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Die Erfindung betrifft eine Anlassvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, ein Verfahren zum Betreiben solch einer Anlassvorrichtung sowie ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mithilfe solch einer Anlassvorrichtung.
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Anlassvorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen sind grundsätzlich bekannt. An den Verbrennungsmotorstart und somit an die Anlassvorrichtungen werden eine Reihe von Anforderungen gestellt, wie permanente Startbereitschaft, hohe Leistungsfähigkeit, zuverlässige Kaltstartsicherheit, lange Lebensdauer etc. Bekannte Anlassvorrichtungen bedürfen hinsichtlich dieser Anforderungen einer fortlaufenden Weiterentwicklung. Insbesondere in Hinblick auf Verkürzung der Startzeit ist ein Verbesserungspotential gegeben. Manche bekannte Anlassvorrichtungen umfassen Federelemente, die von der Verbrennungskraftmaschine vorgespannt werden, um beim Starten der Verbrennungskraftmaschine die Anlassvorrichtung zu unterstützen. Solche Vorrichtungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der Vorspannvorgang zumeist nur beim Abbremsen möglich ist, wodurch die Startbereitschaft der Anlassvorrichtung reduziert wird. Eine solche Anlassvorrichtung ist beispielsweise aus der
DE 10 2010 021 796 A1 bekannt. Weitere ebenfalls zumindest teilweise nachteilige Anlassvorrichtungen für Verbrennungskraftmaschinen von Kraftfahrzeugen sind beispielsweise aus den Druckschriften
DE 10 2013 224 249 A1 ,
FR 2 891 592 A1 oder
DE 10 2013 114 197 A1 bekannt.
DE 10 2013 224 249 A1 beschreibt einen Anlasser für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Elektromotor, einem Hydraulik-/Pneumatikwandler, der mit dem Elektromotor gekoppelt ist, und einem Druckspeicher, der an den Hydraulik-/Pneumatikwandler angeschlossen ist.
FR 2 891 592 A1 beschreibt einen Anlasser für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem Planetengetriebe, einem Planetenträger, einem Zahnkranz sowie einer Kupplung zur Lösung oder Kopplung des Planetenträgers mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Ferner hat der Anlasser gemäß der
FR 2 891 592 ein Freilaufrad zur Drehung des Zahnkranzes sowie ein elastisches Energiespeicherelement, das mit dem Zahnkranz und dem Planetenträger verbunden ist.
DE 10 2013 114 197 A1 beschreibt eine Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem parallelen Hybridantrieb mit einer Verbrennungskraftmaschine zur Bereitstellung einer Antriebsleistung sowie mit einer Kupplungseinheit, die mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden und dazu ausgebildet ist, die Antriebsleistung der Verbrennungskraftmaschine auf einen Antrieb des Kraftfahrzeugs zu übertragen und die Verbrennungskraftmaschine von dem Antrieb zu entkoppeln.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine verbesserte Anlassvorrichtung bereitzustellen, die eine hohe Startbereitschaft sogar nach kurzen Stoppphasen der Verbrennungskraftmaschine, eine gesteigerte Leistungsfähigkeit, hohe Kaltstartsicherheit und lange Lebensdauer aufweist. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Anlassvorrichtung bereitzustellen, die einen schnellen Start der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht, um während des Startvorganges die Schadstoffemissionen zu reduzieren und unvollständige Verbrennungen zu vermeiden.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Anlassvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruches, durch ein Verfahren zum Betreiben solch einer Anlassvorrichtung, sowie durch ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mithilfe solch einer Anlassvorrichtung, gelöst. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung aufgeführt. Merkmale, die zu den einzelnen Erfindungsaspekten offenbart werden, können in der Weise miteinander kombiniert werden, dass bzgl. der Offenbarung zu den Erfindungsaspekten der Erfindung stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Die Erfindung stellt eine Anlassvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine bereit, wobei die Verbrennungskraftmaschine über ein Kopplungselement mit der Anlassvorrichtung verbindbar oder von der Anlassvorrichtung trennbar ist, die Anlassvorrichtung aufweisend: mindestens eine Energiespeichervorrichtung zum Zwischenspeichern der Energie der Anlassvorrichtung, wenn die Anlassvorrichtung von der Verbrennungskraftmaschine