DE19951575A1 - Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen - Google Patents
Zweimassen-Schwungrad für BrennkraftmaschinenInfo
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Abstract
Ein Zweimassen-Schwungrad (1) für Brennkraftmaschinen weist einen antriebsseitigen Schwungring (3) und einen abtriebsseitigen Schwungring (5) auf, die konzentrisch zueinander gelagert und über eine drehmomentübertragene Drehfeder (7) miteinander verbunden und relativ zueinander begrenzt verdrehbar sind. Der Rotor (25) eines elektrischen Startergenerators (21) ist mit abtriebsseitigen Schwungring (5) verbunden. Der im wesentliche ringförmige Rotor (25) ist auf der dem antriebsseitigen Schwungring (3) zugekehrten Seite am abtriebsseitigen Schwungring (5) angebracht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen mit
einem antriebsseitigen Schwungring und einem abtriebsseitigen Schwungring,
die konzentrisch zueinander gelagert und über eine drehmomentübertragene
Drehfeder miteinander verbunden und relativ zueinander begrenzt verdrehbar
sind, sowie mit einem elektrischen Startergenerator, dessen Rotor mit dem
Schwungrad verbunden ist.
Schwungräder von Kraftfahrzeugen mit Schaltgetrieben und hohem
Komfortanspruch sind üblicherweise als Zweimassen-Schwungräder
ausgeführt, wobei der mit der Kurbelwelle des Motors starr verbundene,
antriebsseitige Schwungring und der einen Teil der Kraftfahrzeugkupplung
bildende antriebsseitige Schwungring über mindestens eine Drehfeder
miteinander verbunden sind. Die Drehfeder besteht üblicherweise aus
mehreren, in Umfangsrichtung angeordneten Schraubendruckfedern; sie dient
der Schwingungsisolation im Triebstrang des Kraftfahrzeugs.
Ein derartiges Zweimassen-Schwungrad ist bekannt (DE 36 21 997 A1). Hierbei
wird das verhältnismäßig hohe Gewicht als nachteilig empfunden, das im
wesentlichen von den beiden Schwungringen bestimmt wird. Zur Erzielung
einer guten Schwingungsisolation wird der abtriebsseitige Schwungring
möglichst rotatorisch träge und die Drehfeder möglichst weich ausgeführt.
Anstelle der herkömmlichen Ausführung von Brennkraftmaschinen mit einem
gesonderten elektrischen Generator, der üblicherweise über einen Riementrieb
mit der Kurbelwelle verbunden ist und einem gesonderten elektrischen Starter,
der über einen schaltbaren Zahnradtrieb nur für den Startvorgang an die
Schwungscheibe ankuppelbar ist, ist die Verwendung eines diese beiden
Funktionen zusammenfassenden elektrischen Startergenerators bekannt, der
wegen der direkten und ständigen Antriebsverbindung seines Rotors mit der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine auch als Kurbelwellen-Startergenerator
bezeichnet wird.
Diese technische Entwicklung trägt dem Umstand Rechnung, daß für den
Betrieb von Brennkraftmaschinen ein zunehmend größerer elektrischer
Energiebedarf besteht, der insbesondere noch gesteigert wird, wenn ein
elektromagnetische Ventilantrieb vorgesehen wird. Insbesondere besteht dieser
hohe Energiebedarf bereits bei sehr geringen Drehzahlen der Brennkraftma
schine.
Gegenüber elektrischen Startern, die nur für den Startvorgang der Brennkraft
maschine mechanisch an das Schwungrad angekoppelt werden, haben
elektrische Startergeneratoren den wesentlichen Vorteil, daß die Übertragung
der mechanischen Startenergie berührungslos und somit verschleißfrei erfolgt.
Außerdem verursacht der Startvorgang keine zusätzlichen Geräusche, so daß
eine Start-Stopp-Automatik mit häufig notwendigen Startvorgängen realisiert
werden kann.
Bei bekannten elektrischen Startergeneratoren ist der Rotor direkt mit dem
Schwungrad oder mit dem antriebsseitigen Schwungring des Zweimassen-
Schwungrads verbunden und steht somit in unmittelbarer Antriebsverbindung
mit der Kurbelwelle. Dadurch wird die Masse des Schwungrads insgesamt
erhöht, was einerseits zu einer Erhöhung des Gesamtgewichts der
Brennkraftmaschine mit ihrem Antriebsstrang und damit zu einer unerwünsch
ten Erhöhung des Fahrzeuggewichts, andererseits aber auch zu einer
Erhöhung der Drehmasse der Brennkraftmaschine führt, wodurch sich eine
größere Trägheit gegen schnelle Drehzahlwechsel ergibt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zweimassen-Schwungrad für
Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß die
genannten Nachteile, insbesondere auch eine Erhöhung der Schwungradmas
se durch den Einsatz des elektrischen Startergenerators vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor des
Startergenerators mit dem abtriebsseitigen Schwungring verbunden ist.
