WO2000074217A1 - Startergenerator für eine verbrennungskraftmaschine und verfahren zur herstellung desselben - Google Patents

Startergenerator für eine verbrennungskraftmaschine und verfahren zur herstellung desselben Download PDF

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cooling
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Torsten Mangold
Nicole Wehrle
Jürgen Glauning
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Robert Bosch Gmbh
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    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges

Definitions

  • the invention relates to a starter generator for an internal combustion engine and a method for producing the same with the features mentioned in claims 1 and 9.
  • Starting systems for internal combustion engines are known from the prior art, which generally consist of a battery-powered direct current motor (starter generator) and switching and control devices.
  • starter generator To start the internal combustion engine, a torque is transmitted from the starter generator.
  • Gasoline engines generally require speeds of 60 to 100 rpm and diesel engines require speeds of 80 to 200 rpm.
  • Numerous modifications to the starter system have been developed in the course of progressive weight and installation space reductions and improvements in starting performance.
  • an additional gear stage can be used to generate a total ratio of one generated by the starter generator.
  • th armature torque can be increased.
  • the starter generator has a rotor and a stator, the components of which essentially consist of layered and joined smells.
  • the sheets forming the stator and the rotor are connected to one another by joining.
  • the joining can be done by punching packages,
  • the individual sheets are pretreated and stacked on top of one another in such a way that the essential components of the two components are at least largely preformed.
  • the components of the rotor preferably include individually or in combination a hub, a bearing seat and a pulse wheel for speed and / or direction of rotation detection. If additional short-circuit bars or short-circuit rings are to be produced on the rotor, this can preferably be done by casting aluminum or casting copper.
  • a drilling pattern and a cooling system can be generated directly.
  • part of the cooling system is formed by cutouts on the outer edge of the stator.
  • the recesses then serve in a subsequent manufacturing step to accommodate cooling tubes.
  • the cooling tubes have knurling on their tube surface, which increases a holding force on a base body of the stator.
  • the cooling tubes can still be pressed in for permanent fixation on the stator or initially only inserted into the recess of the stator in order to then be expanded by a mandrel.
  • the cooling system can be accommodated inside the stator (internal cooling) or the jacket surfaces of the cooling system are formed by an outer edge of the stator and a gear bell housing the stator (external cooling).
  • To seal the cooling system can be in the area of the jacket surfaces of the cooling system Sealants are applied, for example a galvanic coating, a heat-resistant and coolant-resistant varnish or a synthetic resin. Further preferred embodiments of the invention result from the other features mentioned in the subclaims.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a starter generator as an asynchronous machine in a perspective
  • FIG. 2 shows two perspective partial sectional views of a stator with a cooling system
  • FIG. 3 shows two perspective partial sectional views of a rotor
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a stator with an inner one
  • Figure 5 is a schematic sectional view of an area of a stator with an external cooling. Description of the embodiment
  • FIG. 1 shows a starter generator 10 as it is mounted in the drive train between a crankshaft of an internal combustion engine and a gearbox connected in series.
  • a crankshaft starter generator 10 can be designed as an asynchronous machine and usually consists of a stator 12 and a rotor 14 movably mounted thereto.
  • a base body 15 of the rotor 14 is produced by joining different metal sheets, for example by means of punched packaging technology.
  • the base body 15 already contains all the essential components of the rotor 14.
  • its geometry is defined such that a bearing seat 16 is formed on the inside diameter of the rotor sheet metal.
  • the base body 15 has on its inner side a toothing 17 directed radially inward, which for example can be the starting point for speed and / or direction of rotation detection by means of a pulse wheel.
  • a further toothing 19 is produced on the outside of the base body 15 by the suitable configuration of the metal sheets forming the base body 15.
  • Short-circuit elements such as a short-circuit ring 18 and short-circuit rod 20, can be cast on this toothing 19 or in this gripping manner.
  • a copper or aluminum casting technique known per se can be used, whereby the first method enables a more favorable electrical efficiency. These methods can be carried out directly on the base body 15.
  • the stator 12 shown in FIG. 3 in two different perspective views is also produced by layering and joining different metal sheets. In this way, it is possible in this way to form essentially structural elements of the stator 12 in a manufacturing process.
  • pin bores 24 and cutouts 26 for receiving a cooling tube 28 (cooling system 27) can be provided.
  • heat transfer from the stator base body 22 to the cooling tube 28 can be improved by measures such as knurling the tube surface, pressing the cooling tube 28 into the stator package or inserting the cooling tube 28 into the stator package and then expanding it with a mandrel. Overall, this allows for very flexible local taking into account.
  • FIGS. 4 and 5 two alternative cooling systems 27 for the stator 12 are each shown in a schematic quarter-section.
  • Internal cooling (FIG. 4) can be implemented in such a way that the base body 22 is welded in the axial direction, in each case, with two end plates 29 of the same size.
  • An outer jacket surface of the cooling system 27 is formed via a pipe section 32 welded to the end plates 29.
  • a sealant 36 is applied in the area of the lateral surfaces 34 by means of a coolant which is circulating in operation.
  • the sealant 36 can be a galvanic coating, a heat-resistant and coolant-resistant lacquer or a synthetic resin.
  • Such an integrated cooling can reduce the construction volume and the weight of the stator 12.
  • its recycling capability is improved by the restriction of the number of materials used, and cooling can take place with a particularly favorable heat transfer.
  • a wall 38 in which the stator 12 accommodates the stator 12 can also be used. If such a configuration meets the local requirements of the stator generator 10, a further weight reduction can be achieved in this way.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Startergenerator für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Rotor und einem Stator, deren Bauelemente im Wesentlichen aus geschichteten und miteinander gefügten Blechen bestehen.

