DE19748045A1

DE19748045A1 - Starter generator machine with variable gear ratio for a motor vehicle internal combustion engine

Info

Publication number: DE19748045A1
Application number: DE19748045A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Koelle; Peter Ahner; Juergen Glauning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1998-11-12

Abstract

The invention relates to a starter-generator machine (2) with a planetary gear (4), intended for use in an internal combustion engine capable of providing, on the one hand, a sufficient mecanical power which it can transmit reliably both when starting and when used as generator and, on the other hand, at high rotation speed, a sufficiently high electrical power. In the planetary gear (4), the multiplication, for example from 1:2 to 1:5, can be controlled by means of a selector lever (14), whereby an additional dead point position is provided for decoupling the engine from the gearing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Starter-Generator- Maschine mit variabler Getriebeübersetzung entspre chend den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Merkmalen.The invention relates to a starter generator Machine with variable gear ratio correspond chend in the preamble of claim 1 mentioned features.

State of the art

Es ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen in Kraftfahr zeugen mittels einer Startvorrichtung gestartet wer den müssen, da sie nicht von alleine anlaufen. Zu diesem Zweck werden üblicherweise elektrisch betrie bene Startermotoren eingesetzt, die über eine als sogenanntes Einrückrelais ausgebildetes Starterrelais mit einer Spannungsquelle verbunden werden. Gleich zeitig wird zum Andrehen ein Ritzel des Startermotors mit einem üblicherweise auf einem Schwungrad der Brennkraftmaschine angebrachten Zahnkranz in Eingriff gebracht. Nach Erreichen des Selbstlaufes der Brenn kraftmaschine muß der Startermotor ausgespurt werden, um einem erhöhten Verschleiß und starker Geräuschent wicklung vorzubeugen. Soll der Starter aus bestimmten Gründen im ständigen Eingriff bleiben, so muß er für einen Dauerbetrieb auch unter höherer Drehzahl ausge legt sein.It is known that internal combustion engines are used in motor vehicles testify who started by means of a starter they have to, since they don't start on their own. To this is usually done electrically used starter motors, which have a so-called engagement relay trained starter relay be connected to a voltage source. Soon a pinion of the starter motor is used for starting with one usually on a flywheel Internal gear ring attached brought. After the Brenn has reached self-running engine, the starter motor must be disengaged, increased wear and noise prevent winding. Should the starter from certain Reasons remain in constant engagement, he must for continuous operation even at higher speeds lays down.

Ebenso ist bekannt, daß Brennkraftmaschinen üblicher weise mit einem ständig mitlaufenden Generator ausge rüstet sind, der einerseits für eine dauernde Versor gung des elektrischen Bordnetzes und andererseits für ein Laden der zum Betrieb des Startermotors notwendi gen Spannungsquelle sorgt. Dieser Generator, auch als Lichtmaschine bezeichnet, wird üblicherweise mittels eines Keil- oder Zahnriemens über die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetrieben. Der Generator gibt seine Nennleistung typischerweise bei einer mittleren Drehzahl ab, muß jedoch so dimensioniert sein, daß er auch schon bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftma schine eine ausreichende elektrische Leistung abgeben kann. Gleichzeitig jedoch muß er für die Maximaldreh zahl der Brennkraftmaschine ausgelegt sein und dabei noch eine ausreichende Kühlung erfahren. Die Kühlung bei höheren Drehzahlen erfolgt meist durch Luftventi lation, die durch aufgebrachte Lüfterflügel unter stützt wird. Hinzu kommt eine ausgeprägte Momentwel ligkeit der Brennkraftmaschine sowie eine Massenträg heit des Generators, was einen Antrieb über Riemen notwendig macht.It is also known that internal combustion engines are more common wise with a constantly running generator are prepared for a permanent supply supply of the electrical system and on the other hand for loading the necessary to operate the starter motor voltage source. This generator, also called Alternator is usually referred to as a V-belt or toothed belt over the crankshaft Internal combustion engine driven. The generator gives its nominal power typically at a medium Speed, but must be dimensioned so that it even at idle speed of the internal combustion engine provide sufficient electrical power can. At the same time, however, he must for the maximum rotation number of the internal combustion engine can be designed and thereby still experience sufficient cooling. The cooling at higher speeds it is usually done by air valves lation caused by the fan blades underneath is supported. In addition, there is a distinct momentum the internal combustion engine and a mass unit of what is a belt drive makes necessary.

