DE19858320A1 - Starter-Generator - Google Patents
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
- F02N11/04—Starting of engines by means of electric motors the motors being associated with current generators
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Abstract
Ein erfindungsgemäßer Starter-Generator ist insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehen und weist ein Gehäuse (1) auf, in welchem eine Welle (2) gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht, sowie ein Planetengetriebe (5, 6), welches zwischen der Welle (2) und einem Rotor (8) zwischengeschaltet ist, und umfaßt zwei Kupplungen (12, 13), von denen die erste eine Verbindung zwischen dem Rotor (8) und der Welle (2) zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung eine Verbindung zwischen der Welle (2) und dem Rotor (8) zum Betreiben des Generators herstellt, wobei die beiden Kupplungen als Freiläufe (12, 13) ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße Starter-Generator enthält das Planetengetriebe (5, 6), das abhängig von der Starter- oder Generatorfunktion selbsttätig die Übersetzung derart umschaltet, daß bei der Starterfunktion eine Momentenverstärkung erfolgt. Bei dann im Verbrennungsmotorbetrieb einsetzender Generatorfunktion bewirkt die Momentenumkehr automatisch eine Übersetzungsumschaltung auf den verlustfreien Direkttrieb des Generators. Die Übersetzungsumschaltung erfolgt selbsttätig bzw. automatisch durch die zwei erfindungsgemäß vorgesehenen Freiläufe (12, 13), die die Momentenumkehr zwischen Starter- und Generatorbetrieb nutzen.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starter-Generator, d. h. eine Vorrichtung zum
Anlassen einer Verbrennungskraftmaschine und zum Erzeugen elektrischer Energie
während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine, gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Eine derartige Vorrichtung ist zum Beispiel aus der DE-OS 41 12 215 bekannt. Dort wird
im Anlaßmodus über eine erste Kupplung, die zwischen einem Rotor und einem
Planetengetriebe angeordnet ist, eine Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine
angetrieben, wobei der Kraftfluß vom Rotor über diese erste Kupplung und über das
Planetengetriebe auf die Kurbelwelle erfolgt. Im Laufmodus wird die erste Kupplung
ausgekuppelt und eine zweite Kupplung eingekuppelt, die die Kurbelwelle mit dem Rotor
verbindet. Die zweite Kupplung ist dabei als fliehkraftgeregelter Freilauf ausgebildet, der
bei höherer Drehzahl automatisch einkuppelt.
Bei diesem Stand der Technik ist die erste Kupplung für den Anlaßmodus einzukuppeln,
während sie für den Laufmodus aktiv ausgekuppelt werden muß.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Starter-Generator zu
schaffen, der automatisch zwischen dem Anlaßmodus und dem Laufmodus umschaltet.
Diese Aufgabe wird durch einen Starter-Generator gelöst, der die Merkmale aufweist, die
im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben sind.
Demnach weist ein erfindungsgemäßer Starter-Generator, der insbesondere für eine
Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, ein Gehäuse auf, in welchem eine Welle
gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung
steht, ein Planetengetriebe, welches zwischen der Welle und einem Rotor
zwischengeschaltet ist, und zwei Kupplungen, von denen die erste eine Verbindung
zwischen dem Rotor und der Welle zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine
schaltet, sowie die zweite Kupplung eine Verbindung zwischen der Welle und dem Rotor
zum Betreiben des Generators herstellt, wobei die beiden Kupplungen als Freiläufe
ausgebildet sind.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Starter-Generators sind der
Gegenstand von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer ausführlichen Beschreibung zweier
Ausführungsformen beschrieben, die sich auf die zugehörigen Zeichnungen bezieht.
In den Zeichnungen zeigt die:
Fig. 1 eine Querschnitt-Darstellung des Starter-Generators nach der ersten
bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2 eine Querschnitt-Darstellung des Starter-Generators nach der zweiten
bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform eines Starter-Generators gezeigt, bei dem
ein feststehendes Gehäuse 1 zentral eine Welle 2 beinhaltet, die entweder über einen
Zwischentrieb in Drehverbindung mit dem Verbrennungsmotor steht oder selbst der
Endabschnitt einer Motorkurbelwelle ist. Die Welle 2 trägt auf einer Zapfenscheibe 3
mindestens einen Zapfen 4, auf dem sich ein einfaches oder bevorzugt ein zweistufiges
Planetenrad 5 drehgelagert befindet.
Das mit dem Planetenrad 5 in Eingriff befindliche Sonnenrad 6 steht mit einer auf der
Welle 2 gelagerten, einen Rotor 8 der Elektromaschine tragenden Rotorscheibe 7 in
drehfester Verbindung. Gegenüberliegend zu dem Rotor 8 ist ein Stator 9 mit den
elektrischen Anschlüssen 10 im Gehäuse 1 angeordnet.
Ein Außenring 11 des Planetengetriebes ist an der Innenkontur der Rotorscheibe 7
gelagert und trägt zwei Freiläufe 12 und 13.
