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WO2016198067A1 - Generatorsystem für schienenfahrzeuge - Google Patents

Generatorsystem für schienenfahrzeuge Download PDF

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WO2016198067A1
WO2016198067A1 PCT/DE2016/200263 DE2016200263W WO2016198067A1 WO 2016198067 A1 WO2016198067 A1 WO 2016198067A1 DE 2016200263 W DE2016200263 W DE 2016200263W WO 2016198067 A1 WO2016198067 A1 WO 2016198067A1
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WO
WIPO (PCT)
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stator
rotor
bearing
generator system
bearing housing
Prior art date
Application number
PCT/DE2016/200263
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rupert Stitzinger
Christoph MARQUARDT
Alexander SEYBOLD
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61D—BODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D43/00—Devices for using the energy of the movements of the vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F15/00—Axle-boxes
    • B61F15/12—Axle-boxes with roller, needle, or ball bearings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the invention relates to a generator system for rail vehicles, comprising a generator with a rotor and a stator, and a Radsatzlagerussi, wherein the Radsatzlagerussi comprises a bearing for supporting a Radsatzwelle and a bearing housing, wherein on the front side of the wheelset an end cap is arranged and the end cap with is coupled to the rotor, and wherein the stator is connected to the bearing housing.
  • DE 10 2006 035 703 A1 discloses a device for monitoring at least one operating variable of a wheelset bearing, wherein the device comprises a sensor, a transmission unit and a power supply unit.
  • the power supply unit consists of a co-rotating generator element and a generator element arranged on the wheel bearing housing and supplies the sensor and the transmission unit with energy.
  • the document AT 507 382 B1 discloses a wheel set bearing housing for a rail vehicle with a position detection device which is supplied with electrical energy by means of a power supply unit.
  • the power supply unit comprises an electric generator with a rotor and a stator, wherein the rotor can be driven by a wheelset shaft rotatably mounted in the wheelset bearing housing.
  • the stator is mounted on the inside of a cover of the axlebox housing.
  • Object of the present invention is to disclose a cost-effective and simple generator system for rail vehicles, which can be easily retrofitted to any existing wheelset bearing units without much design effort.
  • generator system To achieve the object of the invention specified in claim 1 generator system is proposed.
  • Optional advantageous embodiments of the invention arise wholly or partly from the dependent claims.
  • the generator system according to the invention is characterized in that the rotor has two sections, wherein the first section is enclosed radially by the stator.
  • the first section of the rotor has a smaller outer diameter compared to the second section.
  • the second portion of the rotor is formed as a flange.
  • a flange is a part for connecting machine parts, the flange has the tasks to correctly position the machine parts to each other and transmit the operating forces occurring.
  • the flange and the rotor constitute a component.
  • the stator Radially around the first section of the rotor, the stator is arranged so that a radial working air gap is formed.
  • the stator is formed as a sleeve, wherein the stator preferably extends over the entire first portion of the rotor.
  • the stator may also have a cup shape.
  • stator has an outer diameter which is smaller than the outer diameter of the second portion of the rotor.
  • second portion of the rotor that is, the flange is fastened by means of connecting elements coaxially to the end cap, wherein the connecting elements are arranged radially outside of the stator.
  • connecting element preferably screws, in particular three screws are used.
  • all other connecting elements common in mechanical engineering are also conceivable.
  • the bearing housing partially encloses the bearing. This means that the bearing housing does not completely surround the bearing and thus there is no closed bearing housing. Preferably, the bearing housing encloses less than 50% of the bearing.
  • the bearing housing is formed for example as an adapter. It is likewise according to the invention if a double-row roller bearing is arranged in the bearing housing. Preferably, it is a double-row tapered roller bearing in O arrangement. For example, but also cylindrical roller bearings or spherical roller bearings can be used.
  • the rolling bearing can be arranged on the wheelset by means of a press connection.
  • the wheel set shaft can be designed as a solid or as a hollow shaft.
  • the stator is mounted on the rotor by means of one or more stator bearings, in particular rolling bearings, preferably roller bearings.
  • stator bearings in particular rolling bearings, preferably roller bearings.
  • two stator bearings are present, formed in a single row and arranged at the axial ends of the stator.
  • the stator is connected via a rotation with the bearing housing.
