DE102004058969B4 - Dämpfungselement für Anlasser-Motoren - Google Patents

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Abstract

Ein Anlasser für eine Brennkraftmaschine mit
– einem elektrischen Motor (14) innerhalb eines Gehäuses (12) des Anlassermotors (10),
– einem stationären Getriebeteil (16), das mit dem Gehäuse (12) des Anlassermotors (10) verbunden ist, wobei das stationäre Getriebeteil (16) eine Vielzahl von auf dem Umfang angeordneten Ausnehmungen (18) aufweist,
– einem stationären Zahnrad (20), das in dem stationären Getriebeteil (16) drehbar gelagert ist, wobei das stationäre Zahnrad (20) eine Vielzahl von radialen Fortsätzen aufweist, die sich radial in die Ausnehmung (18) hinein erstrecken,
– mit jeweils zwei Federn innerhalb einer Ausnehmung (18), die zwischen einem Fortsatz des stationären Zahnrads (20) und den beiden inneren Enden (26) der Ausnehmungen (18) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federn innerhalb einer Ausnehmung (18) jeweils unterschiedliche Federeigenschaften aufweisen.

Description

  • Bezug zu verwandten Patentanmeldungen
  • Die vorliegende Patentanmeldung steht im Zusammenhang mit der provisorischen US Patentanmeldung 60/529,495, angemeldet am 15. Dezember 2003.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung bezieht sich ganz allgemein auf einen elektrischen Anlassermotor. Noch spezifischer bezieht sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung auf einen Anlassermotor mit einer Dämpfung, die mit variabler Dämpfungsrate arbeitet.
  • Die Anwendung von Dieselmotoren, die ein Schwungrad mit dualer Massenverteilung (DMF) besitzen, ist in der Automobilindustrie zunehmend populär geworden (vgl. z.B. US 4 503 719 A ). Dies liegt an den Anforderungen auf Grund von Umweltanforderungen in Bezug auf Abgase und an dem Verlangen nach einer weichen Betriebsart des Antriebsstrangs. Wird ein Dieselmotor mit einer DMF angelassen, ist der Anlassermotor einer sehr starken Schwingungs- und Stoßbelastung ausgesetzt, da das Schwungrad mit dualer Massenverteilung (DMF) Schwingungen im Getriebe des Anlassermotors erzeugt. Diese Schwingungen und Stöße können sowohl als hohe Stoßbelastung (Amplitude) bei geringer Schwingungsfrequenz auftreten oder als niedrige Stoßbelastungen (Amplitude) bei hoher Schwingungsfrequenz. Diese Be lastungen können dazu führen, dass der Anlassermotor vorzeitig ausfällt.
    •
  • Anlassermotoren mit Dämpfungselementen sind für einen konkreten Lastfall ausgelegt und können damit nicht unterschiedliche Lastfälle abdecken. Deshalb ist es wünschenswert, einen Anlassermotor zur Verfügung zu stellen, der eine Dämpfung sowohl für die Lastfälle mit niedriger Frequenz und hoher Amplitude als auch für die Lastfälle mit hoher Frequenz und niedriger Amplitude ermöglicht.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Ein Anlassermotor entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist im Patentanspruch 1 angegeben.
  • In einer Ausführung der Erfindung weist der Anlassermotor eine Ausgangswelle auf, die mit dem stationären Zahnrad durch ein Planetenrad-Getriebe verbunden ist. Die Ausgangswelle hat eine Vielzahl von axial verlaufenden Zapfen, und das Planetengetriebe hat eine Vielzahl von Planetenrädern, wobei je ein Planetenrad drehbar auf jedem dieser Zapfen montiert ist. Die Planetenräder stehen in Ein griff mit dem stationären Zahnrad, und sie verbinden auf diese Weise das stationäre Zahnrad mit der Ausgangswelle.
  • In einer anderen Ausführung der Erfindung enthält der Anlassermotor ein Sonnenrad, das zentral innerhalb der Planetenräder positioniert ist und mit jedem der Planetenräder in Eingriff steht. Das Sonnenrad ist befestigt auf der Welle des elektrischen Motors, und es verbindet auf diese Weise den elektrischen Motor mit dem stationären Zahnrad in der Weise, dass Schwingungen und Stöße, die der elektrische Motor erfährt, durch die Dämpfungselemente absorbiert werden.
  • In einer weiteren Ausführung ist ein einziges Dämpfungselement mit variabler Dämpfungsrate gegenüber liegend einer Seite jedes der Arme des stationären Zahnrads positioniert. Auf diese Weise bietet es eine Dämpfung in einer einzigen Rotations-Richtung.
