DE10251646B3

DE10251646B3 - Membrane coupling for driving electrical generator is used with diesel engine and has outer edge of annular membrane bolted to engine flywheel and inner edge to flange on generator shaft

Info

Publication number: DE10251646B3
Application number: DE2002151646
Authority: DE
Inventors: Heinrich Dipl.-Wirt.Ing. Bittner; Günter Dipl.-Ing. Dorok; Gunther Kerstin
Original assignee: Stromag GmbH
Current assignee: Stromag GmbH
Priority date: 2002-10-30
Filing date: 2002-10-30
Publication date: 2004-08-26
Anticipated expiration: 2022-10-31

Abstract

The flexible membrane coupling (2) uses a thin flat annular membrane (8). The outer edge of the annular membrane is bolted (7) to a flange (6) on the rim of the engine flywheel (1). The inner edge of the annular membrane is bolted (10) to a flange (9) on the generator shaft (3). A safety projection (11) on the generator shaft extends inside a central hole (5) in the flywheel without touching it.

Description

Die Erfindung betrifft einen Antriebsstrang zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Generator, dessen Rotor auf einer Seite gelagert ist und auf einer gegenüberliegenden Seite mittels einer Membrankupplung mit einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Rotationselement verbunden ist.The invention relates to a drive train between an internal combustion engine and a generator, whose rotor on one Side is stored and on an opposite side by means of a membrane coupling with one assigned to the internal combustion engine Rotational element is connected.

Ein derartiger Antriebsstrang zwischen einem Dieselmotor und einem Generator für Stromerzeugung ist allgemein bekannt. Der Generator weist einen Rotor auf, der auf einer Seite drehbar gelagert ist. Es handelt sich um einen sogenannten Einlagergenerator. Auf der gegenüberliegenden Seite ist der Rotor des Generators nicht gelagert, sondern mittels einer Membrankupplung mit einem Schwungrad des Dieselmotors drehfest verbunden. Dem Rotor des Generators ist in grundsätzlich bekannter Weise eine elektromagnetische Wicklung zugeordnet, die bei einer Drehung des Rotors, die durch die Drehung des Schwungrades des Dieselmotors erzwungen ist, eine entsprechende Stromerzeugung bewirkt. Bei einem Membranbruch der Membrankupplung fällt der lediglich einseitig gelagerte Rotor des Generators nach unten, wodurch die Wicklung des Generators zerstört wird.Such a drive train between a diesel engine and a generator for power generation is common known. The generator has a rotor on one side is rotatably mounted. It is a so-called single-bearing generator. On the opposite The rotor of the generator is not supported on one side, but by means of a Diaphragm clutch non-rotatably connected to a flywheel of the diesel engine. In principle, the rotor of the generator is electromagnetic Winding associated with a rotation of the rotor by the rotation of the flywheel of the diesel engine is forced to match Electricity generation causes. In the event of a diaphragm rupture in the diaphragm coupling falls the only one-sided rotor of the generator down, whereby the generator winding is destroyed.

Aus der US 2 735 030 A ist ein Antriebsstrang zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Generator bekannt, dessen Rotor auf einer Seite gelagert ist und auf einer gegenüberliegenden Seite mittels einer elastischen Kupplung mit einem dem Verbrennungsmotor zugeordneten Rotationselement verbunden ist. Ein Schraubenkopf eines Flansches ragt berührungslos in eine Ausbuchtung einer Kupplungsscheibe hinein. Als elastische Kupplung ist eine Klauenkupplung vorgesehen.From the US 2,735,030 A a drive train between an internal combustion engine and a generator is known, the rotor of which is mounted on one side and is connected on the opposite side by means of an elastic coupling to a rotary element assigned to the internal combustion engine. A screw head of a flange projects into a bulge of a clutch disc without contact. A claw coupling is provided as an elastic coupling.

