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DE102016104807A1 - Generating unit for mobile applications - Google Patents

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DE102016104807A1
DE102016104807A1 DE102016104807.0A DE102016104807A DE102016104807A1 DE 102016104807 A1 DE102016104807 A1 DE 102016104807A1 DE 102016104807 A DE102016104807 A DE 102016104807A DE 102016104807 A1 DE102016104807 A1 DE 102016104807A1
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DE
Germany
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generator
combustion engine
internal combustion
crankshaft
rotation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102016104807.0A
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German (de)
Inventor
Michael Aschaber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Steyr Motors Betriebs GmbH
Original Assignee
Steyr Motors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Steyr Motors GmbH filed Critical Steyr Motors GmbH
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Priority to CN201710147451.1A priority patent/CN107420191A/en
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/044—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators the engine-generator unit being placed on a frame or in an housing
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Abstract

Es wird im Folgenden ein Stromerzeugungsaggregat für elektrisch angetriebene Fahrzeuge beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Stromerzeugungsaggregat einen Rahmen, einen am Rahmen befestigten Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd vertikal verläuft, sowie einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom.In the following, a power generation unit for electrically driven vehicles will be described. According to an exemplary embodiment, the power generator comprises a frame, a frame mounted internal combustion engine with a crankshaft, the axis of rotation of which runs approximately vertically in operation, and an electric power generator driven by the internal combustion engine.

Description

TECHNISCHES GEBIET TECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Stromerzeugungsaggregate für mobile Anwendungen, insbesondere für elektrisch angetriebene Fahrzeuge. The invention relates to the field of power generators for mobile applications, in particular for electrically powered vehicles.

HINTERGRUND BACKGROUND

Elektrische angetriebene Fahrzeuge – sowohl mit Energiespeicher (z.B. Batterie) als auch mit direkter elektrischer Versorgung (z.B. Oberleitung) – sind entweder von dem Energiespeicher oder vom Vorhandensein der direkten elektrischen Versorgung abhängig. Um diese Abhängigkeit zu reduzieren, die Flexibilität oder die Reichweite zu erhöhen, kommen Stromerzeugungsaggregate mit Verbrennungskraftmaschinen zum Einsatz. Bei elektrischen Fahrzeugen mit hohem Eigengewicht (wie z.B. Schienenfahrzeugen) ist eine Energiespeicherung (z.B. mittels einer Batterie) wegen des hohen Leistungsbedarfs praktisch nicht möglich. Bei Fahrzeugen, die einen Oberleitung benötigen, muss beim Befahren nicht elektrifizierter Streckenabschnitte (im Eisenbahnbereich beispielsweise in Rangierbahnhöfen oder im Bereich des Busverkehrs bei Nutzung von Umfahrungsstraßen) entweder die notwendige elektrische Leistung zum Antrieb des Fahrzeugs mit Hilfe eines Stromerzeugungsaggregats erzeugt werden oder das Fahrzeug mit einer separaten, vom Stromnetz unabhängigen Fahrzeug geschleppt werden (im Eisenbahnbereich z.B. Diesellokomotive als Rangierlokomotive). Im Hinblick auf den Zeitaufwand zum An- und Abkuppeln eines Abschleppfahrzeugs (z.B. Rangierlokomotive) ist die erstgenannte Variante (Stromerzeugung mittels Stromerzeugungsaggregat) wünschenswert. Fahrzeuge mit elektrischem Antrieb sind häufig nicht als dieselelektrische Fahrzeuge, sondern als reine Elektrofahrzeuge (z.B. Elektrolokomotiven, Oberleitungsbusse) konzipiert, und folglich ist sowohl der verfügbare Bauraum als auch das zusätzliche Gewicht für das Stromerzeugungsaggregat (welches auch nicht für den Dauerbetrieb ausgelegt sein muss) oft sehr beschränkt. Electric powered vehicles - both with energy storage (e.g., battery) and with direct electrical supply (e.g., overhead line) - depend on either the energy storage or the presence of direct electrical supply. To reduce this dependency, to increase the flexibility or the range, power generating units are used with internal combustion engines. In high dead weight electric vehicles (such as railcars), energy storage (e.g., by means of a battery) is virtually impossible due to the high power requirements. In the case of vehicles requiring a catenary, when driving on non-electrified sections (in railways, for example, in marshalling yards or in the area of bus traffic using bypass roads), either the necessary electric power to drive the vehicle must be generated by means of a generating set or the vehicle must be equipped with a separate, independent from the mains power to be towed vehicle (in the railway sector, for example, diesel locomotive as shunting locomotive). In view of the time required for coupling and uncoupling a towing vehicle (e.g., shunting locomotive), the former (power generation by means of a power generator) is desirable. Electric vehicles are often designed not as diesel electric vehicles but as pure electric vehicles (eg, electric locomotives, trolleybuses), and thus both the available space and the additional weight for the power generator (which need not be designed for continuous operation) are often very limited.

