DE102015220599A1

DE102015220599A1 - Permanent eingespurter Starter mit einem Freilauf

Info

Publication number: DE102015220599A1
Application number: DE102015220599.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Metz; Maximilian Bossecker; Urban Panther
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2015-10-22
Publication date: 2016-06-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Freilauf Permanent eingespurten Starter, der einen mit der Kurbelwelle / der Primärmasse gekoppelten Außenring, einen über den Zahnkranz mit der Anlasserwelle gekoppelten Innenring sowie einen Käfig, in dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind aufweist, wobei die Klemmkörper im gekoppelten Zustand an einem mit der Kurbelwelle verbundenen, Rampen aufweisenden, Außenring und dem Innenring wirken und ein Drehmoment zwischen dem Innenring und dem Außenring übertragen und im entkoppelten Zustand (Leerlauf) zu der Außenkontur des Innenrings frei sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Klemmkörper durch eine Federkraft wenigstens einer Feder vorgespannt ist derart, dass auf diesen eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung und eine Kraftkomponente in radialer Richtung nach außen wirkt und den Klemmkörper gegen eine Rampe an der Innenkontur des Außenrings drückt.

Description

Die Erfindung betrifft einen permanent eingespurten Starter mit einem Freilauf und findet insbesondere bei Brennkraftmaschinen Anwendung und dient dazu, Kurbelwelle bzw. Primärmasse und Anlasserzahnkranz im Betrieb durch den Freilauf zu entkoppeln. Der Freilauf funktioniert dabei so, dass er bis zu einer bestimmten Kurbelwellendrehzahl das Moment zwischen Anlasserzahnkranz bzw. Anlasserwelle und Kurbelwelle bzw. Primärmasse überträgt und bei einer größer werdenden Drehzahl keine Drehmomentübertragung mehr erfolgt. Derartige Lösungen dienen zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine, wie einem Otto- oder Dieselmotor, eines Kraftfahrzeuges, wie einem PKW, LKW, Bus oder landwirtschaftlichen Nutzfahrzeug, mit einem, von einem Startermotor rotierend antreibbaren Antriebskranz und mit einer, einen Freilaufinnenring und einen Freilaufaußenring aufweisenden Freilaufeinheit, wobei einerseits der Freilaufinnenring mittels eines ersten Koppelstückes mit dem Antriebskranz sowie andererseits der Freilaufaußenring mit einem zweiten, mit einer Kurbelwelle verbindbaren Koppelstück verbunden ist, und der Freilaufinnenring sowie der Freilaufaußenring in einem Antriebszustand des Antriebskranzes in einer ersten Drehrichtung (etwa mittels mehrerer Blockierkörper nach Art einer Sperrklinke oder Klemmkörper nach Art einer Freilaufrolle) drehfest miteinander verbunden sind. Unter permanent eingespurten Startern sind prinzipiell jene Starter zu verstehen, die dauerhaft im Betrieb des Kraftfahrzeuges in dem Antriebskranz eingespurt sind. Die Druckschrift DE 10 2009 008 599 A1 betrifft ein Schwungrad an einer Abtriebswelle einer