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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 102 58 908 A1 wird ein elektrisch betätigbarer Starter für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zum Starten der Brennkraftmaschine ein Starterritzel in Eingriff mit einem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine gebracht und über einen elektrischen Startermotor angetrieben wird. Um das Starterritzel mit dem Zahnkranz in Eingriff zu bringen, muss das Starterritzel, das auf einer Antriebswelle verschieblich gelagert ist, zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgeschobenen Eingriffsposition verstellt werden. Die Verstellbewegung wird mithilfe einer Hubscheibe realisiert, die durch Mitnahmefinger mit dem Anker des Startermotors verbunden ist und bei einer Drehung des Startermotors axial vorgeschoben wird. Die Hubscheibe wirkt auf einen Mitnehmerflansch, der Teil einer Freilaufeinrichtung des Starterritzels ist.
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Darüber hinaus sind Starter für Brennkraftmaschinen bekannt, welche zum Ausführen der Vorschubbewegung des Starterritzels ein Einrückrelais aufweisen, bei dem es sich üblicherweise um ein elektromagnetisches Stellglied mit axialer Stellbewegung handelt. Um das Starterritzel in der vorgeschobenen Eingriffsposition zu halten, muss das Einrückrelais für die Dauer des Startvorgangs bestromt werden.
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Die
US 4 774 915 zeigt einen Starter für eine Brennkraftmaschine, bei dem das Starterritzel über einen Elektromotor axial zwischen der Außereingriffsposition und der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine verstellt wird. Der Elektromotor ist Teil eines Übertragungsmechanismus für die axiale Verstellbewegung des Starterritzels, wobei der innen liegende Rotor des Elektromotors ein erstes Übertragungsbauteil des Übertragungsmechanismus bildet, das mit einem Innengewinde versehen ist, in welches nach Art einer Schraube ein Ring mit einem Außengewinde eingeschraubt ist. Der Ring ist von einem gehäuseseitigen Bauteil abgestützt, um eine Rotation zu vermeiden, wenn der Rotor umläuft. Auf diese Weise kann bei einer Drehung des Rotors der Ring axial verstellt werden, der über einen weiteren Koppelmechanismus mit dem Starterritzel verbunden ist, so dass sich auch das Starterritzel axial verstellt.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen die Vorschubbewegung eines Starterritzels zu bewerkstelligen, wobei die vorgeschobene Position des Starterritzels ohne Energieaufwand gehalten werden soll.
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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 für eine Brennkraftmaschine weist ein auf einer Antriebswelle verschiebbar gelagertes Starterritzel auf, das zwischen einer axial zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer axial vorgeschobenen Eingriffsposition zu verstellen ist, in welcher das Starterritzel in Eingriff mit einem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine steht. Die Antriebswelle wird von einem elektrischen Startermotor rotierend angetrieben und bewegt das in Eingriffsposition drehfest gekoppelte Antriebsritzel in Drehrichtung, wodurch die Brennkraftmaschine gestartet wird.
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Die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels auf der Antriebswelle zwischen der Außereingriffsposition und der Eingriffsposition wird mithilfe eines Aktuators durchgeführt, bei dem es sich insbesondere um einen Elektromotor handelt, welcher jedoch nicht mit dem elektrischen Startermotor identisch ist. Der Elektromotor für die Vorrückbewegung des Starterritzels ist vielmehr als separater, eigenständiger Elektromotor ausgeführt.
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Die Übertragung der Antriebsbewegung des Aktuators auf die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels erfolgt mittels eines Übertragungsmechanismus, der ein von dem Aktuator drehbar angetriebenes erstes Übertragungsbauteil, das axial unverrückbar gelagert ist, und ein mit dem ersten Übertragungsbauteil wirkgekoppeltes, mit dem Starterritzel verbundenes zweites Übertragungsbauteil umfasst. Eine Drehbewegung des ersten Übertragungsbauteils wird in eine axiale Verschiebebewegung des zweiten Übertragungsbauteils umgesetzt, wodurch auch das Starterritzel, welches mit dem zweiten Übertragungsbauteil gekoppelt ist, eine entsprechende axiale Verschiebebewegung ausführt.
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Der Übertragungsmechanismus erlaubt die Verwendung eines Elektromotors als Aktuator für die Verschiebebewegung des Starterritzels. Die Rotationsbewegung des Elektromotors kann entweder direkt oder über ein Getriebe auf das erste Übertragungsbauteil übertragen werden, das über den Umsetzungsmechanismus die Verschiebebewegung des zweiten Übertragungsbauteils erzeugt. Der Elektromotor muss lediglich für die Vorschubbewegung des Starterritzels betätigt werden, so dass auch nur während der Vorschubbewegung Energie für den Elektromotor aufgewandt und dieser bestromt werden muss. Mit dem Erreichen der Eingriffsposition ist dagegen keine weitere Bestromung des Elektromotors erforderlich, wodurch sich der Energieaufwand für die Vorrückbewegung und das Halten des Starterritzels im Vergleich zu Ausführungen aus dem Stand der Technik reduziert.
