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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 2010 041 797 A1 wird eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die ein auf einer Antriebswelle axial verstellbares Starterritzel aufweist, das mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellbar ist. In der Eingriffsposition wird das Starterritzel von einem elektrischen Startermotor über ein Planetengetriebe angetrieben. Die axiale Vorschubbewegung des elektromagnetischen Starterrelais wird über einen Gabelhebel übertragen, der an einem Mitnehmer einer Freilaufkupplung angreift, mit der eine Ritzelwelle des Starterritzels verbunden ist. Der Mitnehmer sitzt auf der Antriebswelle auf und ist über ein Steilgewinde mit dieser gekoppelt. Bei der axialen Vorschubbewegung wird der Mitnehmer entlang des Steilgewindes verstellt, so dass Mitnehmer und Starterritzel bereits vor dem Einspuren in den Zahnkranz eine Drehbewegung ausführen. Die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels wird hierbei von einem Anschlagring begrenzt, der axial fest auf der Antriebswelle aufsitzt.
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Aus der
DE 10 2008 042 525 A1 ist eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bekannt, mit der ein Starterritzel axial in eine Eingriffsposition mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine verstellbar ist. Die axiale Vorrückbewegung des Starterritzels wird von einem Anschlagring auf der Antriebswelle begrenzt.
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Die
DE 10 2005 019 507 A1 offenbart eine Vorrichtung zur kuppelbaren Verbindung der Schwungscheibe eines Antriebsmotors mit einer Abtriebswelle. An einem Gehäuse ist ein Flansch mit einem zylindrischen Sitzabschnitt angeschraubt, der zur Aufnahme eines Klemmkörperfreilaufs und eines Rillenkugellagers dient. Der Klemmkörperfreilauf hat die Funktion, die Schwungscheibe vom Zahnkranz nach dem Starten des Motors zu entkoppeln. Der Sitzabschnitt des Flansches kann eine durch Borieren gehärtete Oberfläche aufweisen.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen die Gefahr eines Ausfalls einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine zu reduzieren und einen dauerhaften Betrieb sicherzustellen.
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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 Außereingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition verstellbar ist, in der das Starterritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine kämmt. Die Verstellbewegung des Starterritzels wird beispielsweise mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais erzeugt, dessen Hubanker eine axiale Stellbewegung ausführt, welche über einen Stellhebel auf das Starterritzel übertragen wird. Das Starterritzel sitzt auf einer Antriebswelle auf und wird axial auf der Antriebswelle zwischen Außereingriffsposition und Eingriffsposition verstellt. Im eingerückten Zustand wird das Starterritzel von einem elektrischen Startermotor drehend angetrieben, wobei gegebenenfalls zwischen Startermotor und Antriebswelle ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe zur Drehzahluntersetzung angeordnet ist.
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Das Starterritzel ist auf der Antriebswelle axial verschiebbar gelagert, zugleich besteht in der Eingriffsposition eine drehfeste Kopplung zwischen Antriebswelle und Starterritzel, so dass die vom Startermotor erzeugte Drehbewegung der Antriebswelle in eine entsprechende Drehbewegung des Starterritzels umgesetzt wird.
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Auf der Antriebswelle befindet sich ein Anschlagring, welcher die axiale Vorrückbewegung des Starterritzels in Richtung der Eingriffsposition begrenzt. Der Anschlagring stellt sicher, dass das Starterritzel bei der Vorrückbewegung nicht über die axiale Position des Anschlagrings hinausgehend auf der Antriebswelle verstellt werden kann.
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Der Anschlagring ist mit einer verschleißfesten, durch Borieren erzeugten Oberfläche versehen, die im Wege eines thermochemischen Randschichthärteverfahrens auf den Anschlagring aufgebracht wird. Das Aufbringen einer Borschicht erhöht die Verschleißfestigkeit des Anschlagringes in signifikanter Weise, wodurch der Verschleiß am Anschlagring reduziert ist.