Description

Startergenerator für eine Verbrenmingskraft asc ine und Verfahren zur Herstellung desselben
Die Erfindung betrifft einen Startergenerator für eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zur Herstellung desselben mit den in den Ansprüchen 1 und 9 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind Startanlagen für Verbrennungsmotoren bekannt, die in der Regel aus einem batteriegespeisten Gleichstrommotor (Startergenerator) sowie Schalt- und Steuergeräten bestehen. Zum Anspringen der Verbrenmingskraftmaschine wird ein Drehmoment vom Startergenerator übertragen. Dabei benötigen Ottomotoren im Allgemeinen Drehzahlen von 60 bis 100 U/min und Dieselmotoren etwa Drehzahlen von 80 bis 200 U/min. Im Zuge fortschreitender Gewichts- und Bauraumreduzierungen beziehungsweise Verbesserungen der Startleistung sind zahlreiche Modifikationen der Starteranlage entwickelt worden. So kann beispielsweise bei sogenannten Vorgelege - Startern durch eine zusätzliche Getriebεstufe eine Gesamtübersεtzung eines vom Startergenerator erzeug- ten Ankerdrehmoments erhöht werden. Es besteht jedoch weiterhin das Bedürfnis zur Gewichts- beziehungsweise Bauraumreduzierung, einer Verbesserung einer Kühlleistung oder einer Recyclingfähigkeit und einer Reduzierung einer Bauteileanzahl. Daher sind vorteilhafte Modifikationen des Startergenerators erwünscht.
Vorteile der Erfindung
Erfindungsgemäß lässt sich mit Hilfe des Startergenerators und dem Verfahren zur Herstellung desselben mit den in den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 genannten Merkmalen einerseits ein besonders einfaches und kostengünstiges Herstellungsverfahren und andererseits ein gewichts- und bauraumreduzierter, besonders einfach den Kundenanforderungen anzupassender Startergenerator zur Verfügung stellen. Der Startergenerator weist dabei einen Rotor und einen Stator auf, deren Bauelemente im Wesentlichen aus ge- schichteten und miteinander gefügten riechen bestehen.
Gemäß dem Verfahren werden die den Stator und den Rotor bildenden Bleche durch Fügen miteinander ver- bunden. Das Fügen kann dabei durch Stanzpaketieren,
Schweißen, Kleben oder Nieten erfolgen. Die einzelnen Bleche werden derart vorbehandelt und aufeinander geschichtet, dass die wesentlichen Bauelemente der beiden Komponenten zumindest weitεstgehend vorgeformt sind. Vorzugsweise beinhalten die Bauelemente des Rotors einzeln oder kombiniert eine Nabe, einen Lagersitz und ein Impulsrad zur Drehzahl- und/oder Drehrichtungserkennung. Sollen zusätzlich Kurzschlussstäbe oder Kurzschlussringe am Rotor erzeugt werden, so kann dies in bevorzugter Weise durch Aluminiu guss oder Kupferguss erfolgen.
