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Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Bekannt sind Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen mit einem axial auf einer Ritzelwelle verstellbaren Starterritzel, das in Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu bringen ist und von einem elektrischen Startermotor angetrieben wird. Die Antriebsbewegung des Startermotors wird über ein Planetengetriebe und eine Freilaufeinrichtung auf das Starterritzel übertragen. Die Freilaufeinrichtung umfasst einen mit dem Getriebe gekoppelten Mitnehmer und einen Stützbund an einer Ritzel- bzw. Abtriebswelle, auf der das Starterritzel aufsitzt, wobei das Starterritzel mit der Ritzelwelle drehgekoppelt ist. Zwischen Stützbund und Mitnehmer sind Stützrollen gelagert, die eine Drehmomentübertragung vom Startermotor zum Starterritzel erlauben, jedoch bei einer Momentenübertragung in Gegenrichtung in eine Freigabeposition verstellt werden, so dass der Kraftfluss vom Starterritzel zum Startermotor unterbrochen ist. Eine derartige Startvorrichtung wird beispielsweise in der
DE 43 02 854 C1 beschrieben.
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Über die Freilaufeinrichtung ist eine Entkopplung im Antriebsstrang nur gegeben, wenn nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Zahnkranzdrehzahl die Starterritzeldrehzahl überholt. Aufgrund von Überlagerungen bzw. Resonanzfrequenzen können jedoch auch während des Antriebs über den Startermotor Lastspitzen auftreten, die zu einer Schädigung eines Bauteils im Antriebsstrang führen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine so auszubilden, dass Schädigungen im Übertragungsweg zwischen elektrischem Startermotor und Starterritzel auch über eine lange Betriebsdauer vermieden werden.
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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 erfindungsgemäße Startvorrichtung dient zum Starten von Brennkraftmaschinen und weist einen elektrischen Startermotor auf, welcher ein Starterritzel drehend antreibt, das in Eingriff mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine zu bringen ist. Das Starterritzel ist hierfür zwischen einer Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition mit dem Zahnkranz verstellbar ausgebildet. Die Verstellbewegung erfolgt axial in Richtung der Längsachse der Motorwelle des Startermotors. Die Verstellbewegung des Starterritzels kann mittels eines elektromagnetischen Starterrelais durchgeführt werden.
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Dem Startermotor kann zur Drehzahluntersetzung ein Getriebe nachgeschaltet sein, insbesondere ein Planetengetriebe, um die hohe Drehzahl des Startermotors in eine niedrigere Antriebsdrehzahl des Starterritzels umzusetzen. Im Übertragungsweg zwischen dem Startermotor und dem Starterritzel befindet sich außerdem eine Freilaufeinrichtung, die eine Bewegungs- und Drehmomentübertragung zum Startermotor auf das Starterritzel ermöglicht, jedoch in Gegenrichtung, also vom Starterritzel zum Startermotor, den Antriebsstrang für den Fall unterbricht, das nach dem Starten der Brennkraftmaschine der Zahnkranz das Starterritzel überholt. Auf diese Weise können Beschädigungen in der Startvorrichtung, insbesondere im Startermotor vermieden werden. Im Falle eines dem Startermotor nachgeschalteten Getriebes befindet sich die Freilaufeinrichtung zwischen dem Getriebe und dem Starterritzel.
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Die Freilaufeinrichtung weist einen motorseitigen Mitnehmer auf, mit dem ein ritzelseitiger Rollen- bzw. Stützbund zusammenwirkt. Bei der erfindungsgemäßen Startvorrichtung ist der Stützbund separat von einer Ritzelwelle ausgebildet, auf der das Starterritzel zwischen der Außerfunktions- und der Eingriffsposition verstellbar gelagert ist. Der Stützbund ist zudem separat vom Starterritzel ausgebildet. Es besteht jedoch eine kraft- und/oder formschlüssige Kopplung zwischen dem Stützbund und der Ritzelwelle, um die Drehbewegung des Startermotors über die Freilaufeinrichtung und den Stützbund auf die Ritzelwelle zu übertragen.