Soll der Startermotor gleichzeitig auch als Generator betrieben werden, stellt sich zunächst das Problem der drehzahlmäßigen Auslegung. Beim Betrieb als Star termotor wird eine relativ hohe Leistung bei niedri ger Drehzahl benötigt, denn die Brennkraftmaschine muß lediglich bis zum Erreichen der Leerlaufdrehzahl gestartet werden. Zur sicheren Übertragung einer solch großen Leistung wird die oben beschriebene Ankoppelung mit einer Zahnradpaarung auf der Motor seite gewählt, die nach dem Starten der Brennkraftma schine getrennt wird. Der Generator muß jedoch in der Lage sein, über einen weiten und höheren Drehzahlbe reich eine ausreichende Leistungsabgabe sicherzustel len, und dies, ohne bei Maximaldrehzahl einer Über hitzungsgefahr ausgesetzt zu sein. Soll der Generator jedoch für eine hohe elektrische Leistungsabgabe aus gelegt werden, wie sie für moderne Kraftfahrzeuge mit einer Vielzahl von elektrischen Verbrauchern wie Stell- und Servomotoren notwendig ist, stößt der her kömmliche Riemenantrieb bald an die Grenzen seiner Leistungsfähigkeit.The starter motor should also act as a generator the problem arises first the speed interpretation. When operating as a star termotor will have a relatively high performance at low ger speed required because the internal combustion engine only needs to reach idle speed be started. For the secure transmission of a such great performance will be the one described above Coupling with a gear pair on the motor Page selected after starting the internal combustion engine machine is separated. However, the generator must be in the Be able to use a wide and higher speed sufficient to ensure sufficient power output len, and this without a maximum speed of an over risk of being exposed to heat. Should the generator however for a high electrical power output be placed as they are for modern motor vehicles a variety of electrical consumers such as Actuators and servomotors are necessary conventional belt drive soon to the limits of its Performance.

Zwar sind Lösungen bekannt, die eine gleichzeitige Nutzung des Generators auch als Starter vorsahen, be kannt beispielsweise als sogenannte Dynastarter im Motorrad- und Motorrollerbau früherer Jahre. Hier mußte der Generator jedoch eine nur sehr geringe Lei stung liefern, weshalb er nach den Starten des Motors problemlos in einem Bereich geringeren Wirkungsgrades betrieben werden konnte. Aus Platzgründen befand sich der Generator häufig direkt auf dem Kurbelwellenende und lief dort mit der Drehzahl der Brennkraftma schine. Die Momentenwelligkeit stellte bei den übli cherweise verwendeten hochdrehenden Zweitaktmotoren ebenfalls kein Problem dar.Solutions are known that have a simultaneous Provide use of the generator as a starter, be knows, for example, as a so-called Dynastarter in Motorbike and scooter construction of earlier years. Here however, the generator had a very low lei supply, which is why it starts after starting the engine easily in an area of lower efficiency could be operated. For reasons of space there was the generator often directly on the crankshaft end and ran there with the speed of the internal combustion engine seem. The ripple of moments caused by the übli usually used high-speed two-stroke engines also no problem.

Die ältere Patentanmeldung DE 196 29 839.3 beschreibt weiterhin eine Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, mit einem auf die Antriebsräder des Kraftfahrzeuges wirkenden Getriebe, wobei eine Getriebeeingangswelle mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine kup pelbar ist, und mit einer elektrischen Maschine, die über ein Zwischengetriebe mit dem Getriebe kuppelbar ist und die sowohl als Startermotor zum Andrehen der Brennkraftmaschine als auch als Generator zur energe tischen Versorgung eines elektrischen Bordnetzes des Kraftfahrzeuges umschaltbar ist. Nachteilig ist hier jedoch wiederum die notwendige Auslegung als Starter motor mit hohem Drehmoment bei niederen Drehzahlen, was gleichzeitig für einen Betrieb als Generator mit höheren Drehzahlen ungünstig ist.The older patent application DE 196 29 839.3 describes also an internal combustion engine for motor vehicles, with one on the drive wheels of the motor vehicle acting transmission, being a transmission input shaft with an output shaft of the engine kup is pelbar, and with an electrical machine that Can be coupled to the gearbox via an intermediate gearbox and is both as a starter motor for starting the Internal combustion engine as well as a generator for energy table supply of an electrical system of the Motor vehicle is switchable. The disadvantage here however again the necessary design as a starter high torque motor at low speed, what simultaneously with an operation as a generator higher speeds is unfavorable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Starter-Generator-Maschine für eine Brennkraftma schine zu entwickeln, die sowohl beim Starten der Brennkraftmaschine ausreichend mechanische Leistung liefern und sicher übertragen kann als auch beim Betrieb als Generator, wenn die Brennkraftmaschine mit höheren Drehzahlen läuft, eine ausreichend hohe elektrische Leistung liefern kann.The invention is therefore based on the object Starter generator machine for an internal combustion engine develop the machine, both when starting the Internal combustion engine sufficient mechanical performance can deliver and transmit safely as well Operation as a generator when the internal combustion engine runs at higher speeds, a sufficiently high can deliver electrical power.

