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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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In der
DE 10 2009 027 117 A1 wird eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die ein zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition verstellbares Starterritzel aufweist, das in der Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der zu startenden Brennkraftmaschine kämmt. Die Verstellbewegung des Starterritzels wird mithilfe eines Starterrelais erzeugt, die Antriebsbewegung des Starterritzels mittels eines elektrischen Startermotors, dessen Ankerwelle über ein Planetengetriebe und eine Freilaufkupplung mit einer Antriebswelle des Starterritzels gekoppelt ist. Die Antriebswelle ist in einem Mitnehmer der Freilaufkupplung gelagert, welche mit einem Planetenträger des Planetengetriebes gekoppelt ist. Die am Planetenträger gelagerten Planetenräder wälzen an der Innenverzahnung eines gehäusefest angeordneten Hohlrades ab.
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Bei derartigen Startvorrichtungen müssen die Anker- und die Antriebswelle präzise gelagert sein. Es ist auch darauf zu achten, dass die Getriebebauteile nicht verschmutzt werden, beispielsweise durch Kohlebürstenstaub einer Kommutierungseinrichtung des elektrischen Servomotors.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Anker- und eine Antriebswelle in einer Startervorrichtung präzise zu lagern und Getriebebauteile der Startvorrichtung vor Verschmutzung zu schützen.
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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 umfasst ein Starterritzel, das zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen ist, in der das Starterritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine kämmt. Die Verstellbewegung des Starterritzels wird vorzugsweise über ein elektromagnetisches Starterrelais erzeugt. Als Verstellbewegung wird bevorzugt eine axiale Bewegung durchgeführt, die parallel zur Längs- bzw. Drehachse des Starterritzels verläuft, wobei grundsätzlich auch Stellbewegungen mit einer Radialkomponente zur Längsachse in Betracht kommen. Im eingespurten Zustand wird das Starterritzel von einem elektrischen Startermotor angetrieben, dessen Rotationsbewegung über ein Getriebe auf eine Antriebswelle des Starterritzels übertragen wird.
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Eine Ankerwelle des Startermotors ist auf Seiten des Getriebes in einem Ankerlager aufgenommen, die Antriebswelle, welche das Starterritzel trägt, ist auf Seiten des Getriebes in einem Antriebswellenlager aufgenommen. Das Ankerlager ist hierbei in einem Getriebebauteil des Getriebes angeordnet.
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Bei der erfindungsgemäßen Startvorrichtung ist das Antriebswellenlager in einem separat ausgebildeten Zwischenlagerbauteil aufgenommen, welches unmittelbar an das Getriebebauteil mit dem Ankerwellenlager angrenzt. Das Getriebebauteil stützt sich hierbei an dem Zwischenlagerbauteil ab.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass eine präzise und spielarme Lagerung der Ankerwelle im Getriebebauteil gegeben ist, ebenso bei der Lagerung der Antriebswelle des Starterritzels. Die Lagerungen befinden sich in separaten Bauteilen, so dass die Ankerwelle von Stößen der Antriebswelle entkoppelt ist, wodurch die Lebensdauer erhöht ist. Vorteilhaft ist des Weiteren, dass das Zwischenlagerbauteil das benachbarte, angrenzende Getriebebauteil zumindest teilweise stirnseitig abdeckt und somit dieses vor Verschmutzungen schützt. Beispielsweise kann Abrieb von Kohlebürsten, welche Bestandteil einer Kommutierungseinrichtung des elektrischen Servomotors sind, nicht oder nur in einem reduzierten Maße in das Innere des Getriebebauteils eindringen und dort zu einer Funktionsbeeinträchtigung führen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass durch die separate Ausbildung der Lager die Ankerwelle und die Antriebswelle ohne funktionale und konstruktive Anpassungen und Abhängigkeiten voneinander ausgebildet werden können. So können die Wellen, insbesondere die Antriebswelle, in einfacher Weise mit hoher Steifigkeit bzw. Festigkeit ausgebildet werden.
