DE102011102269A1

DE102011102269A1 - Synchronisiereinrichtung und Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011102269A1
Application number: DE201110102269
Authority: DE
Inventors: Gabor Izso
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2012-01-05

Abstract

Eine Synchronisiereinrichtung für eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs weist ein Antriebsritzel zum Antreiben eines mit einer Motorwelle verbundenen Starterrads auf, wobei das Antriebsritzel zwischen einem ausgespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel zum Starterrad außer Eingriff ist, und einem eingespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel zur Drehmomentübertragung mit dem Starterrad gekoppelt ist, axial verschiebbar ist. Ferner ist ein drehfest mit dem Antriebsritzel koppelbarer Synchronisierring vorgesehen, wobei der Synchronisierring eine Reibfläche zum reibschlüssigen und zumindest zeitweise schlupfbehafteten Reibkontakt mit dem Starterrad aufweist. Das Antriebsritzel und der Synchronisierring sind derart in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar, dass bei einer Bewegung des Antriebsritzels von dem ausgespurten Zustand in den eingespurten Zustand der Synchronisierring zeitlich vor dem Antriebsritzel mit dem Starterrad in Kontakt bringbar ist. Durch den schlupfbehafteten Reibkonn eine erste Angleichung der Drehzahlen der Starterrads mit dem Antriebsritzel erfolgen, bevor das Agespurt wird. Dies ermöglicht mit einem geringen konstruktiven Aufwand ein einfaches Starten der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlsituationen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Synchronisiereinrichtung, mit deren Hilfe ein Anlasser mit einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gekoppelt werden kann, um die Brennkraftmaschine zu starten, sowie ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
Um eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu starten, ist es bekannt, einen Anlasser über eine Synchronisiereinrichtung mit einem mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine verbundenes Starterrad zu koppeln. Hierzu wird ein Antriebsritzel aus einem ausgespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel zum Starterrad außer Eingriff ist, in einen eingespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel zur Drehmomentübertragung mit dem Starterrad gekoppelt ist, axial verschoben. Das Antriebsritzel und das Starterrad weisen eine in axialer Richtung angefaste Verzahnung auf, so dass das Antriebsritzel ohne Schwierigkeiten in die Zahnzwischenräume der Verzahnung des Starterrads hineingleiten kann. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik können Situationen auftreten, in denen die Brennkraftmaschine nur über einen sehr kurzen Zeitraum ausgeschaltet ist, so dass ein Startvorgang eingeleitet werden kann, während das Starterrad sich noch dreht. Dies kann zu hohen Aufprallkräften zwischen dem Antriebsritzel und dem Starterrad führen, die mit einen starken Verschleiß und einer unerwünschten Geräuschentwicklung verbunden sind.
Aus DE 10 2006 011 644 A1 ist es bekannt vor dem Einspuren des Antriebsritzels den Drehzahlverlauf des Starterrads zu detektieren und durch einen Vergleich mit hinterlegten Kennfeldern einen geeigneten Zeitpunk t zu ermitteln, zu dem das ebenfalls bereits drehende Antriebsritzel ohne größere Aufprallkräfte eingespurt werden kann. Nachteilig hierbei ist, dass ein hoher apparativer Aufwand betrieben werden muss, um die erforderlichen Messwerte ermitteln zu können. Ferner kann es vorkommen, dass im Laufe der Lebensdauer des Antriebsstrangs, insbesondere nach Reparaturen am Antriebsstrang, die hinterlegten Kennfelder nicht mehr zutreffen und ein erhöhter Verschleiß und unerwünschte Geräuschemissionen nicht mehr verhindert werden können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Synchronisiereinrichtung sowie ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, mit deren Hilfe mit einem geringen konstruktiven Aufwand ein Starten der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlsituationen einfach realisiert werden kann.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Synchronisiereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Synchronisiereinrichtung für eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs weist ein Antriebsritzel zum Antreiben eines mit einer Motorwelle verbundenen Starterrads auf, wobei das Antriebsritzel zwischen einem ausgespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel zum Starterrad außer Eingriff ist, und einem eingespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel zur Drehmomentübertragung mit dem Starterrad gekoppelt ist, axial verschiebbar ist. Ferner ist ein drehfest mit dem Antriebsritzel koppelbarer Synchronisierring vorgesehen, wobei der Synchronisierring eine Reibfläche zum reibschlüssigen und zumindest zeitweise schlupfbehafteten Reibkontakt mit dem Starterrad aufweist. Das Antriebsritzel und der Synchronisierring sind derart in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar, dass bei einer Bewegung des Antriebsritzels von dem ausgespurten Zustand in den eingespurten Zustand der Synchronisierring zeitlich vor dem Antriebsritzel mit dem Starterrad in Kontakt bringbar ist.
