DE102009002953B4

DE102009002953B4 - Schwungrad, Brennkraftmaschine mit Schwungrad sowie System aus einer Brennkraftmaschine und einer anzutreibenden Maschine, Verwendung des Systems

Info

Publication number: DE102009002953B4
Application number: DE200910002953
Authority: DE
Inventors: Christian Schäffer; Martin Kaifler
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2009-05-08
Filing date: 2009-05-08
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2029-05-09
Also published as: CN101900181A; US8857291B2; CN101900181B; US20100307287A1; DE102009002953A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schwungrad 10 zur Anbringung an eine Brennkraftmaschine 110 und Kopplung an eine anzutreibende Maschine 120, insbesondere eine elektrische Maschine wie einen Generator oder dgl., aufweisend einen Schwungradflansch 1 und ein Kopplungsmittel 3 zur Kopplung der anzutreibenden Maschine 120, insbesondere des Generators. Erfindungsgemäß ist vorgesehen ein mit dem Schwungradflansch 1 verbundener Mitnehmerflansch 2, wobei der Mitnehmerflansch 2 und der Schwungradflansch 1 gegeneinander elektrisch isoliert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schwungrad zur Anbringung an eine Brennkraftmaschine und Kopplung an eine anzutreibende Maschine, aufweisend: einen Schwungradflansch und Kopplungsmittel zur Kopplung der anzutreibenden Maschine. Weiter betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine mit dem Schwungrad sowie ein System aus der Brennkraftmaschine und der anzutreibenden Maschine. Die Erfindung betrifft weiter eine Verwendung des Systems.
Brennkraftmaschinen sind üblicherweise mit einem Bezugspotential elektrisch verbunden, beispielsweise über ein am Kurbelgehäuse angebrachtes Massekabel. Beim Einsatz einer Brennkraftmaschine im Rahmen eines Systems mit einer anzutreibenden Maschine, zum Beispiel mit einem Generator, beispielsweise einer Motor-Generator-Einheit, wird der Generator, beispielsweise über eine Kupplungsscheibe, zum Antrieb gekoppelt. Insbesondere kann dazu eine an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebrachte Kupplungsscheibe in geeigneter Weise an die Generatorwelle des Generators gekoppelt sein.
Aufgrund von in der Welle einer elektrischen anzutreibenden Maschine erzeugten elektromagnetischen Induktion können bei üblicherweise elektrisch leitender Ausführung der Kopplungsmittel in der Kurbelwelle sogenannte Wellenspannungen erzeugt werden, die auch an den Lagern der Kurbelwelle anliegen. Dies ist problematisch, weil dadurch Schäden durch Elektroerosionen an den Lagern entstehen können. Eine Ursache dafür können die durch die anliegenden Wellenspannungen hervorgerufenen elektrischen Durchschläge durch den im Lager vorhandenen dünnen Schmierfilm sein, was zu einer Materialabtragung oder Verlagerung an den Lagerflächen führt. Im schlimmsten Fall können frühzeitige massive Lagerschäden an den Lagern der Kurbelwelle oder sonstigen Teilen der Brennkraftmaschine entstehen.
Eine in DE 10 2004 025 665 B4 der Anmelderin beschriebene Lösung zur Vermeidung von Wellenspannungen und der damit verbundenen Kriechströme zwischen der Kurbelwelle, einem Gehäuse und dem Bezugspotential besteht darin, den Kriechströmen einen widerstandsgeringeren Strompfad anzubieten. Dazu sieht DE 10 2004 025 665 B4 einen Stromabnehmer mit einem drehfest mit der Kurbelwelle verbundenden Rotor und einen ortsfest mit einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine verbundenen Stator vor, wobei eine elektrisch gut leitende Leiteinrichtung zur Stromleitung vom Rotor zu einem Bezugspotential im Stator angeordnet ist. Die Leiteinrichtung ist beispielsweise durch Kohlestifte ausgeführt. Grundsätzlich unterliegt eine solche Leiteinrichtung einem Verschleiß und ist wartungsanfällig in Folge der dynamischen Kontaktierung zwischen Rotor und Stator.
