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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einer solchen Startvorrichtung.
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Stand der Technik
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Startvorrichtungen für Brennkraftmaschinen können ein Starterritzel, welches zum Starten der Brennkraftmaschine in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht, aufweisen. Mithilfe eines elektrischen Startermotors wird eine drehende Antriebsbewegung auf das Starterritzel erzeugt.
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Es sind ferner auch Startvorrichtungen bekannt, welche über einen Riemen mit der Brennkraftmaschine gekoppelt sind. Solche Startvorrichtungen weisen eine Riemenscheibe auf, welche durch einen entsprechenden elektrischen Startermotor in Drehbewegung versetzt werden kann und ihrerseits über den Riemen eine Riemenscheibe der Brennkraftmaschine antreibt, die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gekoppelt ist. Auch Nebenaggregate wie Lüfter, Kompressoren, Hydraulik- bzw. Wasserpumpen usw. können über den Riemen von der Kurbelwelle angetrieben werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden erfindungsgemäß eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Startvorrichtung weist eine Antriebswelle und eine elektrische Maschine bzw. einen elektrischen Startermotor auf, welche dazu eingerichtet ist, die Antriebswelle in Drehbewegung zu versetzen, eine von der Antriebswelle zumindest mittelbar angetriebene Abtriebswelle mit einem Drehmomentabgabeelement, das dazu eingerichtet ist, Drehmoment an ein Drehmomentaufnahmeelement einer Brennkraftmaschine zu übertragen. Das Drehmomentabgabeelement kann beispielsweise als Riemenscheibe oder als Zahnrad bzw. Ritzel ausgebildet sein. Dementsprechend kann auch das Drehmomentaufnahmeelement als Riemenscheibe oder Zahnrad oder Zahnkranz ausgebildet sein. Ein zugehöriger Riemen kann beispielsweise als ein Zahnriemen oder Keilriemen oder Keilrippenriemen ausgebildet sein.
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Antriebswelle und Abtriebswelle sind über ein Stirnradgetriebe mittelbar oder unmittelbar drehmomentübertragend gekoppelt, wobei ein Freilauf derart vorgesehen ist, dass ein Drehmoment von der Antriebswelle auf die Abtriebswelle, aber nicht von der Abtriebswelle auf die Antriebswelle übertragen wird. Dabei ist der Freilauf in das Stirnradgetriebe integriert. Wenn die Brennkraftmaschine gestartet ist und selbst ein Drehmoment erzeugt, kann mit Hilfe des Freilaufs verhindert werden, dass Drehmoment von der Brennkraftmaschine auf den Startermotor übertragen wird und dass es dabei zu einer Beschädigung des Startermotors kommt. Eine solche Ausführung ist besonders platzsparend, insbesondere in axialer Richtung, da der nötige Bauraum des Freilaufs mit dem eines Getriebes verknüpft werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Starvorrichtung bereit, um auf besonders effektive und flexible Weise ein Drehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine bereitstellen und übertragen zu können. Die konkrete Ausgestaltung ermöglicht es, das von dem Startermotor erzeugte Drehmoment flexibel und mit einer erwünschten Über- oder Untersetzung auf die Kurbelwelle zu übertragen und ein gewünschtes Drehmoment zum Starten der Brennkraftmaschine bereitzustellen. Gleichzeitig wird durch den Einsatz von mehreren Wellen axial wenig Platz benötigt, was die Anordnung der Startvorrichtung im Motorraum vereinfacht. Insbesondere findet eine Trennung von Antriebswelle und Abtriebswelle statt, was eine für beide jeweils abgestimmte Lagerung ermöglicht.
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Insbesondere ist die Abtriebswelle nicht koaxial zu der Antriebswelle angeordnet. Zweckmäßigerweise ist jedoch die Abtriebswelle parallel oder zumindest im Wesentlichen parallel zu der Antriebswelle angeordnet. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind somit zweckmäßigerweise nicht axial fluchtend bzw. nicht „hintereinander“ angeordnet, sondern insbesondere radial versetzt zueinander bzw. „nebeneinander“.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die elektrische Maschine bzw. deren Motorwelle über ein Getriebe mit der Antriebswelle verbunden, besonders bevorzugt über ein Planetengetriebe. Das von dem Startermotor erzeugte Drehmoment kann somit besonders flexibel und effektiv auf die Antriebswelle übertragen werden. Alternativ kann jedoch die Motorwelle auch direkt mit der Antriebswelle verbunden sein bzw. diese sein.