Mit einer geeigneten Geometrie der nach dem Fügen den Stator bildenden Bleche sind insbesondere Bauelemente wie eine Stiftbohrung, ein Bohrbild und ein Kühl- system direkt erzeugbar. In einer bevorzugten Variante wird ein Teil des Kühlsystems durch Aussparungen am äußeren Rand des Stators gebildet. Die Aus- sparungen dienen dann in einem sich anschließenden Fertigungsschritt zur Aufnahme von Kühlröhren. In einer bevorzugten Ausgestaltung eines solchen Kühl- systems weisen die Kühlröhren eine Rändεlung an ihrer Rohroberfläche auf, die eine Haltekraft auf einem Grundkörper des Stators erhöht. Die Küh röhren können weiterhin zur dauerhaften Fixierung am Stator ein- gepresst werden oder zunächst nur in die Aussparung des Stators eingelegt werden, um anschließend durch einen Dorn aufgeweitet zu werden.
Alternativ oder in Kombination hierzu kann das Kühlsystem im Innern des Stators untergebracht sein (innere Kühlung) oder die Mantelflächen des Kühl- systems werden durch einen äußeren Rand des Stators und eine den Stator aufnehmende Getriebeglocke gebildet (äußere Kühlung) . Zur Abdichtung des Kühlsystems kann im Bereich der Mantelflächen des Kühlsystems ein Dichtmittel aufgebracht werden, beispielsweise ein galvanischer Überzug, ein hitzebeständiger und kühl- mittelresistenter Lack oder ein Kunstharz. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung er- geben sich aus den übrigen, in den ünteransprüchen genannten Merkmalen.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbei- spielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Ausführung eines Startεrgenerators als Asynchronmaschine in einer perspektivischen
Teilschnittansicht ;
Figur 2 zwei perspektivische Teilschnittansichten eines Stators mit Kühlsystem;
Figur 3 zwei perspektivische Teilschnittansichtεn εines Rotors;
Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung einεs Bεrεiches einεs Stators mit εinεr inneren
Kühlung und
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Bereiches eines Stators mit einer äußerεn Kühlung . Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Figur 1 zeigt einen Startergenerator 10, wie er im Triebstrang zwischen εiner Kurbelwellε εiner Verbrennungskraftmaschine und einεm nachgεschaltεten Getriebe montiert wird. Ein solcher Kurbelwellen- Startεrgεnεrator 10 kann als Asynchronmaschine ausgelegt sein und bεsteht üblicherweisε aus einem Stator 12 und einεm dazu beweglich gelagεrtεn Rotor 14.
In dεr Figur 2 sind zwεi pεrspεktivischε Teilansichten des Rotors 14 dargεstεllt. Ein Grundkörper 15 des Rotors 14 wird durch Fügen unterschiedlicher Bleche, beispielsweise mittels Stanzpaketiertechnik, hergestellt. Der Grundkörper 15 beinhaltet bereits alle wesentlichen Bauelemente des Rotors 14. So ist sεinε Geometriε dεrart festgelegt, dass sich am Innendurchmesser der Rotorblechε εin Lagersitz 16 ausbildet . Weiterhin weist der Grundkörpεr 15 auf εiner Innεnseite einε radial nach innεn gεrichtetε Zahnung 17 auf, die bεispiεlsweise Ausgangspunkt für eine Drehzahl- und/oder Drehrichtungsεrkennung mittels eines Impulsrades sein kann. Auf εinεr Außen- seite des Grundkδrpers 15 