entkoppelt ist, einen Mechanismus zum Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung und ein (vorzugsweise von dem Kopplungselement zwischen Anlassvorrichtung und der Verbrennungskraftmaschine unabhängiges) Entkopplungselement zum Trennen einer Wirkverbindung zwischen der Anlassvorrichtung und dem Mechanismus. Der Mechanismus ist in Form eines Übersetzungsgetriebes oder eines Zahnstangengetriebes ausgebildet und/oder der Mechanismus weist eine vergleichbare oder größere Übersetzung auf als die Übersetzung zwischen der Anlassvorrichtung und der Verbrennungskraftmaschine. Zahnstangengetriebe sind kostengünstig. Für einen schnellen und sicheren Start der Verbrennungskraftmaschine ist es vorteilhaft, wenn ausreichend hohes Startmoment an einem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine wirkt. Dies wird bei heutigen PKW-Anlassvorrichtungen (mit ca. 2,5kW Nennleistung) durch geeignete Übersetzung zwischen einem Starterritzel der Anlassvorrichtung und dem Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine (i = n_s/n_m -> 10 bis 20) realisiert. Es ist daher vorteilhaft, wenn die Übersetzung zwischen einem Starterrotor der Anlassvorrichtung und der Energiespeichervorrichtung, die durch den Mechanismus bereitgestellt wird, vergleichbar oder größer ist, als die oben genannten Werte.
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Die erfindungsgemäße Anlassvorrichtung (auch Anlasser oder Starter genannt) kann vorzugsweise für Fahrzeuge mit Verbrennungskraftmaschinen (auch Motor genannt) sowie für Fahrzeuge mit mehreren Antriebseinheiten, sogenannte Hybridfahrzeuge, verwendet werden.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Energiespeichervorrichtung durch die Anlassvorrichtung geladen wird, d.h. völlig unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine. Dies geschieht, wenn die Anlassvorrichtung von der Verbrennungskraftmaschine entkoppelt ist, d. h. sogar dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine im Normalbetrieb betrieben wird (nicht nur beim Bremsen). Das Entkopplungselement ist im Rahmen der Erfindung völlig unabhängig von dem Kopplungselement zwischen der Anlassvorrichtung und der Verbrennungskraftmaschine. Das Entkopplungselement ermöglicht eine vollständige Trennung der Energiespeichervorrichtung von der Anlassvorrichtung. Vorteilhafterweise kann die Energiespeichervorrichtung mit dem Entkopplungselement als eine Erweiterung einer bereits vorhandenen Anlassvorrichtung bereitgestellt werden, um die vorhandene Anlassvorrichtung aufzurüsten. Die Energiespeichervorrichtung kann dabei mindestens ein Federelement oder ein Federpaket aufweisen. Der Mechanismus zum Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung kann vorteilhafterweise als ein Übersetzungsgetriebe, zum Beispiel ein Planetengetriebe, ausgebildet sein. Das Entkopplungselement zur Trennung der Verbindung zwischen dem Mechanismus und der Anlassvorrichtung kann zum Beispiel in Form eines Freilaufs oder einer, beispielsweise elektromechanisch ansteuerbaren, Kupplung realisiert werden. Die Energiespeichervorrichtung wird vorzugsweise während des Motorlaufs geladen (indem zum Beispiel ein Federelement der Energiespeichervorrichtung gespannt wird) und kann daher auch nach einer, wenn auch sehr kurzen, Stopp-Phase des Motors für den erneuten Start als alleinige oder zusätzliche Energiequelle zuverlässig und im vollen Umfang genutzt werden. Bei einer möglichen Ausführung der Erfindung kann die Energiespeichervorrichtung in einer Endstellung, die einer Vollladung entspricht, fixiert werden. Der Ladevorgang geschieht vorzugsweise bei laufender Verbrennungskraftmaschine und vorzugsweise stabiler Bordnetzspannung zum Betreiben der Anlassvorrichtung. In solchen Situationen (die Verbrennungskraftmaschine läuft in einem Normalbetrieb) befinden sich bekannte Anlasser im Ruhezustand und können daher problemlos durch das erfindungsgemäße neue (zusätzliche) Entkopplungselement an die Energiespeichervorrichtung angeschlossen werden, um sie aufzuladen. Somit kann eine schnelle und zuverlässige Aufladung der Energiespeichervorrichtung realisiert werden, die nach kürzester Zeit voll aufgeladen wird. Somit wird die Startbereitschaft der Anlassvorrichtung erheblich erhöht. Dies macht den Einsatz der Anlassvorrichtung in Fahrzeugen mit einer Start-Stopp-Automatik besonders vorteilhaft. Durch den schnelleren Start wird außerdem der Schadstoffausstoß auf eine vorteilhafte Weise reduziert.
