EP0957264A2 - Combined engine starter and electricity generator device for aircraft - Google Patents
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- EP0957264A2 EP0957264A2 EP99106945A EP99106945A EP0957264A2 EP 0957264 A2 EP0957264 A2 EP 0957264A2 EP 99106945 A EP99106945 A EP 99106945A EP 99106945 A EP99106945 A EP 99106945A EP 0957264 A2 EP0957264 A2 EP 0957264A2
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
Definitions
- the invention relates to a device for starting an internal combustion engine Using an electrical starter and converting mechanical power to electrical Electricity using a generator for aircraft powered by the internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
- Aircraft powered by an internal combustion engine are known in practice. Such For example, aircraft engines are started using an electric starter. After When the internal combustion engine is started, the starter becomes mechanical by means of a clutch separated from the shaft of the aircraft engine. Aircraft are usually powered from pre-charged on-board batteries. For aircraft that are designed for long flight times, is common an electric generator is provided, which recharges the on-board batteries.
- the disadvantage is in the known device that both the electric starter and the generator have relatively high weight and thereby the weight of the aircraft as a whole increase. The high weight of the starter and generator is due to the required magnet and Attributed to coil materials.
- the range and flight duration, especially of unmanned aerial vehicles Aircraft, for example for the remote-controlled extraction and transmission of aerial photographs, depends heavily on the weight of these aircraft. To maximize range and flight duration, the flight weight of the aircraft must be kept as low as possible.
- the invention has for its object to a device of the type mentioned create, which has a lower weight.
- the starter / generator unit Due to the integrated design of the starter / generator unit, it is able to Perform double function.
- the unit can be used as a starter to start the internal combustion engine of the aircraft powered by this and as a generator, for example for charging the On-board batteries are used. So while in the prior art for performing the Function "starting the internal combustion engine” and the function “converting mechanical Power in electrical current "two separate electrical components are needed, comes the Device according to the invention with a single unit, which perform both functions can. With the help of a suitable gearbox, this starter / generator unit is permanent connected to the internal combustion engine.
- the transmission is a manual transmission with a specific one Reduction for starter operation and a specific reduction for generator operation educated. Low speeds usually occur when the aircraft engine is started Connection with a high required starting torque while in generator operation high speeds of the engine shaft of the aircraft engine on the starter / generator unit working in generator operation are to be transferred. With the help of the manual transmission it is possible to both for the starter as well as for the generator operation an optimal coupling between the To create starter / generator unit and the internal combustion engine driving the aircraft.
- the manual transmission proposed according to the invention thus enables Gearbox with constant step-up or step-down optimization of both applications, so that the The device according to the invention can work optimally so that in starter operation a sufficient high starting torque is available and an impermissibly high one in generator mode Speed load of the starter / generator unit is excluded.
- a gearbox with constant step-up or step-down can only be one of the two applications, i.e. the Starter operation or generator operation, be optimally designed so that either is not sufficient high torque for starting the internal combustion engine is available or the anyway high speed of the internal combustion engine in generator mode to an impermissibly high Speed of the starter / generator unit would lead.
- the manual transmission advantageously has a plurality of clutches, preferably one clutch each for switching the gearbox to starter or generator operation, with the Couplings using a force flow direction sensor, preferably a torque sensor, are controllable or where the clutches are mechanical one-way clutches that are automatic intervene depending on the direction of force flow or run free.
- This is a Manual transmission created, controlled by the direction of power flow on the one hand from the Starter / generator unit for the internal combustion engine, on the other hand from the internal combustion engine to Starter / generator unit automatically to one of two preselected gear ratios or Sets reductions. The other translation / reduction is by the respective other clutch switched inactive.
- the starter / generator unit is one Collector DC motor, preferably a rare earth magnet DC motor, the Rare earth magnet according to an advantageous development of the invention, a neodymium-iron-boron magnet is.
- a rare earth magnet DC motor preferably a rare earth magnet DC motor
- the Rare earth magnet according to an advantageous development of the invention, a neodymium-iron-boron magnet is.
- Such magnets are other permanent magnet materials both in the energy product as well as superior in stability, so that such a DC motor extremely can be constructed compactly and at the same time exhibits high efficiency.
- a such a DC motor of small size offers a high despite its low weight Torque.