Da beim Einspuren des Antriebsritzels zunächst über den Synchronisierring ein schlupfbehafteter Reibschluss mit dem Starterrad herbeigeführt werden kann, kann unabhängig von der aktuellen Drehzahl des Starterritzels und unabhängig von der aktuellen Drehzahl des Starterrads eine erste Anpassung der Drehzahlen des Starterrads an die Drehzahl des Antriebsritzels erreicht werden. Die formschlüssige Kopplung des Antriebsritzels mit dem Starterrad kann dadurch bei einer vergleichsweise geringen Drehzahldifferenz erfolgen, so dass ohne hohe Aufprallkräfte zwischen dem Antriebsritzel und dem Starterrad das Starterritzel eingespurt werden kann. Ein hoher Verschleiß sowie unerwünschte Geräuschemissionen beim Starten der Brennkraftmaschine können dadurch vermieden werden. Da die Anpassung der Drehzahlen des Antriebsritzels und des Starterrads durch den schlupfbehafteten Reibschluss automatisch erfolgt, ist es nicht erforderlich, mit einem hohen apparativen Aufwand den Verlauf einer Drehzahl zu messen und für ein geeignetes Einspuren nachfolgend zu prozessieren. Dadurch ist es möglich, mit einem geringen konstruktiven Aufwand das Starten der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlsituationen einfach zu realisieren. Da die reibschlüssige Kopplung einerseits und die formschlüssige Kopplung andererseits auf zwei unterschiedliche Bauteile aufgeteilt ist, kann die Bewegung des Antriebsritzels und des Synchronisierrings im Wesentlichen unabhängig voneinander mit geeigneten Betätigungsvorrichtungen umgesetzt werden. Dies ermöglicht es insbesondere je nach Drehzahl des Antriebsritzels und des Starterrads und/oder einer aktuellen Drehzahldifferenz zwischen dem Antriebsritzel und dem Starterrad das Herbeiführen der formschlüssigen Verbindung zwischen dem Antriebsritzel und dem Starterrad beschleunigt oder verzögert vorzunehmen. Selbst bei extremen Drehzahlunterschieden kann dadurch ein Problem Loses Einspuren des Antriebsritzels gewährleistet werden.
Das Starterrad ist insbesondere als ein mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbindbares Schwungrad ausgestaltet, wobei das Schwungrad radial außen mit einem Starterkranz versehen sein kann, der eine Verzahnung zum kämmenden Eingriff mit einer Verzahnung des Antriebsritzels ausbildet. Das Antriebsritzel ist insbesondere vergleichbar zu einem Zahnrad ausgestaltet, wobei insbesondere das Ritzel über seine Verzahnung mit dem Synchronisierring drehfest gekoppelt werden kann. Die Kopplung des Synchronisierrings mit dem Antriebsritzel erfolgt insbesondere derart, dass auch bei einem axialen Versatz des Antriebsritzels relativ zum Synchronisierring immer noch eine drehfeste Kopplung in Umfangsrichtung beibehalten wird. Der Synchronisierring kann hierzu beispielsweise eine Innenverzahnung aufweisen, die sich in axialer Richtung weiter erstreckt als die Verzahnung des Antriebsritzels. Vorzugsweise weist das Antriebsritzel einen in axialer Richtung abstehenden Schaft auf, an dem der Synchronisierring axial bewegbar geführt ist.
Insbesondere ist es möglich zu unterschiedlichen Zeitpunkten vor, nach und/oder während des Einschaltens und/oder Ausschaltens der Brennkraftmaschine eine Synchronisierung und/oder ein Einspuren durchzuführen. In vielen Anwendungsfällen kann ein Synchronisieren der Drehzahl des Antriebsritzels an die Drehzahl des Starterrads erfolgen bevor ein Einspuren des Antriebsritzels mit dem Starterrad durch eine formschlüssige Koppelung des Antriebsritzels mit dem Starterrad erfolgt. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Start-Stopp-Automatik kann ein Synchronisieren erfolgen, während die Brennkraftmaschine im Wesentlichen mit Leerlaufdrehzahl dreht und bevor ein Abschalten des Motors erfolgt. Dadurch kann bei einem kurze Zeit später eingeleiteten Start der Brennkraftmaschine bereits das Antriebsritzel mit dem Starterrad farmschlüssig gekoppelt sein, so dass entsprechend schnell ein Start der Brennkraftmaschine erfolgen kann. Gleichzeitig kann die Synchronisierung bei Leerlaufdrehzahl erfolgen, so dass bei einer vergleichweise geringen Last eine Synchronisierung erfolgen kann und ein Verschleiß der Reibflächen besonders gering gehalten werden kann. Aufgrund der geringen Last bei Leerlaufdrehzahl kann auch ein direktes Einspuren erfolgen ohne einen