Eine dazu alternative Lösung der Anmelderin ist beispielsweise in DE 10 2004 037 178 A1 beschrieben. Dort kommt für eine eingangs genannte Brennkraftmaschine ein eingangs genanntes Schwungrad zum Einsatz, welches – als solches einstückig gefertigt – als Teil eines Kupplungsrades eine über einen Flansch am Schwungrad befestigte. Kupplungsscheibe aufweist. Die Kupplungsscheibe des Kupplungsrades dient zum Anschluss der von der Brennkraftmaschine anzutreibenden Maschine, beispielsweise eines Generators. Dabei sind der Flansch und/oder die Kupplungsscheibe aus einem elektrisch nicht leitenden Material hergestellt, sodass eine Kurbelwelle der Brennkraftmaschine von der anzutreibenden Maschine elektrisch isoliert ist. Diese an sich gute Lösung erweist sich in bestimmten Fällen allerdings als vergleichsweise kostenaufwendig. beziehungsweise noch verbesserungswürdig.
DE 2742714 A1 zeigt ein Schwungrad mit einem Schwungradflansch und mit diesem über Verbindungsmittel verbundenen Mitnehmerflansch und mit einer Verzahnung in Form eines Zahnkranzes für den Eingriff mit einem Ritzel eines Anlassers. Der Mitnehmerflansch ist in Form einer Nabe aus Metall gebildet und wird an dem als volles Kunststoffteil gebildeten Schwungradflansch befestigt. Die Befestigung ist über einen weiteren Flansch gebildet, der mittels Schrauben oder Bolzenelemente sowie mit Kunststoff gefüllten Sacklöchern am Kunststoffteil angebracht ist. Des Weiteren sind in das Kunststoffteil Magnete und ein Stahlring eingegossen, um einen geeigneten magnetischen Fluss für das Zünd- oder Stromerzeugersystem eines zugeordneten Verbrennungsmotors zu fördern.
Ein solches eingangs genanntes Schwungrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 folgt im Wesentlichen dem Konzept der DE 10 2004 037 178 A1 , nämlich unter Ausbildung des Schwungradflansches als elektrisch isolierendes volles Kunststoffteil, in i das zudem magnetisches Material eingegossen ist. Nachteilig ist dabei wiederum die vergleichsweise kostenaufwendige Herstellung und eine beschränkte Anwendungsmöglichkeit. Insbesondere können durch das magnetische Material eines solchen Schwungrades die oben genannten unerwünschten elektromagnetischen Induktionen hervorgerufen werden.
Wünschenswert wäre eine Lösung zur Vermeidung von Wellenspannungen bei einer Brennkraftmaschine unter Nutzung eines vergleichsweise einfach aufgebauten und dennoch elektrisch isolierenden Schwungrads.
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist eine Vorrichtung und eine Verwendung anzugeben, mit der Wellenspannungen bei einer Brennkraftmaschine auf vergleichsweise einfache Weise vermieden sind. insbesondere soll dazu ein vorteilhaftes zur Kopplung der Brennkraftmaschine an eine anzutreibende Maschine elektrisch isolierendes Schwungrad angegeben werden, das gleichwohl vergleichsweise einfach aufgebaut ist. Das Schwungrad sollte kostengünstig herstellbar sein.
Betreffend die Vorrichtung wird die Aufgabe durch die Erfindung mittels einem Schwungrad der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß ein mit dem Schwungradflansch verbundener Mitnehmerflansch, insbesondere zur Anbringung an der Brennkraftmaschine, vorgesehen ist, wobei der Mitnehmerflansch und der Schwungradflansch gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Die Erfindung führt auch auf eine Brennkraftmaschine mit dem Schwungrad gemäß dem Konzept der Erfindung.
Insbesondere ist dabei der Mitnehmerflansch des Schwungrads zur direkten Anbringung auf einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ausgebildet.
Die Erfindung führt auch auf ein System aus einer Brennkraftmaschine und einer anzutreibenden Maschine. Die anzutreibende Maschine ist insbesondere eine elektrische Maschine wie ein Generator oder dergleichen. In besonders bevorzugter Weise ist das System in Form eines diesel-elektrischen Aggregats gebildet.
Es hat sich gezeigt, dass ein System gemäß dem Konzept der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise als ein Notstromaggregat oder als ein Antrieb, vorzugsweise als ein Fahrzeugantrieb, zu verwenden ist.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass sich grundsätzlich ein elektrisch isolierendes Schwungrad in bevorzugter Weise eignet, um die Übertragung von Spannungen und/oder Kriechströmen, auf eine Brennkraftmaschine, insbesondere auf eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, zu vermeiden. Diese können potentiell durch eine anzutreibende Maschine, insbesondere elektrische Maschine, durch eine Kopplung an die Brennkraftmaschine erzeugt werden. In Abkehr von der Überlegung, ein einteiliges Schwungrad gemäß DE 10 2004 037 178 A1 mit einem elektrisch isolierenden Flansch und/oder einer elektrisch isolierenden Kupplungsscheibe zu versehen, hat die Erfindung erkannt, dass es vorteilhafter und günstiger ist, eine elektrische Isolierung als Teil des Schwungrades selbst auszuführen.