Advantages of the invention

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den im Patentan spruch 1 genannten Merkmalen bietet den Vorteil, daß durch die Möglichkeit der Drehzahlanpassung mittels eines Getriebes der Generator bei laufender Fahrzeug- Brennkraftmaschine stets in einem Bereich hohen Wir kungsgrades laufen kann. Bereits bei geringer Kurbel wellendrehzahl ist so eine hohe elektrische Lei stungsabgabe des Generators gewährleistet, wodurch die zahlreichen elektrischen Verbraucher heutiger mo derner Kraftfahrzeuge sicher mit Energie versorgt werden können, ohne daß beispielsweise bei längerem Leerlaufbetrieb in einem Verkehrsstau die Gefahr einer langsamen Entladung des Fahrzeugakkumulators besteht. Gleichzeitig kann jedoch die elektrische Maschine das zum Starten der Brennkraftmaschine not wendige hohe Drehmoment liefern, wenn die Übersetzung des Getriebes entsprechend gewählt wird. Wegen des unkomplizierten Aufbaus und der leichten Bedienbar keit bietet sich für die Drehzahleinstellung der elektrischen Maschine besonders ein Planetengetriebe an. Solche Getriebe haben darüber hinaus einen nur sehr geringen Platzbedarf, weshalb sie in diesem Fall leicht im Fahrzeug integriert werden können.The device according to the invention with the in patent saying mentioned features 1 has the advantage that through the possibility of speed adjustment by means of a transmission the generator with the vehicle running Internal combustion engine always in a high range efficiency can run. Even with a low crank shaft speed is such a high electrical lei power supply of the generator guaranteed, whereby the numerous electrical consumers of today's mo whose motor vehicles are safely supplied with energy can be without, for example, for a long time Idling in a traffic jam the danger a slow discharge of the vehicle battery consists. At the same time, however, the electrical Machine that is required to start the internal combustion engine deliver agile high torque when the gear ratio of the gearbox is selected accordingly. Because of the uncomplicated structure and easy to use speed is available for the speed setting of the electrical machine especially a planetary gear on. Such gears also have only one very small footprint, which is why in this case can be easily integrated into the vehicle.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus einer zusätzlichen Leerlaufstellung neben den vorzugsweise zwei einstellbaren Übersetzungsstufen des Planetenge triebes. Der Ausrückhebel kann in eine Mittelstellung gebracht werden, wodurch die Wirkverbindung der elek trischen Maschine mit dem Antriebsstrang der Brenn kraftmaschine unterbrochen werden kann. Der Rotor der elektrischen Maschine läuft nach dem Einlegen der Neutralstellung langsam aus. Eine solche Schaltstel lung kann besonders vorteilhaft sein für die Reali sierung verschiedener kraftstoffsparender Betriebszu stände des Fahrzeugs, wie beispielsweise ein Modus ohne Mitlaufen des elektrischen Teils des Generators. Da herkömmliche Generatoren mit konstanter Überset zung permanent angetrieben werden, verbrauchen sie auch bei abgeschalteten Verbrauchern und voll gela denem Akkumulator eine gewisse Menge an zusätzlichem Kraftstoff. Eine zusätzlich vorgesehene Leerlaufstel lung im Planetengetriebe ermöglicht dagegen eine Abschaltung des Generators bei geladenem Akkumulator und Unterbrechung der Wirkverbindung zwischen Genera tor und Antriebsstrang. Eine solche Schaltstellung ist auch zum Schutz der elektrischen Maschine gegen Überlastung oder Überhitzung vorteilhaft. Beispiels weise kann bei zu hohen Drehzahlen oder bei zu star ker Erwärmung der elektrischen Maschine automatisch die Neutralstellung angewählt werden, wodurch sich eine effektive Überlastsicherung realisieren läßt.An advantageous embodiment results from a additional idle position in addition to the preferably two adjustable gear ratios of the planetary gear driven. The release lever can be in a central position brought, whereby the operative connection of the elec trical machine with the drive train of the Brenn engine can be interrupted. The rotor of the electric machine runs after inserting the Neutral position slowly off. Such a switching point lung can be particularly advantageous for the Reali sation of various fuel-saving operations stands of the vehicle, such as a mode without running the electrical part of the generator. Because conventional generators with constant transmission ratio tion are permanently driven, they consume even with consumers switched off and fully charged a certain amount of additional Fuel. An additional idle position provided In contrast, the planetary gearbox enables a Switching off the generator when the accumulator is charged and interruption of the active connection between Genera gate and drive train. Such a switch position is also to protect the electrical machine against Overload or overheating is beneficial. Example wise can at too high speeds or too star ker heating of the electrical machine automatically the neutral position can be selected, whereby an effective overload protection can be implemented.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Maschine ist weiterhin, daß gleichzeitig immer nur eine Schalt stellung des Planetengetriebes möglich ist. Gegenüber herkömmlichen Ausführungen mit Magnetkupplung und Freilauf weist die erfindungsgemäße Vorrichtung den Vorteil auf, daß kein versehentliches Verschalten, d. h. ein gleichzeitiges Einlegen von zwei Gängen, möglich ist. Zudem stehen die Getrieberäder des Pla netengetriebes permanent miteinander im Eingriff, d. h. das Umschalten des Getriebes geht ohne ein Aus spuren der Zahnräder vonstatten, wodurch eine zusätz liche Synchronisierung entbehrlich wird.It is advantageous in the machine according to the invention further that only one switching at a time position of the planetary gear is possible. Across from conventional designs with magnetic coupling and The device according to the invention has a freewheel Advantage that no accidental connection, d. H. simultaneous engagement of two gears, is possible. In addition, the gear wheels of the Pla mesh gear permanently engaged with each other, d. H. switching the transmission goes without an off traces of the gears, creating an additional synchronization becomes unnecessary.

