DE102018125874A1

DE102018125874A1 - Naben - Nabenverbindung für ein Stromaggregat

Info

Publication number: DE102018125874A1
Application number: DE102018125874.7A
Authority: DE
Inventors: Frank Obrist; Oliver Obrist
Original assignee: Obrist Technologies GmbH
Current assignee: Obrist Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2020-04-23
Also published as: CN112867854B; CN112867854A; US20210381426A1; WO2020078796A1; US11598257B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit wenigstens einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator (40), wobei der Hubkolbenmotor wenigstens zwei Kolben (44), die in wenigstens zwei Zylindern (29) in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei mit den Kolben (44) durch Pleuel (31) verbundene, gegenläufige Kurbelwellen (22) aufweist, die mechanisch phasengleich gekoppelt sind. Der Hubkolbenmotor umfasst eine Naben-Nabenverbindung mit einem ersten Verbindungsmittel, das eine erste Nabe und eine zweite Nabe verbindet, wobei die Winkellage zwischen der ersten Nabe und der zweiten Nabe bei der Montage stufenlos einstellbar ist. Die Naben-Nabenverbindung weist ein zweites Verbindungsmittel in Form einer Verbindungscheibe (10) mit Anlageflächen (12) auf, an der die erste Nabe und die zweite Nabe jeweils anliegen. Ferner weist das zweite Verbindungsmittel eine Matrix mit darin eingebetteten Hartstoffelementen, insbesondere Diamantsplittern, auf, die in den Anlageflächen (12) angeordnet sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit einem Stromaggregat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit wenigstens einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Stromaggregat.
Die Druckschrift WO 2012/056 275 A1 offenbart eine Maschinenkombination mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator für die Aufladung einer Batterie eines Hybridantriebs. Die bekannte Verbrennungskraftmaschine weist zwei zueinander parallel angeordnete Zylinder-Kolbeneinheiten auf, wobei die Kolben in den Zylindern über Pleuelstangen mit jeweils einer Kurbelwelle in Antriebsverbindung stehen. Ein Generator wird über ein Zahnrad von einer der Kurbelwellen angetrieben. Hierzu können Stirnzahnräder angeordnet sein, die beide Kurbelwellen miteinander verbinden. Eines dieser Zahnräder kann direkt oder über ein Zwischenzahnrad in Antriebsverbindung mit einem auf der Rotorwelle des Generators befestigten Stirnzahnrad stehen.
Es ist bekannt, eine Verbindung zwischen Kurbelwelle und Zahnradgetriebe beispielsweise über eine Außen- oder Innenverzahnung der Kurbelwelle herzustellen. Eine derartige Verbindung ist kostenintensiv. Verzahnungen bedeuten in der Regel höhere Herstellungskosten und ein aufwendiges Herstellungsverfahren. Zusätzlich kann bei einer dynamischen Belastung ein schneller mechanischer Verschleiß auftreten.
Alternativ ist aus der Praxis bekannt eine Verbindung zwischen einer Kurbelwelle und einem Zahnrad über Konusverbindungen herzustellen. Konusverbindungen umfassen beispielsweise Konus-Spannelemente oder Konus-Doppelspannsätze. Durch den Einsatz von derartigen platzeinnehmenden Spannelementen muss auf eine ausreichende Wandstärke des zu verbindenden Zahnrades geachtet werden. Es ist demnach keine flexible Gestaltung des Zahnrades gegeben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stromaggregat der eingangs genannten Bauweise so zu verbessern, dass eine einfache, kostengünstige und sichere Verbindung zwischen der Kurbelwelle und dem Zahnradgetriebe, allgemein zwischen zwei Naben, hergestellt ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrzeug mit einem derartigen Stromaggregat anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stromaggregat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Konkret wird die Aufgabe durch ein Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit wenigstens einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator gelöst, wobei der Hubkolbenmotor wenigstens zwei Kolben, die in wenigstens zwei Zylindern in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei mit den Kolben durch Pleuel verbundene, gegenläufige Kurbelwellen, die mechanisch phasengleich gekoppelt sind, aufweist. Der Hubkolbenmotor umfasst eine Naben-Nabenverbindung mit einem ersten Verbindungsmittel, das eine erste Nabe und eine zweite Nabe verbindet, wobei die Winkellage zwischen der ersten Nabe und der zweiten Nabe bei der Montage stufenlos einstellbar ist. Die Naben-Nabenverbindung weist ein zweites Verbindungsmittel in Form einer Verbindungscheibe mit Anlageflächen auf, an denen die erste Nabe und die zweite Nabe jeweils anliegen. Ferner weist das zweite Verbindungsmittel eine Matrix mit darin eingebetteten Hartstoffelementen, insbesondere Diamantsplittern, auf, die in den Anlageflächen angeordnet sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die erste Nabe eine Kurbelwelle und die zweite Nabe eine Abtriebsnabe. Vorteilhafterweise kann die Abtriebsnabe durch ein Zahnkettenrad oder ein Riemenrad gebildet sein.
