DE1272635B

DE1272635B - Electric turning device for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1272635B
Application number: DEC29734A
Authority: DE
Inventors: Alec Harry Seilly
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1962-04-26
Filing date: 1963-04-24
Publication date: 1968-07-11

Description

Elektrische Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen Elektrische Andrehvorrichtungen für Brennkraft-Maschinen, die mit einem Elektromotor angetrieben werden, sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Insbesondere ist eine Andrehvorrichtung bekannt, bei der der Rotor des Elektromotors eine Hohlwelle besitzt. In dieser Hohlwelle ist ein Schaft, an dessen einem Ende ein in einen Zahnkranz einer Brennkraftmaschine einrückbares Andrehritzel befestigt ist, über ein Steilgewinde drehbar und axial verschiebbar gelagert. Die von dem Rotor zum Antrieb des Ritzels auf den Zahnkranz zu übertragende Antriebskraft wird durch eine Lamellenkupplung von dem Rotor auf die Welle des Ritzels übertragen. Diese bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß zwischen dem Rotor und dem Ritzel kein flexibles Torsionsglied zwischengeschaltet ist. Eine Beschädigung der Übertragungselemente läßt sich bei dieser Ausführungsform nur dadurch vermeiden, daß die Lamellenkupplung bei hohen überlastungen oder Torsionsstößen rutscht. Wird die Kupplung aber so eingestellt, daß sie bei Torsionsstößen rutschen kann, dann kann sie nur beschränkt Drehmomente übertragen.Electric turning device for internal combustion engines Electric Starting devices for internal combustion engines driven by an electric motor are known in a variety of embodiments. In particular, is a Starting device known in which the rotor of the electric motor has a hollow shaft. In this hollow shaft is a shaft, at one end of which is a gear ring an internal combustion engine engageable starter pinion is attached via a coarse thread rotatable and axially displaceable. The one from the rotor to drive the pinion The drive force to be transmitted to the ring gear is provided by a multi-plate clutch transmitted from the rotor to the shaft of the pinion. This known device has the disadvantage that there is no flexible torsion member between the rotor and the pinion is interposed. Damage to the transmission elements can occur only avoid this embodiment that the multi-plate clutch at high overloads or torsional shocks slips. But if the clutch is adjusted so that it can slip in the event of torsional impacts, then it can only have limited torques transfer.

Bei einer anderen bekanntgewordenen Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen ist ein elastischer, zusammendrückbarer Gummikörper vorgesehen, dessen einander gegenüberliegende Enden eine als Gummiring ausgebildete Antriebsverbindung bilden. Dämpfungseinrichtungen aus Gummi weisen den grundsätzlichen Nachteil auf, daß sie unzuverlässig sind und daß die beim Gleiten auftretende Wärme die Gummikörper mit der Zeit zerstört. Die Lebensdauer einer derartigen Andrehvorrichtung ist daher sehr kurz.In another known starting device for internal combustion engines an elastic, compressible rubber body is provided, each of which opposite ends form a drive connection designed as a rubber ring. Damping devices made of rubber have the fundamental disadvantage that they are unreliable and that the heat generated when sliding the rubber body with destroyed by time. The service life of such a turning device is therefore very short.

Bei einer weiteren Andrehvorrichtung ist die Motorwelle und die Ritzelwelle aus einem Stück hergestellt und der Anker des Motors außerdem noch in axialer Richtung verschiebbar angeordnet. Auf Grund dieser Konstruktion ergibt sich eine sehr langgestreckte Andrehvonichtung, die für normale Kraftfahrzeuge nicht geeignet ist.Another starting device is the motor shaft and the pinion shaft made of one piece and the armature of the motor also in the axial direction arranged displaceably. Due to this construction, there is a very elongated one Turning device that is not suitable for normal motor vehicles.

Auch eine andere Andrehvorrichtung, bei der die Welle zum Antrieb des Ritzels außerhalb des Elektromotors angeordnet ist, ist wegen des großen Durchmessers der Andrehvorrichtung für den Einsatz bei Kraftfahrzeugen praktisch nicht brauchbar.Also another turning device where the shaft is the drive of the pinion is arranged outside of the electric motor is because of the large diameter the turning device practically unusable for use in motor vehicles.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Andrehvorrichtung für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die kompakt gebaut ist, große Drehmornente übertragen kann und in der Lage ist, Belastungsstöße abzufangen.The object of the present invention is to provide a turning device to create for motor vehicles, which is compact, transmit large torques can and is able to absorb shock loads.

Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Elektromotor, dessen Rotor eine Hohlwelle besitzt, mit einem Andrehritzel, das über ein Steilgewinde drehbar und axial verschiebbar mit dem Rotor verbunden ist und in einen auf der Welle der Brennkraftinaschine angeordneten Zahnkranz einrückbar ist. Die Erfindung besteht darin, daß in der Hohlwelle eine relativ torsionselastische Andrehwelle angeordnet ist, die an ihrem dem Andrehritzel abgewandten Ende mit der Hohlwelle über axial sich erstreckende Nuten und Federn fest verbunden und an der dem Andrehritzel zugewandten Seite des Rotors in der Hohlwelle lose geführt ist und die an ihrem, an dieser Seite über den Rotor hinausragenden Teil in bekannter Weise das Steilgewinde zur Aufnahme einer mit dem Andrehritzel fest verbundenen Schraubhülse aufweist. Mit einer derartigen Andrehvorrichtung ist es möglich, trotz kompakter Bauweise hohe Antriebskräfte zu übertragen. Der Erfindungsgegenstand ist aber auch so ausgebildet, daß er auf Grund der torsionselastischen Andrehwelle Belastungsstöße auffangen kann.The invention relates to a cranking device for internal combustion engines with an electric motor, the rotor of which has a hollow shaft, with a starter pinion, which is rotatably and axially displaceably connected to the rotor via a coarse thread is and can be engaged in a ring gear arranged on the shaft of the internal combustion engine is. The invention consists in that in the hollow shaft a relatively torsionally elastic Starting shaft is arranged, which at its end facing away from the starting pinion with the Hollow shaft firmly connected via axially extending grooves and springs and on the the side of the rotor facing the starting pinion is loosely guided in the hollow shaft and the part that protrudes beyond the rotor on this side is known Way, the coarse thread to accommodate a firmly connected to the starter pinion Has screw sleeve. With such a turning device it is possible, despite compact design to transmit high driving forces. The subject of the invention is but also designed so that it is due to the torsionally elastic starting shaft load shocks can catch.

Nach einem Vorschlag der Erfindung weist zweckmäßigerweise die Andrehwelle innerhalb der Hohlwelle einen eingeschnürten Teil und einen mit Keilnuten versehenen Endteil auf, der in einen mit inneren Keilnuten versehenen Endteil der Hohlwelle eingreift. Mit dieser Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird sichergestellt, daß die Andrehvorrichtung sowohl hohe Drehmoinente übertragen kann als auch Belastungsstöße auffängt. Zur drehfesten und axial verschiebfesten Verbindung zwischen der Andrehwelle und der Hohlwelle weisen die Keilnuten einen sehr großen Steigungswinkel auf.According to a proposal of the invention, the starting shaft expediently has inside the hollow shaft a constricted part and one provided with keyways End portion, which is provided with an inner splined end portion of the hollow shaft intervenes. With this design of the subject matter of the invention it is ensured that the turning device can transmit both high torques and load shocks catches. For a non-rotatable and axially movable connection between The splines of the starting shaft and the hollow shaft have a very large helix angle on.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigt F i g. 1 den Erfindungsgegenstand in Seitenansicht und im Querschnitt aus der Sicht der in F i g. 2 eingetragenen Schnittlinie 1-1 und F i g. 2 den Gegenstand nach F i g. 1 in Endansicht und im Querschnitt aus der Sicht der in F i g. 1 eingetragenen Pfeile 2-2.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing showing an exemplary embodiment. In detail, FIG. 1 shows the subject matter of the invention in a side view and in cross section from the perspective of the FIG. 2 entered section line 1-1 and F i g. 2 the subject of FIG. 1 in end view and in cross section from the perspective of the FIG . 1 registered arrows 2-2.

In den Zeichnungen ist ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse 10 gezeigt, in dem die Statorwicklung 11 eine Elektromotors untergebracht ist. Der Rotor 12 dieses Motors ist auf einer Hohlwelle 13 befestigt, die eine lange Andrehwelle 14 umgibt. Ein Ende der Hohlwelle 13 endet gleich lang mit dem benachbarten Ende des Rotors 12 (nachstehend als Vorderende bezeichnet), während das hintere Ende der Hohlwelle 13 sich über das hintere Ende des Rotors 12 hinaus erstreckt und einen Kommutator 15 trägt. Außerdem umgibt das hintere Ende der Hohlwelle 13 eine Lagerbüchse 16, die durch einen zentrischen Zapfen 17 getragen wird. Der Zapfen 17 erstreckt sich nach vom durch das Innere einer Haube 18, die einen hinteren Abschluß für das Gehäuse 10 bildet.In the drawings, a substantially cylindrical housing 10 is shown, in which the stator winding 11 of an electric motor is housed. The rotor 12 of this motor is mounted on a hollow shaft 13 which surrounds a long starting shaft 14. One end of the hollow shaft 13 ends with the same length as the adjacent end of the rotor 12 (hereinafter referred to as the front end), while the rear end of the hollow shaft 13 extends beyond the rear end of the rotor 12 and carries a commutator 15. In addition, the rear end of the hollow shaft 13 surrounds a bearing bush 16 which is carried by a central pin 17 . The pin 17 extends forward through the interior of a hood 18 which forms a rear closure for the housing 10 .

