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Die
Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1 eine Anordnung zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators
mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine.
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Ein
Starter-Generator ist ein kombiniertes Aggregat zum Antrieb oder
zur Stromerzeugung, das in einer ersten Betriebsart als elektrisch-mechanischer
Wandler und in einer zweiten Betriebsart als mechanisch-elektrischer
Wandler betreibbar ist. Starter-Generatoren sind bekannt und werden
in Kraftfahrzeugen insbesondere genutzt, um die Brennkraftmaschine
zu starten und während des Fahrzeugbetriebs kinetische
in elektrische Energie zu wandeln. Außerdem können
mit Starter-Generatoren wirkungsvolle Start-Stopp-Systeme realisiert
werden und/oder es kann damit, bei entsprechender Ansteuerung, ein
Schwingungsausgleich und/oder ein unterstützender Antrieb
erfolgen. Ferner begünstigen mit Starter-Generatoren Bordnetze
mit Spannungen > 12
V.
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Bisher
wurde regelmäßig vorgeschlagen, den Starter-Generator
in einem Riementriebsystem der Brennkraftmaschine anzuordnen, wobei
der Kurbelwelle eine erste Riemenscheibe und der Starter-Generator-Welle
eine zweite Riemenscheibe zugeordnet ist und erste und zweite Riemenscheibe mittels
eines Riemens antriebsverbunden sind. In diesem Zusammenhang wird
beispielsweise auf die
DE
10 2005 059 732 A1 verwiesen. Nachteilig ist dabei, dass
die übertragbare Kraft begrenzt ist, während insbesondere
bei hubraumgroßen oder Dieselmotoren oft sehr hohe Kaltstartmomente übertragen werden
müssen.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte
Anordnung zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators mit einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine bereit zu stellen, die eine Übertragung
großer Kräfte, wie sie insbesondere zum Starten
von hubraumgroßen oder Dieselmotoren bei einem Kaltstart
erforderlich sind, erlaubt. Außerdem soll die Anordnung
auch hohe Drehzahlen ermöglichen, wie sie insbesondere
bei einem Generatorbetrieb auftreten können. Ferner soll
die Anordnung eine gute Akustik aufweisen, günstig und
prozesssicher herstellbar sein und eine gute Betriebssicherheit
aufweisen.
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Die
Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Anordnung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1, indem ein Kettengetriebe und ein damit
kombiniertes Zahnradgetriebe verwendet werden. Damit können insbesondere
hohe Kräfte zwischen Starter-Generator und Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine übertragen werden, es sind hohe
Drehzahlen auch über nennenswerte Betriebszeiten möglich
und die Anordnung weist eine gute Akustik auf.
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Die
erforderliche Gesamtübersetzung zwischen Starter-Generator
und Kurbelwelle ergibt sich aus der kombinierten Übersetzung
des Kettengetriebe und des Zahnradgetriebes. Dies bietet den Vorteil, dass
das Kettengetriebe vergleichsweise langsamer laufen kann, da die Umlaufgeschwindigkeit
der Kette begrenzt ist. Dennoch ist nur eine begrenzte Anzahl von
Zahnrädern erforderlich und es kann ein baulicher Abstand
zwischen Starter-Generator- und Kurbelwellenachse günstig überbrückt
werden.
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Besonders
zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Vorzugsweise
ist der Kurbelwelle ein erstes Kettenrad zugeordnet, das mittels
einer Kette mit einem zweiten Kettenrad antriebsverbunden ist, das zweite
Kettenrad ist mit einem kettengetriebenseitigen ersten Zahnrad antriebsverbunden
und das erste Zahnrad korrespondiert mit wenigstens einem weiteren
Zahnrad zur Antriebsverbindung des Starter-Generators. Das erste
und zweite Kettenrad bilden so mit der Kette ein Kettengetriebe
und das erste Zahnrad bildet mit dem wenigsten einen weiteren Zahnrad ein
Zahnradgetriebe.
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Sehr
vorteilhaft ist es, wenn bei einer Brennkraftmaschine, die ein Aluminiumgehäuse
umfasst, das erste Zahnrad und das wenigstens eine weitere Zahnrad
in einem gemeinsamen Gehäuse, beispielsweise in einem Stahl-
oder Leichtmetall-, wie Aluminiumgehäuse, angeordnet sind.
Damit kann bei einer temperaturbedingten Dehnung des Brennkraftmaschinengehäuses
ein ansonsten zunehmendes Flankenspiel im Zahnradgetriebe kompensiert
werden.
