DE10010096A1

DE10010096A1 - Kurbelwellen-Starter-Generator

Info

Publication number: DE10010096A1
Application number: DE2000110096
Authority: DE
Inventors: Hans-Gerd Eckel; Lydia Weis; Volker Hirsch
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 2000-03-02
Filing date: 2000-03-02
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2020-03-03
Also published as: AU2001226668A1; DE10010096B4; WO2001065109A1

Abstract

Kurbelwellen-Starter-Generator für das Anlassen von Verbrennungsmotoren, wobei der Rotor (3) des Kurbelwellen-Starter-Generators (1) als Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet und am vorderen Ende (4) der Kurbelwelle (5) des Motors angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Kurbelwellen-Starter-Generator für das Anfassen von Verbrennungsmotoren.

Stand der Technik

Um die erste Gemischbildung, Zündung und Verbrennung in einem Verbrennungsmotor zu ermöglichen, müssen die Verbrennungsmotoren durch eine äußere Kraftquelle auf eine vorgegebene Mindestdrehzahl gebracht werden. Hierfür sind verschiedene Anlasser bzw. Starter bekannt. Bei Kraftfahrzeugmotoren wird vorwiegend ein Zahnkranzanlasser benutzt, bei dem ein von der Fahrzeugbatterie gespeister Elektromotor über ein Antriebsritzel während des Anlassvorgangs mit dem Motorzahnkranz in Eingriff gebracht wird. Zwischen Anker und Ritzel ist eine Freilaufkupplung angeordnet, die verhindert, daß der Anker beim Anspringen des Verbrennungsmotors mit unzulässig hoher Drehzahl angetrieben wird. Eine häufige Ausführungsform sieht vor, daß das Ritzel des Anlassers in einen Zahnkranz am Motorschwungrad eingreift, das am hinteren, d. h. dem abtriebsseitigen Ende der Kurbelwelle des Motors, angeordnet ist.

Im Gebrauch sind auch elektrische Startergeneratoren, bei denen der Rotor eines Elektromotors, der auch als Generator betrieben werden kann, mit dem Schwungrad verbunden ist. Ein solcher Startergenerator wird gemeinhin als Kurbelwellen-Starter-Generator bezeichnet, wegen der direkten Anbindung seines Rotors mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine. Die elektrischen Kurbelwellen-Starter-Generatoren haben den Vorteil, daß die Übertragung der mechanischen Startenergie berührungslos und somit verschleißfrei erfolgt. Außerdem verursacht der Startvorgang keine zusätzlichen Geräusche, so daß eine Start-Stop-Automatik mit häufig notwendigen Startvorgängen realisiert werden kann.

Die im allgemeinen bekannten elektrischen Kurbelwellen-Starter-Generatoren sind zwischen Motor und Getriebe installiert. Der Rotor des Generators ist mit dem auf dem getriebeseitigen Ende der Kurbelwelle angeordneten Schwungrad verbunden. Auf diese Weise steht er in unmittelbarer Verbindung mit der Kurbelwelle.

Eine Anordnung des Starter-Generators am freien Kurbelwellenende ist denkbar, führt aber bei einer starren Anbindung aufgrund der am vorderen (Rotor des Starter-Generators) und hinteren (Schwungrad) Kurbelwellenende wirksamen Massenträgheitsmomente zu einer sehr hohen Beanspruchung der Kurbelwelle. Diese wird durch Torsionseigenschwingungen der Kurbelwelle bei höheren Motordrehzahlen verursacht. Solche Torsionseigenschwingungen der Kurbelwelle haben eine feste Eigenfrequenz und treten auch ohne einen Starter-Generator in schwächerer Form auf. Sie lassen sich in diesem Fall mit Hilfe eines Torsionsschwingungsdämpfers nach dem Tilger- oder dem Dämpfungsprinzip auf ein zulässiges Maß reduzieren.

