Fahrzeug mit dieselelektrischer Energieerzeugung Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer dieselelektrischen Energieerzeugung für zumindest einen Fahrmotor und zumindest einen Hilfsbetrieb.

Fahrzeuge mit dieselelektrischer Energieerzeugung weisen ei- nen Generator zur Energieerzeugung auf, der einen Zwischenkreis eines Umrichters versorgt, wobei über den Zwischen ^¬ kreis, über dreiphasige Hilfsbetriebsumrichter und Transformatoren zur Potentialtrennung elektrische Energie für die Hilfsbetriebe, wie Lüfter, Klimaanlagen etc. bereitgestellt wird.

So ist beispielsweise aus der Zeitschrift „Eisenbahnkurier" EK-Verlag 2007 über den Euro-Runner ein Hilfsbetriebsumrichter bekannt, der aus dem Zwischenkreis des Traktionsumrich- ters mitversorgt wird, wobei die Spannung durch Tiefsetzstel ^¬ ler auf eine geeignete Eingangsspannung gebracht wird.

Des Weiteren sind aus der DE 10 2007 045 314 AI zusätzliche Hilfsbetriebewicklungen in den Nuten des Hauptgenerators be- kannt .

Nachteilig dabei ist, dass zum einen die abgezweigte Energie den Traktionsmotoren nicht mehr zur Verfügung steht und des Weiteren die elektrische Auslegung des Hauptgenerators er- schwert wird.

In der US 2008/0252182 AI ist ein Generator und ein mit dem Generator mechanisch gekoppelter Hilfsgenerator offenbart, die beide von einem dieselelektrischen Motor angetrieben wer- den. Die Kupplung zwischen dem Generator und dem Hilfsgenerator erfolgt direkt mittels einer gemeinsamen Welle. Dadurch können axiale bzw. radiale Relativbewegungen von Generator und Hilfsgenerator zueinander nicht ausgeglichen werden, was zu einer erhöhten mechanischen Belastung der beiden Generatoren führen kann.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit dieselelektrischer Energieerzeugung bereitzustellen, bei dem die Hilfsbetriebe in einfacher Art und Weise elektrisch versorgt werden, wobei eine mechanische Belastung der stromerzeugenden Generatoren verringert wird. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass die elektrische Energieerzeugung des Fahrmotors über einen Haupt ^¬ generator erfolgt und die elektrische Energieerzeugung der Hilfsbetriebe über einen Hilfsbetriebsgenerator erfolgt, wobei Hauptgenerator und Hilfsbetriebsgenerator galvanisch von- einander getrennt und mechanisch gekoppelt sind, und wobei der Hilfsbetriebsgenerator auf der dem Dieselaggregat abgewandten Seite des Hauptgenerators angeordnet ist wobei die mechanische Kupplung über ein Getriebe, einen Keilriemen oder eine Gelenkwelle erfolgt.

Durch die erfindungsgemäße Integration eines separaten Hilfs- betriebsgenerators , insbesondere in einen Hauptgenerator auf der dem Antrieb abgewandten Seite, also auf der dem Verbrennungsmotor abgewandten Seite, wird vorzugsweise eine einfache und für die Wartung zugängliche Anordnung geschaffen, die zusätzlich kompakt ausgeführt ist. Vorzugsweise wird der Hilfs- betriebsgenerator auf dieser Seite als Außenläufer ausgeführt . Der Außenläufer ist dabei in einem topfähnlichen Gebilde angeordnet, das einen direkten mechanischen Kontakt zu einem Fortsatz einer Welle aufweist.

Als Hilfsbetriebsgenerator wird eine höherpolige (> 8Pole) permanenterregte Synchronmaschine eingesetzt. Der Stator des Hilfsbetriebsgenerators ist mit Zahnspulen versehen, so dass ein einfacher Aufbau des Hilfsbetriebsgenerators erreicht wird. Die Permanentmagnete sind auf der Innenseite des topf- ähnlich ausgebildeten Gebildes platziert, das mit der Welle drehfest in Verbindung steht.