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Ferner kann die Erfindung vorsehen, dass die Energiespeichervorrichtung, der Mechanismus, das Entkopplungselement und die Anlassvorrichtung in Reihe geschaltet sind, wobei die Anlassvorrichtung im Fortlauf dieser Reihe durch das Kopplungselement an die Verbrennungskraftmaschine schaltbar ist. Dadurch wird ermöglicht, dass zum Starten der Verbrennungskraftmaschine nur die Energiespeichervorrichtung, nur die Anlassvorrichtung oder beide genutzt werden können. Somit kann die Anlassvorrichtung flexibel eingesetzt werden und außerdem schonend betrieben werden, wodurch nicht nur die Leistungsfähigkeit gesteigert und hohe Kaltstartsicherheit bereitgestellt wird, sondern auch eine hohe Lebensdauer der Anlassvorrichtung ermöglicht wird. Zudem ist es denkbar, dass zum Starten des Motors ausschließlich die Energiespeichervorrichtung benutzt werden kann, was die Fahrzeugbatterie schont und sogar bei einer leeren Batterie möglich ist. Ein Start der Verbrennungskraftmaschine ist auch ohne Einwirkung der Energiespeichervorrichtung möglich. Diese Tatsache kann dafür genutzt werden, ein Starterritzel der Anlassvorrichtung in einen Zahnkranz der Verbrennungskraftmaschine einzuspuren, d.h. auf eine günstige Stellung zu bringen, in welcher der Krafteingriff mit dem Starterritzel der Anlassvorrichtung möglich ist. Anschließend kann die Fixierung der Energiespeichervorrichtung gelöst werden und die Energiespeichervorrichtung kann sogar allein mit dem zwischengespeicherten Moment oder im Zusammenspiel mit der Anlassvorrichtung die Verbrennungskraftmaschine starten. Ferner sind auch alternative Startabläufe möglich, wie zum Beispiel umgehend nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors die oben genannte günstige Stellung einzustellen (Einspuren), damit bei der nächsten Startanforderung gleich nach dem Einspuren des Starterritzels die Fixierung der Energiespeichervorrichtung gelöst werden kann. Dieser Ablauf führt zu einem noch schnelleren Start (besonders vorteilhaft für Start/Stopp-Betrieb). Für Starts bei tiefen Temperaturen und/oder nach längeren Abstellphasen der Verbrennungskraftmaschine kann es von Vorteil sein, die Fixierung der Energiespeichervorrichtung sofort nach dem Einspuren des Starterritzels zu lösen, um die Überwindung des Losbrechmoments zu erleichtern. Für Startanforderungen bei tiefen Temperaturen und/oder nach längeren Abstellphasen und nicht geladener Energiespeichervorrichtung (zum Beispiel wegen einer extrem kurzen letzten An-Zeit der Verbrennungskraftmaschine) kann es sinnvoll sein, zunächst die Energiespeichervorrichtung zu laden (spannen eines Federelementes) und anschließend den Startvorgang, wie oben beschrieben zu veranlassen. Dieser Vorgang würde zwar länger dauern, bietet aber mehr Startsicherheit. In solchen Situationen ist die Startsicherheit wichtiger als die Startdauer (die Batterie hat bei tiefen Temperaturen in der Regel nicht ihre volle Leistung).