Aus praktischen Gründen ist der verfügbare Bauraum häufig eine quaderförmige Box, in der alle wesentlichen Komponenten des Stromerzeugungsaggregats (Dieselmotor, Generator, Kühlsystem) untergebracht werden müssen. Dabei sind sowohl Vorgaben betreffend die Geräusch- und Abgasemissionen zu erfüllen als auch thermische Randbedingungen zu beachten (bei hohen Leistungen und kleinen Baugrößen kann die Kühlung eine nennenswerte Herausforderung darstellen). Applikationsabhängig ergeben sich daneben noch weitere nicht unerhebliche Anforderungen wie Löschsysteme und spezielle Umgebungsbedingungen aus der Einbausituation. Insgesamt ergibt sich eine hohe Komplexität des Gesamtsystems in Kombination mit den geringen Baumassen. For practical reasons, the available space is often a cuboid box in which all the essential components of the power generator (diesel engine, generator, cooling system) must be accommodated. In doing so, it is necessary to comply with specifications regarding noise and exhaust emissions as well as thermal boundary conditions (with high power ratings and small sizes, cooling can be a considerable challenge). Depending on the application, there are also other not inconsiderable requirements, such as extinguishing systems and special ambient conditions resulting from the installation situation. Overall, a high complexity of the overall system results in combination with the low building masses.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein Stromerzeugungsaggregat für mobile Anwendungen, insbesondere für elektrisches Fahrzeuge mit hohem Eigengewicht (z.B. Schienenfahrzeuge) zur Verfügung zu stellen, welches eine vergleichsweise hohe elektrische Ausgangsleistung bei relativ kleinem Bauraum ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 1 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object underlying the present invention can be seen in providing a power generating unit for mobile applications, particularly for high dead weight electric vehicles (e.g., rail vehicles), which enables comparatively high electric power output in a relatively small space. This object is achieved by a power generator according to claim 1. Various embodiments and further developments are the subject of the dependent claims.

ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY

Es wird im Folgenden ein Stromerzeugungsaggregat für elektrisch angetriebene Fahrzeuge beschrieben. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst das Stromerzeugungsaggregat einen Rahmen, einen am Rahmen befestigten Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd vertikal verläuft, sowie einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom. In the following, a power generation unit for electrically driven vehicles will be described. According to an exemplary embodiment, the power generator comprises a frame, a frame mounted internal combustion engine with a crankshaft, the axis of rotation of which runs approximately vertically in operation, and an electric power generator driven by the internal combustion engine.

In einigen Ausführungsbeispielen weist der Verbrennungsmotor einen wassergekühlten Abgaskrümmer auf. In manchen Ausführungsbeispielen weist das Stromerzeugungsaggregat ein Getriebe auf, das Verbrennungsmotor und Generator verbindet, wobei die Drehachsen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle des Generators parallel liegen und der Generator neben dem Verbrennungsmotors angeordnet ist. In anderen Ausführungsbeispielen können die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und die Antriebswelle des Generators koaxial miteinander verbunden sein. In einigen Ausführungsbeispielen ist an der oben liegenden Seite der Kurbelwelle ein Lüfter angeordnet. In some embodiments, the internal combustion engine includes a water cooled exhaust manifold. In some embodiments, the power generator has a transmission connecting the engine and the generator, wherein the axes of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and the drive shaft of the generator are parallel and the generator is arranged adjacent to the internal combustion engine. In other embodiments, the crankshaft of the internal combustion engine and the drive shaft of the generator may be coaxially connected to each other. In some embodiments, a fan is disposed on the upper side of the crankshaft.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Stromerzeugungsaggregat einen Rahmen, einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd horizontal verläuft; und einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, wobei der Generator unter dem Verbrennungsmotor angeordnet ist und die Drehachsen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und er Antriebswelle des Generators parallel liegen. Das Aggregat umfasst weiter ein zu höheren Drehzahlen hin übersetzendes Getriebe, welches den Verbrennungsmotor und den Generator koppelt. Das Getriebe kann An- und Abtrieb auf derselben Seite aufweisen. According to a further embodiment, the power generator comprises a frame, an internal combustion engine with a crankshaft whose axis of rotation runs approximately horizontally in operation; and an electric power generator driven by the internal combustion engine, the generator being disposed under the engine and the axes of rotation of the crankshaft of the engine and the drive shaft of the generator being in parallel. The engine further includes a transmission that translates to higher engine speeds, which couples the engine and the generator. The gearbox can have input and output on the same side.

In einigen Ausführungsbeispielen kann der Verbrennungsmotor über das Generatorgehäuse und/oder das Getriebegehäuse (und/oder das Schwungradgehäuse) mit dem Rahmen verbunden sein. In some embodiments, the engine may be connected to the frame via the generator housing and / or the transmission housing (and / or the flywheel housing).

