DE102015214810A1 - Starting device for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine weist im Übertragungsweg von der Motorwelle des Antriebsmotors zur Welle des Starterritzels eine Anschlagring-Welle-Verbindung auf, wobei der Anschlagring aus einem Formgedächtnis-Werkstoff gefertigt ist.A starting device for an internal combustion engine has in the transmission path from the motor shaft of the drive motor to the shaft of the starter pinion on a stop ring-shaft connection, wherein the stop ring is made of a shape memory material.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a starting device for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
Stand der TechnikState of the art
Bekannt sind Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen, beispielsweise aus der
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäße Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel auf, das auf einer Antriebswelle axial zwischen einer Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellbar und von einem elektrischen Antriebsmotor antreibbar ist. Die Startvorrichtung ist außerdem mit einer Anschlagring-Welle-Verbindung ausgestattet, die sich im Übertragungsweg von der Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors zu einer das Starterritzel tragenden Welle befindet. Der Anschlagring ist als ein geschlossener Ring ausgebildet und aus einem Formgedächtnis-Werkstoff gefertigt. In seiner axialen Sollposition auf der Welle befindet sich der Anschlagring in einer stabilen Werkstoffphase.The starting device according to the invention for an internal combustion engine has a starter pinion, which is on a drive shaft axially between a disengaged position and an engagement position with a ring gear of the internal combustion engine adjustable and driven by an electric drive motor. The starting device is also equipped with a stop ring-shaft connection, which is in the transmission path from the motor shaft of the electric drive motor to a starter pinion bearing shaft. The stop ring is formed as a closed ring and made of a shape memory material. In its axial nominal position on the shaft, the stop ring is in a stable material phase.
Diese Ausführung hat den Vorteil, dass der geschlossene Ring auch bei hohen Drehzahlen sicher auf der Welle aufsitzt und im Unterschied zu offenen Anschlagringen keine Gefahr einer radialen Aufweitung aufgrund von Zentrifugalkräften besteht, so dass trotz der hohen Drehzahlen eine sichere Verbindung zwischen dem Anschlagring und der Welle gewährleistet ist. Dadurch kann ein Aufweitschutz entfallen, der bei offenen Ringen zum Verhindern des radialen Aufweitens erforderlich ist und den Anschlagring radial umgreift. Dementsprechend reduziert sich bei der erfindungsgemäßen Startvorrichtung bei Verwendung der Anschlagring-Welle-Verbindung die erforderliche Bauteileanzahl. This design has the advantage that the closed ring sits securely on the shaft even at high speeds and, in contrast to open stop rings no risk of radial expansion due to centrifugal forces, so that despite the high speeds a secure connection between the stop ring and the shaft is guaranteed. This eliminates a widening protection, which is required for open rings to prevent radial expansion and the stop ring radially engages. Accordingly, in the starting device according to the invention when using the stop ring-shaft connection reduces the required number of components.
Die axial feste Position des Anschlagrings auf der Welle wird dadurch erreicht, dass sich der als geschlossener Ring ausgebildete Anschlagring aufgrund seiner Eigenschaften, die auf die Fertigung aus einem Formgedächtnis-Werkzeug zurückgehen, in seiner axialen Sollposition radial zusammenzieht und eine hohe radiale Klemmkraft auf die Welle ausübt. Der Anschlagring aus dem Formgedächtnis-Werkstoff weist mindestens eine stabile Werkstoffphase auf, gegebenenfalls zwei stabile Werkstoffphasen, wobei sich der Anschlagring in seiner axialen Sollposition auf der Welle in einer stabilen Werkstoffphase befindet. Dies hat zum einen den Effekt, dass der Anschlagring in der Sollposition seine stabile Phase dauerhaft behält und dementsprechend die vom Anschlagring auf die Welle ausgeübte Klemmkraft dauerhaft hoch bleibt. In jeder stabilen Werkstoffphase befindet sich der Anschlagring in einer definierten geometrischen Lage.The axially fixed position of the stop ring on the shaft is achieved in that the formed as a closed ring stop ring radially contracts due to its properties, which go back to the production of a shape memory tool in its axial nominal position and a high radial clamping force on the shaft exercises. The stop ring of the shape memory material has at least one stable material phase, optionally two stable material phases, wherein the stop ring is in its axial desired position on the shaft in a stable material phase. This has the effect on the one hand that the stop ring permanently retains its stable phase in the desired position and accordingly the clamping force exerted by the stop ring on the shaft remains permanently high. In every stable material phase, the stop ring is in a defined geometric position.