  • the current generated by the generator can be used, for example, for a measuring device to check the functioning of the roller bearings.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a generator system according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 shows the embodiment from FIG. 1 in side view
  • FIG. 3 shows the embodiment of FIG. 1 in front view
  • FIG. 4 shows the embodiment of Fig. 1 in a sectional view.
  • An embodiment of a generator system 1 is shown in different views in FIGS. 1 to 4, wherein the cable guides are not shown.
  • the generator system 1 comprises a generator 2 and a wheelset bearing unit 3.
  • the wheelset bearing unit 3 comprises a rolling bearing 4 for supporting a gear set shaft 5.
  • the wheelset shaft 5 is formed as a solid shaft on which the rolling bearing 4 is pressed.
  • the rolling bearing 4 is formed in this embodiment as a tapered roller bearing in O arrangement and comprises a three-part bearing inner ring 6, arranged in two rows rolling elements 7, which are designed as tapered rollers, and a bearing outer ring 8.
  • the two outer parts of the bearing inner ring 6 respectively a circumferential raceway 9 for the rolling elements 7 rolling thereon.
  • each seal 10 prevents contaminants or contaminants from entering the rolling bearing 4.
  • each seal 10 is located on a ring 11, wherein each ring 11 rests flush on the bearing inner ring 6 and is pushed or pressed onto the wheelset shaft 5.
  • the rings 11 are provided with the surface 10 required with respect to the seals.
  • a bearing housing 12 Radially outside of the bearing outer ring 8 of the rolling bearing 4, a bearing housing 12 is arranged, which is not closed and the rolling bearing 8 encloses only partially.
  • the bearing housing 12 is an adapter that can be connected to the rail vehicle.
  • an end cap 13 On the front side of the wheelset shaft 5, an end cap 13 is arranged, which is rotatably connected by means of three connecting elements 14 with the wheelset shaft 5.
  • the end cap 13 is further coupled to the generator 2, which is arranged axially on the side facing away from the wheelset end face of the end cap 13.
  • the generator 2 comprises a rotor 15 and a stator 16, wherein the stator 16 partially surrounds the rotor 15, so that a radial working air gap 17 is created.
  • the rotor 15 further comprises, according to the illustrated embodiment, two sections I, II.
  • the second section II of the rotor 15 is formed as a flange and connected by three tanthexten 14 with the end cap 13.
  • the first section I carries a plurality of magnets 18 at its outer periphery.
  • the outer diameter D A i of the first section I is smaller than the outer diameter DAN of the second section II, wherein the first section I is radially enclosed by the stator 16.
  • the stator 16 further has a smaller outer diameter D S than the outer diameter D A n of the second portion II of the rotor 15.
  • stator 16 is mounted on the rotor 15 by means of two stator bearings 19.
  • rolling bearings in particular ball bearings
  • stator bearings 19 can be used as stator bearings 19.
  • the stator 16 is further formed as a sleeve, which is connected via a rotation 20 with the fixed bearing housing 12.
  • the anti-rotation device 20 comprises an anti-rotation unit 21 on the bearing housing 12 and a radially outwardly projecting stem 22 on the stator 16, wherein the stem 22 and the stator 16 are integrally formed.
  • the rotation-preventing unit 21 is attached to the bearing housing 12 by means of connecting elements 14.
  • the rotation-preventing unit 21 has a stick-like element 23 with a recess 24 which is open in the axial direction. In this recess 24, the stem 22 engages and protrudes beyond the stalk-like element 23. Thereby, the stator 16 is held over the rotation 20 so that it can not rotate with the rotor 15.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)

Abstract

Generatorsystem (1) für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Generator (2) mit einem Rotor (15) und einem Stator (16), sowie eine Radsatzlagereinheit (3), wobei die Radsatzlagereinheit (3) ein Lager (4) zur Lagerung einer Radsatzwelle (5) sowie ein Lagergehäuse (12) umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle (5) eine Endkappe (13) angeordnet ist und die Endkappe (13) mit dem Rotor (15) gekoppelt ist, und wobei der Stator (16) mit dem Lagergehäuse (12) verbunden ist, wobei der Rotor (15) zwei Abschnitte (I, II) aufweist, wobei der erste Abschnitt (I) radial von dem Stator (16) umschlossen ist.