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Stromerzeugungsaggregat einen Rahmen, einen Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd horizontal verläuft, wobei der Verbrennungsmotor um eine zur Drehachse der Kurbelwelle parallel liegende Achse gekippt angeordnet ist, und einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom, wobei die Drehachsen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors und der Antriebswelle des Generators parallel liegen. Das Aggregat umfasst weiter ein zu höheren Drehzahlen hin übersetzendes Getriebe, welches den Verbrennungsmotor und den Generator koppelt. According to a further embodiment, the power generating unit comprises a frame, an internal combustion engine with a crankshaft whose axis of rotation runs approximately horizontally in operation, wherein the internal combustion engine is tilted about an axis parallel to the axis of rotation of the crankshaft, and a driven by the internal combustion engine generator for generating electric current, wherein the axes of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine and the drive shaft of the generator are parallel. The engine further includes a transmission that translates to higher engine speeds, which couples the engine and the generator.

In einigen Ausführungsbeispielen kann der Verbrennungsmotor relativ zu einer vertikalen Richtung um 60° bis 90° gekippt sein. In some embodiments, the engine may be tilted 60 ° to 90 ° relative to a vertical direction.

KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert darauf gelegt, die der Erfindung zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen. In den Abbildungen zeigt: The invention will be explained in more detail with reference to the examples shown in the figures. The illustrations are not necessarily to scale and the invention is not limited to the aspects presented. Rather, emphasis is placed on representing the principles underlying the invention. In the pictures shows:

1 zeigt schematisch zwei Varianten des verfügbaren Bauraums („Boxen“) für ein Stromerzeugungsaggregat. 1 schematically shows two variants of the available installation space ("boxes") for a power generator.

2 zeigt unterschiedliche Varianten des Einbaus der Systemkomponenten in eine Box gemäß 1. 2 shows different variants of the installation of the system components in a box according to 1 ,

3 zeigt ein Beispiel eines Rahmens, der den verfügbaren Bauraum (siehe Box A in 1) für das Stromerzeugungsaggregat definiert. 3 shows an example of a frame which determines the available installation space (see box A in FIG 1 ) defined for the power generator.

4 zeigt einen gekippten Einbau des Verbrennungsmotors ähnlich dem Beispiel aus 2e. 4 shows a tilted installation of the internal combustion engine similar to the example 2e ,

DETAILIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION

Die folgende Beschreibung betrifft in erster Linie Applikationen, bei denen ein Stromerzeugungsaggregat in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug (z.B. Oberleitungsbus, Elektrolokomotive, etc.) eingesetzt wird. Auf den hier beschriebenen Konzepten basierende Stromerzeugungsaggregate können jedoch auch ohne weiteres in anderen mobilen oder auch stationären Anwendungen verwendet werden, bei denen hohe Leistung auf sehr beschränktem Bauraum erreicht werden sollen. Statt in Schienenfahrzeugen oder Oberleitungsbussen kann ein Stromerzeugungsaggregat in anderen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden. The following description relates primarily to applications in which a power generator is used in an electrically powered vehicle (e.g., trolleybus, electric locomotive, etc.). However, on the concepts described herein power generators can also be readily used in other mobile or stationary applications where high performance in a very limited space to be achieved. Instead of rail vehicles or trolleybuses, a power generator can be used in other electrically powered vehicles.

Wie eingangs erwähnt sind je nach Anwendung neben einer relativ kleinen Baugröße und geringem Gewicht auch Vorgaben betreffend Geräusch- und Abgasemissionen zu erfüllen sowie thermische Randbedingungen zu beachten. Thermisch liegt die Herausforderungen vor allem in der Integration des gesamten Abgassystems hinsichtlich Wärmestrahlung in den vorhandenen Bauraum. Die Kühlung des Verbrennungsmotors, die Ladeluftkühlung, die Generatorkühlung, die Umrichterkühlung sowie die Kühlung weiterer Systemkomponenten müssen integriert werden. Je nach Anwendung kann das Kühlsystem vom Fahrzeug zur Verfügung gestellt oder vollständig und autark im vorhandenen Bauraum untergebracht werden. As mentioned above, depending on the application, in addition to a relatively small size and low weight, it is also necessary to comply with specifications relating to noise and exhaust emissions as well as thermal boundary conditions. Thermally, the main challenges lie in the integration of the entire exhaust system with regard to thermal radiation in the existing space. Cooling of the internal combustion engine, charge air cooling, generator cooling, converter cooling and cooling of other system components must be integrated. Depending on the application, the cooling system can be provided by the vehicle or can be accommodated completely and independently in the available installation space.