Zum andern wird der Übergang in die stabile Werkstoffphase bei der Montage entweder selbsttätig oder mit einfach durchzuführenden Mitteln erreicht. Mit dem Erreichen der stabilen Werkstoffphase kann eine hohe radiale Klemmkraft einhergehen, welche den Anschlagring sicher in seiner axialen Sollposition auf der Welle hält. In der stabilen Werkstoffphase, die der Anschlagring in der axialen Sollposition auf der Welle einnimmt, weist der Anschlagring gegenüber einer nicht-stabilen Werkstoffphase einen reduzierten Innendurchmesser auf, um die gewünschte hohe radiale Klemmkraft auf die Welle sicherzustellen. On the other hand, the transition to the stable material phase during assembly is achieved either automatically or with simple means. With the achievement of the stable material phase can be accompanied by a high radial clamping force, which securely holds the stop ring in its axial nominal position on the shaft. In the stable material phase, which occupies the stop ring in the axial desired position on the shaft, the stop ring against a non-stable material phase has a reduced inner diameter to ensure the desired high radial clamping force on the shaft.
Der Anschlagring kann vor der Montage aufgeweitet und im aufgeweiteten Zustand auf die Welle bis zum Erreichen der axialen Sollposition aufgeschoben werden, anschließend wird der Anschlagring in seine stabile Werkstoffphase mit reduziertem Durchmesser überführt. Diese Ausführung eignet sich insbesondere für Anschlagringe aus einem Formgedächtnis-Werkstoff mit zwei stabilen Werkstoffphasen, wobei der Anschlagring auch in dem radial aufgeweiteten Zustand während des Aufschiebens sich in einer stabilen Werkstoffphase befindet. Diese wird bis zum Erreichen der axialen Sollposition beibehalten, in der der Anschlagring in die zweite stabile Werkstoffphase mit reduziertem Durchmesser überführt wird. Die Überführung erfolgt beispielsweise durch Erwärmen des Anschlagsrings, zum Beispiel mittels Heißluft.The stop ring can be expanded prior to assembly and pushed in the expanded state on the shaft until it reaches the axial nominal position, then the stop ring is transferred to its stable material phase with reduced diameter. This embodiment is particularly suitable for stop rings made of a shape memory material with two stable material phases, wherein the stop ring is also in the radially expanded state during pushing in a stable material phase. This is maintained until reaching the axial nominal position, in which the stop ring is transferred to the second stable material phase with reduced diameter. The transfer takes place, for example, by heating the stop ring, for example by means of hot air.
Gemäß einer alternativen vorteilhaften Ausführung wird der Anschlagring im nicht-aufgeweiteten Zustand auf die Welle aufgeschoben und während des Aufschiebens radial aufgeweitet. Hierbei wird ein pseudoelastischer Effekt des Formgedächtnis-Werkstoffes ausgenutzt, bei dem der Anschlagring im Vergleich zu einem sonstigen Werkstoff sich in einem starken Maß elastisch aufweiten lässt. Mit dem Erreichen der axialen Sollposition, in der der betreffende Wellenabschnitt vorzugsweise einen reduzierten Außendurchmesser aufweist, geht der Anschlagring seine stabile Werkstoffphase mit reduziertem Durchmesser über. Der Übergang in die stabile Werkstoffphase erfolgt vorzugsweise selbsttätig und ohne äußeren Eingriff. According to an alternative advantageous embodiment, the stop ring is in unexpanded Condition pushed onto the shaft and radially expanded during sliding. In this case, a pseudoelastic effect of the shape memory material is exploited, in which the stop ring can be elastically expanded in a strong degree compared to another material. With the achievement of the axial nominal position, in which the respective shaft portion preferably has a reduced outer diameter, the stop ring goes over its stable material phase with reduced diameter. The transition to the stable material phase is preferably carried out automatically and without external intervention.
In zweckmäßiger Ausführung weist der Wellenabschnitt auf der Welle, auf dem der Anschlagring seine axiale Sollposition einnimmt, gegenüber benachbarten Wellenabschnitten einen reduzierten Außendurchmesser auf. Der betreffende Wellenabschnitt ist beispielsweise als eine umlaufende Nut auf der Welle zur Aufnahme des Anschlagrings ausgeführt. Es ist auch möglich, dass der Wellenabschnitt der axialen Sollposition lediglich an einer Seite von einer umlaufenden Wandung begrenzt ist, welche beispielsweise die Stirnfläche einer kegelförmigen Erweiterung auf der Welle darstellt, die der Anschlagring beim Aufschieben auf die Welle überwinden muss. In an expedient embodiment, the shaft section on the shaft on which the stop ring assumes its axial setpoint position has a reduced outside diameter relative to adjacent shaft sections. The respective shaft section is designed, for example, as a circumferential groove on the shaft for receiving the stop ring. It is also possible that the shaft portion of the axial nominal position is limited only on one side by a circumferential wall, which for example represents the end face of a conical enlargement on the shaft, which must overcome the stop ring when pushed onto the shaft.
