DE10006160A1 - Starter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Starter für einen Verbrennungsmotor, mit einem einen Elektromotorabtrieb aufweisenden Elektromotor, mit einem Starterabtrieb 2, und mit einem zwischen dem Elektromotorabtrieb und dem Starterabtrieb 2 angeordneten Freilauf 21, der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Elektromotorabtrieb und dem Starterabtrieb 2 herstellen und diese Verbindung aufheben kann, wobei der Freilauf 21 ein mit dem Starterabtrieb 2 verbundenes, um eine Drehachse 20 drehbares erstes Element 11 und ein mit dem Elektromotorabtrieb verbundenes, ebenfalls um die Drehachse 20 drehbares zweites Element 6, 8 aufweist. DOLLAR A Es ist vorgesehen, dass die kraftschlüssige Verbindung über zumindest einen zwischen dem ersten drehbaren Element 11 und dem zweiten drehbaren Element 6, 8 angeordneten Klemmkeil 4, 4a hergestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Starter für einen Verbren­ nungsmotor mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genann­ ten Merkmalen. Unter diesen Oberbegriff fallen beispiels­ weise nach dem Schubschraubprinzip arbeitenden Vorgelege­ starter, die eine Rollenfreilauf aufweisen.

Der Begriff Elektromotorabtrieb ist hier derart aufzufas­ sen, daß im Falle eines dem Elektromotor nachgeschalteten Getriebes der Abtrieb dieses Getriebes unter den genann­ ten Begriff fällt.

Stand der Technik

Um den Anlassvorgang eines Verbrennungsmotors zu verwirk­ lichen, werden überwiegend Elektromotoren verwendet, wo­ bei im Normalfall zum Anlassen des Verbrennungsmotors ein Starterritzel in die Schwungscheibenverzahnung eingespurt wird. Die zum Starten von Verbrennungsmotoren eingesetz­ ten Elektromotoren sind in der Regel Gleich-, Wechsel- oder Drehstrommotoren.

Besonders als Startermotor geeignet ist der elektrische Gleichstrom-Reihenschlußmotor, da er das erforderliche hohe Anfangsdrehmoment zur Überwindung der Andrehwider­ stände und zur Beschleunigung der Triebwerksmassen ent­ wickelt. Dies ist erforderlich, weil bei jedem Startvor­ gang erhebliche Widerstände durch die Motorverdichtung, die Kolbenreibung und die Lagerreibung entgegengesetzt werden. Ferner spielen die Bauart sowie die Zylinderan­ zahl des Motors, das verwendete Schmiermittel und die ak­ tuelle Motortemperatur eine wesentliche Rolle für den Startvorgang des Verbrennungsmotors.

Überwiegend wird das Drehmoment des Starters über ein Ritzel und einen Zahnkranz auf das Schwungrad an der Kur­ belwelle des Verbrennungsmotors übertragen. In vereinzel­ ten Fällen werden aber auch Keilriemen, Zahnriemen, Ket­ ten oder die Direktübertragung auf die Kurbelwelle ge­ wählt. Der Ritzelstarter ist jedoch wegen der großen Übersetzung zwischen Starterritzel und Zahnkranz der Mo­ torschwungscheibe am besten für einen Startvorgang geeig­ net, da er auf ein niedriges Drehmoment bei hohen Dreh­ zahlen ausgelegt werden kann. Diese Auslegung ermöglicht es, die Abmessungen und die Masse des Starters klein zu halten.

Der Starter muss den Verbrennungsmotor mit einer Mindest­ drehzahl, die Startdrehzahl genannt wird, durchdrehen, damit auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen das beim Ottomotor zum Selbstlauf notwendige Luft-Kraftstoff- Gemisch gebildet bzw. beim Dieselmotor die Selbstzün­ dungstemperatur erreicht werden kann. Ferner muss der Starter den Verbrennungsmotor nach den ersten Zündungen beim Hochlaufen auf dessen Selbstdrehzahl unterstützen.