Brennkraftmaschine, wobei zum Start der Brennkraftmaschine die Abtriebswelle von einem Anlasser angetrieben wird. Es wird vorgeschlagen, den vom Anlasser angetriebenen Anlasserzahnkranz axial zwischen dem Gehäuse der Brennkraftmaschine und dem Schwungrad anzuordnen. Dabei wird der Anlasserzahnkranz nur angetrieben, solange ein Moment vom Anlasser auf den Anlasserzahnkranz übertragen wird. Der Anlasserzahnkranz kann dabei von einem beispielsweise aus Blech hergestellten Scheiben- oder Trägerteil getragen sein, das auf dem Gehäuse mittels einer Lagerung aufgenommen und radial innerhalb eines Ansatzes zur Aufnahme des Anlasserzahnkranzes einen Teil eines Freilaufs bildet. Beispielsweise kann die Innenfläche des radialen Ansatzes eine Anlagefläche für Klemmkörper eines Klemmkörperfreilaufs bilden. Dabei sind die Klemmkörper über den Umfang verteilt auf einem mit der Abtriebswelle verbundenen Trägerring, der fest, beispielsweise vernietet, mit dem Schwungrad, das aus Blech gebildet sein kann, verbunden ist, aufgenommen und entgegen der Wirkung eines Energiespeichers radial begrenzt verdrehbar angeordnet. Dabei werden die Klemmkörper von den Energiespeichern bei kleinen Drehzahlen des Schwungrads gegen die Anlageflächeverspannt. Die Klemmkörper weisen zudem Fliehgewichte auf, die abhängig von der Drehzahl des Schwungrads ein Abheben von der Anlagefläche der Klemmkörper durch Verdrehen der Klemmkörper bewirken. Auf diese Weise entsteht bei höheren Drehzahlen, beispielsweise bei Drehzahlen über der Leerlaufdrehzahl ein Spalt zwischen Anlagefläche und Klemmkörpern, so dass der Anlasserzahnkranz samt Trägerteil und Lagerung sowie gegebenenfalls der in Eingriff mit dem Anlasserzahnkranz stehende Anlasser nahezu reibungsfrei von der Abtriebswelle abgekoppelt wird. Eine alternative Ausgestaltungsform des Freilaufs kann ein Schlingfederfreilauf sein. Hierzu kann das mit dem Schwungrad verbundene Trägerteil des Freilaufs eine axiale Anlagefläche zur radial äußeren Aufnahme einer Schlingfeder des Schlingfederfreilaufs aufweisen und die radial innere Anlagefläche von einem axialen Ansatz des Scheibenteils zur Lagerung des Anlasserzahnkranzes gebildet sein, das radial außen den Anlasserzahnkranz aufnimmt. Eine radial zwischen diesen Anlageflächen angeordnete Schlingfeder ist dabei mit dem axialen Ansatz des Scheibenteils verspannt und an einem Ende axial und drehfest und mit dem anderen Ende lediglich axial mit dem axialen Ansatz des Trägerteils des Schwungrads verbunden. Bei einem Antrieb des Anlasserzahnkranzes durch den Anlasser während eines Startvorgangs wird infolge Eytelwein'scher Seilreibung die Schlingfeder zugezogen und bildet einen selbstverstärkenden Reibschluss mit dem axialen Ansatz des Scheibenteils, der solange aufrechterhalten wird, bis die Abtriebswelle den Anlasserzahnkranz überholt und sich ein Radialspalt zum axialen Ansatz einstellt, wodurch wie zuvor erläutert der Anlasserzahnkranz und die nachfolgenden Teile reibungsarm abgekoppelt werden.