  • In noch einer weiteren Ausführung ist ein Paar von Dämpfungselementen mit variabler Dämpfungsrate auf gegenüberliegenden Seiten jedes der radial verlaufenden Abschnitte des stationären Zahnrads positioniert, wodurch sie eine Dämpfung in beiden Drehrichtungen ermöglichen.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben genannten Aspekte, und zusätzlich auch andere Aspekte der vorliegenden Patentanmeldung, werden Fachleuten unmittelbar einsichtig aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungen der Erfindung, wenn sie im Licht der begleitenden Zeichnungen gesehen werden, in denen dargestellt ist:
  • 1 ist eine teilweise nach Art einer Explosionszeichnung dargestellte perspektivische Ansicht eines Anlassermotors, der die Eigenschaften der vorliegenden Patentannmeldung aufweist, wobei Schraubenfedern mit variabler Federkraft die Dämpfung in einer Rotationsrichtung herstellen und Gummikissen die Dämpfung in der entgegengesetzten Umdrehungs-Richtung ermöglichen.
  • 2 ist eine Ansicht, ähnlich der in 1, einer alternativen Ausführungs form der Erfindung, wobei Schraubenfedern mit variabler Federkraft eine Dämpfung in beiden Rotationsrichtungen bewirken, und
  • 3 ist eine Ansicht, ähnlich der in 1, einer alternativen Ausführung der Erfindung, die mit klipp- bzw. klammerförmigen Federn aufgebaut ist, die eine variable Federkraft aufweisen, so dass dadurch eine Dämpfung in beiden Umdrehungs-Richtungen erreicht wird.
    •
  • Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Mit Bezug auf 1 wird ein Anlassermotor, der die Eigenschaften der vorliegenden Erfindung aufweist, ganz allgemein als 10 dargestellt. Der Anlassermotor 10 hat ganz allgemein ein Gehäuse 12 des Anlassers und einen elektrischen Motor 14, der darin angeordnet ist. Ein stationäres Getriebebasisteil 16 ist auf dem Gehäuse des Anlassers 12 befestigt. Es enthält eine Vielzahl von taschenförmigen Aussparungen 18, die darin ausgeformt sind und über den Umfang beabstandet auf diesem angeordnet sind. Ein stationäres Zahnrad 20 ist rotierbar innerhalb des stationären Getriebe-Basisteils 16 montiert. Es hat eine Vielzahl von radial verlaufenden Abschnitten 22. Ein radial verlaufender Abschnitt 22 reicht jeweils in jede der Taschen 18 hinein, die innerhalb des stationären Getriebe-Basisteils 16 ausgeformt sind, und zwar in der Weise, dass das stationäre Zahnrad 20 eine eingeschränkte Bewegungsfreiheit bezüglich der Rotation innerhalb des stationären Getriebe-Basiselements 16 besitzt.
  • Innerhalb der taschenförmigen Aussparungen 18 sind außerdem Dämpfungselemente mit variabler Dämpfungsrate angeordnet, und zwar eines pro Tasche, wie in 1 gezeigt. Zum Zweck der Darstellung ist eines der Dämpfungselemente 24 mit variabler Dämpfungsrate aus der Tasche 18 in der 6:00 Uhr Position in 1 entfernt. Die Taschen 18 definieren zwei innere Wände 26, und die Dämpfungselemente 24 sind auf dem Umfang zwischen den radial verlaufenden Abschnitten 22 des stationären Zahnrads 20 und einer der inneren Wände 26 der Taschen 18 positioniert.
  • Wie dargestellt sind die Taschen 18 innerhalb des stationären Getriebe-Basisteils 16 und die radial verlaufenden Abschnitte 22 des stationären Zahnrads 20 in gleichmäßigem Abstand jeweils um das stationäre Getriebe-Basisteil 16 und das stationäre Zahnrad 20 herum angeordnet. Noch spezifischer ausgedrückt ist der Anlassermotor 10 mit vier Taschen 18 gezeigt, die gleichmäßig beabstandet um das stationäre Getriebe-Basisteil 16 herum auf dem Umfang angeordnet sind, und das stationäre Zahnrad 20 weist vier radial verlaufende Abschnitte 22, die gleichmäßig um dieses herum im Abstand voneinander angeordnet sind, auf. Hier ist allerdings anzumerken, dass ein Anlassermotor 10 entsprechend den Prinzipien der vorliegenden Erfindung eine geeignete Anzahl von Taschen 18 und radial verlaufenden Abschnitten 22 aufweisen kann, und dass diese nicht notwendigerweise gleichmäßig um das stationäre Getriebeteil 16 und das stationäre Zahnrad 20 herum angeordnet sein müssen.