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Bei der Vorschubbewegung kann das Starterritzel in Anschlag mit dem Anschlagring gelangen, wodurch ein Impuls in Achsrichtung auf den Anschlagring ausgeübt wird. Die Rotationsbewegung des Starterritzels führt bei einem Kontakt zwischen Anschlagring und Starterritzel zu einem abrasiven Verschleiß, der zu einer Reduzierung der axialen Dicke des Anschlagrings führen kann. Hierdurch entsteht die Gefahr, dass das Starterritzel bei der Vorrückbewegung axial über die Sollposition auf der Antriebswelle hinausbewegt wird, die das Starterritzel während des Eingriffs und Antriebs des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine einnehmen soll, und gegebenenfalls der Eingriff eines Mitnehmers mit einem Steilgewinde auf der Antriebswelle verloren geht, was einen Funktionsausfall zur Folge hat.
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Der bei der erfindungsgemäßen Ausführung durch Borieren gehärtete Anschlagring weist einen signifikant reduzierten abrasiven Verschleiß aus, so dass über einen langen Betriebszeitraum die axiale Sollposition des Starterritzels in der Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine gewährleistet werden kann. Da der Anschlagring über einen langen Zeitraum seine gehärtete Oberfläche beibehält, ist zudem die Gleitreibung zwischen Starterritzel und Anschlagring auch bei einem stirnseitigen Kontakt zwischen diesen Bauteilen reduziert.
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Bei dem Aufbringen der Borschicht auf den Anschlagring handelt es sich um ein thermochemisches Randschichthärteverfahren, dem der üblicherweise aus Stahl gefertigte Anschlagring unterzogen wird. Das Einbringen von Bor erfolgt in die Randzone des Werkstoffes des Anschlagrings, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 850°C und 950°C. Der Anschlagring wird zum Erzeugen der Borschicht in das beispielsweise pulver- oder pastenförmig vorliegende Bor eingelegt, anschließend erfolgt die Erhitzung auf den erforderlichen Temperaturbereich. Es bildet sich eine Boridschicht aus, die beispielsweise eine Tiefe von 250 μm am Anschlagring erreichen kann.
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Auch das Starterritzel ist vorteilhafterweise als ein Stahlbauteil ausgeführt, wobei es nicht zwingend erforderlich ist, das Starterritzel mit einer Bohrschicht zu versehen. Es genügt im Prinzip, dass das Starterritzel, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, eine einsatzgehärtete Oberfläche aufweist, die mit Kohlenstoff angereichert ist. Gegebenenfalls ist aber auch das Starterritzel mit einer Borschicht versehen.
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Der Anschlagring ist, gemäß vorteilhafter Ausführung, an seiner gesamten Oberfläche mit einer durch Borieren verschleißfesten Oberschicht versehen. Bei dem Anschlagring handelt es sich entweder um einen offenen Ring oder um einen geschlossenen Ring. Es kann zweckmäßig sein, auf der Antriebswelle eine umlaufende Nut anzuordnen, in der der Anschlagring oder ein den Anschlagring tragender Sicherungsring sitzt. Auch die Nut auf der Antriebswelle kann eine durch Borieren gehärtete Oberfläche aufweisen. Vorteilhafterweise besitzt nur die Nut, nicht jedoch die weiteren Abschnitte der Antriebswelle eine durch Borieren gehärtete Oberfläche.
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Der Anschlagring weist beispielsweise eine rechteckförmige oder zumindest annähernd rechteckförmige Querschnittsform auf, so dass zumindest auf der dem Starterritzel zugewandten Seite eine geradflächige Stirnseite am Anschlagring gebildet ist. Es sind aber auch Ausführungen möglich mit einem nicht-rechteckförmigen Querschnitt des Anschlagringes und/oder mit einer dem Starterritzel zugewandten Stirnfläche, die beispielsweise gewölbt ausgeführt ist, insbesondere konvex nach außen gewölbt. Bei geradflächiger Stirnfläche liegt diese vorteilhafterweise in einer Ebene, die senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle verläuft. In alternativer Ausführung ist die eben ausgeführte Stirnseite auf der dem Starterritzel zugewandten Seite unter einem Winkel ungleich 90° gegenüber der Längsachse der Antriebswelle geneigt.