Bei den bekannten Lösungen erfolgt die Anfederung der Klemmelemente meist in Umfangsrichtung und mit einer geringen Federsteifigkeit. Der Nachteil dieses Aufbaus ist, dass beim Entklemmen des Freilaufs die Rolle gegen die weiche Feder bewegt wird und nur die Federkraft dem Abheben der Rolle von den beiden Klemmflächen bzw. Rampen des Freilaufes am Innen- bzw. Außenring entgegenwirkt. Reibung zum Abbauen der kinetischen Energie der Rolle wirkt nahezu keine. Entsprechend kann es durch die in der Rolle gespeicherten kinetischen Energie zu einem größeren Abhub und damit verbunden zu einer längeren Zeit im abgehobenen Zustand kommen. Solange die Rolle aber nicht in Ruhe zwischen den beiden Klemmflächen liegt, kann kein erneuter Klemmvorgang stattfinden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit in der Schaffung eines permanent eingespurten Starters mit einem Freilauf, bei dem die Anfederung derart gestaltet ist, dass beim Entklemmen des Freilaufs die kinetische Energie der Rolle schneller abgebaut wird, wodurch die Rollen leichter und früher gegen die Rampen des Freilaufes drückbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Bei dem Freilauf für einen permanent eingespurten Starter, der einen mit der Kurbelwelle / der Primärmasse gekoppelten Innenring, einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz sowie einem Käfig aufweist, in dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind, die im gekoppelten Zustand an einem mit der Kurbelwelle verbundenen Rampen aufweisenden Außenring und dem Innenring wirken und ein Drehmoment zwischen dem Innenring und dem Außenring übertragen und die im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Außenkontur des Freilaufinnenrings beabstandet sind, ist erfindungsgemäß jeder Klemmkörper durch eine Federkraft wenigstens einer Federn vorgespannt derart, dass auf diesen eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung und eine Kraftkomponente in radialer Richtung nach außen wirkt und den Klemmkörper gegen eine Rampe an der Innenkontur des Außenrings drückt.
Dadurch kann der Freilauf auch bei größerer Dynamik betrieben werden, da die Federkraft nicht mehr nur für eine Umfangskraft auf die Klemmrollen sorgt, sondern zusätzlich eine Kraftkomponente in radialer Richtung nach außen aufweist.
Weiterhin ist es möglich, die kinetische Energie der Klemmkörper nicht nur in der Feder zwischenzuspeichern, sondern zusätzlich Reibung zu erzeugen, um damit Energie in Form von Wärme aus dem System zu ziehen. Durch die neuartige gezieltere Anfederung des Klemmkörpers, der bevorzugt in Form einer Freilaufrolle ausgebildet ist, wird der Klemmkörper in Umfangsrichtung in den Klemmspalt zwischen Innen- und Außenring gedrückt und eine Radialkraft eingeleitet, die die Rolle radial nach außen gegen den Freilaufaußenring drückt. Diese erfindungsgemäße Anfederung hat zwei Vorteile. Zum Einen reibt durch diese Kraft der Klemmkörper direkt nach dem Entklemmen an der Innenkontur des Außenrings entlang und sorgt für ein schnelleres Abbremsen und somit für eine kürzere Zeit, nach der die Rolle wieder beruhigt im Spalt liegt.
Der zweite Vorteil ist die Reduzierung der Abhebedrehzahl des Freilaufs. Unter Abhebedrehzahl wird diejenige Drehzahl (in Freilaufrichtung) verstanden, unter der die Klemmkörper aufgrund ihrer Fliehkraft die Federkraft überwinden und entgegen der Federkraft vom Innenring abheben. Eine niedrige Abhebedrehzahl ist bei einem permanent eingespurten Starter wichtig, da unterhalb dieser Drehzahl eine Reibung zwischen Innenring und Freilaufrollen zu verzeichnen ist und entsprechend Verluste entstehen.
Mit der erfindungsgemäßen Lösung ist durch die in radialer Richtung nach außen wirkende Kraftkomponente F_radial die Abhebedrehzahl verringerbar.
Im gekoppelten Zustand ist der Außenring relativ zum Innenring im Rahmen der Bauteilelastizitäten verdrehbar und diese werden relativ zueinander gespreizt (vorgespannt) und nehmen die auf die Klemmkörper wirkenden Kräfte auf, wobei bei einer Relativbewegung in Richtung zum entkoppelten Zustand die Vorspannung abgebaut und Energie freigesetzt wird.
Bevorzugt wird jeder Klemmkörper mittels einer Schenkelfeder mit einer Kraft beaufschlagt, bei der ein erstes Ende eines ersten Schenkels zur radialen und axialen Krafteinleitung auf den Klemmkörper wirkt.