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Der Kraft- bzw. Formschluss zwischen dem Stützbund und der Ritzelwelle erlaubt eine Relativbewegung zwischen diesen Bauteilen, sobald die Kraft- bzw. Momentenübertragung im Antriebsstrang einen Grenzwert überschreitet. Damit kann eine Art Überlastkupplung realisiert werden, die insbesondere auch im Übertragungsweg vom Startermotor zum Starterritzel und bei geschlossener Freilaufeinrichtung wirksam ist, so dass während des Andrehvorgangs auftretende Lastspitzen im Antriebsstrang nur bis zum Erreichen des Grenzwertes übertragen werden. Mit dem Überschreiten des Grenzwerts öffnet die Verbindung zwischen dem Stützbund und der Ritzelwelle, so dass das übertragbare Lastmoment auf den Grenzwert beschränkt ist. Es kann vorteilhaft sein, die Begrenzung auf den Grenzwert nur in der Übertragungsrichtung vom Startermotor zum Starterritzel wirksam werden zu lassen, wohingegen in Gegenrichtung, also vom Starterritzel zum Startermotor, die Unterbrechung des Antriebsstrangs über die Freilaufeinrichtung erfolgt. Vorteilhafterweise liegt der Grenzwert, bei dem die kraft- bzw. formschlüssige Kopplung zwischen Stützbund und Ritzelwelle unterbrochen wird, höher als der entsprechende Grenzwert, bei dem die Freilaufeinrichtung in die den Antriebsstrang unterbrechende Entkopplungsposition verstellt wird.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ist der Stützbund zum Herstellen bzw. Aufheben der kraft- bzw. formschlüssigen Verbindung mit der Ritzelwelle zwischen einer Kopplungs- und einer Entkopplungsposition verstellbar. Die Verstellbewegung erfolgt insbesondere in Achsrichtung, bezogen auf die Ritzelwellenlängsachse. Somit befindet sich der Stützbund in der Entkopplungsposition axial auf Abstand zu dem Abschnitt der Ritzelwelle, mit welchem in der Kopplungsposition der kraft- bzw. formschlüssige Kontakt besteht.
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Zweckmäßigerweise wird der Stützbund von einem Federelement in die Kopplungsposition kraftbeaufschlagt. Über die Dimensionierung des Federelementes und der vom Federelement ausgeübten Kraft in die Kopplungsposition kann der Grenzwert bestimmt werden, bei dessen Überschreiten die kraft- bzw. formschlüssige Verbindung zwischen dem Stützbund und der Ritzelwelle aufgehoben wird. Bei axialer Verstellbewegung des Stützbundes zwischen Kopplungs- und Entkopplungsposition wirkt das Federelement in Richtung der Ritzelwellenlängsachse und drückt den Stützbund gegen den zugeordneten Abschnitt an der Ritzelwelle. Als Federelement kommt beispielsweise eine Tellerfeder in Betracht oder eine Schraubenfeder oder dergleichen. Das Federelement stützt sich zweckmäßigerweise auf der dem Stützbund abgewandten Seite an dem Mitnehmer der Freilaufeinrichtung ab. In den Stützbund kann eine stirnseitige Ausnehmung eingebracht sein, in die das Federelement eingesetzt ist.
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Die Ritzelwelle weist, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, einen Stirnkontaktabschnitt auf, beispielsweise in Form einer umlaufenden Schulter an einem abgesetzten Wellenabschnitt geringeren Durchmessers, wobei der Stirnkontaktabschnitt die Kontaktfläche für die kraft- bzw. formschlüssige Verbindung mit dem Stützbund bildet. An den Stirnkontaktabschnitt schließt sich vorteilhafterweise ein Trägerabschnitt der Welle axial an, der bis zur Endstirnseite der Ritzelwelle reicht und auf dem der Stützbund axial verstellbar aufsitzt. Der Trägerabschnitt besitzt einen kleineren Durchmesser als die Ritzelwelle im Bereich des Stirnkontaktabschnittes, wodurch die stirnseitige Kontaktfläche gegeben ist, an der sich der Stützbund abstützt.