Die erfindungsgemäße Maschine weist zudem den Vorteil des nur äußerst geringen zusätzlichen Energiebedarfs auf. Da die jeweils angewählte Schaltstellung des Planetengetriebes und damit die Übersetzung ohne wei tere äußere Energiezufuhr konstant bleibt, ist eine zusätzliche Energiezufuhr nur zum Zeitpunkt des Umschaltens der Übersetzung notwendig. Diese Umschal tenergie kann auf mechanischem Wege aufgebracht wer den. Ebenso möglich sind jedoch auch elektromagne tisch, hydraulisch oder pneumatisch betätigte Umschalteinrichtungen.The machine according to the invention also has the advantage of the extremely low additional energy requirement on. Since the selected switching position of the Planetary gear and thus the translation without white tere external energy supply remains constant is one additional energy supply only at the time of Switching the translation is necessary. This scarf Energy can be applied mechanically the. However, electromagnetic is also possible table, hydraulically or pneumatically operated Switching devices.

Durch die räumliche Zusammenfassung von Starter und Generator in einem einzigen Bauteil ist weiterhin der Bau- und Montageaufwand deutlich reduziert, was einerseits einen Kostenvorteil erbringt. Da auch der Raumbedarf an der Brennkraftmaschine reduziert ist, folgt eine erhöhte konstruktive Freiheit bei der Positionierung der Brennkraftmaschine im Fahrzeug sowie deren Nebenaggregate. Die herkömmlichen Ferti gungsanlagen sowie das Know-how für die Herstellung von Startern und Generatoren können weiterverwendet werden. Verschiedene Bauteile entsprechen unverändert der heutigen Serie von Startern und Generatoren.By the spatial combination of starter and The generator in a single component is still the Construction and assembly work significantly reduced what on the one hand provides a cost advantage. Since that too Space requirement on the internal combustion engine is reduced, follows an increased constructive freedom in the Positioning of the internal combustion engine in the vehicle and their auxiliary units. The conventional ferti systems and the know-how for manufacturing of starters and generators can continue to be used will. Different components correspond unchanged today's series of starters and generators.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die erfindungsgemäße Starter-Generator-Maschine flüssigkeitsgekühlt wird, was durch einen Anschluß an den Wasserkühlkreislauf der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Neben der dar gestellten Ausführungsform mit Wasserkühlung ist wahlweise auch eine luftgekühlte Version mit eigenem oder zusätzlichen Kühlgebläse realisierbar.It is also advantageous if the invention Starter generator machine is liquid cooled what by connecting to the water cooling circuit the internal combustion engine can take place. In addition to the posed embodiment with water cooling optionally also an air-cooled version with its own or additional cooling fans can be implemented.

Vorteilhaft ist schließlich, wenn die Starter-Genera tor-Maschine und insbesondere das umschaltbare Plane tengetriebe ölgeschmiert sind, was zweckmäßigerweise durch eine Versorgung mit dem Getriebeöl des Schalt getriebes erfolgen kann.Finally, it is advantageous if the starter genera gate machine and especially the switchable tarpaulin gearboxes are oil-lubricated, which is convenient through a supply of the gear oil of the shift gear can take place.

