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Die Erfindung bezieht sich auf einen Starter für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE-PS 626 653 wird ein Starter für eine Brennkraftmaschine beschrieben, der auf einer Antriebswelle ein axial verschiebbares Starterritzel aufweist, welches zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel in Eingriff mit eifem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht. Bei einer Drehbewegung der Antriebswelle wird das Starterritzel in Rotation versetzt und über den Eingriff mit dem Zahnkranz die Brennkraftmaschine gestartet. Die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels ist mit einer Relativ-Drehbewegung gegenüber der Antriebswelle verbunden, die dadurch erreicht wird, dass ein mit dem Starterritzel einteilig ausgebildeter Schaft in eine stirnseitige Bohrung in der Antriebswelle einragt und ein an dem Schaft befestigter, radial überstehender Zapfen in einem Schrägschlitz geführt ist, welcher in die Wand der stirnseitigen Bohrung der Antriebswelle eingebracht ist. Durch die Drehbewegung des Starterritzels während der Vorschubbewegung wird das Einspuren in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine erleichtert. Die Relativbewegung zwischen Starterritzel und Antriebswelle wird mithilfe eines Federelementes erreicht, die am Boden der Bohrung abgestützt ist und den Schaft des Starterritzels mit einer axialen Kraft beaufschlagt.
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Zum Einspuren in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine wird die Antriebswelle einschließlich Starterritzel mithilfe einer Vorspureinrichtung axial verstellt. Die Vorspureinrichtung umfasst einen schwenkbaren Hebel, der in eine Umfangsnut einer Muffe eingreift, welche auf der Antriebswelle angeordnet ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen einen Starter für eine Brennkraftmaschine für eine lange Betriebsdauer auszulegen. Es sollen insbesondere die auf eine Vorspureinrichtung des Starters wirkenden Kräfte reduziert sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Der erfindungsgemäße Starter, der vorzugsweise über einen elektrischen Startermotor angetrieben wird, dient zum Starten einer Brennkraftmaschine, indem ein Starterritzel, das auf einer Antriebswelle gelagert ist, zwischen einer zurückgezogenen. Außerfunktions- bzw. Ruheposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Das Starterritzel wird in der Eingriffsposition von der Antriebswelle angetrieben und treibt seinerseits den Zahnkranz an der Brennkraftmaschine an.
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Zur Realisierung einer Spiral- bzw. Schraubenbewegung ist das Starterritzel über eine Spiral- bzw. Schraubennut und einem in die Schraubennut eingreifenden Führungsstift mit der Antriebswelle gekoppelt. Grundsätzlich genügt es, lediglich eine einzige Schraubennut und einen in die Schraubennut eingreifenden Führungsstift vorzusehen. Gegebenenfalls kann aber auch an gegenüberliegenden Seiten jeweils eine Schraubennut mit einem zugeordneten Führungsstift vorgesehen sein. Die Schraubennut und der eingreifende Führungsstift erlauben bei der Vorspurbewegung eine Kombination einer axialen Stellbewegung des Starterritzels mit einer Drehbewegung gegenüber der Antriebswelle.
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Die Relativbewegung des Starterritzels gegenüber der Antriebswelle wird mithilfe einer Vorspureinrichtung erzeugt. Die Vorspureinrichtung umfasst beispielsweise einen Hebel, insbesondere einen Gabelhebel, welcher das Starterritzel in Achsrichtung beaufschlagt, um die Vorspurbewegung auszulösen. Der Hebel greift zweckmäßigerweise in eine Ringnut ein, die in die Mantelfläche des Starterritzels bzw. eines einteilig mit dem Starterritzel ausgebildeten Abschnittes eingebracht ist.
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Um die Vorspureinrichtung während des Startvorganges von hohen Kräften zu entlasten, grenzt an das in Vorschubrichtung vorne liegende Nutende der Schraubennut eine Anschlagsfläche an der Nutinnenwand ein, an der der Führungsstift abgestützt ist, wenn der Zahnkranz an der Brennkraftmaschine das Starterritzel antreibt. Derartige Antriebssituationen treten auf, sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist und der Zahnkranz eine höhere Drehzahl als das Starterritzel aufweist. Solange das Starterritzel noch in Eingriff mit dem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine steht, kommt es zu einer Momentenübertragung vom Zahnkranz auf das Starterritzel und damit zu einem Antreiben des Starterritzels durch den Zahnkranz.