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Gemäß weiterer zweckmäßiger Ausführung ist die Startvorrichtung mit einer Freilaufkupplung im kinematischen Übertragungsweg zwischen dem elektrischen Startermotor bzw. dem dem Startermotor gegebenenfalls nachgeschalteten Getriebe und der Antriebswelle ausgestattet. Die Freilaufkupplung weist auf der dem Startermotor zugewandten Seite einen Mitnehmer auf, der auf einem Stellgewinde der Antriebswelle aufsitzt und zugleich mit einer Ritzelwelle des Starterritzels drehgekoppelt ist. Der Mitnehmer wird beim Starten von dem Starterrelais axial verschoben, hierbei führt der Mitnehmer aufgrund des Steilgewindes zugleich eine Drehbewegung gegenüber der Antriebswelle aus, auch wenn der elektrische Startermotor noch nicht gestartet ist. Diese Drehbewegung wird vom Mitnehmer auf die Ritzelwelle und das Starterritzel übertragen, so dass bereits während der Vorrückbewegung das Starterritzel eine Drehbewegung ausführt und eine eventuelle Zahn-auf-Zahn-Position zwischen Starterritzel und Zahnkranz der Brennkraftmaschine aufgehoben und das Einrücken erleichtert wird. Der Anschlagring auf der Antriebswelle, der den axialen Vorschub des Starterritzels begrenzt, verhindert zugleich, dass sich der Mitnehmer vom Steilgewinde auf der Antriebswelle löst, was zu einem Funktionsausfall führen würde. Es ist vielmehr sichergestellt, dass der Mitnehmer auch in der vorgerückten Position des Starterritzels in Eingriff mit dem Steilgewinde auf der Antriebswelle steht.
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Die Antriebswelle ist vorteilhafterweise in einem Lagerschild der Startvorrichtung, der ein Gehäusebauteil bildet, in einem Lager drehbar aufgenommen, wobei der Anschlagring axial benachbart zu dem Lager im Lagerschild angeordnet ist. Der Anschlagring liegt vorzugsweise axial auf Abstand zu dem Lager sowie der Innenwand des Lagerschilds. Hierdurch ist gewährleistet, dass auch bei geringfügigen axialen Verschiebungen der Antriebswelle im Rahmen von Lagerspiel ein direkter Kontakt zwischen dem Anschlagring und dem Lagerschild oder dem Lager vermieden wird. Aber auch wenn ein derartiger Kontakt erfolgen sollte, führt dies aufgrund der borierten Oberfläche des Anschlagrings nicht zu einem signifikanten abrasiven Verschleiß des Anschlagrings.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und der Zeichnung zu entnehmen, in der ein Schnitt längs durch eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine dargestellt ist.
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Die Startvorrichtung 1 wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist in einem ein Lagerschild bildendes Gehäuse 2 einen elektrischen Startermotor 3 auf, ein Planetengetriebe 4, eine Antriebswelle 5, eine Freilaufkupplung 6 sowie ein Starterritzel 7, das axial zwischen einer zurückgezogenen Außereingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition (gestrichelt dargestellt) zu verstellen ist, in der das Starterritzel 7 in Eingriff mit einem Zahnkranz 23 der Brennkraftmaschine steht. Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais 8 durchgeführt, das am Lagerschild der Startvorrichtung 1 gehalten bzw. angeflanscht ist.
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Der Startermotor 3 ist im Ausführungsbeispiel als permanenterregter Gleichstrommotor mit Permanentmagneten an der Innenseite des Motor- bzw. Polgehäuses 10 ausgeführt. Der Startermotor 3 weist einen Anker 11 mit einer rotierend gelagerten Ankerwelle 12 auf, einem auf der Ankerwelle 12 aufsitzenden Ankerpaket 13 mit bestrombaren Wicklungen sowie einem Kollektor 14 zur Stromübertragung und -wendung an die Wicklungen des Ankerpakets 13.
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Das Planetengetriebe 4 wird von der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 angetrieben und weist ein gehäusefest gehaltenes Hohlrad 15 mit Innenverzahnung, Planetenräder 17 an einem Planetenträger 18 sowie ein zentrales Sonnenrad 19 auf. Die Getriebeteile sind in einem Getriebegehäusebauteil 16 aufgenommen. Das Sonnenrad 19 sitzt an der Stirnseite der Ankerwelle 12 auf und ist drehfest mit der Ankerwelle 12 verbunden. Das Sonnenrad 19 kämmt mit den Planetenrädern 17, die zugleich an der verzahnten Innenseite des Hohlrades 15 abrollen. Die Planetenräder 17 sind drehbar an Wellen am Planetenträger 18 gelagert, der drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist, auf der das Starterritzel 7 aufsitzt. Auf diese Weise wird die Antriebsbewegung der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 über das Planetengetriebe 4 in eine Drehbewegung der Antriebswelle 5 umgesetzt. Das Getriebe 4 hat hierbei die Funktion eines Untersetzungsgetriebes.
