DE102010026859A1

DE102010026859A1 - Drehübertragungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102010026859A1
Application number: DE201010026859
Authority: DE
Inventors: Bernd Hartmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2012-01-12
Also published as: WO2012007207A1

Abstract

Vorgeschlagen ist eine Drehübertragungsvorrichtung zum Starten einer Kolbenbrennkraftmaschine (1, 1'). Die Drehübertragungsvorrichtung umfasst:
ein Eingangsrad (5), das über ein endlos umlaufendes Zugmittel mit einem Antriebsrad (4) eines Startermotors (2) der Brennkraftmaschine drehfest verbindbar ist,
ein Ausgangsrad (7), das koaxial zum Eingangsrad verläuft und mit der Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine drehfest verbindbar ist,
und eine koaxial zum Eingangsrad und Ausgangsrad verlaufende Freilaufkupplung (8), die radial zwischen einem Außenmantel (17) des Eingangsrads und einem Innenmantel (18) des Ausgangsrads angeordnet ist.
Das Eingangsrad treibt bei geschlossener Freilaufkupplung das Ausgangsrad, und die Freilaufkupplung öffnet, wenn das Ausgangsrad das Eingangsrad überholt. Dabei soll es sich bei dem Eingangsrad um ein Kettenrad für das als Kette (6) ausgebildete Zugmittel handeln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehübertragungsvorrichtung zum Starten einer Kolbenbrennkraftmaschine. Die Vorrichtung umfasst:
ein Eingangsrad, das über ein endlos umlaufendes Zugmittel mit einem Antriebsrad eines Startermotors der Brennkraftmaschine drehfest verbindbar ist, ein Ausgangsrad, das koaxial zum Eingangsrad verläuft und mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine drehfest verbindbar ist,
und eine koaxial zum Eingangsrad und Ausgangsrad verlaufende Freilaufkupplung, die radial zwischen einem Außenmantel des Eingangsrads und einem Innenmantel des Ausgangsrads angeordnet ist.
Bei geschlossener Freilaufkupplung treibt das Eingangsrad das Ausgangsrad, und die Freilaufkupplung öffnet, wenn das Ausgangsrad das Eingangsrad überholt.
Hintergrund der Erfindung
Gattungsgemäße Drehübertragungsvorrichtungen gehen aus der DE 10 2008 064 341 A1 , der DE 10 2004 058 772 A1 und der DE 10 2005 041 046 A1 hervor. Auch die JP 2001 153010A offenbart eine Drehübertragungsvorrichtung, bei der die Drehung des Startermotors über einen Riemen auf ein kurbelwellenseitiges Eingangsrad und über die gesperrte Freilaufkupplung auf die drehfest mit dem Ausgangsrad verbundene Kurbelwelle übertragen wird, um die Brennkraftmaschine zu starten. Sobald die Kurbelwellendrehzahl der angesprungenen Brennkraftmaschine die Starterdrehzahl am Eingangsrad übersteigt, öffnet die Freilaufkupplung, und die aus der Kurbelwelle und dem Ausgangsrad bestehende Dreheinheit überholt das Eingangsrad. Der Startermotor wird ab diesem Zeitpunkt abgestellt, so dass der das Antriebsrad des Startermotors, den Riemen und das Eingangsrad umfassende Zugmitteltrieb zum Stillstand kommt. Eine derartige Starteinrichtung weist gegenüber konventionellen Ritzelstartern insbesondere den Vorteil auf, dass ein häufig vorkommender Neustart bei gerade abgestellter, aber noch drehender Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-System im wesentlichen geräuschfrei erfolgt. Denn im Vergleich zum Starterritzel, das dann mit hoher Drehbeschleunigung und entsprechend mechanischer Belastung in den noch drehenden Zahnkranz der Schwungscheibe einspuren muss, erfolgt das Schließen der Freilaufkupplung bei synchroner Drehzahl von Eingangsrad und Ausgangsrad belastungs- und geräuscharm.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehübertragungsvorrichtung der eingangs genannten Art mit möglichst geringem Bauraumbedarf anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, während vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung den Unteransprüchen entnehmbar sind. Demnach soll es sich bei dem Eingangsrad um ein Kettenrad für das als Kette ausgebildete Zugmittel handeln. Die Substitution der im zitierten Stand der Technik ausnahmslos vorgeschlagenen Riementriebe als Drehverbindung zwischen dem Antriebsrad des Startermotors und dem kurbelwellenseitigen Eingangsrad durch einen Kettentrieb geht mit einer erheblichen Einsparung axialen Bauraums der Drehübertragungsvorrichtung einher, da eine (aus Stahlwerkstoff bestehende) Kette bei gleicher Zugbelastung erheblich schmaler ausgeführt werden kann als ein (aus Polymerwerkstoffen bestehender) Riemen. Die Kette kann in bekannter Bauweise als Rollenkette, Hülsenkette oder Zahnkette jeweils einreihig oder bedarfsweise auch mehrreihig ausgeführt sein.
In Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Drehübertragungsvorrichtung ferner umfasst:
die Kette,
das Antriebsrad des Startermotors
und ein an der Brennkraftmaschine befestigbares Gehäuse, das im befestigten Zustand die Kette und jeweils zumindest abschnittsweise das Antriebsrad und das Eingangsrad gegenüber der Umgebung der Brennkraftmaschine schmiermitteldicht und/oder staubschützend umschließt.
Die Abdichtung des als Kettenkasten dienenden Gehäuses zur Umgebung der Brennkraftmaschine hin erfolgt in Abhängigkeit davon, welche Art von Schmierung für die Kette vorgesehen ist.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass die Kette sozusagen trocken und selbstgeschmiert im Gehäuse umläuft. Dabei soll die Kette mit Korrosionsschutz und einer Initialschmierung versehen sein, d. h. einmalig im Neuzustand (und ggfls. zusätzlich im Rahmen der Wartungsintervalle der Brennkraftmaschine) gefettet, geölt oder gewachst werden. In diesem Fall kann auf eine schmiermitteldichte Abdichtung des Gehäuses verzichtet werden, wobei dennoch das Gehäuse den Kettentrieb vor eindringenden Schmutzpartikeln und Spritzwasser abschirmt. Das Gehäuse kann aus Kunststoff oder Metall bestehen. Ein metallisches Gehäuse ist dann sowohl innenseitig als auch außenseitig gegen Korrosion zu schützen, wozu sich die bekannten Korrosionsschutzmaßnahmen anbieten.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass die Kette sozusagen nass und fremdgeschmiert im Gehäuse umläuft. Dabei kann die Kette ein druckloses Schmiermittelbad im Gehäuse durchlaufen und/oder von einer an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine angeschlossenen Spritzschmierung beaufschlagt sein. Letztere Variante erscheint insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Druckaufbau in der Schmiermittelversorgung so schnell erfolgt, dass die Spritzschmierung bereits während der Startphase der Brennkraftmaschine aktiv ist. Dies kann beispielsweise mittels einer elektrischen Ölpumpe erfolgen, die unabhängig von der Kurbelwellendrehzahl betrieben wird und bei der der Druckaufbau erheblich schneller als bei einer konventionellen Ölpumpe erfolgt. Im Falle der Fremdschmierung ist eine schmiermitteldichte Abdichtung des Gehäuses mit Hilfe geeigneter Dichtmittel obligatorisch.
In dem Fall, dass die Brennkraftmaschine mit einer deren Nockenwelle antreibenden Steuerkette ausgerüstet ist, kann als Gehäuse auch der bereits bestehende und konstruktiv an den Kettenstarter entsprechend anzupassende Kettenkasten des Steuerkettentriebs dienen. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die im Stand der Technik bekannten Riemenstarter mit trocken umlaufenden Riemen ggfls. auch durch sogenannte Belt-In-Oil Triebe mit ölbeständigen, nass umlaufenden Riemen ersetzt werden können.
Außerdem soll die Drehübertragungsvorrichtung ein im Antriebssinn zwischen dem Startermotor und dessen Antriebsrad angeordnetes Getriebe und vorzugsweise ein Planetengetriebe umfassen, das die Drehzahl des Startermotors in eine demgegenüber kleinere Drehzahl des Antriebsrads übersetzt. Dem Übersetzungsverhältnis entsprechend können so das vom Startermotor aufzubringende Antriebsmoment reduziert und der Startermotor kleiner dimensioniert werden. Im Falle des Planetengetriebes sollen dessen Sonnenrad drehfest mit dem Startermotor und dessen Planetenradsatz drehfest mit dem Antriebsrad verbunden sein, während dessen Hohlrad drehfest im Gehäuse angeordnet ist und wahlweise auch einteilig an diesem ausgebildet sein kann. Das an das Übersetzungsgetriebe konstruktiv anzupassende Gehäuse ist, wie oben beschrieben, je nach Schmierung der Kette abzudichten.
