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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine zeigt zum Beispiel die
DE 32 37 675 A1 anhand einer sogenannten Schwungnutzautomatik, bei der unter anderem der elektrische Startermotor ständig trieblich mit der Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine verbunden ist und ein Freilauf dazwischengeschaltet ist, der eine Drehmomentübertragung nur vom Startermotor auf die Kraftabgabewelle und nicht umgekehrt ermöglicht. Die Vorrichtung dient dem Zweck, bei häufigen Abschaltungen der Brennkraftmaschine (Start-Stop-Betrieb) den Verschleiß oder andere Störungen durch das jeweilige Einspuren des Zahnritzels des Startermotors zu eliminieren.
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Aus der
JP 2000-274337 A ist eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine bekannt. Gemäß dieser ist das Flanschrad mit einem Freilauf zwischen einem Abtriebsflansch der Kurbelwelle und einem Kupplungselement eines Getriebes angeordnet.
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Die
DE 10 2009 008 599 A1 beschreibt ein Schwungrad an einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine, wobei zum Starten der Brennkraftmaschine die Abtriebswelle von einem Anlasser angetrieben wird. Die
DE 102 12 033 B3 zeigt eine drehmomentübertragende Koppelverbindung zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einem Getriebeaggregat eines Fahrzeuges. Eine querverlaufende Welle eines seitlich angeordneten Differenzials ist hier jedoch nicht gezeigt.
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Aus der
DE 10 2004 052 665 A1 ist eine Antriebsanordnung zwischen einer Brennkraftmaschine und einem nachgeschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetriebes gezeigt. Dabei ist eine querverlaufende Differenzialwelle so nahe an einen Zwischenflansch herangerückt, dass kein Bauraum für die Anordnung eines Freilaufs vorhanden ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine vorzuschlagen, die insbesondere in axialer Richtung nahezu bauraumneutral in vorhandenen Konstruktionen verwendbar ist und die zudem kompakt und hinsichtlich der Fertigung und der Montage besonders günstig ausgeführt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß Anspruch 1 ist eine Vorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine mittels eines vorzugsweise elektrischen Startmotors vorgesehen, dessen Zahnritzel vorzugsweise an der Stirnseite der Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine, mit einem an einem Flanschrad angeordneten Zahnkranz ständig in Eingriff ist, wobei zwischen einer Nabe des Flanschrades und einer Kraftabgabewelle der Brennkraftmaschine ein nur in Antriebsrichtung des Startermotors ein Drehmoment übertragender Freilauf vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Flanschrad mit dem Freilauf zwischen zumindest einem Abtriebsflansch an der Kraftabgabewelle und einem mit dem Abtriebsflansch trieblich verbundenen Kupplungselement eines nachgeschalteten Geschwindigkeits-Wechselgetriebes angeordnet ist. Durch diese Anordnung kann ein zumeist konstruktiv bedingter, vorhandener Freiraum genutzt werden, wobei zudem eine günstige Einleitung der von dem Startermotor ausgeübten Antriebsmomente verwirklichbar ist.
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Insbesondere kann dabei die Nabe des Flanschrades auf einer Führungshülse des Kupplungselementes drehbar gelagert sein und an ihrem Außenumfang die Wälzkörper des Freilaufes tragen, die vorzugsweise von einem mit dem Kupplungselement fest verbundenem Freilauf-Außenring umschlossen sind. Daraus resultiert eine besonders steife, kompakte Anordnung und Abstützung des Freilaufes im Antriebszug.
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Des Weiteren kann die Nabe des Flanschrades zusätzlich auf einem den Abtriebsflansch mit der Führungshülse drehmomentübertragend verbindenden Nabenteil wälzgelagert sein. Die zweifache Lagerung des den Zahnkranz für den Startermotor tragenden Flanschrades stellt einen besonders stabilen Zahneingriff und damit verbunden einen geräuscharmen Startermotorantrieb sicher.
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In besonders vorteilhafter Weise kann das Flanschrad topfförmig mit einer radial innenliegenden Nabe und dem radial außenliegenden Zahnkranz ausgeführt sein, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der den Zahnkranz tragende Außenmantel des Flanschrades den Abtriebsflansch axial überragt. Damit rückt der Zahnkranz für den Startermotor im Wesentlichen in die gleiche Rotationsebene, die auch bei Startermotoren mit einspurenden Zahnritzeln vorgelegen hat. Damit kann ohne wesentliche Änderungen am Gehäuse der Brennkraftmaschine oder an der Kupplungsglocke des nachgeschalteten Wechselgetriebes ein bauraumgünstiges Zusammenwirken zwischen nicht-einspurendem Zahnritzel des Startermotors und dem Flanschrad mit Freilauf verwirklicht werden.