Aus der DE 44 04 791 C1 ist ein Antriebsstrang zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Generator bekannt, dessen Rotor an einer Seite über eine Membrankupplung fest mit dem Abtriebsende einer Kurbelwelle verbunden ist.From the DE 44 04 791 C1 a drive train between an internal combustion engine and a generator is known, the rotor of which is fixedly connected on one side to the output end of a crankshaft via a membrane coupling.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Antriebsstrang der eingangs genannten Art zu schaffen, der Beschädigungen des Generators bei einem Kupplungsausfall vermeidet.The object of the invention is a To create drive train of the type mentioned, the damage of the generator in the event of a clutch failure.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Rotor und das Rotationselement mit berührungslos axial ineinanderragenden Sicherungsabschnitten versehen sind, die in normalem Betriebszustand einen Ringspalt voneinander aufweisen, der geringer ist als ein freier Kippweg des Rotors bei einem Ausfall der Membrankupplung. Die Sicherungsabschnitte des Rotors und des Rotationselementes sind vorzugsweise aufeinander abgestimmt, wobei entweder am Rotor oder am Rotationselement eine axial abnagende Sicherungsausformung in Form eines Zapfens oder ähnlichem vorgesehen ist und korrespondierend hierzu am jeweils anderen Bauteil, d.h. am Rotationselement oder am Rotor, eine entsprechend abgestimmte Sicherungsaufnehmung in Form einer axial offenen Aussparung oder ähnlichem angeordnet ist. Die entsprechenden Sicherungsabschnitte sind vorzugsweise einstöckige Teile oder Bereiche des Rotors und des Rotationselements. Sie können aber auch als separate Bauteile gestaltet und an dem Rotor oder dem Rotationselement des Verbrennungsmotors befestigt sein. Durch die Sicherungsabschnitte wird verhindert, dass der Rotor bei einem Ausfall der Membrankupplung nach unten fällt, da er durch das axiale Ineinandergreifen der Sicherungsabschnitte auf der dem Lager des Rotors gegenüberliegenden Seite radial gestützt wird. Eine Zerstörung der Generatorwicklung wird hierdurch zuverlässig vermieden. Da die Sicherungsabschnitte berührungslos ineinanderragen, ergibt sich im normalen Funktionsbetrieb des Antriebsstrangs keine Beeinträchtigung durch Reibung zwischen den Abschnitten. Der Abstand oder Spalt zwischen den Abschnitten ist so gering, dass bei einem Kupplungsausfall und demzufolge einem Abkippen des Rotors dieser Abkippvorgang durch die Berührung der Abschnitte so früh gestoppt wird, dass Generatorteile wie insbesondere Wicklung oder Rotorlagerung nicht beschädigt werden. Die Folgekosten durch einen Kupplungsausfall, insbesondere einen Membranbruch, werden daher gering gehalten.This task is solved in that the rotor and the rotating element with contactless axially interlocking Fuse sections are provided that are in normal operating condition have an annular gap from each other that is less than one free tilting distance of the rotor in case of failure of the diaphragm coupling. The securing sections of the rotor and the rotating element are preferably coordinated with each other, either on the rotor or on the rotating element an axially canting locking shape in Shape of a cone or the like is provided and corresponding to this on the other component, i.e. on the rotating element or on the rotor, a correspondingly coordinated Fuse holder in the form of an axially open recess or the like is arranged. The corresponding securing sections are preferred storey Parts or areas of the rotor and the rotating element. But you can too designed as separate components and on the rotor or the rotating element of the internal combustion engine. Through the fuse sections prevents the rotor in the event of a failure of the diaphragm coupling falling down because it is due to the axial interlocking of the securing sections is supported radially