Aufgrund der periodischen Arbeitsweise einer Kolben- Verbrennungskraftmaschine ist das in die Kurbelwelle eingespeiste Moment nicht konstant. Die dynamischen Anteile werden gewöhnlich von der Zündordnung beherrscht. Dies führt, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen wegen der schwachen Trägheitswirkung des Schwungrads und eventuell des Rotors des Starter-Generators, zu einer hohen Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung des Starter- Generators an der vorderen Kurbelwelle zu ermöglichen, ohne daß die Beanspruchung der Kurbelwelle unzulässig ansteigt. Alternativ kann er der Reduktion der bei niedrigen Motordrehzahlen auftretenden hohen Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle dienen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe wird dadurch erreicht, daß der Rotor des Kurbelwellen-Starter-Generators als Torsionsschwingungsdämpfer ausge bildet ist. Hierdurch können sowohl die Drehungleichförmigkeit in einem Drehzahlband zum Beispiel nahe der Leerlaufzahl, als auch die Torsionseigenschwingungen der Kurbelwelle reduziert werden.

Um die notwendige Dämpfungswirkung zu erzielen, wird zwischen dem Rotor des Starter-Generators und der an der Kurbelwelle befestigten Nabe ein rotatorisch wirkendes Federelement angeordnet. Es ist vorteilhaft, wenn das Federelement aus einer ringförmigen Gummifeder besteht, die adhäsiv mit der Nabe und einem am Rotor befestigbaren Verbindungsteil verbunden ist. Die Schwungmasse des Rotors und das Federelement sind so aufeinander abgestimmt, daß eine Tilgerwirkung auftritt. Dadurch wird die Torsions eigenschwingung der Kurbelwelle oder die dominante Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle bei einer bestimmten Motorzahl beruhigt.

Die Kombination des als Torsionsschwingungsdämpfer genutzten Rotors des Starter-Generators mit einem weiteren Torsionsschwingungsdämpfer in einer Baugruppe ist ebenfalls vorteilhaft, wenn zwei Torsionseigenfrequenzen bzw. eine Torsionseigenfrequenz der Kurbelwelle und die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle bei einer niedrigen Drehzahl reduziert werden sollen. Je nach der gewollten Dämpfung oder Tilgung sind entsprechende Kombinationen mit zusätzlichen Torsionsschwingungsdämpfern und viskosen Dämpfern möglich.

Eine sehr günstige Ausgestaltung des Kurbelwellen-Starter-Generators ergibt sich dann, wenn zwischen dem Rotor und dessen Nabe beziehungsweise Trägerblech ein Wälz- oder Gleitlager angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine Zentrierung des Rotors über das Lager, die eine sehr genaue Einstellung des Luftspalts zwischen Rotor und Stator ermöglicht.

Ausführung der Erfindung

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das vordere Ende einer Kurbelwelle mit einem an der Nabe der Welle befestigten Kurbelwellen-Starter-Generator im Längsschnitt,

Fig. 2 den Kurbelwellen-Starter-Generator befestigt am vorderen Wellenende über ein Trägerblech,

Fig. 3 den Kurbelwellen-Starter-Generator nach Fig. 2 mit einem zusätzlichen viskosen Dämpfer,

Fig. 4 den Kurbelwellen-Starter-Generator nach Fig. 2 mit einem zusätzlichen Torsionsschwingungsdämpfer,

Fig. 5 den Kurbelwellen-Starter-Generator nach Fig. 4 mit einem ergänzenden viskosen Dämpfer und

Fig. 6 den Kurbelwellen-Starter-Generator zusätzlich mit einem viskosen Dämpfer und einem Torsionsschwingungsdämpfer und

Fig. 7 einen Kurbelwellen-Starter-Generator mit einem Wälzlager.

In der Fig. 1 ist ein Kurbelwellen-Starter-Generator 1 im Längsschnitt gezeigt, wobei lediglich der obere Teil des Generators dargestellt wird. Der Kurbelwellen-Starter-Generator 1 besteht im wesentlichen aus dem Stator 2, der an einem nicht näher gezeigten Gehäuse eines Verbrennungsmotors fixiert ist, und dem Rotor 3, der mit dem vorderen Ende 4 der Kurbelwelle 5 verbunden ist. Der Stator 2 besteht aus der Statorwicklung 6 und dem Statorblechpaket 7. Der Rotor 3 hat die Rotorwicklung 8 und das Rotorblechpaket 9. Das Rotorblechpaket 9 ist auf dem Tragring 10 angeordnet, an dem es über Schrauben 11 und den Klemmring 12 gehalten ist.