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Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass das Entkopplungselement in Form eines Freilaufs, insbesondere eines Überlauffreilaufs oder einer Kupplung ausgebildet ist. Nicht zu verwechseln ist das Entkopplungselement mit dem Kopplungselement zwischen der Anlassvorrichtung und der Verbrennungskraftmaschine. Bei der Energiespeichervorrichtung und der Anlassvorrichtung wechseln sich das jeweilige Antriebs- und das Abtriebsteil ab. So ist zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung das Antriebsteil eine Rotorwelle bzw. ein Starterrotor der Anlassvorrichtung und das Abtriebsteil ein entsprechendes Element der Energiespeichervorrichtung (Zahnkranz, Zahnstange etc.), welches zum Vorspannen eines Federelementes dient. Beim Start der Verbrennungskraftmaschine treibt umgekehrt das entsprechende Element der Energiespeichervorrichtung (als Antriebsteil) den Starterrotor der Anlassvorrichtung (Abtriebsteil) solange an, bis er schneller dreht als das Element der Energiespeichervorrichtung selbst (danach erfolgt die Entkopplung durch das Entkopplungselement) oder bis keine Federkraft mehr vorhanden ist. Einmal gespannt, kann die Energiespeichervorrichtung fixiert ruhen. Ein Start der Verbrennungskraftmaschine ist auch ohne die Einwirkung der Energiespeichervorrichtung möglich, da die Drehrichtung der Anlassvorrichtung (für einen Motorstart) bei stehender Energiespeichervorrichtung durch den Überholfreilauf freigegeben ist (Abtrieb dreht schneller als Antrieb).
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Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Anlassvorrichtung vorsehen, dass der Mechanismus in Form eines Planetengetriebes ausgebildet ist. Auf diese Weise kann ein höheres Moment (bzw. Federkraft) gespeichert werden. Planetengetriebe ermöglichen eine hohe Übersetzung. Zudem sind Planetengetriebe mit einer Selbsthemmung denkbar, um die Energiespeichervorrichtung in einer Endposition, die einer Vollladung entspricht, zu fixieren. Somit kann die Fixierung durch die Selbsthemmung eines Planetengetriebes realisiert werden. Wenn Planetengetriebe mit Überbrückungskupplung(en) verwendet werden, können sich weitere Vorteile ergeben. So kann mit einer Kupplung zum Beispiel der Steg oder das Hohlrad des Planetengetriebes gegen „Erde“ fixiert werden um die große Übersetzung des Getriebes für den Ladevorgang zu nutzen. Beim Entladen dagegen, koppelt die Überbrückungskupplung zum Beispiel den Steg mit dem Hohlrad (keine Fixierung gegen „Erde“ mehr vorhanden) wodurch das Planetengetriebe als Block (d.h. ohne inneren Leistungsfluss) dreht. Das hohe Moment der Energiespeichervorrichtung wird mit der Übersetzung 1:1 auf die Rotorwelle übertragen. (Es entsteht ein 2-Gang Schaltgetriebe.) Diese kosten- und bauraumaufwändigere Ausführungsform wird hier beschrieben, weil sie vorteilhaft für Fälle sein kann, bei denen sehr hohe Startmomente gefordert werden. Außerdem könnte diese Ausführungsform, wenn nicht beschrieben, zur Kreation von Umgehungslösungen verleiten.
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Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn die Energiespeichervorrichtung als eine, vorzugsweise ausschließlich, mechanische Unterstützungsvorrichtung der Anlassvorrichtung ausgebildet ist. Somit kann eine Anlassvorrichtung realisiert werden, die völlig stromlos mithilfe der Energiespeichervorrichtung die Verbrennungskraftmaschine starten oder die Anlassvorrichtung ohne einen zusätzlichen Strombedarf dabei unterstützen kann.