  • Mit Bezug auf 1 weist der Anlassermotor 10 nun weiterhin eine Ausgangswelle 38 auf, die mit dem stationären Zahnrad 16 durch ein Planetengetriebe 40 verbunden ist. Die Ausgangswelle 38 hat eine Vielzahl von axial verlaufenden Zapfen bzw. Stiften 42. Das Planetengetriebe 40 weist eine Vielzahl von Planetenrädern 44 auf, wobei jeweils ein Planetenrad 44 rotierbar auf einem der vier Zapfen 42 montiert ist, die axial aus der Ausgangswelle 38 heraustreten. Zum Zwecke der Illustration ist das Planetenrad 44 auf dem Zapfen 42 in der 3:00 Uhr Position in den 1, 2 und 3 weggelassen. Die nach außen reichenden Zähne des Planetenrades 44 stehen in Eingriff mit den nach innen reichenden Zähnen des stationären Zahnrads 20, das als ein Ring-Zahnrad ausgebildet ist. Auf diese Weise ist das stationäre Zahnrad 20 mit der Ausgangswelle 38 durch die Planetenräder 44 verbunden.
  • Ein Sonnenrad 46 ist in der zentralen Position innerhalb der Planetenräder 44 angeordnet und steht mit jedem dieser Planetenräder in Eingriff. Das Sonnenrad 46 ist auf der Gerätewelle 48 des elektrischen Motors 14 befestigt, es verbindet auf diese Weise den elektrischen Motor 14 mit dem stationären Zahnrad 16, und zwar mit Hilfe des Sonnenrades 46 und der Planetenräder 44. Das Drehmoment und die Rotation, die durch den elektrischen Motor 14 erzeugt werden, werden auf diese Weise durch das Sonnenrad 46 und die Planetenräder 44 auf die Ausgangswelle 38 übertragen. Schwingungen und Stöße werden auf die Ausgangs Welle 38 innerhalb des Anlassermotors 10 übertragen. Die Dämpfungselemente 24, 32, 34 mit variabler Dämpfungsrate der verschiedenen Anordnungen absorbieren die übertragene Energie, indem sie sich während der Schwingungen und der Stöße deformieren.
  • Wie in 1 gezeigt, sind die Dämpfungselemente 24 mit variabler Dämpfungsrate nur an einer Seite der radial verlaufende Abschnitte 22 des stationären Zahnrads 20 positioniert. Dies bietet eine Dämpfung für Stöße in einer Richtung, spezifisch ausgedrückt in der Richtung, die durch den Pfeil 28 gekennzeichnet ist. Alternativ kann der Anlassermotor 10, wie in der 2 gezeigt, Paare von Dämpfungselementen 24 mit variabler Dämpfungsrate enthalten, wobei jeweils ein Element 24 auf den gegenüberliegenden Seiten von jedem der radial verlaufenden Abschnitte 22 positioniert ist, wodurch die Dämpfungselemente eine Dämpfung in beiden Rotationsrichtungen herstellen, wie es durch die Pfeile 28 und 30 dargestellt ist. Zum Zwecke der Illustration sind die Dämpfungselemente mit variabler Rate 24 in der Tasche 18 ausgelassen, und zwar auf der 6:00 Uhr Position in 2.
  • Wie in den 1 und 2 dargestellt, sind die Dämpfungselemente 24 mit variabler Rate Schraubenfedern 32 mit variabler Rate. In 1 ist eine Schraubenfeder 32 mit variabler Rate an nur einer Seite von jedem der radial verlaufenden Abschnitte 22 des stationären Zahnrads 20 platziert, und ein Gummikissen 33 ist gegenüber an den anderen Seiten der radial verlaufenden Abschnitte eingesetzt, und in 2 ist eine Schraubenfeder mit variabler Rate 32 an beiden Seiten von jedem der radial verlaufenden Abschnitte 22 des stationären Zahnrads 20 platziert. Alternativ kann ein davon verschiedenes Dämpfungselement mit variabler Dämpfungsrate 24, wie zum Beispiel eine (klammerförmige) Feder bzw. Blattfeder 34, ebenfalls verwendet werden.
  • In 3 ist ein Anlassermotor 10 dargestellt, in dem eine (klammerförmige) Blattfeder 34 innerhalb jeder der Taschen 18 des stationären Zahnrads 16 angeordnet ist. Zum Zwecke der Illustration ist die Blattfeder 34 in der Tasche 18, die sich an der 6:00 Uhr Position in 3 befindet, weggelassen. Die Blattfedern 34 haben Abschnitte 36, die in die Taschen 18 hinein reichen, und zwar auf jeder Seite der radial verlaufenden Abschnitte 22 des stationären Zahnrads 20. Die Abschnitte der Federn sind so ausgelegt, dass sie sich unter Druck verbiegen, und dadurch eine Dämpfung in jeder der beiden Rotationsrichtungen herstellen, wie es durch die Pfeile 28 und 30 dargestellt ist.
