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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anlasserscheibe zur Anordnung
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft fernerhin
eine Anlassereinheit umfassend eine solche Anlasserscheibe.
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Eine
Anlasserscheibe oder auch Anlasserrad dient dazu, das Drehmoment
eines Anlassers mittelbar oder unmittelbar auf die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeugs zu übertragen, um diesen anzulassen
bzw. zu starten. Ein solcher Anlasser kann bspw. ein Elektromotor
sein, der über die Fahrzeugbatterie betrieben ist. Im Sinne der
Patentanmeldung umfasst der Begriff Kraftfahrzeuge auch Lastkraftwagen,
Landmaschinen und dergleichen. Eine Anlasserscheibe umfasst einen Anlasserzahnkranz,
der auf einem Scheibenkörper bzw. Zahnkranzträger
angeordnet ist. In die Zahnräder des Anlasserzahnkranzes
greift ein Ritzel des Anlassers ein und treibt den Anlasserzahnkranz
zusammen mit dem Scheibenkörper rotatorisch an.
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Nachteilig
bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist,
dass insbesondere zu Beginn des Startvorgangs hohe Drehmomente auftreten.
Dies führt zu dynamischen Effekten, die vom Fahrer als
subjektiv störend empfunden werden können.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, das beim Anlassen eines Verbrennungsmotors übertragene Drehmoment
zu begrenzen.
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Diese
Aufgabe wird gelöst von einer Anlasserscheibe gemäß Anspruch
1. Vorteilhafte und bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der
hiervon abhängigen Ansprüche. Eine Anlassereinheit umfassend
eine erfindungsgemäße Anlasserscheibe ist Gegenstand
eines nebengeordneten Anspruches. Deren vorteilhafte und bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der hiervon abhängigen
Ansprüche.
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Erfindungsgemäß wird
eine Anlasserscheibe zur Anordnung im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs,
vorgeschlagen umfassend einen Scheibenkörper und einen
Anlasserzahnkranz, der am Außenumfang des Scheibenkörpers
angeordnet ist, wobei der Scheibenkörper und der Anlasserzahnkranz
als separate Teile bzw. Komponenten ausgebildet sind, zwischen denen
eine Rutschkupplung wirksam ist, um das übertragbare Drehmoment
vom Anlasserzahnkranz auf den Scheibenkörper zu begrenzen.
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Der
Scheibenkörper kann auch als Zahnkranzträger bezeichnet
werden. Der Scheibenkörper ist bevorzugt als Lochscheibe,
als Vollscheibe oder als Ringkörper ausgebildet. Der Anlasserzahnkranz ist
bevorzugt als Ringkörper ausgebildet und weist bevorzugt
eine Außenverzahnung auf, die auf dessen Außenumfangsfläche
ausgebildet ist. Der Scheibenkörper und/oder der Zahnkranzträger
können einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
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Die
erfindungsgemäße Lösung hat viele Vorteile.
Ein wesentlicher Vorteil ist darin zu sehen, dass auf einfache und
damit auch kostengünstige Weise das mit der Anlasserscheibe übertragbare
Drehmoment begrenzt wird. Damit kann auch das Drehmoment zwischen
dem Anlasser und dem Verbrennungsmotor begrenzt bzw. limitiert werden.
Als Folge können wesentliche Bauteile des Systems für
ein geringeres Maximalmoment ausgelegt werden, was Bauraum, Gewicht
und Kosten einspart. Weiterhin werden die konstruktiven Freiheitsgrade
erhöht, bspw. indem nunmehr auch Kunststoffteile verwendet
werden können. Zudem kann die Geräuschentwicklung
beim Starten bzw. Anlassen des Verbrennungsmotors reduziert und
die subjektiv wahrnehmbare Startqualität bzw. Anlassqualität
verbessert werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zwischen der Innenumfangsfläche des
Anlasserzahnkranzes und der Außenumfangsfläche
des Scheibenkörpers ein Reibschluss gegeben ist, mittels
dessen ein Drehmoment vom Anlasserzahnkranz auf den Scheibenkörper übertragbar
ist, wobei über diesen Reibschluss gleichfalls die Rutschkupplung
realisiert ist. Eine derartige quasi integrierte Rutschkupplung
ist in vorteilhafter Weise sowohl platzneutral als auch kostengünstig
in der Herstellung bzw. Montage. Bei der Rutschkupplung handelt
es sich demnach um eine Reibkupplung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Innenumfangsfläche
des Anlasserzahnkranzes konisch und die Außenumfangsfläche
des Scheibenkörpers korrespondierend hierzu ebenfalls konisch
ausgebildet ist. Auf diese Weise können bei einer gleichen