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Bei Ausführungen im Stand der Technik, bei denen keine Anschlagsfläche vorgesehen ist, wird in diesen Situationen das Starterritzel entlang der Schraubennut in Richtung der Außerfunktions- bzw. Ausgangsstellung kraftbeaufschlagt. Diese Kraft muss von der Vorschubeinrichtung aufgenommen werden, die einer entsprechend hohen Belastung unterliegt.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausführung liegt dagegen der Führungsstift an der Anschlagsfläche an und stützt sich an der Anschlagsfläche ab, wodurch eine Bewegung des Führungsstiftes entlang der Schraubennut in Richtung Außerfunktions- bzw. Ausgangsstellung verhindert wird. Die auftretenden Kräfte, welche von Momentenübertragung vom Zahnkranz an der Brennkraftmaschine auf das Starterritzel herrühren, werden über den Führungsstift auf die Anschlagsfläche an der Nutinnenwand übertragen. Somit ist die Vorspureinrichtung, welche sich noch in der vorgespurten Position befindet, kräftefrei. Soweit die Vorspureinrichtung einen Hebel, insbesondere einen Gabelhebel umfasst, unterliegt dieser in der beschriebenen Situation keinen Kräften.
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Die Anschlagsfläche an der Nutinnenwand der Schraubennut ist in der Weise ausgerichtet, dass eine hinreichende Abstützung des Führungsstiftes während des Antreibens des Starterritzels durch den Zahnkranz an der Brennkraftmaschine in Umfangs- bzw. Drehrichtung gewährleistet ist. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass die Anschlagsfläche sich in Achsrichtung erstreckt. Grundsätzlich möglich sind aber auch winklige Ausrichtungen der Anschlagsfläche gegenüber der Achsrichtung, vorzugsweise jedoch in einem Winkelbereich von wenigen Grad, beispielsweise weniger als 5° oder 10°, wobei sowohl eine Winkelausrichtung in Betracht kommt, in der der Führungsstift nach Art einer Hinterschneidung bzw. einer Übertotpunktlage an der Anschlagsfläche liegt, als auch Ausführungen, in denen die Anschlagsfläche in Richtung der Schraubennut geringfügig geneigt ist. Im letztgenannten Fall wird durch die Reibung zwischen Führungsstift und Anschlagsfläche verhindert, dass der Führungsstift in die Schraubennut hineinbewegt wird.
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Die Anschlagsfläche nimmt mit der unmittelbar angrenzenden Nutwandung der Schraubennut einen Winkel ein, der zum einen durch die Ausrichtung der Anschlagsfläche gegenüber der Längsachse der Antriebswelle bestimmt wird und zum andern durch die Winkelausrichtung der Schraubennut bezogen auf die Längsachse der Antriebswelle.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass sich die Vorspurunterstützung durch die Vorspureinrichtung nur über eine Teillänge der Schraubennut erstreckt. Die Vorspurunterstützung erfolgt ausgehend vom hinteren, der Vorschubrichtung abgewandten Nutende der Schraubennut bis zu einem Punkt, der sich mit Abstand zum in Vorschubrichtung vorne liegenden Nutende der Schraubennut befindet. Den restlichen Weg bis zum vorderen Nutende wird das Starterritzel durch die Schraubkraft zwischen dem Führungsstift und den Nutinnenwänden der Schraubennut vorgetrieben. Während dieser Bewegung ist die Vorspureinrichtung entlastet.
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Mit dem Erreichen des vorderen Nutendes der Schraubennut ist das Starterritzel vollständig in den Zahnkranz an der Brennkraftmaschine eingespurt und nimmt seinen Antriebszustand ein, in welchem der Zahnkranz angetrieben wird. In dieser Situation wirken keine Kräfte auf die Vorspureinrichtung.