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Zweckmäßigerweise
bilden das erste Zahnrad und das wenigstens eine weitere Zahnrad
ein Zahnradgetriebe mit festem Übersetzungsverhältnis. Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel ist jedoch ein schaltbares
Zahnradgetriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis
gebildet, was den Vorteil bietet, dass insbesondere erhöhte
Momente zum Starten der Brennkraftmaschine aufgebracht werden können.
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Einer
bevorzugten Ausführung der erfindungsgemäßen
Anordnung zufolge ist zum Spannen der Kette ein doppelt wirkender
Kettenspanner vorgesehen. Alternativ ist ein Kettenspanner mit Festanschlag
vorgesehen. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn mittels der Kette
wenigstens ein weiteres Aggregat, insbesondere eine Ausgleichswelle,
antreibbar ist.
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Nachfolgend
sind besonders zu bevorzugende Ausführungsbeispiele der
Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert,
dabei zeigen schematisch und beispielhaft
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1a eine
Anordnung zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators mit einer
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine umfassend ein Kettengetriebe
mit doppelt wirkendem Kettenspanner und eine damit kombinierte Stirnradstufe
im Schnitt,
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1b eine
Anordnung zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators mit einer
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine umfassend ein Kettengetriebe
mit doppelt wirkendem Kettenspanner und eine damit kombinierte Stirnradstufe
in isometrischer Darstellung,
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2a eine
Anordnung zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators mit einer
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine umfassend ein Kettengetriebe
mit Kettenspanner mit Festanschlag und eine damit kombinierte schaltbare
Planetenradstufe in Frontansicht und
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2b eine
Anordnung zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators mit einer
Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine umfassend ein Kettengetriebe
mit Kettenspanner mit Festanschlag und eine damit kombinierte schaltbare
Planetenradstufe in isometrischer Rückansicht.
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1a zeigt
eine Anordnung 100 zur Antriebsverbindung eines Starter-Generators 118 mit
einer Kurbelwelle einer hier nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine
umfassend ein Kettengetriebe 104 mit doppelt wirkendem
Kettenspanner 120 und eine damit kombinierte Stirnradstufe 102 im
Schnitt, eine isometrische Darstellung ist in 1b gezeigt.
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Mit
der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist ein Kettenrad 106 verbunden,
das mittels einer Kette 110 ein Kettenrad 108 antreibt,
wobei eine Übersetzung ins Schnelle erfolgt, indem das
Kettenrad 106 einen größeren Durchmesser
aufweist, als das Kettenrad 108. Das Kettenrad 108 ist
koaxial mit einem Zahnrad 112 drehfest verbunden, das Zahnrad 112 weist
einen größeren Durchmesser auf, als das Kettenrad 108.
Das Zahnrad 112 ist ein gerade oder schräg verzahntes
Stirnzahnrad. Mit dem Zahnrad 112 korrespondiert ein als
Stirnzahnrad ausgeführtes Zahnrad 114, das einen
kleineren Durchmesser aufweist, als das Zahnrad 112. Das
Zahnrad 114 ist einer Welle 117 des Starter-Generators 118 zugeordnet.
Die Zahnräder 114 und 112 bilden eine
Stirnzahnradstufe 102 mit festem Übersetzungsverhältnis.
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Beim
Starten der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb des Starter-Generators 118 in
der ersten Betriebsart als elektrisch-mechanischer Wandler erfolgt
ein Antrieb der Kurbelwelle ausgehend vom Starter-Generator 118 über
die mit den Zahnrädern 114, 112 gebildete
Stirnzahnradstufe 102 und das mit den Kettenrädern 108, 106 und
der Kette 110 gebildete Kettengetriebe 104. Die
Stirnzahnradstufe 102 und das Kettengetriebe 104 sind
so ausgelegt und aufeinander abgestimmt, dass ein Starten auch bei einem
hohen erforderlichen Moment an der Kurbelwelle jederzeit schnell
und zuverlässig erfolgen kann. Außerdem sind die Stirnzahnradstufe 102 und
das Kettengetriebe 104 auch für einen Betrieb
des Starter-Generators 118 zum Schwingungsausgleich oder als
unterstützender Antrieb ausgelegt.