Das Übersetzungsgetriebe kann auch außerhalb des Gehäuses angeordnet und beispielsweise integraler Bestandteil eines am Gehäuse angeflanschten Startermotors sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich auch der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen Beispiele erfindungsgemäßer Drehübertragungsvorrichtungen dargestellt sind. Sofern nicht anders erwähnt, sind dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale oder Bauteile mit gleichen Bezugszahlen versehen. Es zeigen:
1 eine erste Drehübertragungsvorrichtung ohne Übersetzungsgetriebe in schematischer Darstellung;
2 eine zweite Drehübertragungsvorrichtung mit Übersetzungsgetriebe in schematischer Darstellung und
3 die Einzelheit X in den 1 und 2 mit konstruktiven Details.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die in 1 dargestellte Kolbenbrennkraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs ist mit einem elektrischen Startermotor 2 ausgerüstet, der zwecks Start der Brennkraftmaschine 1 deren Kurbelwelle 3 über eine Drehübertragungsvorrichtung in Form eines Kettenstarters in Drehung versetzt, bis die Brennkraftmaschine 1 anspringt.
Teil der Drehübertragungsvorrichtung ist ein am freien Ende der Kurbelwelle 3 angeordneter Kettentrieb mit einem Antriebskettenrad 4 seitens des Startermotors 2, einem Eingangskettenrad 5 seitens der Kurbelwelle 3 und der das Antriebskettenrad 4 und das Eingangskettenrad 5 – von Elastizitäten abgesehen – drehfest umschlingenden Kette 6. Diese wird durch ein an sich bekanntes und hier nicht dargestelltes Kettenspannsystem vorgespannt. Ein koaxial zum Eingangsrad 5 verlaufendes Ausgangsrad 7 ist mit der Kurbelwelle 3 drehfest verbunden. Koaxial zum Eingangsrad 5 und Ausgangsrad 7 verläuft eine Freilaufkupplung 8. Wie es aus 3 in größerer Detaillierung hervorgeht, ist das Ausgangsrad 7 gleichzeitig als Riemenrad 19 für einen Poly-V-Riemen ausgebildet, der Teil eines von der Kurbelwelle 3 angetriebenen Riementriebs zum Antrieb von Nebenaggregaten der Brennkraftmaschine bildet. Bei den nicht dargestellten Nebenaggregaten handelt es sich beispielsweise um einen Generator, eine Kühlmittelpumpe, einen Klimakompressor und/oder eine Lenkhilfepumpe. Die Kombination des Ausgangsrads 7 mit dem Riemenrad 19 ist jedoch nicht obligatorisch und kann bei elektrisch angetriebenen, d. h. ohne Zugmitteltrieb auskommenden Nebenaggregaten auch entfallen. Ebenfalls nicht dargestellt ist ein am Ausgangsrad 7 befestigter Torsionsschwingungsdämpfer zur Tilgung von Drehschwingungen der Kurbelwelle 3.
Die Funktion des Kettenstarters besteht darin, die Kurbelwelle 3 aus dem Stillstand oder aus niedriger Drehzahl heraus auf die zum Anspringen der Brennkraftmaschine 1 erforderliche Drehzahl zu beschleunigen, um nach erfolgreichem Anspringen von der Kurbelwellendrehung entkoppelt zu werden. Die Kopplung und Entkopplung erfolgt durch die Freilaufkupplung 8, die im geschlossenen Zustand die Drehbewegung des Eingangsrads 5 auf das Ausgangsrad 7 überträgt, so dass die damit drehfest verbundene Kurbelwelle 3 angetrieben wird. Wenn anschließend die Drehzahl der von der angesprungenen Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Kurbelwelle 3 die Drehzahl des Eingangsrads 5 übersteigt, öffnet die Freilaufkupplung 8 und das mit der Kurbelwelle 3 schneller drehende Ausgangsrad 7 überholt das Eingangsrad 5. Zu diesem Zeitpunkt kann der Startermotor 2 abgeschaltet werden, und der Kettentrieb kommt zum Stillstand.