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Sobald der Zahnkranz nach dem. Starten der Brennkraftmaschine sich schneller zu bewegen versucht als das Starterritzel, treibt der Zahnkranz das Starterritzel an, und es wird ein antreibendes Moment vom Zahnkranz auf das Starterritzel übertragen. Dadurch wird der Führungsstift gegen die benachbart zum vorderen Nutende liegende Anschlagsfläche an der Nutinnenwand der Schraubennut gedrückt. Auch in dieser Situation ist die Vorspureinrichtung von Kräften entlastet.
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Nach Beendigung des Startvorganges zieht die Vorspureinrichtung das Starterritzel in Richtung ihrer Außerfunktions- bzw. Ausgangs- oder Ruhelage zurück. Sobald der Führungsstift die Anschlagsfläche an der Nutinnenwand verlässt, sorgt die Schraubenform der Schraubennut für ein beschleunigtes Auswerfen des Starterritzels.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass die Führungsnut in die Mantelfläche der Antriebswelle eingebracht und der Führungsstift mit dem Starterritzel verbunden ist. Das Starterritzel ist als Hohlkörper ausgebildet, das auf die Antriebswelle aufgeschoben ist. Der Führungsstift ragt radial in die innen liegende Ausnehmung im Starterritzel ein, um den gewünschten Eingriff in die Schraubennut an der Mantelfläche der Antriebswelle durchführen zu können.
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Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der der Führungsstift mit der Antriebswelle verbunden ist und radial von der Mantelfläche der Antriebswelle abragt und in eine Führungsnut eingreift, die an der Innenseite des Starterritzels ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist eine axiale Montagehilfsnut an dem gleichen Bauteil vorgesehen, in welches auch die Schraubennut eingebracht ist. Die Montagehilfsnut, die sich in Achsrichtung erstreckt, ist in Vorschubrichtung vor der Schraubennut angeordnet und mündet in die Schraubennut. Zweckmäßigerweise besitzt die Montagehilfsnut eine geringere radiale Tiefe als die Schraubennut, das vordere Nutende der Schraubennut grenz an die Montagehilfsnut an. Die Montagehilfsnut erlaubt ein axiales Aufschieben des Starterritzels mit eingesetztem Führungsstift, der sich zumindest geringfügig radial in den inneren Durchgang des Starterritzels erstreckt. Der Führungsstift wird entlang der Montagehilfsnut bis zum Erreichen der Schraubennut bewegt, welche eine größere radiale Tiefe aufweist, so dass der Führungsstift mit größerer radialer Tiefe in die Schraubennut einragen kann.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung erstreckt sich die Schraubennut in Umfangsrichtung gesehen zumindest geringfügig über die Montagehilfsnut hinaus, wobei im Übergang zwischen der Montagehilfsnut und der Schraubennut das vorne liegende Nutende der Schraubennut gebildet ist, an der in der regulären Starterposition der Führungsstift anliegt und sich abstützt. Der zumindest geringfügig sich in Umfangsrichtung über die Montagehilfsnut hinaus erstreckende Abschnitt der Schraubennut bildet einen sicheren Sitz für den Führungsstift in der regulären Antriebssituation.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Antriebswelle in einem Starter für eine Brennkraftmaschine, mit einer in die Mantelfläche der Antriebswelle eingebrachten Schraubennut zur Führung eines Führungsstiftes, der fest mit einem auf der Antriebswelle aufsitzenden Starterritzel verbunden ist,
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2 die Antriebswelle mit der Schraubennut in Draufsicht,
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3 ein Starter für eine Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle mit Schraubennut sowie aufgesetztem Starterritzel, das sich in seiner Außerfunktions- bzw. Ausgangslage befindet,
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4 der Starter mit vorgeschobenem Starterritzel, das durch eine Vorspureinrichtung des Starters bis zu einer Position nahe des vorderen Nutendes der Schraubennut verstellt ist,
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5 der Starter in vorderer Anschlagstellung des Starterritzels im Antriebszustand,
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6 der Starter in einer Situation, in welcher das Starterritzel vom Zahnkranz der Brennkraftmaschine angetrieben wird, mit dem Führungsstift in Abstützposition an einer sich in Achsrichtung erstreckenden Anschlagfläche an der Nutinnenwand.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein Ausschnitt aus einem Starter 1 für eine Brennkraftmaschine mit einer Antriebswelle 2 dargestellt, die von einem elektrischen Startermotor angetrieben wird. Die Antriebswelle 2 ist Träger eines aufgeschobenen Starterritzels 11 (3 bis 6), das zum Starten der Brennkraftmaschine in Eingriff mit einem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine gebracht wird.