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Ferner kann die Erfindung vorsehen, dass die Energiespeichervorrichtung mindestens ein Federelement, eine Drehfeder, eine Torsionsfeder, eine Spiralfeder, eine Druckfeder oder ein Schwungrad aufweist. Ein Federelement ist ein kostengünstiges Bauteil, welches einfach montiert werden kann und einfach aufgeladen bzw. gespannt werden kann. Eine Drehfeder, eine Torsionsfeder, eine Spiralfeder können ein Drehmoment auf eine vorteilhafte Weise, insbesondere unmittelbar, d. h. ohne eine Umwandlung einer Drehbewegung in eine andere Bewegungsform, speichern. Ein Schwungrad weist ein erhöhtes Speichervolumen und ist in seinem Betrieb stabil.
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Weiterhin kann die Erfindung vorsehen, dass die Energiespeichervorrichtung in einer Endposition, die einer Vollladung entspricht, durch eine elektromechanisch angetriebene Fixiervorrichtung oder eine rein mechanisch wirkende Fixiervorrichtung fixiert wird, und/oder dass die rein mechanisch wirkende Fixiervorrichtung mithilfe einer Selbsthemmungsfunktion des Mechanismus bereitgestellt ist. Somit kann die Energiespeichervorrichtung ruhend gehalten werden, bis sie tatsächlich gebraucht wird, ohne den Mechanismus zu beanspruchen. Dies kann den Mechanismus auf eine vorteilhafte Weise schonen.
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Des Weiteren wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Anlassvorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine gelöst, wobei die Verbrennungskraftmaschine über ein Kopplungselement mit der Anlassvorrichtung verbindbar oder von der Anlassvorrichtung trennbar ist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- a) Starten der Verbrennungskraftmaschine mithilfe der Anlassvorrichtung oder
- b) Laden einer Energiespeichervorrichtung mithilfe der Anlassvorrichtung.
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Somit kann die Funktionalität der Anlassvorrichtung erheblich erweitert werden. Außerdem werden mithilfe des Verfahrens die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der Anlassvorrichtung erwähnt wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Zudem wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch ein Verfahren zum Starten einer Verbrennungskraftmaschine mithilfe einer Anlassvorrichtung gelöst, wobei die Verbrennungskraftmaschine über ein Kopplungselement mit der Anlassvorrichtung verbindbar oder von der Anlassvorrichtung trennbar ist, und wobei die Anlassvorrichtung mindestens eine Energiespeichervorrichtung zum Zwischenspeichern der Energie der Anlassvorrichtung aufweist. Hierzu ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte aufweist:
- 1) Aufladen der Energiespeichervorrichtung durch die Anlassvorrichtung, wenn die Anlassvorrichtung von der Verbrennungskraftmaschine entkoppelt ist,
- 2) Einspuren der Anlassvorrichtung mit der Verbrennungskraftmaschine mithilfe einer Batterie, um das Kopplungselement zu schließen,
- 3) Starten der Verbrennungskraftmaschine mithilfe der Energiespeichervorrichtung.
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Mithilfe des Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der Anlassvorrichtung beschrieben wurden. Auf diese Vorteile wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Bei einer denkbaren Ausführung des Verfahrens im Sinne der Erfindung kann im Schritt 3) nur mechanisch zwischengespeicherte Energie innerhalb der Energiespeichervorrichtung zum Betreiben der Anlassvorrichtung benutzt werden, um die Verbrennungskraftmaschine zu starten. Somit können Starts auch bei einer entladenen oder sogar leeren Batterie mit einer rein mechanischen Kraft der Energiespeichervorrichtung geschaffen werden.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Anlassvorrichtung im Sinne der Erfindung gemäß einer Ausführungsalternative,
- 2 eine schematische Darstellung einer Anlassvorrichtung im Sinne der Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsalternative,
- 3 eine schematische Darstellung einer Anlassvorrichtung im Sinne der Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsalternative,
- 4 eine schematische Darstellung einer Anlassvorrichtung im Sinne der Erfindung gemäß einer weiteren Ausführungsalternative,
- 5 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 1,
- 6 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 2,
- 7 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 1 oder der 2,
- 8 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 1 oder der 2,
- 9 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 1 oder der 2,
- 10 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 1, und
- 11 eine mögliche Ausführung eines Mechanismus für die Anlassvorrichtung gemäß der 2.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
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Die 1 bis 4 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele einer Anlassvorrichtung 10 im Sinne der Erfindung, die zum Start einer Verbrennungskraftmaschine 100 verwendet wird. Wie aus den 1 bis 4 ersichtlich ist, wird die Verbrennungskraftmaschine 100 über ein Kopplungselement 101 mit der Anlassvorrichtung 10 verbunden oder von der Anlassvorrichtung 10 getrennt. Die Anlassvorrichtung 10 gemäß den 1 bis 4 umfasst jeweils eine Energiespeichervorrichtung 13 zum Zwischenspeichern der Energie der Anlassvorrichtung 10, wenn die Anlassvorrichtung 10 von der Verbrennungskraftmaschine 100 entkoppelt ist, einen Mechanismus 12 zum Laden und Entladen der Energiespeichervorrichtung 13 und ein Entkopplungselement 11 zum Trennen einer Wirkverbindung zwischen der Anlassvorrichtung 10 und dem Mechanismus 12.