signifikanten Zeitraum für eine reibschlüssige Synchronisation vorzusehen. Das Antriebsritzel kann in diesem Fall beispielsweise mit im Wesentlichen konstanter Geschwindigkeit an das Starterrad heranbewegt werden, wobei das zeitliche frühere Anschlagen der Reibfläche des Synchronisierrings bei der Leerlaufdrehzahl bereits ausreicht, um die Verzahnung des Antriebsritzels in die Verzahnung des Starterrads einzufädeln. Ferner kann nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine während des Abfallens der Drehzahl der Brennkraftmaschine bereits eine Synchronisierung und ggf. ein Einspuren erfolgen, so dass das Starten der Brennkraftmaschine besonders schnell erfolgen kann. Insbesondere ist es möglich, beispielsweise bei einer detektierten potentiellen Ausschaltsituation der Brennkraftmaschine, bereits eine reibschlüssige Synchronisierung herbeizuführen aber ein formschlüssiges Einspuren zunächst zu unterbinden. Ein unnötiges Einspuren kann dadurch vermieden werden, wobei gleichzeitig ein schnelles Einspuren im Bedarfsfall sichergestellt werden kann. Beispielsweise kann bei Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine eine Synchronisierung erfolgen, um bei einem Ausschalten der Brennkraftmaschine durch eine Start-Stopp-Automatik bei der nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine noch vorhandenen abfallenden Drehzahl noch rechtzeitig ein formschlüssiges Einspuren durchzuführen. Für den Fall, dass die Start-Stopp-Automatik doch nicht die Brennkraftmaschine ausschaltet, kann bei einer ansteigenden Drehzahl der Reibschluss durch eine geringfügige Bewegung des Antriebsritzels von dem Starterrad weg wieder aufgehoben werden ohne erst einen Formschluss zwischen dem Antriebsritzel und dem Starterrad aufheben zu müssen.
Insbesondere ist das Antriebsritzel in Umfangsrichtung zum Synchronisierring begrenzt verdrehbar. Hierbei wird berücksichtigt, dass der schlupfbehaftete Reibschluss zwischen dem Synchronisierring und dem Antriebsrad bei einer hinreichend starken Angleichung der Drehzahl und/oder einer entsprechend hohen Anpresskraft sich in einen Reibschluss ohne Schlupf beziehungsweise nur mit minimalen Schlupf umwandelt. Durch die begrenzte Verdrehbarkeit des Antriebsritzels relativ zum Synchronisierring kann das Antriebsritzel ohne ein zusätzliches Verdrehen des Synchronisierrings in die Zahnzwischenräume einer Verzahnung des Starterrads eingefädelt werden. Der Synchronisierring muss hierbei nicht notwendigerweise gegen die Reibungskraft zwischen dem Synchronisierring und dem Antriebsrad verdreht werden. Zwischen dem Synchronisierring und dem Antriebsritzel kann zur Gewährleistung einer ausreichenden Drehmomentübertragung in bei de Umfangsrichtungen ein entsprechender Freilauf in Umfangsrichtung vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist das Antriebsritzel in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung relativ zum Synchronisierring mit einer Federkraft beaufschlagbar. Durch die Federkraft ist es möglich, dass bei einer hohen Drehzahldifferenz zwischen dem Antriebsritzel und dem Starterrad das Antriebsritzel gegen die Federkraft relativ zum Synchronisierring bewegt werden kann, beispielsweise um ein Einspuren des Antriebsritzels zu verzögern. Bei einer zum Einspuren des Antriebsritzels geeigneten Drehzahldifferenz kann das Antriebsritzel von der Federkraft in die Ausgangsposition zurückbewegt werden, beispielsweise um den Einspurvorgang abzuschließen. Gleichzeitig ist es möglich, durch die in axialer Richtung zwischen dem Antriebsritzel und dem Synchronisierring bereitgestellte Federkraft die Anpresskraft des Synchronisierrings an dem Starterrad einzustellen. Dadurch kann zu Beginn des Reibkontakts des Synchronisierrings mit dem Starterrad eine geringe Anpresskraft und ein großer Schlupf bereitgestellt werden, wobei bei einer sich allmählich erhöhenden Anpresskraft der Schlupf geringer wird und eine größere Drehmomentübertragung erfolgt. Insbesondere ist es möglich, dass nach dem Einspuren des Antriebsritzels und der dadurch erreichten formschlüssigen Kopplung mit dem Starterrad die durch die Federkraft bereitgestellte Anpresskraft des Synchronisierrings an das Starterrad reduziert wird, so dass nach dem Einspuren des Antriebsritzels unnötige Reibungsverluste vermieden sind.
