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Die Erfindung bezieht sich auf eine frei ausstoßende Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
DE 197 43 122 A1 wird eine frei ausstoßende Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die ein Starterritzel aufweist, welches axial zwischen einer Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine verstellbar ist. Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels wird mittels eines elektromagnetischen Starterrelais erzeugt, dessen Hubanker über einen Gabelhebel mit einer Freilaufeinrichtung verbunden ist, welche abtriebsseitig mit einer Antriebswelle für das Starterritzel gekoppelt ist. Die Freilaufeinrichtung wird über ein Planetengetriebe von einem elektrischen Andrehmotor angetrieben. Die Antriebswelle ist über ein Steilgewinde mit einer Ritzelwelle verbunden, die einteilig mit dem Starterritzel verbunden ist und in einer Lagerstelle eines Lagerschilds drehbar aufgenommen ist. Das Starterritzel liegt außerhalb des Lagerschilds.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen Maßnahmen eine frei ausstoßende Startervorrichtung für eine Brennkraftmaschine so auszubilden, dass bei klein bauender Ausführung der Energieaufwand zum Betätigen der Startvorrichtung reduziert ist.
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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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Die Startvorrichtung wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist ein Starterritzel auf, das mithilfe eines Starterrelais axial zwischen einer Außerfunktions- und einer Eingriffsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine in Eingriff steht. Über einen elektrischen Startermotor wird das Starterritzel angetrieben und versetzt in der Eingriffsposition den Zahnkranz in Drehung. Im Übertragungsweg zwischen dem Startermotor und dem Starterritzel befindet sich eine Freilaufeinrichtung, die eine Drehübertragung vom Startermotor zum Starterritzel, nicht jedoch in Gegenrichtung ermöglicht. Damit ist sichergestellt, dass nach dem Starten der Brennkraftmaschine und im Falle eines Überholens der Zahnkranzgeschwindigkeit die kinematische Übertragungskette zum Startermotor unterbrochen ist und Schädigungen vermieden werden.
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Die frei ausstoßende Startvorrichtung weist ein Lagerschild auf, das Teil des Gehäuses der Startvorrichtung ist und in das ein Lager zur Aufnahme einer Ritzelwelle eingebracht ist, mit der das Starterritzel verbunden ist. Das Starterritzel liegt außerhalb des Lagerschilds, die Ritzelwelle ist durch das Lagerschild hindurchgeführt und verbindet das Starterritzel mit einer Antriebswelle, die mit der Freilaufeinrichtung gekoppelt ist. Diese Ausführung ermöglicht es, das Starterritzel mit einem größeren Außendurchmesser als die Ritzelwelle auszubilden. Das Starterritzel kann mit einer verhältnismäßig großen Anzahl an Zähnen versehen sein, beispielsweise mit zwölf oder dreizehn Zähnen. Zugleich ist sichergestellt, dass der Innenraum der Startvorrichtung in bestmöglicher Weise nach außen abgeschirmt und vor Verschmutzung gesichert ist.
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Des Weiteren ist die Freilaufeinrichtung gehäusefest angeordnet. Das Übertragungselement, über das die Stellbewegung des Starterrelais auf das Starterritzel übertragen wird, greift unmittelbar an der Ritzelwelle an. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass bei einer Betätigung des Starterrelais nur die Masse der Ritzelwelle und des Starterritzels von dem Starterrelais axial verstellt werden muss, nicht jedoch die Freilaufeinrichtung, so dass insgesamt nur eine kleinere Masse beschleunigt werden muss und weniger Energie aufgewandt werden muss sowie kleiner dimensionierte Starterrelais eingesetzt werden können. Da zudem kein Bewegungsraum für die Verstellbewegung der Freilaufeinrichtung vorgehalten werden muss, kann die Startvorrichtung insgesamt kleiner bauen.
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Die Ritzelwelle wird von der Antriebswelle in Drehrichtung angetrieben, zugleich ist die Ritzelwelle axial gegenüber der Antriebswelle verschieblich gehalten, um die Überführung von der Außerfunktions- in die Eingriffsposition durchführen zu können. Die Antriebswelle ist dagegen nur drehbar im Gehäuse der Startvorrichtung gelagert, nicht jedoch in Achsrichtung verschieblich geführt.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung sind Starterritzel und Ritzelwelle einteilig ausgebildet. Es kommen grundsätzlich aber auch zweiteilige Ausführungen in Betracht, bei denen Starterritzel und Ritzelwelle als separate Bauteile ausgeführt sind, die jedoch miteinander verbunden sind.