Dabei erstreckt sich jeweils das erste Ende des ersten Schenkels an einem in Richtung zum Innenring weisenden Umfangsbereich des Klemmkörpers und stützt sich daran ab. Das zweite Ende eines zweiten Schenkels der Schenkelfeder stützt sich an einem am Käfig ausgebildeten Anschlag oder an einem benachbarten Klemmkörper ab.
Bei einer Abstützung am Käfig sind jeweils am Käfig Stege angeordnet sind, welche die Feder an dem zweiten Schenkel positionieren und abstützen. Dabei weist ein erster Steg den Anschlag zur Abstützung des zweiten Endes der Schenkelfeder auf.
Vorteilhafter Weise sind am Käfig jeder Schenkelfeder ein erster und ein zweiter Steg zugeordnet, an welchen die Positionierung und Abstützung des zweiten Schenkels der Schenkelfeder realisiert wird, wobei zwischen dem ersten und zweiten Steg ein U-förmig gebogener Bereich des zweiten Schenkels angeordnet ist und sich mit dem zweiten Ende an dem Anschlag des ersten Stegs abstützt.
Es muss darauf geachtet werden, dass die Schenkelfeder immer im gleichen Quadrant auf die Rolle drückt. Während des Klemmvorgangs ist es möglich, dass die Rolle so weit von der Feder wegrollt, dass kein Kontakt mehr besteht. Für diesen Fall und für große Drehzahlen gibt es einen dritten Steg am Käfig, um den herum sich der U-förmig gebogene Bereich des zweiten Schenkels erstreckt. Wenn der Kontaktpunkt mit der Rolle zu weit nach außen wandert, legt sich die Feder am zweiten Steg an und wird zusätzlich am dritten Steg gestützt. Hiermit wird eine Überlastung der Feder unter Fliehkraft verhindert und es wird gewährleitstet, dass es immer eine Kraftkomponente gibt, die die Rolle in den Spalt drückt.
Bei der Variante, gemäß welcher sich beide Enden der Schenkelfeder zur Krafteinleitung an benachbarten Klemmkörpern abstützen, kann über die Geometrie und die Längenverhältnisse der ersten und zweiten Schenkel die auf die Klemmelemente wirkende Federkraft und Federrichtung sehr gut beeinflusst werden. Die Feder greift mit einem ersten Ende des ersten Schenkels unter einen Klemmkörper und wird über einen vierten Steg am Käfig geführt und greift mit seinem zweiten Ende des zweiten Schenkels unter den benachbarten Klemmkörper. Eine Fliehkraftabstützung ist bei dieser Variante nicht zwingend erforderlich, da die Feder sich immer an den Unterseiten der Klemmkörper abstützt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines Teilschnittes durch einen Freilauf mit einer Schenkelfeder, die sich mit einem Ende an einem Klemmkörper abstützt und mit einem zweiten Ende an zwei Stegen positioniert und abgestützt ist,
2 die Prinzipdarstellung eines Teilschnittes durch einen Freilauf mit einer Schenkelfeder, die sich mit einem Ende an einem Klemmkörper abstützt und mit einem zweiten Ende an drei Stegen positioniert und abgestützt ist,
3 eine Prinzipdarstellung eines Teilschnittes durch einen Freilauf mit einer Schenkelfeder, die sich mit einem Ende an einem Klemmkörper abstützt und mit einem zweiten Ende an drei Stegen positioniert und abgestützt in einer weiteren Variante,
4 eine Prinzipdarstellung eines Teilschnittes durch einen Freilauf mit einer Schenkelfeder, die sich mit ihren beiden Enden an benachbarten Klemmkörpern abstützt,
5 eine dreidimensionale Darstellung eines Teillängsschnittes eines eingebauten Freilaufes,
6 eine Vorderansicht gemäß 4.
