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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 elektrisch betätigbare Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen, die ein axial verstellbares Starterritzel umfassen, welches mithilfe eines Starterrelais zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel mit dem Zahnkranz an der Brennkraftmaschine kämmt. Die Drehbewegung des Starterritzels wird über einen elektrischen Startermotor erzeugt, der über ein Planetengetriebe das Starterritzel antreibt.
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Aus der
JP 2007-077810 A ist eine Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen bekannt, bei der zwischen der Stirnseite des Motorgehäuses des elektrischen Startermotors und einer Abdeckplatte des Planetengetriebes ein elastischer Abstützring angeordnet ist, so dass das Planetengetriebe axial an einer Seite am Motorgehäuse und an der gegenüberliegenden Seite an einem Antriebslager der Startvorrichtung abgestützt ist.
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Aus der
US 5 307 702 A ist eine Startvorrichtung bekannt, bei der ein Ausgleichsring (Verschluss des Planetengetriebes) zwischen dem Motorgehäuse des Startermotors und einem Getriebebauteil des Getriebes (Hohlrad, Zwischenlager) angeordnet ist. Der Ausgleichsring hat einen ringförmigen Grundkörper und ist tellerartig ausgeführt und weist an seinem Außenumfang einen Ringbereich mit einer gewissen Konizität auf. Diese Konizität führt dazu, dass zwischen dem Motorgehäuse und dem Hohlrad/Zwischenlager eine gewisse Spannung vorliegt. Längendifferenzen können ausgeglichen werden.
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Aus der
US 5 688 203 A ist eine Startvorrichtung bekannt, bei der eine Platte bzw. ein Deckel das Planetengetriebe weitgehend verschließt. Ein seitlich aufgebogener Rand am Außenumfang der Platte führt zu einer gewissen Verspannung in dem System zwischen Polrohr, Platte, einem Kunststoffteil und Hohlrad.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine so auszubilden, dass trotz Bauteiltoleranzen der elektrische Startermotor und das nachgeschaltete Getriebe spielfrei montiert werden können.
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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 wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist einen elektrischen Startermotor auf, der ein Starterritzel, das in Eingriff mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine zu bringen ist, drehend antreibt. Das Starterritzel ist zwischen einer Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen, wobei die Verstellbewegung vorzugsweise axial in Richtung der Längsachse der Ankerwelle des Startermotors bzw. des Starterritzels erfolgt. Die Verstellbewegung des Starterritzels wird vorzugsweise mittels eines elektromagnetischen Starterrelais durchgeführt.
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Dem elektrischen Startermotor ist zur Drehzahluntersetzung ein Getriebe nachgeschaltet, beispielsweise ein Planetengetriebe, um die hohe Drehzahl des Startermotors in eine niedrigere Antriebsdrehzahl des Starterritzels umzusetzen. Der Startermotor weist ein Motorgehäuse auf, an das sich das Getriebe anschließt. Ein Getriebebauteil des Getriebes ist über mindestens einen Ausgleichsring am Motorgehäuse des Startermotors abgestützt.
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Der Ausgleichsring weist einen ringförmigen Grundkörper auf, an dem mindestens eine axial überstehende Kompensationsbrücke ausgebildet ist, die einteilig mit dem Grundkörper ausgeführt ist. Die Kompensationsbrücke steht auf Kontakt zum Motorgehäuse oder zu einem Getriebebauteil des Getriebes und dient dadurch zur axialen Abstützung zwischen dem Getriebe und dem Motorgehäuse. Die Kompensationsbrücke überragt den ringförmigen Grundkörper des Ausgleichsrings in Achsrichtung und steht in Kontakt mit dem angrenzenden Bauteil, wohingegen der ringförmige Grundkörper ohne Kontakt zu diesem Bauteil bleibt. Der Grundkörper kann am gegenüberliegenden Bauteil anliegen. Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der auch auf der gegenüberliegenden Seite am Grundkörper ein überstehendes, einteilig mit dem Grundkörper ausgebildetes Kontaktelement am Ausgleichsring angeordnet ist, welches das gegenüberliegende Bauteil kontaktiert.