Eine weitere vorteilhafte Einsatzmöglichkeit der elektrischen Maschine liegt in der Unterstützung der Getriebesynchronisierung. Dies kann durch gezielte Drehmomentstöße zur Beschleunigung oder zum Abbremsen der mit der elektrischen Maschine wirkverbundenen Getriebeeingangswelle erreicht werden. Auf diese Weise kann bei einer entsprechend dimensionierten elektrischen Maschine die herkömmliche Synchronisie rung im Schaltgetriebe unterstützt werden oder sogar völlig entfallen. Notwendig ist dazu allerdings eine deutliche Überdimensionierung, da zum zusätzlichen Beschleunigen der Getriebeeingangswelle bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine eine erhebliche mechanische Leistung aufgebracht werden muß.Another advantageous application of the electrical machine is in the support of Gear synchronization. This can be done through targeted Torque surges for acceleration or braking the one connected to the electrical machine Transmission input shaft can be reached. To this Way can be dimensioned accordingly electrical machine the conventional synchronization tion in the manual transmission are supported or even completely eliminated. However, one is necessary for this significant oversizing because of the additional Accelerate the transmission input shaft at higher Engine speeds a significant mechanical power must be applied.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten, Merkmalen.Further advantageous embodiments of the invention result from the rest, in the subclaims mentioned features.

drawings

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispie len anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläu tert. Es zeigen:The invention is described below in exemplary embodiment len with reference to the accompanying drawings tert. Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Gesamtansicht der elektrischen Maschine mit Getriebeüber setzung; Fig. 1 is a perspective overall view of the electrical machine with gear ratio;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Maschine aus Fig. 1, jedoch ohne äußeres Gehäuse und Fig. 2 is a perspective view of the machine of Fig. 1, but without an outer housing and

Fig. 3 eine Vollschnitt-Darstellung der elektri schen Maschine mit Planetengetriebe aus Fig. 1. Fig. 3 is a full sectional representation of the electrical machine with planetary gear rule in FIG. 1.

Description of the embodiments

Die Fig. 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Maschine 2, die von einem im wesentlichen zylindrisch ausgeführten Gehäuse 6 umschlossen wird. Eine kreisförmige Stirnseite 8 des Gehäuses 6 weist eine zentrale Durchführung 10 für eine Antriebswelle 12 eines mit der elektrischen Maschine 2 in Verbindung stehenden Planetengetriebes 4 auf. An der äußeren Mantelfläche des zylindrischen Gehäuses 6, nahe der Stirnseite 8 ist ein radial her ausgeführter Ausrückhebel 14 erkennbar. Dieser Aus rückhebel 14 kann in axiale Richtung verschoben wer den und sorgt für die Auswahl der gewünschten Getrie beübersetzung. Fig. 1 shows a perspective view of an electric machine 2, which is enclosed by a substantially cylindrical housing 6 executed. A circular end face 8 of the housing 6 has a central passage 10 for a drive shaft 12 of a planetary gear 4 connected to the electrical machine 2 . On the outer circumferential surface of the cylindrical housing 6 , near the end face 8 , a release lever 14 designed radially can be seen. From this back lever 14 can be moved in the axial direction and ensures the selection of the desired gear ratio.

Die Fig. 2 zeigt die elektrische Maschine 2 aus Fig. 1 mit abgenommenem Gehäuse 6. Besonders gut erkennbar wird dadurch die gabelförmige Verbindung des Ausrückhebels 14, der fest an einem Hohlrad 18 eines Planetengetriebes fixiert ist und so für die axiale Verschieblichkeit des Hohlrades 18 sorgen kann. FIG. 2 shows the electrical machine 2 from FIG. 1 with the housing 6 removed. Characterized is particularly clearly the fork-shaped connecting the release lever 14, fixedly secured to a ring gear 18 of a planetary gear is fixed and can provide 18 as for the axial displaceability of the ring gear.