Das hintere Ende der Andrehwelle 14 enthält Keilnuten, die mit einem sehr großen Steigungswinkel angeordnet sind und die mit den Keilnuten in der Hohlwelle 13 im Eingriff stehen, so daß sowohl eine relative axiale Verschiebung als auch eine Drehbewegung verhütet werden. Die Andrehwelle 14 erstreckt sich mit einer beträchtlichen Länge über das Vorderende des Rotors 12 nach vom hinaus und bildet eine Verlängerung 14 a. Sie ist am vorderen Ende in einem Vorderlager 19 gelagert, das in einem den vorderen Teil des Gehäuses 10 abschließenden Dekkel 20 angeordnet ist. Innerhalb des Mittelteiles des Rotors 12 ist in axialer Richtung die Andrehwelle 14 derart eingeschnürt, daß ein Zwischenraum zwischen der Hohlwelle 13 und der Andrehwelle 14 geschaffen wird, wodurch die Andrehwelle 14 sehr torsionselastisch wird.The rear end of the turning shaft 14 contains splines which are arranged at a very large pitch angle and which are in engagement with the splines in the hollow shaft 13 , so that both relative axial displacement and rotational movement are prevented. The turning shaft 14 extends with a considerable length over the front end of the rotor 12 to the addition and forms an extension 14 a. It is mounted at the front end in a front bearing 19 which is arranged in a cover 20 closing off the front part of the housing 10. Within the central part of the rotor 12, the starting shaft 14 is constricted in the axial direction in such a way that a gap is created between the hollow shaft 13 and the starting shaft 14, whereby the starting shaft 14 becomes very torsionally elastic.

Ein Teil der Verlängerung 14a zwischen dem Vorderlager 19 und dem Rotor 12 ist als Steilgewinde mit einem Steigungswinkel von annähernd 6011 ausgebildet. Dieser Teil der Welle steht im Eingriff mit einer mit entsprechendem Steilgewinde versehenen Schraubhülse 21, die die Verlängerung 14 a umgibt. Auf dem vorderen Ende der Schraubhülse 21 ist ein Andrehritzel 22 vorgesehen, das durch Axialverschiebung in Eingriff mit einem Zahnkranz 23 des Motors gebracht wird.Part of the extension 14a between the front bearing 19 and the rotor 12 is designed as a coarse thread with a pitch angle of approximately 6011. This part of the shaft is in engagement with a screw sleeve 21 which is provided with a corresponding coarse thread and which surrounds the extension 14 a. On the front end of the screw sleeve 21, a starter pinion 22 is provided, which is brought into engagement with a ring gear 23 of the motor by axial displacement.

Die Keilnuten auf dem Ende der Andrehwelle 14 sind gegenüber der Achse der Andrehwelle 14 geneigt, und die Keilnuten auf dem inneren Umfang der Hohlwelle 13 sind so ausgebildet, daß sie genau axial verlaufen. Infolge dieser Anordnung wird, wenn sich die Andrehwelle 14 im Eingriff mit der Hohlwelle 13 befindet, ein sehr dichter Sitz zwischen den Keilnuten der Andrehwelle 14 und der Hohlwelle 13 geschaffen, der genügt, um jede axiale Bewegung dieser beiden Teile im Betrieb zu verhindern.The splines on the end of the cranking shaft 14 are inclined with respect to the axis of the cranking shaft 14, and the splines on the inner circumference of the hollow shaft 13 are formed so that they are exactly axially. As a result of this arrangement, when the turning shaft 14 is in engagement with the hollow shaft 13 , a very tight fit between the splines of the turning shaft 14 and the hollow shaft 13 is created, which is sufficient to prevent any axial movement of these two parts during operation.