Description

Generatorsystem für Schienenfahrzeuge
Die Erfindung betrifft ein Generatorsystem für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Generator mit einem Rotor und einem Stator, sowie eine Radsatzlagereinheit, wobei die Radsatzlagereinheit ein Lager zur Lagerung einer Radsatzwelle sowie ein Lagergehäuse umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle eine Endkappe angeordnet ist und die Endkappe mit dem Rotor gekoppelt ist, und wobei der Stator mit dem Lagergehäuse verbunden ist.
In der DE 10 2006 035 703 A1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung mindestens einer Betriebsgröße eines Radsatzlagers offenbart, wobei die Vorrichtung einen Sensor, eine Sendeeinheit und eine Energieversorgungseinheit umfasst. Die Energieversorgungseinheit besteht aus einem mitrotierendem Generatorelement und einem am Radlagergehäuse angeordneten Generatorelement und versorgt den Sensor und die Sendeeinheit mit Energie.
Ferner ist in der Druckschrift AT 507 382 B1 ein Radsatzlagergehäuse für ein Schienenfahrzeug mit einer Positionserfassungseinrichtung, die mittels einer Stromversor- gungseinheit mit elektrischer Energie versorgt wird, offenbart. Die Stromversorgungseinheit umfasst einen elektrischen Generator mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor von einer im Radsatzlagergehäuse drehbar gelagerten Radsatzwelle antreibbar ist. Der Stator ist an der Innenseite eines Deckels des Radsatzlagergehäuses montiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kostengünstiges und einfaches Generatorsystem für Schienenfahrzeuge zu offenbaren, welches ohne großen konstruktiven Änderungsaufwand leicht nachträglich an jegliche bereits bestehende Radsatzlagereinheiten adaptiert werden kann. Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe wird das im Anspruch 1 angegebene Generatorsystem vorgeschlagen. Optionale vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich ganz oder teilweise aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Generatorsystem zeichnet sich dadurch aus, dass der Rotor zwei Abschnitte aufweist, wobei der erste Abschnitt radial von dem Stator umschlossen ist. Der erste Abschnitt des Rotors weist im Vergleich zum zweiten Abschnitt einen kleineren Außendurchmesser auf. Vorzugsweise ist dabei der zweite Abschnitt des Rotors als Flansch ausgebildet. Im Maschinenbau ist ein Flansch ein Teil zum Verbinden von Maschinenteilen, wobei der Flansch die Aufgaben hat, die Maschinenteile zueinander richtig zu positionieren und die auftretenden Betriebskräfte zu übertragen. Erfindungsgemäß stellen Flansch und Rotor ein Bauteil dar.
Radial um den ersten Abschnitt des Rotors ist der Stator angeordnet, so dass ein ra- dialer Arbeitsluftspalt entsteht. Das bedeutet, dass der Stator als Hülse ausgebildet ist, wobei der Stator sich vorzugsweise über den gesamten ersten Abschnitt des Rotors erstreckt. Der Stator kann jedoch auch eine Topfform aufweisen.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn der Stator einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des Rotors. Dadurch ist es möglich, dass der zweite Abschnitt des Rotors, das heißt der Flansch, mittels Verbindungselemente koaxial an der Endkappe befestigt ist, wobei die Verbindungselemente radial außerhalb des Stators angeordnet sind. Als Verbindungselement werden vorzugsweise Schrauben, insbesondere drei Schrauben, verwendet. Es sind je- doch auch alle anderen im Maschinenbau gängigen Verbindungselemente denkbar.
Es ist des Weiteren vorteilhaft, wenn das Lagergehäuse das Lager teilweise umschließt. Das bedeutet, dass das Lagergehäuse das Lager nicht vollumfänglich umgibt und somit kein geschlossenes Lagergehäuse vorhanden ist. Vorzugsweise umschließt das Lagergehäuse weniger als 50% des Lagers. Das Lagergehäuse ist beispielsweise als Adapter ausgebildet. Ebenfalls erfindungsgemäß ist es, wenn in dem Lagergehäuse ein zweireihiges Wälzlager angeordnet ist. Vorzugsweise handelt es sich um ein zweireihiges Kegelrollenlager in O-Anordnung. Beispielsweise können aber auch Zylinderrollenlager oder Pendelrollenlager verwendet werden. Das Wälzlager kann auf der Radsatzwelle mittels einer Pressverbindung angeordnet sein. Die Radsatzwelle kann als Voll- oder als Hohlwelle ausgebildet sein.