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Gemäß bevorzugter Ausführung liegen die Übertragungsbauteile des Übertragungsmechanismus, die Motorachse des als Aktuator verwendeten Elektromotors sowie das Starterritzel koaxial zur Antriebswelle, welche vom Startermotor angetrieben wird. Der Elektro- bzw. Aktuatormotor kann als Innen- oder Außenläufermotor ausgebildet sein, der bei koaxialer Positionierung vorteilhafterweise die Antriebswelle umgreift. Möglich ist aber auch eine Anordnung des Elektromotors außerhalb der Achse der Antriebswelle, wobei in diesem Fall die Übertragung der Antriebsbewegung auf das erste Übertragungsbauteil über ein zwischengeschaltetes Getriebe erfolgt.
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Gemäß weiterer bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass ein Übertragungsbauteil eine schrauben- bzw. spiralförmige Verstellkurve aufweist, in die ein Abtaststift einragt, der mit dem anderen Übertragungsbauteil verbunden ist. Die Schraubenform der Verstellkurve stellt eine einfach zu realisierende und zuverlässig arbeitende Möglichkeit zur Umsetzung der Drehbewegung des ersten Übertragungsbauteils in eine axiale Verstellbewegung des zweiten Übertragungsbauteils dar. Die Verstellkurve befindet sich bevorzugt am ersten Übertragungsbauteil, welches von dem Aktuator beaufschlagt wird, der Abtaststift am zweiten, mit dem Stellritzel gekoppelten Übertragungsbauteil. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der das erste Übertragungsbauteil den Abtaststift trägt und die Verstellkurve am zweiten Übertragungsbauteil angeordnet ist.
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Aus Gründen einer symmetrischen Kraft- bzw. Momentenübertragung kann es zweckmäßig sein, zwei um 180° versetzte Verstellkurven an einem Übertragungsbauteil vorzusehen, in die jeweils ein Verstellstift einragt, wobei die beiden Verstellstifte am zweiten Übertragungsbauteil befestigt sind.
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Die Übertragungsbauteile sind vorteilhafterweise als Ring- bzw. Hülsenkörper ausgebildet, die koaxial angeordnet und ineinander gesteckt sind. Die Verstellkurve befindet sich entweder an der radial außen liegenden Mantelfläche des inneren Übertragungsbauteils oder an der Innenseite des umgreifenden, äußeren Übertragungsbauteils; der Verstellstift ist entsprechend am jeweils anderen Übertragungsbauteil angeordnet und ragt von diesem radial ab. Ineinander gesteckte, hülsenförmige Übertragungsbauteile vorzusehen, stellt eine kompakte, klein bauende Ausführung dar.
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Bei koaxialer Anordnung der Übertragungsbauteile zur Antriebswelle sind die Übertragungsbauteile auf der Antriebswelle drehbar gelagert, um Unabhängigkeit von der Rotationsbewegung der Antriebswelle zu erreichen, wobei das erste Übertragungsbauteil, welches von dem Aktuator angetrieben wird, während der Drehbewegung seine axiale Position beibehält. Das Starterritzel ist zumindest in der vorgerückten Eingriffsposition drehfest mit der Antriebswelle verbunden.
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Des Weiteren ist gemäß einer vorteilhaften Ausführung ein Führungsbauteil vorgesehen, an dem sich das ritzelseitige Übertragungsbauteil während der axialen Vorschubbewegung abstützt, um eine Rotationsbewegung zu vermeiden. Das Führungsbauteil ist gehäusefest angeordnet und stellt sicher, dass bei der Abtastung der Verstellkurve über den Abtaststift das zweite Übertragungsbauteil nicht gemeinsam mit dem ersten Übertragungsbauteil rotiert, sondern axial vorgeschoben wird. Auch das Führungsbauteil ist zweckmäßigerweise als Ringkörper ausgebildet, insbesondere in der Art, dass das Führungsbauteil die beiden Übertragungsbauteile übergreift.
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Das ritzelseitige Übertragungsbauteil ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung mit einem Ringkörper verbunden, der Teil einer Freilaufanordnung ist und mit dem Starterritzel gekoppelt ist. Die Freilaufanordnung stellt sicher, dass unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine eine schnellere Drehbewegung des Zahnkranzes nicht über das Starterritzel auf die Motorwelle des Startermotors übertragen wird, was zu einer Schädigung bzw. zur Störung führen könnte.