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Beim
Betrieb der Brennkraftmaschine bei einem Betrieb des Starter-Generators 118 in
der zweiten Betriebsart als mechanisch-elektrischer Wandler erfolgt
ein Antrieb des Starter-Generators 118 ausgehend von der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine über das mit den Kettenrädern 108, 106 und
der Kette 110 gebildete Kettengetriebe 104 und
die mit den Zahnrädern 114, 112 gebildete
Stirnzahnradstufe 102. Die Stirnzahnradstufe 102 und
das Kettengetriebe 104 sind so ausgelegt und aufeinander
abgestimmt, dass die Umlaufgeschwindigkeit der Kette 110 auch
bei hohen Brennkraftmaschinendrehzahlen einen vorgegebenen Wert
nicht überschreitet.
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Zum
Spannen der Kette 110 ist ein doppelt wirkender Kettenspanner 120 vorgesehen.
Damit ist auch bei einem mit einem Wechsel der Betriebsart des Starter-Generators 118 verbundenen
Zugrichtungswechsel der Kette 110, bei dem Leer- und Lasttrum
wechseln, gewährleistet, dass die Kette 110 wie erfordert
gespannt bleibt.
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Die
Zahnräder 112 und 114 der Stirnzahnradstufe 102 sind
in einem Stahlgehäuse 116 gelagert. Damit wird
bei einer Brennkraftmaschine mit einem Aluminiumgehäuse
bei einer temperaturbedingten Dehnung des Brennkraftmaschinengehäuses
ein ansonsten zunehmendes Flankenspiel im Zahnradgetriebe 102 kompensiert.
Das Stahlgehäuse 116 ist als kostengünstige
Blechkonstruktion in Feinschneidetechnik ausgeführt.
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2a zeigt
eine Anordnung 200 zur Antriebsverbindung eines hier nicht
näher gezeigten Starter-Generators mit einer Kurbelwelle
einer Brennkraftmaschine umfassend ein Kettengetriebe 204 mit
Kettenspanner 220 mit Festanschlag 222 und eine
damit kombinierte schaltbare Planetenradstufe 202 in Frontansicht,
eine isometrische Rückansicht ist in 2b dargestellt.
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Mit
der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist ein Zahnrad 206 verbunden,
das mittels einer Kette 210 ein Zahnrad 208 antreibt.
Das Zahnrad 208 ist koaxial mit einem topfartigen Hohlrad 212 einer
Planetenstufe 202 drehfest verbunden. Innerhalb des Hohlrad 212 sind
Planetenräder 213 und ein Sonnenrad 214,
das mit einer Weile 217 des Starter-Generators drehfest
verbunden ist, angeordnet. Das Hohlrad 212, die Planetenräder 213 und
das Sonnenrad 214 sind vorliegend schräg, gegebenenfalls
auch gerade verzahnte Stirnzahnräder. Das Hohlrad 212,
die Planetenräder 213 und das Sonnenrad 214 bilden
eine schaltbare Planetenstufe 202 mit variablem Übersetzungsverhältnis.
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Zum
Betrieb des Starter-Generators und zur Auslegung und Abstimmung
des Kettengetriebes 204 und der Planetenstufe 202 wird
auf die Beschreibung zu den 1a, 1b verwiesen.
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Mit
dem Kettengetriebe 204 erfolgt zugleich auch ein Antrieb
eines weiteren Aggregats, vorliegend einer Ausgleichswelle. Mit
diesem Aggregat oder dieser Ausgleichswelle ist drehfest ein Kettenrad 224 verbunden,
das von der Kette 210 angetrieben wird, wobei das Kettenrad 224 mit
der Ketten-Außenseite korrespondiert. Zum Spannen der Kette 210 ist
ein Kettenspanner 220 mit Festanschlag 222 vorgesehen.
Damit ist auch bei einem mit einem Wechsel der Betriebsart des Starter-Generators
verbundenen Zugrichtungswechsel der Kette 220, bei dem Leer-
und Lasttrum wechseln, gewährleistet, dass die Kette 220 wie
erfordert gespannt bleibt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Anordnung kann die Brennkraftmaschine
ohne zusätzlichen Ritzelstarter in kaltem Zustand sicher
gestartet werden. Bei einer Brennkraftmaschine mit V-förmig
angeordneten Zylindern oder Zylinderbänken kann die Starter-Generator-Kombination
bauraumgünstig zwischen den Zylinderköpfen angeordnet
werden. Der Antrieb ist wartungsfrei und auf die Lebensdauer der
Brennkraftmaschine ausgelegt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005059732
A1 [0003]