DE102016215532A1

DE102016215532A1 - Freilaufkupplung, insbesondere in einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016215532A1
Application number: DE102016215532.6A
Authority: DE
Inventors: Hinrich Meinheit
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22
Also published as: CN107763111A

Abstract

Eine Freilaufkupplung mit einem Rollenbund und einem radial übergreifenden Mitnehmer sowie Wälzkörpern zwischen Rollenbund und Mitnehmer weist ein radialelastisches Zentrierelement auf.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufkupplung, insbesondere in einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 10 2009 027 117 A1 wird eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine beschrieben, die einen elektrischen Startermotor umfasst, welcher über ein Getriebe und eine Freilaufkupplung ein Starterritzel antreibt. Das Starterritzel kann mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais aus einer zurückgezogenen Außereingriffsposition in eine vorgerückte Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellt werden.
Die Freilaufkupplung umfasst einen rotierend angetriebenen Mitnehmer und einen Rollenbund, der einteilig mit dem Starterritzel ausgebildet ist und von dem Mitnehmer übergriffen wird. Die Bewegungsübertragung zum Starten der Brennkraftmaschine erfolgt über Wälzkörper im zwischenliegenden Ringraum zwischen Mitnehmer und Rollenbund. Sobald die Brennkraftmaschine nach dem Starten den Zahnkranz überholt, wird die Freilaufkupplung in die Freilaufposition verstellt, in der über eine entsprechende Positionierung der Wälzkörper die Drehbewegung des Rollenbundes von dem Mitnehmer entkoppelt ist.
Im Antriebsmodus befinden sich die Wälzkörper am Ende von Keilbahnen, die in die Innenseite des übergreifenden Abschnittes des Mitnehmers eingebracht sind. Hierbei ist auf eine koaxiale Ausrichtung von Rollenbund und Mitnehmer zur Vermeidung eines Verklemmens zu achten.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Freilaufkupplung umfasst einen Rollenbund, einen den Rollenbund radial übergreifenden Mitnehmer sowie Wälzkörper im Zwischenraum zwischen Rollenbund und Mitnehmer zur Bewegungsübertragung beim Antrieb über den Mitnehmer, bei dem die Wälzkörper sich in einer Antriebsposition befinden. Die Wälzkörper sind beispielsweise in Keilbahnen an der Innenseite des übergreifenden Abschnittes des Mitnehmers aufgenommen und verkeilen in der Antriebsposition den Mitnehmer und den Rollenbund drehfest miteinander, so dass die rotatorische Antriebsbewegung des Mitnehmers unmittelbar in eine entsprechende Drehbewegung des Rollenbundes übertragen wird. Bei einem entgegengerichteten Antrieb des Rollenbundes gelangen die Wälzkörper in eine Freilaufstellung, in der der Mitnehmer vom Rollenbund in Drehrichtung entkoppelt ist, so dass die Drehbewegung des Rollenbundes nicht in eine entsprechende Drehbewegung des Mitnehmers übertragen wird.
Um eine ordnungsgemäße Funktion des Mitnehmers sowohl in der Antriebsstellung als auch in der Freilaufstellung sicher zu gewährleisten, ist die erfindungsgemäße Freilaufkupplung mit einem radialelastischen Zentrierelement versehen, das in dem Zwischenraum zwischen Rollenbund und Mitnehmer angeordnet ist. Über das Zentrierelement erfolgt eine Abstützung zwischen Rollenbund und Mitnehmer in radialer Richtung, bezogen auf die Längs- und Rotationsachse der Freilaufkupplung. Auf Grund der Radialelastizität des Zentrierelementes sorgt dieses für eine Selbstzentrierung von Rollenbund und Mitnehmer, so dass eine koaxiale Ausrichtung von Rollenbund und Mitnehmer gewährleistet und die Gefahr eines Verkantens bzw. Verklemmens auf Grund einer De-Achsierung zwischen diesen Bauteilen signifikant reduziert ist. Die Zentrierung erfolgt selbsttätig, das Zentrierelement ist vorzugsweise als ein passives Bauteil ausgeführt, das bei einer Auslenkung zwischen Rollenbund und Mitnehmer in Radialrichtung oder bei einer Kippbewegung eine zentrierende Kraft zwischen diesen Bauteilen ausübt, so dass diese bestrebt sind, wieder ihre koaxial ausgerichtete Sollposition einzunehmen.
