DE102011012603A1

DE102011012603A1 - Permanent eingespurter Starter mit einem trockenen Freilauf

Info

Publication number: DE102011012603A1
Application number: DE102011012603A
Authority: DE
Inventors: Steffen Lehmann; Matthias Kruse
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2011-09-22
Also published as: DE112011100937A5; DE112011100937B4; WO2011113412A2; WO2011113412A3

Abstract

Trockener Freilauf für einen permanent eingespurten Starter mit einem mit der Kurbelwelle/der Primärmasse gekoppelten Flansch, einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz sowie einem Käfig, an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind, die im gekoppelten Zustand an einer mit dem Zahnkranz verbundenen Mitnehmerscheibe (Außenring) und Flansch (Innenring) wirken und ein Drehmoment zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Flansch übertragen und die im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Mitnehmerscheibe beabstandet sind, wobei erfindungsgemäß die Federn Druckfedern sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen permanent eingespurten Starter mit einem trockenen Freilauf und findet insbesondere bei Brennkraftmaschinen Anwendung und dient dazu, Kurbelwelle bzw. Primärmasse und Anlasserzahnkranz im Betrieb durch den Freilauf zu entkoppeln. Der Freilauf funktioniert dabei so, dass er bis zu einem bestimmten Moment die Drehzahl zwischen Kurbelwelle bzw. Primärmasse und Anlasserzahnkranz bzw. Anlasserwelle überträgt und bei einem größer werdenden Moment keine Drehmomentübertragung mehr erfolgt.
Ein Anlasserfreilauf für eine elektrische Anlassvorrichtung für Verbrennungsmotoren zur vorübergehenden Kupplung der Anlasserwelle mit der Kurbelwelle ist auch aus DE 100 19 593 A1 bekannt. Der Anlasserfreilauf umfasst einen mit der Kurbelwelle gekuppelten Innenring, einen mit der Anlasserwelle gekuppelten Außenring sowie im Anlassbetrieb wirksame Klemmkörper zum reibschlüssigen Verbinden der beiden Ringe und einen Käfig für die Klemmkörper und Mittel zur reib- oder formschlüssigen Verbindung des Käfigs mit dem Innenring. Im Überholbetrieb werden die Klemmkörper unter der Einwirkung der Fliehkraft derart verschwenkt, dass sie vom Außenring getrennt sind. Die Klemmkörper sind mit Blattfedern in einem Käfig-Stützring schwenkbar gelagert.
Es wurde bereits versucht, den Freilauf mit Mitteln zu versehen, die die Klemmkörper im entkoppelten Zustand abstützen. Die Klemmkörper sind dabei mittels einer Schraubenfeder am Käfig befestigt.
Die Klemmkörper eines Freilaufs können auch Mittels einer Schenkelfeder beaufschlagt sein.
Nachteilig bei diesen Systemen ist, dass die Vorspannung der Klemmköper über montageaufwendige und/oder festigkeitskritische Federn erfolgt, wobei eine hohe Anzahl von Teilen, die verschiedene Funktionen (Zentrieren, Federanlage, u. a.) übernehmen, erforderlich ist. Weiterhin ist nachteilig, dass es durch die teilweise sehr hohen Fliehkräfte, die auf die Klemmkörper wirken, durch die verwendeten Federn zu Schwingungen der Klemmkörper kommen kann, was sich insgesamt negativ auf die Lebensdauer des Freilaufs auswirkt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Konstruktion eines trockenen Freilaufes, welcher montagefreundlich und robust ist und eine reduzierte Anzahl von Einzelteilen aufweist, wobei der Bauteilverschleiß und die Geräuschentwicklung gering ist und die konstruktive Ausführung gewährleistet, dass der Momentfluss vom Anlasser zum Verbrennungsmotor, sobald der Verbrennungsmotor selbsttätig läuft, unterbrochen ist und der Wiederstart des Motors unterhalb einer Grenzdrehzahl jederzeit möglich ist, wofür die Klemmkörper in einem definierten Drehzahlband aus- bzw. einschwenken müssen. Weiterhin soll der Käfig, in dem die Klemmkörper gelagert sind, zur Kurbelwelle zentriert und gleichzeitig reibungsbehaftet angebunden sein.