In den 1 bis 4 ist ein Teilquerschnitte von Varianten eines Freilaufes eines permanent eingespurten Starters dargestellt. Gemäß der 1 bis 4 weist dieser einen Innenring 1, und einen radial von diesem beabstandeten Außenring 2 auf. Zwischen dem Außendurchmesser 1D des Innenrings 1 und der Innenkontur 2d des Innenrings sind eine Vielzahl von umfangsseitig angeordneten Klemmkörper 3 angeordnet, von denen in 1 und 2 nur ein Klemmkörper 3 und in den 3 und 4 zwei Klemmkörper 3 dargestellt sind. Die Klemmkörper 3 sind in Form von in ihrer Längsachse 3A drehbaren Rollen ausgebildet und werden in einem Käfig 4 geführt. Der Außenring 2 weist radial innen an seiner Umfangsfläche 2d Klemmflächen in Form von sich radial nach außen erweiternden Rampen 5 auf. Die Anfederung der Klemmkörper 3 erfolgt über eine Schenkelfeder 6, welche einen ersten Schenkel 6.1 mit einem ersten Ende 6.1’ und ein zweites Ende 6.2 mit einem zweiten Ende 6.2’ aufweist. Das erste Ende 6.1’ jeder Schenkelfeder 6 wirkt dabei in einem radial unterhalb der Längsachse 3A in Richtung zum Innenring 1 weisenden Umfangsbereich des Klemmkörpers 3. Die Kraft F_Feder der Feder 6 wirkt sowohl mit einer Umfangskraftkomponente F_Umfang als auch mit einer radial nach außen wirkenden Kraftkomponente F_Radial auf die als Klemmrollen ausgebildeten Klemmkörper 3, wodurch die Klemmrolle gegen die Rampe 5 des Außenrings 2 gedrückt wird.
Gemäß 1 bei einer ersten Variante der Käfig einen ersten Steg 7 und einen zweiten Steg 8 auf, zwischen welchen der zweite Schenkel 6.2 der Schenkelfeder 6 aufgenommen wird. Das zweite Ende 6.2 der Schenkelfeder 6 weist dabei einen u-förmig gebogenen Bereich 6.3 auf und wird am Käfig 4 zwischen dem ersten Steg 7 und dem dazu in Richtung zum Klemmkörper 3 beabstandeten zweiten Steg 8 aufgenommen und stützt sich mit dem zweiten Ende 6.2’ an einem Anschlag 7.1 des ersten Steges 7 ab. An dem zweiten Steg 8 ist ein Anlagepunkt 8.1 ausgebildet, der die maximale Entspannung der Schenkelfeder 6 vorgibt und als Fliehkraftabstützung dient. Die Montage der Schenkelfeder 6 erfolgt von innen, wodurch eine einfache Montage gewährleistet ist.
Bei den in den 2 und 3 dargestellten Varianten weist der Käfig einen dritten Steg 9 auf, der zwischen dem ersten und dem zweiten Steg 7 und 8 angeordnet ist und um den herum sich der U-förmig (oder V-förmig) gebogene Bereich 6.3 des zweiten Schenkels 6.2 erstreckt. Wenn der Kontaktpunkt mit dem Klemmkörper 3 zu weit nach außen wandert (hier nach rechts), legt sich die Schenkelfeder 6 am zweiten Steg 8 an und wird zusätzlich am dritten Steg 9 gestützt. Hiermit wird eine Überlastung der Schenkelfeder 6 unter Fliehkraft verhindert und es wird gewährleistet, dass es immer eine Kraftkomponente gibt, die den Klemmkörper 3 in den Spalt drückt.
Bei den Varianten nach 2 und 3 wird die Schenkelfeder 6 von außen in den Käfig 4 montiert. Die Schenkelfeder 6 wird auf dem mittleren dritten Steg 9 aufgelegt und mit dem von dem Klemmkörper 3 abgewandten zweiten Ende 6.2’ am hier linken ersten Steg 7 an dem jeweiligen Absatz 7.1 abgestützt.