Dieses berücksichtigend sieht das Konzept der Erfindung vereinfacht gesagt ein zwei- oder mehrteiliges Schwungrad vor, bei dem ein gegeneinander elektrisch isolierter Schwungradflansch und Mitnehmerflansch vorgesehen ist.
Dies hat vor allem den Vorteil, dass die Auslegung von Anschlussteilen zur Kopplung des Schwungrades an die anzutreibende Maschine, wie zum Beispiel ein Flansch oder eine Kupplungsscheibe nicht eingeschränkt ist durch Maßnahmen zur elektrischen Isolierung. Vielmehr führt der Ansatz des Konzepts der vorliegenden Erfindung dazu, dass praktisch jede elektrische Maschine, insbesondere Generator, – zum Beispiel im Rahmen eines normierten, sogenannten SAE-Anschlusses – zur Ankopplung an das Schwungrad verwendbar ist. Mit anderen Worten kann ein Kopplungsmittel zur Kopplung der anzutreibenden Maschine konstruktiv und geometrisch entsprechend der Norm eines SAE-Anschlusses ausgeführt werden – dies hat den Vorteil, dass dem Hersteller der anzutreibenden elektrischen Maschine keine Vorgaben hinsichtlich einer zulässigen Wellenspannung oder zu verwendender isolierender Bauteile gemacht werden müssen.
Der Mitnehmerflansch ist zur Anbringung an der Brennkraftmaschine, vorzugsweise direkt an der Kurbelwelle vorgesehen. Insbesondere wird ein Mitnehmerflansch dazu auf die Kurbelwelle gepasst. Der Schwungradflansch ist darüberhinaus zum Tragen der Kopplungsmittel ausgebildet. Das Konzept der Erfindung hat erkannt, dass es auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Weise möglich ist, den Schwungradflansch und den Mitnehmerflansch gegeneinander elektrisch zu isolieren. Somit wird die Funktion der Isolierung in ein ohnehin am Motor vorhandenes Bauteil – nämlich in das Schwungrad – integriert, sodass keine zusätzlichen Anbauten oder Maßnahmen beziehungsweise Vorgaben zur elektrischen Isolierung an der Brennkraftmaschine (zum Beispiel: Motor) oder am Anschluss einer elektrischen Maschine (zum Beispiel: Generator) nötig sind.
Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, dass oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung, sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
Im Rahmen einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Schwungradflansch und der Mitnehmerflansch unter Bildung einer Anzahl von Anlageflächen über Verbindungsmittel miteinander verbunden. Die Verbindungsmittel sind vorzugsweise als Elemente, beispielsweise als Schraubverbindungen oder dergleichen Verbindungselemente, ausgebildet. Die Anzahl von Anlageflächen umfassen insbesondere Flächen zwischen dem Schwungradflansch und dem Mitnehmerflansch.
Darüber hinaus – zusätzlich oder alternativ – sind unter Anlageflächen auch Flächen zwischen dem Verbindungsmittel und dem Schwungradflansch und/oder Flächen zwischen dem Verbindungsmittel und dem Mitnehmerflansch zu verstehen. Dabei ist unter dem Begriff Anlagefläche nicht nur eine solche Fläche zu verstehen, die einen unmittelbaren Kontakt anliegender Teile bildet, sondern auch solche Flächen, die sich bei gegenüberstehenden Teilen unter Spaltbildung gegenüberstehen. Insofern ist der Begriff Anlagefläche weit zu fassen und umfasst alle Flächen zwischen Schwungradflansch, Mitnehmerflansch und Verbindungsmittel, die bei Verbindung derselben in Kontakt sind und unter Spaltbildung dennoch im Rahmen betriebsbedingter Belastungen in Kontakt treten könnten, insofern also aneinander liegen könnten.
Im Rahmen einer besonders zu bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist eine elektrische Isolierung an wenigstens einem Teil einer Anzahl dieser Anlageflächen angeordnet und weist insofern eine Anzahl von Isolierflächen auf. Zusätzlich kann eine elektrische Isolierung auch an wenigstens einem weiteren Teil der Anzahl von Anlageflächen dadurch gebildet sein, dass der weitere Teil der Anzahl von Anlageflächen freigestellt ist, das heißt mit einem ausreichend großen und gegebenenfalls fixierten Spaltvolumen von einer gegenüberliegenden Anlagefläche beabstandet ist.
