EP0957264B1

EP0957264B1 - Combined engine starter and electricity generator device for aircraft

Info

Publication number: EP0957264B1
Application number: EP99106945A
Authority: EP
Inventors: Joachim Dr.-Ing. Wernicke; Hartmut Dipl.-Ing. Euer
Original assignee: EMT Ingenieurgesellschaft Dipl Ing Hartmut Euer mbH
Current assignee: EMT Ingenieurgesellschaft Dipl Ing Hartmut Euer mbH
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-04-08
Publication date: 2002-07-03
Anticipated expiration: 2019-04-08
Also published as: EP0957264A2; EP0957264A3; ATE220176T1; DE19821997A1; DE59901898D1

Abstract

The arrangement includes an electric starter for starting a combustion engine (2), and a generator for transforming mechanical power into electric current for flight instruments propelled by the combustion engine. An integrated starter/generator unit (3) is connected over a gearing (4) with the combustion engine, and is formed in such way, that it works both as starter as well as generator.

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 claim 1.

Eine Vorrichtung, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus US-A-4 708 030, bekannt.A device according to the preamble of claim 1 from US-A-4 708 030.

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. To 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 patent claim 1 solved.

Durch die integrierte Ausführung der Anlasser/Generator-Einheit ist diese in der Lage, eine Doppelfunktion 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 Execute 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 der Erfindung 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 the invention, the transmission is a manual transmission with a certain 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.

Das Schaltgetriebe weist 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. 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 has several clutches, preferably one clutch each to switch the gearbox to starter or generator operation, with the Couplings using a force flow direction sensor, preferably a torque sensor, are controllable. 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-Bor-Magnet 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 has a high efficiency. On 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:

eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Starten eines Verbrennungsmotors und zum Umwandeln von mechanischer Leistung in elektrischen Strom für durch den Verbrennungsmotor angetriebene Fluggeräte.

Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail below with reference to the drawing, the only figure of which shows:

a schematic representation of a device for starting an internal combustion engine and for converting mechanical power into electrical current for aircraft powered by the internal combustion engine.

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 device 1 according to the invention for starting a Internal combustion engine 2 and for converting mechanical power into electrical current for powered by the internal combustion engine 2, not shown, is in the single figure.

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 beispielsweise ein unbemannter Motorsegler.The device 1 according to the invention 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.

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 / 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.

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 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.

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 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.

Das Schaltgetriebe kann beispielsweise ein Zahnrad-, Zahnriemen- oder Reibriemengetriebe sein. Die Kupplungen 12, 13 können beispielsweise elektromagnetische Kupplungen sein.The gearbox can be a gear, toothed belt or friction belt gear, for example. The clutches 12, 13 can be electromagnetic clutches, for example.

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 couplings 12, 13 are designed, for example, as electromagnetic couplings, is according to the figure on the shaft 5 and between the unit 3 and the gear 4 So-called power flow direction sensor 16 is provided, which the clutches 12, 13 Controls means not shown. The power flow direction sensor 16 is preferably a Torque sensor with inductive power supply and inductive, d. H. non-contact, Signal leakage. 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.

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 device 1 according to the invention, the chain of effects thus results: Starter / generator unit 3 - gear part 14 - clutch 13 (closed) - Internal combustion engine 2, while the following chain of effects results for generator operation: Internal combustion engine 2 - gear part 15 - clutch 12 (closed) - starter / generator unit 3. It is clear that the other clutch 12 freewheels in the starter mode and that in Generator operation, the clutch 13 is open.

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 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. In contrast, with 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. In this case, 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. With an inverse interpretation of 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.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Anlasser/Generator-Einheit 3 ein Seltenerdmagnet-Gleichstrornmotor, 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 / 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. In connection with one such a DC motor is the transmission according to a second embodiment, not shown the invention as a constant gear, d. H. with fixed, constant Ratio or reduction gear trained because such a motor with a high torque at the same time has a compact design and thus also with a fixed, constant Reduction in starter and generator works well.

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 transmission 4 as a manual transmission 11 shown in the figure or as a constant transmission fixed translation / reduction.

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 flow direction sensor 16 can alternatively also be arranged on the motor shaft 6 his. 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.

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 Shaft 5 of the unit 3 or the motor shaft 6 of the internal combustion engine 2 in this way Coupling gearbox that a reduction in both starter and generator operation the speed is possible. For this purpose, 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. In generator mode, the motor shaft 6 is then with the gear wheel small diameter and the shaft 5 with the large diameter gear wheel connected.

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 / generator unit 3 according to the invention has low weight.

Claims

Apparatus for starting an combustion engine (2) by means of an electrical starter and for converting mechanical power into an electrical current by means of a generator for flying machines driven by the combustion engine (2),
comprising an integrated starter-generator unit (3), which is designed such that it operates as well like a starter as like a generator and which is connected through a gear (4) to the combustion engine (2),
the gear (4) being formed like a change speed gear (11) and having several clutches (12, 13),
characterized in that
the gear (4) comprises an active clutch (12; 13) for changing the gear (4) into starter mode or for changing the gear (4) into generator mode, respectively.
Apparatus according to claim 1, characterized in that the gear (4) comprises a predetermined reduction for the starter mode and a predetermined reduction for the generator mode.
Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the clutches (12, 13) are controlled by means of a power flux direction sensor (16), preferably by a torque sensor.
Apparatus according to one of the foregoing claims, characterized in that the starter-generator unit (3) is a collector- d.c. motor.
Apparatus according to claim 4, characterized in that the d.c. motor is a rare-earth magnet-d.c. motor wherein the rare-earth magnet preferably is a magnet made of neodymium, iron, boron.
Apparatus according to claim 5, characterized in that the gear (4) is a constant gear having a predetermined, constant multiplication or reduction.