Es ist generell denkbar, dass die erste Nabe eine Kurbelwelle und die zweite Nabe eine Antriebsnabe umfassen. Die Antriebsnabe kann ähnlich der Abtriebsnabe durch ein Zahnkettenrad oder ein Riemenrad gebildet sein.
Es ist weiterhin generell denkbar, dass die erste Nabe eine Generatorwelle umfasst. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung hier nicht auf die genannten Bauteile beschränkt ist. Alternativ kann jedes, insbesondere rotierende, Bauteil des Hubkolbenmotors mit der erfindungsgemäßen Naben-Nabenverbindung ausgestattet sein. Beispielsweise kann die Naben-Nabenverbindung zwischen einer Nockenwelle und einem Zahnkettenrad ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Naben-Nabenverbindung weist ein erstes Verbindungsmittel auf. Das erste Verbindungsmittel kann eine Schraube umfassen, die mit einem Innengewinde der ersten Nabe verschraubt ist. Beispielsweise kann das Zahnkettenrad mit der Kurbelwelle verschraubt sein und damit kraftschlüssig verbunden sein.
Alternativ kann das erste Verbindungsmittel eine Nabenmutter umfassen, die mit einem Außengewinde der ersten Nabe verschraubt ist.
Die Verwendung einer Schraube als erstes Verbindungsmittel der erfindungsgemäßen Naben-Nabenverbindung stellt eine einfache Verbindungsform dar. Dies erleichtert die Reparatur bei vorliegenden Beschädigungen, sowie die Montage und Demontage der Verbindung. Es ergeben sich somit niedrige Herstellungs- und Montagekosten. Durch die Schraubenverbindung kann beispielsweise auf eine Verzahnung der Kurbelwelle verzichtet werden, was wiederum die Herstellungskosten des Stromaggregates senkt.
Die erfindungsgemäße Naben-Nabenverbindung weist ein zweites Verbindungsmittel auf. Das zweite Verbindungsmittel ist in der Form einer Verbindungsscheibe mit Anlageflächen ausgeführt, an der die erste Nabe und die zweite Nabe jeweils anliegen. Der Einsatz einer Verbindungsscheibe ermöglicht eine platzsparende, reibschlüssige Verbindung zwischen den Naben. Insofern ist die Verbindungsscheibe vorzugsweise zur reibschlüssigen Verbindung der Naben, insbesondere der Kurbelwelle und des Zahnkettenrades miteinander, ausgebildet.
Es ist von besonderem Vorteil, dass die Verbindungsscheibe zur Erhöhung der Reibung zwischen zwei Bauteilen eine Matrix mit Hartstoffelementen aufweist. Es kann sich dabei um miteinander verspannte Bauteile handeln, welche vorzugsweise verschraubt und kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann es sich um die Verspannung zwischen Zahnkettenrad und Kurbelwelle handeln. Die eine Matrix mit darin eingebetteten Hartstoffelementen aufweisende Verbindungsscheibe erhöht zusätzlich die Haftreibung zwischen der verschraubten Kurbelwelle mit dem Zahnkettenrad. Damit ist eine sichere Verbindung zwischen Kurbelwelle und Zahnkettenrad gegeben.