wird durch εinε gεεignete Ausgestaltung der dεn Grundkörper 15 bildenden Bleche εine wεitεrε Zahnung 19 erzeugt. An dieser Zahnung 19 beziehungsweise in diesε grεifend könnεn Kurzschluss- εlementε, wiε εin Kurzschlussring 18 und Kurzschluss- stäbε 20, angεgossen werdεn. Hiεrbεi kann auf eine an sich bekannte Kupfer- oder Aluminiumgusstechnik zurückgegriffen werden, wobεi εrstεrεs Verfahren einen günstigeren elektrischen Wirkungsgrad ermöglicht. Diese Verfahrεn lassen sich dirεkt an dεm Grundkörper 15 durchführen.
Auch der in der Figur 3 in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten dargestellte Stator 12 wird durch Schichten und Fügen unterschiedlicher Bleche hergestellt. Wiedεrum lassεn sich auf diese Wεise wεsεntlichε Bauεlεmεntε des Stators 12 in einem Herstellungsprozess formen. Dazu weist εin Grund- körpεr 22 des Stators 12 εin zur Aufnahme des Rotors 14 erforderliches Bohrbild berεits nach dεm Zusammenfügen der einzelnen Bleche auf. Weiterhin können Stiftbohrungen 24 und Aussparungen 26 zur Aufnahme einer Kühlröhre 28 (Kühlsystem 27) vorhanden sein. Dabεi kann εin Wärmeübergang vom Statorgrundkörper 22 zum Kühlrohr 28 durch Maßnahmen verbessert werden, wie eine Rändelung der Rohroberflächε, εinεm Ein- pressen dεs Kühlrohrs 28 in das Statorpakεt oder einem Einlegen des Kühlrohrs 28 in das Statorpakεt und anschließendem Aufweitεn mit einem Dorn. Insgesamt kann auf diese Weisε sεhr flexibεl dεn örtlichεn Gεgεbεnhεitεn Rechnung getragen werdεn.
In dεn Figurεn 4 und 5 sind zwεi wεitεrε alternativε Kühlsystεmε 27 für dεn Stator 12 jεwεils in εinεm schεmatischεn Viertelschnitt dargestεllt . Einε innere Kühlung (Figur 4) lässt sich derart rεalisiεrεn, dass dεr Grundkörpεr 22 in axialer Richtung jεwεils mit zwei gleich großen Endblechεn 29 vεrschwεißt wird. Einε äußerε Mantεlfläche des Kühlsystems 27 wird über ein mit den Endblechεn 29 vεrschwεißtεs Rohrstück 32 gεbildet. Um εinε Dichthεit dεs Kühlsystεms 27 gεgen- über einεr im Bεtrieb kursierenden Kühlflüssigkεit sicherzustεllen, wird im Bereich der Mantelflächen 34 ein Dichtmittel 36 aufgebracht. Das Dichtmittel 36 kann ein galvanischer Überzug, ein hitzebeständiger und kühlmittelresistenter Lack oder ein Kunstharz sein. Insgεsamt lässt sich durch eine solche integrierte Kühlung ein Bauvolumen und ein Gewicht des Stators 12 verringεrn. Zudem ist seinε Rεcycling- fähigkεit durch diε aufgεzeigtε Einschränkung der Anzahl dεr vεrwendeten Materialien verbεssεrt und eine Kühlung kann mit einem besonders günstigεn Wärmeübergang stattfindεn.
Anstεlle dεs Rohrstücks 32 kann in εinεr wεitεrεn altεrnativen Ausführungsform des Stators 12 auch εine Wandung 38 εinεr den Stator 12 aufnehmεndεn Gεtriebε- glockε vεrwεndεt wεrdεn. Sofεrn eine solche Ausgestaltung den örtlichen Erfordernissen des Stator- generators 10 entgegenkommt, kann auf diese Weise einε wεitεrε Gεwichtsreduzierung erreich" werdεn.