Was Abgasemissionen betrifft sind vor allem gesetzlichen Vorschriften einzuhalten und die komplette Abgasnachbehandlung (Partikelfilter, Katalysatoren, etc.) in den vorhandenen Bauraum zu integrieren. Im Hinblick auf Geräuschemissionen sind die Lüfter als auch die Verbrennungsgeräusche des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen. Dabei ist die Geräuschemission stark von der Leistung des gesamten Aggregats abhängig. Meist sind Maßnahmen zur Geräuschdämmung notwendig, welche zusätzlich Platz benötigen und entsprechend zum Gesamtgewicht des Aggregats beitragen. Elektrisch können – je nach Anwendung – elektrische Spannungen von einigen Volt bis mehrere Kilovolt gefordert werden. Insbesondere bei hohen elektrischen Spannungen müssen in dem vorhandenen Bauraum alle gesetzlichen und technischen Vorschriften eingehalten werden (Erdungen, Isolationsabstände, Kriechstromstrecken, etc.). As far as exhaust emissions are concerned, legal regulations must be complied with and exhaust gas aftertreatment (particle filters, catalytic converters, etc.) must be integrated into the available space. With regard to noise emissions, the fans as well as the combustion noise of the internal combustion engine must be considered. The noise emission depends strongly on the performance of the entire unit. Most measures for noise reduction are necessary, which require additional space and contribute accordingly to the total weight of the unit. Depending on the application, electrical voltages of a few volts to several kilovolts can be required electrically. In particular, at high electrical voltages must be complied with in the available space all legal and technical requirements (grounding, isolation distances, leakage paths, etc.).

In der Praxis können die verfügbaren Bauräume („Boxen“ zum Einbau des Stromerzeugungsaggregats) vor allem in der Höhe oder in der Länge stark beschränkt. 1 zeigt schematisch zwei Varianten des verfügbaren Bauraums („Boxen“) für ein Stromaggregat. Bei der mit „Box A“ bezeichneten Variante beträgt die verfügbare Höhe H 110% bis 170% der verfügbaren Länge L (oder anders gesagt die Läge beträgt nur rund 60%–90% der verfügbaren Höhe). Bei der mit „Box B“ bezeichneten Variante beträgt die verfügbare Höhe H 50% bis 70% der verfügbaren Länge L („flache“ Box). Das Maß B ist bei beiden Einbauräumen die kleineste Abmessung im Vergleich zur Länge L und Höhe H (B < L und B < H). Aufgrund des beschränkten Raums für den Einbau des Stromerzeugungsaggregats werden zunächst die erzielbaren Leistungsdichten (der Verbrennungskraftmaschine) betrachtet. Sofern ein in die Box integriertes Kühlungssystem benötigt wird, können Leistungsdichten von 70 kW/m3 bis 100 kW/m3 erreicht werden. Bei einem externen Kühlungssystem sind höhere Leistungen (99 kW/m3 bis 200 kW/m3) möglich. In practice, the available installation space ("boxes" for installation of the power generator), especially in height or in length greatly limited. 1 schematically shows two variants of the available space ("boxes") for a generator. In the variant marked "Box A", the available height H is 110% to 170% of the available length L (or in other words the amount is only about 60% -90% of the available height). In the variant marked "Box B", the available height H is 50% to 70% of the available length L ("flat" box). The dimension B is the smallest dimension in both installation spaces compared to the length L and height H (B <L and B <H). Due to the limited space for the installation of the power generator, the achievable power densities (the Internal combustion engine) considered. If a cooling system integrated in the box is required, power densities of 70 kW / m 3 to 100 kW / m 3 can be achieved. With an external cooling system higher outputs (99 kW / m 3 to 200 kW / m 3 ) are possible.