Besonders bevorzugt ist das Antriebsritzel über genau ein Federelement, insbesondere Spiralfeder, mit dem Synchronisierring gekoppelt. Durch das Federelement kann insbesondere eine Federkraft in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung zwischen dem Antriebsritzel und dem Synchronisierring bereitgestellt werden. Das Federelement kann insbesondere ein in radialer Richtung oder in axialer Richtung abstehendes Ende aufweisen, das in eine korrespondierende Öffnung des Synchronisierrings beziehungsweise des Antriebsritzels oder eines mit dem Antriebsritzel verbundenen Schafts drehfest eingesetzt sein kann. Gegebenenfalls kann durch einen Sicherungsring eine Anschlagfläche für das Federelement bereitgestellt werden, so dass unnötig hohe Scherkräfte an den in den Öffnungen eingesetzten Enden des Federelements vermieden sind. Ferner kann der Sicherungsring als Gegenanpressfläche für eine Betätigungseinrichtung zum axialen Verschieben des Antriebsritzels verwendet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die axiale Bewegung des Antriebsritzels relativ zum Synchronisierring sperrbar. Das Antriebsritzel kann beispielsweise mit dem Synchronisierring arretiert werden, um bei einer noch nicht ausreichenden Anpassung der Drehzahlen des Antriebsritzels und der Starterrads das Einspuren des Antriebsritzels noch etwas zu verzögern. Dies erleichtert es auch bei extremen Drehzahlunterschieden über den reibschlüssigen Kontakt des Synchronisierrings eine geeignete Anpassung der Drehzahl des Starterrads und des Antriebsritzels herbeizuführen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Antriebsritzel über eine in eine Nut verlaufende Nase in axialer Richtung relativ zum Synchronisierring geführt, wobei die Nut eine in Umfangsrichtung verlaufende Seitennut zum automatischen Sperren der axialen relativen Bewegung bei einem vordefinierten relativen Drehmoment des Antriebsritzels zum Synchronisierring aufweist. Die Nut verläuft insbesondere im Wesentlichen in axialer Richtung, wobei die Seitennut insbesondere im Wesentlichen rechtwinkelig von der Nut in Umfangsrichtung abbiegt. Besonders bevorzugt weist das Antriebsritzel einen in axialer Richtung abstehenden Schaft auf, wobei in den Schaft die Nut und die Seitennut, beispielsweise durch Fräsen, eingebracht ist. Der Synchronisierring kann über eine nach radial innen verlaufende Nase am Ende des Schafts in die Nut eingeführt werden und an dem zum Starterritzel weisenden Ende der Nut bei einem anliegenden Drehmoment in Umfangsrichtung in die Seitennut ausweichen. Durch die in der Seitennut eingesetzte Nase kann eine axiale Bewegung des Antriebsritzels relativ zum Synchronisierring gesperrt werden. Die Bewegung der Nase von der Nut in die Seitennut erfolgt insbesondere entgegen einer bereitgestellten Federkraft, so dass ein definiertes minimales Drehmoment erforderlich ist, um die Nase in die Seitennut hineinzubewegen. Dieses minimale Drehmoment wird insbesondere bereitgestellt, wenn der Synchronisierring reibschlüssig an dem Antriebsrad anliegt und noch ein vergleichsweise großer Drehzahlunterschied vorliegt. Aufgrund des hohen Drehzahlunterschieds wird ein entsprechend großes relatives Drehmoment auf den Synchronisierring aufgebracht, so dass die Nase entgegen der Federkraft in die Seitennut bewegt werden kann, um eine weitere axiale Bewegung des Antriebsritzels zu unterbinden. Bei einer hinreichenden Angleichung der Drehzahlen zwischen dem Antriebsrad und dem Synchronisierring verringert sich das relative Drehmoment zwischen dem Antriebsrad und dem Synchronisierring, so dass die Nase durch die Federkraft aus der Seitennut heraus in die Nut bewegt werden kann und eine axiale Bewegung des Antriebsritzels relativ zum Synchronisierring überhaupt erst möglich macht. Die gewünschte Drehzahldifferenz zwischen dem Starterrad und dem Antriebsritzel kann über die Federkraft in Umfangsrichtung definiert eingestellt werden.
Insbesondere weist das Antriebsritzel eine Verzahnung zum Kämmen mit dem Starterrad auf, wobei der Synchronisierring eine Innenverzahnung zum Koppeln mit der Verzahnung des Antriebsritzels aufweist. Die Verzahlung des Antriebsritzels kann dadurch nicht nur für die formschlüssige Kopplung mit dem Starterrad, sondern auch für die drehfeste Verbindung mit dem Synchronisierring verwendet werden. Zusätzliche Kopplungselemente zur drehfesten Verbindung des Synchronisierrings mit dem Antriebsritzel sind nicht erforderlich.