Dazu weist der trockene Freilauf für einen permanent eingespurten Starter einen mit der Kurbelwelle/der Primärmasse gekoppelten Flansch, einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz sowie einen Käfig, an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind, auf, wobei die Klemmkörper im gekoppelten Zustand an einer mit dem Zahnkranz verbundenen Mitnehmerscheibe (Außenring) und Flansch (Innenring) wirken und ein Drehmoment zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Flansch übertragen und im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Mitnehmerscheibe beabstandet sind, wobei erfindungsgemäß die Federn Druckfedern sind.
Vorteilhafter Weise stützen sich die Druckfedern an Kunststoffteilen ab und werden seitlich/axial fixiert mittels der Kunststoffteilen geführt. Die Kunststoffteile zentrieren dabei gleichzeitig den Käfig gegenüber dem Innenring auf der Kurbelwelle.
Der Käfig besitzt zwei Seitenbleche und die Kunststoffteile bewirken ebenfalls eine Klemmung des Käfigs durch eine auf die Seitenbleche des Käfig wirkende Vorspannung.
Vorzugsweise liegt jeweils eine Druckfeder zum einen am Kunststoffteil an und ist zum anderen insbesondere über ein Druckstück mit dem Klemmkörper verbunden, wobei das Druckstück vorteilhafter Weise drehbar im Klemmkörper gelagert ist.
Beim Verdrehen des Klemmkörpers ist dadurch das Druckstück schwenkbar gelagert, wobei die Druckfeder im Wesentlichen parallel betätigbar ist.
Eine weitere Funktion der beiden Kunststoffteile besteht darin, dass sie in der ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers ein Herausrutschen der Druckfeder unter Fliehkraft verhindern.
Die zwei Seitenbleche des Käfigs werden über Abstandsbolzen fest miteinander verbunden, an denen die Klemmkörper schwenkbar aufgenommen sind. In den beiden Seitenblechen sind die Kunststoffteile befestigt, wobei sich Reibflächen an den Kunststoffteilen befinden, die Kontakt zum Flansch aufweisen und dadurch den Käfig reibungsbehaftet an den Flansch anbinden.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des trockenen Freilaufes für einen eingespurten Starter werden insbesondere durch die Verwendung der Druckfeder Schwingungen und Geräusche reduziert und die Lebensdauer erhöht. Weiterhin weist der trockene Freilauf eine robuste Konstruktion mit einer geringen Teilezahl auf, die montagefreundlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den Schnitt durch einen Freilauf,
2 den Schnitt durch einen Käfig mit Kunststoffteilen
3 die Detailansicht der Käfigzentrierung,
4 die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit sich im Eingriff befindlichen Klemmkörpern,
5 die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit angehobenen Klemmkörpern.
In 1 ist der Längsschnitt des Freilaufes dargestellt. Der hier nicht dargestellte Anlasser kämmt mit dem Zahnkranz 1, welcher mit der Mitnehmerscheibe 2 beliebig verbunden ist. Über ein beliebiges Lager 3 ist die Mitnehmerscheibe 2 mit dem Zahnkranz 1 um die Achse A drehbar am nicht dargestellten Motor gelagert.
Ein Flansch 4 ist verdrehsicher an der ebenfalls hier nicht gezeigten Kurbelwelle befestigt. Die Kopplung zwischen dem Flansch 4 und der Mitnehmerscheibe 2 erfolgt über beliebig viele Klemmkörper 5. Diese verklemmen sich im Spalt zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Flansch 4, wodurch über die Klemmkörper 5 zwischen Mitnehmerscheibe 2 und Flansch 4 ein Drehmoment übertragen wird. Hierdurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen und das Startmoment des Anlassers kann an die Kurbelwelle übertragen werden.
Rotiert der Flansch 4 schneller als die Mitnehmerscheibe 2 nimmt die Klemmkraft der Klemmkörper 5 ab. Der Freilauf löst, da die Klemmkörper 5 keinen Kontakt mehr zu der Mitnehmerscheibe 2 haben, wodurch kein Moment mehr übertragen wird.
Wenn der Freilauf überholt, kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Flansch 4, der Mitnehmerscheibe 2 und den Klemmkörpern 5. Um über die Lebensdauer den Verschleiß an den genannten Bauteilen gering zu halten, sollen sich die Klemmkörper 5 ab einer bestimmten Drehzahl im Klemmspalt verdrehen und so den direkten Kontakt zu Mitnehmerscheibe 2 und Flansch 4 verlieren. Dies soll drehzahlabhängig erfolgen.