- the transmission is According to an advantageous development of the invention, a constant gear with a fixed, constant translation or reduction.
- This makes the weight of the invention Device and thus the aircraft as a whole further minimized, since such Transmission has a lower weight than a manual transmission.
- rare earth magnet dc motor can have a single reduction value and select and design a constant gearbox so that a permanently functional one Compromise in terms of starter or generator operation with extreme at the same time light weight can be realized. Due to the proposed gear with fixed or Constant translation or reduction can therefore be compared to using a suitable one constructively designed gearbox a weight advantage can be achieved.
- the invention Preferred device thus has the particular advantage that equipped aircraft during the flight the internal combustion engine driving the aircraft can be switched off and on again and again so that flightless phases can be realized. This is for the inconspicuous extraction of electronic aerial photographs with unmanned aerial vehicles Motor glider aircraft of particular importance.
- the device 1 essentially has an integrated starter / generator unit 3 and the internal combustion engine 2, which are connected to one another via a transmission 4 are.
- the starter / generator unit 3 is designed such that it is both electrical and Starter for the internal combustion engine 2 and also as a generator, for example for charging the On-board batteries, not shown, of the aircraft, not shown, can work.
- the Internal combustion engine 2 is, for example, a piston internal combustion engine, the aircraft, for example an unmanned motor glider.
- the starter / generator unit 3 is connected to the transmission 4 and via a shaft 5 the transmission 4 is connected to the internal combustion engine 2 by means of a motor shaft 6.
- the Internal combustion engine 2 also has a propeller shaft 7, which is firmly connected to it Propeller 10 drives.
- the aircraft can also carry screws instead of propeller 10 exhibit.
- this is Transmission 4 as a manual transmission 11 with a specific, preselected reduction for the Starter operation and a specific, preselected reduction for generator operation trained, the respective reduction ratios are selected so that the starter / generator unit 3 in starter mode the torque required to start the Combustion engine 2 reached and in generator operation with an at least still permissible Speed is applied.
- the manual transmission 11 has two clutches 12, 13, one each Clutch for switching gear 4 to starter mode and for switching gear 4 on generator operation, on, the clutch 13 at one end with a gear part 14 and at the other end with the motor shaft 6 of the internal combustion engine 2 and the clutch 12 at one end is coupled to a gear part 15 and at the other end to the starter / generator unit 3. It is clear that the aforementioned elements cooperate in such a way that the gear part 14 also with the shaft 5 of the unit 3 and the transmission part 15 also with the motor shaft 6 of the Internal combustion engine 2 are connected.
- the gearbox can be a gear, toothed belt or friction belt gear, for example.
- the clutches 12, 13 can, for example, be electromagnetic clutches or mechanical Free-wheel clutches, the latter automatically depending on the direction of power flow intervene or run free.
- the power flow direction sensor 16 is preferably a Torque sensor with inductive power supply and inductive, d. H. non-contact, Signal derivative.
- the torque sensor determines the torque direction and is only evaluated with regard to this torque direction.
- the torque sensor has For example, a mechanical spring-loaded torque direction switch, which radial or axial position of a movable element depending on the torque direction for example, with the help of a groove guide and thereby an intervention or disengaging the couplings 12, 13.
- the arrangement and interpretation of the Couplings 12, 13 is selected according to the invention so that the components of the associated Gear parts 14, 15 are not subjected to impermissibly high speeds or moments become.
- the inventive Device can work in an optimal operating range.
- the unit 3 applies a torque sufficient to start the internal combustion engine and can be transferred to the internal combustion engine and that the unit is not included in generator mode operating at impermissibly high speeds.
- a gearbox with constant Ratio of starter operation realized that the starter speed to Reaching a sufficient torque to the motor shaft 6 or to the internal combustion engine 2 is stepped down.
- this reduction would work as a translation in generator mode act that the already high speed of the internal combustion engine 2 or the motor shaft 6th further increased and thereby particularly stress the unit 3 in generator operation and with a would impermissibly high speed.
- the constant Gear unit 3 would be operated in the permissible speed range, on the other hand but there would be a risk that the unit 3 due to its required small and light Type do not apply the torque required to start the internal combustion engine can.
- the starter / generator unit 3 is a Rare earth magnet dc motor, the rare earth magnet preferably a neodymium iron boron magnet is.