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Die Kompensationsbrücke ermöglicht eine nachgiebige Abstützung in Achsrichtung zwischen dem Motorgehäuse und dem Getriebe. Dadurch ist es möglich, Bauteil- bzw. Fertigungstoleranzen oder Montagetoleranzen auszugleichen, so dass ein spielfreier Sitz des Getriebes am Gehäuse gewährleistet ist. Die Kompensationsbrücke kann in einfacher Weise hergestellt werden, insbesondere im Wege des Tiefziehens aus dem Grundkörper des Ausgleichsrings erzeugt werden, so dass die Kompensationsbrücke einen frei liegenden Abschnitt im Grundkörper überspannt. Bei der Erzeugung der Kompensationsbrücke im Wege des Tiefziehens wird das Material des Ausgleichsrings bis zum Erreichen des plastisch verformbaren Bereichs gestreckt, so dass nach Abschluss des Tiefziehvorgangs die Kompensationsbrücke ihre den Grundkörper axial überragende Position beibehält. In montierter Lage wirkt dagegen die Kompensationsbrücke im Zusammenspiel mit dem Grundkörper in Achsrichtung elastisch und übernimmt zusätzlich zur abstützenden und Spiel kompensierenden Funktion auch eine dämpfende Funktion.
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In einer vorteilhaften Ausführung weist die Kompensationsbrücke einen oberen, geradflächigen Brückenabschnitt auf, der parallel versetzt zur Ebene des Grundkörpers des Ausgleichsrings liegt. Dieser obere Brückenabschnitt ist über zwei schräggestellte Verbindungsabschnitte mit dem Grundkörper verbunden, so dass eine durchgehende Brücke gegeben ist, die einteilig mit dem Grundkörper des Ausgleichsrings ausgebildet ist. Die Kompensationsbrücke kann gekrümmt ausgebildet sein und sich annähernd oder vollständig in Umfangsrichtung erstrecken oder geradlinig ausgeführt sein und sich annähernd oder vollständig in Tangentialrichtung erstrecken. Möglich ist aber auch eine Ausrichtung der Kompensationsbrücke in eine andere Richtung, beispielsweise in Radialrichtung. Desweiteren können über den Umfang am Grundkörper des Ausgleichsrings verteilt mehrere Kompensationsbrücken vorgesehen sein, die sich entweder alle in die gleiche oder in verschiedene Richtungen erstrecken. So kann es zweckmäßig sein, mindestens zwei, ggf. drei oder vier oder mehr Kompensationsbrücken über den Umfang verteilt vorzusehen.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist die Kompensationsbrücke keinen parallel versetzt zur Ebene des Grundkörpers gerichteten Abschnitt auf, sondern beispielsweise nur gekrümmte Abschnitte oder geradflächige Abschnitte, die unter einem Winkel zur Ebene des Grundkörpers stehen.
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Der axiale Überstand der Kompensationsbrücke liegt, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, mindestens im Bereich der Materialstärke des Grundkörpers. Es kann zweckmäßig sein, beispielsweise einen axialen Überstand vorzusehen, der dem Doppelten oder dem Dreifachen der Materialstärke des Grundkörpers entspricht. Durch den verhältnismäßig großen axialen Überstand kann entsprechend auch ein verhältnismäßig großes Spiel zwischen Motorgehäuse und Getriebe kompensiert werden.
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Der Ausgleichsring besteht vorzugsweise aus Metall, beispielsweise aus Blech. Grundsätzlich kommen aber auch andere Materialien für den Ausgleichsring in Betracht, insbesondere Kunststoff.
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Zusätzlich zu der Kompensationsbrücke sind am Grundkörper des Ausgleichsrings ein oder mehrere Rasthaken ausgebildet, die sich unter einem Winkel zur Ebene des Grundkörpers erstrecken. Die Rasthaken können sowohl an der gleichen Stirnseite als auch an der gegenüberliegenden Stirnseite der Kompensationsbrücke angeordnet sein. Über die Rasthaken ist eine Abstützung in Achsrichtung, in Radialrichtung und/oder in Umfangsrichtung möglich. Bei einer Abstützung in Radial- bzw. Umfangsrichtung liegt der Rasthaken an einem Vorsprung des abstützenden Bauteils an, so dass eine Verschiebung bzw. Verdrehung des Ausgleichsrings in Radialrichtung bzw. Umfangsrichtung ausgeschlossen ist.
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Der Winkel, unter dem sich der Rasthaken zur Ebene des Grundkörpers erstreckt, liegt beispielsweise in einem Winkelbereich zwischen 30° und 90°.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind zwei Rasthaken am Grundkörper angeordnet, die einander in der Weise zugewandt sind, dass die freie Stirnseite des ersten Rasthakens der freien Stirnseite des zweiten Rasthakens benachbart ist. Auf diese Weise kann ein offene bzw. durchbrochene Kompensationsbrücke gebildet werden, wobei die freien Enden der Rasthaken an dem angrenzenden Bauteil anliegen und dieses kontaktieren. Die frei liegenden Rasthaken können in Achsrichtung, ggf. auch in Radialrichtung bzw. in Umfangsrichtung elastisch verformt werden.