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Insbesondere stellt ein Zahnrad des Stirnradgetriebes ein äußeres Freilaufbauteil (z.B. Außenring) dar oder ist mit diesem drehfest verbunden, wobei das äußere Freilaufbauteil mit einem inneren Freilaufbauteil (z.B. Innenring) über Freilaufelemente wie z.B. Klemmkörper verbunden ist. Das innere Freilaufbauteil kann insbesondere mit der Antriebswelle oder der Abtriebswelle oder auch einer weiteren Welle, beispielsweise einer Zwischenwelle drehfest verbunden sein.
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Eine besonders platzsparende Variante wird erreicht, wenn der Freilauf in ein durch ein erstes auf der Antriebswelle angeordnetes bzw. mit der Antriebswelle drehfest verbundenes Zahnrad und ein zweites auf der Abtriebswelle angeordnetes bzw. mit der Abtriebswelle drehfest verbundenes Zahnrad gebildete Stirnradgetriebe integriert ist. Bevorzugt ist eine Größe bzw. ein Durchmesser des ersten Zahnrads größer als eine Größe bzw. ein Durchmesser des zweiten Zahnrads. Je nach Größe bzw. Dimensionierung der einzelnen Zahnräder relativ zueinander kann besonders zweckmäßig ein Verhältnis der jeweiligen Drehmomentübertragung flexibel eingestellt bzw. vorgegeben werden.
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Vorzugsweise ist neben Antriebswelle und Abtriebswelle noch wenigstens eine Zwischenwelle vorgesehen, die jeweils über Getriebe, wie z.B. Stirnradgetriebe mit Zahnrädern oder auch andere Getriebearten, mit der Antriebswelle und/oder Abtriebswelle gekoppelt ist. Dadurch lässt sich insbesondere die Über- oder Untersetzung wie gewünscht einstellen. Insbesondere weist die Startvorrichtung genau drei Wellen auf, d.h. Antriebswelle, Abtriebswelle und eine Zwischenwelle. Durch den Einsatz von drei Wellen wird axial wenig Platz benötigt, was die Anordnung der Startvorrichtung im Motorraum vereinfacht. Der Freilauf ist dann insbesondere in ein (erstes) Getriebe zwischen Antriebswelle und Zwischenwelle oder in ein (zweites) Getriebe zwischen Zwischenwelle und Abtriebswelle integriert. Je nach Größe bzw. Dimensionierung der einzelnen Getriebeelemente, insbesondere Zahnräder, relativ zueinander kann besonders zweckmäßig ein Verhältnis der jeweiligen Drehmomentübertragung flexibel eingestellt bzw. vorgegeben werden.
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Vorzugsweise weist das erste Getriebe das erste und ein drittes, auf der Zwischenwelle angeordnetes bzw. mit der Zwischenwelle drehfest verbundenes Zahnrad auf, und das zweite Getriebe weist das zweite Zahnrad und ein viertes, auf der Zwischenwelle angeordnetes bzw. mit der Zwischenwelle drehfest verbundenes Zahnrad auf. Bevorzugt ist eine Größe bzw. ein Durchmesser des ersten Zahnrads kleiner als eine Größe bzw. ein Durchmesser des dritten Zahnrads und/oder eine Größe bzw. ein Durchmesser des zweiten Zahnrads kleiner als eine Größe bzw. ein Durchmesser des vierten Zahnrads. Bevorzugt ist eine Größe bzw. ein Durchmesser des dritten Zahnrads größer als eine Größe bzw. ein Durchmesser des vierten Zahnrads.
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Insbesondere sind Antriebswelle, Abtriebswelle und Zwischenwelle jeweils paarweise nicht koaxial zueinander, zweckmäßigerweise jedoch paarweise parallel zueinander angeordnet. Somit wird insbesondere eine besonders platzsparende und effektive, aber dennoch robuste Anordnung der einzelnen Elemente der Startvorrichtung in einem entsprechenden Gehäuse ermöglicht.