Die Fig. 3 zeigt eine Vollschnitt-Darstellung der mit einem Planetengetriebe 4 versehenen elektrischen Maschine 2. Erkennbar ist hier die Umhüllung der elektrischen Maschine 2 und das Planetengetriebe 4 mit dem Gehäuse 6. An der der Gehäusestirnseite 8 gegenüberliegenden Seite ist das Gehäuse 6 offen, damit die elektrische Maschine 2 und das Planetenge triebe 4 bei Bedarf zugänglich bleiben. Ein mit dem Gehäuse 6 verbundener und im Durchmesser über dieses hinausragender Flansch 38 dient als rückseitiger Gehäusedeckel und gleichzeitig als Aufnahme für die Lagerung des Rotors 20 der elektrischen Maschine 2 mit einem Wälzlager 26. Um die Lagerung schließlich nach außen abzuschließen und damit vor Umwelteinflüs sen zu schützen, ist auf den Flansch 38 ein weiterer Gehäusedeckel 40 aufgesetzt. Dieser Gehäusedeckel 40 kann mit dem Flansch 38 verschraubt oder durch einen Sprengring gesichert sein. FIG. 3 is a full sectional representation of the planetary gear 4 provided with a electric machine 2. The encasing of the electrical machine 2 and the planetary gear 4 with the housing 6 can be seen here . On the opposite side of the housing 8 , the housing 6 is open so that the electrical machine 2 and the planetary gear 4 remain accessible when required. A flange 38 connected to the housing 6 and projecting in diameter beyond it serves as the rear housing cover and at the same time as a receptacle for the bearing of the rotor 20 of the electrical machine 2 with a roller bearing 26 . In order to finally complete the storage to the outside and thus protect it from environmental influences, a further housing cover 40 is placed on the flange 38 . This housing cover 40 can be screwed to the flange 38 or secured by a snap ring.

Das Planetengetriebe 4 sorgt einerseits für die Wirk verbindung der elektrischen Maschine 2 mit dem An triebsstrang des Kraftfahrzeuges, beispielsweise mit einer hier nicht näher dargestellten Getriebeein gangswelle eines Hauptgetriebes des Kraftfahrzeuges. Der Rotor 20 der elektrischen Maschine 2 ist in zwei Wälzlagern, 26 und 28, gelagert. Das in der Fig. 3 links liegende Lager 26 stützt sich mit seinem Außen ring an dem Flansch 38 ab. Diese beiden Wälzlager sind in der Fig. 3 als Rillenkugellager angedeutet. Ebenso möglich ist jedoch auch eine Lagerung mit kegelrollen oder Vierpunktkugellagern oder ähnlichen Lagerbauformen. The planetary gear 4 on the one hand ensures the active connection of the electrical machine 2 to the drive train of the motor vehicle, for example with a transmission input shaft, not shown here, of a main transmission of the motor vehicle. The rotor 20 of the electrical machine 2 is supported in two roller bearings, 26 and 28. The bearing 26 on the left in FIG. 3 is supported with its outer ring on the flange 38 . These two roller bearings are indicated in Fig. 3 as deep groove ball bearings. However, storage with tapered rollers or four-point ball bearings or similar bearing designs is also possible.

An einem dem Planetengetriebe 4 zugewandten Ende weist der Rotor 20 eine Verzahnung auf und stellt damit gleichzeitig das zentrale Sonnenrad 22 des Pla netengetriebes 4 dar. Mit diesem Sonnenrad 22 stehen mehrere Planetenräder 24 im Eingriff, die wiederum mit einem die Planetenräder 24 umschließenden Hohlrad 18 im Eingriff stehen. Das Hohlrad 18 ist über zwei Wälzlager, ein Ausrücklager 30 und ein kleineres Lager 32, gelagert. Das Hohlrad 18 weist zudem eine Aufnahme für den Außenring des Lagers 28 auf, in dem der Rotor 20 gelagert ist. Das Hohlrad 18 steht zudem mit dem Ausrückhebel 14 in Verbindung und ist gering fügig axial verschieblich, um auf diese Weise den Wechsel der Übersetzungsstufen im Planetengetriebe 4 zu ermöglichen. So weist das Hohlrad 18 zwei radiale Reibflächen 44 und 46 auf, welche entweder den mit der Antriebswelle 12 in Verbindung stehenden Plane tenradträger 13 fest mit dem Hohlrad 18 verbinden können oder das Hohlrad an die innere Gehäusestirn seite 9 andrücken und damit blockieren können. Ist keine dieser beiden Reibflächen 44 oder 46 geschlos sen, befindet sich das Planetengetriebe 4 in einer Neutralstellung, da sich in dieser Stellung das Son nenrad 22, die Planetenräder 24 und das Hohlrad 18 frei drehen können. Der Rotor 20 der elektrischen Maschine 2 steht dabei in keiner Wirkverbindung mit der Antriebswelle 12.At one end facing the planetary gear 4 , the rotor 20 has a toothing and thus simultaneously represents the central sun gear 22 of the planetary gear 4. This sun gear 22 engages a plurality of planet gears 24 , which in turn are connected to a ring gear 18 surrounding the planet gears 24 Stand by. The ring gear 18 is supported by two roller bearings, a release bearing 30 and a smaller bearing 32 . The ring gear 18 also has a receptacle for the outer ring of the bearing 28 , in which the rotor 20 is mounted. The ring gear 18 is also connected to the release lever 14 and is slightly axially displaceable in order to enable the change of the gear ratios in the planetary gear 4 . Thus, the ring gear 18 has two radial friction surfaces 44 and 46 , which can either firmly connect the tarpaulin 13 connected to the drive shaft 12 to the ring gear 18 or press the ring gear onto the inner housing end face 9 and thus block it. If neither of these two friction surfaces 44 or 46 is closed, the planetary gear 4 is in a neutral position since in this position the sun gear 22 , the planet gears 24 and the ring gear 18 can rotate freely. The rotor 20 of the electrical machine 2 is in no operative connection with the drive shaft 12 .

