DE19858320A1

DE19858320A1 - Starter-Generator

Info

Publication number: DE19858320A1
Application number: DE1998158320
Authority: DE
Inventors: Dieter Voigt
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1998-12-17
Publication date: 2000-06-21

Abstract

Ein erfindungsgemäßer Starter-Generator ist insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen und weist ein Gehäuse (1) auf, in welchem eine Welle (2) gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht, sowie ein Planetengetriebe (5, 6), welches zwischen der Welle (2) und einem Rotor (8) zwischengeschaltet ist, und umfaßt zwei Kupplungen (12, 13), von denen die erste eine Verbindung zwischen dem Rotor (8) und der Welle (2) zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung eine Verbindung zwischen der Welle (2) und dem Rotor (8) zum Betreiben des Generators herstellt, wobei die beiden Kupplungen als Freiläufe (12, 13) ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße Starter-Generator enthält das Planetengetriebe (5, 6), das abhängig von der Starter- oder Generatorfunktion selbsttätig die Übersetzung derart umschaltet, daß bei der Starterfunktion eine Momentenverstärkung erfolgt. Bei dann im Verbrennungsmotorbetrieb einsetzender Generatorfunktion bewirkt die Momentenumkehr automatisch eine Übersetzungsumschaltung auf den verlustfreien Direkttrieb des Generators. Die Übersetzungsumschaltung erfolgt selbsttätig bzw. automatisch durch die zwei erfindungsgemäß vorgesehenen Freiläufe (12, 13), die die Momentenumkehr zwischen Starter- und Generatorbetrieb nutzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starter-Generator, d. h. eine Vorrichtung zum Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine und zum Erzeugen elektrischer Energie während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-OS 41 12 215 bekannt. Dort wird im Anlaßmodus über eine erste Kupplung, die zwischen einem Rotor und einem Planetengetriebe angeordnet ist, eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine angetrieben, wobei der Kraftfluß vom Rotor über diese erste Kupplung und über das Planetengetriebe auf die Kurbelwelle erfolgt. Im Laufmodus wird die erste Kupplung ausgekuppelt und eine zweite Kupplung eingekuppelt, die die Kurbelwelle mit dem Rotor verbindet. Die zweite Kupplung ist dabei als fliehkraftgeregelter Freilauf ausgebildet, der bei höherer Drehzahl automatisch einkuppelt.

Bei diesem Stand der Technik ist die erste Kupplung für den Anlaßmodus einzukuppeln, während sie für den Laufmodus aktiv ausgekuppelt werden muß.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Starter-Generator zu schaffen, der automatisch zwischen dem Anlaßmodus und dem Laufmodus umschaltet.

Diese Aufgabe wird durch einen Starter-Generator gelöst, der die Merkmale aufweist, die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben sind.

Demnach weist ein erfindungsgemäßer Starter-Generator, der insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, ein Gehäuse auf, in welchem eine Welle gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht, ein Planetengetriebe, welches zwischen der Welle und einem Rotor zwischengeschaltet ist, und zwei Kupplungen, von denen die erste eine Verbindung zwischen dem Rotor und der Welle zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung eine Verbindung zwischen der Welle und dem Rotor zum Betreiben des Generators herstellt, wobei die beiden Kupplungen als Freiläufe ausgebildet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Starter-Generators sind der Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer ausführlichen Beschreibung zweier Ausführungsformen beschrieben, die sich auf die zugehörigen Zeichnungen bezieht.

In den Zeichnungen zeigt die:

Fig. 1 eine Querschnitt-Darstellung des Starter-Generators nach der ersten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 2 eine Querschnitt-Darstellung des Starter-Generators nach der zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Starter-Generators gezeigt, bei dem ein feststehendes Gehäuse 1 zentral eine Welle 2 beinhaltet, die entweder über einen Zwischentrieb in Drehverbindung mit dem Verbrennungsmotor steht oder selbst der Endabschnitt einer Motorkurbelwelle ist. Die Welle 2 trägt auf einer Zapfenscheibe 3 mindestens einen Zapfen 4, auf dem sich ein einfaches oder bevorzugt ein zweistufiges Planetenrad 5 drehgelagert befindet.

