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Die Erfindung bezieht sich auf ein Starterritzel für eine Startvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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In der
CN 202203363 U wird eine Startvorrichtung beschrieben, die zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt wird. Die Startvorrichtung weist ein elektromotorisch angetriebenes, axial verstellbares Starterritzel auf, das zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgespurten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der zu startenden Brennkraftmaschine verstellbar ist. Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels wird mithilfe eines Starterrelais ausgeführt, das über einen Stellhebel mit einer Ritzelwelle des Starterritzels verbunden ist und diese axial verstellt.
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Bei der Vorspurbewegung des Starterritzels besteht die Gefahr einer Zahn-auf-Zahn-Position, in der die Stirnseite der Ritzelzähne an der zugewandten Stirnseite der Zahnkranzzähne anliegt. Aufgrund der Drehbewegung des Starterritzels wird zwar die Zahn-auf-Zahn-Stellung aufgehoben, so dass die Ritzelzähne in kämmenden Eingriff mit den Zähnen des Zahnkranzes gelangen. Hierbei besteht jedoch die Gefahr eines Verschleißes sowohl an den Ritzelzähnen als auch an den Zähnen des Zahnkranzes.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verschleiß am Starterritzel und/oder Zahnkranz einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu reduzieren.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Das erfindungsgemäße Starterritzel wird in Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen eingesetzt und beim Startvorgang aus einer axial zurückgezogenen Außereingriffsposition in eine vorgerückte Einspurposition verstellt, in der das Starterritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine in Eingriff steht. Starterritzel und Zahnkranz sind vorteilhafterweise jeweils als Stirnrad mit einer Verzahnung am Außenumfang ausgeführt.
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Um den Verschleiß am Starterritzel und am Zahnkranz im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Position zwischen Starterritzel und Zahnkranz zu reduzieren, weist die Stirnseite der Zähne des Starterritzels eine abgerundete oder annähernd abgerundete Kontur auf. Diese zumindest annähernd abgerundete Kontur befindet sich zwischen mindestens einer Stirnfläche an einem Zahn des Starterritzels und einer angrenzenden Zahnfläche und erlaubt ein Durchrutschen des Starterritzels an der Stirnseite des Zahnkranzes, wenn Starterritzel und Zahnkranz Zahn-auf-Zahn stehen. Das Durchrutschen erfolgt mit geringeren Kräften, so dass auch der Verschleiß an den jeweiligen Stirnseiten der Zahnräder reduziert ist. Aufgrund der zumindest annähernd abgerundeten Kontur bewegt sich das Starterritzel in Drehrichtung mit geringerer Reib- bzw. Haltekraft und gelangt in eine Eingriffsposition mit den Zähnen des Zahnkranzes bei reduziertem Verschleiß sowohl auf Seiten des Starterritzels als auch auf Seiten des Zahnkranzes.
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Zweckmäßigerweise befindet sich an jedem Zahn des Starterritzels zwischen einer Stirnfläche und einer angrenzenden Zahnfläche eine abgerundete Kontur. Bei der angrenzenden Zahnfläche handelt es sich beispielsweise um eine der Zahnflanken des jeweiligen Zahns am Starterritzel. Es können aber auch an der Stirnseite zwei oder mehr Stirnflächen vorhanden sein, bei denen es sich nicht um Zahnflanken des Zahns handelt und die über eine zumindest annähernd abgerundete Kontur verbunden sind. In jedem Fall ist es aber zweckmäßig, dass zwischen den Zahnflanken der Zähne und zumindest einer Stirnfläche an der Stirnseite des betreffenden Zahns eine zumindest annähernd abgerundete Kontur vorhanden ist. Die Stirnflächen sowie die Zahnflanken sind als in sich ebene oder gewölbte bzw. gekrümmte Flächen ausgebildet. Die Stirnflächen stehen zueinander in einem Winkel, ebenso die Stirnflächen zu den Zahnflanken.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist die zumindest annähernd abgerundete Kontur zwischen der Stirnfläche am Zahn des Starterritzels und der angrenzenden Zahnfläche einen sich ändernden Radius auf. Die Übergangskontur ist ausschließlich gekrümmt und weist keine ebenen Abschnitte auf. Durch den sich ändernden Radius im Übergang zwischen den Flächen an der Stirnseite des Starterritzels und den angrenzenden Flächen wird sowohl das Aufheben der Zahn-auf-Zahn-Stellung als auch das Einspuren in die Zahnzwischenräume des Zahnkranzes mit geringeren Kräften insbesondere in Tangentialrichtung an den Zähnen von Starterritzel und Zahnkranz durchgeführt.