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Gemäß allen Ausführungsbeispielen wird die Energiespeichervorrichtung 13 durch die Anlassvorrichtung 10 geladen, d.h. völlig unabhängig von der Verbrennungskraftmaschine 100. Dies geschieht, wenn die Anlassvorrichtung 10 von der Verbrennungskraftmaschine 100 entkoppelt ist, d. h. auch dann, wenn die Verbrennungskraftmaschine 100 im Normalbetrieb läuft und nicht nur beim Bremsen. Das Entkopplungselement 11 ist ein zusätzliches Element neben dem Kopplungselement 101 zwischen der Anlassvorrichtung 10 und der Verbrennungskraftmaschine 100. Mithilfe des Entkopplungselementes 11 kann die Energiespeichervorrichtung 13 der Anlassvorrichtung 10 zugeschaltet oder abgeschaltet werden. Somit ist es möglich, dass zum Starten der Verbrennungskraftmaschine 100 nur die Speichervorrichtung 13, nur die Anlassvorrichtung 10 oder beide genutzt werden.
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Wie es außerdem die 1 bis 4 zeigen, sind die Energiespeichervorrichtung 13, der Mechanismus 12, das Entkopplungselement 11 und die Anlassvorrichtung 10 der Reihe nach geschaltet, um eine Übertragungskette für ein Drehmoment in die eine oder in die andere Richtung zu schaffen. Über diese Übertragungskette kann das Drehmoment nach Bedarf im Fortlauf der Reihe von der Anlassvorrichtung 10 durch das Kopplungselement 101 an die Verbrennungskraftmaschine 100 bereitgestellt werden.
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Gemäß der Erfindung kann das Entkopplungselement 11 in Form eines Freilaufs oder einer Kupplung ausgebildet sein. Die 1 bis 4 zeigen ein Beispiel des Entkopplungselementes 11 in Form eines Freilaufs, genauer gesagt eines Überlauffreilaufs. Bei der Energiespeichervorrichtung 13 und der Anlassvorrichtung 10 wechseln sich das jeweilige Antriebs- und das Abtriebsteil ab. So ist zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 13 das Antriebsteil eine Rotorwelle bzw. ein Starterrotor der Anlassvorrichtung 10 und das Abtriebsteil ein entsprechendes Element der Energiespeichervorrichtung 13 (Zahnkranz, Zahnstange etc.), welches zum Vorspannen eines Federelementes 14 dient. Beim Start der Verbrennungskraftmaschine 100 treibt umgekehrt das entsprechende Element der Energiespeichervorrichtung 13 (als Antriebsteil) den Starterrotor der Anlassvorrichtung 10 (Abtriebsteil) solange an, bis er schneller dreht als das Element der Energiespeichervorrichtung 13 selbst (danach erfolgt die Entkopplung durch das Entkopplungselement 11) oder bis keine Federkraft mehr vorhanden ist. Die Verbrennungskraftmaschine 100 kann wiederum auch ohne die Einwirkung der Energiespeichervorrichtung 13 gestartet werden, da die Drehung der Anlassvorrichtung 10 (für einen Motorstart) bei stehender Energiespeichervorrichtung 13 durch das Entkopplungselement 11 in Form eines Überholfreilaufs freigegeben ist (Abtrieb dreht schneller als Antrieb).