Aufgrund der notwendig kompakten Bauweise kann entweder ein mit vergleichsweise hoher Drehzahl (Nennleistung bei einer Drehzahl von mehr als 3000 Umdrehungen pro Minute) arbeitender Dieselmotor (Nennleistung bei einer Nenndrehzahl von >= 3000rpm) mit einem mit Generator kombiniert werden, der ebenfalls auf der hohen Drehzahl des Dieselmotors arbeitet. Alternativ kann ein herkömmlicher (oder auch schnelllaufender) Dieselmotor über ein Zwischengetriebe mit einem schnell drehenden (mehr als 3000 Umdrehungen pro Minute) Generator gekoppelt werden. Im Hinblick auf die Wartbarkeit ist beim Einbau der Systemkomponenten in die Box zu beachten, dass die zu wartenden Komponenten zugänglich bleiben. Mindestens eine Seite der Box ist unzugänglich. In manchen Fällen kann auch nur eine Seite der Box zugänglich sein 2a und 3 zeigen eine Variante der Box, in der das Stromerzeugungsaggregat Platz finden soll, sowie die Einbaulagen von Dieselmotor und Generator in dieser Box. Die Box 1 und damit der für den Einbau verfügbare Raum wird im Wesentlichen durch einen Rahmen 10 definiert. Der Rahmen kann z.B. (annähernd) die Kanten eines Quaders (Box 1) definieren, und somit die Grenzen des verfügbaren Raums festlegen. Bei einem herkömmlichen Design, würde der Generator 12 direkt mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 verbunden (Drehachsen von Kurbelwelle und Generatorwelle koaxial), wofür aufgrund des kappen Bauraums in der Regel nicht genug Platz sein wird. 2b zeigt einen in der Box 1 angeordneten Verbrennungsmotor 11, wobei die Lage der Kurbelwellendrehachse KW durch die strichpunktierte Linie angezeigt wird. Bei größeren Leistungen ist der Verbrennungsmotor 11 im Vergleich zur Länge L (oder der Breite B) vergleichsweise lang. Bei einer Motorlänge (entlang der Kurbelwellendrehachse KW) von mehr als rund 65% der Länge L der Box ist ein einfaches „Anflanschen“ eines Generators an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 nicht mehr ohne weiteres möglich. Um den Einbau der Systemkomponenten (Motor 11, Generator 12, etc) zu erleichtern, kann der Rahmen 10, der den Bauraum definiert, teilbar sein. In 3 ist mit der horizontalen Teilungsebene E eine mögliche Ebene skizziert, in der der Rahmen näherungsweise mittig geteilt werden könnte. Andere Möglichkeiten, den Rahmen zu teilen (weiter oben oder weiter unten) sind ebens möglich. Due to the necessary compact design, either a comparatively high speed (nominal power at a speed of more than 3000 revolutions per minute) working diesel engine (nominal power at a rated speed of> = 3000rpm) can be combined with a generator, which is also at the high speed the diesel engine is working. Alternatively, a conventional (or high speed) diesel engine may be coupled via an intermediate gearbox to a high speed (more than 3000 rpm) generator. With regard to maintainability, when installing the system components in the box, it must be ensured that the components to be serviced remain accessible. At least one side of the box is inaccessible. In some cases, only one side of the box can be accessible 2a and 3 show a variant of the box in which the power generator is to find space, and the mounting positions of diesel engine and generator in this box. The box 1 and thus the space available for installation is essentially a frame 10 Are defined. The frame can, for example, (approximately) the edges of a cuboid (Box 1 ), thus defining the limits of available space. In a conventional design, the generator would 12 directly with the crankshaft of the internal combustion engine 11 connected (axes of rotation of crankshaft and generator shaft coaxial), which will not be enough space due to the cap space usually. 2 B shows one in the box 1 arranged internal combustion engine 11 , wherein the position of the crankshaft rotational axis KW is indicated by the dashed line. For larger power is the internal combustion engine 11 comparatively long compared to the length L (or the width B). With an engine length (along the crankshaft rotational axis KW) of more than about 65% of the length L of the box is a simple "flanging" of a generator to the crankshaft of the engine 11 not possible without further ado. To install the system components (engine 11 , Generator 12 , etc) can facilitate the frame 10 , which defines the space to be divisible. In 3 is sketched with the horizontal division plane E a possible plane in which the frame could be divided approximately in the middle. Other ways to share the frame (above or below) are also possible.

Ein Verbrennungsmotor hat definierte Ober- und Unterseiten. Bei herkömmlicher Einbaulage (siehe 2c und 2d) des Verbrennungsmotors (liegend, Oberseite oben, Unterseiten unten, Kurbelwelle horizontal) muss ab einer gewissen Motorlänge (die jedoch bei höheren Leistungen erforderlich sein kann) der Generator 12 über ein Zwischengetriebe 13 über oder unter dem Verbrennungsmotor 11 angeordnet werden. Bei liegendem Einbau des Verbrennungsmotors 11 in die Box 1 ist ein Zwischengetriebe ab einer Motorlänge von mehr als 65% der Länge L der Box 1 (Box A oder Box B, siehe 1) notwendig. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Generator 12 unter dem Verbrennungsmotor 11 angeordnet. Das hat den Vorteil, dass durch den untenliegenden Einbau des Generators 12 die Oberseite des Motors für eine Wartung zugänglich bleibt. Das Zwischengetriebe 13 weist dann An- und Abtrieb auf derselben Seite auf. Übliche Verbrennungsmotoren werden normalerweise mit der Unterlage verschraubt (was für sich genommen eher für einen – wie in 2d skizziert – untenliegenden Verbrennungsmotor sprechen würde),. Um zwischen dem Boden der Box 1 und dem Verbrennungsmotor 11 Platz für den Generator 12 zu schaffen, sind an dem Rahmen 10 Montageträger vorgesehen, welche die Befestigung des Verbrennungsmotors 11 am Rahmen 10 in einem geeigneten Abstand vom Boden ermöglichen. Diese Situation mit unten liegendem Generator 12 ist in 2c dargestellt. Alternativ können/kann das Gehäuse des Generators und/oder das Gehäuse des Getriebes so ausgestaltet sein, dass der Verbrennungsmotor an diesen/diesem gelagert ist. Die Kurbelwellendrehachse KW und die Drehachse der Antriebswelle des Generators (Generatorwellendrehachse GW) sind in diesen Fällen parallel zueinander. An internal combustion engine has defined upper and lower sides. In conventional installation position (see 2c and 2d ) of the internal combustion engine (horizontal, top top, bottom sides, crankshaft horizontal) must be above a certain engine length (but may be required for higher power) of the generator 12 via an intermediate gear 13 above or below the combustion engine 11 to be ordered. For horizontal installation of the internal combustion engine 11 in the box 1 is an intermediate gear from an engine length of more than 65% of the length L of the box 1 (Box A or Box B, see 1 ) necessary. According to one embodiment, the generator 12 under the combustion engine 11 arranged. This has the advantage that the lower mounting of the generator 12 the top of the engine remains accessible for maintenance. The intermediate gear 13 then has input and output on the same side. Conventional internal combustion engines are usually bolted to the base (which in itself is more of a - as in 2d sketched - would talk down internal combustion engine) ,. To between the bottom of the box 1 and the internal combustion engine 11 Space for the generator 12 to create, are at the frame 10 Mounting support provided, which is the attachment of the engine 11 at the frame 10 at a suitable distance from the ground. This situation with generator down 12 is in 2c shown. Alternatively, the housing of the generator and / or the housing of the transmission can / can be designed so that the internal combustion engine is mounted on this / this. The crankshaft rotation axis KW and the rotation axis of the drive shaft of the generator (generator shaft rotation axis GW) are parallel to each other in these cases.