Idealerweise weist die Verbindungsscheibe eine Matrix mit darin eingebetteten Diamantsplittern auf. Dadurch ist ein Mikroformschluss hergestellt. Es hat sich gezeigt, dass die Reibwerte zwischen Zahnkettenrad und Kurbelwelle so um das Zweifache bis Vierfache erhöht werden. Die erfindungsgemäße Verbindungsscheibe bewirkt durch eine Erhöhung der Reibwerte eine effiziente Drehmomentübertragung zwischen Kurbelwelle und Zahnkettenrad. Dies wiederum sorgt für eine effiziente Motorsteuerung, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, und dadurch für einen niedrigen Kraftstoffverbrauch.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Naben-Nabenverbindung ist, dass die Winkellage zwischen der ersten Nabe und der zweiten Nabe bei der Montage stufenlos einstellbar ist. Eine stufenlos definierbare Einstellung, beispielsweise der Kurbelwelle, bewirkt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Hubkolbenmotors. Wenn die anfängliche Winkellage der Kurbelwelle stufenlos einstellbar ist, kann der Startvorgang des Hubkolbenmotors und damit auch des Hybridfahrzeugs erheblich beschleunigt werden, und somit auch die Schadstoffemission reduzieren. Die einfach gestaltete Naben-Nabenverbindung erleichtert sowohl die Einstellung der Winkellage zwischen Kurbelwelle und Zahnkettenrad, als auch die Einstellung der Winkellage zwischen Kurbelwelle und Generator.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das erste Verbindungsmittel, insbesondere die Schraube, durch das zweite Verbindungsmittel. Beispielsweise kann das Zahnkettenrad eine zentrale Schraube zur Befestigung an der Kurbelwelle aufweisen. Zwischen dem Zahnrad und der Kurbelwelle kann die Verbindungsscheibe angebracht sein. Dabei erstreckt sich die Schraube zur Befestigung zentral durch die Verbindungsscheibe. Die Erfindung ist hierbei nicht auf eine einzige Schraube beschränkt. Es ist denkbar, dass die Verbindungsscheibe mehrere Öffnungen aufweist, so dass sich mehrere Schrauben durch die Verbindungsscheibe erstrecken können. Vorteilhafterweise erstreckt sich das erste, insbesondere das einzige erste Verbindungsmittel zentral durch das zweite Verbindungsmittel. Dies sorgt für eine stabile Befestigung.
In einer bevorzugten Ausführungsform übt das erste Verbindungsmittel, insbesondere die Schraube, eine in Längsrichtung wirkende Druckkraft auf das zweite Verbindungsmittel aus. Hierbei kann beispielsweise die Schraube zur Befestigung des Zahnkettenrades mit der Kurbelwelle eine Druckkraft auf die Verbindungsscheibe zwischen Zahnkettenrad und Kurbelwelle ausüben. Dies verstärkt zusätzlich den Reibschluss der Verbindungsscheibe. Es ist daher eine sichere und stabile Verbindung zwischen Zahnkettenrad und Kurbelwelle gegeben.
Idealerweise ist das erste Verbindungsmittel, insbesondere die Schraube, derart mit der Abtriebsnabe verschraubt, dass die Drehmomentübertragung gegen die Anzugsrichtung des ersten Verbindungsmittels gerichtet ist. Das verhindert, dass sich die Schraube während der Inbetriebnahme des Hubkolbenmotors löst.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bilden die erste Nabe und die zweite Nabe parallele Stirnflächen, die an den Anlageflächen des zweiten Verbindungsmittels anliegen. Beispielsweise kann die beschichtete Verbindungsscheibe direkt zwischen Kurbelwelle und Zahnkettenrad angeordnet sein. Eine Stirnfläche des Zahnkettenrades ist hierbei parallel zu einer Stirnfläche der Kurbelwelle ausgerichtet. Die rechtsseitige und linksseitige Anlagefläche der Verbindungsscheibe steht jeweils in direktem Kontakt mit der Stirnfläche des Zahnkettenrades und der Stirnfläche der Kurbelwelle.