Ist der Startvorgang der Verbrennungsmaschine abgeschlossen, rotiert der Flansch 4 mit der Motordrehzahl. Der Anlasser hört auf sich zu drehen und die Mitnehmerscheibe 2 bleibt ebenfalls stehen. Es ist folglich eine Notwendigkeit, dass die Klemmkörper 5 in irgendeiner Form vom Flansch 4 mitgenommen werden, um die für das Verdrehen notwendige Zentrifugalkraft zu bekommen. Die Funktion der Kopplung von Klemmkörper 5 und Flansch 4 übernimmt ein Käfig.
Der Käfig besteht aus zwei Seitenblechen 6, die beidseitig zu den Klemmkörpern angeordnet und über Abstandsbolzen 7 fest miteinander verbunden sind. An den aufeinander zuweisenden Innenseiten der Seitenblechen 6 sind dünnwandige Kunststoffteile 8 befestigt. Die Darstellung des Käfigs mit den Kunststoffteilen 8 und den Klemmkörpern 5 wird in den 2 und 3 gezeigt. Die Kunststoffteile 8 übernehmen gleichzeitig mehrere Funktionen. Zum einen zentrieren sie den gesamten Käfig auf dem Flansch 4, zum anderen befinden sich in Richtung zum Flansch 4 Reibflächen 10 an den beiden Kunststoffteilen 8. Diese haben Kontakt zum Flansch 4 und sind kraftbeaufschlagt. Somit ist der Käfig reibungsbehaftet an den Flansch 4 angebunden. Die Klemmkraft wird durch Vorspannung der Seitenbleche 6 erzeugt und ist beliebig einstellbar. Im Bereich der Abstandsbolzen 7 bilden die Kunststoffteile 8, die beidseitig zum Klemmkörper 5 angeordnet sind, eine seitliche Führung für den Klemmkörper.
Aus 3 ist ersichtlich, dass sich die Druckfeder 13 an den Kunststoffteilen 8 mittels Anlagen 12 abstützt 12 und durch diese zentriert wird.
Die Position der Klemmkörper 5 wird durch den Abstandsbolzen 7 definiert, um den der Klemmkörper 5 schwenkbar gelagert ist.
4 zeigt die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit sich im Eingriff befindlichen Klemmkörpern 5. Da der Schwerpunkt 14 des Klemmkörpers 5 gezielt außerhalb der Drehachse des Klemmkörpers 5 liegt, erzeugt die Drehbewegung des Verbrennungsmotors ein Moment, welches zum Verdrehen des Klemmkörpers 5 führt. Ein Anschlagbolzen 15 definiert die Endlage dieser Verdrehbewegung. Damit der Klemmkörper 5 in einem bestimmten Drehzahlbereich aus- bzw. einschwenkt, ist der Klemmkörper 5 durch die Druckfeder 13 vorgespannt. Über die Druckfeder 13 sowie die Lage des Schwerpunktes 14 und die Masse des Klemmkörpers wird die Abhebe- bzw. Anlegedrehzahl definiert. Die Druckfeder 13 liegt zum einen mit einer Anlage 12 am Kunststoffteil 8 an, zum anderen ist sie über ein Druckstück 16 mit dem Klemmkörper 5 verbunden. Das Druckstück 16 ist über eine Lagerung 17 drehbar im Klemmkörper 5 gelagert. So kann beim Verdrehen des Klemmkörpers 5 das Druckstück 16 schwenken und die Druckfeder 13 wird weitestgehend parallel betätigt.
Die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit angehobenen Klemmkörpern ist in 5 dargestellt. In dieser ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers 5 verhindern die beiden Kunststoffteile 8 und das Druckstück 16 ein Herausrutschen der Druckfeder 13 unter Fliehkraft.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird zum einen die axiale Verschiebbarkeit der Klemmkörper eingeschränkt, zum anderen werden Klappergeräusche durch dynamische Schwingungen der Klemmkörper im ungeklemmten Zustand verringert.
Neben der seitlichen Führung der Klemmkörper übernehmen die Kunststoffteile gleichzeitig die Zentrierung des Käfigs gegenüber dem Innenring (Flansch) auf der Kurbelwelle und die Klemmung des Käfigs. Die Klemmkraft entsteht durch das Vorspannen der Seitenbleche des Käfigs.
Diese konstruktive Ausführung gewährleistet, dass der Momentfluss vom Anlasser zum Verbrennungsmotor, sobald der Verbrennungsmotor selbsttätig läuft, unterbrochen ist und der Wiederstart des Motors unterhalb einer Grenzdrehzahl jederzeit möglich ist, wofür die Klemmkörper in einem definierten Drehzahlband aus- bzw. einschwenken. Weiterhin ist der Käfig, in dem die Klemmkörper gelagert sind, zur Kurbelwelle zentriert und erstmalig reibungsbehaftet angebunden.
Bezugszeichenliste