- the elements scandium, yttrium and lanthanum become rare earth metals and the 14 elements following the lanthanum.
- the rare earth metals are located in the periodic table in the third group and count among the transition metals.
- the rare earth elements are also called lanthanoids or lanthanides.
- the transmission 4 as a manual transmission 11 shown in the figure or as a constant transmission fixed translation / reduction.
- the aforementioned force flow direction sensor 16 can alternatively also be arranged on the motor shaft 6 be. It is clear that the output signal of this sensor clutches 12, 13 in complementary switching controls so that under no operating conditions both clutches intervene at the same time.
- a fixed reduction gear d. H. a gear with constant reduction
- the shaft 5 is, for example, with a starter Small diameter gear and the motor shaft 6 with a gear large diameter that meshes with the small diameter gear wheel, connected.
- the motor shaft 6 is then with the gear wheel small diameter and the shaft 5 with the large diameter gear wheel connected.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors mit
Hilfe eines elektrischen Anlassers und zum Umwandeln von mechanischer Leistung in elektrischen
Strom mit Hilfe eines Generators für durch den Verbrennungsmotor angetriebene Fluggeräte
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for starting an internal combustion engine
Using an electrical starter and converting mechanical power to electrical
Electricity using a generator for aircraft powered by the internal combustion engine
according to the preamble of
Aus der Praxis sind mittels eines Verbrennungsmotors angetriebene Fluggeräte bekannt. Solche Flugmotoren werden beispielsweise mit Hilfe eines elektrischen Anlassers gestartet. Nach erfolgtem Starten des Verbrennungsmotors wird der Anlasser durch eine Kupplung mechanisch von der Welle des Flugmotors getrennt. Die Stromversorgung von Fluggeräten erfolgt meist aus vorgeladenen Bordbatterien. Bei Fluggeräten, die für lange flugzeiten ausgelegt sind, ist üblicherweise ein elektrischer Generator vorgesehen, der die Bordbatterien nachlädt. Nachteilig ist bei der bekannten Vorrichtung, daß sowohl der elektrische Anlasser als auch der Generator ein verhältnismäßig hohes Gewicht aufweisen und dadurch das Gewicht des Fluggeräts insgesamt erhöhen. Das hohe Gewicht von Anlasser und Generator ist auf die erforderlichen Magnet- und Spulenmaterialien zurückzuführen. Die Reichweite und Flugdauer insbesondere von unbemannten Fluggeräten, beispielsweise für die ferngesteuerte Gewinnung und Übertragung von Luftbildem, hängt in starkem Maße vom Gewicht dieser Fluggeräte ab. Zur Maximierung von Reichweite und Flugdauer ist das Fluggewicht des Fluggeräts so gering wie möglich zu halten.Aircraft powered by an internal combustion engine are known in practice. Such For example, aircraft engines are started using an electric starter. After When the internal combustion engine is started, the starter becomes mechanical by means of a clutch separated from the shaft of the aircraft engine. Aircraft are usually powered from pre-charged on-board batteries. For aircraft that are designed for long flight times, is common an electric generator is provided, which recharges the on-board batteries. The disadvantage is in the known device that both the electric starter and the generator have relatively high weight and thereby the weight of the aircraft as a whole increase. The high weight of the starter and generator is due to the required magnet and Attributed to coil materials. The range and flight duration, especially of unmanned aerial vehicles Aircraft, for example for the remote-controlled extraction and transmission of aerial photographs, depends heavily on the weight of these aircraft. To maximize range and flight duration, the flight weight of the aircraft must be kept as low as possible.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche ein geringeres Gewicht aufWeist.The invention has for its object to a device of the type mentioned create, which has a lower weight.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by a device having the features of the
