DE102010029260B4

DE102010029260B4 - Starter für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102010029260B4
Application number: DE102010029260.5A
Authority: DE
Inventors: Reiner Hirning; Patrick Hallas
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-05-25
Filing date: 2010-05-25
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2030-05-26
Also published as: WO2011147671A2; EP2577039B1; EP2577039A2; HUE053540T2; CN102918258A; DE102010029260A1; WO2011147671A3; CN102918258B

Abstract

Starter für eine Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einer Antriebswelle des Starters (1) verschiebbar gelagerten Starterritzel (2), das mit einer Ritzelwelle (3) verbunden ist, wobei das Starterritzel (2) drehfest mit der Ritzelwelle (3) gekoppelt, jedoch axial gegenüber der Ritzelwelle (3) verstellbar ist, mit einem Federelement (4) zur Ausübung einer axialen Federkraft zwischen Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3) und mit einer Kopplungseinrichtung (6) zwischen Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3), wobei das Starterritzel (2) und die Ritzelwelle (3) über ihre axial einander zugewandten Stirnseiten ineinander gesteckt sind und die Kopplungseinrichtung (6) und das Federelement (4) radial außerhalb des eine Antriebswelle aufnehmenden Innenraums der Ritzelwelle (3) bzw. des Starterritzels (2) angeordnet sind, wobei das Federelement (4) zwischen einander zugewandten Absätzen an der Außenseite von Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3) positioniert ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Starter für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
WO 2006/ 003 285 A1 zeigt einen Starter mit einem Ritzel und einer Ritzelwelle, die über eine Freilaufkupplung in Form einer Reibungskupplung verbunden sind. Die Reibungskupplung weist ein Federelement zwischen Stirnseiten von Ritzel und Ritzelwelle auf, um zwei Reibflächen auf Abstand zu halten. Ritzel und einer Ritzelwelle sind in diesem Zustand relativ zueinander drehbar.
In der DE 102 58 908 A1 wird ein elektrisch betätigbarer Starter für eine Brennkraftmaschine beschrieben, der ein Starterritzel umfasst, welches zum Starten einer Brennkraftmaschine axial zwischen einer zurückgezogenen Ruhestellung und einer vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine verstellbar ist. Das Starterritzel ist mit einer Ritzelwelle drehfest gekoppelt, jedoch gegenüber dieser axial verstellbar gehalten, wobei die axiale Relativbewegung auf ein Axialspiel begrenzt ist. Zwischen Starterritzel und Ritzelwelle ist ein Federelement angeordnet, wobei das Axialspiel den Federweg für das Federelement bildet. Der Federweg mindert den Impuls beim Auftreffen der Ritzelzähne auf die Stirnseite des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine. Das Federelement ist hierbei als Schraubenfeder ausgeführt, die im Innern der hülsenförmigen Ritzelwelle angeordnet ist.
Starterritzel und Ritzelwelle sind axial über eine formschlüssige Verbindung aneinander gekoppelt, die dadurch hergestellt wird, dass die hülsenförmige Ritzelwelle auf einen Abschnitt des Starterritzels aufgeschoben ist und ein Absatz auf der Mantelfläche des Starterritzels von einem radial nach innen einragenden Bund an der Stirnseite der Ritzelwelle übergriffen wird. Für die Montage von Starterritzel und Ritzelwelle ist es daher erforderlich, den Innenraum der Ritzelwelle groß genug für das axiale Durchschieben des Starterritzels auszuführen. Dies bedeutet, dass der Durchmesser der Ritzelwelle im Bereich eines Rollenbundes, an dem Rollen eines Mitnehmers abrollen, ein definiertes Mindestmaß nicht unterschreiten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Starter für eine Brennkraftmaschine so auszubilden, dass der Durchmesser der Ritzelwelle im Bereich der Verbindung mit einem Mitnehmer innerhalb weiter Grenzen frei gewählt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Starter umfasst ein Starterritzel und eine Ritzelwelle, die axial zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vor- bzw. eingerückten Antriebsposition zu verstellen sind, in welcher das Starterritzel in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht. Die Drehbewegung des Starters wird vorzugsweise über einen Elektromotor erzeugt, die axiale Verstellbewegung über elektrisch betätigbares Stellglied. Die axiale Einrückbewegung geht mit einer Drehbewegung einher, wobei die kombinierte Dreh- und Verschiebebewegung über einen Mitnehmer durchgeführt wird, der üblicherweise über eine Schrägverzahnung mit dem Anker bzw. der Antriebswelle des elektrischen Motors kämmt. Der Mitnehmer beaufschlagt hierbei die Ritzelwelle, die ihrerseits mit axialem Spiel, jedoch drehfest mit dem Starterritzel verbunden ist.