Der Tragring 10 ist auf seiner Innenfläche 13 mit einer Gummifeder 14 verbunden, die direkt an die auf das Wellenende 4 aufgesetzte Nabe 15 anschließt. Die Nabe 15 ist hierfür mit einem Ringflansch 16 versehen. Die Verbindung der Gummifeder 14 mit dem Tragring 10 und dem Ringflansch 16 erfolgt durch Vulkanisation. An die Nabe 15 ist weiterhin in bekannter Weise eine Riemenscheibe 17 über die Schrauben 18 angeschraubt. Der über die Gummifeder 14 mit der Nabe 15 verbundene Rotor 3 wirkt am vorderen Ende 4 der Kurbelwelle 5 als Torsionsschwingungsdämpfer und kann die durch die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle gegebene Starrkörperschwingung bei einer bestimmten Drehzahl oder eine Torsionseigenschwingung der Kurbelwelle reduzieren.

In der Fig. 2 ist eine andere konstruktive Ausführungsform der Anbringung des Rotors 3 am vorderen Wellenende 4 gezeigt. Die Gummifeder 14 ist hier zwischen einem Verbindungsblech 19 und einem Trägerblech 20 angeordnet. Das Verbindungsblech 19 ist mit einem Ringflansch 22 versehen, mit dem es am Tragring 10 des Rotors 3 angeschraubt wird. Das Trägerblech 20 wird mit den Schrauben 18 gleichzeitig mit der Riemenscheibe 17 an die Nabe 21 angeschraubt. Bei dieser Variante kann die Gummifeder 14 mit den Blechen 19 und 20 als ein separater Einsatz gefertigt werden, der sehr einfach mit dem Rotor 3 und der Nabe 21 verbunden werden kann. Es wird bemerkt, daß alle anderen nicht bezifferten Teile in der Fig. 2 identisch mit den in Fig. 1 gezeigten Teilen sind, so daß eine Wiederholung sich erübrigt. Auch wird auf alle zeichnerischen Detailangaben verzichtet, um die wesentlichen Merkmale der Erfindung zu verdeutlichen.

Fig. 3 zeigt eine Kombination des als Torsionsschwingungsdämpfer ausgeführten Rotors 3 des Kurbelwellen-Starter-Generators 1 in Kombination mit einem viskosen Dämpfer 25. Der viskose Dämpfer 25 ist über das Halteblech 26 mit dem Rotor 3 verschraubt. Ansonsten ist der Kurbelwellen- Starter-Generator 1 baugleich mit dem aus der Fig. 2. Der zusätzliche viskose Dämpfer 25 hat zur Folge, daß die Dämpfungswirkung des als Torsionsschwingungsdämpfers genutzten Rotors 3 des Kurbelwellen-Starter- Generators auf einen breiteren Frequenzbereich ausgedehnt werden kann.

So ist es beispielsweise möglich, mehrere Torsionsfrequenzen gleichzeitig zu bedämpfen beziehungsweise die dominante Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle über einen größeren Drehzahlbereich zu reduzieren.

Eine andere Möglichkeit eine gezieltere Dämpfung zu erreichen besteht darin, daß zusätzlich zum Kurbelwellen-Starter-Generator 1 als Torsionsschwingungsdämpfer eine weitere Schwungmasse 30 über ein eigenes Federelement 31 aus Gummi an dem Trägerblech 20 befestigt ist. Eine solche Ausbildung ist in der Fig. 4 gezeigt. Die Schwungmasse 30 ist in die Gummifeder 31 eingebettet, die mit dem Trägerblech 20 verbunden ist. Vorteilhaft an dieser Anordnung ist, daß gleichzeitig zwei Eigen- oder Starrkörperschwingungen bedämpft werden können.

In der Fig. 5 ist eine Kombination gezeigt, mit der gleichzeitig mehrere Schwingungen gedämpft beziehungsweise getilgt werden können. Neben dem Kurbelwellen-Starter-Generator 1, der als Torsionsschwingungsdämpfer wirkt und über die Gummifeder 14 mit dem Trägerblech 20 verbunden ist, wird ein zweiter Torsionsschwingungsdämpfer 30 eingesetzt, der ebenfalls über eine Gummifeder 31 an das Trägerblech 20 angeschlossen ist, an dem über die Schraubverbindung 35 und das Halteblech 32 noch ein viskoser Dämpfer 25 angebracht wird. Mit dieser Kombination wird erreicht, daß mit Hilfe des als Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildeten Rotors 3 des Kurbelwelle-Starter-Generators 1 eine Torsionseigenschwingung der Kurbelwelle 5 oder die dominante Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle 5 bei einer bestimmten Drehzahl betilgt wird und gleichzeitig mit Hilfe des aus der Schwungmasse 30, dem Federelement 31 und dem Viskodämpfer 25 bestehenden zweiten Torsionsschwingungsdämpfer Torsionsschwingungen der Kurbelwelle 5 über einen breiten Frequenzbereich oder die dominante Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle 5 über einen größeren Drehzahlbereich gedämpft werden.