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Wie es weiterhin die 1 und 2 schematisch zeigen, kann der Mechanismus 12 in Form eines Übersetzungsgetriebes, beispielsweise eines Planetengetriebes 1, 2, P1, P2 S, PS, PS1, PS2 ausgebildet sein. Mögliche Ausführungsformen des Planetengetriebes 1, 2, P1, P2 S, PS, PS1, PS2 für das Ausführungsbeispiel der 1 sind in den 5, 7, 8, 9 und 10 dargestellt. Mögliche Ausführungsformen des Planetengetriebes 1, 2, P1, P2 S, PS, PS1, PS2 für das Ausführungsbeispiel der 2 sind in den 6, 7, 8, 9 und 11 dargestellt. Die Planetengetriebe 1, 2, P1, P2 S, PS, PS1, PS2 in den 5 bis 11 weisen ein Sonnenrad 1, welches in den Starterrotor der Anlassvorrichtung 10 übergeht, ein Hohlrad 2, mindestens ein Planetenradsatz PS, PS1, PS2 mit mehreren Planetenrädern P1, P2 und ein Gestell S für die Planetenräder P1, P2, auf. Die Ausführungsalternativen der 5 bis 11 dienen als Beispiele, die nicht abschließend aufgezählt sind. Vielmehr sind weitere Ausführungsalternativen der Planetengetriebe 1, 2, P1, P2 S, PS, PS1, PS2 im Rahmen der Erfindung denkbar.
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Wie es ferner die 3 zeigt, kann der Mechanismus 12 ein Ritzel aufweisen, um eine Wirkverbindung zu einem Schwungrad mit einer entsprechend gezackten Kante herzustellen, welches als die Energiespeichervorrichtung 13 fungieren kann.
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Wie es des Weiteren die 4 zeigt, kann der Mechanismus 12 in Form eines Zahnstangengetriebes A, Z mit einem Antriebsrad A und einer Zahnstange Z ausgebildet sein, wobei das Antriebsrad A und die Zahnstange Z ihre Rollen als Ab- und Antriebselement abwechselnd ausführen können.
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Wie es wiederum den 1 bis 4 zu entnehmen ist, dient die Energiespeichervorrichtung 13 als eine mechanische Unterstützungsvorrichtung der Anlassvorrichtung 10. Denkbar ist dabei, dass die Anlassvorrichtung 10 ohne Zufügung der elektrischen Energie, nur mithilfe der zwischengespeicherten mechanischen Energie innerhalb der Energiespeichervorrichtung 13 betrieben werden kann, um die Verbrennungsmaschine 100 zu starten. Diese Tatsache kann dafür genutzt werden, ein Starterritzel 103 der Anlassvorrichtung 10 in einen Zahnkranz 102 der Verbrennungskraftmaschine 100 einzuspuren, d.h. auf eine günstige Stellung zu bringen, in welcher der Krafteingriff mit dem Starterritzel 103 der Anlassvorrichtung 10 möglich ist. Anschließend kann eine gegebenenfalls vorhandene Fixierung der Energiespeichervorrichtung 13 gelöst werden und die Energiespeichervorrichtung 13 kann sogar allein mit dem zwischengespeicherten Drehmoment oder im Zusammenspiel mit der Anlassvorrichtung 10 die Verbrennungskraftmaschine 100 starten. Ferner ist es möglich, direkt nach dem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 100 die oben genannte günstige Stellung einzustellen (Einspuren), damit bei der nächsten Startanforderung gleich nach dem Einspuren des Starterritzels 103 die Fixierung der Energiespeichervorrichtung 13 gelöst werden kann.