Das Federelement, welches zwischen Starterritzel und Ritzelwelle in Achsrichtung wirksam ist, drückt diese beiden Bauteile in Richtung eines maximalen axialen Spiels auseinander. Stößt das Starterritzel bei der Einrückbewegung gegen die Stirnseite des Zahnkranzes, so dient das Axialspiel und die Federkraft als Puffer zur Reduzierung des Aufschlagimpulses.
Zur Begrenzung des Axialspiels sind das Starterritzel und die Ritzelwelle über eine Kopplungseinrichtung miteinander verbunden, wobei die Kopplungseinrichtung und das Federelement radial auf der gleichen Innen- oder Außenseite der Ritzelwelle angeordnet sind. Des Weiteren ist vorgesehen, dass bei der erfindungsgemäßen Ausführung das Starterritzel und die Ritzelwelle über ihre axial einander zugewandten Stirnseiten ineinander steckbar sind. Aufgrund dieser Zusammenbaurichtung ist der axial dem Starterritzel abgewandte Abschnitt der Ritzelwelle, welcher insbesondere einen Rollenbund für das Abrollen von Rollenkörpern gegenüber dem Mitnehmer bildet, konstruktiv unabhängig von dem Starterritzel gestaltbar. Insbesondere der Innendurchmesser im Bereich des Rollenbundes unterliegt keinen Einschränkungen im Hinblick auf den Zusammenbau von Starterritzel und Ritzelwelle und kann somit auch kleinere Durchmesser einnehmen, als dies bei Ausführungen aus dem Stand der Technik möglich ist, bei denen das Starterritzel zum Erreichen seiner Montageposition durch die gesamte Ritzelwelle hindurchgeführt werden muss. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung kann dagegen der Rollenbund an der Ritzelwelle auch einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser aufweisen.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt in der Möglichkeit einer Baukastenbildung, indem lediglich die Ritzelwelle für verschiedene Anwendungen ausgetauscht wird, wohingegen die sonstigen Bauteile wie Steckritzel und Mitnehmer beibehalten werden können. Auf diese Weise können verschiedene axiale Längen bzw. Durchmesser des Starters realisiert werden.
Da sich die Kopplungseinrichtung, über die das Starterritzel und die Ritzelwelle aneinander gebunden sind, und das Federelement radial außerhalb des Innenraums zur Aufnahme der Antriebswelle befinden, welche Bestandteil des Startermotors ist, kann der Innendurchmesser des Starters verhältnismäßig klein gehalten werden, wodurch auch eine entsprechend kleine radiale Gesamterstreckung gegeben ist. Der Innenraum kann somit so ausgeführt werden, dass lediglich die Antriebswelle aufgenommen ist, wohingegen das Federelement und die Kopplungseinrichtung außerhalb des Innenraums angeordnet werden.
Das Ineinanderstecken von Starterritzel und Ritzelwelle erfolgt beispielsweise derart, dass ein Abschnitt des Starterritzels von einem zugewandten Abschnitt der Ritzelwelle übergriffen wird, so dass die Ritzelwelle radial außerhalb dieses Abschnittes des Starterritzels angeordnet ist. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine umgekehrte Anordnung, bei der ein Abschnitt des Starterritzels den zugewandten Abschnitt der Ritzelwelle radial übergreift.
Die Ritzelwelle weist insbesondere einen Rollenbund auf, welcher sich, gemäß vorteilhafter Ausführung, axial an die Stirnseite des Starterritzels anschließt und somit insbesondere im Hinblick auf den Durchmesser unabhängig vom Starterritzel ausgeführt werden kann. Zwischen dem Rollenbund und der zugewandten Stirnseite des Starterritzels liegt ein Spalt, der das Axialspiel zwischen Starterritzel und Ritzelwelle bildet. Durch die Kraft des axial wirkenden Federelementes wird das Axialspiel im unbelasteten Zustand des Starterritzels auf ein Maximum gehalten. Stößt das Starterritzel bei der Einspurbewegung gegen die Stirnseite des Zahnkranzes an der Brennkraftmaschine, so reduziert sich das Axialspiel gegen die Kraft des Federelementes, wodurch der Impuls beim Anschlagen des Starterritzels an den Zahnkranz minimiert wird. Das Axialspiel bildet somit den Federweg des Federelements.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung zwischen Starterritzel und Ritzelwelle als eine Rastverbindung ausgeführt ist und insbesondere einen radial zusammendrückbaren Schnappring umfasst. Dieser Schnappring ist vorzugsweise in einer Nut aufgenommen, welche in die Wandung des Starterritzels bzw. der Ritzelwelle eingebracht ist. Beim Zusammenstecken von Starterritzel und Ritzelwelle kann der Schnappring aufgrund seiner radial-elastischen Beweglichkeit in der Nut zusammengedrückt werden, so dass ein axiales Übergreifen bzw. Überschieben des jeweils anderen Bauteils möglich ist. Mit dem Erreichen der axialen Endposition zwischen Starterritzel und Ritzelwelle dehnt sich der Schnappring radial wieder aus und nimmt seine endgültige Rastposition ein, in der das Starterritzel und die Ritzelwelle im Rahmen des Axialspiels axial miteinander verrastet sind.