Je größer die Anlagefläche zwischen Verbindungsscheibe und Kurbelwelle und Zahnkettenrad ist, umso effizienter sind der Reibschluss zwischen den Bauteilen und die Drehmomentübertragung zwischen Zahnkettenrad und Kurbelwelle. Dies impliziert auch, dass vorteilhafterweise die Verbindungsscheibe auf beiden Seiten eine Matrix mit eingebetteten Hartstoffelementen aufweisen kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann wenigstens ein Generator mit einer Kurbelwelle durch ein Zahnradgetriebe oder durch ein Zugmittel verbunden sein. Idealerweise ermöglicht diese Ausführungsform einen geräuscharmen Betrieb des Stromaggregats für ein Hybridfahrzeug.
Das Zugmittel kann beispielsweise eine Kette oder eine Zahnkette oder einen Zahnriemen umfassen. Vorteilhafterweise verbindet ein erstes Zugmittel den ersten Generator mit der ersten Kurbelwelle und ein zweites Zugmittel den zweiten Generator mit der zweiten Kurbelwelle. Die Zugmittel können hierbei relativ kurz und damit platzsparend ausgeführt sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann ein Stromaggregat, welches den wenigstens einen Generator umfasst, der zur ersten Kurbelwelle gleichläufig und zur zweiten Kurbelwelle gegenläufig drehbar ist, sowie eine Ausgleichswelle, die zur zweiten Kurbelwelle gleichläufig und zur ersten Kurbelwelle gegenläufig drehbar ist. Der Generator ist dabei über ein erstes Zugmittel oder ein erstes Zahnradgetriebe direkt mit der ersten Kurbelwelle antriebsverbunden, wobei die Ausgleichswelle über ein zweites Zugmittel direkt mit der zweiten Kurbelwelle antriebsverbunden ist. Die Ausgleichswelle und/oder die zweite Kurbelwelle tragen ein Schwungmassenelement.
Die Erfindung fußt auf der Idee, einen zweiten Generator, wie er beispielsweise im Stand der Technik gemäß DE 10 2014 115 042 A1 vorgesehen ist, durch ein Schwungmassenelement auf der Ausgleichswelle und/oder der zweiten Kurbelwelle zu ersetzen. Durch das Schwungmassenelement wird die Laufruhe erreicht, die auch das bekannte Stromaggregat aufweist. Damit geht also die Leistungsreduktion nicht mit weiteren Beeinträchtigungen an den Vorteilen der bekannten Stromaggregate einher.
Gleichzeitig können identische Bauteile wie bei anderen, vorbekannten Stromaggregaten mit höherer Leistungsstufe eingesetzt werden. Somit entsteht ein Bauteilsystem, mit welchem kostengünstig Stromaggregate unterschiedlicher Leistungsstufen hergestellt werden können. Insbesondere der Zweizylinder-Hubkolbenmotor als Grundmodul des Bauteilsystems kann so identisch für verschiedene Leistungsstufen beigehalten werden. Die Kosten bei der Serienfertigung werden dadurch erheblich reduziert.
Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit einem erfindungsgemäßen Stromaggregat beansprucht.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen

1 eine perspektivische Ansicht einer beschichteten Verbindungsscheibe nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gemäß Anspruch 1;
2 einen Teilschnitt durch einen Hubkolbenmotor für ein Stromaggregat nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel entlang der Rotationsachse einer Kurbelwelle;
3 einen frontalen Schnitt durch ein Stromaggregat nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
4 ein Stromaggregat nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wobei das Schwungmassenelement von der Ausgleichswelle getragen wird; und
5 ein Stromaggregat nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, wobei das Schwungmassenelement von der zweiten Kurbelwelle getragen wird.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beschichteten Verbindungsscheibe 10 für ein erfindungsgemäßes Stromaggregat gemäß Anspruch 1. Die Verbindungsscheibe 10 ist ringförmig und flach ausgeführt. Sie weist eine rechtsseitige und linksseitige Anlagefläche 12 auf. Mittig ist eine zentrale Öffnung 14 angebracht, durch die sich eine Schraube 20 zur Befestigung zwischen Zahnkettenrad 21 und Kurbelwelle 22 durch die Verbindungsscheibe 10 erstrecken kann.