Die Erfindung betrifft ferner eine Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Starterrad und einem Anlasser zum Andrehen der Brennkraftmaschine, wobei der Anlasser über eine Synchronisiereinrichtung mit dem Starterrad koppelbar ist, wobei die Synchronisiereinrichtung wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Die Startvorrichtung ermöglicht mit einem geringen konstruktiven Aufwand ein einfaches Starten der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlsituationen. Ferner ist es möglich, bei einem Ausschalten der Brennkraftmaschine den Anlasser über die Synchronisiereinrichtung mit dem Starterrad zu koppeln, so dass das nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine noch etwas nachdrehende Starterrad den Anlasser im Generatorbetrieb betreiben kann, um elektrische Energie zu erzeugen, die insbesondere in einer Kraftfahrzeugbatterie gespeichert werden kann.
Vorzugsweise ist der Anlasser über einen Freilauf mit dem Antriebsritzel verbunden, wobei der Freilauf zum Abkoppeln des Antriebsritzels vom Anlasser bei einer höheren Drehgeschwindigkeit des Antriebsritzels zum Anlasser in der Andrehrichtung ausgestaltet ist. Beim Starten der Brennkraftmaschine, wenn die Drehgeschwindigkeit des Starterrads in der Regel geringer als die Drehgeschwindigkeit des Anlassers ist, ist der Freilauf gesperrt, so dass der Anlasser ein Drehmoment über das Antriebsritzel und gegebenenfalls den Synchronisierring an das Starterrad übertragen kann. Nach dem Andrehen und Starten der Brennkraftmaschine wird sich das Starterrad in der Regel schneller als das Antriebsritzel drehen, so dass das Antriebsritzel von dem Anlasser durch den Freilauf abgekoppelt wird, damit der Anlasser nicht im Generatorbetrieb betrieben wird und die Brennkraftmaschine bremst. In dieser Situation kann das eingespurte Antriebsritzel aus dem eingespurten Zustand in den ausgespurten Zustand axial verschoben werden und der Anlasser ausgeschaltet werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit einer Brennkraftmaschine und einer mit der Brennkraftmaschine verbundenen Kurbelwelle, wobei mit der Kurbelwelle ein Starterrad drehfest verbunden ist. Ferner ist eine Startvorrichtung zum Andrehen des Starterrads vorgesehen, wobei die Startvorrichtung wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann. Durch den Antriebsstrang ist mit einem geringen konstruktiven Aufwand ein einfaches Starten der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlsituationen möglich.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, bei dem, insbesondere mit Hilfe einer Synchronisiereinrichtung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, und/oder einer Startvorrichtung, die wie vorstehend beschrieben aus – und weitergebildet sein kann, zur Drehmomentübertragung zunächst ein schlupfbehafteter Reibschluss zwischen einem Anlasser und einem mit der Brennkraftmaschine verbundenen Starterrad hergestellt wird, bevor ein Formschluss zwischen dem Anlasser und dem mit der Brennkraftmaschine verbundenen Starterrad hergestellt wird. Dies ermöglicht mit einem geringen konstruktiven Aufwand ein einfaches Starten der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Drehzahlsituationen. Das Verfahren kann insbesondere wie vorstehend anhand der Synchronisiereinrichtung und/oder der Startvorrichtung beschrieben aus- und weitergebildet sein.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels exemplarisch erläutert. Es zeigen:
1: eine schematische perspektivische Schnittansicht einer Startvorrichtung im ausgespurten Zustand,
2: eine schematische perspektivische Schnittansicht der in 1 dargestellten Startvorrichtung im eingespurten Zustand,
3: eine schematische perspektivische Ansicht eines Antriebsritzels der in der 1 und in der 2 dargestellten Startvorrichtung,
4: eine schematische perspektivische Detailansicht der in 1 und 2 dargestellten Startvorrichtung,
5: eine schematische perspektivische Detailansicht der in 4 dargestellten Startvorrichtung,
6: eine schematische vereinfachte perspektivische Detailansicht der in 1 dargestellten Startvorrichtung,
7: eine schematische Draufsicht der in 6 dargestellten Startvorrichtung und
8: eine schematische Draufsicht der in 2 dargestellten Startvorrichtung.
