DE19951575C2 - Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen - Google Patents

Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen

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    • B60K2006/268—Electric drive motor starts the engine, i.e. used as starter motor

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 üblicher­ weise 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 Kurbelwel­ le 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 Ventilan­ trieb vorgesehen wird. Insbesondere besteht dieser hohe Energiebedarf bereits bei sehr geringen Drehzahlen der Brennkraftmaschine.
Gegenüber elektrischen Startern, die nur für den Startvorgang der Brennkraftmaschine 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 einem bekannten Zweimassen-Schwungrad der eingangs genannten Gattung (DE 33 45 541 A1) ist der Rotor des elektrischen Startergenerators mit dem antriebsseitigen Schwungring des 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 unerwünschten Erhöhung des Fahrzeuggewichts, anderer­ seits 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 Schwungradmasse durch den Einsatz des elektrischen Startergenerators vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der im wesentlichen ringförmige Rotor des Startergenerators an dem abtriebsseitigen Schwungring angebracht ist.
Für eine wirksame Drehschwingungsdämpfung bei einem Zweimassen-Schwungrad ist es erforderlich, daß der abtriebs­ seitige Schwungring eine ausreichend große Masse besitzt. Wenn der Rotor des elektrischen Startergenerators erfindungs­ gemäß an dem abtriebsseitigen Schwungring angebracht 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 Drehschwingungen bereits bei der Drehmomentübertragung von dem antriebsseitigen Schwung­ ring 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 Rotor des Startergenerators seitlich am Umfangsrand des abtriebsseitigen Schwungrings angebracht ist, und zwar vorzugsweise auf der dem antriebsseitigen Schwung­ ring 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 drehmomentübertragene 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 im wesentlichen ringförmige Rotor (25) des Startergenerators (21) an dem abtriebsseitigen Schwungring (5) angebracht ist.
2. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (25) des Startergenerators (21) seitlich am Umfangsrand des abtriebsseitigen Schwungrings (5) angebracht ist.
3. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Startergenerator (21) und der abtriebssei­ tige Schwungring (5) radial ineinander angeordnet sind.
4. Zweimassen-Schwungrad nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rotor (25) des Startergenerators (21) auf der dem antriebsseitigen Schwungring (3) zugekehrten Seite am abtriebsseitigen Schwungring (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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