Generell kann die Verbindungsscheibe 10 eine Beschichtung 11 aufweisen. Die Beschichtung 11 verstärkt hierbei den Reibschluss zwischen der erfindungsgemäßen Naben-Nabenverbindung. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungsscheibe 10 eine Beschichtung 11 mit darin eingebetteten Hartstoffelementen auf. Die Verbindungsscheibe 10 kann an einer rechtsseitigen oder linksseitigen Anlagefläche 12 oder vorteilhafterweise an beiden Anlageflächen 12 beschichtet sein. Idealerweise weist die Beschichtung 11 Diamantsplitter auf. Damit wird ein erhöhter Reibschluss gewährleistet. Die Beschichtung 11 kann die Verbindungsscheibe 10 teilweise oder vollständig bedecken. Die Schichtdicke der Beschichtung 11 kann hierbei größer als die Dicke der Verbindungsscheibe 10 sein. Generell gilt, dass eine dickere Schicht der Verbindungsscheibe 10 einen erhöhten Reibschluss ermöglicht.
2 zeigt einen Teilschnitt durch einen Hubkolbenmotor für ein Stromaggregat nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Der Schnitt verläuft durch einen Zylinder 29 und durch die Rotationsachse einer Kurbelwelle 22. Der Hubkolbenmotor weist ein Kurbelwellengehäuse 26 auf. Im unteren Teil des Kurbelwellengehäuses 26 ist eine Kurbelwelle 22 angeordnet. Die Kurbelwelle 22 kann von einem Ölsammelbereich 27 unterhalb der Kurbelwelle 22 umgeben sein.
Die Kurbelwelle 22 umfasst beispielhaft zwei Kurbelwangen 23. An der linksseitigen Kurbelwange 23 ist ein Kurbelzapfen 23a angebracht. Die linksseitige Kurbelwange 23 und der Kurbelzapfen 23a weisen mittig eine Bohrung für eine Schraube 20 auf. Mit der Schraube 20 ist ein Zahnkettenrad 21 drehfest und kraftschlüssig an der Kurbelwange 23 befestigt. Das Zahnkettenrad 21 weist auf der der Kurbelwelle 22 zugewandten Seite eine Zahnkettenradnabe 21a auf. Die Bohrung verläuft horizontal durch die Kurbelwange 23 und den Kurbelzapfen 23a und mittig durch das Zahnkettenrad 21 und die Zahnkettenradnabe 21a. Die Schraube 20 mündet somit von dem Zahnkettenrad 21 ausgehend in die Kurbelwange 23. Die Schraube 20 liegt hierbei vertieft im Zahnkettenrad 21.
Das Schraubengewinde kann sich durch die Kurbelwange 23 und den Kurbelzapfen 23a erstrecken. Ferner kann sich das Schraubengewinde bis in die Zahnkettenradnabe 21a erstrecken. Die Bohrung verläuft beispielhaft fast durch die gesamte Länge der Kurbelwange 23. Der Schraubendurchmesser ist hier vorzugsweise annähernd so groß wie der Kurbelzapfen 23a. Insbesondere kann der Schraubendurchmesser eine Größe aufweisen, die zwischen 50% und 80% der Größe des Kurbelzapfendurchmessers entspricht. Das erhöht die Stabilität der Naben-Nabenverbindung.