Bei 2 ist der sich mit dem zweiten Ende 6.2’ am ersten Steg 7 abstützende zweite Schenkel 6.2 der Schenkelfeder so geformt, dass diese im Käfig 4 zwischen dem ersten Steg 7 und dem dritten Steg 9 eingeclipst werden kann. Der erste Steg 7 weist dazu einen Hinterschnitt auf, an dem der Absatz 7.1 ausgebildet ist, hinter dem die Schenkelfeder 6 mit dem zweiten Schenkel 6.2 einrastet und sich dann mit dem zweiten Ende 6.2’ abstützt.
Alle Variante in den 1 bis 3 gemein ist eine Fliehkraftabstützung der Schenkelfeder.
In 4 wird eine Variante dargestellt, bei welcher sich der zweite Schenkel 6.2 der Schenkelfeder 6 mit seinem zweiten Ende 6.2’ an einem benachbarten Klemmkörper anstützt.
Die Aufnahme der Schenkelfeder 6 am Käfig 4 erfolgt hier mittels nur eines ersten Stegs 7, der im Querschnitt rund ausgebildet ist und über den die Schenkelfeder 6 mit einem U-förmig gebogenen Bereich 6.3 greift. Es werden somit beide Enden 6.1’ und 6.2’ der Schenkelfeder 6 zur Krafteinleitung auf die Freilaufrollen (Klemmkörper 3) verwendet. Dabei kann über die Geometrie und die Längenverhältnisse der Schenkel 6.1, 6.2 die auf die den Klemmkörper 3 wirkende Federkraft und Federrichtung sehr gut beeinflusst werden. Die Schenkelenden 6.1’ und 6.2’ drücken dabei auf die beiden benachbarten Klemmkörper 3. Eine Fliehkraftabstützung ist bei dieser Variante nicht zwingend erforderlich, da die Schenkelfeder 6 immer an den Rollen abstützt.
Bei allen Varianten ist abzusichern, dass die Schenkelfeder 6 immer im gleichen Quadrant auf die den Klemmkörper 3 wirkt.
Die 5 und 6 zeigen den eingebauten Freilauf. Dabei ist ein Flansch 10 verdrehsicher an einer hier nicht gezeigten Kurbelwelle befestigt. Die Kopplung zwischen dem Flansch 4 und einer Mitnehmerscheibe 11, an deren Außenumfang ein mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz 12 drehfest angeordnet ist, erfolgt über den Freilauf F, der über beliebig viele Klemmkörper 3 verfügt, die in dem Käfig 4 aufgenommen sind. Mit dem Flansch 10 ist der Außenring 2 und mit der Mitnehmerscheibe 11 der Innenring 1 des Freilaufes verbunden. Zusätzlich ist ein Lager 13 vorgesehen.
Die Klemmkörper 3 verklemmen sich in gekoppelten Zustand im Spalt zwischen Innenring 1 und Außenring 2, wodurch über die Klemmkörper 3 zwischen dem Flansch 10 und der Mitnehmerscheibe 11 ein Drehmoment übertragen wird. Hierdurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen und das Startmoment des nicht dargestellten Anlassers kann an die ebenfalls nicht dargestellte Kurbelwelle übertragen werden.
Die Position der Klemmkörper 3 wird durch nicht dargestellte Bolzen definiert, wobei jeder Klemmkörper 3 um seine Drehachse 3A an einem Bolzen schwenkbar gelagert ist. An dem Käfig 4 werden auch, wie in den vorgenannten Beispielen beschrieben, die Schenkelfedern 6 (s. 6) mittels eines oder mehrerer Stege festgelegt. Aus 6 ist die Variante gemäß 1 mit einem ersten Steg 7 und einem zweiten Steg 8 ersichtlich.