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Zwischen dem Getriebe und dem Starterritzel befindet sich, gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung, eine Freilaufeinrichtung, die eine Bewegungs- und Drehmomentübertragung vom Startermotor auf das Starterritzel erlaubt, wohingegen in Gegenrichtung, also vom Starterritzel zum Startermotor, der Antriebsstrang für den Fall unterbrochen ist, dass nach dem Starten der Brennkraftmaschine der Zahnkranz das Starterritzel überholt. Auf diese Weise sollen Beschädigungen in der Startvorrichtung, insbesondere im Startermotor vermieden werden. Die Freilaufeinrichtung befindet sich zwischen dem Getriebe und dem Starterritzel.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Getriebe als ein Planetengetriebe ausgebildet. Der Ausgleichsring stützt sich hierbei an einem Hohlrad des Planetengetriebes ab.
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Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der elektrischer Startermotor als permanenterregter DC-Motor ausgebildet und weist statorseitig Permanentmagnete auf. Das Motorgehäuse bildet hierbei ein Polgehäuse.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
- 1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial über ein Starterrelais verstellbar und über einen elektrischen Startermotor drehend anzutreiben ist, wobei dem Startermotor zur Drehzahluntersetzung ein Planetengetriebe nachgeschaltet ist,
- 2 einen Schnitt durch den Kontaktbereich zwischen dem elektrischen Startermotor und dem nachgeschalteten Getriebe, mit einem eingesetzten Ausgleichsring,
- 3 der Ausgleichsring in perspektivischer Ansicht,
- 4 der Ausgleichsring im Bereich einer Kompensationsbrücke, die einteilig mit dem Ausgleichsring ausgebildet ist, im montierten Zustand,
- 5 ein Rasthaken am Ausgleichsring, der sich radial an einer Rippe eines angrenzenden Bauteils abstützt,
- 6 ein Ausgleichsring mit einem Rasthaken, der sich in Umfangsrichtung an einer Rippe eines angrenzenden Bauteils abstützt,
- 7 ein Ausgleichsring in einer weiteren Ausführung,
- 8 zwei einander zugewandte Rasthaken am Ausgleichsring im montierten Zustand,
- 9 am Außenumfang des Ausgleichsrings angeordnete Stützabschnitte.
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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 Welle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Welle 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, das insbesondere als ein Planetengetriebe ausgeführt ist, mit der Welle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Welle 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 Erhebung, welche von der nutförmigen Führungskontur umschlossen ist, kann in Achsrichtung eine größere Erstreckung als die radial weiter außen liegenden Wandabschnitte im Mitnehmer aufweisen. Dementsprechend ragt die Erhebung in Achsrichtung verhältnismäßig weit in die stirnseitige Ausnehmung im Stützbund ein.
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Die Startvorrichtung 1 ist mit einer Freilaufeinrichtung versehen, die als Rollenfreilauf 14 ausgebildet ist. Der Einrückhebel 9 wirkt auf ein Federelement 13, das einen Mitnehmer 15 des Rollenfreilaufs 14 axial kraftbeaufschlagt, wobei mit dem Mitnehmer 15 ein Stütz- bzw. Rollenbund 16 des Rollenfreilaufs 14 zusammenwirkt und der Stützbund 16 einteilig mit dem Starterritzel 2 ausgebildet ist. Der Rollenfreilauf 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 den Rollenfreilauf 14 die kinematische Kopplung zwischen Mitnehmer 15 und Stützbund 16 aufgehoben.
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2 zeigt im Schnitt die Abstützung des Planetengetriebes 12 am Motorgehäuse 17 des elektrischen Startermotors 11. Der Startermotor 11 ist als permanenterregter Motor ausgeführt und weist an der Innenseite des Gehäuses 17 Permanentmagnete 18 auf. Das Motorgehäuse 17 bildet ein Polgehäuse.
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Des Planetengetriebe 12 umfasst ein Hohlrad 19, dessen eine Stirnseite dem Startermotor 11 zugewandt ist. Das Hohlrad 19 stützt sich über einen Ausgleichsring 20 an dem Polgehäuse 17 des Startermotors ab. Der Ausgleichsring 20 hat eine Spiel ausgleichende Funktion, so dass Fertigungstoleranzen und Montagespiel über den Ausgleichsring 20 kompensiert werden können und ein spielfreier Sitz des Planetengetriebes 12 gewährleistet ist.