Im folgenden wird die Wirkungsweise des Starter-Generators beschrieben:
Startfunktion: Der Freilauf 12 hält aufgrund der Startmomentwirkung den Außenring 11 am ruhenden Gehäuse 1 fest, so daß das von der Rotorscheibe 7 angetriebene Planetenrad 5 durch den Abwälzvorgang am Außenring 11 momentenverstärkend der Zapfen 4 mitnimmt und über die Welle 2 den Verbrennungsmotor in Drehung versetzt. Die Zweistufigkeit des Planetenrades 5 erhöht dabei zusätzlich das Startmoment. Der Freilauf 13 ist in seiner Wirkung so ausgerichtet, das er die rotierende Rotorscheibe 7 gegenüber dem ruhenden Außenring 11 freischaltet.
Startfunktion: Der Freilauf 12 hält aufgrund der Startmomentwirkung den Außenring 11 am ruhenden Gehäuse 1 fest, so daß das von der Rotorscheibe 7 angetriebene Planetenrad 5 durch den Abwälzvorgang am Außenring 11 momentenverstärkend der Zapfen 4 mitnimmt und über die Welle 2 den Verbrennungsmotor in Drehung versetzt. Die Zweistufigkeit des Planetenrades 5 erhöht dabei zusätzlich das Startmoment. Der Freilauf 13 ist in seiner Wirkung so ausgerichtet, das er die rotierende Rotorscheibe 7 gegenüber dem ruhenden Außenring 11 freischaltet.
Generatorfunktion: Die beim Startvorgang durch Drehzahlsteigerung endende
Starterfunktion geht in eine Generatorfunktion über, wobei dann der Rotor 8 die
Rotorscheibe 7 abbremst und damit eine Momentenumkehr bewirkt. Dadurch wird der
Außenring 11 von dem Planetenrad 5 in Drehrichtung mitgenommen und damit der
Freilauf 12 am Gehäuse 1 gelöst. Durch den Freilauf 13 kann der Außenring 11 jedoch
nicht schneller als die Rotorscheibe 7 drehen, so daß nun alle Planetengetriebeteile
relativ zueinander zum Stillstand kommen und mit der Drehzahl der Welle 2 rotieren.
Der bei Generatorbetrieb ruhende Planetensatz ist somit ohne Betriebsverluste und
damit nicht verbrauchserhöhend. Das nur bei der Startfunktion aktive Planetengetriebe
kann vorzugsweise eine Schmiermittelfüllung erhalten, wobei der Innenraum dann gegen
Schmiermittelaustritt und gegen Schmutzeintritt (zur Umgebung) abgedichtet werden
kann.
Der erfindungsgemäße Starter-Generator enthält ein Planetengetriebe, das jedoch
abhängig von der Starter- oder Generatorfunktion selbsttätig die Übersetzung derart
umschaltet, daß bei der Starterfunktion eine Momentenverstärkung (Starter-
Drehzahlerhöhung bei gleichzeitiger Stromstärkereduzierung) erfolgt.
Bei dann im Verbrennungsmotorbetrieb einsetzender Generatorfunktion bewirkt die
Momentenumkehr automatisch eine Übersetzungsumschaltung auf den verlustfreien
Direkttrieb des Generators. Die Übersetzungsumschaltung erfolgt selbsttätig bzw.
automatisch durch zwei erfindungsgemäß vorgesehene Freiläufe 12 und 13, die die
Momentenumkehr zwischen Starter- und Generatorbetrieb nutzen.
Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Starter-Generators direkt an der
Kurbelwelle erfolgt eine optimale Bauraumnutzung, da die Elektromaschine bei nun
übersetzungsbedingt geringeren Starterabmessungen ringförmig mit großem Hebelarm
(d. h. großem Startmoment) angeordnet ist und in ihrem Innenraum das
startmomentsteigernde Planetengetriebe 5, 6 als Verbindung zur Kurbelwelle aufnehmen
kann.
In der Fig. 2 ist die zweite Ausführungsform dargestellt, die sich von der ersten
Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß eine Blockiereinrichtung 14 vorgesehen ist,
die im Generatorbetrieb den Freilauf 13 infolge einer Fliehkraftwirkung, nämlich gegen
eine Feder 15, entlastet. In der Fig. 2 belastet die Feder 15 die Blockiereinrichtung 14
nach unten bzw. radial nach innen. Die Federkraft ist so gewählt, daß bei Überschreiten
einer bestimmten Drehzahl bzw. Fliehkraft der bolzenförmige Blockierstift, der ein Teil
der Blockiereinrichtung 14 ist, mit der Rotorscheibe 7 in Eingriff gelangt und dadurch den
Freilauf 13 entlastet. Zum Beispiel bei kleinen Drehzahlschwingungen um den
Schaltpunkt des Freilaufes 13 kann somit ein ansonsten auftretendes, wiederholtes
Lösen und Blockieren des Freilaufes 13 verhindert werden.