Die Kopplung in Drehrichtung zwischen Starterritzel und Ritzelwelle wird insbesondere dadurch erreicht, dass die ineinander zu steckenden Abschnitte jeweils mit Verzahnungen versehen sind, die bei der Montage ineinandergreifen, so dass jede Drehbewegung der Ritzelwelle auch auf das Starterritzel übertragen wird. Die Verzahnung erlaubt zugleich die axiale Relativbewegung im Rahmen des Axialspiels.
Das Federelement, welches außerhalb des Innenraums angeordnet ist, ist beispielsweise als eine ringförmige Wellfeder ausgebildet, die insbesondere zwischen einander zugewandten Absätzen an der Außenseite von Starterritzel und Ritzelwelle positioniert ist. Es kommen auch andere Federelementausführungen in Betracht, beispielsweise Wellscheiben oder Druckfedern. Das Federelement kann von einem Abdeckbauteil übergriffen sein, welches ringförmig und beispielsweise mit L-förmigem Querschnitt ausgebildet ist. Das Abdeckbauteil befindet sich zumindest mit einem Abschnitt zwischen dem Federelement und dem Starterritzel oder der Ritzelwelle und dient somit zur Übertragung der Federkraft.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung unmittelbar benachbart zur Stirnseite des Starterritzels angeordnet ist. Es kann zweckmäßig sein, das Federelement und die Kopplungseinrichtung axial auf Abstand zueinander zu positionieren, insbesondere dergestalt, dass das Federelement im Bereich der Stirnseite der Ritzelwelle angeordnet ist, so dass sich das Federelement an der Stirnseite abstützen kann.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 in einer Explosionsdarstellung die wesentlichen Bestandteile eines Starters für eine Brennkraftmaschine, umfassend ein Starterritzel und eine Ritzelwelle einschließlich eines zwischenliegenden Schnappringes für eine Kopplung von Starterritzel und Ritzelwelle sowie einer Wellfeder,
2 Starterritzel und Ritzelwelle im zusammengebauten Zustand,
3 einen Schnitt durch Starterritzel und Ritzelwelle,
4 eine Vergrößerung aus dem Kopplungsbereich zwischen Starterritzel und Ritzelwelle.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wie in den Figuren dargestellt, umfasst der Starter 1 für eine Brennkraftmaschine als wesentliche Bestandteile ein Starterritzel 2, welches auf einer nicht dargestellten Anker- bzw. Antriebswelle axial zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer ein- bzw. vorgerückten Antriebsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel 1 mit einem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine in Eingriff steht. Über die Antriebswelle wird das Starterritzel in Drehbewegung versetzt. Die axiale Verschiebebewegung auf der Antriebswelle erfolgt mithilfe eines Einrückrelais, das einen Mitnehmer betätigt, der mit einer Ritzelwelle 3 des Starters 1 gekoppelt ist. Die Ritzelwelle 3 ist drehfest mit dem Starterritzel 2 verbunden, jedoch können Starterritzel 2 und Ritzelwelle 3 axial zueinander eine Verschiebebewegung im Rahmen eines definierten, auf ein Maximum begrenzten Axialspiels ausführen.
Bei Betätigen des Einrückrelais rückt der Mitnehmer axial nach vorne und verschiebt hierbei auch die Ritzelwelle 3 sowie das Starterritzel 2 in die axial vorgerückte Antriebsposition, in der das Starterritzel 2 mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine in Eingriff steht. Zugleich wird der elektrische Antriebsmotor gestartet, wobei die Drehbewegung der Antriebswelle des Antriebsmotors auf den Mitnehmer sowie die Ritzelwelle 3 und damit auch auf das Starterritzel 2 übertragen wird. Nach dem Abschalten verstellt ein Federelement den Mitnehmer einschließlich Starterritzel 2 und Ritzelwelle 3 wieder in die axial zurückgezogene Außerbetriebsposition.