Der Stator ist auf dem Rotor mittels ein oder mehrerer Statorlagerungen, insbesondere Wälzlager, vorzugsweise Rollenlager, gelagert. Vorzugsweise sind zwei Statorlagerungen vorhanden, einreihig ausgebildet und an den axialen Enden des Stators angeordnet. Außerdem ist der Stator über eine Verdrehsicherung mit dem Lagergehäuse verbunden.
Der durch den Generator erzeugte Strom kann beispielsweise für eine Messeinrich- tung, um die Funktionsfähigkeit der Wälzlager zu überprüfen, verwendet werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale, Merkmalskombinationen und Wirkungen auf der Basis der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten, beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sowie aus den Zeichnungen. Diese zeigen in:
Figur 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generatorsystems in perspektivischer Ansicht,
Figur 2 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Seitenansicht,
Figur 3 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Frontansicht,
Figur 4 die Ausführungsform aus Fig. 1 in Schnittansicht. In der Fig. 1 bis Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Generatorsystems 1 in unterschiedlichen Ansichten dargestellt, wobei die Kabelführungen nicht dargestellt sind. Das Generatorsystem 1 umfasst einen Generator 2 und eine Radsatzlagereinheit 3. Die Radsatzlagereinheit 3 umfasst dabei ein Wälzlager 4 zur Lagerung einer Rad- satzwelle 5. Die Radsatzwelle 5 ist als Vollwelle ausgebildet, auf der das Wälzlager 4 aufgepresst ist.
Das Wälzlager 4 ist in dieser Ausführungsform als Kegelrollenlager in O-Anordnung ausgebildet und umfasst einen dreiteiligen Lagerinnenring 6, in zwei Reihen angeord- nete Wälzkörper 7, die als Kegelrollen ausgebildet sind, sowie einen Lageraußenring 8. Die beiden äußeren Teile des Lagerinnenrings 6 weisen jeweils eine umlaufende Laufbahn 9 für die darauf abrollenden Wälzkörper 7 auf. Axial an das Wälzlager 4 schließt jeweils eine Dichtung 10 an. Die Dichtung 10 verhindert, dass Verunreinigungen oder Verschmutzungen in das Wälzlager 4 eintreten können. Hierfür liegt jede Dichtung 10 auf einem Ring 11 , wobei jeder Ring 11 bündig am Lagerinnenring 6 anliegt und auf die Radsatzwelle 5 aufgeschoben oder aufgepresst ist. Die Ringe 11 sind mit der bezüglich der Dichtungen 10 benötigten Oberfläche versehen.
Radial außerhalb des Lageraußenrings 8 des Wälzlagers 4 ist ein Lagergehäuse 12 angeordnet, das nicht geschlossen ist und das Wälzlager 8 nur teilweise umschließt. Das Lagergehäuse 12 stellt einen Adapter dar, der mit dem Schienenfahrzeug verbunden werden kann.
An der Stirnseite der Radsatzwelle 5 ist eine Endkappe 13 angeordnet, die mittels drei Verbindungselemente 14 mit der Radsatzwelle 5 drehfest verbunden ist. Die Endkappe 13 ist des Weiteren mit dem Generator 2 gekoppelt, der axial an der zur Radsatzwelle abgewandten Stirnseite der Endkappe 13 angeordnet ist. Der Generator 2 umfasst einen Rotor 15 und einen Stator 16, wobei der Stator 16 den Rotor 15 teilweise umschließt, so dass ein radialer Arbeitsluftspalt 17 entsteht.
Der Rotor 15 weist des Weiteren gemäß der dargestellten Ausführungsform zwei Abschnitte I, II auf. Der zweite Abschnitt II des Rotors 15 ist als Flansch ausgebildet und mittels drei Verbindungselennenten 14 mit der Endkappe 13 verbunden. Der erste Abschnitt I hingegen trägt eine Vielzahl an Magneten 18 an dessen Außenumfang.