Eine zuvor genannte Isolierfläche der elektrischen Isolierung kann bevorzugt mittels einer Isolierschicht auf einer Anlagefläche, beispielsweise des Mitnehmerflansches und/oder des Schwungradflansches, gebildet sein. Eine vorteilhafte weitere Möglichkeit zur Bildung einer Isolierfläche besteht gemäß einer Weiterbildung darin, einen separaten Isolierkörper vorzusehen, insbesondere einen Isolierkörper zwischen dem Verbindungsmittel und dem Mitnehmerflansch und/oder dem Verbindungsmittel und dem Schwungradflansch. Dies betrifft vorteilhaft solche Anlageflächen, welche bei der Durchführung von Verbindungsmitteln in Ausnehmungen von Schwungradflansch und von Mitnehmerflansch vorgesehen sind. Dies sind beispielsweise Schraubverbindungen oder sonstige bolzenartige oder stiftartige Verbindungen.
Im Einzelnen haben sich Isolierflächen vorteilhaft erwiesen, die eine oder mehrere Flächen aufweisen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: eine Aufstandfläche zwischen Mitnehmerflansch und Schwungradflansch, eine Zentrierbundfläche des Mitnehmerflansches und/oder eine Anschlagfläche des Schwungradflansches zum Zentrierbund, eine Fläche am Mitnehmerflansch und/oder am Schwungradflansch in Kontakt zu einem Verbindungsmittel, insbesondere Durchführungsflächen eines Verbindungsmittels, Verbindungsmittelflächen.
Eine Fläche am Mitnehmerflansch und/oder Schwungradflansch in Kontakt zu einem Verbindungsmittel ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung freigestellt. Dies betrifft insbesondere Durchführungsflächen eines Verbindungsmittels und Verbindungsmittelflächen.
Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung betreffen die Ausführung von Isolierschichten zur Bildung einer Isolierfläche und/oder separater Isolierkörper zur Bildung einer Isolierfläche. Diese können bevorzugt mittels einer Aluminiumoxidschicht gebildet sein, die vorzugsweise mittels Plasmaspritzen aufgebracht werden kann. Aluminiumoxidoberflächen dieser Art können Mikroporen aufweisen, die bevorzugt mit Harz beschichtet worden. Zur Einhaltung von Planlauftoleranzen oder Passungstoleranzen kann die versiegelte Aluminiumoxidschicht geschliffen werden.
Im Rahmen einer Weiterbildung können Spalträume im Bereich einer Anzahl von Anlageflächen mit einer Abdichtung versehen werden, beispielsweise in Form einer Lackierung einer Polymerdichtung oder dergleichen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im Folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand.
Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:
1: eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Schwungrades zur Anbringung an eine Brennkraftmaschine und Kopplung an einen elektrischen Generator in einer Querschnittdarstellung entlang des Durchmessers des Schwungrades;
2: ein vergrößertes Detail A der 1 bei der bevorzugten Ausführungsform.
1 zeigt, teilweise symbolisch, ein in Form eines diesel-elektrischen Aggregates gebildetes System 100 aus einer symbolisch dargestellten Brennkraftmaschine 110, vorliegend in Form eines Dieselmotors und einer anzutreibenden Maschine 120, vorliegend in Form eines elektrischen Generators. Dabei ist ein Schwungrad 10 zur Anbringung an die Brennkraftmaschine 110 und zur Kopplung an die anzutreibende Maschine 120 ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 110 weist dazu ein nicht näher dargestelltes Kurbelgehäuse mit einer dort gelagerten Kurbelwelle 111 auf, auf welche das Schwungrad 10 vorliegend direkt aufgepasst ist. Vorliegend wird das Schwungrad 10 also direkt durch die Kurbelwelle 111 der Brennkraftmaschine 110 in rotierende Bewegung 112 um die Achse 113 versetzt. Vorliegend auf gleicher Achse 113 ist eine Welle 121 der anzutreibenden Maschine 120 in Form des Generators angeordnet, welche über eine ebenfalls symbolisch dargestellte Gegenkupplungsscheibe 122 an Kopplungsmittel 3 des Schwungrades 10, nämlich eine Kupplungsscheibe des Schwungrads 10, gekoppelt ist. Eine rotierende Bewegung 112 der Welle 111 des Dieselmotors wird so über das Schwungrad 10 auf die Welle 121 des Generators übertragen.