Der Hilfsbetriebsgenerator weist somit einen Stator auf, der über eine geeignete Halterung, die sich am Gehäuse, einem Gehäuseabschnitt des Hauptgenerators und/oder einem Lager ^¬ schildes abstützt, positioniert und fixiert ist. Diese Halte ^¬ rung weist Ausnehmungen auf, die eine Kühlung des Hilfsbe- triebsgenerators gestatten.

Bei einem Innenstator - also wenn der Rotor als Außenläufer ausgebildet ist - stützt sich diese Halterung optional über ein Lager auf der Welle ab. Die Kühlung des Hilfsbetriebsgenerators erfolgt bei einem fremdbelüfteten Hauptgenerator über einen Teilmassenluft- strom, der beispielsweise von einem B-seitigen einströmenden Kühlluftstrom abgezweigt wird. Bei einer eigenbelüfteten Variante des Hauptgenerators kann der Hilfsbetriebsgenerator direkt oder zum Teil im Kühlluftstrom angeordnet sein, der B-seitig vorzugsweise axial in den Hauptgenerator einströmt. Um eine zusätzliche Kühlung des Hilfsbetriebsgenerators zu erhalten, sind sowohl an der Halterung im Bereich des Stators des Hilfsbetriebsgenerators und/oder an der Halterung selbst, Rippen vorgesehen, um eine Oberflächenvergrößerung zu erhalten, die bei Luftkühlung den Kühleffekt verbessert.

Auch das topfähnliche Gebilde kann Rippen oder lüfterähnliche Gestaltungen aufweisen, um im Betrieb auch eine Luftzirkulation innerhalb des topfähnlichen Gebildes und/oder des Haupt ^¬ generators zu erhalten.

Der Rotor des Hilfsbetriebsgenerators , dessen Aktivteil vor ^¬ zugsweise Permanentmagnete sind, ist über eine topfähnliche Ausgestaltung mit der Welle direkt gekoppelt. Je nach Anord- nung der Permanentmagnete, innerhalb der Topfwände, sind Halbachanordnungen oder auch klassische Anordnungen vorgesehen, wobei bei einer klassischen Anordnung ein zusätzliches magnetflussführendes Element zwischen der Topfinnenseite und den Permanentmagneten sinnvoll ist. Unter einer klassischen Anordnung wird dabei eine Magnetanordnung verstanden, bei der die Pole der Magneten auf gegenüberliegenden Seiten der Magneten angeordnet sind, und so bei jedem Magneten Nord- oder Südpol zum Luftspalt der dynamoelektrischen Maschine weisen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der elektrischen Energieerzeugung des Fahrzeugs ist somit nunmehr keine auf ^¬ wändige Zusatzwicklung für Hilfsbetriebsleistungen in den Nuten des Hauptgenerators notwendig. Es sind somit keine Kom ^¬ promisse bei der Auslegung des Hauptgenerators, also des Traktionsgenerators, wie beim Stand der Technik erforderlich, der aufgrund der Zusatzwicklung in den Nuten lediglich eine verringert mögliche Traktionsleistung bereitstellen könnte.

Damit wird die verfügbare vom Hauptgenerator bereitgestellt Traktionsleistung um ca. 5% gesteigert.

Der Hilfsbetriebsgenerator kann durch den erfindungsgemäßen Aufbau bei Hauptgeneratoren eingesetzt werden, die als Asynchrongeneratoren, PM-Generatoren oder elektrisch erregte Generatoren ausgeführt sind.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Darin zeigen :

FIG 1 einen Längsschnitt eines Hauptgenerators mit Hilfs- betriebsgenerator (nicht erfindungsgemäß) ,

FIG 2 einen Hilfsbetriebsgenerator (nicht erfindungsgemäß) ,

FIG 3 einen Längsschnitt eines Hauptgenerators mit einem weiteren Hilfsbetriebsgenerator