Während des Klemmvorgangs kommt es zu einer Verdrehung zwischen dem Innenring 1 und dem Außenring 2, wodurch diese gestaucht bzw. gespreizt werden um die Klemmkräfte aufzunehmen, wobei zwischen diesen eine radiale Vorspannung aufgebaut wird. Hierbei wird in den Innen- und Außenring 1, 2 Energie gespeichert, die beim Entklemmen wieder freigesetzt wird, wobei es auch beim Entklemmen zu einer Verdrehung zwischen Innen- und Außenring 1, 2 kommt.
Wird in einem Gedankenmodell ein stehender Außenring 2 angenommen, muss der Innenring 1 gemäß der 1 bis 4 zum Entklemmen entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden. Da die die Klemmkörper 3 sowohl am stehende Außenring 2 als auch am drehenden Innenring 1 abrollen, weisen die Klemmkörper 3 die mittlere Drehzahl der beiden Freilaufringe 1, 2 bezogen auf deren Drehzentrum auf. Im Zeitpunkt, in dem der Freilauf F löst, also gerade keine Kraft mehr zwischen Innenring 1 und Außenring 2 übertragen wird, ist die Geschwindigkeit nicht gleich null. Die Klemmkörper 3 haben eine kinetische Energie, mit der sie gegen die Anfederung bewegt werden. Je schneller es gelingt, diese Energie abzubauen, so dass die Klemmkörper 3 (Klemmrollen) wieder bewegungslos im Spalt zwischen Innen- und Außenring 1, 2 liegen, desto schneller kann der Freilauf wieder greifen und desto dynamischer kann er betrieben werden.
Die kinetische Energie der Klemmelemente wird mit der erfindungsgemäßen Lösung nicht nur in den Schenkelfedern zwischengespeichert, sondern es wird zusätzlich Reibung erzeugt, um damit Energie in Form von Wärme aus dem System zu ziehen. Erreicht wird dies durch die neuartige gezieltere Anfederung der Klemmelemente 3.
Vorteilhaft ist dabei, dass zusätzlich zu der Federkraft, die das Klemmelement in Umfangsrichtung in den Klemmspalt zwischen Innen- und Außenring 1, 2 drückt wird eine Radialkraft eingeleitet, die die das Klemmelement radial nach außen gegen den Außenring 2 drückt, wodurch die Rolle direkt nach dem Entklemmen am Außenring entlang reibt und dadurch für ein schnelleres Abbremsen sorgt. Dadurch reduziert sich der Zeitraum, nachdem die Rolle wieder beruhigt im Spalt liegt. Weiterhin reduziert sich die Abhebedrehzahl des Freilaufs, unter der die Rollen aufgrund ihrer Fliehkraft die Federkraft überwinden und entgegen der Federkraft vom Innenring abheben. Eine niedrige Abhebedrehzahl ist bei einem permanent eingespurten Starter von besonderer Bedeutung, da unterhalb dieser Drehzahl eine Reibung zwischen dem Innenring 1 und den Klemmkörpern 3 zu verzeichnen ist und dadurch entsprechende Verluste entstehen.
Gemäß einer nicht dargestellten Variante ist es auch möglich, dass der Innenring 1 mit dem Flansch 10 und der Außenring 2 mit der Mitnehmerscheibe 11 verbunden ist.