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Zur Erhöhung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem Stirnkontaktabschnitt und dem Stützbund kann es zweckmäßig sein, eine Kontaktseite oder gegebenenfalls beide Kontaktseiten am Stirnkontaktabschnitt bzw. dem Stützbund mit einem Reibbelag zur Erhöhung des Reibkontaktes zu versehen. Zusätzlich oder alternativ können für eine formschlüssige Verbindung am Stirnkontaktabschnitt und am Stützbund ein oder mehrere Formschlusselemente angeordnet sein, die bei einem Kontakt der Bauteile formschlüssig ineinandergreifen. Es handelt sich zum Beispiel um eine Stirnverzahnung am Stirnkontaktabschnitt und am Stützbund, der zweckmäßigerweise in Umfangsrichtung nicht-symmetrisch ausgebildet ist, dergestalt, dass in Übertragungsrichtung vom Startermotor zum Starterritzel mit dem Erreichen des Grenzwertes der Formschluss aufgehoben wird, wohingegen in Gegenrichtung eine Aufhebung des Formschlusses nicht zwingend erforderlich ist. Gleichwohl kann es auch zweckmäßig sein, auch in Übertragungsrichtung vom Starterritzel zum Startermotor den Formschluss mit dem Erreichen eines Grenzwertes aufzuheben.
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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 Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial verstellbar und über einen elektrischen Startermotor drehend antreibbar ist, wobei in die Startvorrichtung eine Freilaufeinrichtung integriert ist,
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2 einen Längsschnitt durch eine Ritzelwelle, welche Träger des Starterritzels ist, und die Freilaufeinrichtung, wobei ein Stützbund der Freilaufeinrichtung ein separat ausgebildetes Bauteil bildet,
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3 die Freilaufeinrichtung in Explosionsdarstellung,
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4 die Ritzelwelle und der Stützbund der Freilaufeinrichtung mit stirnseitiger Verzahnung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Ritzelwelle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Ritzelwelle 5 gekoppelt ist. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition eingesetzt wird.
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Die drehende Antriebsbewegung auf die Welle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Getriebe 12, vorzugsweise ein Planetengetriebe mit der Ritzelwelle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Ritzelwelle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
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Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
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Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Verstellposition durch eine kinematische Kopplung des Schaltgliedes mit der Stellbewegung des Hubankers 8 der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Welle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
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Die Startvorrichtung 1 ist mit einer Freilaufeinrichtung 14 versehen, die als Rollenfreilauf ausgebildet ist. Der Einrückhebel 9 wirkt auf ein Federelement 13, das einen Mitnehmer 15 der Freilaufeinrichtung 14 axial kraftbeaufschlagt, wobei mit dem Mitnehmer 15 ein Stütz- bzw. Rollenbund 16 der Freilaufeinrichtung 14 zusammenwirkt und der Stützbund 16 einteilig mit dem Starterritzel 2 ausgebildet ist. Die Freilaufeinrichtung 14 erlaubt eine Übertragung der Drehbewegung in Antriebsrichtung des elektrischen Startermotors 11. Sobald jedoch nach dem Starten der Brennkraftmaschine 4 die Drehgeschwindigkeit des Zahnkranzes 3 so hoch wird, dass die Antriebsrichtung umgekehrt wird, wird über die Freilaufeinrichtung 14 die kinematische Kopplung zwischen Mitnehmer 15 und Stützbund 16 aufgehoben.
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Die Verbindung zwischen der Freilaufeinrichtung 14 und der Ritzelwelle 5 ist nach Art einer Rutschkupplung ausgeführt, die aus einer kraft- bzw. momentenübertragenden Kopplungsposition in eine den Antriebsstrang unterbrechende Entkopplungsposition verstellt wird, sobald im Übertragungsweg vom Startermotor zum Starterritzel ein Lastgrenzwert bei der Übertragung des Momentes überschritten wird. Die Verbindung zwischen der Freilaufeinrichtung 14 und der Ritzelwelle 5 ist in den folgenden 2 bis 4 im Detail dargestellt.