Für eine wirksame Drehschwingungsdämpfung bei einem Zweimassen-
Schwungrad ist es erforderlich, daß der abtriebsseitige Schwungring eine
ausreichend große Masse besitzt. Wenn der Rotor des elektrischen .
Startergenerators erfindungsgemäß mit dem abtriebsseitigen Schwungring
verbunden wird, so kann dessen Masse in gleichem Umfang verringert werden,
in dem seine Masse durch die Anbringung des Rotors erhöht wird. Die
Gesamtmasse des aus dem abtriebsseitigen Schwungring und dem Rotor des
Startergenerators bestehenden Bauteils kann daher angenähert ebenso groß
gewählt werden wie die eines abtriebsseitigen Schwungrings ohne Rotor. Der
Rotor des Startergenerators muß somit nicht zur Erhöhung der Masse der
Brennkraftmaschine beitragen.
Darüber hinaus ist es auch für den Generatorbetrieb besonders vorteilhaft,
wenn durch die Brennkraftmaschine verursachte Drehschwingungen nicht zu
einer Ungleichförmigkeit der Rotordrehung führen, weil diese Drehschwingun
gen bereits bei der Drehmomentübertragung von dem antriebsseitigen
Schwungring auf den abtriebsseitigen Schwungring weitgehend eliminiert
werden.
Der Schwungmassenbedarf auf der Motorseite ist mit der primärseitigen
Drehträgheit des Zweimassen-Schwungrades in der Regel ausreichend
gedeckt, so daß bei der Anordnung der Drehträgheit des Ankers der
Elektromaschine auf der Sekundärseite die Beruhigung des Antriebsstrangs in
weit höherem Maße ermöglicht wird. Des weiteren ermöglicht die höhere
Drehträgheit auf der Sekundärseite des Zweimassen-Schwungrades die
Verwendung einer steiferen Drehfeder zwischen der Primär- und der
Sekundärschwungmasse und damit eine steifere Kopplung zwischen Motor und
Fahrzeug mit verbesserten Längsdynamik.
Bei Verwendung eines drehzahladaptiven Tilgers auf der Primärseite des
Zweimassen-Schwungrades lässt sich darüber hinaus die Anregehöhe deutlich
reduzieren und die Masse und die Drehträgheit auf der Primärseite verringern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß
der im wesentlichen ringförmige Rotor des Startergenerators seitlich am
Umfangsrand des abtriebsseitigen Schwungrings angebracht ist, und zwar
vorzugsweise auf der dem antriebsseitigen Schwungring zugekehrten Seite am
abtriebsseitigen Schwungring. Dadurch ergibt sich eine platzsparende
Anordnung für den Startergenerator.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind der Startergenerator
und der abtriebsseitige Schwungring radial ineinander angeordnet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, daß der Rotor des Startergenerators radial außerhalb des
Umfangs des antriebsseitigen Schwungrings angeordnet ist. Dies trägt im
besonderen Maße zu einer platzsparenden Anordnung bei, wobei berücksichtigt
wird, daß es aus Gründen der Drehschwingungsdämpfung ausreicht, den
antriebsseitigen Schwungring mit verhältnismäßig geringer Masse und damit
geringerem Durchmesser als den abtriebsseitigen Schwungring auszuführen.
Der sich aus dieser Überlegung ergebende Durchmesserunterschied der
beiden Schwungringe wird hierbei ausgenutzt, um einen Raum für die
Anordnung des Startergenerators zur Verfügung zu stellen.
Die Drehfeder des Zweimassen-Schwungrades kann überbrückbar ausgeführt
sein, beispielsweise durch eine elektromechanische Einrichtung. Damit wird die
Möglichkeit geschaffen, für den Startvorgang eine direkte, weitestgehend
drehsteife Verbindung von Startergenerator zur Kurbelwelle herzustellen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert, das in
der Zeichnung dargestellt ist.
Die Zeichnung zeigt in einem Axialschnitt ein Zweimassen-Schwungrad 1 in
einem Triebstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei im Schnitt nur die oberhalb der
Drehachse 2 liegenden Teile dargestellt sind.
Ein antriebsseitiger Schwungring 3 ist mit der (nicht dargestellten) Kurbelwelle
des Kraftfahrzeugmotors verbunden und beispielsweise am Flansch der
Kurbelwelle mittels Schrauben 4 angeflanscht. Ein abtriebsseitiger Schwungring
5 ist an einer Nabe 3a des antriebsseitigen Schwungrings 3 über ein Wälzlager
6 gelagert, so daß der abtriebsseitige Schwungring 5 konzentrisch zu dem
antriebsseitigen Schwungring 3 und relativ zu diesem um die Drehachse 2
drehbar ist.
