel ein Walzen- oder Kugellager, mittels eines Presssitzes eingepasst. Die gleiche Konstruktion aus Streben 5a, Ring 5b und Drehlager 9 befindet sich auf zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen des würfelförmigen Rahmens 5, so dass die inneren Umfangsflächen der beiden Drehlager 9 miteinander fluchten, d. h. ihre geometrischen Mittelachsen fallen zusammen. Die durchgehende Welle 8 des Stromerzeugungsaggregats 2 ist an ihren beiden Enden in den beiden Drehlagern 9 gelagert, so dass sie im Betrieb des Stromerzeugungsaggregats 2 frei rotieren kann. Die Montage der Welle 8 in den Drehlagern 9 erfolgt beispielsweise mit Hilfe von (nicht dargestellten) von außen in die Drehlager 9 eingepressten Distanzhülsen. Im Inneren des Hubkolbenmotors 3 befinden sich an der Kurbelwelle Auswuch- tungsgewichte, welche in Fig. 1 jedoch ebenfalls nicht dargestellt sind.
Eine Momentenstütze 10, welche zwischen einer Seitenkante des würfelförmigen Rahmens 5 und dem Zylindergehäuse 7 angebracht ist, hindert den Hubkolbenmotor 3, insbesondere das Zylindergehäuse 7, am unkontrollierten Hin- und Herschwingen und somit auch an der Kollision von Teilen des Stromerzeugungsaggregats 2 mit dem Rahmen 5. Die Momentenstütze 10 weist eine Spiralfeder aus Metall mit einer definierten Federdämpfungscharakteristik auf. Auf diese Weise kann die Momentenstütze 10 eine vertikale Komponente der oszillierenden Massenkräfte aufnehmen, welche durch die Auf- und Abbewegung der Kolben im Zylindergehäuse 7 entstehen. Es verbleibt daher im Wesentlichen noch eine horizontale Komponente dieser oszillierenden Massenkräfte, wie in Fig. 1 angedeutet.
Die genannte horizontale Komponente der oszillierenden Massenkräfte wird wiederum weitgehend von den vier Lagerungselementen 11 aufgenommen, durch die der Rahmen 5 am Fahrwerk oder an der Karosserie des Fahrzeugs 15 gelagert ist. Jedes Lagerungselement 11 weist zwei durch einen stabförmigen Schenkel 14 verbundene Drehlager 12 und 13 auf, wobei das Drehlager 12 ein Gummilager mit einer definierten Drehsteifigkeit und das Drehlager 13 ein Gleitlager ist. Jedes der Lagerungselemente 1 1 ist mit dem Gummilager 12 am Fahrwerk oder an der Karosserie 15 des Fahrzeugs und mit dem Drehlager 13 am Rahmen 5 befestigt. Die vier Lagerungselemente 1 1 sind parallel zueinander angeordnet, so dass eine schwingungsgedämpfte Dreh-/Scherbewegung des Rahmens 5 gegenüber dem Fahrwerk oder der Karosserie 15 - in Fig. 1 in horizontaler Richtung - ermöglicht wird. Durch diese Anordnung ist es weiterhin möglich, die verbleibende horizontale Komponente der vom Stromerzeugungsaggregat 2 erzeugten oszillierenden Massenkräfte weitgehend aufzunehmen.
Der Range Extender 1 kann zusätzliche Führungselemente aufweisen (in Fig. 1 nicht dargestellt), beispielsweise Führungsschienen in horizontaler Richtung, durch welche zu große Auslenkungen des Rahmens 5 bei Fahrmanövern wie Bremsen oder Kurvenfahrt begrenzt oder verhindert werden. Bezugszeichenliste
1 Range Extender
2 Stromerzeugungsaggregat
3 Hubkolbenmotor
4 Generator
5 Rahmen
5a Strebe
5b Ring
6 Kurbelgehäuse
7 Zylindergehäuse
8 Welle
9 Drehlager
10 Momentenstütze
1 1 Lagerungselement
12 Gummilager
13 Drehlager
14 Schenkel
15 Fahrwerk oder Karosserie

Claims

Patentansprüche
1. Stromerzeugungsvorrichtung, insbesondere Range Extender (1) für ein
Kraftfahrzeug, aufweisend
- einen Rahmen (5),
- ein in dem Rahmen gelagertes Stromerzeugungsaggregat (2) mit einer Welle (8), insbesondere ein einen Verbrennungsmotor und einen mit dem Verbrennungsmotor starr gekoppelten Generator (4) aufweisendes Stromerzeugungsaggregat (2),
- wenigstens ein Lagerungselement (11) zur Lagerung des Rahmens (5) gegenüber einem
weiteren Bauteil, insbesondere dem Fahrgestell oder der Karosserie (15) eines Kraftfahrzeugs,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Stromerzeugungsaggregat (2) derart in dem
Rahmen (5) aufgenommen ist, dass das Stromerzeugungsaggregat (2) eine
Schwenkbewegung
um eine mit dieser Welle (8) zusammenfallende geometrische Achse ausführen kann.
2. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stromerzeugungsaggregat (2) einen Hubkolbenmotor (3) und einen elektrischen Generator (4) aufweist.
3. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromerzeugungsaggregat (2) durch wenigstens ein Drehlager (13), in welchem die Welle (8) drehbar gelagert ist, in dem Rahmen (5) gelagert ist.
4. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungsvorrichtung wenigstens eine
Momentenstütze (10) aufweist, die das Stromerzeugungsaggregat (2) gegenüber dem Rahmen (5) abstützt.
5. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Momentenstütze (10) wenigstens ein
Schwingungsdämpfungselement aufweist.
6. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lagerungselement (11) zur Lagerung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil wenigstens ein
Schwingungsdämpfungselement aufweist.
7. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil durch das wenigstens eine Lagerungselement (11) zur Dämpfung von im Wesentlichen linearen Schwingungen des Rahmens (5) im Wesentlichen in einer Richtung eingerichtet ist.
8. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lagerungselement (11) zur Lagerung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei, Drehlager (9) aufweist.
9. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Drehlager (9) ein Elastomer-Dämpfungselement aufweist.
10. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromerzeugungsaggregat (2) wenigstens eine
Wuchtungseinrichtung zur Auswuchtung von wenigstens einem rotierenden Teil des Stromerzeugungsaggregats (2) aufweist.
11. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Wuchtungseinrichtung das wenigstens eine rotierende Teil des Stromerzeugungsaggregats (2) derart auswuchtet, dass der Rahmen (5) im Wesentlichen linear in einer Richtung schwingt, wobei die Lagerung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil durch das wenigstens eine Lagerungselement (11) zur Dämpfung von linearen Schwingungen des Rahmens (5) im Wesentlichen in dieser Richtung eingerichtet ist.
12. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromerzeugungsvorrichtung wenigstens ein
Führungselement zur Führung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil aufweist.
13. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement eine Bewegung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil in wenigstens einer Richtung und/oder entlang wenigstens einer Bahn erzwingt, begrenzt und/oder verhindert.
14. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Führungselement wenigstens ein Dämpfungselement aufweist.
15. Stromerzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Lagerungselement (11) zur Lagerung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil eine unbewegliche Befestigung des Rahmens (5) gegenüber dem weiteren Bauteil ist.
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