Bei dem in 2 dargestellten Kettenstarter umfasst die Drehübertragungsvorrichtung zusätzlich ein im Antriebssinn zwischen dem Startermotor 2 und dem Antriebskettenrad 4 angeordnetes Getriebe 9 in Form eines Planetengetriebes, das die Drehzahl des Startermotors 2 in eine demgegenüber kleinere Drehzahl des Antriebsrads 4 übersetzt. Das Sonnenrad 10 ist drehfest mit dem Startermotor 2 verbunden, und der Planetenradsatz 11 ist drehfest mit dem Antriebsrad 4 verbunden. Das Hohlrad 12 ist drehfest in einem an der Brennkraftmaschine 1' befestigten Gehäuse 13 angeordnet, das wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als Kettenkasten dient und die nass, d. h. in Schmiermittel laufenden Komponenten des Kettenstarters gegenüber der Umgebung der Brennkraftmaschine 1' schmiermitteldicht umschließt. Die Lagerung des Startermotors 2 mit Sonnenrad 10 und des Antriebsrads 4 erfolgt in Gehäuselagerstellen 14 bzw. 15.
Die in den 1 und 2 eingezeichnete Einzelheit X ist in 3 in größerer konstruktiver Konkretisierung dargestellt. Das Eingangskettenrad 5 ist mittels eines Wälzlagers 16, hier in Form eines einreihigen Rillenkugellagers, drehbar auf dem Ausgangsrad 7 gelagert, das seinerseits fest mit der (hier nicht dargestellten) Kurbelwelle 3 verschraubt ist. Die als Rollenfreilauf ausgebildete Freilaufkupplung 8 ist radial zwischen einem Außenmantel 17 des Eingangsrads 5 und einem Innenmantel 18 des Ausgangsrads 7 angeordnet, wobei der Außenmantel 17 mit Klemmrampen für die darin klemmenden Rollen des Rollenfreilaufs 8 versehen ist. In derselben Anordnung können auch die anderen bekannten Bauformen einer Freilaufkupplung, wie beispielsweise ein Klinkenfreilauf oder ein Klemmkörperfreilauf Verwendung finden.
Der als Riemenrad für den Poly-V-Riemen ausgebildete Abschnitt 19 des Ausgangsrads 7 verläuft Bauraum sparend auf gleicher axialer Höhe wie der Rollenfreilauf 8, nämlich radial gegenüberliegend des Innenmantels 18.
Das an der Brennkraftmaschine 1, 1' befestigte Gehäuse 13 umgreift den Kettenradabschnitt 20 des Eingangsrads 5 mit einem (hier nur angedeuteten) Wellendichtring 21. Die weitere Abdichtung des Gehäuseinneren zur Umgebung der Brennkraftmaschine 1, 1' hin erfolgt über das beidseitig abgedichtete, selbstgeschmierte Rillenkugellager 16 und den beidseitig abgedichteten, selbstgeschmierten Rollenfreilauf 8. Wenn am Rillenkugellager 16 und am Rollenfreilauf 8 eine ausreichende Fremdschmierung sichergestellt werden kann, können die Dichtungen des Rillenkugellagers 16 beidseitig und die in 3 rechte Dichtung des Rollenfreilaufs 8 entfallen. In diesem Fall erfolgt die Schmiermittelversorgung aus dem Inneren des Gehäuses 13, wobei Öl das Rillenkugellager 8 axial durchquert und in den einseitig (links) abgedichteten Rollenfreilauf 8 eindringt.