In einer weiteren Ausführungsform (siehe 2e und 2f) wird der Verbrennungsmotor stehend (mit vertikaler Kurbelwellendrehachse KW) in die Box 1 eingebaut. Diese Situation ist in 2c und 2d skizziert. In diesem Fall kann der Generator auch koaxial mit dem Verbrennungsmotor gekoppelt werden (ohne Zwischengetriebe). Gemäß diesem Ausführungsbeispiel kann ein Lüfter (nicht dargestellt) direkt mit dem Motor gekoppelt werden, wobei der Lüfter in der Box 1 dann ganz oben zu liegen kommt. Die Kühlluft kann dann direkt über die oben liegende Oberfläche der Box 1 abgeführt werden. Dieser Ansatz kann im Hinblick auf die erwähnten thermischen Probleme bei großen Leistungen Vorteile bieten. Die Lagerung der Motor/Generatoreinheit erfolgt über das Motorschwungradgehäuse (Gewichtsaufnahme in vertikaler Richtung), das Motorkurbelgehäuse (Drehmomentenabstützung) und das Generatorgehäuse. Die Beispiele in 2c und 2d unterscheiden sich im Wesentlichen durch das zwischen Verbrennungsmotor 11 und Generator 12 angeordnete Getriebe 13 oder Schwungradgehäuse. In a further embodiment (see 2e and 2f ), the internal combustion engine is standing (with vertical crankshaft axis of rotation KW) in the box 1 built-in. This situation is in 2c and 2d outlined. In this case, the generator can also be coaxially coupled to the engine (without intermediate gear). According to this embodiment, a fan (not shown) may be directly coupled to the engine with the fan in the box 1 then come to the top. The cooling air can then be directly above the upper surface of the box 1 be dissipated. This approach can offer advantages in terms of the mentioned thermal problems at high powers. The motor / generator unit is mounted via the engine flywheel housing (weight absorption in the vertical direction), the engine crankcase (torque support) and the generator housing. The examples in 2c and 2d essentially differ by the between internal combustion engine 11 and generator 12 arranged gear 13 or flywheel housing.

In einer weiteren Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor 11 liegend (mit horizontal verlaufender Kurbelwelle) in die Box 1 eingebaut. Diese Situation ist in 2b–d skizziert. Dabei kann der Verbrennungsmotor 11 gegenüber der „normalen“ Einbaulage (2b, Oberseite oben) um beispielsweise 60° bis 90° relativ zu einer horizontal verlaufenden Geraden gekippt. Im Falle einer Verkippung um 90° liegt der Motor sozusagen auf der Seite. 4 illustriert die Einbaulage, wobei die Zeichenebene normal zur Drehachse der Kurbelwelle liegt. Auch in diesem Fall kann ein Zwischengetriebe nötig sein, wenn der Verbrennungsmotor länger (entlang seiner Drehachse) ist als 65% der Länge L der Box 1, in die das Stromerzeugungsaggregat eingebaut werden soll. Insbesondere bei flachen Boxen (siehe 1, Box B) kann diese gekippte Einbaulage von Vorteil sein. In a further embodiment, the internal combustion engine 11 lying (with horizontally extending crankshaft) in the box 1 built-in. This situation is in 2 B -D sketched. This can be the internal combustion engine 11 opposite the "normal" installation position ( 2 B , Upper side) tilted by, for example, 60 ° to 90 ° relative to a horizontal straight line. In case of tilting by 90 °, the engine is on the side, so to speak. 4 illustrates the installation position, wherein the plane of the drawing is normal to the axis of rotation of the crankshaft. Also in this case, an intermediate gear may be necessary if the engine is longer (along its axis of rotation) than 65% of the length L of the box 1 into which the generator set is to be installed. Especially with flat boxes (see 1 , Box B), this tilted mounting position may be beneficial.