Die in 1 und 2 dargestellte Startvorrichtung 10 weist einen Anlasser 12 auf, der über einen Freilauf 14 mit einer Welle 16 verbunden ist. Mit der Welle 16 ist drehfest aber axial bewegbar, beispielsweise über eine Verzahnung, ein Antriebsritzel 18 verbunden. Das Antriebsritzel 18 weist radial außen eine Verzahnung 20 auf, um mit einen Starterrad 22 kämmen zu können. Mit dem Antriebsritzel 20 ist ferner ein Synchronisierring 24 drehbar aber axial beweglich verbunden. Der Synchronisierring 24 weist eine Innenverzahnung 26 auf, die in die Verzahnung 20 des Antriebsritzels 18 eingreift. Der Synchronisierring weist ferner eine Reibfläche 28 auf, die einen zumindest zeitweise schlupfbehafteten Reibkontakt mit dem Starterrad 22 herstellen kann. Der Synchronisierring 24 ist relativ zu dem Antriebsritzel 20 von einem ausgespurten Zustand (1) in einen eingespurten Zustand (2) gegen die Federkraft einer Spiralfeder 30 axial verschiebbar. Hierzu weist das Antriebsritzel 18 einen in axialer Richtung abstehenden Schaft 32 auf, auf dem der Synchronisierring 24 und die Spiralfeder 30 aufgesteckt sind. Der Schaft 32 kann an seinem axialen Ende mit einem Sicherungsring 34 ein ungewolltes Abrutschen der Spiralfeder 30 und des Synchronisierrings 24 verhindern sowie eine Angriffsfläche zum axialen Verschieben des Antriebsritzels 18 für eine nicht dargestellte Betätigungseinrichtung ausbilden.
Die Einheit aus dem Antriebsritzel 18, dem Synchronisierring 24 und der Spiralfeder 30 bildet eine Synchronisiereinrichtung 36 aus, die mit Hilfe der nicht dargestellten Betätigungsvorrichtung der Startvorrichtung 10 entlang der Welle 16 axial verschoben werden kann, um das von dem Anlasser 12 bereitgestellte Drehmoment an das Starterrad 22 übertragen zu können. Bei der axialen Bewegung der Synchronisiereinrichtung 36 schlägt zunächst der Synchronisierring 24 mit seiner Reibfläche 28 an dem Starterrad 22 an. Unabhängig davon, ob das Starterrad 22, beispielsweise kurz nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, noch dreht und/oder ob der Anlasser 12 bereits ein Drehmoment bereitstellt, kann über den schlupfbehafteten Reibkontakt der Reibfläche 28 des Synchronisierrings 24 mit dem Starterrad 22 eine Angleichung der Drehzahlen des Starterrads 22 und des drehbar mit dem Synchronisierring 24 gekoppelten Antriebsritzels 18 herbeigeführt werden. Das Antriebsritzel 18 befindet sich in dieser Situation noch in seinem ausgespurten Zustand (1). Wenn beispielsweise über den Sicherungsring 34 weiterhin eine Betätigungskraft in axialer Richtung in die Synchronisiereinrichtung 36 eingeleitet wird, wird das Antriebsritzel 18 in axialer Richtung gegen die Federkraft der Spiralfeder 30 in axialer Richtung ausgerückt, wobei gleichzeitig die Anpresskraft der Reibfläche 28 an dem Starterrad 22 durch die Federkraft der Feder 30 erhöht wird. Der Schlupf zwischen dem Synchronisierring 24 und dem Starterrad 22 nimmt dadurch ab, so dass in dem Moment, in dem das Antriebsritzel mit seiner Verzahnung 20 formschlüssig in das Starterrad 22 eingreift, nur noch ein geringfügiger Drehzahlunterschied zwischen dem Starterrad 22 und dem Antriebsritzel 18 vorliegt. in diesem eingespurten Zustand (2) kann im Wesentlichen das gesamte vom Anlasser 12 bereitgestellte Drehmoment über das Antriebsritzel 18 in das Starterrad 22 eingeleitet werden, um die Brennkraftmaschine anzudrehen und zu starten.
Wie in 3 dargestellt, kann der Synchronisierring 24 mit Hilfe einer Nase 38 in einer im Wesentlichen axial verlaufenden Nut 40 axial geführt sein. An ihrem zum Antriebsritzel 18 weisenden Ende biegt die Nut 40 in Umfangsrichtung im Wesentlichen rechtwinklig in eine Seitennut 42 ab. Zu Beginn des Startvorgangs, wenn die Drehzahl des Starterrads 22 deutlich von der Drehzahl des Synchronisierrings 24 abweicht, ergibt sich beim Kontakt des Synchronisierrings 24 über die Reibfläche 28 mit dem Starterrad 22 ein relatives Drehmoment, aufgrund dessen der Synchronisierring 34 von der in 4 und 5 dargestellten Position entgegen der Federkraft der Spiralfeder 30 in die in 6 dargestellte Position gedreht werden kann. Bei der in 6 dargestellten Position des Synchronisierrings 24 ist eine weitere axiale Relativbewegung des Antriebsritzels 18 relativ zum Synchronisierring 24 durch die Seitennut 42 gesperrt. Erst wenn sich die Drehzahlen des Starterrads 22 und des Synchronisierrings 24 hinreichend angeglichen haben, dass das relative Drehmoment, aufgrund dessen die Nase 38 in die Seitennut 42 gezwungen ist, geringer als die Federkraft der Spiralfeder 30 in Umfangsrichtung ist, kann der Synchronisierring 24 sich relativ zu dem Schaft 32 des Antriebsritzels 18 soweit drehen, dass die Nase 38 die Seitennut 42 verlässt und entlang der Nut 40 zum Einspuren des Antriebsritzels 18 in das Starterrad 22 axial in der Nut 40 verschoben werden kann. Zur Bereitstellung einer hinreichenden Federkraft in Umfangsrichtung sind die Enden der Spiralfeder 30 in einer Schaftöffnung 44 des Schafts 32 und einer Synchronisierringöffnung 46 drehfest eingesetzt.