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Der Radius zwischen Stirnfläche und angrenzender Zahnfläche ändert sich, gemäß vorteilhafter Ausführung, in kontinuierlicher Weise. Der Übergang ist durchgehend konvex gekrümmt, es findet kein Wechsel zwischen einer konvexen und einer konkaven Krümmung oder zwischen konvexen Krümmung und einem ebenen Abschnitt in der Übergangskontur statt.
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Bei einem sich ändernden Radius kommen sowohl Ausführungen in Betracht, bei denen der Radius zur Stirnfläche hin kleiner wird als auch Ausführungen, in denen der Radius zur Zahnflanke hin kleiner wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante, die sich ebenfalls auf ein Starterritzel für eine Startvorrichtung bezieht, das axial verstellbar ist, weist der Übergang zwischen zumindest einer Stirnfläche eines Zahns und einer an die Stirnfläche angrenzenden Zahnfläche eine teilkreisförmige Kontur mit einem Radius auf, der mindestens 0.3 mm beträgt. Dieser verhältnismäßig große Radius ermöglicht ebenfalls ein erleichtertes Durchrutschen in Umfangsrichtung im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Starterritzel und Zahnkranz. Die Zahn-auf-Zahn-Position wird mit geringeren Kräften aufgehoben, so dass die Zähne des Starterritzels zwischen die Zähne des Zahnkranzes einspuren können. Der Radius kann gegebenenfalls auch einen größeren Mindestwert annehmen, beispielsweise 0.5 mm, 0.7 mm oder 1 mm. Es kann auch vorteilhaft sein, dass der Radius eine Obergrenze nicht übersteigt, die beispielsweise bei 1 mm oder größer als 1 mm liegt.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsvariante, die sich ebenfalls auf ein axial verstellbares Starterritzel für eine Startvorrichtung bezieht, ist der Übergang zwischen zumindest einer Stirnfläche eines Zahns des Starterritzels und einer angrenzenden Zahnfläche mit einer facettenförmigen Kontur versehen. Die einzelnen Facetten, die zueinander winklig angeordnet sind, können in sich eben oder konvex gekrümmt sein. Da die einzelnen Facetten nur eine kleine Fläche aufweisen, ergibt sich eine näherungsweise abgerundete Kontur, wodurch ebenfalls Halte- oder Klemmkräfte bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen Starterritzel und Zahnkranz reduziert sind und das Auflösen der Zahn-auf-Zahn-Stellung und Einspuren der Zähne des Starterritzels in die Zahnzwischenräume des Zahnkranzes erleichtert ist. Dementsprechend ist auch der Verschleiß bei Starterritzel und Zahnkranz reduziert.
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Die facettenförmige Kontur ist bevorzugt in der Weise ausgebildet, dass die Kanten oder Ecken zwischen den einzelnen Facetten von einer teilkreisförmigen Einhüllenden eingeschlossen sind. Dementsprechend weist die facettenförmige Kontur näherungsweise Kreisform auf. Es kommen aber auch hiervon abweichende facettenförmige Konturen in Betracht, beispielsweise Konturen, deren Einhüllende einen sich ändernden Radius im Übergang zwischen der Stirnfläche und der angrenzenden Zahnfläche aufweist.
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Der Übergang zwischen der Stirnfläche und der angrenzenden Zahnfläche an der Zahnstirnseite kann sowohl eine Kante betreffen, die die beiden Flächen voneinander separiert, als auch einen Eckpunkt, an dem zumindest drei Flächen aneinandergrenzen. Dementsprechend weist der Übergang im Falle einer Kante eine zweidimensionale Einhüllende, beispielsweise in Form eines Teilkreises oder in Form einer Einhüllenden mit sich änderndem Radius auf, und im Fall einer Ecke zwischen zumindest drei Flächen eine dreidimensional gekrümmte Einhüllende, beispielsweise in Form einer Teilkugelfläche.
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Das Starterritzel wird in Startvorrichtungen für eine Brennkraftmaschine eingesetzt, die mit einem Startermotor für den Drehantrieb des Starterritzels und mit einem Starterrelais zum axialen Verstellen des Starterritzels versehen ist.