Das Schwungrad 10 ist vorliegend gemäß dem Konzept der Erfindung so ausgebildet, dass etwaige im Generator erzeugte Spannungen oder Kriechströme nicht übertragen werden auf die Brennkraftmaschine 110 bzw. eine Übertragung solcher unerwünschter Spannungen oder Kriechströme auf die Kurbelwelle 111 der Brennkraftmaschine 110 weitgehend unterbunden wird. Dazu weist das Schwungrad 10 einen Schwungradflansch 1 und einen mit diesem verbundenen Mitnehmerflansch 2 auf, wobei der Mitnehmerflansch 2 und der Schwungradflansch 1 in der nachfolgend erläuterten beispielhaften Weise gegeneinander elektrisch isoliert sind.
Am Schwungradflansch 1 sind die Kopplungsmittel 3, vorliegend in Form einer Kupplungsscheibe, zur Koppelung der anzutreibenden Maschine 120 angebracht. Vorliegend wirkt die Kupplungsscheibe mit einer Gegenkupplungsscheibe 122 so zusammen, dass die Rotation 112 der Kurbelwelle 111 auf die Welle 121 der anzutreibenden Maschine 120 übertragen wird. Der Mitnehmerflansch 2 ist dazu direkt auf der Kurbelwelle 111 aufgebracht und weist einen entsprechend passgenau ausgeführten der Brennkraftmaschine 110 zugewandten Stutzen 2.1 auf. Der sich radial vom Stutzen 2.1 weg erstreckende Teil 2.2 des Mitnehmerflansches 2 ist darüber hinaus zur Bildung der elektrischen Isolierung zwischen Mitnehmerflansch 2 und Schwungradflansch 1 ausgelegt und wird im folgenden unter Bezug auf 1 und dem vergrößerten Detail A in 2 erläutert.
Der Schwungradflansch 1 liegt vorliegend an seinem der inneren Umfangsfläche 1.1 unmittelbar angrenzenden Umfangsbereich 1.2 am sich radial erstreckenden Teil 2.2 des Mitnehmerflansches 2 an. Als Anlagefläche dient vorliegend eine sich in Radialrichtung erstreckende Aufstandfläche 32 des Mitnehmerflansches 2 zum Schwungradflansch 1 sowie eine sich quer zur Radialrichtung erstreckende Zentrierbundfläche 4 des Zentrierbundes 6 des Mitnehmerflansches 2, welcher anliegend gegenüber eine Anschlagfläche 5 des Schwungradflansches 1 gegenübersteht.
Der Zentrierbund 6 erstreckt sich quer zum radial sich erstreckenden Teil 2.2 des Mitnehmerflansches 2. Zur Bildung der Anlagefläche 5 weist der Umfangsbereich 1.2 des Schwungradflansches 1 eine entlang der inneren Umfangsfläche 1.1 in Umfangsrichtung verlaufende stegartige Erhebung 7 auf.
Die so gebildeten Anlageflächen in Form der Aufstandfläche 32 am Mitnehmerflansch 2 sowie der Zentrierbundfläche 4 des Mitnehmerflansches 2 weisen vorliegend eine nicht näher dargestellte Isolierfläche in Form einer Isolierschicht auf den genannten Anlagenflächen auf. Vorliegend ist eine Isolierfläche nur auf den genannten Anlageflächen des Mitnehmerflansches 2 gebildet. Zusätzlich oder alternativ kann in einer anderen, hier nicht gezeigten Ausführungsform auch die entsprechend gegenüberliegende Anlagefläche – vorliegend also die Anschlagfläche 5 am Schwungrad 1 und die der Aufstandfläche 32 gegenüberliegende Aufstandfläche 32 am Schwungrad 1 mit einer Isolierfläche versehen sein.
Vorliegend ist eine zur Bildung der elektrischen Isolierung der Isolierfläche vorgesehene Isolierschicht in Form einer Aluminiumoxidschicht gebildet. Die Aluminiumoxidschicht hat die Funktion einer elektrisch isolierenden und vorliegend auch die Haftung erhöhenden Schicht.