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Das Starterritzel ist auf der Antriebswelle 2 gelagert und zwischen einer axial zurückgezogenen Außerfunktions- bzw. Ausgangsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen, in der das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz steht. Die Vorschubbewegung des Starterritzels auf der Antriebswelle 2 ist als Schraubenbewegung mit axialer Komponente und einer Komponente in Umfangsrichtung ausgeführt. Um diese Schraubenbewegung zu vollführen, ist in die Mantelwelle der Antriebswelle 2 eine Spiral- bzw. Schraubennut 3 eingebracht, die in sich geradlinig ausgebildet ist und gegenüber der Längsachse der Antriebswelle winklig ausgerichtet ist, so dass sich die Schraubennut mit einer Komponente in Umfangsrichtung sowie einer Komponente in Achsrichtung auf der Antriebswelle 2 erstreckt. In die Schraubennut 3 ragt ein Führungsstift ein, welcher fest mit dem Starterritzel verbunden ist.
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Wie 1 in Verbindung mit 2 zu entnehmen, ist die Schraubennut 3 aufgrund ihrer winkligen Ausrichtung gegenüber der Längsachse 4 der Antriebswelle 2 geneigt, wobei der Neigungswinkel vorzugsweise kleiner als 30° ist, beispielsweise 20° beträgt. Die Schraubennut 3 weist ein bezogen auf die Vorschubrichtung 7 des Starterritzels hinteres Nutende 5 und ein vorderes Nutende 6 auf. Das vordere Nutende 6 grenzt an eine in Achsrichtung verlaufende Montagehilfsnut 8 an, die eine geringere radiale Tiefe als die Schraubennut 3 aufweist und dazu dient, das Starterritzel einschließlich eines eingesteckten, radial nach innen ragenden Führungsstiftes axial auf die Antriebswelle 2 bis zum Erreichen der Schraubennut 3 aufzuschieben.
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Benachbart zum vorderen Nutende 6 ist eine angrenzende Nutinnenwand der Schraubennut 3 als eine Anschlagsfläche 9 ausgebildet, die in Richtung der Längsachse 4 verläuft. An der Anschlagsfläche 9 liegt der Führungsstift des Starterritzels an und stützt sich in Umfangsrichtung ab, wenn der Zahnkranz der Brennkraftmaschine ein antreibendes Moment auf das Starterritzel ausübt und dieses dadurch antreibt. Die Anschlagsfläche 9 nimmt mit der Längsachse 10 der Schraubennut 3 aufgrund der Ausrichtung der Anschlagsfläche parallel zur Längsachse 4 der Antriebswelle den gleichen Winkel ein wie die Schraubennut 3 gegenüber der Längsachse 4. In Richtung der Längsachse 4 gesehen erstreckt sich die Anschlagsfläche 9 ausgehend von dem vorderen Nutende 6 über einen Bruchteil der axialen Länge der Schraubennut 3, beispielsweise über maximal ein Viertel der Länge.
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In 3 ist der Starter 1 mit dem auf die Antriebswelle 2 aufgeschobenen Starterritzel 11 dargestellt, das zwischen der in 3 in Außerfunktions- bzw. Ausgangsposition dargestellten Lage und der axial vorgerückten, in den 4 bis 6 dargestellten Lage zu verstellen ist. In der vorgerückten Lage greift das Starterritzel 11 in den Zahnkranz 12 an der Brennkraftmaschine ein und treibt diesen an. Fest mit dem Starterritzel 11 ist ein Führungsstift 16 verbunden, der radial nach innen weist und in die innere Ausnehmung des Starterritzels 11 einragt. Im montierten Zustand gemäß den 3 bis 6 liegt die innen liegende Stirnseite des Führungsstiftes 16 innerhalb der Schraubennut 3.