In einer nicht dargestellten Ausführung ist das zwischen dem Eingangsrad 5 und dem Ausgangsrad 7 angeordnete Wälzlager 16 nicht vorgesehen. Vielmehr wird bei einer solchen Ausführung das Eingangsrad 5 unmittelbar am Motorblock der Brennkraftmaschine konzentrisch zur Kurbelwelle gelagert. In diesem Fall kann die Wälzlagerung des Eingangsrads 5 auch durch eine kostengünstigere Gleitlagerung ersetzt werden, da sich dann die Relativdrehungen der Lagerpartner (Eingangsrad und Motorblock) auf die Startphase der Brennkraftmaschine beschränken.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Startermotor
3: Kurbelwelle
4: Antriebsrad
5: Eingangsrad
6: Kette
7: Ausgangsrad
8: Freilaufkupplung
9: Getriebe
10: Sonnenrad
11: Planetenradsatz
12: Hohlrad
13: Gehäuse
14: Gehäuselagerstelle
15: Gehäuselagerstelle
16: Wälzlager
17: Außenmantel des Eingangsrads
18: Innenmantel des Ausgangsrads
19: Riemenradabschnitt des Ausgangsrads
20: Kettenradabschnitt des Eingangsrads
21: Wellendichtring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008064341 A1 [0003]
DE 102004058772 A1 [0003]
DE 102005041046 A1 [0003]
JP 2001153010 A [0003]

Claims

Drehübertragungsvorrichtung zum Starten einer Kolbenbrennkraftmaschine (1, 1'), umfassend: ein Eingangsrad (5), das über ein endlos umlaufendes Zugmittel mit einem Antriebsrad (4) eines Startermotors (2) der Brennkraftmaschine (1, 1') drehfest verbindbar ist, ein Ausgangsrad (7), das koaxial zum Eingangsrad (5) verläuft und mit der Kurbelwelle (3) der Brennkraftmaschine (1, 1') drehfest verbindbar ist, und eine koaxial zum Eingangsrad (5) und Ausgangsrad (7) verlaufende Freilaufkupplung (8), die radial zwischen einem Außenmantel (17) des Eingangsrads (5) und einem Innenmantel (18) des Ausgangsrads (7) angeordnet ist, wobei das Eingangsrad (5) bei geschlossener Freilaufkupplung (8) das Ausgangsrad (7) treibt und wobei die Freilaufkupplung (8) öffnet, wenn das Ausgangsrad (7) das Eingangsrad (5) überholt, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Eingangsrad (5) um ein Kettenrad für das als Kette (6) ausgebildete Zugmittel handelt.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsrad (7) als Riemenrad (19) für den Riemen eines von der Kurbelwelle (3) angetriebenen Riementriebs zum Antrieb von Nebenaggregaten der Brennkraftmaschine (1, 1') ausgebildet ist.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eingangsrad (5) mittels eines Wälzlagers (16) drehbar auf dem Ausgangsrad (7) gelagert ist.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehübertragungsvorrichtung ferner umfasst: die Kette (6), das Antriebsrad (4) des Startermotors (2) und ein an der Brennkraftmaschine (1, 1') befestigbares Gehäuse (13), das im befestigten Zustand die Kette (6) und jeweils zumindest abschnittsweise das Antriebsrad (4) und das Eingangsrad (5) gegenüber der Umgebung der Brennkraftmaschine (1, 1') schmiermitteldicht und/oder staubschützend umschließt.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (6) trocken im Gehäuse (13) umläuft und deren Schmierung lediglich mittels Selbstschmierung erfolgt.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kette (6) nass im Gehäuse (13) umläuft und deren Schmierung mittels Fremdschmierung erfolgt, wobei die Kette (6) ein druckloses Schmiermittelbad durchläuft und/oder von einer an die Schmiermittelversorgung der Brennkraftmaschine (1, 1') angeschlossenen Spritzschmierung beaufschlagt ist.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehübertragungsvorrichtung ferner umfasst: ein im Antriebssinn zwischen dem Startermotor (2) und dessen Antriebsrad (4) angeordnetes Getriebe (9), das die Drehzahl des Startermotors (2) in eine demgegenüber kleinere Drehzahl des Antriebsrads (4) übersetzt.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Getriebe (9) um ein Planetengetriebe handelt, dessen Sonnenrad (10) drehfest mit dem Startermotor (2) verbunden ist, dessen Planetenradsatz (11) drehfest mit dem Antriebsrad (4) verbunden ist und dessen Hohlrad (12) drehfest im Gehäuse (13) angeordnet ist.
Drehübertragungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (13) das Getriebe (9) gegenüber der Umgebung der Brennkraftmaschine (1') schmiermitteldicht und/oder staubschützend umschließt.