Die Aluminiumoxidschicht auf der Aufstandfläche 32 und der Zentrierfläche 4 ist vorliegend mittels eines Plasmaspritzverfahrens aufgebracht. Ein solches Plasmaspritzverfahren bildet eine Aluminiumoxidschicht aus, die zur elektrischen Isolierung des Schwungradflansches 1 gegen den Mitnehmerflansch 2 ausreichend ist. Darüber hinaus kann eine im Plasmaspritzverfahren aufgebrachte Aluminiumoxidschicht an der Oberfläche Mikroporen aufweisen. Um das Eindringen von die elektrische Isolierung beeinträchtigender Feuchtigkeit, zu verhindern ist auch vorgesehen, zur weiteren Ausbildung der Isolierung auf der Isolierfläche die Aluminiumoxidschicht anschließend mit einem Harz zu behandeln, das heißt vorliegend eine weitere Schicht in Form einer Epoxidharzschicht aufzubringen. Die Oberfläche der Aluminiumoxidschicht mit dem in den Mikroporen enthaltenem Epoxidharz ist darüber hinaus zur Einhaltung von Planlauftoleranzen und der Passung im Bereich des Zentrierbundes 6 zweckgemäß geschliffen, vorliegend mittels einer Diamantscheibe.
Weitere mit einer Isolierfläche versehene Anlageflächen sind vorliegend zwischen einer Schraube als Verbindungsmittel 20 und dem Schwungradflansch 1 einerseits und dem Mitnehmerflansch 2 andererseits gebildet. Das Verbindungsmittel 20 in Form der Schraube weist vorliegend einen Schraubenschaft 21 und einen Schraubenkopf 22 auf. Der Schraubenkopf 22 bildet auf seiner Unterseite zusammen mit dem unmittelbar angrenzenden Bereich des Schraubenschafts 21 eine profilierte Isolierfläche 23 aus, die zur elektrischen Isolierung mittels eines separaten Isolierkörpers 24 ausgebildet ist. Der Isolierkörper 24 ist vorliegend also unter der Schraube zwischen dem Schwungradflansch 1 und der Schraube in Form einer Unterlegscheibe gebildet. Dazu ist die Unterlegscheibe im radial außenseitigen Bereich in einen Winkelabschnitt 25 des Schwungradflansches 1 eingelegt und liegt im radial innenseitigen Bereich auf einer sich radial erstreckenden Fläche 26 des Schwungradflansches auf. Auf diese Weise ist mit dem separaten Isolierkörper 24 die ansonsten elektrisch leitend mit dem Mitnehmerflansch 2 verbundene Schraube elektrisch isoliert vom Schwungradflansch 1. Der separate Isolierkörper 24, in Form einer Unterlegscheibe, ist als eine mit Aluminiumoxid beschichtete Stahlscheibe gebildet. Die Aluminiumoxidschicht auf der Stahlscheibe hat wiederum die Funktion einer Haftschicht, deren oberflächlichen Mikroporen mit einer Epoxidharzschicht versiegelt sind. Diese kann, muss aber nicht, geschliffen sein.
Weitere Anlageflächen 27 des Schwungradflansches sind ohne Isolierfläche ausgeführt aber vom Verbindungsmittel 20 dadurch elektrisch isoliert, dass diese mittels eines isolierenden Spaltes 28 freigestellt sind. Mit anderen Worten ist vorliegend der Schraubenschaft 21 deutlich beabstandet durch einen Spalt 28 von der Anlagefläche 27 des Schwungradflansches 1.
Um ein Schließen des Spaltes 28 im Betrieb des Schwungrades 10 zu vermeiden ist das Verbindungsmittel 20 vorliegend in Form der Schraube in seiner Position fixiert. Dies ist vorliegend dadurch gewährleistet, dass an anderer – aus 1 ersichtlichen – Stelle zwischen Mitnehmerflansch 2 und Schwungradflansch 1 ein Positionierstift 30 in eine definierte Vertiefung des Mitnehmerflansches 2 einsitzt und in einer gegenüberliegenden Vertiefung des Schwungradflansches 1 durch eine elektrisch isolierende Hülse 31 gehalten ist. Die elektrisch isolierende Hülse 31 ist vorliegend aus Polyamid gefertigt.
Ein Schließen des isolierenden Spaltes 28 wird vorliegend also dadurch ausgeschlossen, dass zunächst das freigestellte Volumen an der Anlagefläche 27 ausreichend groß bemessen ist, des Weiteren die Haftreibung zwischen Flächen 23, 26 und Isolierkörper 24 und Verbindungsmittel 20 ausreichend ist und schließlich wenigstens ein Positionierstift 30 mit Isolierhülse 31 die exakte Positionierung der Verbindungsmittel 20 sicherstellt.