Starterritzel 2 und Ritzelwelle 3 sind über ein Federelement 4, welches als Wellfeder ausgeführt ist, axial aneinander abgestützt. Die Wellfeder 4 ist in montierter Position von einem ringförmigen Abdeckbauteil 5 übergriffen, wobei ein scheibenförmiger Abschnitt des Abdeckbauteils 5 die Federkraft der Wellfeder 4 in Achsrichtung überträgt. Die ringförmige Wellfeder 4 ist auf einen Abschnitt der Ritzelwelle 3 im Bereich der dem Starterritzel 2 zugewandten Stirnseite aufgeschoben.
Zur drehfesten Kopplung zwischen Starterritzel 2 und Ritzelwelle 3 greift ein Wellenabschnitt 2a an dem Starterritzel 2, das mit einer Außenverzahnung versehen ist, in einen zugeordneten Abschnitt 3a der Ritzelwelle 3 ein, der mit einer Innenverzahnung versehen ist. Sowohl das Starterritzel 2 als auch die Ritzelwelle 3 sind als hohlzylindrische Bauteile ausgeführt, so dass die Antriebswelle des elektrischen Antriebsmotors durch beide Bauteile hindurchgeführt werden kann. Zur Lagerung der Antriebswelle dienen Taschenbuchsen 7 und 8, die in die Hohlräume des Starterritzels 2 bzw. der Ritzelwelle 3 einsetzbar sind.
Die axiale Kopplung zwischen dem Starterritzel 2 und der Ritzelwelle 3 erfolgt mithilfe einer als Schnappring 6 ausgeführten Kopplungseinrichtung, die zwar das Starterritzel und die Ritzelwelle 3 axial aneinander sichert, jedoch ein Axialspiel zwischen diesen Bauteilen erlaubt. Der Schnappring 6 sichert die Bauteile 2 und 3 über eine rast- bzw. formschlüssige Verbindung aneinander.
Wie der Schnittdarstellung gemäß 3 zu entnehmen, werden zur Herstellung der Verbindung das Starterritzel 2 und die Ritzelwelle 2 axial über ihre einander zugewandten Stirnseiten ineinander gesteckt. Die jeweiligen Innen- bzw. Hohlräume von Starterritzel 2 und Ritzelwelle 3 bilden einen durchgehenden, axial fluchtenden Aufnahmeraum für die Antriebswelle des elektrischen Antriebsmotors. Der Rollenbund 3b an der Ritzelwelle 3 schließt sich axial an den Verbindungsabschnitt 3a an, über den die Ritzelwelle 3 mit dem Starterritzel 2 verbunden ist. Der Abschnitt 3a übergreift hierbei den zugeordneten Abschnitt 2a des Starterritzels 2 radial. Die zugewandte Stirnseite des Starterritzels 2 liegt mit einem Axialspiel 9 auf Abstand zu einer umlaufenden Ringschulter an der Innenseite der Ritzelwelle 3 im Übergang von dem Rollenbund 3b zum Abschnitt 3a. In der montierten Position drückt die Wellfeder 4 das Starterritzel 2 und die Ritzelwelle 3 axial auseinander, so dass im nicht von außen belasteten Zustand das Axialspiel 9 maximal ist. Gegen die Kraft des Federelementes 4 kann das Axialspiel bis auf Null reduziert werden, hierbei schlägt die Stirnseite des Starterritzels 2 an den inneren, umlaufenden Bund bzw. die Schulter im Übergang zwischen den Abschnitten 3a und 3b der Ritzelwelle 3 an.
Aufgrund der axial vorgelagerten Position des Rollenbundes 3b gegenüber dem Abschnitt 3a kann der Innen- und Außendurchmesser des Rollenbundes unabhängig vom Starterritzel 2 bzw. den Kopplungselementen zwischen Ritzelwelle und Starterritzel ausgeführt werden. Einzige Voraussetzung ist lediglich, dass der Innendurchmesser des Rollenbundes 3b die Aufnahme der Antriebswelle des elektrischen Antriebsmotors ermöglicht.