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Die Energiespeichervorrichtung 13 dient als eine Unterstützungsvorrichtung der Anlassvorrichtung 10 und weist zum Speichern der mechanischen Energie mindestens ein Federelement 14 auf, welches in Form einer Drehfeder oder einer Torsionsfeder (s. das linkere untere Bild in der 1), einer Spiralfeder (s. das mittlere untere Bild in der 1), in Form eines Schwungrads (s. 2 und 3) oder einer Druckfeder (s. 4) ausgebildet sein kann.
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Wie oben bereits erwähnt, kann die Energiespeichervorrichtung 13 in einer Endposition, die einer Vollladung entspricht, durch eine elektromechanisch angetriebene Fixiervorrichtung oder eine rein mechanisch wirkende Fixiervorrichtung fixiert werden. Die rein mechanisch wirkende Fixiervorrichtung kann außerdem mithilfe einer Selbsthemmungsfunktion des Mechanismus 12 bereitgestellt werden. Die Fixiervorrichtung ist aus Einfachheitsgründen in den Figuren nicht dargestellt.
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Das Ausführungsbeispiel der Anlassvorrichtung 10 gemäß der 1 in Gestaltung einer Energiespeichervorrichtung 13 in Zylinderform kann als eine Starterverlängerung angesetzt werden. Eine solche Anlassvorrichtung 10 weist eine kompakte Bauform und dadurch Vorteile für Bodenfreiheit und für die Anbindung anderer Nebenaggregate auf. Die Energiespeichervorrichtung 13 und die Anlassvorrichtung 10 bilden somit eine Einheit, die durch einen Systemlieferanten für die Startanlage weitgehend unabhängig von der Konstruktion der Verbrennungskraftmaschine 100 entwickelt werden kann. Vorteilhafterweise sind im Rahmen der Erfindung keine konstruktiven Änderungen am Starterritzel 103 notwendig.
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Wie es aus den 2 und 3 zu erkennen ist, kann die Energiespeichervorrichtung 13 in Form eines Schwungrades sowohl auf der Seite des Starterritzels 103, koaxial mit einer Kurbelwelle der Verbrennungskraftmaschine 100 (s. 2), als auch an einem anderen Ende der Starterrotorwelle, vorzugsweise um 90° gedreht gelagert werden (s. Anlage 3). Hierzu kann ein Lagerelement 15 in Form eines Freilaufs verwendet werden. Im Beispiel der 2 erfolgt die Übertragung des Lade- bzw. Startmoments zur Energiespeichervorrichtung 13 nicht über die Kurbelwelle, sondern gemäß der Erfindung über die Anlassvorrichtung 10. Das Ausführungsbeispiel gemäß der 2 kann vorteilhaft sein, wenn der Bauraum in radialer Richtung vorhanden ist (Außendurchmesser ist vergleichbar mit dem eines Schwungrades). Das Ausführungsbeispiel gemäß der 3 kann vorteilhaft sein, wenn der Bauraum in axialer Richtung begrenzt ist. Aus einem ähnlichen Grund kann auch das Ausführungsbeispiel gemäß der 4 vorteilhaft sein, welches außerdem kostengünstig ist, weil ein Zahnstangengetriebe A, Z verwendet wird. Das jeweilige Ausführungsbeispiel kann in Abhängigkeit von dem gegebenen Anwendungsfall ausgewählt werden. So ist zum Beispiel der zusätzliche Bauraum in axialer Richtung (zwischen Motor und Getriebe) eher relevant für Quer- und weniger für Längseinbau des Antriebsstranges. Für stationäre Stromgeneratoren wäre das keine Einschränkung.
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Die voranstehende Beschreibung der Figuren beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sonnenrad
- 2
- Hohlrad
- 10
- Anlassvorrichtung
- 11
- Entkopplungselement
- 12
- Mechanismus
- 13
- Energiespeichervorrichtung
- 14
- Federelement
- 15
- Lagerelement
- 100
- Verbrennungskraftmaschine
- 101
- Kopplungselement
- 102
- Zahnkranz
- 103
- Starterritzel
- A
- Antriebsrad
- P1
- Planetenrad
- P2
- Planetenrad
- S
- Steg
- PS
- Planetenradsatz
- PS1
- Planetenradsatz
- PS2
- Planetenradsatz
- Z
- Zahnstange