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Der Stützbund 16 der Freilaufeinrichtung 14 ist als ein separat von der Ritzelwelle 5 sowie dem Starterritzel ausgeführtes Bauteil ausgebildet, das zwischen einer Kopplungs- und einer Entkopplungsposition mit der Ritzelwelle 5 verstellbar ist. In der Kopplungsposition besteht ein Kraft- bzw. Formschluss zwischen dem Stützbund 16 und einem Stirnkontaktabschnitt 18 an der Ritzelwelle 5, in der Entkopplungsposition ist der Kraft- bzw. Formschluss aufgehoben, so dass keine Momente zwischen Stützbund 16 und Ritzelwelle 5 übertragen werden können. Der Stirnkontaktabschnitt 18 und/oder die zugewandte Stirnseite des Stützbundes 16 sind entweder mit einem reibungserhöhenden Reibbelag versehen und/oder, wie den 3 und 4 zu entnehmen, mit einer Stirnverzahnung versehen, wobei die Stirnverzahnungen am Stirnkontaktabschnitt 18 und am Stützbund 16 in der Kopplungsposition formschlüssig ineinandergreifen. Der Kontakt zwischen der Stirnseite des Stützbundes 16 und dem Stirnkontaktabschnitt 18 an der Ritzelwelle 5 wird sowohl bei reibschlüssigem als auch bei formschlüssigem Ineinandergreifen aufgehoben, wenn der Lastgrenzwert überschritten wird.
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Der Stirnkontaktabschnitt 18 ist als umlaufende Ringschulter an der Ritzelwelle 5 ausgebildet, die radial nach innen von einem Trägerabschnitt 19 der Ritzelwelle 5 begrenzt wird, der sich bis zur Stirnseite der Ritzelwelle erstreckt und einen kleineren Durchmesser als die übrigen Abschnitte der Ritzelwelle aufweist. Auf dem Trägerabschnitt 19 sitzt der ringförmige Stützbund 16 axial verschiebbar gelagert auf.
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Der Stützbund 16 wird von einem Federelement 20 (2) in die Kopplungsposition mit dem Stirnkontaktabschnitt 18 kraftbeaufschlagt. Das Federelement 20 ist beispielsweise als Tellerfeder ausgebildet und in eine stirnseitige Ausnehmung des Stützbundes 16 eingesetzt, welche zu der der Ritzelwelle 5 abgewandten Seite hin offen ausgeführt ist.
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Das Federelement 20 stützt sich einenends am Boden der Ausnehmung des Stützbundes 16 ab und anderenends an einem Haltering, der auf den Trägerabschnitt 19 aufgeschoben ist und dort axial gehalten ist. Möglich ist es auch, dass das Federelement 20 sich am Mitnehmer 15 der Freilaufeinrichtung 14 abstützt.
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Über die Höhe der Federkraft des Federelementes 20 kann, ebenso wie über den Reibbelag am Stirnkontaktabschnitt 18 und/oder am Stützbund 16 bzw. die Ausführung der Formschlussgeometrie der Lastgrenzwert wesentlich beeinflusst werden, bei dessen Überschreiten der kraft- bzw. momentenübertragende Kontakt zwischen Stützbund und Ritzelwelle 5 unterbrochen wird.
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In 4 ist die Stirnverzahnung 21 am Stützbund 16 auf der der Ritzelwelle 5 zugewandten axialen Stirnseite zu erkennen. Der Stirnverzahnung 21 am Stützbund 16 ist eine entsprechende Stirnverzahnung am Stirnkontaktabschnitt 18 zugeordnet.
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Wie 2 in Verbindung mit 3 zu entnehmen, sind radial zwischen der Mantelfläche des Stützbundes 16 und der Innenseite des als Hohlrad ausgeführten Mitnehmers 15 über den Umfang verteilt mehrere Stützrollen 17 angeordnet, die von in Umfangsrichtung wirkenden Federelementen 22 in eine Position beaufschlagt werden, in welcher eine Momentenübertragung über die Freilaufeinrichtung 14 möglich ist. Sobald die Drehzahl des Zahnkranzes höher ist als die Drehzahl des Starterritzels, werden die Stützrollen 17 in Umfangsrichtung gegen die Kraft der sie beaufschlagenden Federelemente 22 verstellt, wodurch der Kraftschluss von Starterritzel zum Startermotor unterbrochen wird.
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An der der Ritzelwelle 5 zugewandten Stirnseite liegt an dem Mitnehmer 15 eine Scheibe 23 an, welche von einem Deckel 24 übergriffen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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