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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 schematische Darstellung eines Starters für eine Brennkraftmaschine,
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2 einen Schnitt durch den Starter mit dem Starterritzel in der zurückgezogenen Außereingriffsposition,
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3 eine 2 entsprechende Schnittdarstellung, jedoch mit dem Starterritzel in der vorgeschobenen Eingriffsposition,
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4 ein Übertragungsbauteil, welches Bestandteil eines Übertragungsmechanismus zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine axiale Vorschubbewegung ist, mit zwei in die Mantelfläche eingebrachten, diagonal gegenüberliegenden, schraubenförmigen Verstellkurven,
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5 das Übertragungsbauteil gemäß 4 in Draufsicht.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine Prinzipdarstellung des Starters 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt. Der Starter 1 weist einen Aktuator 2 auf, welcher dazu dient, das Starterritzel 5 axial zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgeschobenen Eingriffsposition mit einem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine zu verschieben. Der Aktuator 2 ist als ein Elektromotor ausgeführt, dessen Rotationsbewegung über ein optional vorgesehenes Untersetzungsgetriebe 3 und einen Übertragungsmechanismus 4 in die gewünschte axiale Stellbewegung des Starterritzels 5 umgesetzt wird. Mittels des Untersetzungsgetriebes 3 kann eine Drehzahlreduktion erreicht werden. Der Übertragungsmechanismus 4 dient zum Umsetzen der Rotationsbewegung in eine axiale Stellbewegung, welche auf das Starterritzel 5 wirkt. Das Starterritzel 5 ist vorteilhafterweise mit einer Freilaufeinrichtung gekoppelt, über die verhindert werden soll, dass unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine aufgrund des Eingriffs mit dem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine eine höhere Drehzahl des Zahnkranzes auf den Starter und den darin enthaltenen Aktuator bzw. Elektromotor übertragen wird.
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Der rotatorische Antrieb des Starterritzels während des Eingriffs mit dem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine erfolgt mittels eines elektrischen Startermotors 6. Der Startermotor 6 und der als Elektromotor ausgeführte Aktuator 2 sind als voneinander unabhängige Motoren ausgebildet und beaufschlagen das Starterritzel 5 mit voneinander grundsätzlich entkoppelten Bewegungen. Der Aktuator 2 dient zur Erzeugung einer axialen Vorschubbewegung, der Startermotor 6 erzeugt die Drehbewegung des Starterritzels.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung des Starters 1 mit dem Starterritzel 5 in der axial zurückgezogenen Außereingriffsposition, in welcher das Starterritzel 5 außer Eingriff mit einem Zahnkranz 7 an der Brennkraftmaschine steht. in 3 ist dagegen das Starterritzel 5 in die vorgeschobene Eingriffsposition verstellt, in der das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz 7 steht. Das Starterritzel 5 sitzt auf der Antriebswelle 8 auf, welche von dem Startermotor 6 (1) drehend angetrieben wird. Das Starterritzel 5 ist axial verschieblich auf der Antriebswelle 8 gelagert, es wird jedoch in der vorgeschobenen Eingriffsposition gemäß 3 von dem Startermotor in Rotation versetzt, so dass auch der Zahnkranz 7 über das Starterritzel angetrieben wird.
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Zur Erzeugung der axialen Vorschubbewegung wird der als Elektromotor ausgeführte Aktuator 2 eingesetzt, der unabhängig und separat von dem elektrischen Startermotor 6 ausgebildet ist. Der Aktuator 2 ist über den Übertragungsmechanismus 4 mit dem Starterritzel 5 gekoppelt. Der Übertragungsmechanismus 4 umfasst ein erstes Übertragungsbauteil 9, welches drehfest mit der Motorwelle des Aktuators 2 verbunden ist, sowie ein zweites Übertragungsbauteil 10, das in Achsrichtung fest mit dem Starterritzel 5 gekoppelt ist, wobei in Drehrichtung das zweite Übertragungsbauteil 10 von dem Starterritzel 5 entkoppelt ist. Die beiden Übertragungsbauteile 9, 10 sind jeweils als Hülsen- bzw. Ringkörper ausgebildet. Das erste Übertragungsbauteil 9 weist einen kleineren Durchmesser auf und wird von dem zweiten Übertragungsbauteil 10 übergriffen. Beide Übertragungsbauteile 9, 10 liegen koaxial zur Antriebswelle 8.