In dem Deckel 20 ist die Wicklung 24 eines Solenoids angeordnet. Der Anker 25 des Solenoids, der nach'rückwärts durch eine Spiraldruckfeder 26 vorgespannt ist, umgibt die Schraubenhülse 21 und ist als zylindrisches Rohr ausgebildet, das innen einen Absatz 25 a aufweist. Eine Ringscheibe 27 wird normalerweise gegen den Absatz 25 a mittels einer Spiraldruckfeder 26 angepreßt, die sich mit ihrem anderen Ende an einem Anschlag an dem hinteren Ende des Ankers 25 abstützt. Ferner liegt die innere Kante der Ringscheibe 27 an einen Anschlagring 29 an, der auf der Schraubenhülse 21 vorgesehen ist, wenn der Anker 25 gegen die Wirkung der Spiraldruckfeder 26 in die Wicklung 24 des Solenoids hineingezogen wird.The winding 24 of a solenoid is arranged in the cover 20. The armature 25 of the solenoid, which is biased backwards by a spiral compression spring 26 , surrounds the screw sleeve 21 and is designed as a cylindrical tube which has a shoulder 25 a on the inside. An annular disk 27 is normally pressed against the shoulder 25 a by means of a spiral compression spring 26 which is supported with its other end on a stop at the rear end of the armature 25 . Furthermore, the inner edge of the annular disk 27 rests against a stop ring 29 which is provided on the screw sleeve 21 when the armature 25 is drawn into the winding 24 of the solenoid against the action of the spiral compression spring 26.

Den hinteren Teil der Schraubhülse 21 umgibt ein Kragen 37, der durch eine Spiraldruckfeder 38 nach vorn gepreßt wird, die zwischen dem Kragen 37 und einem Anschlagring auf der Schraubhülse 21 angeordnet ist, Die Innenfläche des Kragens 37 läuft nach vorn glockenförmig aus. In der Glocke des Kragens 37 liegen mit Abstand zueinander mehrere Kugeln 39, die innerhalb entsprechender Bohrungen in der Schraubhülse 21 angeordnet sind. Wenn sich die Schraubhülse 21 in ihrer rückwärtigen Stellung befindet, werden die Kugeln 39 durch den Kragen 37 in Eingriff mit einer Ringnut 40 auf der Andrehwelle 14 gehalten, um das Andrehritzel 22 gegen einen unbeabsichtigten Eingriff mit dem Schwungrad 23 zu schützen.The rear part of the screw sleeve 21 is surrounded by a collar 37 which is pressed forwards by a helical compression spring 38 which is arranged between the collar 37 and a stop ring on the screw sleeve 21. The inner surface of the collar 37 tapers off towards the front in a bell shape. In the bell of the collar 37 there are several balls 39 at a distance from one another, which are arranged within corresponding bores in the screw sleeve 21. When the screw sleeve 21 is in its rearward position, the balls 39 are held by the collar 37 in engagement with an annular groove 40 on the starting shaft 14 in order to protect the starting pinion 22 from inadvertent engagement with the flywheel 23 .

Indessen werden in der vorderen Stellung der Schraubhülse 21 Kugeln durch den Kragen in eine entsprechende Anzahl von Aussparungen 41 in der Welle gedrückt, um das Andrehritzel 22 gegen eine vorzeitige Loslösung von dem Zahnkranz 23 zu sichern.Meanwhile, in the front position of the screw sleeve 21 balls are pressed through the collar into a corresponding number of recesses 41 in the shaft in order to secure the starting pinion 22 against premature detachment from the ring gear 23 .

Die Andrehvorrichtung arbeitet auf folgende Weise: Um den Motor anzulassen, wird mittels eines entfernt angeordneten Schalters ein Stromkreis, in dem eine Spannungsquelle und die Wicklung 24 des Solenoids liegt, geschlossen. Die auf diese Weise erregte Solenoidwicklung 24 zieht den Anker 25 gegen die Wirkung der Spiraldruckfeder 26 nach vom. Während dieser Bewegung des Ankers 25 bewirkt die Anlage der Ringscheibe 27 an dem Anschlagring 29, daß die Schraubhülse 21 nach vom bewegt wird, um teilweise das Andrehritzel 22 mit dem Zahnkranz 23 in Eingriff zu bringen. Während dieser axialen Verschiebung wird das Ritzel 22 gleichzeitig durch das Steilgewinde der im Eingriff stehenden Schraubhülse 21 und Andrehwelle 14 gedreht. Wenn der Anker 25 vollständig in die Wicklung 24 hineingezogen worden ist, werden die Schalterkontakte 36, 36a geschlossen und der Elektromotor in Bewegung gesetzt, so daß das Andrehritzel 22 in vollen Eingriff mit dem Zahnkranz 23 durch die Wirkung des Steilgewindes gebracht wird.The cranking device works in the following way: To start the engine, a circuit in which a voltage source and the winding 24 of the solenoid is located is closed by means of a remotely arranged switch. The solenoid winding 24 excited in this way pulls the armature 25 against the action of the compression coil spring 26 to the front. During this movement of the armature 25 , the bearing of the ring disk 27 on the stop ring 29 causes the screw sleeve 21 to be moved forward in order to partially bring the starting pinion 22 into engagement with the ring gear 23. During this axial displacement, the pinion 22 is rotated at the same time by the coarse thread of the engaged screw sleeve 21 and turning shaft 14. When the armature 25 has been completely drawn into the winding 24, the switch contacts 36, 36a are closed and the electric motor is set in motion so that the starting pinion 22 is brought into full engagement with the ring gear 23 by the action of the coarse thread.