Durch die integrierte Ausführung der Anlasser/Generator-Einheit ist diese in der Lage, eine Doppelfünktion auszuführen. Die Einheit kann als Anlasser zum Starten des Verbrennungsmotors des durch diesen angetriebenen Fluggeräts und als Generator beispielsweise zum Laden der Bordbatterien eingesetzt werden. Während also im Stand der Technik zum Ausführen der Funktion "Starten des Verbrennungsmotors" und der Funktion "Umwandeln von mechanischer Leistung in elektrischen Strom" zwei separate elektrische Bauteile benötigt werden, kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer einzigen Einheit aus, welche beide Funktionen erfüllen kann. Mit Hilfe des geeignet ausgelegten Getriebes ist diese Anlasser/Generator-Einheit ständig mit dem Verbrennungsmotor verbunden.Due to the integrated design of the starter / generator unit, it is able to Perform double function. The unit can be used as a starter to start the internal combustion engine of the aircraft powered by this and as a generator, for example for charging the On-board batteries are used. So while in the prior art for performing the Function "starting the internal combustion engine" and the function "converting mechanical Power in electrical current "two separate electrical components are needed, comes the Device according to the invention with a single unit, which perform both functions can. With the help of a suitable gearbox, this starter / generator unit is permanent connected to the internal combustion engine.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Getriebe als Schaltgetriebe mit einer bestimmten Untersetzung für den Anlasserbetrieb und einer bestimmten Untersetzung für den Generatorbetrieb ausgebildet. Üblicherweise treten beim Starten des Flugmotors niedrige Drehzahlen in Verbindung mit einem hohen benötigten Anlaßdrehmoment auf während im Generatorbetrieb hohe Drehzahlen der Motorwelle des Flugmotors auf die im Generatorbetrieb arbeitende Anlasser/Generator-Einheit zu übertragen sind. Mit Hilfe des Schaltgetriebes ist es möglich, sowohl für den Anlasser- als auch für den Generatorbetrieb eine optimale Ankopplung zwischen der Anlasser/Generator-Einheit und dem das Fluggerät antreibenden Verbrennungsmotor zu schaffen. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Schaltgetriebe ermöglicht also im Gegensatz zu einem Getriebe mit konstanter Über- bzw. Untersetzung die Optimierung beider Einsatzfälle, so daß die erfindungsgemäße Vorrichtung optimal so arbeiten kann, daß im Anlasserbetrieb ein ausreichend hohes Anlaßdrehmoment zur Verfügung steht und im Generatorbetrieb eine unzulässig hohe Drehzahlbelastung der Anlasser/Generator-Einheit ausgeschlossen ist. Bei einem Getriebe mit konstanter Über- bzw. Untersetzung kann nämlich nur einer der beiden Einsatzfälle, also der Anlasserbetrieb oder der Generatorbetrieb, optimal ausgelegt sein, so daß entweder kein ausreichend hohes Drehmoment zum Starten des Verbrennungsmotors zur Verfügung steht oder die ohnehin hohe Drehzahl des Verbrennungsmotors im Generatorbetrieb zu einer unzulässig hohen Drehzahl der Anlasser/Generator-Einheit führen würde. According to an advantageous development, the transmission is a manual transmission with a specific one Reduction for starter operation and a specific reduction for generator operation educated. Low speeds usually occur when the aircraft engine is started Connection with a high required starting torque while in generator operation high speeds of the engine shaft of the aircraft engine on the starter / generator unit working in generator operation are to be transferred. With the help of the manual transmission it is possible to both for the starter as well as for the generator operation an optimal coupling between the To create starter / generator unit and the internal combustion engine driving the aircraft. In contrast to one, the manual transmission proposed according to the invention thus enables Gearbox with constant step-up or step-down optimization of both applications, so that the The device according to the invention can work optimally so that in starter operation a sufficient high starting torque is available and an impermissibly high one in generator mode Speed load of the starter / generator unit is excluded. With a gearbox with constant step-up or step-down can only be one of the two applications, i.e. the Starter operation or generator operation, be optimally designed so that either is not sufficient high torque for starting the internal combustion engine is available or the anyway high speed of the internal combustion engine in generator mode to an impermissibly high Speed of the starter / generator unit would lead.