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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 über ein Starterrelais verstellbar ist und über einen elektrischen Startermotor drehend angetrieben wird,
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2 eine stirnseitige Ansicht eines Zahns des Starterritzels,
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3 ein Zahn des Starterritzels in perspektivischer Ansicht,
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4 der Übergang zwischen einer Stirnfläche des Zahns und der angrenzenden Zahnflanke, wobei der Übergang eine abgerundete Kontur mit einem zur Stirnfläche kleiner werdenden Radius aufweist,
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5 der Übergang zwischen Stirnfläche und Zahnflanke mit einem zur Stirnfläche größer werdenden Radius,
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6 der Übergang zwischen Stirnfläche und Zahnflanke mit teilkreisförmigem Radius,
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7 der Übergang zwischen Stirnfläche und Zahnflanke mit einer facettenförmigen Kontur.
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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 einstufiges 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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Anstelle eines einstufigen Starterrelais kommt auch ein Starterrelais in Betracht, bei dem das Vorspuren und das Durchschalten getrennt einstellbar sind.
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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 Planetengetriebe 12 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 2 und 3 zeigen jeweils einen Zahn 13 des Starterritzels mit der zugehörigen Stirnseite, welche dem Zahnkranz zugewandt ist und die bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung auf der zugewandten Stirnseite des Zahnkranzes aufliegt. Die Stirnseite des Zahns 13 weist insgesamt drei aneinandergrenzende Stirnflächen 14a, b, c auf, die zudem jeweils an die Zahnflanken 15a, b des Zahns 13 angrenzen. Jede Stirnfläche 14a, b, c und jede Zahnflanke 15a, b ist in sich eben ausgebildet. Gegebenenfalls kommen auch gewölbte oder gekrümmte Stirnflächen und Zahnflanken in Betracht. Die drei Stirnflächen 14a, b, c sind über jeweils eine Übergangskante mit abgerundeter Kontur miteinander verbunden, es gibt einen gemeinsamen Punkt der drei Stirnflächen 14a, b, c. Auch die Übergänge zwischen den Stirnflächen 14a, b, c und den beiden Zahnflanken 15a, b sind abgerundet. Exemplarisch ist in den 2 und 3 der Übergang 16 zwischen der Stirnfläche 14a und der Zahnflanke 15a gekennzeichnet. Die beiden Stirnflächen 14a und 14b grenzen jeweils aneinander sowie an eine Zahnflanke 15a bzw. 15b. Die Stirnfläche 14c befindet sich oberhalb der beiden Stirnflächen 14a und 14b und grenzt an beide Stirnflächen 14a und 14b sowie an beide Zahnflanken 15a, b an.
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Die 4 bis 7 zeigen verschiedene Ausführungsvarianten für Übergänge zwischen aneinandergrenzende Stirnflächen oder zwischen einer Stirnfläche und einer angrenzenden Zahnflanke. Beispielhaft ist der Übergang 16 zwischen der Stirnfläche 14a und der Zahnflanke 15a jeweils im Schnitt dargestellt.
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In 4 ist der Übergang 16 zwischen Stirnfläche 14a und Zahnflanke 15a als abgerundete Kontur mit einem sich ändernden Radius ausgeführt. Der Radius verringert sich zur Stirnfläche 14a hin. Die Änderung des Radius erfolgt kontinuierlich und in der Weise, dass im Übergang 16 auf der der Zahnflanke 15a benachbarten Seite ein größerer Radius herrscht, der kontinuierlich bis zum Erreichen der Stirnfläche 14a abnimmt.
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In 5 ist eine Ausführungsvariante zu 4 dargestellt, bei der die Übergangskontur ebenfalls einen sich kontinuierlich ändernden Radius besitzt, der jedoch von der Stirnfläche 14a ausgehend bis zum Erreichen der Zahnflanke 15a kontinuierlich abnimmt.
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In 6 ist der Übergang 16 zwischen der Stirnfläche 14a und der Zahnflanke 15a als teilkreisförmige Kontur ausgeführt, die einen Radius von mindestens 0.3 mm aufweist. Gegebenenfalls beträgt der Radius im Übergang 16 0.5 mm oder größer.
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Im Ausführungsbeispiel gemäß 7 weist die Kontur des Übergangs 16 zwischen der Stirnfläche 14a und der Zahnflanke 15a eine facettenförmige Struktur auf und besteht aus einer Vielzahl einzelner, in sich ebener Facetten, die jedoch jeweils nur eine kleine Fläche besitzen, wodurch sich eine gekrümmte Einhüllende an die Außenseite der facettenförmigen Struktur ergibt. Vorteilhafterweise ist die Einhüllende teilkreisförmig.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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