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Die Ritzelwelle weist, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, auf der dem Starterritzel axial abgewandten Seite eine umlaufende Eingriffsnut auf, in die das Übertragungselement eingreift, welches von dem Starterrelais betätigt wird. Das Übertragungselement ist beispielsweise als ein Gabelhebel ausgebildet, dessen Gabelzinken an diametral gegenüberliegenden Seiten in die umlaufende Eingriffsnut an der Ritzelwelle einragen. Die Eingriffsnut ist auf der dem Starterritzel abgewandten Seite zweckmäßigerweise von einer umlaufenden Nutwand axial begrenzt, deren Außendurchmesser jedoch maximal so groß ist wie der Durchmesser der Ritzelwelle. Dies ermöglicht es, bei einer Anpassung des Ritzelwellendurchmessers an den Lagerinnendurchmesser im Lagerschild, dass die Ritzelwelle von außen in das Lager im Lagerschild eingeführt wird. Die Verbindung zwischen dem Übertragungselement und der Eingriffsnut an der Ritzelwelle erfolgt nach dem Einsetzen der Ritzelwelle in das Lager im Lagerschild.
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Es kann zweckmäßig sein, zwischen dem Startermotor und der Freilaufeinrichtung ein Getriebe anzuordnen, beispielsweise ein Planetengetriebe, das eingangsseitig von der Motorwelle angetrieben wird und abtriebsseitig mit der Freilaufeinrichtung gekoppelt ist. Die Freilaufeinrichtung ist insbesondere als ein Rollenfreilauf ausgebildet und umfasst eingangsseitig einen Mitnehmer und ausgangsseitig einen Rollenbund, wobei das Getriebe abtriebsseitig mit dem Mitnehmer verbunden ist. Der Rollenbund der Freilaufeinrichtung ist dagegen vorzugsweise einteilig mit der Antriebswelle ausgebildet. Die Freilaufeinrichtung sowie die Antriebswelle sind axial unverrückbar im Gehäuse der Startvorrichtung gelagert.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist die Ritzelwelle hohlzylindrisch ausgebildet und nimmt die Antriebswelle auf. Die Ritzelwelle ist axial gegenüber der Antriebswelle verschieblich gehalten, jedoch zugleich in Drehrichtung mit der Antriebswelle gekoppelt. Die Verbindung zwischen Ritzelwelle und Antriebswelle erfolgt beispielsweise über ein Steilgewinde, welches die Forderungen nach einer Drehkopplung und einer axialen Relativverschiebung erfüllt. Sofern die Antriebswelle in die Ritzelwelle einragt, befindet sich das Steilgewinde an der Innenwand der Ritzelwelle bzw. der Mantelfläche der Antriebswelle. Möglich sind aber auch Ausführungen, bei denen das Steilgewinde an einem axialen Endabschnitt der Ritzelwelle angeordnet ist und von einem hohlzylindrischen Abschnitt der Abtriebswelle übergriffen wird, dessen Innenmantel ebenfalls mit einem Steilgewinde versehen ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist in den Übergang vom Starterritzel zur Ritzelwelle eine umlaufende Montagenut eingebracht, welche dazu genutzt werden kann, bei der Montage der Startvorrichtung Halteelemente zur axialen Fixierung der Ritzelwelle und des Starterritzels anzubringen. Die Ritzelwelle kann durch das Lager im Lagerschild axial bis zum Erreichen der endgültigen Montageposition eingeführt werden, wobei die Halteelemente sicherstellen, dass die Ritzelwelle nicht über die Sollposition hinaus axial in das Innere der Startvorrichtung hineinverschoben wird, was zu einer Beschädigung weiterer Bauteile der Startvorrichtung führen könnte.
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Bei einem Verfahren zum Montieren der Startvorrichtung wird zunächst in einem ersten Schritt die Ritzelwelle mit dem Starterritzel von außen in das Lager im Lagerschild eingeführt. Anschließend wird in einem zweiten Schritt die Einheit, bestehend aus Starterritzel und Ritzelwelle, axial abgestützt und die Antriebswelle in Drehrichtung mit der Ritzelwelle gekoppelt. Die Abstützung erfolgt vorzugsweise über Halteelemente, die sich insbesondere am Lagerschild der Startvorrichtung abstützen.