FIG 4 ein elektrisches Prinzipschaltbild. FIG 1 zeigt in prinzipieller Darstellung einen nicht erfindungsgemäßen Längsschnitt eines Hauptgenerators 1 und des Hilfsbetriebsgenerators 13. Sowohl Hilfsbetriebsgenerator 13, als auch Hauptgenerator 1 sind auf einer Welle 10 angeordnet und werden von dieser Welle 10 angetrieben. Die Welle 10 wird dabei von einem Dieselaggregat 19, das auch ein anderes Ver ^¬ brennungsaggregat sein kann, in diesem Fall über eine Mem ^¬ brankupplung 26 angetrieben. D.h. es liegt in diesem Fall eine direkte mechanische Kopplung zwischen den Rotoren 6, 16 von Hauptgenerator 1 und Hilfsbetriebsgenerator 13 vor.

Sowohl die Rotoren 6, 16 von Hauptgenerator 1 und Hilfsbe- triebsgenerator 13 drehen sich um eine gemeinsame Achse 11. Der Hauptgenerator 1 weist einen Stator 2 auf, der axiale

Kühlkanäle 8 in seinem Gehäuse 4 und/oder seinem Blechpaket aufweist. In nicht näher dargestellten Nuten des Stators 2 ist ein Wicklungssystem, das an den Stirnseiten des Stators 2 jeweils einen Wickelkopf 3 ausbildet. Als Wicklungssystem dieses Stators 2 können Schleifenwicklungen, Zahnspulenwicklungen als auch geschichtete gesehnte Wicklungen vorgesehen sein .

Der Rotor 6 des Hauptgenerators 1 kann ein Asynchronkäfigläu- fer, ein elektrisch erregter Rotor 6 oder ein permanenterregter Rotor 6 sein.

Axial vom Hauptgenerator 1 beabstandet und auf der gleichen Seite auf der sich auch der Hilfsbetriebsgenerator 13 befin- det, ist im vorliegenden Fall eine Erregermaschine 12 mit ro ^¬ tierenden Diodengleichrichtern, die eine elektrische Erregung des Rotor 6 bereitstellen.

Lösungen mit Schleifringsystemen oder anderen Erregungsarten des Hauptgenerators 1 sind ebenso denkbar.

Des Weiteren ist auf dieser Seite des Hauptgenerators 1

Hilfsbetriebsgenerator 13 angeordnet. Der Hauptgenerator und dessen Gehäuse 4 weisen verschiedene Luftaustauschöffnungen 5 auf, die eine Luft-Luftkühlung bzw. je nach konstruktiver Gestaltung des Gehäuses 4 auch einen durchzugsbelüfteten Hauptgenerator 1 bilden. Des Weiteren sind im Rotor 6 axial verlaufene Kühlkanäle 9 vorgesehen, die auch die Kühlung des Rotors 6 des Hauptgenerators 1 gestatten.

Der Hauptgenerator 1 kann fremdbelüftet oder eigenbelüftet ausgeführt sein.

Vorteilhafterweise ist der Hilfsbetriebsgenerator 13 im Bereich eines Kühlluftstroms 7 oder eines Teils des Kühlluft ^¬ stroms angeordnet. Vor allem bei einem eigenbelüfteten Hauptgenerator 1 wird eine Kühlung des Hilfsbetriebsgenerators 13, insbesondere des Stators 17 und des Rotors 16 gewährleistet, wenn dieser in axialer Verlängerung des generierten Kühlluftstroms oder zumindest in einem Teilluftstrom angeordnet ist.

Der Hilfsbetriebsgenerator 13 wird, wie in FIG 2 näher darge- stellt, durch eine Halterung 18 am Gehäuse 4 des Hauptgenera ^¬ tors 1 oder einem Lagerschild oder einer Lagereinheit auf der B-Seite gehalten. Der Stator 17 des Hilfsbetriebsgenerators 13 weist Zahnspulen auf. Der Rotor 16 des Hilfsbetriebsgene ^¬ rators 13, der als Außenläufer ausgeführt ist, weist Perma- nentmagnete 15 auf, die an der Mantelseite der Innenseite ei ^¬ nes topfähnlichen Gebildes 22 angeordnet sind.