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In 3 ist der Ausgleichsring 20 in perspektivischer Einzeldarstellung gezeigt. Der Ausgleichsring 20, der aus einem Metall wie z.B. Blech besteht, weist einen ringförmigen Grundkörper 21 auf, an dem sich Abstützelemente axial erheben. Als Abstützelemente sind einteilig mit dem Grundkörper 21 drei über den Umfang verteilt angeordnete, geradlinige und sich in Tangentialrichtung erstreckende Kompensationsbrücken 22 vorgesehen. Jede Kompensationsbrücke 22 weist einen oberen, geradflächigen Brückenabschnitt 22a auf, der sich parallel versetzt zur Ebene des Grundkörpers 21 erstreckt, sowie zwei Brückenabschnitte 22b, c, die den oberen Abschnitt 22a mit dem Grundkörper 22 verbinden und mit der Ebene des Grundkörpers 22 einen Winkel einnehmen, der insbesondere in einem Winkelbereich zwischen 30° und 90° liegt. Die Kompensationsbrücken 22 werden vorzugsweise im Wege des Tiefziehens hergestellt, indem mit einem Tiefziehwerkzeug das Material des Grundkörper 21 plastisch verformt wird. Somit behalten die Kompensationsbrücken 22 dauerhaft ihre Brückenform bei.
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Unmittelbar unterhalb der Kompensationsbrücken 22 weist auf Grund der Herstellung der Brücken im Wege des Tiefziehens der Grundkörper 21 eine Ausnehmung auf.
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Des Weiteren sind als Abstützelemente am Grundkörper 21 Rasthaken 23 einteilig angeformt, welche sich an der radial innen liegenden Seite des ringförmigen Grundkörper 21 erstrecken und ebenfalls unter einem Winkel gegenüber der Ebene des Grundkörpers geneigt sind. Der Winkel liegt ebenfalls in einem Winkelbereich zwischen 30° und 90°. Die freie Stirnseite der Rasthaken 23 ist radial nach innen und zugleich auf Grund der Schrägstellung nach oben in die gleiche Richtung gerichtet, in der sich auch die Kompensationsbrücken 22 erheben. Über den Umfang verteilt sind ebenfalls drei Rasthaken 23 einteilig mit dem Grundkörper 21 ausgebildet.
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In 4 ist der Ausgleichsring 20 im montieren Zustand dargestellt, in welchem sich der Ausgleichsring 20 an der Stirnseite des Hohlrades 19 des Planetengetriebes abstützt. Die sich axial erhebenden Kompensationsbrücken 22 stützen sich im fertig eingebauten Zustand an dem Polgehäuse des Startermotors ab.
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Wie 4 in Verbindung mit 5 zu entnehmen, stützt sich der Rasthaken 23, der einteilig mit dem Grundkörper 21 des Ausgleichsrings 20 ausgebildet ist, an einer Rippe 24 des Hohlrades 19 ab.
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An der radial außen liegenden Seite können in den Grundkörper 21 des Ausgleichsrings 20 Einbuchtungen 25 (3, 5) eingebracht sein. Die Einbuchtungen 25 erlauben in Umfangsrichtung eine formschlüssige Aufnahme und Halterung des Ausgleichsrings 20.
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In 6 ist eine Ausführungsvariante des Ausgleichsrings 22 dargestellt, in der sich der Rasthaken 23, welcher einteilig mit dem Grundkörper 21 ausgebildet ist, in Umfangsrichtung erstreckt. Auch in dieser Ausführungsvariante ist der Rasthaken 23 unter einem Winkel zwischen 30° und 90° zur Ebene des Grundkörpers 21 geneigt. Die freie Stirnseite des Rasthakens 23 stützt sich an einer sich in Radialrichtung erstreckenden und axial erhebenden Rippe 24 ab, die an der Stirnseite des Hohlrades 19 des Planetengetriebes ausgebildet ist.
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In 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ausgleichsrings 20 dargestellt. Am ringförmigen Grundkörper 21 sind über den Umfang verteilt mehrere Rasthakenpaare 23 angeordnet, deren freie Stirnseiten einander zugewandt sind. Die beiden Rasthaken 23 sind ähnlich wie die Kompensationsbrücken 22 aus 4 ausgebildet, jedoch fehlt der verbindende Brückenabschnitt.
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In 8 ist der Ausgleichsring 20 in montierter Lage an der Stirnseite des Hohlrades 19 dargestellt, woraus zu erkennen ist, dass sich die freien Stirnseiten der beiden Rasthaken 23 an gegenüberliegenden Umfangsseiten einer Rippe 24 abstützen, welche einteilig mit dem Hohlrad 19 ausgebildet ist.
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In 9 ist eine weitere Ausführungsvariante dargestellt, in der der Ausgleichsring an seiner radial außen liegenden Seite am Grundkörper 21 in Achsrichtung aufgebogene Abstützelemente 26 aufweist. Auch die Abstützelemente 26 erstrecken sich unter einem Winkel zum ringförmigen Grundkörper 21 des Ausgleichsrings. Die freie Stirnseite der Abschlusselemente 26 ist radial nach außen gerichtet und weist zugleich in Achsrichtung.