Sofern der Wellenabschnitt der axialen Sollposition keinen reduzierten Außendurchmesser aufweist, erfolgt die Verbindung zwischen Anschlagring und Welle allein durch hohe Klemmkräfte, die der Anschlagring aufgrund seiner stabilen Werkstoffphase radial auf die Welle ausübt. Zur Reibungserhöhung kann gegebenenfalls die Wellenoberfläche im Bereich des Wellenabschnittes der axialen Sollposition aufgeraut sein.If the shaft portion of the axial nominal position does not have a reduced outer diameter, the connection between stop ring and shaft takes place solely by high clamping forces, which the stop ring exerts radially on the shaft due to its stable material phase. To increase the friction, if appropriate, the shaft surface can be roughened in the region of the shaft section of the axial nominal position.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung weist die Welle eine Nut zur Aufnahme des Anschlagrings auf. Die Nut wird bei der Montage entweder im vorab aufgeweiteten Zustand des Anschlagrings oder über eine Aufweitung während des Aufschiebens auf die Welle erreicht, anschließend wird der Anschlagring selbsttätig oder durch äußere Einwirkung in seine stabile Werkstoffphase mit reduziertem Durchmesser überführt. Die Nut hat den Vorteil, dass der Anschlagring axial in beide Richtungen formschlüssig auf der Welle aufgenommen ist. Zusätzlich übt der Anschlagring eine radiale Klemmkraft auf die Welle aus. According to an advantageous embodiment, the shaft has a groove for receiving the stop ring. The groove is achieved during assembly either in the pre-widened state of the stop ring or an expansion during the sliding onto the shaft, then the stop ring is transferred automatically or by external action in its stable material phase with reduced diameter. The groove has the advantage that the stop ring is accommodated axially positively in both directions on the shaft. In addition, the stop ring exerts a radial clamping force on the shaft.
Als Formgedächtnis-Werkstoff kommen verschiedene Werkstoffe in Betracht, beispielsweise eine Formgedächtnis-Legierung, zum Beispiel eine Nickel-Titan-Legierung (NiTi). Es kommen aber auch sonstige Formgedächtnis-Werkstoffe bzw. -Legierungen in Betracht, beispielsweise Kupfer-Zink, Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Zink-Nickel oder Eisen-Nickel-Aluminium.As a shape memory material, various materials come into consideration, for example, a shape memory alloy, for example, a nickel-titanium alloy (NiTi). But there are also other shape memory materials or alloys into consideration, such as copper-zinc, copper-zinc-aluminum, copper-zinc-nickel or iron-nickel-aluminum.
Als Formgedächtnis-Werkstoff ist außerdem eine Fertigung des Anschlagrings aus einem Bimetall möglich, das ebenfalls eine, vorzugsweise zwei stabile Werkstoffphasen aufweist. As a shape memory material also a production of the stop ring of a bimetal is possible, which also has one, preferably two stable material phases.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung dient der Anschlagring zur axialen Begrenzung der Bewegung des Starterritzels in der Startvorrichtung. Der Anschlagring wird, gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführung, auf eine Ritzelwelle aufgesetzt und begrenzt die axiale Bewegung des federbelasteten Starterritzels auf der Ritzelwelle. Die Ritzelwelle wird einschließlich des auf der Ritzelwelle axial verstellbaren und federbelasteten Starterritzels axial zwischen der Außereingriffsposition und der Eingriffsposition verstellt. Die relative Axialbewegung des Starterritzels auf der Ritzelwelle federt einen Stoß im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen dem Starterritzel und dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine ab. Das Starterritzel wird von dem auf ihn wirkenden Federelement axial gegen den Anschlagring auf der Ritzelwelle gedrückt und kann bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung mit dem Zahnkranz gegen die Kraft des Federelementes axial ausweichen.According to a further expedient embodiment, the stop ring serves to axially limit the movement of the starter pinion in the starting device. The stop ring is, according to a first advantageous embodiment, placed on a pinion shaft and limits the axial movement of the spring-loaded starter pinion on the pinion shaft. The pinion shaft, including the pinion shaft axially adjustable and spring-loaded starter pinion is moved axially between the disengaged position and the engaged position. The relative axial movement of the starter pinion on the pinion shaft cushions a shock in the case of a tooth-on-tooth position between the starter pinion and the ring gear of the internal combustion engine. The starter pinion is pressed by the spring element acting on it axially against the stop ring on the pinion shaft and can axially dodge in a tooth-on-tooth position with the ring gear against the force of the spring element.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung handelt es sich bei der Welle, die den Anschlagring aufnimmt, um die Antriebswelle, die vom Antriebsmotor drehend angetrieben wird. Das Starterritzel wird, gegebenenfalls einschließlich Ritzelwelle, axial auf der Antriebswelle von der Außereingriffsposition in die Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt; diese axiale Vorrückbewegung wird von dem Anschlagring auf der Antriebswelle begrenzt. According to a further expedient embodiment, the shaft which receives the stop ring, the drive shaft which is driven to rotate by the drive motor. The starter pinion is, optionally including pinion shaft, axially adjusted on the drive shaft from the disengaged position to the engaged position with the ring gear of the internal combustion engine; this axial advancing movement is limited by the stop ring on the drive shaft.