axialen Breite die korrespondierenden Reibflächen vergrößert
werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anlasserzahnkranz
mit seiner konischen Innenumfangsfläche gegen die konische Außenumfangsfläche
des Schei benkörpers gedrückt wird, wozu der Anlasserzahnkranz
in einer axialen Richtung mit einer Kraft beaufschlagt ist. Die
axiale Richtung ist durch die Rotationsachse der Anlasserscheibe
bestimmt. Die Kraftbeaufschlagung des Anlasserzahnkranzes erfolgt
in Richtung auf den Scheibenkörper. Im Falle der konischen
Ausbildung der Kontaktflächen bzw. Reibflächen
ist bevorzugt vorgesehen, dass eine konische Aufweitung der Reibflächendurchmesser
in der Richtung der axialen Kraftaufbringung erfolgt. Dadurch werden
die korrespondierenden Reibflächen in der Art eines Reibungskegels
verstärkt aneinander gepresst. Die sich ergebende Reibkraft
FR kann näherungsweise über das Coulombsche Reibgesetz
FR = μ·FN bestimmt
werden, wobei FN der in Axialrichtung aufgebrachten Normalenkraft
entspricht, mit welcher der Anlasserzahnkranz gegen den Scheibenkörper
gedrückt wird, und μ den Reibwert bzw. Reibbeiwert
der Reibflächenpaarung angibt. Das zwischen dem Anlasserzahnkranz
und dem Scheibenkörper übertragbare Drehmoment
ist damit durch Wahl der axialen Kraft bzw. Druckkraft, mit welcher
der Anlasserzahnkranz gegen den Scheibenkörper gedrückt
oder gepresst wird, einstellbar.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anlasserzahnkranz
mittels wenigstens einer Tellerfeder in der axialen Richtung kraftbeaufschlagt
ist. Eine Tellerfeder kann in vorteilhafter Weise bei einem geringen
axialen Platzbedarf hohe axiale Kräfte erzeugen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung hiervon ist vorgesehen, dass die Tellerfeder
mit einer Lochung bzw. gelocht, oder mit Ausnehmungen, ausgebildet
ist. Dies führt zu einer Gewichtsersparnis und kann auch
die Elastizität der Tellerfeder verbessern. Zudem kann über
die Lochung die Federkraft bzw. Elastizität eingestellt
werden. Weiterhin kann durch die Lochung eine verbesserte Kühlung
erreicht werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Tellerfeder im
Bereich ihres Innendurchmessers mittels eines Flansches vorgespannt
ist, wobei dieser Flansch drehfest mit dem Scheibenkörper
verbunden ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Tellerfeder mit
ihrem radial äußeren Bereich gegen den Anlasserzahnkranz
drückt und sich mit ihrem radial inneren Bereich abstützt.
Der radial innere Bereich bzw. Bereich des Innendurchmessers lässt
sich bevorzugt als ein an einer zentralen Ausnehmung bzw. Öffnung
der Tellerfeder radial angrenzender Bereich auffassen. Bevorzugt
ist der Flansch als Blechflansch ausgebildet und mit dem Scheibenkörper
vernietet.
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Eine
erfindungsgemäße Anlassereinheit zur Anordnung
im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs umfasst eine erfindungsgemäße
Anlasserscheibe, in der zuvor beschriebenen Art.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Anlassereinheit ist vorgesehen, dass
die Anlasserscheibe mittels wenigstens eines Wälzlagers
am Motorblock des Kraftfahrzeugs abgestützt bzw. befestigt ist.
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Gemäß einer
weiterhin bevorzugten Weiterbildung der Anlassereinheit ist vorgesehen,
dass die Anlasserscheibe mittels eines Freilaufs mit einer Schwungscheibe
oder einem Zweimassenschwungrad des Antriebsstranges verbunden ist.
Bevorzugt ist die Anlasserscheibe mit der Primärschwungscheibe
bzw. Primärschwungmasse eines Zweimassenschwungrades verbunden.
Unter einem Freilauf wird eine mechanische Einrichtung verstanden,
die einen Teil eines Antriebstranges von der Drehbewegung definiert
entkoppelt, wenn sich die Lastverhältnisse ändern.
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Alternativ
kann die erfindungsgemäße Anlasserscheibe auch
als Schwungrad ausgebildet sein. Hierbei kann insbesondere vorgesehen
sein, dass die Anlasserscheibe als Primärschwungrad eines
Zweimassenschwungrades ausgebildet ist.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Dabei zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Anlasserscheibe in einer perspektivischen Ansicht;
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2 einen
Schnitt durch die Anlasserscheibe der 1, gemäß dem
Schnittverlauf A-A;
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3 eine
Detailansicht aus der 2; und
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4 eine
bevorzugte Anordnung der Anlasserscheibe im Antriebsstrang eines
Kraftfahrzeugs in einer schematischen Ansicht.