Zwischen Rollenbund und Mitnehmer ist mindestens ein radialelastisches Zentrierelement angeordnet. Es kann zweckmäßig sein, über den Umfang verteilt mehrere radialelastische Zentrierelemente zu positionieren, so dass bei einer Relativradial- oder Kippbewegung zwischen Rollenbund und Mitnehmer in jeder Richtung eine selbsttätige Zentrierung mithilfe der radialelastischen Zentrierelemente erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist das Zentrierelement ringförmig ausgebildet, so dass ein einzelnes Zentrierelement im Zwischenraum zwischen Rollenbund und Mitnehmer für die gewünschte Zentrierfunktion ausreicht. Das ringförmige Zentrierelement sorgt für eine gleichmäßige Abstützung und Zentrierung zwischen Rollenbund und Mitnehmer in alle Radialrichtungen.
Es kann ggf. ausreichend sein, einzelne, segmentförmige Abschnitte des ringförmigen Zentrierelementes mit einer größeren oder kleineren Radialelastizität zu versehen. Auf Grund der Ringform wird dennoch eine gleichmäßige radiale Abstützung erreicht.
In die Wandung des Zentrierelementes, insbesondere in ringförmiger Ausführung des Zentrierelementes, können Wandschwächungen eingebracht sein, beispielsweise in Form von Ausnehmungen, um die Elastizität des Zentrierelementes in Radialrichtung zu erhöhen. Es sind beispielsweise über den Umfang verteilt mehrere derartige Wandschwächungen in die Wand des Zentrierelementes eingebracht, z. B. insgesamt vier Wandschwächungen. Die Wandschwächungen können anstelle von Ausnehmungen auch als reduzierte Wandstärken ausgeführt sein. Des Weiteren ist es möglich, durch eine spezielle Wandgeometrie an bestimmten Positionen des Zentrierelementes eine erhöhte Elastizität in Radialrichtung zu erreichen, beispielsweise durch eine Faltung der Wandung oder dergleichen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Zentrierelement eine U-förmige Querschnittsform auf. Die Schenkelaußenseite der U-Form an der radial außen liegenden Seite des Zentrierelementes bildet die Kontaktfläche zum Mitnehmer und liegt an der Innenwand des umgreifenden Mitnehmers an. Die radial innen liegende Schenkelaußenseite der U-Form bildet die Führungsfläche zum Rollenbund und steht in Kontakt mit der Mantelfläche des Rollenbundes in dem vom Mitnehmer übergriffenen Abschnitt.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Zentrierelement mit dem Mitnehmer verbunden, so dass das Zentrierelement die Drehbewegung des Mitnehmers ebenfalls ausführt, wobei zugleich keine feste Verbindung zum Rollenbund besteht, um eine Relativdrehbewegung des Rollenbundes gegenüber dem Zentrierelement zu ermöglichen. Es ist jedoch auch eine umgekehrte Ausführung möglich, bei der das Zentrierelement fest mit dem Rollenbund verbunden ist, jedoch keine feste Verbindung zum Mitnehmer aufweist. Des Weiteren ist es möglich, dass das Zentrierelement, insbesondere in der ringförmigen Ausführung, lose und ohne feste Verbindung zum Mitnehmer und zum Rollenbund im Zwischenraum zwischen Rollenbund und Mitnehmer liegt.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Zentrierelement auf der dem Mitnehmer und/oder auf der dem Rollenbund zugewandten Seite mit einer reibungsmindernden Oberflächenbeschichtung versehen. Die reibungsmindernde Oberflächenbeschichtung befindet sich insbesondere auf derjenigen Seite des Zentrierelementes, die keine feste Verbindung zu dem benachbarten Bauteil der Freilaufkupplung aufweist. Dementsprechend ermöglicht die reibungsmindernde Oberflächenbeschichtung an dem Zentrierelement eine weitgehend unbeeinflusste Relativdrehbewegung zwischen Rollenbund und Mitnehmer.
Das Zentrierelement kann als ein Metallbauteil ausgebildet sein, beispielsweise als ein Stanzbiegeteil, wobei ggf. durch Stanzen die gewünschten Wandschwächungen zur Erhöhung der Elastizität in das Zentrierelement eingebracht werden können. Es kommt aber auch eine Ausführung des Zentrierelementes als Kunststoffbauteil oder als ein Verbundbauteil in Betracht, bei dem das Zentrierelement sich aus mindestens zwei Bauteilen zusammensetzt, die aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, beispielsweise ein Verbundbauteil mit einem Stanzblech und einem Kunststoffbauteil oder mit einem Stanzblech und einem Elastomer oder mit einem Kunststoff und einem Elastomer.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Zentrierelement axial versetzt zu den Wälzkörpern im Zwischenraum zwischen Rollenbund und Mitnehmer angeordnet. Die Funktion der Wälzkörper wird durch das Zentrierelement nicht eingeschränkt oder behindert, die Wälzkörper können je nach Relativdrehrichtung zwischen Rollenbund und Mitnehmer zwischen ihrer Freilaufstellung und ihrer Antriebsstellung verstellt werden.