Vorteilhafterweise weist das Schaltgetriebe mehrere Kupplungen, vorzugsweise je eine Kupplung zum Schalten des Getriebes auf Anlasser- bzw. auf Generatorbetrieb, auf wobei die Kupplungen mittels eines Kraftflußrichtungs-Sensors, vorzugsweise eines Drehmomentsensors, steuerbar sind oder wobei die Kupplungen mechanische Freilaufkupplungen sind, die automatisch in Abhängigkeit von der Kraftflußrichtung eingreifen oder freilaufen. Dadurch ist ein Schaltgetriebe geschaffen, das sich, gesteuert durch die Kraftflußrichtung einerseits von der Anlasser/Generator-Einheit zum Verbrennungsmotor, andererseits vom Verbrennungsmotor zur Anlasser/Generator-Einheit automatisch auf eine von zwei vorgewählten Übersetzungen bzw. Untersetzungen einstellt. Die jeweils andere Übersetzung/Untersetzung ist durch die betreffende andere Kupplung inaktiv geschaltet.The manual transmission advantageously has a plurality of clutches, preferably one clutch each for switching the gearbox to starter or generator operation, with the Couplings using a force flow direction sensor, preferably a torque sensor, are controllable or where the clutches are mechanical one-way clutches that are automatic intervene depending on the direction of force flow or run free. This is a Manual transmission created, controlled by the direction of power flow on the one hand from the Starter / generator unit for the internal combustion engine, on the other hand from the internal combustion engine to Starter / generator unit automatically to one of two preselected gear ratios or Sets reductions. The other translation / reduction is by the respective other clutch switched inactive.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Anlasser/Generator-Einheit ein Kollektor-Gleichstrommotor, vorzugsweise ein Seltenerdmagnet-Gleichstrommotor, wobei der Seltenerdmagnet gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Neodym-Eisen-BorMagnet ist. Derartige Magnete sind anderen Dauermagnetwerkstoffen sowohl im Energieprodukt als auch in der Stabilität weit überlegen, so daß ein solcher Gleichstrommotor äußerst kompakt konstruiert werden kann und gleichzeitig einen hohen Wirkungsgrad aufWeist. Ein solcher Gleichstrommotor kleiner Baugröße bietet trotz seines geringen Gewichts ein hohes Drehmoment.According to a preferred development of the invention, the starter / generator unit is one Collector DC motor, preferably a rare earth magnet DC motor, the Rare earth magnet according to an advantageous development of the invention, a neodymium-iron-boron magnet is. Such magnets are other permanent magnet materials both in the energy product as well as superior in stability, so that such a DC motor extremely can be constructed compactly and at the same time exhibits high efficiency. A such a DC motor of small size offers a high despite its low weight Torque.
Insbesondere im Fall des letztgenannten Seltenerdmagnet-Gleichstrommotors ist das Getriebe gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein konstantes Getriebe mit fest vorgegebener, konstanter Übersetzung bzw. Untersetzung. Dadurch wird das Gewicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und damit des Fluggerätes insgesamt weiter minimiert, da ein derartiges Getriebe ein geringeres Gewicht als ein Schaltgetriebe aufweist. Für den vorgeschlagenen Seltenerdmagnet-Gleichstrommotor läßt sich beispielsweise ein einziger Untersetzungswert und damit ein konstantes Getriebe konstruktiv so wählen und auslegen, daß ein dauerhaft funktionsfähiger Kompromiß in bezug auf Anlasser- bzw. Generatorbetrieb bei gleichzeitig äußerst geringem Gewicht realisiert werden kann. Durch das vorgeschlagene Getriebe mit fester bzw. konstanter Übersetzung oder Untersetzung kann also im Vergleich zum Einsatz eines geeignet konstruktiv ausgelegten Schaltgetriebes ein Gewichtsvorteil erreicht werden. Die erfindungsgemäß bevorzugt vorgeschlagene Vorrichtung hat somit insbesondere den Vorteil, daß damit ausgerüstete Fluggeräte während des Fluges den das Fluggerät antreibenden Verbrennungsmotor wiederholt aus- und wieder einschalten und damit antriebslose Flugphasen realisieren können. Dies ist für die unauffällige Gewinnung von elektronischen Luftbildern mit unbemannten Motorsegler-Fluggeräten von besonderer Bedeutung. Especially in the case of the latter rare earth magnet DC motor, the transmission is According to an advantageous development of the invention, a constant gear with a fixed, constant translation or reduction. This makes the weight of the invention Device and thus the aircraft as a whole further minimized, since such Transmission has a lower weight than a manual transmission. For the proposed For example, rare earth magnet dc motor can have a single reduction value and select and design a constant gearbox so that a permanently functional one Compromise in terms of starter or generator operation with extreme at the same time light weight can be realized. Due to the proposed gear with fixed or Constant translation or reduction can therefore be compared to using a suitable one constructively designed gearbox a weight advantage can be achieved. The invention Preferred device thus has the particular advantage that equipped aircraft during the flight the internal combustion engine driving the aircraft can be switched off and on again and again so that flightless phases can be realized. This is for the inconspicuous extraction of electronic aerial photographs with unmanned aerial vehicles Motor glider aircraft of particular importance.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnung
näher erläutert, deren einzige Figur zeigt:
Unter dem Begriff "Übersetzung" wird hier ein Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl < 1 und unter dem Begriff "Untersetzung" ein Verhältnis von Antriebsdrehzahl zu Abtriebsdrehzahl > 1 verstanden. Demnach wird bei einer Übersetzung die Drehzahl vom Anzum Abtrieb hin erhöht, bei einer Untersetzung hingegen verringert.Under the term "translation" here is a ratio of input speed to output speed <1 and under the term "reduction" a ratio of drive speed to Output speed> 1 understood. Accordingly, the speed of the gearbox is reduced from the number Downforce increased, but reduced with a reduction.
Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Starten eines
Verbrennungsmotors 2 und zum Umwandeln von mechanischer Leistung in elektrischen Strom
für durch den Verbrennungsmotor 2 angetriebene, nicht näher gezeigte Fluggeräte, ist in der
einzigen Figur dargestellt.A schematic representation of a
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist im wesentlichen eine integrierte Anlasser/Generator-Einheit
3 und den Verbrennungsmotor 2 auf welche über ein Getriebe 4 miteinander verbunden
sind. Die Anlasser/Generator-Einheit 3 ist derart ausgebildet, daß sie sowohl als elektrischer
Anlasser für den Verbrennungsmotor 2 als auch als Generator beispielsweise zum Laden der
nicht dargestellten Bordbatterien des nicht näher gezeigten Fluggerätes arbeiten kann. Der
Verbrennungsmotor 2 ist beispielsweise ein Kolbenverbrennungsmotor, das Fluggerät beispiels-weise
ein unbemannter Motorsegler.The
Im einzelnen ist die Anlasser/Generator-Einheit 3 über eine Welle 5 mit dem Getriebe 4 und über
das Getriebe 4 mittels einer Motorwelle 6 mit dem Verbrennungsmotor 2 verbunden. Der
Verbrennungsmotor 2 weist außerdem eine Propellerwelle 7 auf, die einen fest damit verbundenen
Propeller 10 antreibt. Das Fluggerät kann anstelle des Propellers 10 auch Tragschrauben
aufweisen.Specifically, the starter /
Gemäß der in der einzigen Figur dargestellten ersten Ausführungsform der Erfindung ist das
Getriebe 4 als Schaltgetriebe 11 mit einer bestimmten, vorgewählten Untersetzung für den
Anlasserbetrieb und einer bestimmten, vorgewählten Untersetzung für den Generatorbetrieb
ausgebildet, wobei die jeweiligen Untersetzungsverhältnisse so gewählt sind, daß die Anlasser/Generator-Einheit
3 im Anlasserbetrieb das erforderliche Drehmoment zum Starten des
Verbrennungsmotors 2 erreicht und im Generatorbetrieb mit einer zumindest noch zulässigen
Drehzahl beaufschlagt wird.According to the first embodiment of the invention shown in the single figure, this is
Gemäß der Figur weist das Schaltgetriebe 11 zwei Kupplungen 12, 13, und zwar jeweils eine
Kupplung zum Schalten des Getriebes 4 auf Anlasserbetrieb und zum Schalten des Getriebes 4
auf Generatorbetrieb, auf, wobei die Kupplung 13 einenends mit einem Getriebeteil 14 und
anderenends mit der Motorwelle 6 des Verbrennungsmotors 2 und die Kupplung 12 einenends
mit einem Getriebeteil 15 und anderenends mit der Anlasser/Generator-Einheit 3 gekoppelt ist.
Es ist klar, daß die vorerwähnten Elemente derart zusammenwirken, daß das Getriebeteil 14
auch mit der Welle 5 der Einheit 3 und das Getriebeteil 15 auch mit der Motorwelle 6 des
Verbrennungsmotors 2 verbunden sind.According to the figure, the
Das Schaltgetriebe kann beispielsweise ein Zahnrad-, Zahnriemen- oder Reibriemengetriebe sein.