Der übrige Aufbau des Starter-Generators nach der Fig. 2 entspricht dem Aufbau nach
der Fig. 1, so daß auf die obige Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird.
Ein erfindungsgemäßer Starter-Generator ist somit insbesondere für eine Verbrennungs
kraftmaschine vorgesehen, und weist ein Gehäuse 1 auf, in welchem eine Welle 2
gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung
steht, sowie ein Planetengetriebe 5 und 6, welches zwischen der Welle 2 und einem
Rotor 8 zwischengeschaltet ist, und umfaßt zwei Kupplungen 12 und 13, von denen die
erste eine Verbindung zwischen dem Rotor 8 und der Welle 2 zum Anlassen der
Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung eine Verbindung
zwischen der Welle 2 und dem Rotor 8 zum Betreiben des Generators herstellt, wobei
die beiden Kupplungen als Freiläufe 12 und 13 ausgebildet sind. Der erfindungsgemäße
Starter-Generator enthält das Planetengetriebe, das abhängig von der Starter- oder
Generatorfunktion selbsttätig die Übersetzung derart umschaltet, daß bei der
Starterfunktion eine Momentenverstärkung erfolgt. Bei dann im
Verbrennungsmotorbetrieb einsetzender Generatorfunktion bewirkt die
Momentenumkehr automatisch eine Übersetzungsumschaltung auf den verlustfreien
Direkttrieb des Generators. Die Übersetzungsumschaltung erfolgt selbsttätig bzw.
automatisch durch die zwei erfindungsgemäß vorgesehenen Freiläufe 12 und 13, die die
Momentenumkehr zwischen Starter- und Generatorbetrieb nutzen.
1
Gehäuse
2
Welle
3
Zapfenscheibe
4
Zapfen
5
Planetenrad
6
Sonnenrad
7
Rotorscheibe
8
Rotor
9
Stator
10
Anschlüsse
11
Außenring
12
Freilauf (erster)
13
Freilauf (zweiter)
14
Blockiereinrichtung
15
Feder
Claims (7)
1. Starter-Generator, insbesondere für eine Verbrennungskraftmaschine, mit
einem Gehäuse (1), in welchem eine Welle (2) gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht,
einem Planetengetriebe (5, 6), welches zwischen der Welle (2) und einem Rotor (8) zwischengeschaltet ist, und
zwei Kupplungen (12, 13), von denen die erste (12) eine Verbindung zwischen dem Rotor (8) und der Welle (2) zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung (13) eine Verbindung zwischen der Welle (2) und dem Rotor (8) zum Betreiben des Generators herstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungen (12, 13) als Freiläufe ausgebildet sind.
einem Gehäuse (1), in welchem eine Welle (2) gelagert ist, die mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine in Wirkverbindung steht,
einem Planetengetriebe (5, 6), welches zwischen der Welle (2) und einem Rotor (8) zwischengeschaltet ist, und
zwei Kupplungen (12, 13), von denen die erste (12) eine Verbindung zwischen dem Rotor (8) und der Welle (2) zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine schaltet, sowie die zweite Kupplung (13) eine Verbindung zwischen der Welle (2) und dem Rotor (8) zum Betreiben des Generators herstellt,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kupplungen (12, 13) als Freiläufe ausgebildet sind.
2. Starter-Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Freiläufe (12, 13) zwischen einem Außenring (11) des Planetengetriebes und dem
Gehäuse (1) sowie zwischen dem Außenring (11) und dem Rotor (8) angeordnet
sind und entgegengesetzte Wirkrichtungen aufweisen.
3. Starter-Generator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Freiläufe (12, 13) selbsttätig nach Erreichen einer Momentenumkehr von gelöst auf
blockiert bzw. umgekehrt umschalten.
4. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Generatorbetrieb der gelöste Freilauf (12) infolge einer Fliehkraftwirkung die
Verbindung zum Gehäuse (1) löst.
5. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Generatorbetrieb der Freilauf (13) infolge einer Fliehkraftwirkung einer
zusätzlichen Blockiereinrichtung (14) entlastet wird.
6. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
das Planetengetriebe (5, 6) ein einstufiges, vorzugsweise ein zweistufiges
Planetenrad (5) aufweist.
7. Starter-Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (2) ein Endabschnitt der Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998158320 DE19858320A1 (de) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Starter-Generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1998158320 DE19858320A1 (de) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Starter-Generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19858320A1 true DE19858320A1 (de) | 2000-06-21 |
Family
ID=7891468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1998158320 Withdrawn DE19858320A1 (de) | 1998-12-17 | 1998-12-17 | Starter-Generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19858320A1 (de) |
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DE102013100880A1 (de) | 2012-02-01 | 2013-08-01 | Avl List Gmbh | Antriebstrang für ein Fahrzeug |
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US11209333B2 (en) | 2015-01-07 | 2021-12-28 | Homeserve Plc | Flow detection device |
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-
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- 1998-12-17 DE DE1998158320 patent/DE19858320A1/de not_active Withdrawn
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