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Zweckmäßigerweise stützt sich das Getriebebauteil sowohl in Achsrichtung als auch in Umfangsrichtung an dem Zwischenlagerbauteil ab. Bei dem Getriebebauteil handelt es sich bei einer Ausführung als Planetengetriebe um ein Hohlrad, das an der Innenseite eine Verzahnung aufweist, an der Planetenräder des Planetengetriebes abrollen. Das Hohlrad grenzt unmittelbar an das Zwischenlagerbauteil an, so dass eine offene Stirnseite des Hohlrades von dem Zwischenlagerteil abgedeckt ist. Das Hohlrad ist insbesondere topfförmig ausgebildet, so dass der Boden das Innere des Hohlrades axial zu einer Seite und das Zwischenlagerbauteil axial an der gegenüberliegenden Stirnseite abdeckt. Die im Hohlrad aufgenommenen Bauteile und Verzahnungen sind hierdurch in optimaler Weise vor Verschmutzung geschützt.
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Durch die Abstützung in Umfangsrichtung sowie in Achsrichtung ist eine ortsfeste Aufnahme des Getriebebauteiles gesichert. Die Abstützung erfolgt zweckmäßigerweise über Rastelemente am Getriebebauteil und am Zwischenlagerbauteil, die formschlüssig ineinandergreifen. Als Rastelemente kommen beispielsweise axial überstehende Rastnasen am Getriebebauteil in Betracht, die in zugeordnete Rastausnehmungen am Zwischenlagerbauteil einragen. Die Rastelemente befinden sich hierbei vorteilhafterweise am radial außen liegenden Umfang der Bauteile, so dass in Umfangsrichtung hohe Kräfte bzw. Momente übertragen und abgestützt werden können.
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Das Antriebswellenlager und das Ankerwellenlager ermöglichen jeweils, gemäß bevorzugter Ausführung, eine Lagerung sowohl in Achsrichtung als auch in Radialrichtung. Dementsprechend sind die Wellen in Achsrichtung und in Radialrichtung in den Lagern abgestützt. In Achsrichtung erfolgt die Abstützung zumindest in eine Richtung, vorteilhafterweise jeweils axial nach außen gerichtet, so dass die Ankerwelle in Richtung der koaxial sich anschließenden Abtriebswelle abgestützt ist und umgekehrt.
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Am Zwischenlagerbauteil können im Bereich des Umfanges radial nach außen gerichtete Abstützelemente angeordnet sein, mit denen sich das Zwischenlagerbauteil radial nach außen sowie in Umfangsrichtung am Gehäuse des Startermotors oder am aufnehmenden Gehäuse der Startvorrichtung abstützt.
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Die Startvorrichtung ist zweckmäßigerweise mit einer Freilaufkupplung versehen, wobei das Zwischenlagerbauteil axial zwischen dem Getriebe und der Freilaufkupplung angeordnet ist. Ein Mitnehmer der Freilaufkupplung sitzt zweckmäßigerweise auf der Antriebswelle auf und ist über ein Steilgewinde mit der Antriebswelle verbunden. Über einen Stellhebel wird der Mitnehmer vom Starterrelais von der Außerfunktionsposition in die Eingriffsposition mit dem Zahnkranz verstellt. Aufgrund der Lagerung des Mitnehmers über das Steilgewinde auf der Antriebswelle führt der Mitnehmer hierbei zusätzlich zur axialen Verschiebung eine Drehung aus, die über einen Innenring, der Teil der Freilaufkupplung ist, auf eine das Starterritzel tragende Ritzelwelle übertragen wird. Mit der Inbetriebnahme des elektrischen Startermotors wird die Rotationsbewegung der Ankerwelle über das Getriebe, die Antriebswelle, den Mitnehmer und den Innenring auf die Ritzelwelle übertragen.
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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 einen Schnitt längs durch eine Startvorrichtung, mit einem elektrischen Startermotor, der über ein Planetengetriebe mit einer Antriebswelle gekoppelt ist,
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2 in perspektivischer Explosionsdarstellung ein Hohlrad des Planetengetriebes mit darin aufzunehmenden Planetenrädern, mit einem Zwischenlagerbauteil zur Lagerung der Antriebswelle,
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3 eine 2 entsprechende Explosionsdarstellung, jedoch aus einer anderen Perspektive,
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4 elektrischer Startermotor, Hohlrad und Zwischenlagerbauteil in Seitenansicht,
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5 ein Ausschnitt aus dem Hohlrad in vergrößerter Darstellung.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 gezeigte Startvorrichtung 1 wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist in einem Gehäuse 2 einen elektrischen Startermotor 3 auf, ein dem Startermotor 3 nachgeordnetes Planetengetriebe 4, eine Antriebswelle 5, eine Freilaufkupplung 6 sowie unmittelbar außerhalb des Gehäuses 2 ein Starterritzel 7, das von der Antriebswelle 5 rotierend angetrieben wird und das axial zwischen der in 1 gezeigten Außerfunktionsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen ist. Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais 8 durchgeführt, das ebenfalls im Gehäuse 2 der Startvorrichtung 1 aufgenommen bzw. an das Gehäuse 2 angeflanscht ist.