on the side opposite the bearing of the rotor. Destruction of the Generator winding is thereby reliably avoided. Because the fuse sections contactless protrude into each other results in normal functional operation of the drive train no impairment due to friction between the sections. The distance or gap between the sections is so small that in the event of a clutch failure and consequently a tilting of the rotor by this tilting process the touch of the sections so early is stopped that generator parts such as in particular winding or Rotor bearing not damaged become. The consequential costs of a clutch failure, in particular a membrane break are therefore kept low.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der dem Rotor zugeordnete Sicherungsabschnitt an einem mit dem Rotor insbesondere lösbar verbundenen Kupplungsteil der Membrankupplung angeordnet. Dadurch ist es möglich, den Rotor gegenüber bekannten Rotorausführungen unverändert zu lassen und dennoch die gewünschte Sicherung bei einem Kupplungsausfall gegen ein nach unten Kippen des Rotors zu schaffen. Vorzugsweise ist an einem entsprechenden Kupplungsflansch oder an einer Kupplungsnabe einer Membrankupplung ein zapfenartiger Sicherungsabschnitt vorgesehen, der in eine korrespondierende Ausnehmung eines Schwungrades des Verbrennungsmotors, das als Rotationselement dient, axial hineinragt. Dabei ist die Gestaltung des zapfenartigen Sicherungsabschnittes auf die korrespondierende Axialausnehmung am Schwungrad abgestimmt.In an embodiment of the invention the securing section assigned to the rotor on one with the rotor especially detachable connected coupling part of the membrane coupling arranged. Thereby Is it possible, opposite the rotor known rotor designs unchanged to leave and still the desired Protection in the event of a coupling failure against tipping down of the rotor. Is preferably on a corresponding Coupling flange or on a coupling hub of a diaphragm coupling a pin-like securing section is provided, which in a corresponding Recess of a flywheel of the internal combustion engine, which serves as a rotating element, protrudes axially. The design of the pin-like securing section matched to the corresponding axial recess on the flywheel.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind eine zentrale, koaxial zu einer Rotationsachse ausgerichtete, zapfenartige Sicherungsausformung und eine entgegengerichtet koaxial ausgerichtete, die Sicherungsausformung zumindest über einen Teil ihrer Axialerstreckung umgebende Sicherungsausnehmung vorgesehen. Dadurch ist es möglich, jeweils lediglich eine einzelne, zentrale Sicherungsausformung einerseits und eine korrespondierende Sicherungsausnehmung andererseits vorzusehen, die aufgrund der koaxialen Ausrichtung und einer vorzugsweise rotationssymmetrischen Gestaltung einfach herstellbar sind. Vorzugsweise sind die ineinandergeführten Konturen der Sicherungsausformungen der Sicherungsausnehmung aufeinander abgestimmt.In a further refinement of the invention, a central, pin-like fuse configuration aligned coaxially with an axis of rotation and a counter-coaxially aligned fuse recess surrounding the fuse configuration at least over part of its axial extent are provided. This makes it possible to provide only a single, central securing shape on the one hand and a corresponding securing recess on the other due to the coaxial alignment and a preferably rotationally symmetrical design are easy to manufacture. The interlocking contours of the securing formations of the securing recess are preferably matched to one another.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Nachfolgend ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und anhand der Zeichnungen dargestellt.Other advantages and features of Invention result from the claims. Below is a preferred one embodiment described the invention and illustrated by the drawings.