Die Schraube 20 erstreckt sich zentral durch die Verbindungsscheibe 10. Insbesondere sind die Schraube 20 und die Verbindungsscheibe 10 koaxial angeordnet. Dabei wirkt eine axiale Druckkraft der Schraube 20 auf die Verbindungsscheibe 10. Die Verbindungsscheibe 10 weist eine rechtsseitige und linksseitige Anlagefläche 12 auf, an der jeweils eine Stirnfläche 13a des Kurbelzapfens 23a und eine Stirnfläche 13 der Zahnkettenradnabe 21a anliegen. Die Verbindungsscheibe 10 weist denselben Durchmesser wie die Stirnfläche 13a des Kurbelzapfens 23a und die Stirnfläche 13 der Zahnkettenradnabe 21a auf.
An der Kurbelwelle 22 sind mehrere Kurbelwellenlager 24 angeordnet, die als Wälzlager 25 ausgebildet sind. Das Wälzlager 25 umfasst einen Innenring 25a und einen Außenring 25b. Mittig zwischen Innenring 25a und Außenring 25b ist ein runder Wälzkörper 25d angeordnet. Auf der der Zahnkettenradnabe 21a zugewandten Seite der Kurbelwelle 22 ist ein Wälzlager 25 angebracht, das mit einem Sicherungselement 25c gesichert ist. Das Sicherungselement 25c ist zwischen dem Wälzlager 25 und dem Zahnkettenrad 21 angeordnet.
Das Wälzlager 25 umgreift die Zahnkettenradnabe 21a, den Kurbelzapfen 23a und die Verbindungsscheibe 10.
Dabei grenzt eine Außenumfangfläche der Verbindungsscheibe 10 an den Innenring 25a des Wälzlagers 25 an.
An der Kurbelwelle 22 ist zwischen den Kurbelwangen 23 das Pleuellager 30 angebracht. Das Pleuellager 30 verbindet die Kurbelwelle 22 mit einem Pleuel 31. Die Kurbelwelle 22 hat hierbei die Aufgabe, Kräfte, welche über das Pleuel 31 geleitet werden, aufzunehmen, und diese in ein Drehmoment umzuwandeln. Das Drehmoment kann dann an einen Generator 40 weitergeleitet werden.
Das Pleuel 31 ist mit einem nicht dargestellten Kolben 44 verbunden, welcher in einem Zylinder 29 eine oszillierende Bewegung ausführen kann und dadurch Druck auf das vorhandene Kraftstoffgemisch im Zylinder 29 ausübt.
3 stellt einen frontalen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Stromaggregat mit einem Hubkolbenmotor dar. Der Hubkolbenmotor weist zwei Kurbelwellen 22 und zwei Zylinder 29 in einer Tandem-Anordnung auf. Die Zylinder 29 sind hierbei parallel zueinander angeordnet. Auf den Kurbelwellen 22 sind Zahnkettenräder 21 angeordnet, die miteinander in Eingriff stehen und einen gegenläufigen Antrieb der mechanisch phasengleich gekoppelten Kurbelwellen 22 bewirken.
Die Pleuel 31 sind gelenkig mit jeweils einem Kolben 44 verbunden, der jeweils in einem der beiden parallelen Zylindern 29 geführt ist. Die Pleuel 31 können hierbei eine oszillierende Bewegung in Auf- und Abwärtsrichtung ausführen.
Oberhalb der Zylinder 29 sind Ein- und Auslassventile 45, 46 angebracht, welche jeweils mit einem Ein- und Auslasskanal verbunden sind. Die Ventile werden während der verschiedenen Zündtakte des Hubkolbenmotors beispielhaft von einer Nockenwelle über Steuerstäbe und Kipphebel betrieben.
Die Kurbelwellen 22 sind jeweils über ein nicht dargestelltes Zugmittel, beispielsweise eine Kette, eine Zahnkette oder einen Zahnriemen an einen der beiden Generatoren 40 angeschlossen. Oberhalb der zwei Generatoren 40 ist jeweils ein Aufnahmeraum 41 für eine Elektronik angebracht. Ein derartiges Stromaggregat mit einem Hubkolbenmotor, sowie zwei Generatoren 40 ist vorteilhaft als Antriebsaggregat eines Hybridfahrzeugs verwendbar. Die erfindungsgemäße Naben-Nabenverbindung kann beispielhaft zwischen der Kurbelwelle und dem Zahnkettenrad oder zwischen einem Generator und damit antriebsverbundenen Zahnrad angebracht sein.