Um schließlich auch eine Überbrückung der so ausgeführten elektrischen Isolierung an den Isolierflächen im Bereich der Anlageflächen 32, 4, 23, 26, 27, 31 zu verhindern, ist darüber hinaus vorgesehen, nach außen führende Spalten, Öffnungen oder dergleichen mit einer geeigneten Abdichtung zwischen Schwungradflansch 1 und Mitnehmerflansch 2 zu versehen. Eine solche Abdichtung kann beispielsweise in nicht näher dargestellte Spalte oder geeignete Stellen zwischen Schwungradflansch 1 und Mitnehmerflansch 2 eingebracht werden, beispielsweise in Form einer Polyurethandichtmasse. Zusätzlich oder alternativ kann der Schwungradflansch 1 auch an seiner dem Mitnehmerflansch 2 zugewandten Seite sowie der Mitnehmerflansch 2 – selbst nach Assemblierung aneinander – mit Isolierlack beschichtet werden.
Insgesamt führt die vorgeschlagene elektrische Isolierung zwischen Schwungradflansch 1, Mitnehmerflansch 2 und Verbindungsmittel 20 sowie vorliegend zusätzlich des Positionierstiftes 30 zu einer sicheren und vergleichsweisen einfach auszuführenden elektrischen Isolierung zwischen den beiden Teilen des zweiteilig ausgeführten Schwungrads 10. Zusammenfassend hat die Erfindung gemäß ihrem Konzept erkannt, dass sich ein Schwungrad 10 zur Anbringung an eine Brennkraftmaschine 110 und Kopplung an eine anzutreibende Maschine 120 in vorteilhafte Weise mit einem Schwungradflansch 1 und Kopplungsmittel 3 zur Kopplung der anzutreibenden Maschine 120 ausführen lässt, wobei gemäß dem Konzept der Erfindung mit Vorteil versehen ein mit dem Schwungradflansch 1 verbundener Mitnehmerflansch 2 elektrisch gegen den Schwungradflansch 1 isoliert ist.
Bezugszeichenliste

1: Schwungradflansch
1.1: Umfangsfläche
1.2: Umfangsbereich
2: Mitnehmerflansch
2.1: Stutzen
2.2: Radial weg erstreckender Teil
3: Kopplungsmittel
4: Zentrierbundfläche
5: Anschlagfläche
6: Zentrierbund
7: Stegartige Erhebung
10: Schwungrad
20: Verbindungsmittel
21: Schraubenschaft
22: Schraubenkopf
23: Profilierte Isolierfläche
24: Separater Isolierkörper
25: Winkelabschnitt
26: Fläche
27: Anlagefläche
28: Spalte
30: Fixierstift/Positionierstift
31: Isolierhülse
32: Aufstandfläche
100: System
110: Brennkraftmaschine
111: Kurbelwelle
112: Bewegung
113: Achse
120: Maschine
121: Welle
122: Gegenkupplungsscheibe

Claims

Schwungrad (10) zur Anbringung an eine Brennkraftmaschine (110) und Kopplung an eine anzutreibende Maschine aufweisend: – einen Schwungradflansch (1); und – Kopplungsmittel (3) zur Kopplung der anzutreibenden Maschine; – einen mit dem Schwungradflansch (1) verbundenen Mitnehmerflansch (2), wobei der Schwungradflansch (1) und der Mitnehmerflansch (2) unter Bildung einer Anzahl von Anlageflächen über Verbindungsmittel (20) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerflansch (2) und der Schwungradflansch (1) gegeneinander elektrisch isoliert sind, indem eine elektrische Isolierung an wenigstens einem Teil der Anzahl von Anlageflächen angeordnet ist und eine Anzahl von Isolierflächen aufweist, wobei eine Isolierfläche zur elektrischen Isolierung mittels einer Isolierschicht auf einer Anlagefläche und/oder mittels eines separaten Isolierkörpers gebildet ist.
Schwungrad (10) zur Anbringung an eine Brennkraftmaschine (110) und Kopplung an eine anzutreibende Maschine, aufweisend: – einen Schwungradflansch (1); und – Kopplungsmittel (3) zur Kopplung der anzutreibenden Maschine; – einen mit dem Schwungradflansch (1) verbundenen Mitnehmerflansch (2), wobei der Schwungradflansch (1) und der Mitnehmerflansch (2) unter Bildung einer Anzahl von Anlageflächen über Verbindungsmittel (20) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerflansch (2) und der Schwungradflansch (1) gegeneinander elektrisch isoliert sind, indem eine elektrische Isolierung an wenigstens einem Teil der Anzahl von Anlageflächen angeordnet ist und eine Anzahl von Isolierflächen aufweist und der übrige Teil der Anzahl von Anlageflächen frei gestellt ist, wobei eine Isolierfläche zur elektrischen Isolierung mittels einer Isolierschicht auf einer Anlagefläche und/oder mittels eines separaten Isolierkörpers gebildet ist.