In die Stirnseite des Starterritzels kann, gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung, eine axiale Aufnahmenut eingebracht sein, mit der das Starterritzel den Anschlagring in der Eingriffsposition übergreift. Dies ermöglicht eine axial platzsparende Ausführung der Startvorrichtung, da das Starterritzel zwar von dem Anschlagring in der Axialbewegung begrenzt ist, jedoch aufgrund des Übergreifens kein zusätzlicher Platz für den Anschlagring erforderlich ist. Vorteilhafterweise schließt in der Anschlagsposition die Stirnseite des Starterritzels mit der Stirnseite der Ritzelwelle ab, so dass einerseits ein ausreichender axialer Stellweg des Starterritzels auf der Ritzelwelle zum Ausgleich im Falle einer Zahn-auf-Zahn-Stellung gegeben ist und andererseits kein zusätzlicher Bauraum für das Anordnen des Anschlagrings auf der Ritzelwelle erforderlich ist.In the front side of the starter pinion, according to a further advantageous embodiment, an axial receiving groove can be introduced, with which the starter pinion engages over the stop ring in the engaged position. This allows an axially space-saving design of the starting device, since the starter pinion is indeed limited by the stop ring in the axial movement, but due to the overlapping no additional space for the stop ring is required. Advantageously, concludes in the stop position, the end face of the starter pinion with the end face of the pinion shaft, so that on the one hand a sufficient axial travel of the starter pinion on the pinion shaft for compensation in the case of a tooth-on-tooth position is given and on the other hand, no additional space for arranging the stop ring on the pinion shaft is required.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung handelt es sich bei der Welle der Anschlagring-Welle-Verbindung um die Motorwelle des elektrischen Antriebsmotors. Über den Anschlagring wird die Motorwelle axial im Gehäuse des Antriebsmotors fixiert. Die Fixierung erfolgt insbesondere im Bereich eines Lagers der Motorwelle im Gehäuse, so dass dieses Lager die Funktion eines Festlagers ausübt. Die axiale Fixierung der Motorwelle des Antriebsmotors kann zusätzlich oder alternativ zur Begrenzung der axialen Stellbewegung des Starterritzels auf der Welle – der Ritzelwelle und/oder der Antriebswelle – vorgesehen sein.According to yet another expedient embodiment, the shaft of the stop ring-shaft connection is the motor shaft of the electric drive motor. About the stop ring, the motor shaft is axially in the housing of Drive motor fixed. The fixation takes place in particular in the region of a bearing of the motor shaft in the housing, so that this camp performs the function of a fixed bearing. The axial fixing of the motor shaft of the drive motor may additionally or alternatively be provided for limiting the axial adjusting movement of the starter pinion on the shaft - the pinion shaft and / or the drive shaft.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:Further advantages and expedient embodiments can be taken from the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it:
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same components are provided with the same reference numerals.
Die in
Die drehende Antriebsbewegung auf die Antriebswelle
Der Startvorrichtung
Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers
In den
Das Starterritzel
Bei der Vorschubbewegung von Ritzelwelle
Der Anschlagring
Nach dem Erreichen der axialen Sollposition wird der Anschlagring in seine zweite stabile Werkstoffphase überführt, in der der Anschlagring einen reduzierten Innendurchmesser aufweist. Der Schrumpfvorgang beim Überführen in die zweite stabile Werkstoffphase wird beispielsweise dadurch erreicht, dass der Anschlagring
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