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Des Weiteren weist der Starter 1 eine Vorspureinrichtung 13 auf, welche einen Gabelhebel 14 umfasst, der in eine Ringnut 15 an der Außenseite des Starterritzels 11 eingreift. Über die Vorspureinrichtung 13 kann das Starterritzel 11 in Vorschubrichtung 7 verstellt werden. Aufgrund der Verbindung zwischen dem Führungsstift 16 am Starterritzel 11 und der Schraubennut 3 führt das Starterritzel 11 bei der Vorschubbewegung entsprechend der Neigung der Schraubennut 3 eine kinematisch zwangsgeführte, zusätzliche Drehbewegung gegenüber der Antriebswelle 2 aus. Die Vorschubbewegung wird dem Starterritzel 11 von der Vorspureinrichtung 13 mit dem Gabelhebel 14 aufgeprägt.
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In 3 befindet sich das Starterritzel 11 in seiner zurückgezogenen Ausgangsposition, in welcher der Führungsstift 16 am hinteren Nutende 5 der Schraubennut 3 anliegt. In 4 ist das Starterritzel 11 in einer vorgespurten Position dargestellt, welche als Folge der Vorschubbewegung der Vorspureinrichtung 13 mit dem Gabelhebel 14 erreicht wird. 4 zeigt die Endstellung für die Vorspurunterstützung durch die Vorspureinrichtung, in welcher der Führungsstift 16 jedoch noch nicht das vordere Nutende 6 erreicht hat; vielmehr liegt der Führungsstift 16 axial auf Abstand zum vorderen Nutende 6, er befindet sich etwa in Höhe des Übergangs von der geneigten Nutinnenwand der Schraubennut 3 zur axialen Anschlagsfläche 9.
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In 5 ist das Starterritzel 1 in seiner vollständig vorgerückten Position gezeigt, die die Eingriffsposition darstellt. Der Führungsstift 16 liegt an dem vorderen Nutende 6 der Schraubennut 3 an, wobei der restliche Weg von der Position gemäß 4 bis zum Erreichen des vorderen Nutendes gemäß 5 durch die axiale Schraubkraft zwischen dem Führungsstift 16 und der Nutinnenwand der Schraubennut 3 zurückgelegt wird. In der vorgerückten Eingriffsposition ist die Vorspureinrichtung 13 mit dem Gabelhebel 14 kräftefrei, es werden keine Vorschubkräfte vom Gabelhebel 14 auf das Starterritzel 11 und umgekehrt keine Kräfte vom Starterritzel 11 auf den Gabelhebel 14 übertragen.
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Auch in 6 befindet sich das Starterritzel 11 noch in seiner vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine. Allerdings stellt 6 die Situation dar, in welcher die Brennkraftmaschine bereits gestartet worden ist und der Zahnkranz an der Brennkraftmaschine mit höherer Umdrehung als das Starterritzel umläuft, so dass vom Zahnkranz auf das Starterritzel 11 ein antreibendes Moment übertragen wird. Dieses Moment verursacht eine geringfügige Positionsänderung des Führungsstiftes 16 innerhalb der Schraubennut 3 in. Richtung auf die Anschlagsfläche 9, an der sich der Führungsstift 16 abstützt. Die Breite der Schraubennut 3 – in Umfangsrichtung gesehen – ist zumindest im Bereich der Anschlagsfläche 9 geringfügig größer als der Durchmesser des Führungsstiftes 16, so dass der Führungsstift 16 aus der Anschlagsstellung am vorderen Nutende 6 gemäß 5 in die Anschlagsstellung an der Anschlagsfläche 9 gemäß 6 wandern kann und sich an der Anschlagsfläche 9 in Umfangsrichtung abstützt. Aufgrund der achsparallelen Ausrichtung der Anschlagsfläche 9 liegt während der Momentenübertragung vom Zahnkranz auf das Starterritzel das Starterritzel stabil, so dass auch die Vorspureinrichtung 13 mit dem Gabelhebel 14 von Kräften entlastet bleibt.
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Am Ende des Startvorganges zieht die Vorspureinrichtung 13 mit dem Gabelhebel 14 das Starterritzel wieder in Richtung Ausgangs- bzw. Ruhelage. Sobald Führungsstift 16 die achsparallele Anschlagsfläche 9 verlässt, sorgt die schraubenförmige Nutwandung der Schraubennut 3 für ein beschleunigtes Auswerfen des Starterritzels 11.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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