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Um im Betrieb die axiale Position der Ritzelwelle gegenüber der Antriebswelle in der zurückgezogenen Außerfunktionsposition zu begrenzen, ist es zweckmäßig, eine axiale Anschlagposition zwischen Ritzelwelle und Antriebswelle vorzusehen. Die axiale Anschlagposition ist beispielsweise über einen Haltering und einen Stoppring am Innenmantel der Ritzelwelle bzw. dem Außenmantel der Antriebswelle gebildet. Der Haltering und der Stoppring begrenzen die axiale Verschiebebewegung der Ritzelwelle in das Innere der Startvorrichtung hinein, zugleich ist aber eine axiale Einspurbewegung von Ritzelwelle und Starterritzel in Gegenrichtung zum Erreichen der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz möglich.
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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 in perspektivischer Darstellung eine frei ausstoßende Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine,
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2 die Startvorrichtung im Längsschnitt,
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3 in Seitenansicht eine Einheit bestehend aus Starterritzel und einteilig ausgebildeter Ritzelwelle, die hohlzylindrisch ausgebildet ist, wobei am Innenmantel der Ritzelwelle ein Steilgewinde angeordnet ist,
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4 in einer Ausführungsvariante die Einheit mit Starterritzel und Ritzelwelle, wobei auf der dem Starterritzel abgewandten Seite ein zusätzlicher Absatz mit dem Steilgewinde angeordnet ist,
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5 eine Schnittdarstellung durch das Starterritzel und die Antriebswelle bei der Montage der Startvorrichtung,
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6 eine 5 entsprechende Darstellung, jedoch beim nächsten Montageschritt, mit einem Haltering an der Ritzelwelle und einem Stoppring an der Antriebswelle,
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7 eine Darstellung gemäß den 5 bzw. 6, jedoch im nachfolgenden Montageschritt, bei welchem der Haltering und der Stoppring ineinandergreifen.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 2 ist eine frei ausstoßende Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt, die in einem Gehäuse 2, welches ein Lagerschild aufweist, einen elektrischen Startermotor 4 aufnimmt, dessen Motorwelle 5 über ein Planetengetriebe 6 einen Mitnehmer 8 einer Freilaufeinrichtung 7 rotierend antreibt. Der Mitnehmer 8 treibt über Stützrollen 9 einen Rollenbund 10 an, welcher einteilig mit einer im Gehäuse 2 drehbar gelagerten Antriebswelle 11 ausgebildet ist. Die Freilaufeinrichtung 7 erlaubt eine Übertragung der Drehbewegung in Antriebsrichtung des elektrischen Startermotors 4. Sobald jedoch nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Drehgeschwindigkeit eines Zahnkranzes der Brennkraftmaschine so hoch wird, dass die Antriebsrichtung umgekehrt wird, wird über die Freilaufeinrichtung 7 die kinematische Kopplung zwischen dem Mitnehmer 8 und dem Rollenbund 10 aufgehoben.
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Die Antriebswelle 11 ist in Drehrichtung mit einer Ritzelwelle 12 gekoppelt, die mit dem Starterritzel 13 eine Einheit bildet; zweckmäßigerweise sind die Ritzelwelle 12 und das Starterritzel 13 einteilig ausgeführt. Die Ritzelwelle 12 und das Starterritzel 13 sind hohlzylindrisch ausgebildet und nehmen die Antriebswelle 11 auf, die Verbindung zwischen der Antriebswelle 11 und der Ritzelwelle 12 erfolgt über ein Steilgewinde am Außenmantel der Antriebswelle 11 bzw. am Innenmantel der Ritzelwelle 12.
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Die Ritzelwelle 12 ist in einem Lager 14 drehbar aufgenommen, das in den Lagerschild 13 eingebracht ist. Der Durchmesser der Ritzelwelle 14 ist an den Innendurchmesser des Lagers 14 angepasst, wohingegen das Starterritzel 13 einen größeren Außendurchmesser als die Ritzelwelle 12 aufweist. Dies ermöglicht es, dass die Einheit, bestehend aus Ritzelwelle 12 und Starterritzel 13, von außen in das Lager 14 im Lagerschild 3 axial eingeführt wird.
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Die Motorwelle 5 des Startermotors 4, das Planetengetriebe 6, die Freilaufeinrichtung 7, die Antriebswelle 11 und die Ritzelwelle 12 einschließlich Starterritzel 13 sind koaxial zueinander angeordnet.