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Bei dem elektrischen Startermotor 3 handelt es sich um einen permanenterregten Gleichstrommotor mit Permanentmagneten 9 an der Innenseite des Polgehäuses 10. Der Anker 11 des Startermotors 3 umfasst eine Ankerwelle 12, die rotierend gelagert ist, und ein auf der Ankerwelle 12 aufsitzendes Ankerpaket 13 mit bestrombaren Wicklungen. Die Wicklungen werden über eine Kommutierungseinrichtung mit Strom versorgt, die einen ankerseitigen Kollektor 14 umfasst, an dem Strom leitende Bürsten anliegen.
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Wie 1 in Verbindung mit den 2 bis 5 zu entnehmen, weist das Planetengetriebe 4 ein Hohlrad 15 auf, das mit einer Innenverzahnung 16 versehen ist, an der Planetenräder 17 des Planetengetriebes 4 abrollen. Die Planetenräder 17 sind rotierend an einem Planetenträger 18 gelagert und werden von einem zentralen Sonnenrad 19 angetrieben, das benachbart zur Stirnseite auf der Ankerwelle 12 aufsitzt und von dieser angetrieben wird. Die Innenverzahnung 16 des Hohlrads 15 kann als Geradverzahnung oder als Schrägverzahnung ausgeführt sein.
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Der Planetenträger 18 ist fest mit der Antriebswelle 5 verbunden, der Planetenträger 18 kann gegebenenfalls einteilig mit der Antriebswelle 5 ausgebildet sein. Das Hohlrad 15 ist gehäusefest angeordnet, so dass die Drehbewegung der Ankerwelle 12 über das Sonnenrad 19 auf die Planetenräder 17 und über diese in eine Rotationsbewegung des Planetenträgers 18 und der Antriebswelle 5 übertragen wird.
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Die Freilaufkupplung 6 weist einen Mitnehmer 20 auf, der einen Bund besitzt, mit dem der Mitnehmer auf der Antriebswelle 5 aufsitzt. Der Bund des Mitnehmers 20 ist über ein Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Die Freilaufkupplung 6 weist des Weiteren eine Ritzelwelle mit einem Innenring 22 auf, der über Wälzkörper 23 mit dem umgreifenden Mitnehmer drehgekoppelt ist. Die Freilaufkupplung mit dem Mitnehmer 20, der Ritzelwelle mit Innenring 22 und den zwischenliegenden Wälzkörpern 23 erlaubt eine Momentenübertragung in eine Drehrichtung, wohingegen in Gegenrichtung keine Bewegungs- bzw. Momentenübertragung möglich ist. Damit ist gewährleistet, dass nach dem Starten der Brennkraftmaschine bei einem Überholen des Zahnkranzes gegenüber dem Starterritzel eine Schädigung des Startermotors vermieden wird.
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Die Ritzelwelle mit Innenring 22 ist an der Stirnseite mit dem Starterritzel 7 drehfest verbunden. Somit wird bei einer Drehbewegung des Mitnehmers 20 in Antriebsrichtung auch die Ritzelwelle 22 und damit das Starterritzel 7 angetrieben.
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Die axiale Verstellbewegung von Freilaufkupplung 6 einschließlich Starterritzel 7 wird durch Betätigung des elektromagnetischen Starterrelais 8 erzeugt, dessen Hubanker 24 über einen Gabelhebel 25 mit dem Mitnehmer 20 gekoppelt ist. Bei Betätigung des Starterrelais 8 wird der Hubanker 24 axial verstellt, wobei diese Verstellbewegung über den Gabelhebel 25 in eine axiale Auslenkbewegung von Mitnehmer 20, Ritzelwelle 22 und Starterritzel 7 umgesetzt wird. Aufgrund der Kopplung des Mitnehmers 20 über das Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 führt bei der axialen Vorschubbewegung die Freilaufkupplung 6 mit der Ritzelwelle 22 eine Rotationsbewegung aus, was das Einspuren in den Zahnkranz bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung erleichtert.