1 zeigt in einem Längsschnitt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges und 1 shows in a longitudinal section an embodiment of a drive train according to the invention and

2 in einer Frontansicht einen Teil einer Membrankupplung des Antriebsstranges nach 1. 2 in a front view of a part of a diaphragm clutch of the drive train 1 ,

Ein Antriebsstrang zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Generator weist gemäß 1 eine Membrankupplung 2 auf, die ein Schwungrad 1 des Verbrennungsmotors mit einem Rotor 3 des Generators verbindet. Als Verbrennungsmotor ist vorliegend ein Dieselmotor vorgesehen. Der Verbrennungsmotor ist lediglich durch die Darstellung eines Gehäuseabschnittes 4 eines Motorgehäuses des Verbrennungsmotors angedeutet. Auch der Generator ist nicht vollständig dargestellt. Vielmehr ist lediglich ein Verbindungsflanschbereich eines Rotors 3 des Generators dargestellt. Sowohl das Schwungrad 1 als auch die Membrankupplung 2 und der Rotor 3 des Generators sind rotationssymmetrisch gestaltet und um eine Drehachse D drehbar, die einer Antriebsachse des Antriebsstranges entspricht.A drive train between an internal combustion engine and a generator points in accordance with 1 a membrane coupling 2 on that a flywheel 1 of the internal combustion engine with a rotor 3 of the generator connects. In the present case, a diesel engine is provided as the internal combustion engine. The internal combustion engine is only by the representation of a housing section 4 a motor housing of the internal combustion engine indicated. The generator is also not shown in full. Rather, it is just a connecting flange area of a rotor 3 of the generator. Both the flywheel 1 as well as the membrane coupling 2 and the rotor 3 of the generator are rotationally symmetrical and can be rotated about an axis of rotation D which corresponds to a drive axis of the drive train.

Das dargestellte Schwungrad 1 ist in nicht näher dargestellter Weise als Rotationselement drehfest mit anderen Rotationsteilen des Verbrennungsmotors, insbesondere mit einer Kurbelwelle, verbunden, so dass eine Drehbewegung und Drehzahl des Schwungrades 1 einer entsprechenden Drehzahl des Verbrennungsmotors entspricht. Das Schwungrad 1 weist an seinem radial außenliegenden, umlaufenden Rand einen Ringflansch 6 auf, der zu dem Generator hin axial abragt. An diesem Ringflansch 6 ist mit Hilfe mehrerer, über den Umfang verteilt angeordneter Befestigungsschrauben 7 eine Scheibenmembran 8 der Membrankupplung 2 befestigt. Die Scheibenmembran 8 ist als geschlossener Scheibenring gestaltet und koaxial zur Drehachse D ausgerichtet. Ein radial innenliegender Befestigungsbereich der Scheibenmembran 8 ist mit Hilfe einer Vielzahl von gleichmäßig über den Umfang der Scheibenmembran 8 verteilt angeordneter Verbindungsschrauben 10 an einem innenliegenden Kupplungsring 9 befestigt. Die Verbindungsschrauben dienen zudem dazu, den Kupplungsring 9 fest mit einem Befestigungsflansch des Rotors 3 zu verbinden. Hierzu weisen die Verbindungsschrauben 10 eine ausreichende Länge auf, wie anhand der 1 erkennbar ist. Die Scheibenmembran 8 ist vorzugsweise aus einem Federstahlblech gefertigt und drehsteif gestaltet. Sie weist in grundsätzlich bekannter Weise eine Elastizität im Hinblick auf Axialversatz und Winkelversatz der Drehachsen des Schwungrades 1 und des Rotors 3 auf, so dass die Membrankupplung eine mechanische, elastische Kupplung darstellt.The flywheel shown 1 is rotatably connected in a manner not shown as a rotating element with other rotating parts of the internal combustion engine, in particular with a crankshaft, so that a rotational movement and speed of the flywheel 1 corresponds to a corresponding speed of the internal combustion engine. The flywheel 1 has an annular flange on its radially outer circumferential edge 6 on, which projects axially towards the generator. On this ring flange 6 is with the help of several fastening screws distributed over the circumference 7 a disc membrane 8th the diaphragm coupling 2 attached. The disc membrane 8th is designed as a closed disc ring and aligned coaxially to the axis of rotation D. A radially inner fastening area of the disc membrane 8th is using a variety of evenly across the circumference of the disc membrane 8th distributed connecting screws 10 on an internal clutch ring 9 attached. The connecting screws also serve the coupling ring 9 fixed with a mounting flange of the rotor 3 connect to. For this purpose, the connecting screws 10 a sufficient length as shown in the 1 is recognizable. The disc membrane 8th is preferably made of a spring steel sheet and designed torsionally rigid. In a generally known manner, it has an elasticity with regard to axial displacement and angular displacement of the axes of rotation of the flywheel 1 and the rotor 3 so that the membrane coupling is a mechanical, elastic coupling.