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Das Getriebegehäusebauteil 16 ist zumindest annähernd topfförmig ausgebildet und nimmt das Hohlrad 15 und den Planetenträger 18 einschließlich der Planetenräder 17 auf. Auch das Sonnenrad 19 ragt in das Getriebegehäusebauteil 16 ein. Das Getriebegehäusebauteil 16 ist in die Stirnseite des Polgehäuses 10 des elektrischen Startermotors 3 eingesetzt und stützt sich mit einem radial außen liegenden Abschnitt am Polgehäuse 10 ab. Das Planetengetriebe 4 kann sich gegebenenfalls zusätzlich auch an dem das Lagerschild bildenden Gehäuse 2 abstützen.
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Die Freilaufkupplung 6 umfasst einen Mitnehmer 20 und sitzt auf der Antriebswelle 5 auf. Der Mitnehmer 20 ist über ein Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Zur Freilaufkupplung 6 gehört des Weiteren eine Ritzelwelle 22, welche einteilig mit dem Starterritzel 7 ausgebildet und mit dem der Mitnehmer 20 über Wälzkörper drehgekoppelt ist. Die Freilaufkupplung 6 erlaubt eine Momentenübertragung in Dreh- bzw. Antriebsrichtung des Startermotors, 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 axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird durch eine Betätigung des elektromagnetischen Starterrelais 8 erzeugt, das einen axial verstellbaren Hubanker 24 aufweist, welcher über einen Gabelhebel 25 mit dem Mitnehmer 20 gekoppelt ist. Bei Betätigung des Starterrelais 8 wird der Hubanker 24 axial verstellt, diese Stellbewegung wird über den Gabelhebel 25 in eine axiale Auslenkbewegung von Mitnehmer 20 und Starterritzel 7 umgesetzt. Aufgrund der Kopplung des Mitnehmers 20 über das Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 führt bei der axialen Vorschubbewegung die Freilaufkupplung 6 einschließlich Starterritzel 7 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 und die Rotationsbewegung der Ankerwelle 12 auf das Starterritzel 7 übertragen.
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Die Startvorrichtung 1 ist frei ausstoßend ausgebildet. Die Antriebswelle 5 ist im Bereich ihrer freien Stirnseite im Gehäuse bzw. Lagerschild 2 in einer offenen Ausnehmung aufgenommen und dort in einem Lager 26 drehbar gelagert. Axial benachbart zum Lager 26 befindet sich auf der Innenseite des Lagerschilds 2 ein Anschlagring 27 auf der Antriebswelle 5, der axial fest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Die Antriebswelle 5 weist hierzu eine umlaufende Nut auf, in die der Anschlagring oder ein den Anschlagring 27 tragender Sicherungsring eingesetzt ist.
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Der Anschlagring 27 weist einen rechteckförmigen Querschnitt auf und besitzt auf der dem Starterritzel 7 zugewandten Seite eine ebene Stirnfläche, die in einer senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle 5 verlaufenden Ebene liegt. In der Eingriffsposition kann das Starterritzel 7 unmittelbar auf Kontakt mit der zugewandten Stirnseite des Anschlagrings 27 liegen.
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Der Anschlagring 27 ist als Stahlbauteil ausgebildet, das eine verschleißfeste, durch Borieren hergestellte Oberfläche aufweist. Das Borieren wird über ein thermochemisches Randschichthärteverfahren durchgeführt, bei dem die Oberfläche des Anschlagrings bis zu einer Tiefe von beispielsweise 250 μm mit einer Boridschicht versehen wird. Das Erzeugen der Boridschicht erfolgt beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 850°C und 950°C.
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Die durch Borieren hergestellte Oberfläche weist eine erheblich verbesserte Verschleißfestigkeit auf, wodurch die Gefahr eines abrasiven Verschleißes des Anschlagrings im Falle eines Kontaktes mit dem Starterritzel 7 während des Drehantriebs des Starterritzels deutlich reduziert ist.