In 4 ist ein Stromaggregat nach einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel gezeigt, das im Wesentlichen durch einen Hubkolbenmotor, einen Generator 40 und eine Ausgleichswelle 49 gebildet ist. Der Hubkolbenmotor weist zwei in Tandemform, insbesondere parallel zueinander, angeordnete Zylinder 29 auf. In den Zylindern 29 sind Kolben 44 geführt, die durch Pleuel 31 gelenkig jeweils mit einer Kurbelwelle 47, 48 gekoppelt sind. Die Kurbelwellen 47, 48 sind gegenläufig rotierbar und weisen jeweils stirnseitig Zahnräder 50, 51 auf, die ineinandergreifen, um so die Bewegung der Kolben 44 zu synchronisieren. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Abstand zwischen den Gelenkverbindungen zwischen den Pleueln 31 und den Kolben 44 kleiner als der Abstand der Kurbelwellenachsen zueinander ist. Die Zylinder 29 sind also bezüglich der Kurbelwellen 47, 48 nach innen versetzt angeordnet. Das führt dazu, dass in einem oberen Totpunkt der Kolben die Pleuel 31 in einem leichten Winkel zu den Kurbelwellenachsen stehen, wodurch die Kolbenschaftreibung reduziert. Daraus ergibt sich ein besonders ruhiger Motorstart.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist ein Schwungmassenelement 52 auf der Ausgleichwelle 49 befestigt. Insbesondere trägt die Ausgleichswelle 49 das Schwungmassenelement 52. Das Schwungmassenelement 52 ist mit der Ausgleichswelle 49 drehfest verbunden. Bei dieser Ausführungsform des Stromaggregats am Generator 40 und der Ausgleichswelle 49 sind die angebrachten Zahnräder bzw. Riemenscheiben, die mit den jeweiligen Zugmitteln 50, 51 im Eingriff stehen, mit den gleichen Durchmessern ausgestattet. Das führt dazu, dass der Generator 40 und die Ausgleichswelle 49 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit drehen, so dass sich die rotierende Masse des Generators 40 und die rotierende Schwungmasse des Schwungmassenelements 52 ausgleichen. Auf diese Weise werden insbesondere Massenträgheitsmomente zweiter Ordnung ausgeglichen.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 ist das Schwungmassenelement 52 an der zweiten Kurbelwelle 48 angeordnet. Insbesondere trägt die zweite Kurbelwelle 48 das Schwungmassenelement 52. Die Kopplung des Schwungmassenelements 52 mit der zweiten Kurbelwelle 48 erfolgt jedoch vorzugsweise mittelbar durch ein Übersetzungsgetriebe, so dass das Schwungmassenelement 52 im Betrieb mit gegenüber der zweiten Kurbelwelle 48 doppelter Geschwindigkeit dreht.