Die Wellfeder 4 ist auf Seiten der Ritzelwelle 3 axial an einer umlaufenden Ringschulter des Abschnittes 3a abgestützt. Die Wellfeder 4 ist von dem Abdeckbauteil 5 übergriffen, wobei das Abdeckbauteil 5 einen L-förmigen Querschnitt aufweist und ein Schenkel des Abdeckbauteils die Wellfeder 4 radial nach außen und ein weiterer, sich hierzu vertikal erstreckender Schenkel die Wellfeder 4 axial bzw. stirnseitig auf der dem Starterritzel 3 zugewandten Seite überdeckt. Dieser sich in Radialrichtung erstreckende Schenkel, der eine Scheibe bildet, überträgt die Federkraft der Feder 4 axial zwischen dem Starterritzel 2 und der Ritzelwelle 3.
3 in Verbindung mit der Ausschnittvergrößerung gemäß 4 ist zu entnehmen, dass der Schnappring 6, der benachbart zur Stirnseite des Abschnittes 2a am Starterritzel 2 angeordnet ist und axial auf Abstand zum Federelement 4 positioniert ist, in einer Ringnut 10 aufgenommen ist, die in die Mantelfläche des Abschnittes 2a des Starterritzels 2 benachbart zur freien Stirnseite eingebracht ist. Der Schnappring 6 ist radial-elastisch ausgeführt und kann zur Montage der Bauteile 2 und 3 radial zusammengedrückt werden, so dass die radiale Außenseite des Schnapprings 6 vollständig innerhalb der Ringnut 10 liegt. Dadurch ist es möglich, den übergreifenden Abschnitt 3a der Ritzelwelle 3 über den Abschnitt 2a des Starterritzels 2 zu schieben, bis die endgültige axiale Position zwischen diesen Bauteilen erreicht ist, in der der Schnappring 6 in den Bereich einer umgreifenden Ringnut 11 gelangt, die an der Innenseite des Abschnittes 3a der Ritzelwelle 3 angeordnet ist. Der Schnappring 6 kann sich in die Ringnut 11 radial ausweiten, wodurch eine rast- bzw. formschlüssige Verbindung zwischen dem Starterritzel 2 und der Ritzelwelle 3 gegen ein axiales Auseinanderschieben dieser Bauteile gegeben ist. In der Rast- bzw. Verbindungsposition liegt eine Stirnfläche des Schnapprings 6 an einer Nutseitenwand der Ringnut 11 an bzw. wird von dieser axial begrenzt.

Claims

Starter für eine Brennkraftmaschine, mit einem gegenüber einer Antriebswelle des Starters (1) verschiebbar gelagerten Starterritzel (2), das mit einer Ritzelwelle (3) verbunden ist, wobei das Starterritzel (2) drehfest mit der Ritzelwelle (3) gekoppelt, jedoch axial gegenüber der Ritzelwelle (3) verstellbar ist, mit einem Federelement (4) zur Ausübung einer axialen Federkraft zwischen Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3) und mit einer Kopplungseinrichtung (6) zwischen Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3), wobei das Starterritzel (2) und die Ritzelwelle (3) über ihre axial einander zugewandten Stirnseiten ineinander gesteckt sind und die Kopplungseinrichtung (6) und das Federelement (4) radial außerhalb des eine Antriebswelle aufnehmenden Innenraums der Ritzelwelle (3) bzw. des Starterritzels (2) angeordnet sind, wobei das Federelement (4) zwischen einander zugewandten Absätzen an der Außenseite von Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3) positioniert ist.
Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (3) einen Rollenbund (3b) aufweist, der sich axial an die Stirnseite des Starterritzels (2) anschließt.
Starter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rollenbund (3b) und der zugewandten Stirnseite des Starterritzels (2) ein Spalt liegt, der ein Axialspiel (9) zwischen Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3) bildet.
Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6) als Rastverbindung ausgeführt ist und einen radial zusammendrückbaren Schnappring (6) zwischen Starterritzel (2) und Ritzelwelle (3) umfasst.
Starter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnappring (6) in einer Nut (10, 11) in der Wandung des Starterritzels (2) bzw. der Ritzelwelle (3) aufgenommen ist.
Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement von einem Abdeckbauteil (5) übergriffen ist, das vom Federelement (4) gegen das Starterritzel (2) kraftbeaufschlagt ist.
Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement als Wellfeder (4) ausgeführt ist.
Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6) benachbart zur axialen Stirnseite des Starterritzels (2) angeordnet ist.
Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ritzelwelle (3) das Starterritzel (2) übergreift.
Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (6) und das Federelement (4) axial auf Abstand zueinander liegen.