Das Umschalten des Planetengetriebes 4, das heißt die Änderung der Übersetzung, erfolgt durch axiales Ver schieben des Hohlrades 18 über den mit diesem fest verbundenen Ausrückhebel 14. Beschrieben wird im fol genden der Fall einer laufender Brennkraftmaschine sowie der im generatorischen Betrieb befindlichen elektrischer Maschine 2, die damit ein mechanisches Drehmoment von der Brennkraftmaschine aufnimmt. Bei Anlage des Hohlrades 18 am Planetenradträger 13 über die Reibfläche 46 wird das an der Antriebswelle 12 anliegende Drehmoment über den mit dem Hohlrad 18 wirkverbundenen Planetenradträger 13 auf das Sonnen rad 22 und damit auf den Rotor 20 der elektrischen Maschine 2 übertragen. Die Planetenräder 24 kämmen hierbei nicht mit den Verzahnungen des Sonnenrades 22 oder des Hohlrades 18, sondern laufen mitsamt dem Hohlrad 18, dem Planetenradträger 13 und dem Sonnen rad 22 mit gleicher Umdrehungszahl um. Das Ausrückla ger 30 dreht hierbei leer durch. Das Übersetzungsver hältnis des Planetengetriebes 4 beträgt in dieser Stellung beispielsweise i = 2. Die Drehzahl des Rotors 20 der elektrischen Maschine 2 ist gleich der Antriebswelle 12.The switching of the planetary gear 4 , that is, the change in translation, is done by axially sliding the ring gear 18 via the disengagement lever 14 connected to it . Described in the fol lowing is the case of a running internal combustion engine and the electrical machine 2 which is in generator mode, and which thus receives a mechanical torque from the internal combustion engine. In system of the ring gear 18 on the planet gear carrier 13 via the friction surface 46 which is applied to the drive shaft 12 torque is via the wheel operatively connected with the ring gear 18 planetary gear carrier 13 to the sun 22, and thus transmitted to the rotor 20 of the electric machine. 2 The planet gears 24 in this case do not mesh with the teeth of the sun gear 22 or the ring gear 18, but run along with the ring gear 18, the planet carrier 13 and the sun wheel 22 by having the same number of revolutions. The Ausrückla ger 30 turns through empty. The translation ratio of the planetary gear 4 in this position is, for example, i = 2. The speed of the rotor 20 of the electrical machine 2 is equal to the drive shaft 12 .

Bei einer axialen Verschiebung des Ausrückhebels 14 wird das Hohlrad 18 mitsamt dem Ausrücklager 30 nach rechts verschoben. Die Betätigungskraft zur Verschie bung des Ausrückhebels 14 kann dabei durch ein magne tisch betätigtes Relais, durch einen hydraulischen oder durch einen pneumatischen Steller oder auf ähn liche Weise aufgebracht werden. Bei Anlage des Hohl rades 18 an die innere Gehäusestirnseite 9 mit der Reibfläche 44 wird das Hohlrad 18 durch das Gehäuse 6 blockiert. Das Drehmoment wird von der Antriebswelle 12 auf den Planetenradträger 13 übertragen, wodurch die Planetenräder 24 umlaufen und mit dem Hohlrad 18 und dem Sonnenrad 22 kämmen. Da das Hohlrad 18 nicht umlaufen kann, sondern fest mit dem Gehäuse 6 verbun den ist, übertragen die Planetenräder 24 ihr Drehmo ment auf das Sonnenrad 22, das fest mit dem Rotor 20 der elektrischen Maschine 2 verbunden ist. Das Aus rücklager 30 steht in dieser Betriebsstellung fest. Das Übersetzungsverhältnis des Planetengetriebes 4 beträgt in dieser Stellung beispielsweise i = 5. Die Drehzahl der Antriebswelle 12 wird untersetzt und ist dann im Verhältnis i = 1 : 5 die der Drehzahl des Plane tenradträgers 13.When the release lever 14 is axially displaced, the ring gear 18 together with the release bearing 30 is displaced to the right. The actuating force for shifting the release lever 14 can be applied by a magnetically actuated relay, by a hydraulic or by a pneumatic actuator or in a similar manner. When the hollow wheel 18 bears against the inner housing face 9 with the friction surface 44 , the ring gear 18 is blocked by the housing 6 . The torque is transmitted from the drive shaft 12 to the planet gear carrier 13 , whereby the planet gears 24 rotate and mesh with the ring gear 18 and the sun gear 22 . Since the ring gear 18 cannot rotate, but is firmly connected to the housing 6 , the planet gears 24 transmit their torque to the sun gear 22 , which is firmly connected to the rotor 20 of the electrical machine 2 . The back bearing 30 is fixed in this operating position. The transmission ratio of the planetary gear 4 is in this position, for example, i = 5. The speed of the drive shaft 12 is geared down, and then in the ratio i = 1: 5, the speed of the tarpaulin tenradträgers. 13