Zur Verminderung einer Drehschwingungsübertragung ist zwischen dem
antriebsseitigen Schwungring 3 und dem abtriebsseitigen Schwungring 5 eine
Drehfeder 7 angeordnet. Die Drehfeder 7 weist am Umfang verteilt mehrere
Schraubendruckfedern 8 auf, die sich jeweils in Umfangsrichtung sowohl am
antriebsseitigen Schwungring 3 als auch an Armen 9 einer Übertragungsschei
be 10 abstützen, die über Niete 11 mit dem abtriebsseitigen Schwungring 5
starr verbunden ist.
Eine Kupplungscheibe 12 ist mittels einer Vielkeilnabe 13 mit einer
Getriebeeingangswelle 14 des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Kupplungsschei
be 12 ist zwischen einer Kupplungsfläche 14 des abtriebsseitigen Schwung
rings 5 und einer beweglichen Druckplatte 15 angeordnet, die in axialer
Richtung von einer als Tellerfeder ausgeführten Anpressfeder 16 beaufschlagt
wird. Die Anpressfeder 16 ist an Zapfen 17 an einem mit dem abtriebsseitigen
Schwungring 5 verbundenen Kupplungsdeckel 18 beweglich gelagert und wird
durch eine Ausrückmuffe 19 über ein als Wälzlager ausgeführtes Drucklager 20
betätigt.
Die Brennkraftmaschine, an deren Kurbelwelle das Zweimassen-Schwungrad 1
befestigt ist, ist mit einem elektrischen Startergenerator 21 ausgerüstet, der
beispielsweise als elektrische Asynchronmaschine ausgeführt ist und sowohl
für die Erzeugung der erforderlichen elektrischen Energie als auch für den
Startvorgang der Brennkraftmaschine dient.
Der Startergenerator 21 weist einen mit dem (nicht dargestellten) Gehäuse der
Brennkraftmaschine verbundenen Startor 22 auf, der im wesentlichen aus einer
Statorwicklung 23 und einem Statorblechpaket 24 besteht. Der Startergenerator
21 weist einen Rotor 25 auf, dessen Rotorwicklung 26 und Rotorblechpaket 27
auf einem Tragring 28 angebracht sind, der mittels Befestigungsschrauben 29
seitlich am abtriebsseitigen Schwungring 5 angebracht ist. Der im wesentlichen
ringförmige Rotor 25 des Startergenerators 21 ist auf der dem antriebsseitigen
Schwungring 3 zugekehrten Seite am abtriebsseitigen Schwungring 5
angebracht und umgibt den Umfang des antriebsseitigen Schwungrings 3.
Der antriebsseitige Schwungring 3 ist mit wesentlich geringerem Durchmesser
ausgeführt als der abtriebsseitige Schwungring 5. Die sich dadurch ergebende
ringförmige Stufe seitlich neben dem Umfangsrand des abtriebsseitigen
Schwungrings 5 und außerhalb des Umfangs des antriebsseitigen Schwung
rings 3 wird im wesentlichen durch den Startergenerator 21 ausgefüllt, so daß
hierfür nur ein unwesentlich höherer Raumbedarf besteht.
Claims (6)
1. Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen mit einem
antriebsseitigen Schwungring und einem abtriebsseitigen Schwungring,
die konzentrisch zueinander gelagert und über eine drehmomentübertra
gene Drehfeder miteinander verbunden und relativ zueinander begrenzt
verdrehbar sind, sowie mit einem elektrischen Startergenerator, dessen
Rotor mit dem Schwungrad verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
der Rotor (25) des Startergenerators (21) mit dem abtriebsseitigen
Schwungring (5) verbunden ist.
2. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der im wesentlichen ringförmige Rotor (25) des Startergenerators
(21) seitlich am Umfangsrand des abtriebsseitigen Schwungrings (5)
angebracht ist.
3. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Startergenerator (21) und der abtriebsseitige Schwungring (5)
radial ineinander angeordnet sind.
4. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor (25) des Startergenerators (21) auf der dem antriebsseiti
gen Schwungring (3) zugekehrten Seite am abtriebsseitigen Schwung
ring (5) angebracht ist.
5. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor (25) des Startergenerators (21) radial außerhalb des
Umfangs des antriebsseitigen Schwungrings (3) angeordnet ist.
6. Zweimassen-Schwungrad nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Drehfeder (7) des Zweimassen-Schwungrades
(1) überbrückbar ist.
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