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Der Abtriebsflansch an der Kraftabgabewelle kann zweiteilig aus einem mit der Stirnseite der Kraftabgabewelle verbundenen, insbesondere verschraubten ersten Flansch und einen mit dem Nabenteil fest verbundenem zweiten Flansch bestehen, die radial außenliegend mittels mehrerer Befestigungsmittel, wie zum Beispiel Schrauben miteinander verbunden bzw. verschraubt sind. Bevorzugt sind in dem Flanschrad Ausnehmungen eingearbeitet, durch die hindurch die zum Beispiel Schrauben als Befestigungsmittel einschraubbar bzw. lösbar sind. Die Flansche sind relativ dünnwandig bzw. membranartig ausgeführt und stellen sicher, dass im Abtrieb keine Verzwängungen durch geringe Fluchtungsfehler oder Taumelbewegungen auftreten. Die Ausnehmungen im Flanschrad erlauben in baulich einfacher Weise die Montage bzw. Demontage des nachgeschalteten Kupplungselementes mit Flanschrad und Freilauf durch voneinander Trennen der Flansche des Abtriebsflansches.
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Baulich besonders vorteilhaft können die die Flansche verbindenden Schrauben nicht achsparallel, sondern schräg zur Rotationsebene des Abtriebsflansches derart angeordnet sein, dass deren Schraubenköpfe die an das Kupplungselement angrenzende Flanschebene nicht überragen. Dies führt zu einer weiteren, zweckmäßigen Verkürzung der erforderlichen Baulänge der Vorrichtung, die dadurch gegebenenfalls vollkommen bauraumneutral (gleiche Baulänge wie eine konstruktiv vorhandene Vorrichtung ohne Flanschrad und Freilauf) ausgeführt werden kann.
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Des Weiteren kann zur Montagevereinfachung der Vorrichtung die Führungshülse des Kupplungselementes mit dem Nabenteil des Abtriebsflansches über eine Drehmoment übertragende Verbindung, insbesondere eine Steckverzahnung verbunden sein, die vorzugsweise mittels einer in die Führungshülse eingeschraubten, hohlen Zentralschraube axial gesichert ist.
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Zur Sicherstellung einer schwingungsresistenten Drehlagerung des Flanschrades und des nachgeschalteten Kupplungselementes kann ferner die Führungshülse des Kupplungselementes auf eine Stützhülse aufgesteckt sein, die zusammen mit dem Abtriebsflansch mit der Kraftabgabewelle fest verschraubt ist und in der die Eingangswelle des nachgeschalteten Wechselgetriebes über ein Wälzlager gelagert ist.
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Erfindungsgemäß sind der Abtriebsflansch an der Kraftabgabewelle und das trieblich anschließende, sich radial erstreckende Gehäuse des Kupplungselementes in einem definierten Abstand zueinander angeordnet, wobei innerhalb dieses Abstandes und unterhalb der Drehachse der Kraftabgabewelle eine querverlaufende Welle, insbesondere Flanschwelle, eines seitlich angeordneten Differenziales des Kraftfahrzeuges verläuft. In vorteilhafter Ausnutzung des erforderlichen Freiraumes für den Freilauf des Flanschrades ist der Freilauf bevorzugt räumlich oberhalb der Welle, das heißt erfindungsgemäß näher zur Drehachse des Kupplungselementes, und weiter bevorzugt dahinter liegend, das heißt näher zum Kupplungselement hin, positioniert. Damit gelingt es, ohne aufwendige Änderungen der Gehäuse sowohl des Wechselgetriebes und/oder des seitlichen Differenziales das Flanschrad mit Freilauf in eine vorhandene Konstruktion zu integrieren.
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Besonders zweckmäßig können des Weiteren der Freilauf und/oder das Wälzlager zwischen dem abtriebsseitigen Nabenteil und der Nabe des Flanschrades mittels eingesetzter Dichtringe abgedichtet sein, so dass bei einer einmaligen Schmiermittelbefüllung der Lager und des Freilaufes eine dauerhafte Schmierung der Drehteile sichergestellt ist.
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Das dem Abtrieb an der Kraftabgabewelle trieblich nachgeschaltete Kupplungselement kann schließlich in an sich bekannter Weise durch einen mit einer Reibungskupplung kombinierten Drehschwingungsdämpfer (zum Beispiel einem Zweimassenschwungrad) oder durch einen Drehmomentwandler (bei einem Automatikgetriebe) gebildet sein.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:
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1 einen Längsschnitt entlang der Drehachse der Kraftabgabewelle einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge, der die untere Hälfte eines Abtriebs von der Kraftabgabewelle zu axial dahinter liegenden Kupplungselementen eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes und ein dazwischen gelagertes Flanschrad mit Freilauf zum elektromotorischen Starten der Brennkraftmaschine zeigt, und
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2 eine Einzelheit Z der Vorrichtung gemäß 1, bei der die beiden Flansche des Abtriebs der Kraftabgabewelle mittels schräg zur Rotationsebene angeordneter Schrauben miteinander verbunden sind.