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Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist eine Kurbelwelle auf, welche mit einem Drehmomentaufnahmeelement, z.B. einer Riemenscheibe bzw. Kurbelwellenriemenscheibe, insbesondere drehfest verbunden ist. Das Drehmomentabgabeelement der Startvorrichtung ist mit dem Drehmomentaufnahmeelement drehmomentübertragend gekoppelt, beispielsweise direkt oder über eine Kette oder einen Riemen wie einen Zahn-, Keil- oder Keilrippenriemen. Insbesondere befindet sich das Drehmomentabgabeelement der Startvorrichtung ständig in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle und dreht sich ständig mit dieser mit.
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Vorteile und Ausgestaltunggen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ergeben sich aus der obigen Beschreibung der erfindungsgemäßen Startvorrichtung in analoger Weise.
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Vorteilhafterweise ist der Riemen ferner mit einer Riemenspannvorrichtung und/oder mit einem oder mehreren Nebenaggregaten gekoppelt, beispielsweise mit einem Lüfter, einem Kompressor, einer Hydraulikpumpe, einer Wasserpumpe, einer Klimaanlage, einer Servolenkung usw. Es versteht sich, dass in dem Riementrieb noch weitere Elemente vorgesehen und mit dem Riemen gekoppelt sein können, beispielsweise Spann- und Umlenkrollen usw.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung als ein Blockschaltbild.
- 2 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.
- 3 zeigt schematisch eine weitere bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung als ein Blockschaltbild.
- 4 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung in einer Seitenansicht.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder baugleiche Elemente und werden zur Vermeidung von Wiederholungen nicht gesondert erläutert.
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In 1 ist eine bevorzugte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 100 für eine Brennkraftmaschine 300 als ein schematisches Blockschaltbild dargestellt.
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Die Startvorrichtung 100 weist eine elektrische Maschine bzw. einen Startermotor 110 auf, deren angetriebene Motorwelle über ein Getriebe 120, insbesondere ein Planetengetriebe, mit einer Antriebswelle 131 verbunden ist. Ein von dem Startermotor 110 erzeugtes Drehmoment kann über das Planetengetriebe 120 - mit einer erwünschten Über- bzw. Untersetzung - auf die Antriebswelle 131 übertragen werden, um diese in Drehbewegung zu versetzen. Die Antriebswelle 131 ist dabei einenends in einem Lager 171 drehbar gelagert.
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Auf der Antriebswelle 131 ist ein erstes Zahnrad 141 angeordnet und drehfest mit der Antriebswelle 131 verbunden. Das erste Zahnrad 141 ist mit einem dritten Zahnrad 142 gekoppelt, welches auf einer Zwischenwelle 132 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden ist. Über diese beiden Zahnräder 141, 142, welche ein Strinradgetriebe bilden, kann ein Drehmoment der Antriebswelle 131 auf die Zwischenwelle 132 übertragen werden. Die Zwischenwelle 132 ist dabei in zwei Lagern 172, 173 drehbar gelagert.
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Auf der Zwischenwelle 132 ist ferner ein viertes Zahnrad 143 angeordnet, welches mit einem zweiten Zahnrad 144 gekoppelt ist und mit diesem ein Strinradgetriebe bildet. Das zweite Zahnrad 144 ist auf einer Abtriebswelle 133 angeordnet und drehfest mit dieser verbunden. Die Abtriebswelle 133 ist in zwei Lagern 174, 175 drehbar gelagert.
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Das vierte Zahnrad 143 ist Bestandteil eines Freilaufs 150 auf der Zwischenwelle 132, so dass ein Drehmoment über den Freilauf 150 und das zweite Zahnrad 144 von der Zwischenwelle 132 auf die Abtriebswelle 133 übertragen werden kann, aber nicht von der Abtriebswelle 133 auf die Zwischenwelle 132. Das vierte Zahnrad 143 kann gleichzeitig ein Außenring des Freilaufs sein oder mit diesem drehfest verbunden sein. Ein Innenring des Freilaufs ist mit der Zwischenwelle 132 drehfest verbunden. Zwischen Innenring und Außenring können Klemmkörper in entsprechenden sich verjüngenden Aussparungen angeordnet sein. Der Freilauf in ein Stirnradgetriebe aus den Zahnrädern 143 und 144 integriert.