In der Fig. 6 ist eine Anordnung der Dämpfer beziehungsweise Tilger gezeigt, die eine Kombination aus den Fig. 3 und Fig. 4 ist. Der zweite Torsionsschwingungsdämpfer wird aus der Schwungmasse 30 und dem Federelement 31 gebildet, die am Trägerblech 20 befestigt sind. Der als erster Torsionsschwingungsdämpfer wirkende Rotor 3 des Kurbelwellen- Starter-Generators 1 ist zusätzlich mit einem viskosen Dämpfer 25 versehen, der über das Halteblech 32 mit ihm verbunden ist. Die mit dieser Kombination erreichbare Wirkung bei der Schwingungsdämpfung ist vergleichbar mit der durch die Anordnung in der Fig. 5 erzielbare Dämpfung.

Fig. 7 zeigt den Kurbelwellen-Starter-Generator mit dem Grundaufbau nach Fig. 1 wobei der Rotor 3 des Kurbelwellen-Starter-Generator zusätzlich über ein Wälzlager 40 an der Nabe 15 radial gelagert ist. Hierzu ist am Tragring 10 ein anders gestalteter Klemmring 41 angeschraubt. Der Klemmring 41 dient nun auch als Sitz für den Innenring 42 des Lagers 40. Der Außenring 43 des Lagers 40 wird von der Nabe 15 aufgenommen. Vorteilhaft an dieser Ausgestaltung des Kurbelwellen-Starter-Generators 1 ist, dass der Rotor 3 des Kurbelwellen-Starter-Generators 1 nicht mehr über die Gummispur 14 radial zentriert wird, sondern über das Wälzlager 40, was eine wesentlich genauere Einstellung des Luftspalts zwischen Rotor 3 und Stator 2 bewirkt. Außerdem wird eine radiale Verlagerung des Rotors 3 relativ zur Nabe 15 vermieden, was die Gefahr der Ausbildung einer Unwucht vermeidet. Es sei noch erwähnt, dass alle in der Fig. 7 nicht bezifferten Teile identisch mit denentsprechenden Teilen in Fig. 7 sind, so dass sich eine erneute Erläuterung erübrigt.

Claims

1. Kurbelwellen-Starter-Generator für das Anlassen von Verbrennungs motoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (3) des Kurbelwellen- Starter-Generators (1) als Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet und am vorderen Ende (4) der Kurbelwelle (5) des Motors angeordnet ist.

2. Kurbelwellen-Starter-Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Rotor (3) des Kurbelwellen-Starter- Generators (1) und dessen Nabe (15) beziehungsweise einem an der Kurbelwelle (5) befestigten Trägerblech (20) ein Federelement (14) angeordnet ist.

3. Kurbelwellen-Starter-Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwungmasse des Rotors (3) und das Federelement (14) so abgestimmt sind, daß eine Tilgerwirkung auftritt.

4. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torsionseigenschwingung der Kurbelwelle (5) beruhigt wird.

5. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dominante Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle (5) bei einer bestimmten Motordrehzahl beruhigt wird.

6. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (14) aus einer ringförmigen Gummifeder besteht und mit einem viskosen Dämpfer (25) kombiniert ist.

7. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder (14) adhäsiv mit der Nabe (15) oder einem zwischengeschalteten Trägerblech (20) und dem Rotor (3) oder einem am Rotor (3) befestigbaren Verbindungsblech (19) verbunden ist.

8. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Torsionsschwingungs dämpfer (30) angebracht ist.

9. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Torsionsschwingungs dämpfer (30) und ein viskoser Dämpfer (25) vorhanden sind.

10. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß am hinteren Ende der Kurbelwelle (5) zur Getriebeseite hin ein Schwungrad angeordnet ist.

11. Kurbelwellen-Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotor (3) des Kurbelwellen-Starter-Generators (1) und dessen Nabe (15) oder dem an der Kurbelwelle (5) befestigten Trägerblech (20) ein Wälz- oder Gleitlager (40) angeordnet ist.