Wie in 7 und in 8 dargestellt, ist zwischen der Verzahnung 20 des Antriebsritzels 18 und der Innenverzahnung 26 des Synchronisierrings 24 ein hinreichend großer Freilauf vorgesehen, dass eine begrenzte Relativverdrehung des Synchronisierrings 24 relativ zum Antriebsritzel 18 in die Seitennut 42 hinein (7) und aus der Seitennut heraus (8) möglich ist.
In dem Fall, dass die Drehzahl des Starterrad 22 größer Null ist und sich das Antriebsritzel 18 nicht dreht, kann der Synchronisierring 24 axial auf das Starterrad 22 zu bewegt werden. Sobald die Reibfläche 28 des Synchronisierrings 24 an dem Starterrad 22 anschlägt, wird die Spiralfeder 30 komprimiert, wodurch sich ein Reibmoment zwischen dem Synchronisierring 24 und dem Starterrad 22 ergibt. Dieses Reibmoment dreht den Synchronisierring 24 von der in 8 dargestellten Position in die in 7 dargestellte Position, wobei sich die Nase 38 aus der Nut 40 in die Seitennut 42 bewegt. Eine weitere axiale Bewegung des Antriebsritzels 18 wird dadurch gesperrt. Die Nase 38 bleibt solange in der Seitennut 42 bis die Drehzahl des Antriebsritzels 18 im Wesentlichen der Drehzahl des Starterrads 22 entspricht (synchronisierter Zustand), wodurch das Reibmoment zwischen dem Synchronisierring 24 und dem Starterrad 22 im Wesentlichen Null beträgt und insbesondere unterhalb der Federkraft der Spiralfeder 30 in Umfangsrichtung fällt. Die Nase 38 kann dann von der Spiralfeder 30 aus der Seitennut 42 in die Nut 40 gedrückt werden, so dass das Antriebsritzel 18 weiter axial bewegt werden kann, um farmschlüssig in das Starterrad 22 eingespurt zu werden.
In dem Fall, dass die Drehzahl des Antriebsritzels 18 größer Null ist und sich das Starterrad 22 nicht dreht, ergibt sich im Wesentlichen die gleiche vorstehend beschriebene Bewegungskinematik wie bei dem Fall eines drehenden Starterrads 22 und eines nicht drehenden Antriebsritzels 18.
Bei einer Brennkraftmaschine mit Start-Stopp-Automatik kann vorzugsweise eine reibschlüssige Synchronisierung bei Leerlaufdrehzahl erfolgen, wobei ein formschlüssiges Einspuren erst erfolgt, nachdem die Start-Stopp-Automatik ein Ausschalten der Brennkraftmaschine initiieren will und/oder bereits initiiert hat, so dass das formschlüssige Einspuren des Antriebsritzels 18 im Wesentlichen bei abfallender Drehzahl des Starterrads 22 erfolgen kann. Alternativ kann zunächst ein formschlüssiges Einspuren bei Leerlaufdrehzahl erfolgen, bevor die Brennkraftmaschine entsprechend dem Signal der Start-Stopp-Automatik ausgeschaltet wird. Ferner kann auch die reibschlüssige Synchronisation nach einem Ausschalten der Brennkraftmaschine erfolgen. Das formschlüssige Einspuren des Antriebsritzels 18 in das Starterrad 22 kann beispielsweise erst nach einem Einschalten der Brennkraftmaschine erfolgen. Vorzugsweise erfolgt sowohl die reibschlüssige Synchronisation als auch das formschlüssige Einspuren bei einer abfallenden Drehzahl des Starterrads 22.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen werden, dass das Antniebsritzel 18 im Wesentlichen nur bei Leerlaufdrehzahl in das Starterrad 22 formschlüssig eingespurt wird. In diesem Fall wird Vor einem Ausschalten der Brennkraftmaschine das Starterrad 22 bei Leerlaufdrehzahl gehalten bis der Anlasser 12 das Antriebsritzel 18 auf Leerlaufdrehzahl hochgedreht hat, so dass bei geringer Last und im Wesentlichen gleichen Drehzahlen das Antriebsritzel 18 ohne wesentlichen Zeitaufwand für eine reibschlüssige Synchronisation formschlüssig in das Starterrad 22 eingefädelt werden kann. Erst nach dem Einspuren wird die Brennkraftmaschine ausgeschaltet.