Das mit dem Planetenrad 5 in Eingriff befindliche Sonnenrad 6 steht mit einer auf der Welle 2 gelagerten, einen Rotor 8 der Elektromaschine tragenden Rotorscheibe 7 in drehfester Verbindung. Gegenüberliegend zu dem Rotor 8 ist ein Stator 9 mit den elektrischen Anschlüssen 10 im Gehäuse 1 angeordnet.

Ein Außenring 11 des Planetengetriebes ist an der Innenkontur der Rotorscheibe 7 gelagert und trägt zwei Freiläufe 12 und 13.

Im folgenden wird die Wirkungsweise des Starter-Generators beschrieben:
Startfunktion: Der Freilauf 12 hält aufgrund der Startmomentwirkung den Außenring 11 am ruhenden Gehäuse 1 fest, so daß das von der Rotorscheibe 7 angetriebene Planetenrad 5 durch den Abwälzvorgang am Außenring 11 momentenverstärkend der Zapfen 4 mitnimmt und über die Welle 2 den Verbrennungsmotor in Drehung versetzt. Die Zweistufigkeit des Planetenrades 5 erhöht dabei zusätzlich das Startmoment. Der Freilauf 13 ist in seiner Wirkung so ausgerichtet, das er die rotierende Rotorscheibe 7 gegenüber dem ruhenden Außenring 11 freischaltet.

Generatorfunktion: Die beim Startvorgang durch Drehzahlsteigerung endende Starterfunktion geht in eine Generatorfunktion über, wobei dann der Rotor 8 die Rotorscheibe 7 abbremst und damit eine Momentenumkehr bewirkt. Dadurch wird der Außenring 11 von dem Planetenrad 5 in Drehrichtung mitgenommen und damit der Freilauf 12 am Gehäuse 1 gelöst. Durch den Freilauf 13 kann der Außenring 11 jedoch nicht schneller als die Rotorscheibe 7 drehen, so daß nun alle Planetengetriebeteile relativ zueinander zum Stillstand kommen und mit der Drehzahl der Welle 2 rotieren. Der bei Generatorbetrieb ruhende Planetensatz ist somit ohne Betriebsverluste und damit nicht verbrauchserhöhend. Das nur bei der Startfunktion aktive Planetengetriebe kann vorzugsweise eine Schmiermittelfüllung erhalten, wobei der Innenraum dann gegen Schmiermittelaustritt und gegen Schmutzeintritt (zur Umgebung) abgedichtet werden kann.

Der erfindungsgemäße Starter-Generator enthält ein Planetengetriebe, das jedoch abhängig von der Starter- oder Generatorfunktion selbsttätig die Übersetzung derart umschaltet, daß bei der Starterfunktion eine Momentenverstärkung (Starter- Drehzahlerhöhung bei gleichzeitiger Stromstärkereduzierung) erfolgt.

Bei dann im Verbrennungsmotorbetrieb einsetzender Generatorfunktion bewirkt die Momentenumkehr automatisch eine Übersetzungsumschaltung auf den verlustfreien Direkttrieb des Generators. Die Übersetzungsumschaltung erfolgt selbsttätig bzw. automatisch durch zwei erfindungsgemäß vorgesehene Freiläufe 12 und 13, die die Momentenumkehr zwischen Starter- und Generatorbetrieb nutzen.

Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Starter-Generators direkt an der Kurbelwelle erfolgt eine optimale Bauraumnutzung, da die Elektromaschine bei nun übersetzungsbedingt geringeren Starterabmessungen ringförmig mit großem Hebelarm (d. h. großem Startmoment) angeordnet ist und in ihrem Innenraum das startmomentsteigernde Planetengetriebe 5, 6 als Verbindung zur Kurbelwelle aufnehmen kann.