Unabhängig von der speziellen Ausgestaltung wird die Drehbewegung bei den gattungsgemäßen Startern mittels ei­ nes Freilaufs übertragen. Durch das Einfügen des Frei­ laufs in den Startertriebstrang wird sichergestellt, dass der Verbrennungsmotor den Starter beim Hochlaufen nicht auf unzulässig hohe Drehzahlen hochdreht.

Als Freilauf finden überwiegend der Rollenfreilauf, der Lamellenfreilauf und der Stirnzahnfreilauf Verwendung, wobei insbesondere bei PKW-Startern fast ausschließlich Rollenfreiläufe zum Einsatz kommen. Die bekannten Rollen­ freiläufe weisen einen Freilaufring mit einer Rol­ lengleitkurve auf. Der Freilaufring ist ein Teil des Mit­ nehmers und über ein Steilgewinde mit der Ankerwelle ver­ bunden. Zwischen dem innenliegenden Schaft des Ritzels und dem außen umlaufenden Freilauf des Mitnehmers wird durch Zylinderrollen Kraftschluss hergestellt. Die Zylin­ derrollen können sich auf der Gleitkurve bewegen. Druck­ federn drücken die Rollen im Ruhezustand in den sich ver­ engenden Teil des Raumes zwischen der Gleitkurve des Freilaufrings und dem zylindrischen Teil des Ritzel­ schafts. Dadurch ist sichergestellt, dass bei anlaufendem Starter das Ritzel mit der Ankerwelle kuppeln kann. Treibt die Starterankerwelle an, klemmen die Zylinderrol­ len in dem sich verengenden Räum fest. Treibt dagegen der anspringende Verbrennungsmotor das Starterritzel mit grö­ ßerer Drehzahl als der Leerlaufdrehzahl des Starterankers an, so lösen sich die Rollen und schieben sich in den sich erweiternden Teil des Raums. Dieser Vorgang erfolgt entgegen der Federkraft der Druckfedern. Die kraftschlüs­ sige Verbindung zwischen Ritzel und Anker wird damit über den Rollenfreilauf aufgehoben.

Die Herstellung derartiger Rollenfreiläufe erfolgt übli­ cherweise durch das Fließ-Press-Verfahren und ist daher aufwendig und kostenintensiv. Dies wirkt sich insbesondere bei Vorgelegestartern mit kleinerer Leistung von bei­ spielsweise weniger als 1,0 kW nachteilig aus, da der Ko­ stendruck bei dieser Starterklasse besonders hoch ist.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, dass die kraftschlüssige Verbindung bei dem er­ findungsgemäßen Starter nicht über einen Rollenfreilauf, sondern über zumindest einen zwischen dem ersten drehba­ ren Element und dem zweiten drehbaren Element angeordne­ ten Klemmkeil hergestellt wird, kann der Starter insge­ samt kostengünstig hergestellt werden.

Um ein gegenseitiges Verkippen oder Verkeilen der zuein­ ander bewegbaren Teile zu verhindern kann es vorteilhaft sein, wenn zumindest zwei Klemmkeile vorgesehen sind.

Der Starterabtrieb ist vorzugsweise durch ein um die Drehachse drehbares Ritzel gebildet, und das erste dreh­ bare Element ist durch eine koaxial zur Drehachse ange­ ordnete Scheibe gebildet.

Das zweite drehbare Element kann durch ein Gehäuse gebil­ det sein, das zumindest eine an den zumindest einen Klemmkeil angepasste Keilbahn aufweist, wobei das Gehäuse vorzugsweise zumindest abschnittsweise koaxial zur Dreh­ achse angeordnet ist.

Der zumindest eine Klemmkeil sowie die an diesen ange­ passte zumindest eine Keilbahn sind vorzugsweise in der Umfangsrichtung der Drehachse 20 keilförmig. Dabei drückt die zumindest eine Keilbahn den zumindest einen Klemmkeil zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung an die Scheibe.

Vorzugsweise sind mehrere Klemmkeile koaxial zur Drehach­ se angeordnet, und das Gehäuse weist eine der Anzahl der Klemmkeile entsprechende Anzahl von Keilbahnen auf.

Je nach Ausführungsform können entweder nur auf einer Seite oder auf beiden Seiten der Scheibe Klemmkeile ange­ ordnet sein.

Zumindest eine koaxial zur Drehachse angeordnete umlau­ fende Feder kann zum Anlegen der Klemmkeile vorgesehen sein. Wenn auf beiden Seiten der Scheibe Klemmkeile ange­ ordnet sind, sind vorzugsweise zwei umlaufende Federn vorgesehen, von denen die eine den auf der einen Seite der Scheibe angeordneten Klemmkeilen zugeordnet ist, wäh­ rend die andere den auf der anderen Seite der Scheibe an­ geordneten Klemmkeilen zugeordnet ist.

Der Abstand zwischen der Scheibe und den sich in Bezug auf die Drehachse radial erstreckenden Abschnitten des Gehäuses wird vorzugsweise mit zunehmendem Radius größer, d. h. die Keilbahnen sind nicht rechtwinklig zur Drehachse ausgerichtet. Dadurch kann ein sicheres Öffnung des Frei­ laufs in Überholrichtung sichergestellt werden.

Je nach Ausführungsform kann der Freilauf verschiebbar auf der Starterabtriebswelle oder ortsfest angeordnet sein.

Wenn der Starter ein Zwischenlager aufweist, kann der Freilauf und ein einen Planetenträger aufweisendes Plane­ tengetriebe in dem Zwischenlager angeordnet sein. In die­ sem Fall kann die Scheibe durch den zumindest einen Klemmkeil gegen eine zweite Scheibe und den Planetenträ­ ger gedrückt werden, um die kraftschlüssige Verbindung herzustellen.

Sofern vorhanden, kann die zweite Scheibe aus dem glei­ chen Material wie der zumindest eine Klemmkeil herge­ stellt sein.

Weiterhin kann ein Hohlrad Bestandteil des Zwischenlagers sein, und das Ritzel kann verschiebbar auf der Starterab­ triebswelle angeordnet sein.

Der erfindungsgemäße Starter kann beispielsweise ein Vor­ gelegestarter sein.

Eine besonders kostengünstige Herstellung ist möglich, wenn die zumindest ein Keilbahn und/oder weitere Bestand­ teile des Starters Tiefziehteile sind, wobei der zumin­ dest eine Klemmkeil vorzugsweise aus Metall und/oder aus Kunststoff hergestellt ist.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend an­ hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschnittbild durch einen be­ kannten Vorgelegestarter, der nach dem Schubschraubprinzip arbeitet;

Fig. 2a einen Längsschnitt durch den Klemmkeil­ freilauf einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Starters;

Fig. 2b eine Draufsicht auf den geöffneten Frei­ lauf nach Fig. 2a;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Starters mit einem ortsfesten Klemmkeilfreilauf.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Starter ist der Starter­ abtrieb durch ein Ritzel 2 gebildet, das beim Startvor­ gang über einen von einem Einrückrelais 22 angetriebenen Einrückhebel eingespurt wird. Der Elektromotorabtrieb er­ folgt über ein in einem Zwischenlager 14 angeordnetes Planetengetriebe, wobei ein Freilauf 21 zwischen dem Zwi­ schenlager und dem Ritzel 2 angeordnet ist.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2a und 2b ist das Freilaufgetriebe 21 verschiebbar auf der Starterab­ triebswelle 1 angeordnet, wobei der Starterabtrieb über ein um die Abtriebswellendrehachse 20 drehbares Ritzel 2 erfolgt. Das erste um die Drehachse 20 drehbare Element ist durch eine koaxial zur Drehachse angeordnete Scheibe gebildet, die fest mit dem Ritzel 2 verbunden ist. Der Freilauf 21 weist Klemmkeile 4, 4a auf, die links und rechts von der Scheibe 11 angeordnet sind. Das Freilauf­ gehäuse ist bei dieser Ausführungsform zweiteilig ausge­ bildet und umfasst die Gehäusehälften 6 und 8, die durch Bördeln oder Schweißen miteinander verbunden sind. An dem Gehäuseteil 8 ist ein Mitnehmer 12a angeformt. Die sich radial erstreckenden Innenoberflächen der Gehäuseteile 6, 8 bilden Keilbahnen 10, die an die Klemmkeile 4, 4a ange­ passt sind. Zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbin­ dung werden die Klemmkeile 4, 4a durch die Keilbahnen 10 der beiden Gehäusehälften 6, 8 gegen die mit dem Ritzel 2 verbundene Scheibe 11 gedrückt. Um ein Anliegen aller Keile 4, 4a sicherzustellen, sind zwei umlaufende Federn, 5, 5a am Umfang vorgesehen.

Um ein sicheres Öffnen des Freilaufs in Überholrichtung zu gewährleisten, sind die Keilbahnen 10 nicht rechtwink­ lich zur Achse, sondern derart ausgerichtet, dass der Ab­ stand zwischen den radial verlaufenden Gehäuseteilen 3, 9 und der Scheibe 11 mit zunehmendem Radius größer wird. Die beiden Gehäusehälften 6 und 8 sind durch einen Bör­ delbereich 7 miteinander verbunden.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine zweite Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Starters mit einem orts­ festen Klemmkeilfreilauf. Der Starterabtrieb erfolgt auch hier über ein Ritzel 2, das auf einer Abtriebswelle 1 an­ geordnet ist. Das erste drehbare Element ist durch eine Scheibe 11 gebildet, die fest mit der Abtriebswelle 1 verbunden ist. Die Scheibe 11 wird bei dieser Ausfüh­ rungsform durch Keilflächen 3 beziehungsweise Keilbahnen in der Gehäusehälfte 6 über die Klemmkeile 4 gegen eine zweite Scheibe 16 und einen Planetenträger 13 gedrückt. Der Freilauf 21 und das Planetengetriebe sind innerhalb eines Zwischenlagers 14 angeordnet.

Bei einer ungedämpften Ausführungsform ist auch das Hohl­ rad 17 Teil des Zwischenlagers 14.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist das Ritzel 2 auf der Starterabtriebswelle 1 über ein Steilgewinde 12 axial verschiebbar angeordnet, wobei auf die Darstellung des Gabelhebels verzichtet wurde.

Im Falle des in Fig. 3 dargestellten Starters mit orts­ festem Freilauf ergeben sich fertigungstechnische Vortei­ le gegenüber dem Einsatz eines Rollenfreilaufs, weil die Bohrungen für die Achsbolzen der Planetenräder nie in die Freilaufkulisse des Mitnehmers münden, wie dies beim Rol­ lenfreilauf allgemein üblich ist.

Obwohl dies nicht dargestellt ist, sind auch Ausführungs­ formen denkbar, bei denen der Freilauf 21 entsprechend den Ausführungsformen von Fig. 2a und 2b verschiebbar auf der Starterabtriebswelle angeordnet ist, und trotzdem nur auf einer Seite der Scheibe 11 Klemmkeile 4 vorgese­ hen sind. In einem derartigen Fall würden die in den Fig. 2a und 2b dargstellten Teile 4a, 5a und 11a entfal­ len. Gegebenenfalls müsste mit Rücksicht auf den Ver­ schleiß eine Scheibe 16 aus dem Klemmkeilmaterial zwi­ schen die Scheibe 11 und die dann ebene Gehäusehälfte 8 eingebracht werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Starter ist es durch die endli­ che Steifigkeit in axialer Richtung im Gegensatz zu Star­ tern mit Rollenfreilauf weiterhin möglich, ein Durchrut­ schen bei extremen Momentspitzen, wie zum Beispiel bei Flüssigkeitsschlägen im Verbrennungsmotor, ohne Beschädi­ gung aufzufangen.

Die Funktion als Überlastkupplung würde bei einer Anord­ nung der Keilbahnen und der Klemmkeile am Umfang der Scheibe 11 weitgehend verlorengehen.

Der erfindungsgemäße Starter kann beispielsweise auch ein Bremsschraubtrieb-Starter sein.

Claims (20)

1. Starter für einen Verbrennungsmotor, mit einem einen Elektromotorabtrieb aufweisenden Elektromotor, mit einem Starterabtrieb (2), und mit einem zwischen dem Elektromo­ torabtrieb und dem Starterabtrieb (2) angeordneten Frei­ lauf (21), der eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Elektromotorabtrieb und dem Starterabtrieb (2) zumin­ dest dann herstellt, wenn der Starter den Verbrennungsmo­ tor zum Starten antreibt, und der diese kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Elektromotorabtrieb und dem Star­ terabtrieb zumindest dann aufhebt, wenn der gestartete Verbrennungsmotor den Elektromotor in unzulässiger Weise antreiben würde, wobei der Freilauf (21) ein mit dem Starterabtrieb (2) verbundenes um eine Drehachse (20) drehbares erstes Element (11) und ein mit dem Elektromo­ torabtrieb verbundenes, ebenfalls um die Drehachse (20) drehbares zweites Element (6, 8) aufweist, und wobei die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten drehbaren Element (11) und dem zweiten drehbaren Element (6, 8) her­ gestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die kraft­ schlüssige Verbindung über zumindest einen zwischen dem ersten drehbaren Element (11) und dem zweiten drehbaren Element (6, 8) angeordneten Klemmkeil (4, 4a) hergestellt wird.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Klemmkeile (4, 4a) vorgesehen sind.

3. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Starterabtrieb durch ein um die Drehachse (20) drehbares Ritzel (2) gebildet ist, und dass das erste drehbare Element durch eine koaxial zur Drehachse (20) angeordnete Scheibe (11) gebildet ist.

4. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das zweite drehbare Element durch ein Gehäuse (6, 8) gebildet ist, das zumindest eine an den zumindest einen Klemmkeil (4, 4a) angepaßte Keil­ bahn (10) aufweist.

5. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (6, 8) zumindest abschnittsweise koaxial zur Drehachse (20) angeordnet ist.

6. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass sowohl der zumindest eine Klemmkeil (4, 4a) als auch die an diesen angepaßte zumin­ dest eine Keilbahn (10) in der Umfangsrichtung der Dreh­ achse (20) keilförmig sind, und dass die zumindest eine Keilbahn (10) den zumindest einen Klemmkeil (4, 4a) zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung an die Schei­ be (11) drückt.

7. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass mehrere Klemmkeile (4, 4a) koa­ xial zur Drehachse (20) angeordnet sind, und dass das Ge­ häuse (6, 8) eine entsprechende Anzahl von Keilbahnen (10) aufweist.

8. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass auf beiden Seiten der Scheibe (11) Klemmkeile (4, 4a) angeordnet sind.

9. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass zumindest eine koaxial zur Drehachse angeordnete umlaufende Feder zum Anlegen der Klemmkeile (4, 4a) vorgesehen ist.

10. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Scheibe (21) und den sich in Bezug auf die Drehachse ra­ dial erstreckenden Abschnitten des Gehäuses (6, 8) mit zu­ nehmendem Radius größer wird.

11. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Freilauf (21) verschiebbar auf der Starterabtriebswelle angeordnet ist.

12. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Freilauf (21) ortsfest an­ geordnet ist.

13. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass er ein Zwischenlager (14) auf­ weist, in dem der Freilauf (21) und ein einen Planeten­ träger (13) aufweisendes Planetengetriebe angeordnet sind.

14. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Scheibe (11) durch den zu­ mindest einen Klemmkeil (4, 4a) gegen eine zweite Scheibe (16) und den Planetenträger (13) gedrückt wird, um die kraftschlüssige Verbindung herzustellen.

15. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die zweite Scheibe (16) aus dem gleichen Material wie der zumindest eine Klemmkeil (4, 4a) hergestellt ist.

16. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass ein Hohlrad (17) Bestandteil des Zwischenlagers (14) ist, und dass das Ritzel (2) auf der Starterabtriebswelle (1) verschiebbar angeordnet ist.

17. Starrer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass es sich um einen Vorgelege­ starter handelt.

18. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Klemmkeil (4, 4a) ein Tiefziehteil ist.

19. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Klemmkeil (4, 4a) aus Metall und/oder aus Kunststoff hergestellt ist.

20. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass es sich um einen Bremsschraub­ triebstarter handelt.