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Sobald das Starterritzel 7 seine axial vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz erreicht hat, wird der elektrische Startermotor 3 gestartet, wobei die Rotationsbewegung der Ankerwelle 12 wie vorbeschrieben auf das Starterritzel 7 übertragen wird.
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Das Hohlrad 15 ist topfförmig ausgeführt, wobei in den Boden 27 des Hohlrades 15 eine Ausnehmung eingebracht ist, die ein Ankerwellenlager 26 zur Lagerung der Ankerwelle 12 bildet. Die Ankerwelle 12 ist in dem Lager 26 axial in Richtung auf die Antriebswelle 5 fixiert sowie zusätzlich radial fixiert. Die axiale Fixierung erfolgt über einen Absatz 28 (1) benachbart zur freien Stirnseite der Ankerwelle 12, wobei der Absatz 28 an einem Dom des Ankerwellenlagers 26 am Hohlrad 15 anliegt. Die Ankerwelle 12 ragt durch das als Ausnehmung ausgeführte Ankerwellenlager 26 hindurch und ist drehfest mit dem im Innern des Hohlrades 15 liegenden Sonnenrades 19 gekoppelt.
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Die Antriebswelle 5 ist in einem Zwischenlagerbauteil 29 gelagert, das im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet ist und im Gehäuse 2 der Startvorrichtung 1 fest aufgenommen ist. Das Zwischenlagerbauteil 29 weist eine zentrale Ausnehmung auf, die ein Antriebswellenlager 30 zur Aufnahme und Lagerung der Antriebswelle 5 bildet. Die Antriebswelle 5 ragt mit einer Stirnseite in das Antriebswellenlager 30 ein. Die Antriebswelle 5 ist in dem Antriebswellenlager 30 in Radialrichtung gelagert.
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Das Hohlrad 15 weist mit seiner offenen Stirnseite zum Zwischenlagerbauteil 29 und wird im montierten Zustand von diesem verschlossen, so dass der Innenraum im Hohlrad 15 nach außen komplett abgeschlossen ist und die dort aufgenommenen Getriebebauteile vor Verschmutzung geschützt sind. Das Zwischenlagerbauteil 29 deckt die offene Stirnseite des Hohlrades 15 ab und verschließt diese. Die Getriebebauteile wie Planetenträger 18 und Planetenräder 17 sowie Sonnenrad 19 sind im Inneren des Hohlrades 15 aufgenommen.
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Das Zwischenlagerbauteil 29 weist an seinem Außenumfang über den Umfang verteilt mehrere Abstützelemente 31 auf, mit denen sich das Zwischenlagerbauteil 29 an der Innenseite des Gehäuses 2 abstützt. Des Weiteren sind ebenfalls am Außenumfang zwischen jeweils zwei benachbarten Abstützelementen 31 Rastausnehmungen 32 am Zwischenlagerbauteil 29 angeordnet, in die im montierten Zustand Rastnasen 33 am Hohlrad 15 einragen.
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Die axiale Verrastung zwischen Hohlrad 15 und Zwischenlagerbauteil 29 dient als Montagehilfe bei einer Über-Kopf-Montage. Die axiale Fixierung von Zwischenlagerbauteil 29 und Hohlrad 15 im montierten Zustand erfolgt durch die Anlage des Zwischenlagerbauteils 29 mit der Fläche 31a am Gehäuse 2 und die Anlage des Hohlrades 15 mit der Fläche 33a am Polgehäuse 10, wodurch das Planetengetriebe 4 zwischen Polgehäuse 10 und Gehäuse 2 eingespannt wird.
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Die Rastnasen 33 sind als axial überstehende Vorsprünge im Bereich der freien Stirnseite entlang des Außenumfanges des Hohlrades 15 ausgebildet. Über den Umfang verteilt sind mehrere Rastnasen 33 am Hohlrad 15 bzw. Rastausnehmungen 32 am Zwischenlagerbauteil 29 angeordnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009027117 A1 [0002]
