EP1224429A1 - Zweimassen-schwungrad für brennkraftmaschinen - Google Patents

Zweimassen-schwungrad für brennkraftmaschinen

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EP1224429A1
EP1224429A1 EP00975895A EP00975895A EP1224429A1 EP 1224429 A1 EP1224429 A1 EP 1224429A1 EP 00975895 A EP00975895 A EP 00975895A EP 00975895 A EP00975895 A EP 00975895A EP 1224429 A1 EP1224429 A1 EP 1224429A1
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EP
European Patent Office
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flywheel
drive
starter generator
rotor
dual
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP00975895A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Gerd Eckel
Anja Kunkel
Bernhard Röhrig
Lydia Weiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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    • F16F15/13164—Suppression of vibrations in rotating systems by making use of members moving with the system using elastic members or friction-damping members, e.g. between a rotating shaft and a gyratory mass mounted thereon the rotating system comprising two or more gyratory masses characterised by the supporting arrangement of the damper unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
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    • B60K2006/268—Electric drive motor starts the engine, i.e. used as starter motor

Definitions

  • the invention relates to a dual-mass flywheel for internal combustion engines with a drive-side flywheel and an output-side flywheel, which are mounted concentrically to one another and connected to one another via a torque-transmitted torsion spring and can be rotated relative to one another to a limited extent, and to an electric starter generator, the rotor of which is connected to the flywheel.
  • Flywheels of motor vehicles with manual transmissions and a high level of comfort are usually designed as dual mass flywheels, the drive-side flywheel rigidly connected to the crankshaft of the engine and the drive-side flywheel forming part of the motor vehicle clutch being connected to one another via at least one torsion spring.
  • the torsion spring usually consists of a plurality of helical compression springs arranged in the circumferential direction; it serves to isolate vibrations in the drive train of the motor vehicle.
  • Such a two-mass flywheel is known (DE 36 21 997 A1).
  • the relatively high weight is perceived as disadvantageous, which is essentially determined by the two flywheels.
  • the drive-side flywheel is designed to be as inert as possible and the torsion spring is made as soft as possible.
  • electric starter generators Compared to electric starters, which are mechanically coupled to the flywheel only for the starting process of the internal combustion engine, electric starter generators have the essential advantage that the mechanical starting energy is transmitted without contact and thus without wear. In addition, the starting process does not cause any additional noise, so that an automatic start-stop system with frequently required starting processes can be implemented.
  • the rotor is connected directly to the flywheel or to the drive-side flywheel of the dual-mass flywheel and is therefore in direct drive connection with the crankshaft.
  • the mass of the flywheel is increased overall, which in turn leads to an increase in the total weight of the Internal combustion engine with its drive train and thus to an undesirable increase in the vehicle weight, but on the other hand also to an increase in the rotating mass of the internal combustion engine, which results in greater inertia against rapid speed changes.
  • the object of the invention is therefore to design a two-mass flywheel for internal combustion engines of the type mentioned in such a way that the disadvantages mentioned, in particular an increase in the flywheel mass, are avoided by using the electric starter generator.
  • This object is achieved in that the rotor of the starter generator is connected to the flywheel on the output side.
  • the flywheel ring on the output side For effective torsional vibration damping in a two-mass flywheel, it is necessary for the flywheel ring on the output side to have a sufficiently large mass. If the rotor of the electric starter generator is connected according to the invention to the flywheel on the output side, its mass can be reduced to the same extent that its mass is increased by the attachment of the rotor.
  • the total mass of the component consisting of the flywheel ring on the output side and the rotor of the starter generator can therefore be selected to be approximately as large as that of a flywheel ring on the output side without a rotor.
  • the rotor of the starter generator does not have to contribute to increasing the mass of the internal combustion engine.
  • torsional vibrations caused by the internal combustion engine do not lead to nonuniformity of the rotor rotation, because these torsional vibrations are largely eliminated during the torque transmission from the drive-side flywheel to the output-side flywheel.
  • the flywheel mass requirement on the motor side is usually sufficiently covered by the primary inertia of the dual-mass flywheel, so that the arrangement of the inertia of the armature of the electric machine on the secondary side allows the drive train to settle to a much greater extent.
  • the higher torsional inertia on the secondary side of the dual-mass flywheel enables the use of a stiffer torsion spring between the primary and secondary flywheel mass and thus a stiffer coupling between the engine and vehicle with improved longitudinal dynamics.
  • the starting height can also be significantly reduced and the mass and the inertia on the primary side can be reduced.
  • the substantially ring-shaped rotor of the starter generator is mounted laterally on the peripheral edge of the drive-side flywheel ring, preferably on the side of the drive-side flywheel ring on the drive-side flywheel ring. This results in a space-saving arrangement for the starter generator.
  • the starter generator and the drive-side flywheel are arranged radially one inside the other.
  • the rotor of the starter generator is arranged radially outside the circumference of the drive-side flywheel. This contributes in particular to a space-saving arrangement, taking into account that it is sufficient for reasons of torsional vibration damping, the drive-side flywheel with a relatively low mass and thus smaller diameter than the flywheel ring on the output side. The difference in diameter of the two flywheel rings resulting from this consideration is used here to provide space for the arrangement of the starter generator
  • the torsion spring of the dual-mass flywheel can be designed to be bridgeable, for example by an electromechanical device. This creates the possibility of establishing a direct, largely torsionally rigid connection from the starter generator to the crankshaft for the starting process
  • the drawing shows an axial section of a two-mass flywheel 1 in a driveline of a motor vehicle, only the parts above the axis of rotation 2 being shown in section
  • An anti-flywheel ring 3 is connected to the crankshaft (not shown) of the motor vehicle engine and is flanged, for example, to the flange of the crankshaft by means of screws 4
  • a torsion spring 7 is arranged between the drive-side flywheel 3 and the driven-side flywheel 5.
  • a clutch disc 12 is connected to a transmission input shaft 14 of the motor vehicle by means of a splined hub 13.
  • the clutch disc 12 is arranged between a clutch surface 14 of the drive-side flywheel 5 and a movable pressure plate 15, which is acted upon in the axial direction by a pressure spring 16 designed as a plate spring.
  • the pressure spring 16 is movably mounted on pins 17 on a clutch cover 18 connected to the drive-side flywheel 5 and is actuated by a disengaging sleeve 19 via a thrust bearing 20 designed as a roller bearing.
  • the internal combustion engine on the crankshaft of which the dual-mass flywheel 1 is attached, is equipped with an electric starter generator 21, which is designed, for example, as an electrical asynchronous machine and is used both for generating the required electrical energy and for starting the internal combustion engine.
  • an electric starter generator 21 which is designed, for example, as an electrical asynchronous machine and is used both for generating the required electrical energy and for starting the internal combustion engine.
  • the starter generator 21 has a starter 22 connected to the (not shown) housing of the internal combustion engine, which essentially consists of a stator winding 23 and a stator laminated core 24.
  • the starter generator 21 has a rotor 25, the rotor winding 26 and the rotor laminated core 27 are attached to a support ring 28, which is attached laterally to the drive-side flywheel 5 by means of fastening screws 29.
  • the essentially ring-shaped rotor 25 of the starter generator 21 is attached to the drive-side flywheel 5 on the side facing the drive-side flywheel 3 and surrounds the circumference of the drive-side flywheel ring 3.
  • the drive-side flywheel 3 is designed with a much smaller diameter than the output-side flywheel 5.
  • the resultant annular step laterally next to the peripheral edge of the drive-side flywheel 5 and outside the circumference of the drive-side flywheel 3 is essentially filled by the starter generator 21, so that there is only an insignificantly higher space requirement for this.