In der Fig. 2 ist die zweite Ausführungsform dargestellt, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß eine Blockiereinrichtung 14 vorgesehen ist, die im Generatorbetrieb den Freilauf 13 infolge einer Fliehkraftwirkung, nämlich gegen eine Feder 15, entlastet. In der Fig. 2 belastet die Feder 15 die Blockiereinrichtung 14 nach unten bzw. radial nach innen. Die Federkraft ist so gewählt, daß bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl bzw. Fliehkraft der bolzenförmige Blockierstift, der ein Teil der Blockiereinrichtung 14 ist, mit der Rotorscheibe 7 in Eingriff gelangt und dadurch den Freilauf 13 entlastet. Zum Beispiel bei kleinen Drehzahlschwingungen um den Schaltpunkt des Freilaufes 13 kann somit ein ansonsten auftretendes, wiederholtes Lösen und Blockieren des Freilaufes 13 verhindert werden.

Der übrige Aufbau des Starter-Generators nach der Fig. 2 entspricht dem Aufbau nach der Fig. 1, so daß auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird.

Ein erfindungsgemäßer Starter-Generator ist somit insbesondere für eine Verbrennungs kraftmaschine vorgesehen, und weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem eine Welle 2 gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht, sowie ein Planetengetriebe 5 und 6, welches zwischen der Welle 2 und einem Rotor 8 zwischengeschaltet ist, und umfaßt zwei Kupplungen 12 und 13, von denen die erste eine Verbindung zwischen dem Rotor 8 und der Welle 2 zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung eine Verbindung zwischen der Welle 2 und dem Rotor 8 zum Betreiben des Generators herstellt, wobei die beiden Kupplungen als Freiläufe 12 und 13 ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße Starter-Generator enthält das Planetengetriebe, das abhängig von der Starter- oder Generatorfunktion selbsttätig die Übersetzung derart umschaltet, daß bei der Starterfunktion eine Momentenverstärkung erfolgt. Bei dann im Verbrennungsmotorbetrieb einsetzender Generatorfunktion bewirkt die Momentenumkehr automatisch eine Übersetzungsumschaltung auf den verlustfreien Direkttrieb des Generators. Die Übersetzungsumschaltung erfolgt selbsttätig bzw. automatisch durch die zwei erfindungsgemäß vorgesehenen Freiläufe 12 und 13, die die Momentenumkehr zwischen Starter- und Generatorbetrieb nutzen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Gehäuse

2

Welle

3

Zapfenscheibe

4

Zapfen

5

Planetenrad

6

Sonnenrad

7

Rotorscheibe

8

Rotor

9

Stator

10

Anschlüsse

11

Außenring

12

Freilauf (erster)

13

Freilauf (zweiter)

14

Blockiereinrichtung

15

Feder

Claims

1. Starter-Generator, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit
einem Gehäuse (1), in welchem eine Welle (2) gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht,
einem Planetengetriebe (5, 6), welches zwischen der Welle (2) und einem Rotor (8) zwischengeschaltet ist, und
zwei Kupplungen (12, 13), von denen die erste (12) eine Verbindung zwischen dem Rotor (8) und der Welle (2) zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung (13) eine Verbindung zwischen der Welle (2) und dem Rotor (8) zum Betreiben des Generators herstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungen (12, 13) als Freiläufe ausgebildet sind.

2. Starter-Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Freiläufe (12, 13) zwischen einem Außenring (11) des Planetengetriebes und dem Gehäuse (1) sowie zwischen dem Außenring (11) und dem Rotor (8) angeordnet sind und entgegengesetzte Wirkrichtungen aufweisen.

3. Starter-Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Freiläufe (12, 13) selbsttätig nach Erreichen einer Momentenumkehr von gelöst auf blockiert bzw. umgekehrt umschalten.

4. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Generatorbetrieb der gelöste Freilauf (12) infolge einer Fliehkraftwirkung die Verbindung zum Gehäuse (1) löst.

5. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Generatorbetrieb der Freilauf (13) infolge einer Fliehkraftwirkung einer zusätzlichen Blockiereinrichtung (14) entlastet wird.

6. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Planetengetriebe (5, 6) ein einstufiges, vorzugsweise ein zweistufiges Planetenrad (5) aufweist.

7. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (2) ein Endabschnitt der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine ist.