Der Generator ist als sogenannter Einlagergenerator gestaltet. Dies bedeutet, dass der Rotor 3 des Generators in nicht näher dargestellter Weise auf seiner zum Schwungrad 1 abgewandten Stirnseite, d.h. auf der dem Befestigungsflansch zur Verbindung mit dem Kupplungsring 9 gegenüberliegenden Seite in einer einzelnen Lagerung drehbar gelagert ist. Die Lagerung ist vorzugsweise in einem Gehäuseteil des Generators positioniert. Der Rotor 3 ist somit lediglich auf der dem Kupplungsring 9 abgewandten Stirnseite gelagert. Die Stützung auf der dem Schwungrad 1 zugewandten Seite erfolgt über die Membrankupplung 2.The generator is designed as a so-called single-bearing generator. This means that the rotor 3 of the generator in a manner not shown on its flywheel 1 facing end, ie on the mounting flange for connection to the coupling ring 9 opposite side is rotatably mounted in a single bearing. The bearing is preferably positioned in a housing part of the generator. The rotor 3 is therefore only on the coupling ring 9 facing away from the front. The support on the flywheel 1 facing side takes place via the membrane coupling 2 ,

Um zu verhindern, dass der Rotor 3 aufgrund der lediglich einseitigen Lagerung bei einem Ausfall der Membrankupplung 2, insbesondere einem Bruch oder einer Zerstörung der Scheibenmembran 8, aufgrund seines Eigengewichtes auf der der Drehlagerung gegenüberliegenden Seite nach unten abkippt, ist als Sicherungsabschnitt ein Sicherungszapfen 11 an dem Kupplungsring 9 vorgesehen, der axial in einen als Sicherungsausnehmung gestalteten Sicherungsabschnitt 5 des Schwungrades 1 hineinragt. Der Sicherungszapfen 11 stellt eine Sicherungsausformung im Sinne der Erfindung dar. Da das Schwungrad 1 auch bei einem Bruch oder einem anders gearteten Ausfall der Membrankupplung 2 aufgrund der festen Verbindung und Lagerung am Verbrennungsmotor in seiner Position verbleibt, kann die als axial zum Rotor 3 offene Aussparung gestaltete Sicherungsausnehmung 5 zur radialen Stützung des Sicherungszapfens 11 dienen Der Sicherungszapfen 11 ist aus Gewichtsgründen innen hohl gestaltet, so dass er eine hülsenartige Form aufweist. Der Sicherungszapfen 11 ragt berührungslos in die hohlzylindrische Aussparung der Sicherungsausnehmung 5 hinein, so dass sich lediglich bei einem Ausfall der Scheibenmembran 8 aufgrund des geringfügigen Abkippens des Rotors 3 und des Kupplungsringes 9 einschließlich des Sicherungszapfens 11 eine Anlage und radiale Stützung des Sicherungszapfens 11 an der Innenkontur der Sicherungsausnehmung 5 ergibt.To prevent the rotor 3 due to the only one-sided bearing in the event of a failure of the diaphragm coupling 2 , in particular a break or destruction of the disc membrane 8th , due to its own weight tilts down on the side opposite the pivot bearing, there is a safety pin as a safety section 11 on the coupling ring 9 provided the axially in a securing section designed as a securing recess 5 of the flywheel 1 protrudes. The locking pin 11 represents a fuse formation in the sense of the invention. Since the flywheel 1 also in the event of a break or other type of failure of the diaphragm coupling 2 remains in its position due to the fixed connection and bearing on the internal combustion engine, which can be considered axial to the rotor 3 open recess designed safety recess 5 for radial support of the safety pin 11 serve the locking pin 11 is designed hollow on the inside for weight reasons, so that it has a sleeve-like shape. The locking pin 11 protrudes without contact into the hollow cylindrical recess of the safety recess 5 so that there is only a failure of the disc membrane 8th due to the slight tilting of the rotor 3 and the clutch ring 9 including the safety pin 11 a system and radial support of the safety pin 11 on the inner contour of the safety recess 5 results.