Für den Fall, daß einer der Zähne des Andrehritzels 22 gegen einen Zahn des Zahnkranzes 23 Ende gegen Ende zusammenstößt, kann der Anker 25 trotzdem voll in die Windung hineingezogen werden auf Grund der axialen Bewegungsmöglichkeit der Ringscheibe 27 gegen die Wirkung der Spiraldruckfeder 28. Auf diese Weise wird der Motor angelassen und bewirkt, daß das Andrehritzel 22 gedreht wird, bis ein teilweiser Eingriff durch die Wirkung der Spiraldruckfeder 28 bewirkt wird, worauf der volle Eingriff, durch das Steflgewinde erfolgt.In the event that one of the teeth of the starter pinion 22 collides with a tooth of the ring gear 23 end to end, the armature 25 can still be fully drawn into the winding due to the axial movement of the annular disk 27 against the action of the spiral compression spring 28 Thus, the engine is started and caused that the starting pinion 22 is rotated until a partial engagement is effected by the action of the compression coil spring 28 , whereupon the full engagement takes place through the steel thread.

Wenn nun der Motor läuft und der entfernt angeordnete Schalter geöffnet wird, kehrt der Anker 25 unter der Wirkung der Spiraldruckfeder 26 in seine Ausgangsstellung zurück und drückt den Kragen 37 von dem Andrehritzel 22 weg, so daß die Kugeln aus den Aussparungen 41 herausgedrückt werden. Zur gleichen Zeit werden die Kontakte 36, 36 a geöffnet, und das Ritzel wird außer Eingriff mit dem Zahnkranz 23, und zwar teilweise durch die Wirkung der Spiraldruckfeder 26, die auf die Schraubhülse 21 über den Anker 25, die Ringscheibe 27 und den Kragen 37 wirkt, und teilweise durch die Wirkung des Steilgewindes, gebracht. Wenn die Schraubhülse 21 voll auf ihre Ausgangsstellung zurückgekehrt ist, greifen die Kugeln 39 wieder in die Ringnut 40 in der Welle ein, um einen versehentlichen Wiedereingriff des Andrehritzels 22 mit dem Zahnkranz 23 zu verhindern.If the motor is now running and the remote switch is opened, the armature 25 returns to its starting position under the action of the compression coil spring 26 and pushes the collar 37 away from the starter pinion 22 so that the balls are pushed out of the recesses 41. At the same time, the contacts 36, 36 a are opened, and the pinion is disengaged from the ring gear 23, partially through the action of the compression coil spring 26, which acts on the screw sleeve 21 via the armature 25, the annular disk 27 and the collar 37 works, and partly through the effect of the high helix thread. When the screw sleeve 21 has fully returned to its starting position, the balls 39 again engage in the annular groove 40 in the shaft in order to prevent accidental re-engagement of the starting pinion 22 with the ring gear 23.

Claims

Claims: 1. Electric starting device for internal combustion engines with an electric motor, the rotor of which forms a hollow shaft, with a starting pinion which is rotatably and axially displaceably connected to the rotor via a coarse thread and can be engaged in a ring gear arranged on the shaft of the internal combustion engine, characterized that in the hollow shaft (13) a relatively torsionally elastic starting shaft (14) is arranged, which is firmly connected at its end remote from the starting pinion (22) to the hollow shaft (13) via axially extending grooves and springs and on the side facing the starting pinion of the rotor is loosely guided in the hollow shaft and which on its part (14a) protruding on this side beyond the rotor (12) has, in a known manner, the coarse thread for receiving a screw sleeve (21) firmly connected to the starter pinion (22).

2. Electrical cranking device according to claim 1, characterized in that the cranking shaft (14) within the hollow shaft (13) has a constricted part and an end part provided with splines which engages in an end part of the hollow shaft (13) provided with inner splines. 3. Electrical turning device according to claim 1 or 2, characterized in that the keyways have a very large pitch angle.

Considered publications-German Patent Specifications Nos. 1078 813, 702 094; French Patent No. 1260 093; U.S. Patent No. 1705,252.