Durch den Freilauf 14 wird sichergestellt, dass die Welle 16, das Antriebsritzel 18 und der Synchronisierring 24 während der reibschlüssigen Synchronisierung hochgedreht werden. Dies ermöglicht es, ein vergleichsweise geringes Reibmoment für den Synchronisierring 24 vorzusehen. Ferner kann durch den Freilauf 14 sichergestellt werden, dass bei einem hochdrehendem Starterrad 22 lediglich die Welle 16, das Antriebsritzel 18, die Spiralfeder 30, der Sicherungsring 34 und der Synchronisierring 24 mitdrehen, so dass ein unerwünschter Generatorbetrieb des Anlassers 12 vermieden werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Startvorrichtung
12: Anlasser
14: Freilauf
16: Welle
18: Antriebsritzel
20: Verzahnung
22: Starterrad
24: Synchronisierring
26: Innenverzahnung
28: Reibfläche
30: Spiralfeder
32: Schaft
34: Sicherungsring
36: Synchronisiereinrichtung
38: Nase
40: Nut
42: Seitennut
44: Schaftöffnung
46: Synchronisierringöffnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006011644 A1 [0003]

Claims

Synchronisiereinrichtung für eine Startvorrichtung (10) zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem Antriebsritzel (18) zum Antreiben eines mit einer Motorwelle verbundenen Starterrads (22), wobei das Antriebsritzel (18) zwischen einem ausgespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel (18) zum Starterrad (22) außer Eingriff ist, und einem eingespurten Zustand, in dem das Antriebsritzel (18) zur Drehmomentübertragung mit dem Starterrad (22) gekoppelt ist, axial verschiebbar ist, einem drehfest mit dem Antriebsritzel (18) koppelbaren Synchronisierring (24), wobei der Synchronisierring (24) eine Reibfläche (28) z um reibschlüssigen und zumindest zeitweise schlupfbehafteten Reibkontakt mit dem Starterrad (22) aufweist, wobei das Antriebsritzel (18) und der Synchronisierring (24) derart in axialer Richtung relativ zueinander bewegbar sind, dass bei einer Bewegung des Antriebsritzels (18) von dem ausgespurten Zustand in den eingespurten Zustand der Synchronisierring (24) zeitlich vor dem Antriebsritzel (18) mit dem Starterrad (22) in Kontakt bringbar ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (18) in Umfangsrichtung zum Synchronisierring (24) begrenzt verdrehbar ist.
Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (18) in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung relativ zum Synchronisierring (24) mit einer Federkraft beaufschlagbar ist.
Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (18) über genau ein Federelement, insbesondere Spiralfeder (30), mit dem Synchronisierring (24) gekoppelt ist.
Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Bewegung des Antriebsritzels (18) relativ zum Synchronisierring (24) sperrbar ist.
Synchronisiereinrichtung nach ein ein der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (18) über eine in eine Nut (40) verlaufende Nase (38) in axialer Richtung relativ zum Synchronisierring (24) geführt ist, wobei die Nut (40) eine in Umfangsrichtung verlaufende Seitennut (42) zum automatischen Sperren der axialen relativen Bewegung bei einem vordefinierten relativen Drehmoment des Antriebsritzels (18) zum Synchronisierring (24) aufweist.
Synchronisiereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsritzel (18) eine Verzahnung (20) zum Kämmen mit dem Starterrad (22) aufweist, wobei der Synchronisierring (24) eine Innenverzahnung (26) zum Koppeln mit der Verzahnung (20) des Antriebsritzels (18) aufweist.
Startvorrichtung zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, mit einem mit einer Abtriebswelle der Brennkraftmaschine verbindbaren Starterrad (22) und einem Anlasser (12) zum Andrehen der Brennkraftmaschine, wobei der Anlasser (12) über eine Synchronisiereinrichtung (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit dem Starterrad (22) koppelbar ist.
Startvorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Anlasser (12) über einen Freilauf (14) mit dem Antriebsritzel (18) verbunden ist, wobei der Freilauf (14) zum Abkoppeln des Antriebsritzels (18) vom Anlasser (12) bei einer höheren Drehgeschwindigkeit des Antriebsritzels (18) zum Anlasser 812) in der Andrehrichtung ausgestaltet ist.
Verfahren zum Starten einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, bei dem, insbesondere mit Hilfe einer Synchronisiereinrichtung (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder einer Startvorrichtung (10) nach Anspruch 8 oder 9, zur Drehmomentübertragung zunächst ein schlupfbehafteter Reibschluss zwischen einem Anlasser (12) und einem mit der Brennkraftmaschine verbundenen Starterrad (22) hergestellt wird bevor ein Formschluss zwischen dem Anlasser (12) und dem mit der Brennkraftmaschine verbundenen Starterrad (22) hergestellt wird.