Bezugszeichenliste

1: Innenring
1D: Außendurchmesser des Innenrings
2: Außenring
2d: Innenkontur des Außenrings
3: Klemmkörper
3A: Längsachse
4: Käfig
5: Rampen
6: Schenkelfeder
6.1: erster Schenkel
6.1’: erstes Ende
6.2: zweiter Schenkel
6.2’: zweites Ende
6.3: gebogener Bereich
7: erster Steg
7.1: Anschlag am ersten Steg 7
8: zweiter Steg
8.1: Anlagepunkt am zweiten Steg 8
9: dritter Steg
10: Flansch
11: Mitnehmerscheibe
12: Zahnkranz
13: Lager
F: Freilauf
F_Feder: Kraft der Feder 6
F_Radial: radial nach außen wirkende Kraftkomponente
F_Umfang: Umfangskraftkomponente

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009008599 A1 [0001]

Claims

Permanent eingespurten Starter mit Freilauf, der einen mit der Kurbelwelle / der Primärmasse gekoppelten Außenring (2), einen über den Zahnkranz (12) mit der Anlasserwelle gekoppelten Innenring (1) sowie einen Käfig (4), in dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper (3) aufgenommen sind aufweist, wobei die Klemmkörper (3) im gekoppelten Zustand an einem mit der Kurbelwelle verbundenen, Rampen (5) aufweisenden, Außenring (2) und dem Innenring (1) wirken und ein Drehmoment zwischen dem Innenring (1) und dem Außenring (2) übertragen und im entkoppelten Zustand (Leerlauf) zu der Außenkontur des Innenrings (1) frei sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Klemmkörper (3) durch eine Federkraft (F_Feder) wenigstens einer Feder vorgespannt ist derart, dass auf diesen eine Kraftkomponente in Umfangsrichtung (F_umfang) und eine Kraftkomponente in radialer Richtung (F_radial) nach außen wirkt und den Klemmkörper (3) gegen eine Rampe (5) an der Innenkontur (2d) des Außenrings (2) drückt.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im gekoppelten Zustand der Außenring (2) relativ zum Innenring (1) verdrehbar ist, und diese relativ zueinander gespreizt (vorgespannt) sind und die auf die Klemmkörper (3) wirkenden Kräfte aufnehmen und dass bei einer Relativbewegung in Richtung zum entkoppelten Zustand die Vorspannung abgebaut und Energie freigesetzt wird.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die in radialer Richtung nach außen wirkende Kraftkomponente (F_radial) die Abhebedrehzahl, bei der die Klemmkörper (3) aufgrund ihrer Fliehkraft die Federkraft (F_Feder) der wenigstens einen Feder überwinden, verringerbar ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Klemmkörper (3) mittels einer Feder in Form einer Schenkelfeder (6) beaufschlagt ist, bei der ein erstes Ende (6.1’) eines ersten Schenkels (6.1) zur radialen und axialen Krafteinleitung auf den Klemmkörper (3) wirkt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich jeweils das erste Ende (6.1’) des ersten Schenkels (6.1) an einem in Richtung zum Innenring (1) weisenden Umfangsbereich des Klemmkörpers (3) abstützt.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zweite Ende (6.2’) eines zweiten Schenkels (6.2) der Schenkelfeder (6) an einem am Käfig (4) ausgebildeten Anschlag (7.1) oder an einem benachbarten Klemmkörper (3) abstützt.
Freilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstützung jeweils eines zweiten Endes (6.2’) der Schenkelfeder (6) am Käfig (4) Stege angeordnet sind, welche die Schenkelfeder (6) an dem zweiten Schenkel (6.2) positionieren und dass ein erster Steg (7) den Anschlag (7.1) zur Abstützung des zweiten Endes (6.2’) der Schenkelfeder (6) aufweist.
Freilauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (4) zur Positionierung und Abstützung des zweiten Schenkels (6.2) der Schenkelfeder (6) einen ersten Steg (7) und einen zweiten (8) Steg aufweist, zwischen welchen ein U-förmig gebogener Bereich (6.3) des zweiten Schenkels (6.2) angeordnet ist.
Freilauf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der der Käfig (4) zur Positionierung und Abstützung des zweiten Schenkels (6.2) der Schenkelfeder (6) einen ersten Steg (7) und einen zweiten Steg (8) sowie einen zwischen diesen angeordneten dritten Steg (9) aufweist, um den herum sich der U-förmig gebogene Bereich (6.3) des zweiten Schenkels (6.2) erstreckt.
Freilauf nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schenkelfeder (6) an den zweiten Steg (8) anlegt bevor der Kontaktpunkt mit dem Klemmkörper (3) zu weit nach außen wandert.