Schwungrad (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerflansch (2) zur Anbringung an der Brennkraftmaschine (110) und der Schwungradflansch (1) zum Tragen der Kopplungsmittel (3), insbesondere in Form einer Kupplungsscheibe, ausgebildet ist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Schwungradflansch (1) und der Mitnehmerflansch (2) und/oder die Kopplungsmittel elektrisch leitend sind.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von Anlageflächen Flächen zwischen dem Schwungradflansch (1) und dem Mitnehmerflansch (2) und/oder zwischen dem Verbindungsmittel (20) und dem Schwungradflansch (1) und/oder zwischen dem Verbindungsmittel (20) und dem Mitnehmerflansch (2) umfasst.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmerflansch (2) einen Stutzen (2.1) und einen sich radial vom Stutzen (2.1) wegerstreckenden Teil (2.2) aufweist, wobei die elektrische Isolierung an einer Anlagefläche des Teils (2.2) und/oder einer gegenüberliegende Anlagefläche angeordnet ist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Isolierkörper zwischen dem Verbindungsmittel (20) und dem Mitnehmerflansch (2) und/oder zwischen dem Verbindungsmittel (20) und dem Schwungradflansch (1) gebildet ist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der separate Isolierkörper in Form einer Unterlegscheibe gebildet und in einem Winkelabschnitt (25) des Schwungradflanschs (1) eingelegt ist und auf einer sich radial erstreckenden Fläche (26) des Schwungradflansches (1) aufgelegt ist und das Verbindungsmittel (20) in Form einer Schraubverbindung oder sonstigen bolzenartigen oder stiftartigen Verbindung gebildet ist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierfläche eine oder mehrere Flächen aufweist, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus: eine Aufstandfläche (32) zwischen Mitnehmerflansch (2) und Schwungradflansch (1), eine Zentrierbundfläche (4) des Mitnehmerflansches und/oder eine Anschlagfläche (5) des Schwungradflansches zum Zentrierbund (6), eine Fläche am Mitnehmerflansch (2) und/oder Schwungradflansch (1) in Kontakt zu einem Verbindungsmittel (20), Verbindungsmittelflächen.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche (26) am Mitnehmerflansch (2) und/oder Schwungradflansch (1) an einem Verbindungsmittel (20) und Verbindungsmittelflächen frei gestellt ist.
Schwungrad (10) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (26) am Mitnehmerflansch (2) und/oder Schwungradflansch (1) in Kontakt zu einem Verbindungsmittel (20) Durchführungsflächen eines Verbindungsmittel (20) umfasst.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierschicht auf einer Anlagefläche eine Aluminiumoxidschicht aufweist.
Schwungrad (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoxidschicht eine mittels Plasmaspritzen auf der Anlagefläche aufgebrachte Aluminiumoxidschicht ist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierschicht auf einer Anlagefläche eine Harz-Schicht aufweist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein separater Isolierkörper (24) in Form einer isolierend beschichteten Scheibe gebildet ist.
Schwungrad (10) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe als eine mittels einer Aluminiumoxid beschichteten Scheibe gebildet ist.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Positionsfixierung der Verbindungsmittel (20) relativ zu einer frei gestellten Anlagefläche (27) am Mitnehmerflansch (2) und/oder Schwungradflansch (1) vorgesehen sind.
Schwungrad (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Spalträume im Bereich einer Anzahl von Anlageflächen mit einer Abdichtung versehen sind.
Schwungrad (10) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung in Form einer Lackierung, einer Polymer-Dichtung oder dergleichen gebildet ist.
Brennkraftmaschine (110) mit einem Schwungrad (10), nach einem der Ansprüche 1 bis 19.
Brennkraftmaschine (110) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwungrad (10) den Mitnehmerflansch (2) als einen auf einer Kurbelwelle (111) der Brennkraftmaschine (110) direkt angebrachten Mitnehmerflansch (2) aufweist.
System (100) aus einer Brennkraftmaschine (110) nach Anspruch 20 oder 21 und einer anzutreibenden elektrischen Maschine.
System (100) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (120) wie ein Generator oder ein diesel-elektrisches Aggregat ist.
Verwendung des Systems nach Anspruch 22 oder 23 als Notstrom-Aggregat oder als Fahrzeugantrieb.