Die Freilaufkupplung wird beispielsweise in einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eingesetzt und befindet sich im Übertragungsweg zwischen einem elektrischen Startermotor und einem Starterritzel der Startvorrichtung. Die Drehbewegung des Startermotors wird vorzugsweise über ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, auf eine Antriebswelle übertragen, auf der der Mitnehmer und auch der Rollenbund aufsitzt, der beispielsweise einteilig mit dem Starterritzel ausgebildet sein kann. Der Mitnehmer kann mithilfe eines Starterrelais axial auf der Antriebswelle verschoben werden, so dass das Starterritzel in Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine gelangt. Die Antriebsbewegung des Startermotors wird über den in der Antriebsstellung befindlichen Mitnehmer auf das Starterritzel übertragen.
Sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist und das Starterritzel eine höhere Drehzahl als der Mitnehmer aufweist, gelangt die Freilaufkupplung in die Freilaufstellung, so dass die Drehbewegung des Rollenbundes entkoppelt ist von dem Mitnehmer. Mithilfe des radialelastischen Zentrierelementes wird in jeder Situation eine koaxiale Ausrichtung und Zentrierung zwischen Rollenbund und Mitnehmer erreicht.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine in Längsschnitt, mit einer Freilaufkupplung im Übertragungsweg zwischen einem elektrischen Startermotor und einem Starterritzel,
2 die Freilaufkupplung mit einem Rollenbund und einem übergreifenden Mitnehmer, wobei im Zwischenraum zwischen Rollenbund und Mitnehmer Wälzkörper und ein radialelastisches Zentrierelement angeordnet sind,
3 ausschnittsweise ein ringförmiges, radialelastisches Zentrierelement,
4 das radialelastische Zentrierelement aus 3 in einer Draufsicht.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine dargestellt, die in einem Gehäuse 2, welches einen vorne liegenden Lagerschild 3 aufweist, einen elektrischen Startermotor 4 aufnimmt. Die Rotorwelle 5 des Startermotors 4 treibt über ein Planetengetriebe 6 eine Antriebswelle 11 an, auf der ein Mitnehmer 8 einer Freilaufkupplung 7 axial verschieblich, jedoch in Drehrichtung mit der Antriebswelle 11 gekoppelt angeordnet ist. Der Mitnehmer 8 stützt sich über Wälzkörper 9 an einem Rollenbund 10 ab, der einteilig mit einem Starterritzel 12 ausgebildet ist. Bei einer axialen Vorschubbewegung gelangt das Starterritzel 12 aus einer zurückgezogenen Außerbetriebsstellung in eine vorgerückte Eingriffsstellung mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine.
Die axiale Vorschubbewegung des Starterritzels 12 wird mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais 13 durchgeführt, das einen axial verstellbaren Hubanker 14 aufweist, welcher mit einem Gabelhebel 15 gekoppelt ist. Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 14 wird der am Gehäuse gelagerte Gabelhebel 15 verschwenkt, wodurch der Mitnehmer 8 einschließlich Starterritzel 12 in Achsrichtung verstellt wird.
Der elektrische Startermotor 4 ist als Innenläufermotor ausgebildet und weist einen drehfest mit der Rotorwelle 5 verbundenen Anker 16 auf, welcher elektrisch erregbare Ankerspulen enthält. Die Spulen im Anker 16 werden über eine Kommutierungseinrichtung 17 bestromt. Das von den elektrischen Ankerspulen erzeugte elektromagnetische Feld interagiert mit dem Magnetfeld von Permanentmagneten 18, die an der Innenseite des den Anker umgreifenden Stators angeordnet sind.
Die Kommutierungseinrichtung 17 weist mehrere als Feder-Bürste-Einheiten ausgebildete Bürstenanordnungen 19 auf, die jeweils gehäuseseitig eine als Kohlebürste ausgebildete Bürste 20 und eine Bürstenfeder 21 umfassen. Die Kommutierungseinrichtung 17 umfasst außerdem einen ankerseitigen Kollektor 22. Die Kohlebürsten 20 werden von den Bürstenfedern 21 radial gegen die Mantelfläche des Kollektors 22 kraftbeaufschlagt. Kohlebürsten 20 und Bürstenfedern 21 sind zweckmäßigerweise in Bürstenhalterungen aufgenommen, die fest mit dem Gehäuse des Startermotors verbunden sind. Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind insgesamt sechs Feder-Bürste-Einheiten 19 vorgesehen.
In 2 ist in schematischer Weise eine Freilaufkupplung 7 mit einem Rollenbund 10 und einem übergreifenden Mitnehmer 8 dargestellt. Die Bewegungsübertragung bei einem Antrieb des Mitnehmers 8 um die Längs- und Rotationsachse 24 erfolgt die über die Wälzkörper 9, die sich in der Antriebsstellung befinden, auf den Rollenbund 10, der entsprechend die gleiche Drehbewegung um die Rotationsachse 24 ausübt.