Das topfähnliche Gebilde 22 wird auch als Rotorglocke be ^¬ zeichnet und ist B-seitig - also auf der dem Dieselaggregat 19 abgewandten Seite des Hauptgenerators 1 - mit der Welle 10 verbunden, optional kombiniert mit einer BS-Kupplung für einen Wellendurchtrieb. Darüber können andere Verbraucher des Fahrzeugs, wie z.B. Hydraulikpumpen, angetrieben werden. Diese anderen Verbraucher sind mechanisch über eine Gelenkwelle 24 an die BS-Kupplung gekoppelt.

Vorteilhaft kann bei dem als Außenläufer ausgeführten Hilfs- betriebsgenerator 13 der rotierende Gleichrichter der Erre- germaschine 12 in der Rotorglocke, z.B. radial innerhalb der Halterung des Stators 17 angeordnet werden. Dies verbessert die Zugänglichkeit des rotierenden Gleichrichters und ver ^¬ kürzt den axialen Bauraum der Erregermaschine 12, insbesonde- re innerhalb des Lagerschildes, so dass die Einheit aus

Hauptgenerator 1 und Hilfsbetriebsgenerator sehr kompakt und platzsparend innerhalb des Fahrzeugs ausgeführt werden kann.

Dabei sind die Permanentmagnete 15 über eine Halbachanordnung direkt auf der Innenseite oder über magnetfeldführende Ele ^¬ mente, z.B. einem Blechpaket an der Innenseite des topfähnli ^¬ chen Gebildes befestigt. Die Permanentmagnete 15 sind dabei entweder an der Oberfläche der magnetfeldführenden Elemente oder in diesen magnetfeldführenden Elementen als vergrabene Magnete angeordnet.

FIG 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs und darin einen Hauptgenerator 1 in dessen axialer Verlängerung auf der B-Seite, also auf der dem Dieselaggregat 19 abgewandten Seite, wo der Hilfsbetriebsgenerators 13 ange ^¬ ordnet ist. Die Welle 10 des Hauptgenerators 1 wird von dem Dieselaggregat 19 über eine Membrankupplung 26 angetrieben. Der Hilfsbetriebsgenerator 13 ist dabei über eine Gelenkwelle 24 mit der Welle 10 des Hauptgenerators 1 mechanisch verbun- den. Über die Gelenkwelle 24, die auch einen axialen Versatz der von Hauptgenerator 1 und Hilfsbetriebsgenerator 13 ausgleichen kann, wird der Rotor 16 des Hilfsbetriebsgenerators 13, in diesem Fall als Innenläufer ausgeführt, angetrieben. Der Hilfsbetriebsgenerator 13 ist im vorliegenden Fall als Innenläufer ausgeführt, benötigt eine eigene Lagerung und Halterung, unterscheidet sich aber ansonsten im Wesentlichen nicht von Stator 17 und Rotor 16 der Außenläuferausführung (z.B. Zahnspulen, Permanentmagnetanordnungen, wie oben be- schrieben) .

In weiterer axialer Verlängerung der Welle 10 bzw. Gelenkwelle 24 kann über eine weitere Gelenkwelle 24 ein zusätzliches Hilfsaggregat direkt angetrieben werden. Dies kann beispiels ^¬ weise eine Hydraulikpumpe 25 sein.

Gemäß FIG 4 tritt nunmehr bei elektrischer Energieerzeugung über den Hilfsbetriebsgenerator 13 eine Entlastung des Hauptgenerators 1 ein, so dass die zusätzliche erzeugte Energie der Traktionsleistung, insbesondere dem oder den Fahrmotoren zur Verfügung steht.

Eine derartige Anordnung eines Hilfsbetriebsgenerators 13 ist für große dieselelektrische Fahrzeuge, wie für Loks oder Mi ^¬ ning Trucks (z.B. Muldenkipper im Tagebau) geeignet.