1: Zahnkranz
2: Mitnehmerscheibe
3: Lager
4: Flansch
5: Klemmkörper
6: Seitenbleche
7: Abstandsbolzen
8: Kunststoffteile
10: Reibflächen
12: Anlage
13: Druckfeder
14: Schwerpunkt
15: Anschlagbolzen
16: Druckstück
17: Lagerung
A: Achse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10019593 A1 [0002]

Claims

Trockener Freilauf für einen permanent eingespurten Starter mit einem mit der Kurbelwelle/der Primärmasse gekoppelten Flansch (4), einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz (1) sowie einem Käfig, an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper (5) aufgenommen sind, die im gekoppelten Zustand an einer mit dem Zahnkranz (1) verbundenen Mitnehmerscheibe (2) (Außenring) und Flansch (4) (Innenring) wirken und ein Drehmoment zwischen der Mitnehmerscheibe (2) und dem Flansch (4) übertragen und die im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Mitnehmerscheibe (2) beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Druckfedern (13) sind.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckfedern (13) an Kunststoffteilen (8) abstützen.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (5) seitlich/axial fixiert mittels der Kunststoffteile (8) geführt werden, an denen sich die Druckfedern (13) abstützen.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffteile (8) den Käfig gegenüber dem Flansch (4) auf der Kurbelwelle zentrieren.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig Seitenbleche (6) aufweist und dass die Kunststoffteile (6) eine Klemmung des Käfigs durch eine auf die Seitenbleche (6) des Käfigs wirkende Vorspannung gewährleisten.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Druckfeder (13) zum einen am Kunststoffteil (8) anliegt und zum anderen über ein Druckstück (16) mit dem Klemmkörper (5) verbunden ist.
Freilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (16) drehbar im Klemmkörper (5) gelagert ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verdrehen des Klemmkörpers (5) das Druckstück (16) schwenkbar und die Druckfeder (13) im Wesentlichen parallel betätigbar ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers (5) die beiden Kunststoffteile (8, 16) ein Herausrutschen der Druckfeder (13) unter Fliehkraft verhindern.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Seitenbleche (6) des Käfigs über Abstandsbolzen (7) fest miteinander verbunden sind und dass in den Seitenblechen (6) die Kunststoffteile (8) befestigt sind, wobei sich Reibflächen (10) an den Kunststoffteilen (8) befinden, die Kontakt zum Flansch (4) aufweisen und den Käfig reibungsbehaftet an den Flansch (4) anbinden.