Bei einer entgegengesetzt gerichteten Bewegung des Rollenbundes 10 werden die Wälzkörper 9 von der Antriebsstellung in die Freilaufstellung überführt, in der der Mitnehmer 8 von der Drehbewegung des Rollenbundes entkoppelt ist.
In dem Zwischenraum zwischen Rollenbund 10 und dem Mitnehmer 8 befindet sich axial versetzt zu den Wälzkörpern 9 ein radialelastisches Zentrierelement 23, das selbsttätig für eine Zentrierung und koaxiale Ausrichtung von Rollenbund 10 und Mitnehmern 8 sorgt, so dass ein Verklemmen und Verkanten, insbesondere der Wälzkörper 9, vermieden wird. Das Zentrierelement 23 übt, bezogen auf die Längsachse 24, eine Radialkraft zwischen Rollenbund 10 und Mitnehmer 8 aus und sorgt auf diese Weise für eine koaxiale Ausrichtung dieser Bauteile.
Das Zentrierelement 23 ist vorzugsweise fest an der Innenwand des übergreifenden Mitnehmers 8 befestigt, jedoch ohne Verbindung zur Mantelfläche des Rollenbundes 10, um eine Relativdrehbewegung zwischen diesen Bauteilen zu ermöglichen. Zugleich stützt sich das Zentrierelement 23 an der Mantelfläche des Rollenbundes 10 ab. Um die Relativdrehbewegung durch das Zentrierelement 23 nicht oder nur geringstmöglich zu beeinflussen, ist es zweckmäßig, dass an der radial innen liegenden Seite das Zentrierelement 23 mit einer reibungsmindernden Oberflächenbeschichtung versehen ist.
In den 3 und 4 ist ein ringförmiges Zentrierelement 23 dargestellt. Das Zentrierelement 23 ist beispielhaft als ein Stanzbiegeteil aus Blech ausgeführt. Das ringförmige Zentrierelement 23 besitzt eine U-förmige Querschnittsform, deren offene Seite in Achsrichtung weist, so dass der radial außen liegende Schenkel der U-Form benachbart zum Mitnehmer und der radial innen liegende Schenkel der U-Form benachbart zum Rollenbund liegt. Die radial außen liegende Schenkelaußenseite 25 liegt unmittelbar auf Kontakt zur Innenwand des übergreifenden Abschnittes des Mitnehmers 8. Die radial innen liegende Schenkelaußenseite 26 liegt unmittelbar benachbart zur Mantelfläche des Rollenbundes 10; die Schenkelaußenseite 26 kann mit der reibungsmindernden Oberflächenbeschichtung versehen sein.
Über den Umfang gleichmäßig verteilt sind vorteilhafterweise mehrere Ausnehmungen 27 in das Zentrierelement 23 eingebracht. Die Ausnehmungen 27 bilden Wandschwächungen und erstrecken sich durch den radial innen liegenden Schenkel der U-Form hindurch. Diese Ausnehmungen 27 sorgen für eine erhöhte Radialelastizität des ringförmigen Zentrierelementes 23. Über den Umfang verteilt sind beispielsweise vier derartige Ausnehmungen 27 in das Zentrierelement 23 eingebracht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009027117 A1 [0002]

Claims

Freilaufkupplung, insbesondere in einer Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Rollenbund (10) und einem radial übergreifenden Mitnehmer (8) sowie Wälzkörpern (9) zwischen Rollenbund (10) und Mitnehmer (8), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rollenbund (10) und dem Mitnehmer (8) mindestens ein radialelastisches Zentrierelement (23) zur radialen Abstützung zwischen Rollenbund (10) und Mitnehmer (8) angeordnet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) ringförmig ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wandung des Zentrierelements (23) Wandschwächungen (27), insbesondere Ausnehmungen (27) zur Erhöhung der Elastizität eingebracht sind.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) eine U-förmige Querschnittsform aufweist, wobei die Schenkelaußenseiten (25, 26) der U-Form die Kontaktfläche zum Mitnehmer (8) und die Führungsfläche zum Rollenbund (10) bilden.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) als ein Metallbauteil, insbesondere als ein Stanzbiegeteil ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) als ein Kunststoffbauteil ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) als ein Verbundbauteil mit mindestens zwei aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Bauteilen ausgebildet ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) entweder mit dem Mitnehmer (8) oder mit dem Rollenbund (10) verbunden ist.
Freilaufkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrierelement (23) auf der dem Mitnehmer (8) und/oder dem Rollenbund (10) zugewandten Seite eine reibungsmindernde Oberflächenbeschichtung aufweist.
Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, mit einer Freilaufkupplung (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 im Übertragungsweg zwischen einem elektrischen Startermotor (4) und einem Starterritzel (12).