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Die 1 zeigt
eine insgesamt mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße
Anlasserscheibe. Die Anlasserscheibe 1 umfasst einen Scheibenkörper bzw.
Zahnkranzträger 2, an dessen Außenumfang bzw.
Außenumfangsfläche ein Anlasserzahnkranz 3 mit
einer Außenverzahnung 4 angeordnet ist. In die Außenverzahnung 4 kann
das Ritzel eines nicht gezeigten Anlassers eingreifen. Der Scheibenkörper 2 und
der Anlasserzahnkranz 3 sind als separate Teile bzw. Bauteile
ausgebildet, die zueinander eine rotatorische und/oder eine axiale
Bewegung ausführen können. Die axiale Bewegung
bezieht sich auf die zentrale Drehachse bzw. Rotationsachse 5.
Die Anlasserscheibe 1 umfasst weiterhin eine Tellerfeder 6 mit
einer Lochung 7, welche den Anlasserzahnkranz 3 in
einer axialen Richtung gegen den Scheibenkörper 2 drückt,
wie nachfolgend noch näher erläutert. Die Tellerfeder 7 ist über
einen Flansch 8 mittels von Nieten 9 am Scheibenkörper 2 drehfest
befestigt. Anstelle einer Vernietung kann auch eine Verschweißung
oder dergleichen vorgesehen sein.
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Die 2 zeigt
die Anlasserscheibe 1 der 1 in einer
Schnittansicht gemäß dem angegebenen Schnittverlauf
A-A in der 1. Dargestellt ist hier nur
die obere Symmetriehälfte der Anlasserscheibe 1,
d. h. oberhalb der Rotationsachse 5. Wie bereits oben dargelegt,
sind der Scheibenkörper 2 und der Anlasserzahnkranz 3 als
separate Teile bzw. Komponenten ausgebildet. Der Anlasserzahnkranz 3 liegt
hierbei mit seiner Innenumfangsfläche an einer Außenumfangsfläche
des Scheibenkörpers 2 an. Zwischen den beiden
Kontaktflächen ist ein Reibschluss gegeben, über
den sich in Umfangsrichtung Drehmomente vom Anlasserzahnkranz 3 auf
den Scheibenkörper 2 übertragen lassen.
Bei Überschreitung einer maximal übertragbaren
Kraft bzw. eines maximal übertragbaren Drehmoments beginnen
diese Kontaktflächen aufeinander abzurutschen bzw. abzugleiten,
wodurch eine rotatorische Relativbewegung zwischen dem Anlasserzahnkranz 3 und
dem Scheibenkörper 2 gegeben ist. Auf diese Weise
kann das maximal übertragbare Drehmoment vom Anlasserzahnkranz 3 auf
den Scheibenkörper 2 begrenzt werden. Bei Unterschreiten
der maximal übertragbaren Kraft bzw. des maximal übertragbaren Drehmomentes
tritt wiederum Reibschluss ein.
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Wie
in der 2 gezeigt, sind die Kontaktflächen, d.
h. die Außenumfangsfläche des Scheibenträgers 2 und
die Innenumfangsfläche des Anlasserzahnkranzes 3,
konisch ausgebildet, d. h. diese Kontaktflächen weisen
gemäß der gezeigten Darstellung in der axialen
Richtung von links nach rechts einen ansteigenden Durchmesser auf.
Aufgrund dieser Ausbildung werden zum einen die Kontaktflächen
gegenüber einer zylindrischen Ausbildung vergrößert, zum
anderen wird zwischen den Kontaktflächen eine Art Reibungskegel
ausgebildet. Die über einen solchen Reibungskegel übertragbare
Kraft, bzw. das hierüber übertragbare Drehmoment
bzw. Reibmoment, kann durch eine in Axialrichtung wirkende Kraft FN eingestellt werden. Die übertragbare
Reibkraft ergibt sich in Näherung aus dem Coulombschen
Gesetz, wie bereits oben erläutert. So kann bspw. die Axialkraft
FN mittels der Tellerfeder 6 so
eingestellt werden, dass das für den Motorstart erforderliche Drehmoment
gerade noch übertragen werden kann und ein darüber
hinausgehendes Drehmoment limitiert, d. h. nicht mehr übertragen
wird.
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Die
Axialkraft FN wird hier durch die Tellerfeder 6 bereitgestellt.