Der Außendurchmesser DAi des ersten Abschnitts I ist kleiner als der Außendurch- messer DAN des zweiten Abschnitts II, wobei der erste Abschnitt I radial von dem Stator 16 umschlossen ist. Der Stator 16 weist des Weiteren einen kleineren Außendurchmesser DS als der Außendurchmesser DAn des zweiten Abschnitts II des Rotors 15 auf.
Ferner ist der Stator 16 mittels zwei Statorlagerungen 19 auf dem Rotor 15 gelagert. Als Statorlagerungen 19 können beispielsweise Wälzlager, insbesondere Kugellager, verwendet werden. Der Stator 16 ist des Weiteren als Hülse ausgebildet, die über eine Verdrehsicherung 20 mit dem feststehenden Lagergehäuse 12 verbunden ist. Die Verdrehsicherung 20 umfasst eine Verdrehsicherungseinheit 21 am Lagergehäuse 12 und einem radial nach außen ragenden Stiel 22 am Stator 16, wobei der Stiel 22 und der Stator 16 einteilig ausgebildet sind. Die Verdrehsicherungseinheit 21 ist mittels Verbindungselementen 14 an dem Lagergehäuse 12 angebracht. Des Weiteren weist die Verdrehsicherungseinheit 21 ein stielartiges Element 23 mit einer in axialer Richtung hin offenen Aussparung 24 auf. In diese Aussparung 24 greift der Stiel 22 ein und ragt über das stielartige Element 23 heraus. Dadurch wird der Stator 16 über die Verdrehsicherung 20 so gehalten, dass dieser nicht mit dem Rotor 15 mitrotieren kann.
Bezugszeichenliste
1 Generatorsystem
2 Generator
3 Radsatzlagereinheit
4 Wälzlager
5 Radsatzwelle
6 Lagerinnenring
7 Wälzkörper
8 Lageraußenring
9 Laufbahn
10 Dichtung
11 Ring
12 Lagergehäuse
13 Endkappe
14 Verbindungselement
15 Rotor
16 Stator
17 Arbeitsluftspalt
18 Magnet
19 Statorlagerung
20 Verdrehsicherung
21 Verdrehsicherungseinheit am Lagergehäuse
22 Stiel am Stator
23 Stielartiges Element der Verdrehsicherungseinheit
24 Aussparung
I erster Abschnitt des Rotors
II zweiter Abschnitt des Rotors
DAI Außendurchmesser des ersten Abschnitts des Rotors
DAN Außendurchmesser des zweiten Abschnitts des Rotors
Ds Außendurchmesser des Stators

Claims

Patentansprüche
1. Generatorsystem (1 ) für Schienenfahrzeuge, umfassend einen Generator (2) mit einem Rotor (15) und einem Stator (16), sowie eine Radsatzlagereinheit (3), wobei die Radsatzlagereinheit (3) ein Lager (4) zur Lagerung einer Radsatzwelle (5) sowie ein Lagergehäuse (12) umfasst, wobei an der Stirnseite der Radsatzwelle (5) eine Endkappe (13) angeordnet ist und die Endkappe (13) mit dem Rotor (15) gekoppelt ist, und wobei der Stator (16) mit dem Lagergehäuse (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (15) zwei Abschnitte (I, II) aufweist, wobei der erste Abschnitt (I) radial von dem Stator (16) umschlossen ist.
2. Generatorsystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (II) des Rotors (15) als Flansch ausgebildet ist.
3. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (II) des Rotors (15) mittels Verbindungselemente (14) koaxial an der Endkappe (13) befestigt ist, wobei die Verbindungselemente (14) radial außerhalb des Stators (16) angeordnet sind.
4. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) über eine Verdrehsicherung (20) mit dem Lagergehäuse (12) verbunden ist.
5. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) als Hülse ausgebildet ist.
6. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (16) einen Außendurchmesser (Ds) aufweist, der kleiner ist als der Außendurchmesser (DAn) des zweiten Abschnitts (II) des Rotors (15).
7. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Rotor (15) und Stator (16) ein radialer Arbeitsluftspalt (17) vorhanden ist.
8. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (12) das Lager (4) teilweise umschließt.
9. Generatorsystem (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass in dem Lagergehäuse (12) ein zweireihiges Wälzlager (4) angeordnet ist.
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