Claims

Patentansprüche
1. Startergenerator für einε Verbrenmingskraftmaschine mit einεm Rotor und εinem Stator, derεn Bauelemente im Wesεntlichεn aus geschichteten und mit- einander gefügten Blechen bestehεn.
2. Startεrgenεrator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diε Bauεlεmentε dεs Rotors (14) einzεln oder kombiniert eine Nabe, einen Lagersitz (16) und ein Impulsrad zur Drehzahl- und/oder Dreh- richtungserkεnnung beinhalten.
3. Startergenerator nach einεm der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelεmεntε des Stators (12) εinzεln odεr kombiniεrt εine Stiftbohrung (24), εin Bohrbild und ein Kühlsystem (27) beinhalten.
4. Startergεnεrator nach Anspruch 3, dadurch gekenn- zeichnet, dass ein Teil des Kühlsystems (24) durch
Aussparungen (26) am äußeren Rand des Stators (12) gebildεt wird, wobεi die Aussparungen (26) zur Aufnahme von Kühlröhren (28) dienεn.
5. Startergenerator nach einεm der Ansprüche 3 odεr 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem (27) im Innεrn des Stators (12) untergebracht ist (innere Kühlung) .
6. Startergεnerator nach einem der Ansprüche 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlsystem
(27) am äußeren Rand des Stators (12) untεrgebracht ist und eine äußere Mantelfläche (34) des Kühlsystems
(27) von einer Wandung (38) einer Getriebeglocke gebildet wird (äußere Kühlung) .
7. Startergenεrator nach einεm der Ansprüchε 5 odεr 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung dεs Kühlsystεms (27) εin Dichtmittεl (36) im Bεrεich dεr Mantelflachen (34) des Kühlsystems (27) aufgebracht ist.
8. Startergenerator nach Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (36) ein galvanischer Überzug, ein hitzεbeständigεr und kühlmittelresisten- tεr Lack odεr εin Kunstharz ist.
9. Verfahren zur Herstεllung εines Startergεnerators für einε Verbrennungskraftmaschine mit einem Rotor und einem Stator, bei dem die wesentlichεn Bauεlεmen- te des Rotors und dεs Stators durch Fügεn von ge- schichtεtεn Blεchen gεbildet wεrdεn.
10. Vεrfahrεn nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Fügen durch Stanzpaketieren, Schweißen, Klebεn odεr Nieten erfolgt.
11. Vεrfahrεn nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass Kurzschlussstäbe (18) und/oder Kurzschlussringe (20) am Rotor (14) durch Aluminiumguss oder Kupfεrguss εrzeugt werdεn.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass εinε Gεometrie dεr Blεche für den Stator (12) derart gewählt wird, dass nach dem Aufeinanderschichten der Bleche Aussparungen (26) vorhanden sind, in die Kühlröhren (28) εingεlegt wεrden .
13. Vεrfahrεn nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass diε Kühlröhren (28) eine Rändelung an ihrer Rohroberfläche aufweisen, die eine Haltekraft auf dem Stator (12) erhöht.
14. Verfahrεn nach Anspruch 12 , dadurch gekennzeichnet, dass diε Kühlröhrεn (28) in dεn Stator (12) εingεpresst werden.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlrδhren (28) in die Aussparungen
(26) des Stators (12) eingelegt werden und an- schließend durch einen Dorn aufgeweitεt wεrdεn.
16. Verfahrεn nach εinεm der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Blεche für den Stator (12) derart gewählt wird, dass nach dem Aufeinandεrschichtεn dεr Blεchε ein Kühlsystem
(27) im Innern des Stators (12) ausgebildet wird (innere Kühlung) .
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie der Bleche für den Stator (12) derart gεwählt wird, dass nach dem Aufεinanderschichten dεr Bleche ein Kühlsystem (27) am äußeren Rand des Stators (12) ausgebildet wird, wobei einε äußere Mantelfläche (34) des Kühlsystems (27) von einer Gεtriεbεglockε gebildet wird (äußere Kühlung) .
18. Verfahren nach einεm der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtmittel (36) im Bereich der Mantelflächen (34) des Kühlsystems (27) aufgebracht wird.
PCT/DE2000/001585 1999-06-01 2000-05-17 Startergenerator für eine verbrennungskraftmaschine und verfahren zur herstellung desselben WO2000074217A1 (de)

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