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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Kurbelwellen-Starter-Generator für das Anlassen von Verbrennungsmotoren, bei dem der Rotor des Kurbelwellen-Starter-Generators als Torsionsschwingungsdämpfer ausgebildet ist, indem zwischen dem Rotor des Kurbelwellen-Starter-Generators und dessen Nabe ein Federelement aus einer ringförmigen Gummifeder angeordnet ist, wobei der Starter-Generator am vorderen Ende der Kurbelwelle des Motors angeordnet ist.
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Stand der Technik
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus
DE 197 05 610 A1 und
DE 196 31 384 C1 gehen Kurbelwellen-Starter-Generatoren für das Anlassen von Verbrennungsmotoren hervor, die an einem Ende der Kurbelwelle angeordnet sind.
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Ferner geht aus
DE 10 72 011 B ein Kurbelwellen-Starter-Generator für das Anlassen von Verbrennungsmotoren hervor, der an einem Ende der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeordnet ist. Der Kurbelwellen-Starter-Generator weist einen Anker auf, wobei zwischen einer Lagerung des Ankers und einem Mitnehmerflansch, der mit dem Ende der Kurbelwelle verbunden ist, ein Federelement angeordnet ist.
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Zudem geht aus
DE 44 06 481 A1 ein Kurbelwellen-Starter-Generator für das Anlassen von Verbrennungsmotoren hervor, der mit einer Kurbelwelle des Motors verbunden ist und einen Torsionsschwingungsdämpfer aufweist. Der Torsionsschwingungsdämpfer umfasst einen inneren Schwungring, der mit einer Nabe des Generators direkt verbunden ist, und einen über eine Gummischicht anschließenden äußeren Schwungring.
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Darüber hinaus ist aus
DE 19 78 883 U ein Drehschwingungsdämpfer für Wellen bekannt.
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Darstellung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung des Starter-Generators an dem vorderen Ende der 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.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe wird dadurch erreicht, dass der Torsionsschwungsdämpfer zur Dämpfung der Torsionseigenschwingung der Kurbelwelle und der dominanten Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbellwelle bei einer niedrigen Motordrehzahl vorgesehen ist, und dass zusätzlich mindestens ein weiterer Dämpfer zur Dämpfung von Torsionsschwingungen und/oder Drehungleichförmigkeiten vorhanden ist, wobei die Gummifeder adhäsiv mit der Nabe oder einem an der Nabe angebrachten Trägerblech und einem für die Befestigung des Rotors vorgesehenen Verbindungsblech verbunden ist. Hierdurch können sowohl die Drehungleichförmigkeit in einem Drehzahlband, zum Beispiel nahe der Leerlaufzahl, als auch die Torsionseigenschwingungen der Kurbelwelle reduziert werden.
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Ferner wird die Lösung der gestellten Aufgabe dadurch erreicht, dass zwischen dem vom Federelement gehaltenen Rotor des Kurbelwellen-Stator-Generators und dessen Nabe oder einem an der Kurbelwelle befestigten Trägerblech ein Wälz- oder Gleitlager angebracht ist, wobei der Rotor einerseits über einen Klemmring mit dem Lager und andererseits über den Schwingungsdämpfer mit der Nabe verbunden ist. 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 Torsionseigenschwingung der Kurbelwelle oder die dominante Ordnung der Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle bei einer bestimmten Motorzahl beruhigt.
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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.
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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.
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Ausführung der Erfindung
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Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 das vordere Ende einer Kurbelwelle mit einem an der Nabe der Welle befestigten Kurbelwellen-Starter-Generator im Längsschnitt,
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2 den Kurbelwellen-Starter-Generator befestigt am vorderen Wellenende über ein Trägerblech,
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3 den Kurbelwellen-Starter-Generator nach 2 mit einem zusätzlichen viskosen Dämpfer,
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4 den Kurbelwellen-Starter-Generator nach 2 mit einem zusätzlichen Torsionsschwingungsdämpfer,
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5 den Kurbelwellen-Starter-Generator nach 4 mit einem ergänzenden viskosen Dämpfer und
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6 den Kurbelwellen-Starter-Generator zusätzlich mit einem viskosen Dämpfer und einem Torsionsschwingungsdämpfer und
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7 einen Kurbelwellen-Starter-Generator mit einem Wälzlager.
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In der 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.
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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.
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In der 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 2 identisch mit den in 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.
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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 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.
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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 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.
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In der 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.
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In der 6 ist eine Anordnung der Dämpfer beziehungsweise Tilger gezeigt, die eine Kombination aus den 3 und 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 5 erzielbare Dämpfung.
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7 zeigt den Kurbelwellen-Starter-Generator mit dem Grundaufbau nach 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 7 nicht bezifferten Teile identisch mit denentsprechenden Teilen in 1 sind, so dass sich eine erneute Erläuterung erübrigt.