Bezugszeichenliste

10: Verbindungsscheibe
11: Beschichtung
12: Anlagefläche
13: Stirnfläche Zahnkettenradnabe
13a: Stirnfläche Kurbelzapfen
14: Öffnung
20: Schraube
21: Zahnkettenrad
21a: Zahnkettenradnabe
22: Kurbelwelle
23: Kurbelwange
23a: Kurbelzapfen
24: Kurbelwellenlager
25: Wälzlager
25a: Innenring
25b: Außenring
25c: Sicherungselement
25d: Wälzkörper
26: Kurbelwellengehäuse
27: Ölsammelbereich
29: Zylinder
30: Pleuellager
31: Pleuel
40: Generator
41: Aufnahmeraum
44: Kolben
45: Einlassventil
46: Auslassventil
47: erste Kurbelwelle
48: zweite Kurbelwelle
49: Ausgleichswelle
50: erstes Zugmittel
51: zweites Zugmittel
52: Schwungmassenelement

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/056275 A1 [0002]
DE 102014115042 A1 [0026]

Claims

Stromaggregat, insbesondere für ein Hybridfahrzeug, mit einem Hubkolbenmotor und mit wenigstens einem mit diesem antriebsverbindbaren Generator (40), wobei der Hubkolbenmotor wenigstens zwei Kolben (44), die in wenigstens zwei Zylindern (29) in Tandem-Anordnung geführt sind, und zwei mit den Kolben (44) durch Pleuel (31) verbundene, gegenläufige Kurbelwellen (22) aufweist, die mechanisch phasengleich gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass - der Hubkolbenmotor eine Naben-Nabenverbindung mit einem ersten Verbindungsmittel aufweist, das eine erste Nabe und eine zweite Nabe verbindet, - dass die Winkellage zwischen der ersten Nabe und der zweiten Nabe bei der Montage stufenlos einstellbar ist, und - dass die Naben-Nabenverbindung ein zweites Verbindungsmittel in Form einer Verbindungscheibe (10) mit Anlageflächen (12) aufweist, an denen die erste Nabe und die zweite Nabe jeweils anliegen, und das zweite Verbindungsmittel eine Matrix mit darin eingebetteten Hartstoffelementen, insbesondere Diamantsplittern, aufweist, die in den Anlageflächen (12) angeordnet sind.
Stromaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nabe eine Kurbelwelle (22) und die zweite Nabe eine Abtriebsnabe, insbesondere ein Zahnkettenrad (21) oder ein Riemenrad, umfasst.
Stromaggregat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmittel eine Schraube (20), die mit einem Innengewinde der ersten Nabe verschraubt ist, oder eine Nabenmutter umfasst, die mit einem Außengewinde der ersten Nabe verschraubt ist.
Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das erste Verbindungsmittel, insbesondere die Schraube (20), durch das zweite Verbindungsmittel erstreckt.
Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmittel, insbesondere die Schraube (20), eine in Längsrichtung wirkende Druckkraft auf das zweite Verbindungsmittel ausübt.
Stromaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Verbindungsmittel, insbesondere die Schraube (20), derart mit der Abtriebsnabe verschraubt ist, dass eine Drehmomentübertragung gegen die Anzugsrichtung des ersten Verbindungsmittels gerichtet ist.
Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Nabe und die zweite Nabe parallele Stirnflächen bilden, die an den Anlageflächen des zweiten Verbindungsmittels anliegen.
Stromaggregat nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Generator (40) mit der Abtriebsnabe durch ein Zahnradgetriebe oder durch ein Zugmittel verbunden ist.
Stromaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zugmittel eine Kette oder eine Zahnkette oder einen Zahnriemen umfasst.
Stromaggregat nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Zugmittel einen ersten Generator (40) mit einer ersten Kurbelwelle (22) und ein zweites Zugmittel einen zweiten Generator (40) mit einer zweiten Kurbelwelle (22) verbindet.
Stromaggregat nach einem der Ansprüche 1-9, wobei der wenigstens eine Generator (40), der zur ersten Kurbelwelle (47) gleichläufig und zur zweiten Kurbelwelle (48) gegenläufig drehbar ist, und eine Ausgleichswelle (49), die zur zweiten Kurbelwelle (48) gleichläufig und zur ersten Kurbelwelle (47) gegenläufig drehbar ist, wobei der Generator (40) über ein erstes Zugmittel (50) oder ein erstes Zahnradgetriebe direkt mit der ersten Kurbelwelle (47) und die Ausgleichswelle (49) über ein zweites Zugmittel (51) direkt mit der zweiten Kurbelwelle (48) antriebsverbunden sind, und wobei die Ausgleichswelle (49) und/oder die zweite Kurbelwelle (48) ein Schwungmassenelement (52) tragen.
Fahrzeug, insbesondere Hybridfahrzeug, mit einem Stromaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche.