DE10110074A1 - Brems-Schraubtrieb-Starter - Google Patents

Abstract

Ein Brems-Schraubtrieb-Starter zum Andrehen von Verbrennungsmaschinen umfaßt einen Startermotor (2) mit einer Antriebswelle (3), ein damit verbundenes Getriebe (5), vorzugsweise Planetengetriebe, mit Freilauf (11), eine mit dem Freilauf (11) gekoppelte Abtriebswelle (12), ein mit der Abtriebswelle (12) gekoppeltes Einspurgetriebe (17) mit Steilgewinde (15), Zahn-Bremsscheibe (18) und Brems-Sperrglied (19), sowie ein vom Einspurgetriebe betätigbares Starterritzel (16), wobei das Brems-Sperrgleid (19) selbsttätig zwischen zwei bistabilen Endlagen, nämlich einer Freigabe-Endlage und einer Sperr-Endlage schaltbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Brems-Schraubtrieb-Starter zum Andrehen von Verbrennungsmaschinen mit den in Oberbegriff des Anspruches 1 an­ gegebenen Merkmalen.

Ein solcher Brems-Schraubtrieb-Starter ist aus der DE 24 39 981 A1 be­ kannt. Er weist einen Startermotor mit einer Antriebswelle auf, mit der ein Getriebe - in der Regel ein Planetengetriebe - mit Freilauf verbunden ist. Mit dem Freilauf ist eine Antriebswelle gekoppelt, auf der ein sogenanntes Einspurgetriebe für das Starterritzel angeordnet ist. Dieses Einspurgetriebe weist ein Steilgewinde, eine Zahn-Bremsscheibe und ein Brems-Sperrglied auf.

Bei dem Starter gemäß der vorgenannten Druckschrift DE 24 39 981 A1 umfaßt das Brems-Sperrglied eine Sperrhülse mit Sperrzähnen, die reib­ schlüssig mit dem auf dem Steilgewinde sitzenden Mitnehmerschaft für das Starterritzel verbunden ist. Eine Sperrklinke ist durch einen Elektromagne­ ten in die Geometrie der Sperrzähne einschwenkbar, so daß bei einge­ schwenkter Sperrklinke und sich drehendem Startermotor am Umfang des Mitnehmerschafts eine Kraft wirkt. In Zusammenwirkung mit dem Steil­ gewinde ergibt sich dadurch eine Vortriebskraft, mit der das Ritzel in einen mit der Kurbelwelle einer Verbrennungsmaschine gekoppelten Zahnkranz einspurbar ist.

Mit dem Aktivieren des Starters wird der als Aktuator fungierende Elek­ tromagnet bestromt, dadurch ein Magnetanker daraus ausgeschoben und die Sperrklinke in die Sperrzähne eingeschwenkt. Mit der weiteren Hubbewe­ gung des Magnetankers werden zwei Relaiskontakte geschlossen, dadurch der Startermotor bestromt, das Andrehritzel vor- und eingespurt und schließlich die Verbrennungsmaschine durch Andrehen gestartet. Die Sperrklinke wird dabei noch dazu benutzt, bei wechselnden Lasten am Zahnkranz der Verbrennungsmaschine eine Ausspuren des Andrehritzels zu verhindern.

Der in der DE 24 39 981 A1 offenbarte Starter hat den Nachteil, daß neben dem eigentlichen am Armaturenbrett des Fahrzeuges angeordneten Start­ schalter weitere in der Startvorrichtung angeordnete Kontakte zum Be­ stromen des Startermotors benötigt werden. Weiterhin ist bei sehr beengten Platzverhältnissen der Elektromagnet des Aktuators im Antriebslager des Starters untergebracht. Dies macht eine seitliche Öffnung im Antriebslager notwendig. Zusätzlich muß diese seitliche Öffnung durch einen separaten Deckel verschlossen werden.

Zusammenfassend erfolgt beim Stand der Technik also die Betätigung der mechanischen Vorspurfunktion durch ein in den Starter integriertes mecha­ nisches Relais, das meist auch die Schaltfunktion für den Starter-Haupt­ strom übernimmt. Diesem Relais ist ein Aktuator zur Steuerung der Ein- und Ausspurfunktion zugeordnet. Falls dabei - wie es moderne Starterkon­ struktionen vorsehen - die Relais- und Motorkomponenten räumlich ge­ trennt werden, wird ein zweiter Aktuator zur Steuerung des Brems-Sperr­ gliedes des Starters notwendig.

Eine besondere Problematik liegt bei Startern ferner generell in der Steue­ rung des Ausspurens und Abschaltens des Starters. In diesem Zusammen­ hang sind elektronische Abschalt-Steuerungen mittlerweile einfach reali­ sierbar, die in der Regel ein Drehzahlsignal als Eingangsgröße für die Ab­ schalt-Steuerung verwenden. Bis zur zuverlässigen Erfassung der Ab­ schaltdrehzahl, der Umsetzung des entsprechenden Signals und bis zum eigentlichen Abschalten vergeht unvermeidlich eine bestimmte Zeitspanne, die als Totzeit der Abschalt-Steuerung zu Buche schlägt. Diese ist auf der zeitlichen Skala des Startvorganges durchaus signifikant, was sich dadurch äußert, daß bis zum eigentlichen Ausspuren und Abschalten die Verbren­ nungsmaschine bereits mit höherer Startdrehzahl läuft, wodurch sich eine erhöhte Überholdrehzahl des Ritzels gegenüber dem Startermotor ergibt. Dies führt zu einer erhöhten Beanspruchung des zwischen Ritzel und Star­ termotor angeordneten Freilaufs und einer vermeidbaren Geräuschent­ wicklung.

Ausgehend von den geschilderten Nachteilen des Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Brems-Schraubtrieb-Starter anzugeben, dessen Ein- und Ausspurvorgang in zuverlässiger Weise ohne Aktuator steuerbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst, wonach das Brems-Sperrglied selbsttätig zwischen zwei bistabilen Endlagen, nämlich einer Freigabe-Endlage und einer Sperr-Endlage, schaltbar ist. Vorzugsweise kann dabei das Brems- Sperrglied als bistabile Bremswippe ausgebildet sein, die wiederum durch eine bistabile Schnappfeder in ihren Endlagen gehalten werden kann.

Wie aus den Unteransprüchen 4 bis 6 hervorgeht, kann die Betätigung des Brems-Sperrgliedes in die Sperr-Endlage vorzugsweise mit Hilfe eines trägheitsgesteuerten Betätigungsglieds erfolgen. Dieses kann - wie bei­ spielsweise in der älteren, jedoch nachveröffentlichten Anmeldung DE 100 16 706 A1 angegeben ist - aus einem drehbar gelagerten Statorrohr beste­ hen, das bei Andrehen des Startermotors aufgrund der Abstoßungskräfte zwischen Motor und Stator um seine Rohrachse ausgelenkt wird. Diese Auslenkbewegung wird mit Hilfe eines Betätigungselementes auf das Brems-Sperrglied übertragen.

Eine Alternative dazu sieht Unteranspruch 5 vor, wonach das Betätigungs­ glied für das Brems-Sperrglied am auslenkbar gelagerten Hohlrad des Pla­ netengetriebes des Starters angeordnet ist. Näheres hierzu ergibt sich aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.

Für die Betätigung des Brems-Sperrgliedes in die Freigabe-Endlage ist ge­ mäß weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung nach den Ansprüchen 7 bis 10 ein Fliehkraftöffner, vorzugsweise am Einspurgetrie­ be, vorgesehen. Dadurch wird die Rotation und Drehzahl des Ritzels un­ mittelbar mechanisch erfaßt, so daß bei einem Selbstlauf der Verbren­ nungsmaschine mit einer entsprechend hohen Drehzahl des Ritzels dies praktisch ohne Zeitverzögerung für eine Signalverarbeitung vom Flieh­ kraftöffner mechanisch umgesetzt und das Brems-Sperrglied in die Freiga­ be-Endlage überführt werden kann. Damit kann das Ritzel ohne zeitliche Verzögerung ausspuren, was die Zeitspanne von "Überholvorgängen" im Starter-Getriebestrang erheblich reduziert.

Zusammenfassend ergibt sich durch das erfindungsgemäße selbsttätige, bistabile Brems-Sperrglied eine Vielzahl von Vorteilen:

• - Es ermöglicht die Selbstschaltung des Ein- und Ausspurvorganges ohne Aktuator.
• - Damit ist die elektrische Schaltfunktion für den Starter von der mecha­ nischen Schaltfunktion für das Ein- und Ausspuren problemlos örtlich zu trennen.
• - Die Steuerung von Ein- und Ausspuren wird rein mechanisch vorge­ nommen.
• - Der Selbstlauf der angedrehten Verbrennungsmaschine kann unmittel­ bar das selbsttätige Ausspuren steuern.
• - Durch die Bistabilität des Brems-Sperrgliedes sind die Freigabe- und Sperr-Endlage und der Schaltvorgang dazwischen jeweils in Ablauf und Zeitpunkt eindeutig definiert.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der nach­ folgenden Beschreibung entnehmbar, in der ein Ausführungsbeispiel an­ hand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 einen Teilaxialschnitt durch einen Starter,

Fig. 2 eine schematische Axialansicht der Bremsvorrichtung mit Zahn-Bremsscheibe und Brems-Sperrglied,

Fig. 3 eine schematische Axialansicht des Planetengetriebes des Starters,

Fig. 4 eine ausschnittsweise Detailansicht des Brems-Sperrgliedes aus Pfeilrichtung IV nach Fig. 2 und

Fig. 5 und 6 ausschnittsweise Detailschnitte durch Fliehkraftöffner in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Die Fig. 1 zeigt im Schnitt die für die vorliegende Erfindung relevanten Bauteile eines Brems-Schraubtrieb-Starters, dessen Motorgehäuse mit 1 bezeichnet ist. Der darin untergebrachte Startermotor 2 ist lediglich sche­ matisch angedeutet. Dessen Antriebswelle 3 trägt das Sonnenrad 4 eines Planetengetriebes 5, das im Starter als sogenanntes "Vorgelegegetriebe" fungiert. Mit dem Sonnenrad 4 kämmen mehrere Planetenräder 6, von de­ nen in Fig. 1 (und auch 3) lediglich eines dargestellt ist. Radial außen wird das Planetengetriebe 5 von einem im wesentlichen stationären Hohlrad 7 begrenzt, in dem sich die Planetenräder 6 abwälzen. Das Hohlrad 7 ist in einem sogenannten Zwischenlager 8 in noch näher zu erörternder Weise gelagert, das ortsfest und drehfest am Motorgehäuse 1 angeordnet ist.

Die Planetenräder 6 werden von einem um die Motorachse drehbar gela­ gerten Planetenträger 9 gehalten, indem letzterer der Zahl der Planetenräder 6 entsprechend mehrere Achsstummel 10 aufweist, auf denen die Planeten­ räder 6 jeweils drehbar gelagert sind.

Am Planetenträger 9 ist ein üblich aufgebauter Freilauf 11 montiert, der eine koaxial zur Antriebswelle 3 in einem Antriebslagerdeckel 13 gelagerte Abtriebswelle 12 antreibt. Auf der Abtriebswelle 12 sitzt ein sogenannter Mitnehmerschaft 14, der mit der Abtriebswelle 12 über ein Steilgewinde 15 gekoppelt ist. An der dem Startermotor 2 abgewandten Seite des Mitneh­ merschafts 14 ist ein Starterritzel 16 ausgebildet, das mit einem nicht näher dargestellten Zahnkranz an der Kurbelwelle der anzulassenden Verbren­ nungsmaschine in und außer Eingriff bringbar ist.

Die dazu notwendige Ein- und Ausspurbewegung wird mit Hilfe des Steil­ gewindes 15 bewerkstelligt, wobei im vorliegenden Falle eines Brems- Schraubtrieb-Starters das Einspurgetriebe 17 neben dem Steilgewinde 15 eine drehfest auf dem Mitnehmerschaft 14 sitzende Zahn-Bremsscheibe 18 und radial außerhalb davon eine damit in Eingriff bringbare Bremswippe 19 aufweist, deren Aufbau und Funktion im folgenden noch näher be­ schrieben wird.

Zur Betätigung der Bremswippe 19 in Richtung zur Sperr-Endlage ist eine parallel zur Motorachse verlaufende Betätigungsstange 20 vorgesehen, die im Hohlrad 7 befestigt ist und das Zwischenlager 8 über eine Langlochöff­ nung 21 durchgreift.

Schließlich ist am Mitnehmerschaft 14 an seinem dem Starterritzel 16 ab­ gewandten Ende ein Fliehkraftöffner 22 vorgesehen, mit dem die Brems­ wippe 19 in Richtung ihrer Freigabe-Endlage in noch näher zu erläuternder Weise schaltbar ist.

Wie nun aus Fig. 2 und 4 hervorgeht, besteht die Bremswippe 19 aus einem langgestreckten Metallblechteil, das über seine Länge mehrfach abgekröpft ist. An einem Ende bilden drei nebeneinander liegende, ausgestanzte La­ schen 23, 24, 25 ein Bandscharnier 26, mit dem die Bremswippe 19 auf einem im Zwischenlager 8 verankerten Lagerstift 27 schwenkbar gelagert ist. Vor dem entgegengesetzten Ende ist ein Sperrzahn 28 freigestanzt und in Richtung zur Zahn-Bremsscheibe 18 abgekantet. An dem dem Band­ scharnier 26 abgewandten Ende 29 der Bremswippe 19 greift eine ebenfalls in einem Lagerstift 30 schwenkbare Schnappfeder 31 an. Bremswippe 19 und Schnappfeder 31 bilden ein kinematisches System, das zwei bistabile Endlagen aufweist, nämlich die in Fig. 2 mit durchgezogenen Linien darge­ stellte Freigabe-Endlage und die strichliert dargestellte Sperr-Endlage. In der Freigabe-Endlage liegt die Bremswippe 19 mit ihrem Ende 29 vor der Betätigungsstange 20.

Die Funktion des Brems-Schraubtrieb-Starters zum Einspuren des Starter­ ritzels 16 ist nun wie folgt zu erläutern:
Durch das Aktivieren des Starters wird dessen Startermotor 2 in Gang ge­ setzt, wodurch das Planetengetriebe 5 in Rotation versetzt wird. Durch das Abwälzen der Planetenräder 6 im Hohlrad 7 und den Start der Drehbewe­ gung wird das drehbar gelagerte Hohlrad 7 entgegen der Laufrichtung der Planetenträger 9 mit einem Drehmoment beaufschlagt. Dies führt zu einer Drehbewegung des Hohlrades 7 in Drehrichtung B, so daß die im Hohlrad 7 gelagerte Bestätigungsstange 20 entsprechend ausgelenkt wird. Die Drehbewegung des Hohlrades 7 wird dabei durch eine Dämpfungseinrich­ tung 32 begrenzt. Diese ist durch über eine kurze Umfangsstrecke des Zwi­ schenlagers 8 verlaufende Lagertaschen 33 und darin eingesetzte, elastome­ re Dämpfungskörper 34 gebildet, die zwischen sich jeweils eine radial außen am Hohlrad 7 angeformte Mitnehmernase 35 einschließen. Bei der Verdrehung des Hohlrades 7 wird der in Richtung der Drehrichtung B lie­ gende Dämpfungskörper 34 komprimiert und baut damit eine Gegenkraft gegen die Hohlraddrehung auf.

Die durch die Hohlraddrehung erzeugte Auslenkung A der Betätigungs­ stange 20 zur Seite wird auf die bistabile Bremswippe 19 übertragen, die aus der Freigabe-Endlage in die in Fig. 2 strichliert dargestellte Sperr- Endlage übergeführt wird. In dieser greift der Sperrzahn 28 der Bremswip­ pe 19 hinter die Sperrflanke 36 einer der Zähne 37 der Zahn-Bremsscheibe 18 und blockiert somit deren Drehbewegung. Da sich die Rotation des Startermotors 2 über das Planetengetriebe 5 und den Freilauf 11 auf die Abtriebswelle 12 des Starters überträgt, findet eine Relativdrehung zwi­ schen der Abtriebswelle 12 und dem stationär festgehaltenen Mitnehmer­ schaft 14 statt. Dadurch wird letzterer über das Steilgewinde 15 in Einspur­ richtung E gegen die Wirkung einer nicht näher dargestellten Ausspurfeder verlagert. Das Starterritzel 16 kämmt mit dem entsprechenden Zahnkranz der Verbrennungsmaschine und kann diese andrehen. Durch die Verlage­ rung des Mitnehmerschafts 14 in Einspurrichtung E rutscht die Bremswip­ pe 19 von der Zahn-Bremsscheibe 18 ab und legt sich durch die Wirkung der Schnappfeder 31 hinter die Zahn-Bremsscheibe 18, wie dies in Fig. 2 punktiert angedeutet ist. Damit ist ein unbeabsichtigtes Ausspuren des Starterritzels 16 unter dem Einfluß der Ausspurfeder vorerst blockiert.

Das Ausspuren ist erst vonnöten, wenn die Verbrennungsmaschine selb­ ständig läuft. Dieser Zustand wird innerhalb der Bremsvorrichtung durch den erwähnten Fliehkraftöffner 22 erfaßt und unmittelbar in eine Beauf­ schlagung der Bremswippe 19 in Richtung der Freigabe-Endlage umge­ setzt.

Dazu weist der Fliehkraftöffner 22 ein am Mitnehmerschaft 14 an­ geflanschtes Halteblech 38 auf, das einen Träger 39 für ein darin ver­ schiebbar geführtes, im wesentlichen bolzenförmiges Massenelement 40 hält. Wie aus Fig. 5 deutlich wird, ist zwischen dem eine Lageröffnung 41 für das Massenelement 40 aufweisenden, abgekröpften Lagerarm 42 des Trägers 39 und einem am inneren Ende des Massenelementes 40 angeord­ neten, umlaufenden Ringvorsprung 43 eine Fliehkraft-Rückstellfeder 44 eingespannt, die das Massenelement 40 radial nach innen beaufschlagt. In seiner Ruhestellung liegt es am Halteblech 38 an (Fig. 5).

Das Massenelement 40 wird nun entgegen der Rückstellfeder 44 mit zu­ nehmender Drehzahl des Mitnehmerschafts 14 radial nach außen verlagert. Da bei einem Selbstlauf der mit dem Starter angedrehten Verbrennungsma­ schine sich die Drehzahl des Starterritzels 16 und damit des Mitnehmer­ schafts 14 unter Aktivierung des Freilaufs 11 schlagartig erhöht, wird das Massenelement 40 entsprechend nach außen verlagert. Es trifft auf die Bremswippe 19 und schaltet diese aus der stabilen Sperr-Endlage in die ebenfalls stabile Freigabe-Endlage. Die Bremswippe 10 gelangt außer Ein­ griff mit der Zahn-Bremsscheibe 18, wodurch die nicht näher dargestellte Ausspurfeder den Mitnehmerschaft 14 mit dem Starterritzel 16 entgegen der Einspurrichtung E verlagern und für ein Ausspuren des Ritzels 16 sor­ gen kann.

In Fig. 6 ist eine alternative Ausgestaltung eines Fliehkraftöffners 22' dar­ gestellt. Hierbei ist das Massenelement 40' als kreisbogenförmiger, eine längliche Gestalt aufweisender Körper ausgeführt, der mittig einen radial nach innen gerichteten Lagertopf 45 aufweist. Dieser ist in einer Lageraus­ nehmung 46 des Mitnehmerschafts 14 radial verschiebbar geführt. Zur Si­ cherung des Massenelementes 40' ist eine in der Innenöffnung des Lager­ topfes 45 angeordnete, dessen Boden 49 durchgreifende Anschlagschraube 47 vorgesehen, die in einem Sackgewinde 50 im Stirnende der Lageraus­ nehmung 46 befestigt ist. Zwischen dem Kopf 48 der Anschlagschraube 47 und dem Boden 49 des Lagertopfes 45 ist wiederum eine Rückstellfeder 44' eingespannt, die das Massenelement 40' radial nach innen entgegen der auftretenden Fliehkraft beaufschlagt.

Durch die langgestreckte Gestalt des Massenelementes 40' wird die Betäti­ gung der Bremswippe 19 weniger hart und schlagartig ausgeführt.

Claims (10)

1. Brems-Schraubtrieb-Starter zum Andrehen von Verbrennungsmaschi­ nen, umfassend:
einen Startermotor (2) mit einer Antriebswelle (3),
ein damit verbundenes Getriebe (5), vorzugsweise Planetengetriebe, mit Freilauf (11),
eine mit dem Freilauf (11) gekoppelte Abtriebswelle (12),
ein mit der Abtriebswelle (12) gekoppeltes Einspurgetriebe (17) mit Steilgewinde (15), Zahn-Bremsscheibe (18) und Brems-Sperrglied (19) sowie
ein vom Einspurgetriebe (17) betätigbares Starterritzel (16),
dadurch gekennzeichnet, daß das Brems-Sperrglied (19) selbsttätig zwischen zwei bistabilen Endlagen, nämlich einer Freigabe-Endlage und einer Sperr-Endlage schaltbar ist.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Brems- Sperrglied als bistabile Bremswippe (19) ausgebildet ist.

3. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Brems-Sperrglied (19) durch eine bistabile Schnappfeder (31) in seinen Endlagen haltbar ist.

4. Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Brems-Sperrgliedes (19) in die Sperr-Endlage durch ein trägheitsgesteuertes Betätigungsglied (20) erfolgt.

5. Starter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Betäti­ gungsglied (20) am Hohlrad (7) des Planetengetriebes (5) angeordnet ist, wobei das Hohlrad (7) um seine Rotationsachse unter Einfluß der getriebeinternen Trägheitskräfte auslenkbar gelagert ist und die Betäti­ gung des Brems-Sperrgliedes (19) durch die Auslenkbewegung erfolgt.

6. Starter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Hohlrad (7) mit einer Dämpfung (34) bezüglich seiner Auslenkbewegung verse­ hen ist.

7. Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung des Brems-Sperrgliedes (19) in die Freigabe- Endlage durch einen Fliehkraftöffner (22, 22') erfolgt.

8. Starter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flieh­ kraftöffner (22, 22') am Einspurgetriebe (17) angeordnet ist.

9. Starter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Flieh­ kraftöffner (22, 22') ein entgegen der Fliehkraft federbeaufschlagtes Massenelement (40, 40') aufweist, das in seiner ausgelenkten Stellung das Brems-Sperrglied (19) in Richtung der Freigabe-Endlage beauf­ schlagt.

10. Starter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Mas­ senelement (40') eine in Rotationsrichtung des Fliehkraftöffners (22') kreisbogenförmig verlängerte Gestalt aufweist.