Bei größeren Leistungsdichten (kW/m3) benötigt der Verbrennungsmotor so viel Volumen, dass eine koaxiale Anordnung von Verbrennungsmotor und Generator in den zur Verfügung stehenden Boxen nicht mehr möglich ist. Wie erwähnt, werden dabei Verbrennungsmotor 11 und Generator 12 über ein Zwischengetriebe 13 oder Schwungradgehäuse gekoppelt. Dabei wird die Drehachse des Generators 12 parallel zur Drehachse der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 11 angeordnet. Das Getriebe kann sowohl als Zahnradgetriebe als auch als Riemen- oder Kettengetriebe sowie als Planetengetriebe ausgeführt sein. Beim Zahnradgetriebe kommen – je nach Achsversatz und Getriebeübersetzung – zwei oder drei 3 Zahnräder je zum Einsatz. Um die Baugröße des Generators 12 möglichst klein halten zu können, ist eine vergleichsweise hohe Generatordrehzahl und damit eine entsprechende Übersetzung (z.B. 1,2 bis 2) des Zwischengetriebes sinnvoll. Das Getriebe ermöglicht die Auslegung des Verbrennungskraftmotors für „normale“ Drehzahlen (unter 3000 Umdrehungen pro Minute bei Nennleistung), bei kleinen, hochdrehenden Generatoren. At higher power densities (kW / m 3 ), the internal combustion engine requires so much volume that a coaxial arrangement of internal combustion engine and generator in the available boxes is no longer possible. As mentioned, while combustion engine 11 and generator 12 via an intermediate gear 13 or flywheel housing coupled. The axis of rotation of the generator is thereby 12 parallel to the axis of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine 11 arranged. The transmission can be designed both as a gear transmission and as a belt or chain transmission and as a planetary gear. Depending on the axial offset and gear ratio, two or three 3 gears are used in the gear unit. To the size of the generator 12 To be able to keep as small as possible, a comparatively high generator speed and thus a corresponding ratio (eg, 1.2 to 2) of the intermediate gear makes sense. The gearbox allows the design of the internal combustion engine for "normal" speeds (below 3000 revolutions per minute at nominal power), for small, high-speed generators.

Bei extremen Leistungsdichten kann die Wärmestrahlung der abgasführenden Teile ein Problem werden und hohen Luftkühlungsvolumina notwendig machen, um den Innenraum der Box 1 nicht zu überhitzen. Um die Wärme besser abführen zu können, wird die Abgasanlage („Auspuff“) mittels einer Wasserkühlung gekühlt. Dabei wird der Auspuffkrümmer mit Motorkühlwasser durchströmt, wodurch die Materialtemperatur des Auspuffes bis knapp über die Motorkühlwassertemperatur gekühlt wird. Die Wärme wird damit durch das Motorkühlwasser abgeführt. und die Strahlungswärme erheblich reduziert. At extreme power densities, the thermal radiation of the exhaust gas carrying parts can become a problem and make high air cooling volumes necessary to the interior of the box 1 not to overheat. In order to dissipate the heat better, the exhaust system ("exhaust") is cooled by means of water cooling. In this case, the exhaust manifold is flowed through with engine cooling water, whereby the material temperature of the exhaust is cooled to just above the engine cooling water temperature. The heat is dissipated by the engine cooling water. and significantly reduces the radiant heat.

Claims (14)