  • Die Dämpfungselemente 24 mit variabler Rate stellen eine Dämpfung mit variablem Maß dar. Dies erfolgt in der Art und Weise, dass, wenn der Anlassermotor 10 Schwingungen mit hoher Frequenz und kleiner Amplitude erfährt, die Dämpfungselemente 24 dann eine erste Federkraft aufweisen, und dass, wenn der Anlassermotor einen Stoß mit hoher Amplitude und kurzer Dauer erfährt, dann die Dämpfungselemente 24 mit einer zweiten Federkraft arbeiten, die stärker als die erste Federkraft ist.
  • Die Oszillation, die durch das Schwungrad mit dualer Massenverteilung in einem Dieselmotor erzeugt wird, tritt in den meisten Fällen während des Anlassens des Motors auf. Die Schwingung besitzt eine hohe Frequenz bei kleiner Amplitude. Wenn der Anlassermotor 10 diese Art von Schwingung erfährt, arbeiten die Dämpfungselemente 24 mit variabler Dämpfungsrate als eine weiche Feder mit einer ersten Federkraft. Gelegentlich wird der Anlassermotor 10 einer Belastung durch einen starken Stoß unterworfen sein, und zwar einem Stoß mit hoher Amplitude für eine kurze Zeitdauer. Dies geschieht, wenn der Motor Fehlzündungen macht, aber auch während eines wiederholten Anlassens des Motors durch den Fahrer des Fahrzeugs. Wenn diese Art von Stoß mit hoher Amplitude auftritt, arbeiten die Dämpfungselemente 24 mit variabler Dämpfungsrate mit einer zweiten Federkraft, die stärker (steifer) ist als die erste Federkraft. Auf diese Weise besitzt der Anlassermotor 10 die Fähigkeit, in einem weiten Bereich die Belastung durch Stöße und Schwingungen zu absorbieren. Dies verhindert, dass der Anlassermotor 10 vorzeitig ausfällt oder ein außergewöhnliches Fehlverhalten zeigt. Ein Anlassermotor 10 mit den Eigenschaften der vorliegenden Erfindung kann auch verwendet werden in Motoren, die für Benzinantrieb ausgelegt sind, wenn diese Schwungräder mit dualer Massenverteilung besitzen oder starke Oszillationen des Motors während des Anlassens des Motors auftreten.
  • Die Dämpfungselemente mit variabler Dämpfungsrate 24, 32, 34 können auch so ausgelegt werden, dass sie mehr als eine erste und eine zweite Federkraft aufweisen. Dies erlaubt, dass sie noch weitere Arten von Schwingungen und Stößen verarbeiten können. Die Dämpfungselemente mit variabler Dämpfungsrate 24, 32, 34 können progressiv arbeiten, wobei die Federkraft sich entsprechend der Amplitude und Frequenz der Schwingungen und der Stöße, denen der Motor 10 ausgesetzt ist, verändert. Die Federkraft kann für verschiedene Anwendungsfälle so ausgelegt und angepasst werden, dass sie die Energie auf Basis der Eigenfrequenz der Maschine absorbiert.
  • In Einklang mit den Vorschriften für die Patenterteilung ist der Anlassermotor, der in der vorliegenden Patentannmeldung beschrieben ist, mit Hilfe von verschiedenen Ausführungen dargestellt worden. Dies ist allerdings aber so zu verstehen, dass die Erfindung auch in anderer Weise angewendet werden kann, als sie hier spezifisch illustriert und beschrieben ist.

Claims (3)

  1. Ein Anlasser für eine Brennkraftmaschine mit – einem elektrischen Motor (14) innerhalb eines Gehäuses (12) des Anlassermotors (10), – einem stationären Getriebeteil (16), das mit dem Gehäuse (12) des Anlassermotors (10) verbunden ist, wobei das stationäre Getriebeteil (16) eine Vielzahl von auf dem Umfang angeordneten Ausnehmungen (18) aufweist, – einem stationären Zahnrad (20), das in dem stationären Getriebeteil (16) drehbar gelagert ist, wobei das stationäre Zahnrad (20) eine Vielzahl von radialen Fortsätzen aufweist, die sich radial in die Ausnehmung (18) hinein erstrecken, – mit jeweils zwei Federn innerhalb einer Ausnehmung (18), die zwischen einem Fortsatz des stationären Zahnrads (20) und den beiden inneren Enden (26) der Ausnehmungen (18) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Federn innerhalb einer Ausnehmung (18) jeweils unterschiedliche Federeigenschaften aufweisen.
  2. Der Anlassermotor (10) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (18) und die Fortsätze des stationären Zahnrades (20) jeweils symmetrisch im Abstand auf dem stationären Getriebeteil (16) und dem stationären Zahnrad (20) angeordnet sind.
  3. Der Anlassermotor (10) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (32) progressive Federeigenschaften besitzen.
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