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 einem abtriebsseitigen Schwungring (5) verbunden. Der im wesentlichen ringförmige Rotor (25) ist auf der dem antriebsseitigen Schwungring (3) zugekehrten Seite am abtriebsseitigen Schwungring (5) angebracht.

Description

Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen
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 Schraubendruckfedem; 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 Brennkraftmaschine.
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 unerwünschten 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 Schwungradmasse 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 Drehschwingungen 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 auszufuhren Der sich aus dieser Überlegung ergebende Durchmesserunterschied der beiden Schwungringe wird hierbei ausgenutzt, um einen Raum für die Anordnung des Startergenerators zur Verfugung zu stellen
Die Drehfeder des Zweimassen-Schwungrades kann uberbruckbar 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 Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung naher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist
Die Zeichnung zeigt in einem Axialschnitt ein Zweimassen-Schwungrad 1 in einem Tπebstrang eines Kraftfahrzeugs, wobei im Schnitt nur die oberhalb der Drehachse 2 liegenden Teile dargestellt sind
Ein antπebsseitiger Schwungring 3 ist mit der (nicht dargestellten) Kurbelwelle des Kraftfahrzeugmotors verbunden und beispielsweise am Flansch der Kurbelwelle mittels Schrauben 4 angeflanschi Ein abtπebsseitiger Schwungring
5 ist an einer Nabe 3a des antriebsseitigen Schwungrings 3 über ein Walzlager
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 Drehschwingungsubertragung ist zwischen dem antriebsseitigen Schwungring 3 und dem abtriebsseitigen Schwungring 5 eine Drehfeder 7 angeordnel Die Drehfeder 7 weist am Umfang verteilt mehrere Schraubendruckfedern 8 auf, die sich jeweils in Umfangsπchtung sowohl am antriebsseitigen Schwungring 3 als auch an Armen 9 einer Ubertragungsschei- 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 Kupplungsscheibe 12 ist zwischen einer Kupplungsfläche 14 des abtriebsseitigen Schwungrings 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 Schwungrings 3 wird im wesentlichen durch den Startergenerator 21 ausgefüllt, so daß hierfür nur ein unwesentlich höherer Raumbedarf besteht.

Claims

Patentansprüche
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 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 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. Zweimassen-Schwungrad nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehfeder (7) des Zweimassen-Schwungrades (1 ) überbrückbar ist.
EP00975895A 1999-10-27 2000-10-23 Zweimassen-schwungrad für brennkraftmaschinen Withdrawn EP1224429A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

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DE19951575 1999-10-27
DE19951575A DE19951575C2 (de) 1999-10-27 1999-10-27 Zweimassen-Schwungrad für Brennkraftmaschinen
PCT/EP2000/010406 WO2001031284A1 (de) 1999-10-27 2000-10-23 Zweimassen-schwungrad für brennkraftmaschinen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1224429A1 true EP1224429A1 (de) 2002-07-24

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