Die Tellerfeder 6 ermöglicht zudem, dass sich
der Anlasserzahnkranz 3 und der Scheibenkörper 2 auch
in axialer Richtung relativ zueinander bewegen können,
um bspw. eine Wärmeausdehnung in Folge der Reibung ausgleichen
zu können. Eine verbesserte Wärmeabfuhr wird auch durch
die Lochung 7 der Tellerfeder 6 erzielt, wie in der 1 gezeigt.
Die Tellerfeder 6 drückt mit ihrem äußeren
Bereich bzw. mit dem Bereich ihres Außendurchmessers 61 in
axialer Richtung gegen den Anlasserzahnkranz 3. Mit ihrem
inneren Bereich bzw. im Bereich ihres Innendurchmessers 62 ist
die Tellerfeder 6 in axialer Richtung gegen einen Flansch
bzw. Blechflansch 8 abgestützt und hierdurch auch
vorgespannt. Der Flansch 8 ist doppelt abgewinkelt ausgebildet
und mittels von Nieten 9 am Scheibenkörper 2 drehfest
befestigt.
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Der 2 ist
ferner zu entnehmen, das der Scheibenkörper 2,
insbesondere zur Gewichtsersparnis, nicht massiv ausgebildet ist,
jedoch eine im wesentlichen konstante Materialdicke aufweist, wodurch
sich mechanisch und/oder thermisch bedingte Materialspannungen gut
abfangen lassen.
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Die 3 zeigt
in einer vergrößerten Ansicht den Kontaktflächenbereich
bzw. die konische Reibflächenanordnung zwischen dem Anlasserzahnkranz 3 und
dem Scheibenkörper 2. Die obigen Ausführungen
zur 2 gelten entsprechend.
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Die 4 zeigt
beispielhaft eine bevorzugte Anordnung einer solchen Anlasserscheibe 1 im
Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs. Die rotierende Anlasserscheibe 1 stützt
sich mittels eines Wälzlagers 11 direkt am Motorblock 12 des
Kraftfahrzeugs ab. Hierzu weist der Scheibenkörper 2 einen
zylindrischen Abschnitt 21 auf, welcher die zentrale Ausnehmung
des Scheibenkörpers 2 umgibt bzw. begrenzt (siehe
auch 2).
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Beim
Starten bzw. Anlassen des Verbrennungsmotors wird der Anlasserzahnkranz 3 der
Anlasserscheibe 1 von dem Ritzel eines nicht gezeigten Anlassers
rotatorisch angetrieben. Durch Reibschluss zwischen der Innenumfangsfläche
des Anlasserzahnkranzes 3 und der Außenumfangsfläche des
Scheibenkörpers 2 wird ein Drehmoment vom Anlasserzahnkranz 3 auf
den Scheibenkörper 2 übertragen. Von
hier erfolgt eine Drehmomentenübertragung auf ein Zweimassenschwungrad 13,
welches seinerseits eine Kurbelwelle 14 des zu startenden
Verbrennungsmotors rotatorisch antreibt. Bevorzugt ist die Anlasserscheibe 1 mit
der Primärschwungscheibe bzw. Primärschwungmasse
des Zweimassenschwungrades 13 verbunden. Anstelle einer
starren Verbindung zwischen der Anlasserscheibe 1 und dem
Zweimassenschwungrad 13 kann auch ein Freilauf 15 vorgesehen
sein. Mittels des Freilaufes 15 kann das Zweimassenschwungrad 13 von
der Drehbewegung der Anlasserscheibe 1 lastabhängig
entkoppelt werden. Dies ermöglicht z. B., dass das Ritzel
des Anlassers permanent mit der Außenverzahnung 4 des
Anlasserzahnkranzes 3 im Eingriff steht bzw. dauerhaft
eingespurt verbleibt.
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- 1
- Anlasserscheibe;
Anlasserrad
- 2
- Scheibenkörper;
Zahnkranzträger
- 21
- zylindrischer
Abschnitt am Scheibenkörper
- 3
- Anlasserzahnkranz
- 4
- Außenverzahnung;
Verzahnung des Anlasserzahnkranzes
- 5
- Drehachse;
Rotationsachse (axiale Richtung)
- 6
- Tellerfeder
- 61
- Bereich
des Außendurchmessers der Tellerfeder; äußerer
Bereich
- 62
- Bereich
des Innendurchmessers der Tellerfeder; innerer Bereich
- 7
- Lochung
(der Tellerfeder); Ausnehmungen
- 8
- Flansch;
Befestigungsflansch für Tellerfeder
- 9
- Niete(n)
- 11
- Wälzlager
- 12
- Motorblock
- 13
- Zweimassenschwungrad
- 14
- Kurbelwelle
- 15
- Freilauf
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005021161
A1 [0003]