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Die in der 1 dargestellte Vorrichtung ist innerhalb einer Kupplungsglocke 10 des Gehäuses eines Geschwindigkeits-Wechselgetriebes, zum Beispiel eines Schaltgetriebes angeordnet, wobei die Kupplungsglocke 10 in üblicher Weise an das Gehäuse 12 einer Brennkraftmaschine angeflanscht ist.
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Das Abtriebsmoment der Brennkraftmaschine von der nur teilweise dargestellten Kraftabgabewelle bzw. Kurbelwelle 14 auf die Eingangswelle 16 des Wechselgetriebes verläuft wie folgt:
An die Stirnseite der Kurbelwelle 14 ist ein sich aus zwei dünnwandigen, membranartigen Flanschen 18, 20 zusammensetzender Abtriebsflansch befestigt, wobei die den Abtriebsflansch 18, 20 festlegenden Schrauben 22 zugleich eine Stützhülse 24 durchdringen. In der Stützhülse 24 ist über ein Nadellager 26 die Eingangswelle 16 des Wechselgetriebes gelagert.
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Die Flansche 18, 20 sind radial außenliegend über mehrere, umfangsverteilte und achsparallel ausgerichtete Schrauben 28 miteinander verbunden.
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An dem Flansch 20 ist ein Nabenteil 30 ausgebildet, das über eine Steckverzahnung 32 drehschlüssig mit einer auf die Stützhülse 24 aufgesteckten Führungshülse 34 des Gehäuses 36 eines Kupplungselementes bzw. eines Drehschwingungsdämpfers bzw. eines Zweimassenschwungrades 38 (ZMS) verbunden ist. Das ZMS 38 wiederum wirkt trieblich mit einer axial nachgeschalteten Reibungskupplung 40 zusammen, deren Mitnehmerscheibe 42 auf die Eingangswelle 16 des Wechselgetriebes abtreibt. Es sei betont, dass das Kupplungselement 38, 40 im Wesentlichen dem Stand der Technik entsprechen kann und deshalb nicht weiter beschrieben ist.
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Unterhalb der Drehachse 44 der Kurbelwelle 14 der Brennkraftmaschine und der Eingangswelle 16 des Wechselgetriebes verläuft in dem Freiraum 48 mit einem axialen Abstand s zwischen dem Abtriebsflansch 18, 20 und dem Gehäuse 36 des ZMS 38 eine Flanschwelle 46 mit einer Drehachse 70 eines nicht dargestellten, seitlich angebauten Differenziales des Kraftfahrzeuges, die das von dem Wechselgetriebe abgeleitete Antriebsmoment über das Differenzial zu einem der angetriebenen Räder des Kraftfahrzeuges führt.
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Eine derartige Anordnung ist nur beispielsweise in der
DE 103 18 742 B4 näher beschrieben. Es versteht sich, dass die Positionierung der querverlaufenden Flanschwelle
46 sowohl in Längsrichtung als auch in deren Höhenlage einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Bodenfreiheit und die Achsgewichtsverteilung des Kraftfahrzeuges hat und deshalb nicht beliebig nach unten oder nach hinten verschoben werden kann.
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Zum Starten der Brennkraftmaschine ist axial eng angrenzend an den Abtriebsflansch 18, 20 ein topfförmiges Flanschrad 50 mit einem radial außenliegenden, den Abtriebsflansch 18, 20 nach vorne, das heißt von dem Gehäuse 36 weg, überragenden Mantel 50a, einem Radialflansch 50b und einer Nabe 50c angeordnet.
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Der Mantel 50a des Flanschrades 50 trägt einen Zahnkranz 52, der mit einem Zahnritzel eines elektrischen Startermotors (nicht dargestellt) zusammenwirkt. Das Zahnritzel ist dabei ständig in Eingriff mit dem Zahnkranz 52, der im Wesentlichen in der gleichen Rotationsebene wie der Abtriebsflansch 18, 20 positioniert ist.
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Die an den Radialflansch 50b des Flanschrades 50 anschließende Nabe 50c ist über ein erstes Wälzlager bzw. Kugellager 54 auf dem Nabenteil 30 des Abtriebsflansches 20 und über ein axial beabstandetes, zweites Wälzlager bzw. Nadellager 56 auf der Führungshülse 34 des ZMS 38 drehbar gelagert.