Stromerzeugungsaggregat für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, das folgendes aufweist: einen Rahmen (10); einen am Rahmen befestigten Verbrennungsmotor (11) mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd vertikal verläuft; und einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (12) zur Erzeugung von elektrischem Strom. Electric power vehicle power generator, comprising: a frame ( 10 ); a combustion engine attached to the frame ( 11 ) with a crankshaft whose axis of rotation runs approximately vertically in operation; and a generator driven by the internal combustion engine ( 12 ) for generating electric power. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 1, bei dem der Verbrennungsmotor (11) einen wassergekühlten Abgaskrümmer aufweist. Generator according to claim 1, wherein the internal combustion engine ( 11 ) has a water-cooled exhaust manifold. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 1 oder 2, das weiter aufweist: ein Getriebe (13), das Verbrennungsmotor (11) und Generator (12) verbindet, wobei die Drehachsen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (11) und der Antriebswelle des Generators (12) parallel liegen und der Generator (12) neben dem Verbrennungsmotors (11) angeordnet ist. The power generator of claim 1 or 2, further comprising: a transmission ( 13 ), the internal combustion engine ( 11 ) and generator ( 12 ), wherein the axes of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine ( 11 ) and the drive shaft of the generator ( 12 ) are parallel and the generator ( 12 ) next to the internal combustion engine ( 11 ) is arranged. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (11) und die Antriebswelle des Generators (12) koaxial miteinander verbunden sind. Generator according to claim 1 or 2, wherein the crankshaft of the internal combustion engine ( 11 ) and the drive shaft of the generator ( 12 ) are connected coaxially to each other. Stromerzeugungsaggregat gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem an der oben liegenden Seite der Kurbelwelle ein Lüfter angeordnet ist. Generator according to one of claims 1 to 4, wherein a fan is arranged on the upper side of the crankshaft. Stromerzeugungsaggregat für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, das folgendes aufweist: einen Rahmen (10); einen Verbrennungsmotor (11) mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd horizontal verläuft; und einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (12) zur Erzeugung von elektrischem Strom, wobei der Generator (12) unter dem Verbrennungsmotor (11) angeordnet ist und die Drehachsen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (11) und er Antriebswelle des Generators (12) parallel liegen; ein zu höheren Drehzahlen hin übersetzendes Getriebe, welches den Verbrennungsmotors (11) und den Generator koppelt. Electric power vehicle power generator, comprising: a frame ( 10 ); an internal combustion engine ( 11 ) with a crankshaft whose axis of rotation runs approximately horizontally in operation; and a generator driven by the internal combustion engine ( 12 ) for generating electrical power, wherein the generator ( 12 ) under the combustion engine ( 11 ) is arranged and the axes of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine ( 11 ) and the drive shaft of the generator ( 12 ) lie parallel; a gearbox that translates to higher rotational speeds and which is connected to the internal combustion engine ( 11 ) and couples the generator. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 6, bei dem der Verbrennungsmotor (11) einen wassergekühlten Abgaskrümmer aufweist. Generator according to claim 6, wherein the internal combustion engine ( 11 ) has a water-cooled exhaust manifold. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 6 oder 7, bei dem der Verbrennungsmotor über das Generatorgehäuse und/oder das Getriebegehäuse mit dem Rahmen verbunden ist.  Power generator according to claim 6 or 7, wherein the internal combustion engine via the generator housing and / or the transmission housing is connected to the frame. Stromerzeugungsaggregat für elektrisch angetriebene Fahrzeuge, das folgendes aufweist: einen Rahmen (10); einen Verbrennungsmotor (11) mit einer Kurbelwelle, deren Drehachse im Betrieb annähernd horizontal verläuft, wobei der Verbrennungsmotor (11) um eine zur Drehachse der Kurbelwelle parallel liegende Achse gekippt angeordnet ist; und einen mit dem Verbrennungsmotor angetriebenen Generator (12) zur Erzeugung von elektrischem Strom, wobei die Drehachsen der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors (11) und der Antriebswelle des Generators (12) parallel liegen; ein zu höheren Drehzahlen hin übersetzendes Getriebe, welches den Verbrennungsmotor (11) und den Generator koppelt. Electric power vehicle power generator, comprising: a frame ( 10 ); an internal combustion engine ( 11 ) with a crankshaft whose axis of rotation runs approximately horizontally in operation, wherein the internal combustion engine ( 11 ) is tilted about an axis parallel to the axis of rotation of the crankshaft; and a generator driven by the internal combustion engine ( 12 ) for generating electrical current, wherein the axes of rotation of the crankshaft of the internal combustion engine ( 11 ) and the drive shaft of the generator ( 12 ) lie parallel; a gearbox translating to higher speeds, which transmits the internal combustion engine ( 11 ) and couples the generator. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 9, wobei der Verbrennungsmotor (11) relativ zu einer vertikalen Richtung um 60° bis 90° gekippt ist. Generator according to claim 9, wherein the internal combustion engine ( 11 ) is tilted by 60 ° to 90 ° relative to a vertical direction. Stromerzeugungsaggregat gemäß Anspruch 9 oder 10, bei dem der Verbrennungsmotor (11) einen wassergekühlten Abgaskrümmer aufweist. Generator according to claim 9 or 10, wherein the internal combustion engine ( 11 ) has a water-cooled exhaust manifold. Stromerzeugungsaggregat gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Getriebe An- und Abtrieb auf derselben Seite aufweist.  Generator according to one of claims 9 to 11, wherein the transmission has input and output on the same side. Stromerzeugungsaggregat gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei die Länge des Verbrennungsmotors (11) entlang der Drehachse der Kurbelwelle größer oder gleich 65% der Länge des Rahmens (10) ist. Generating set according to one of the preceding claims, wherein the length of the internal combustion engine ( 11 ) along the axis of rotation of the crankshaft greater than or equal to 65% of the length of the frame ( 10 ). Stromerzeugungsaggregat gemäß einem der vorigen Ansprüche, wobei der Rahmen (10) eine annähernd quaderförmige Box definiert. Generating set according to one of the preceding claims, wherein the frame ( 10 ) defines an approximately cuboid box.
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