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Zum Starten der Brennkraftmaschine muss das Starterritzel 13 aus der in 2 dargestellten, zurückgezogenen Außerfunktionsposition axial in eine vorgerückte Eingriffsposition verstellt werden, in welcher das Starterritzel 13 in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht. Die axiale Vorschubbewegung wird mittels eines elektromagnetischen Starterrelais 15 erzeugt, der im Gehäuse 2 angeordnet ist und dessen Hubanker 16 über einen Gabelhebel 17, welcher ein Übertragungselement bildet, mit der Ritzelwelle 12 kinematisch gekoppelt ist. Die Antriebswelle 11 ist ebenso wie die Freilaufeinrichtung 7 in Achsrichtung gehäusefest gehalten, wohingegen die Ritzelwelle 12 einschließlich des Starterritzels 13 bei einer Betätigung des Starterrelais 15 über den Gabelhebel 17 axial aus der Außerfunktions- in die Eingriffsposition verstellt wird.
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Wie 2 in Verbindung mit den 3 und 4 zu entnehmen, ist in die Ritzelwelle 12 auf der dem Starterritzel 13 axial gegenüberliegenden Seite benachbart zum Stirnbereich eine umlaufende Eingriffsnut 18 eingebracht, die zur Stirnseite hin von einer Nutwand 19 begrenzt ist. Die Nutwand 19 weist einen Durchmesser auf, der maximal so groß ist wie der Außendurchmesser der Ritzelwelle 12. Dies erlaubt es, die Ritzelwelle 12 zur Montage der Startvorrichtung von außen durch das Lager 14 im Lagerschild 3 einzuführen. Zugleich ist eine sichere Aufnahme der Gabelzinken des Gabelhebels 17 in der Eingriffsnut 18 gewährleistet.
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In 4 ist eine Ausführungsvariante der Einheit aus Ritzelwelle 12 und Starterritzel 13 dargestellt. Ritzelwelle 12 und Starterritzel 13 sind nicht als Hohlkörper, sondern massiv ausgeführt, das Steilgewinde 20 befindet sich auf der dem Starterritzel 13 abgewandten Ende an einem sich axial an die Ritzelwelle 12 anschließenden Fortsatz, der einen kleineren Durchmesser als die Ritzelwelle 12 aufweist. Das Steilgewinde 20 ist in dieser Ausführung als Außengewinde ausgeführt. Gemäß 3 befindet sich dagegen das Steilgewinde 20 am Innenmantel der hohlzylindrischen Ritzelwelle 12.
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In den Übergang zwischen Starterritzel 13 und Ritzelwelle 12 ist eine umlaufende Montagenut 21 eingebracht, deren Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser der Ritzelwelle 12. In den 5 bis 7 ist in einem Ausführungsbeispiel, bei dem Starterritzel 13 und Ritzelwelle 12 hohlzylindrisch ausgebildet sind, die Montage der Startvorrichtung dargestellt. Die Ritzelwelle 12 wird axial von außen in das Lager 14 im Lagerschild 3 eingeführt. Um die axiale Einschubbewegung zu begrenzen, ragen in die Montagenut 21 Halteelemente 22 ein, die beispielsweise am Lagerschild 3 abgestützt sind. Bei dem in 5 dargestellten ersten Montageschritt wird zunächst die Ritzelwelle 12 einschließlich Starterritzel 13 axial so weit eingeschoben, bis die in die Montagenut 21 einragenden Halteelemente 22 die weitere axiale Einschubbewegung begrenzen.
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Im nächsten Montageschritt, welcher in 6 dargestellt ist, wird ein Haltering 23 in den Innenraum von Ritzelwelle 12 bzw. Starterritzel 23 eingeschoben. Außerdem wird in eine sich in Umfangsrichtung erstreckende Nut, die benachbart zur Stirnseite in die Antriebswelle 11 eingebracht ist, ein Stoppring 24 eingesetzt. Der Haltering 23 befindet sich axial weiter innen als der Stoppring 24.
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Im nächsten Verfahrensschritt gemäß 7 wirkt auf die Stirnseite der Antriebswelle 11, wie mit dem Pfeil dargestellt, eine Axialkraft, wodurch die Antriebswelle 11 axial in das Innere des Gehäuses verschoben wird, bis der Stoppring 24 in den Haltering 23 an der Ritzelwelle 12 bzw. dem Starterritzel 13 verrastend eingreift. Der Haltering 23 und der Stoppring 24 begrenzen die axiale Vorschubbewegung von Ritzelwelle 12 und Starterritzel 13 gegenüber der Antriebswelle 11 nach außen bis zum Erreichen der Eingriffsposition; diese Relativlage ist in 7 dargestellt. Dagegen sind Haltering 23 und Stoppring 24 so ausgebildet, dass das Starterritzel 13 einschließlich der Ritzelwelle 12 bezogen auf die axial gehäusefest angeordnete Antriebswelle 11 axial zum Erreichen der Außerfunktionsposition nach innen geschoben werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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