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Ferner trägt die Nabe 50c des Flanschrades 50 einen Freilauf 58 mit entsprechend ausgeführten Wälzkörpern 60 und einem Außenring 62. Der Außenring 62 ist fest mit dem Gehäuse 36 des ZMS 38 verbunden. Der Freilauf 58 ist konstruktiv derart ausgeführt, dass er ein vom Startermotor ausgeübtes Drehmoment über das Flanschrad 50 auf das Gehäuse 36 des ZMS 38 und von diesem über die Führungshülse 34 und das Nabenteil 30 auf den Abtriebsflansch 18, 20 der Brennkraftmaschine überträgt, während er in der Gegenrichtung wirkungslos ist.
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Das Kugellager 54 und der Freilauf 58 der Nabe 50c des Flanschrades 50 sind jeweils über Dichtringe 64 nach außen abgedichtet, so dass in diese Wälzlager eingebrachte Schmiermittelfüllungen entsprechend gekapselt sind.
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Das über die Steckverzahnung 32 auf die Führungshülse 36 des Gehäuses 36 des ZMS 38 aufgesteckte Nabenteil 30 des Abtriebsflansches 20 ist mittels einer hohlen Zentralschraube 66 axial gesichert, so dass der Abtriebsflansch 20 mit dem Nabenteil 30, das Flanschrad 50 mit dem Freilauf 58 und das Kupplungselement 38, 40 eine Montageeinheit bilden.
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Damit diese Montageeinheit mittels der Schrauben 28 mit dem Flansch 18 verbindbar bzw. von diesem trennbar ist, sind in dem Radialflansch 50b des Flanschrades 50 eine oder mehrere Ausnehmungen 50d eingearbeitet, durch die hindurch die Schrauben 28 mittels eines Steckschlüssels oder dergleichen betätigbar sind.
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Befindet sich die Brennkraftmaschine im Stillstand, so kann diese durch Ansteuern des elektrischen Startermotors gestartet werden, wobei das den Zahnkranz 52 antreibende Zahnritzel ständig im Eingriff ist. Nach dem Starten der Brennkraftmaschine nimmt die Drehzahl des Abtriebsflansches 18, 20 zu und überholt den Freilauf 58. Das Flanschrad 50 kommt somit zum Stillstand.
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Wie aus der Zeichnung 1 ohne weiteres ersichtlich ist, liegt der Freilauf 58 oberhalb der querverlaufenden Flanschwelle 46 und damit näher zur Drehachse 44 als diese sowie, bezogen auf die Längsrichtung x des Aufbaus, hinter deren Drehachse 70 und damit näher zum Gehäuse 36 als diese, wobei der Außenring 62 des Freilaufes 58 und die Nabe 50c des Flanschrades 50 innerhalb des Freiraumes 48 und in radialer Richtung knapp oberhalb der Flanschwelle 46 und damit näher zur Drehachse 44 als diese positioniert sind.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführung der Befestigung der beiden Flansche 18, 20 aneinander mittels der Schrauben 28. Dabei sind die Schrauben 28 nicht achsparallel, sondern schräg zur Rotationsebene des Abtriebsflansches 18, 20 derart angeordnet, dass deren Schraubenköpfe 28a die durch den Antriebsflansch 18, 20 oder gegebenenfalls auch die an das Kupplungselement 38, 40 angrenzende Flanschebene 68 nicht überragen. Dadurch kann gegebenenfalls die querverlaufende Flanschwelle 46 noch weiter nach vorne in Längsrichtung x verlegt werden, da auch das Flanschrad 50 bzw. dessen Radialflansch 50b näher zum Abtriebsflansch 20 positionierbar ist.
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Die beiden Flansche 18, 20 sind dabei wie ersichtlich an ihren Außenbereichen entsprechend ringförmig abgewinkelt und mit schrägen Bohrungen versehen, durch die die Schrauben 28 in entsprechend vorgesehene, fest in den Flansch 18 eingesetzte Schraubenmuttern 69 einschraubbar sind. Es versteht sich, dass die zur Zugänglichkeit der Schraubenköpfe 28a vorgesehenen Ausnehmungen 50d im Flanschrad 50 entsprechend angepasst sind bzw. teilweise nach außen in den Mantel 50a des Flanschrades 50 einragen.
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Anstelle des beschriebenen Kupplungselementes mit dem ZMS 38 und der Reibungskupplung 40 könnte auch ein Drehmomentwandler an sich bekannter Bauart als Kupplungselement bei einem Kraftfahrzeug mit Automatikgetriebe verwendet sein.