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Über den Übertragungsmechanismus 4 wird die rotatorische Drehbewegung, welche von dem als Elektromotor ausgeführten Aktuator 2 auf das erste Übertragungsbauteil 9 übertragen wird, in eine axiale Verstellbewegung des zweiten Übertragungsbauteils 10 und damit auch des Starterritzels 5 umgesetzt. Dies erfolgt mithilfe einer nutförmigen Verstellkurve 11, die in die radial außen liegende Mantelfläche des ersten Übertragungsbauteils 9 eingebracht ist und Spiral- bzw. Schraubenform aufweist. In die Verstellkurve 11 ragt ein Abtaststift 12 ein, der in eine Ausnehmung in der Wandung des zweiten Übertragungsbauteils 10 eingesetzt und fest mit dem Übertragungsbauteil 10 verbunden ist. Der Abtaststift 12 erstreckt sich in Radialrichtung, wobei die radial nach innen weisende Stirnseite des Abtaststiftes 12 in die Verstellkurve 11 an der äußeren Mantelfläche des ersten Übertragungsbauteiles 9 einragt. Hierzu erstreckt sich der Abtaststift 12 radial über die Innenseite des zweiten, ritzelseitigen Übertragungsbauteils 10 nach innen.
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Außerdem ragt der Absatzstift 12 auch radial über die Außenseite des ritzelseitigen Übertragungsbauteils 10 nach außen und liegt an einer Abstützkante an einem Führungsbauteil 13 an, welches gehäusefest angeordnet ist. Die Abstützkante am Führungsbauteil 13 erstreckt sich in Achsrichtung, wobei die Abstützung des Abtaststiftes 12 am Führungsbauteil 13 sicherstellt, dass bei der Rotationsbewegung des ersten, aktuatorseitigen Übertragungsbauteils 9 das zweite, ritzelseitige Übertragungsbauteil 10 sich nicht dreht, sondern während der Vorschubbewegung seine Winkellage gegenüber dem Gehäuse beibehält, so dass aufgrund der Schraubenform der Verstellkurve 11 dem zweiten Übertragungsbauteil 10 die gewünschte, axiale Vorschubbewegung aufgeprägt wird.
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Das erste Übertragungsbauteil 9 ist über einen Verbindungsstift 14 mit einem Flansch 15 drehfest verbunden, welcher ringförmig ausgebildet ist und auf der Antriebswelle 8 aufsitzt und von dem als Elektromotor ausgebildeten Aktuator 2 in Drehung versetzt wird. Sowohl der Flansch 15 als auch die Übertragungsbauteile 9 und 10 sind drehbar auf der Antriebswelle 8 gelagert.
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Die Verbindung des zweiten Übertragungsbauteils 10 mit dem Starterritzel 5 erfolgt mittels eines Verbindungsbauteils 16, das axial fest mit einem Außenring 17 gekoppelt ist, wobei Außenring 17 und Verbindungsteil 16 in Drehrichtung entkoppelt sind. Der Außenring 17 ist Teil einer Freilaufanordnung des Starterritzels und ist im Antriebsfall, bei dem das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine steht und dieses antreibt, drehfest mit dem Starterritzel 5 gekoppelt. Um Beschädigung des Starters nach dem erfolgten Start der Brennkraftmaschine zu vermeiden, wenn der Zahnkranz mit höherer Geschwindigkeit als das Starterritzel umläuft, ermöglicht die Freilaufanordnung bei einer Drehrichtung entgegen der Antriebsrichtung eine Relativdrehbewegung zwischen dem Starterritzel 5 und dem Außenring 17.
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Wie 2 und 3 des Weiteren zu entnehmen, befindet sich auf der Antriebswelle 8 ein ringförmiger Anschlag 19, an dem das Starterritzel 5 in der vorgeschobenen Position gemäß 3 anschlägt.
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In den 4 und 5 ist das erste Übertragungsbauteil 9, welches drehfest mit dem als Elektromotor ausgebildeten Aktuator gekoppelt ist, in Einzeldarstellung gezeigt. In die äußere Mantelfläche 18 des Übertragungsbauteils 9 sind zwei um 180° versetzt angeordnete, identische Verstellkurven 11 in Form jeweils einer schraubenförmigen Nut eingebracht. In die Verstellkurve 11 ragt jeweils ein Abtaststift 12 an dem umgreifenden, hülsenförmigen Übertragungsbauteil 10 (2, 3) ein. Da insgesamt zwei Verstellkurven und zwei Abtaststifte vorgesehen sind, welche diagonal gegenüberliegen, ist eine gleichmäßige Kraft- und Momentenübertragung zwischen den Übertragungsbauteilen gewährleistet.