Der Rotor 3 ist in nicht näher dargestellter Weise von einer Spulenwicklung des Generators umgeben. Würde der Rotor 3 ohne die beschriebene radiale Stützung bei einem Ausfall der Membrankupplung 2 um eine imaginäre Schwenkachse im Bereich seiner Drehlagerung nach unten abkippen, so würde diese Spulenwicklung zerstört, wodurch der gesamte Generator unbrauchbar wird. Durch das axiale Hineinragen des Sicherungszapfens 11 in die Sicherungsausnehmung 5 wird ein Abkippen des Rotors 3, das eine Beschädigung der Wicklung bewirken würde, verhindert. Die Außenkontur des Sicherungszapfens 11 verläuft koaxial zur Drehachse D und ist in seinem Durchmesser derart auf einen Innendurchmesser der Innenkontur der Sicherungsausnehmung 5 abgestimmt, das sich in normalem Betriebszustand ein geringer Ringspalt zwischen dem Sicherungszapfen 11 und der Sicherungsausnehmung 5 ergibt, der entsprechende Axial- und Winkelversätze zwischen Rotor 3 und Schwungrad 1 zulässt, ohne dass sich die benachbarten Konturen des Sicherungszapfens 11 und der Sicherungsausnehmung 5 berühren.The rotor 3 is surrounded in a manner not shown by a coil winding of the generator. Would the rotor 3 without the described radial support in the event of a failure of the membrane coupling 2 to tip down about an imaginary pivot axis in the region of its rotary bearing, this coil winding would be destroyed, as a result of which the entire generator would become unusable. Due to the axial protrusion of the safety pin 11 in the safe rungsausnehmung 5 the rotor tilts 3 that would damage the winding. The outer contour of the safety pin 11 runs coaxially to the axis of rotation D and its diameter is such that it corresponds to an inner diameter of the inner contour of the securing recess 5 coordinated, that in normal operating condition there is a small annular gap between the safety pin 11 and the safety recess 5 results in the corresponding axial and angular misalignments between the rotor 3 and flywheel 1 allows without the adjacent contours of the locking pin 11 and the safety recess 5 touch.

Der Sicherungszapfen 11 in Verbindung mit der Sicherungsausnehmung 5 übernehmen somit lediglich bei einem Störfall die entsprechende radiale Stützfunktion für den Rotor 3.The locking pin 11 in connection with the safety recess 5 thus only take over the corresponding radial support function for the rotor in the event of a malfunction 3 ,

Claims

Drive train between an internal combustion engine and a generator, the rotor of which is mounted on one side and is connected on the opposite side by means of a diaphragm coupling to a rotary element assigned to the internal combustion engine, the rotor ( 3 ) and the rotating element ( 1 ) with non-contact axially interlocking securing sections ( 5 . 11 ) are provided which, in normal operating condition, have an annular gap from one another which is less than a free tilting distance of the rotor ( 3 ) in the event of a failure of the diaphragm coupling.

Drive train according to claim 1, characterized in that the rotor ( 3 ) assigned fuse section ( 11 ) on one with the rotor ( 3 ) in particular detachably connected coupling part ( 9 ) the membrane coupling is arranged.

Drive train according to claim 1, characterized in that a central, cone-like securing configuration (coaxial to an axis of rotation (D)) 11 ) and an oppositely coaxially aligned, the fuse formation ( 11 ) at least over a part of its axial extent surrounding security recess ( 5 ) are provided.

Drive train according to claim 3, characterized in that the interlocking contours of the fuse formation ( 11 ) and the safety recess ( 5 ) are coordinated.