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Auf der Abtriebswelle 133 ist ferner eine Riemenscheibe bzw. eine Starterriemenscheibe 160 als Drehmomentabgabeelement angeordnet und mit einem Riemen 200 gekoppelt, beispielsweise einem Keilrippenriemen. Dieser Riemen 200 ist ferner mit einer Riemenscheibe bzw. einer Kurbelwellenriemenscheibe 320 als Drehmomentaufnahmeelement gekoppelt, welche drehfest mit einer Kurbelwelle 310 der Brennkraftmaschine 300 verbunden ist.
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Über die einzelnen Zahnräder 141, 142, 143, 144 und Wellen 131, 132, 133 kann das von dem Startermotor 110 erzeugte Drehmoment auf den Riemen 200 und somit auf die Kurbelwelle 310 übertragen werden, um die Brennkraftmaschine 300 zu starten. Wenn die Brennkraftmaschine 300 gestartet ist und diese selbst Drehmoment erzeugt, wird durch den Freilauf 150 verhindert, dass ein Drehmoment umgekehrt von der Brennkraftmaschine 300 auf den Startermotor 110 übertragen wird. Jedoch befindet sich die Starterriemenscheibe 160 ständig in Wirkverbindung mit der Kurbelwelle und dreht sich ständig mit dieser mit.
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Durch die spezielle Dimensionierung der einzelnen Zahnräder 141, 142, 143, 144 kann zweckmäßigerweise ein bestimmtes Über-/Untersetzungsverhältnis für das zu übertragene Drehmoment eingestellt werden. Besonders zweckmäßig ist das erste Zahnrad 141 kleiner und besitzt einen geringeren Durchmesser als das dritte Zahnrad 142. Das vierte Zahnrad 143 besitzt zweckmäßigerweise einen kleineren Durchmesser als das dritte Zahnrad 142 und einen größeren Durchmesser als das zweite Zahnrad 144.
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Die Wellen 131, 132, 133 sind jeweils nicht koaxial zueinander, sondern parallel bzw. zumindest im Wesentlichen parallel angeordnet. Der Startermotor 100 und die Starterriemenscheibe 160 sind somit nicht koaxial bzw. nicht „hintereinander“ angeordnet, sondern insbesondere radial versetzt zueinander bzw. „nebeneinander“. Somit wird insbesondere eine besonders platzsparende und effektive Anordnung der einzelnen Elemente der Startvorrichtung in einem entsprechenden Gehäuse 101 bei gleichzeitig optimaler Lagerung ermöglicht.
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2 zeigt die Startvorrichtung 100 in einer perspektivischen Ansicht. Wie zu erkennen ist, können durch die parallele, nicht koaxiale Anordnung der Wellen 131, 132, 133 die einzelnen Elemente der Startvorrichtung platzsparend in dem Gehäuse 101 angeordnet werden. An dem der Riemenscheibe 160 abgewandten Ende der Welle 133 ist ein Magnetschalter erkennbar, der die Bestromung des Startermotors 110 steuert.
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In 3 ist eine weitere Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 100' als ein schematisches Blockschaltbild dargestellt. Im Unterschied zu der Startvorrichtung 100 aus den 1 und 2 weist die Startvorrichtung 100' nur eine Antriebswelle 131 und eine Abtriebswelle 133 auf, jedoch keine Zwischenwelle. Dementsprechend wirken das erste Zahnrad 141 und das zweite Zahnrad 144 direkt zusammen. Hier ist nun das zweite Zahnrad 144 Teil des Freilaufs 150, z.B. dessen Außenring. Wiederum ist der Freilauf in ein Stirnradgetriebe integriert.
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4 zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 300 mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 100 in einer Seitenansicht. Neben der Startvorrichtung 100 sind noch weitere Elemente in dem Riementrieb vorgesehen und mit dem Riemen 200 gekoppelt, beispielsweise eine Riemenspannvorrichtung 410 sowie Nebenaggregate 420, z.B. ein Lüfter, ein Kompressor, eine Hydraulikpumpe, eine Wasserpumpe, eine Klimaanlage, eine Servolenkung usw.