Schließlich kann bei ausreichend groß gewähltem axia lem Verfahrweg eine Mittelstellung des Ausrückhebels 14 vorgesehen werden, bei der das Hohlrad 18 weder an der Reibfläche 44 noch an der Reibfläche 46 anliegt. Der Planetenradträger 13 läuft mit der Drehzahl der Antriebswelle 12 um. Die Planetenräder 24 können sich frei drehen und kämmen sowohl mit dem Hohlrad 18 als auch mit dem Sonnenrad 22. Da jedoch auch das Hohlrad 18 frei drehen kann, kann kein Drehmoment auf das Sonnenrad 22 und damit den Rotor 20 der elektrischen Maschine 2 übertragen werden. Diese Mittelstellung des Planetengetriebes 4 entspricht damit einer Neu tralstellung, bei der die Wirkverbindung der elektri schen Maschine 2 mit dem Antriebsstrang des Kraft fahrzeuges, beispielsweise der Getriebeeingangswelle des Hauptgetriebes, unterbrochen ist.Finally, if the axia lem travel path is selected to be sufficiently large, a central position of the release lever 14 can be provided, in which the ring gear 18 bears neither on the friction surface 44 nor on the friction surface 46 . The planet gear carrier 13 rotates at the speed of the drive shaft 12 . The planet gears 24 can rotate freely and mesh with both the ring gear 18 and the sun gear 22 . However, since the ring gear 18 can also rotate freely, no torque can be transmitted to the sun gear 22 and thus to the rotor 20 of the electrical machine 2 . This middle position of the planetary gear 4 thus corresponds to a new position, in which the operative connection of the electrical machine 2's with the drive train of the motor vehicle, for example the transmission input shaft of the main transmission, is interrupted.

Claims

1. Electrical machine, preferably for starting an internal combustion engine and for supplying power to an on-board power supply system of a motor vehicle, the electrical machine being able to be coupled to the internal combustion engine via a transmission and the electrical machine being switchable from engine operation to generator operation, characterized in that Gearbox for setting the speed of the electrical machine ( 2 ) is switchable.

2. Machine according to claim 1, characterized in that the transmission is a planetary gear ( 4 ).

3. Machine according to claim 2, characterized in that the planetary gear ( 4 ) is mechanically switchable.

4. Machine according to claim 3, characterized in that the planetary gear ( 4 ) via a coupled to an actuator of the transmission, externally operable cash mechanical switching means ( 14 ) can be actuated.

5. Machine according to claim 4, characterized in that the planetary gear ( 4 ) has at least two translation stages.

6. Machine according to claim 5, characterized in that the gear wheels ( 18 , 22 , 24 ) of the planetary gear ( 4 ) are permanently in engagement with each other.

7. Machine according to claim 6, characterized in that a neutral position is provided in the planetary gear ( 4 ) in addition to at least two gear ratios, in which the operative connection between the electrical machine ( 2 ) and the drive train of the internal combustion engine is interrupted.

8. Machine according to claim 7, characterized in that the electrical machine ( 2 ) such via the Pla neten gear ( 4 ) to the drive train of the internal combustion engine can be coupled that the Synchronisie ren a main transmission, the translation stages in the planetary gear ( 4 ) and thus that Mass inertia element of the electrical machine ( 2 ) can be selected in accordance with the desired speed adjustment of the drive train.

9. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the mechanical switching means ( 14 ) can be actuated mechanically, electromagnetically, hydraulically and / or pneumatically.

10. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical machine ( 2 ) has a liquid cooling and is connected to a water cooling circuit of the internal combustion engine.

11. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical machine ( 2 ) is air-cooled by means of an integrated or external cooling fan.

12. Machine according to one of the preceding claims, characterized in that the oil lubrication of the rotary transmission and the bearing parts and the tarpaulin gear ( 4 ) via the oil circuit of the main gear takes place.