Die Kupplungen 12, 13 können beispielsweise elektromagnetische Kupplungen oder mechanische
Freilautkupplungen sein, wobei letztere automatisch in Abhängigkeit von der Kraftflußrichtung
eingreifen oder freilaufen.The gearbox can be a gear, toothed belt or friction belt gear, for example.
The
Im Falle der Ausbildung der Kupplungen 12, 13 beispielsweise als elektromagnetische Kupplungen,
ist gemäß der Figur auf der Welle 5 und zwischen der Einheit 3 und dem Getriebe 4 ein
sogenannter Kraftflußrichtungs-Sensor 16 vorgesehen, welcher die Kupplungen 12, 13 über
nicht näher gezeigte Mittel steuert. Der Kraftflußrichtungs-Sensor 16 ist vorzugsweise ein
Drehmomentsensor mit induktiver Stromversorgung und induktiver, d. h. berührungsfreier,
Signalableitung. Der Drehmomentsensor ermittelt die Drehmomentrichtung und wird ausschließlich
hinsichtlich dieser Drehmomentrichtung ausgewertet. Der Drehmomentsensor hat
beispielsweise einen mechanisch-federvorgespannten Drehmomentrichtungsschalter, der die
radiale oder axiale Position eines beweglichen Elementes in Abhängigkeit von der Drehmomentrichtung
beispielsweise mit Hilfe einer Nutenführung verschiebt und dadurch ein Eingreifen
oder Auskuppeln der Kupplungen 12, 13 ermöglicht. Die Anordnung und Auslegung der
Kupplungen 12, 13 ist erfindungsgemäß so gewählt, daß die Komponenten der jeweils zugehörigen
Getriebeteile 14, 15 nicht mit unzulässig hohen Drehzahlen oder Momenten beaufschlagt
werden.If the
Für den Anlasserbetrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ergibt sich demnach die Wirkungskette:
Anlasser/Generator-Einheit 3 - Getriebeteil 14 - Kupplung 13 (geschlossen) -
Verbrennungsmotor 2, während sich für den Generatorbetrieb folgende Wirkungskette ergibt:
Verbrennungsmotor 2 - Getriebeteil 15 - Kupplung 12 (geschlossen) - Anlasser/Generator-Einheit
3. Es ist klar, daß im Anlasserbetrieb die andere Kupplung 12 freiläuft und daß im
Generatorbetrieb die Kupplung 13 geöffnet ist.For the starter operation of the
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schaltgetriebes ist sichergestellt, daß die erfindungsgemäße
Vorrichtung in einem optimalen Betriebsbereich arbeiten kann. Vor allem ist gewährleistet, daß
die Einheit 3 ein zum Starten des Verbrennungsmotors ausreichendes Drehmoment aufbringt
und zum Verbrennungsmotor übertragen kann und daß die Einheit im Generatorbetrieb nicht mit
unzulässig hohen Drehzahlen arbeitet. Im Gegensatz dazu wird bei einem Getriebe mit konstanter
Über- bzw. Untersetzung der Anlasserbetrieb dadurch realisiert, daß die Anlasserdrehzahl zur
Erreichung eines ausreichenden Drehmomentes zur Motorwelle 6 bzw. zum Verbrennungsmotor
2 hin untersetzt ist. In diesem Fall würde diese Untersetzung im Generatorbetrieb als Übersetzung
wirken, die die bereits hohe Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 bzw. der Motorwelle 6
weiter erhöht und dadurch die Einheit 3 im Generatorbetrieb besonders belasten und mit einer
unzulässig hohen Drehzahl beaufschlagen würde. Bei einer umgekehrten Auslegung des konstanten
Getriebes würde die Einheit 3 zwar im zulässigen Drehzahlbereich betrieben, andererseits
bestünde aber die Gefahr, daß die Einheit 3 aufgrund ihrer erforderlichen kleinen und leichten
Bauform das erforderliche Drehmoment zum Starten des Verbrennungsmotors nicht aufbringen
kann.With the help of the manual transmission according to the invention it is ensured that the inventive
Device can work in an optimal operating range. Above all, it is guaranteed that
the
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Anlasser/Generator-Einheit 3 ein
Seltenerdmagnet-Gleichstrommotor, wobei der Seltenerdmagnet vorzugsweise ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet
ist. Seltenerdmetalle werden die Elemente Scandium, Yttrium und Lanthan
sowie die 14 auf das Lanthan folgenden Elemente bezeichnet. Die Seltenerdmetalle befinden sich
im Periodensystem in der dritten Gruppe und zählen zu den Übergangsmetallen. Die Seltenerdelemente
werden auch Lanthanoide oder Lanthanide bezeichnet. In Verbindung mit einem
derartigen Gleichstrommotor ist das Getriebe gemäß einer zweiten, nicht dargestellten Ausführungsform
der Erfindung als konstantes Getriebe, d. h. mit fest vorgegebener, konstanter
Übersetzung bzw. Untersetzung ausgebildet, da ein solcher Motor ein hohes Drehmoment bei
gleichzeitig kompakter Bauform aufWeist und damit auch bei fest vorgegebener, konstanter
Untersetzung im Anlasser- und im Generatorbetrieb gut arbeitet.According to a preferred development of the invention, the starter /
Dadurch wird der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter vereinfacht und das
Gewicht der Vorrichtung bzw. das Gesamtgewicht des Fluggerätes weiter minimiert. Somit kann
das Getriebe 4 als in der Figur dargestelltes Schaltgetriebe 11 oder als konstantes Getriebe mit
fester Übersetzung/Untersetzung ausgebildet sein. This further simplifies the structure of the device according to the invention and that
Weight of the device or the total weight of the aircraft is further minimized. So can
the
Der vorerwähnte Kraftflußrichtungs-Sensor 16 kann alternativ auch an der Motorwelle 6 angeordnet
sein. Es ist klar, daß das Ausgangssignal dieses Sensors die Kupplungen 12, 13 in
komplementärer Schaltweise steuert, so daß unter keinen Betriebsbedingungen beide Kupplungen
gleichzeitig eingreifen.The aforementioned force
Es ist gemäß einer dritten, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung auch möglich, ein
festes Untersetzungsgetriebe, d. h. ein Getriebe mit konstanter Untersetzung, vorzusehen und die
Welle 5 der Einheit 3 bzw. die Motorwelle 6 des Verbrennungsmotors 2 derart mit diesem
Getriebe zu koppeln, daß sowohl im Anlasser- als auch im Generatorbetrieb eine Untersetzung
der Drehzahl möglich ist. Dazu wird im Anlasserbetrieb die Welle 5 beispielsweise mit einem
Getriebezahnrad mit kleinem Durchmesser und die Motorwelle 6 mit einem Getriebezahnrad mit
großem Durchmesser, das mit dem Getriebezahnrad mit kleinem Durchmesser in Eingriff steht,
verbunden. Im Generatorbetrieb wird die Motorwelle 6 dann mit dem Getriebezahnrad mit
kleinem Durchmesser und die Welle 5 mit dem Getriebezahnrad mit großem Durchmesser
verbunden.According to a third embodiment of the invention, not shown, it is also possible to use a
fixed reduction gear, d. H. a gear with constant reduction, to provide and the
Damit ist eine Vorrichtung zum Anlassen eines Verbrennungsmotors mit Hilfe eines elektrischen
Anlassers und zum Umwandeln von mechanischer Leistung in elektrischen Strom mit Hilfe eines
Generators für durch den Verbrennungsmotor angetriebene Fluggeräte geschaffen, welche
insbesondere aufgrund der erfindungsgemäßen integrierten Anlasser/Generator-Einheit 3 ein
niedriges Gewicht aufweist.This is a device for starting an internal combustion engine using an electric
Starter and for converting mechanical power into electrical current with the help of a
Generators for aircraft powered by the internal combustion engine, which
in particular due to the integrated starter /
Claims (8)
gekennzeichnet durch
eine integrierte Anlasser/Generator-Einheit (3), welche derart ausgebildet ist, daß sie sowohl als Anlasser als auch als Generator arbeitet, und welche über ein Getriebe (4) mit dem Verbrennungsmotor (2) verbunden ist.Device for starting an internal combustion engine (2) using an electric starter and for converting mechanical power into electric current using a generator for aircraft powered by the internal combustion engine (2),
marked by
an integrated starter / generator unit (3), which is designed such that it works both as a starter and as a generator, and which is connected to the internal combustion engine (2) via a transmission (4).
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