DE19648889A1 - Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Andrehvorrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1. Bei derartigen Andrehvorrichtungen wird der Zahnkranz vom Ritzel über den Startermotor, das Vorgelegegetriebe und eine Freilaufkupplung angetrieben. Die Hauptfunktion der Freilaufkupplung liegt in der mechanischen Entkopplung von Brennkraftmaschine und Startermotor. In der Hochlaufphase der Brennkraftmaschine ist eine mechanische Entkopplung notwendig, wenn diese sich über die Starterdreh­ zahl beschleunigt.

In der Durchdrehphase des Startvorgangs tritt als uner­ wünschter Nebeneffekt das periodische Öffnen und Schließen der Freilaufkupplung aufgrund von Kompressions- und Dekom­ pressionsphasen in der Brennkraftmaschine (Gasfederkonstante) auf. Dieser Effekt ist - bezogen auf die Ritzelwelle - abhängig vom Trägheitsmoment des Starter­ motors, vom Trägheitsmoment der Brennkraftmaschine, vom An­ triebsmoment des Startermotors und vom Lastmoment der Kur­ belwelle.

Durch die innere Übersetzung im Vorgelegegetriebe ergeben sich höhere bezogene Starterträgheitsmomente. Im Freilaufge­ triebe ergibt sich folglich eine vergrößerte Öffnungsphase. In Abhängigkeit von der Temperatur nimmt bei zunehmender Starttemperatur unter anderem das Kurbelwellenreibmoment ab. Das Gasfedermoment dagegen steigt bei zunehmender Starttem­ peratur. Im Antriebsstrang des Starters treten also Last­ wechsel auf (Losedurchlauf bei Öffnen und Schließen der Freilaufkupplung, Stoppschlag, Rückzündungen), die Zahnflan­ kenstöße hervorrufen. Als weitere Folge ergeben sich zusätz­ lich unerwünschte Geräuschemissionen, Ritzelverschleiß sowie mechanische Überbeanspruchung von Bauteilen im Antriebs­ strang (Ritzel, Anschlagring, Antriebslager, Abtriebswelle, Freilauf, Vorgelege), die sich ebenfalls negativ auf die Starterlebensdauer auswirken. Abhängig sind Zahnflankenstöße im wesentlichen von den umgerechneten Trägheitsmomenten von Starter und Kurbelwelle, der Steifigkeit im Antriebsstrang, den Differenzwinkelgeschwindigkeiten bei Eingriff und An­ legen der Arbeitsflanken sowie den tatsächlichen umgerechne­ ten Antriebs- und Lastenmomenten.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es aus der DE-OS 32 25 957 bekannt, zur Dämpfung von Stößen im An­ triebsstrang drei radial auf dem Umfang des Hohlrades aufge­ setzte Dämpfungsgummis aus Kautschuk zur elastischen Hohl­ radabstützung einzusetzen. Dämpfungselemente dieser Art werden auf Druck beansprucht und weisen in der bekannten Form eine stark progressive Kennlinie auf, d. h. die Dämp­ fungsgummis werden schon bei minimalem Verformungsweg zu hart und bieten damit eine nicht ausreichende Dämpfung im Antriebsstrang. Bei hohen Drehmomenten (Starterleistungen) wird bei akzeptabler Dimensionierung der Dämpfungsgummis die zulässige Flächenpressung des Kautschuks bei radialer Anord­ nung und Druckbeanspruchung überschritten.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Andrehvorrichtung mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, daß das auf Verdrehschub beanspruchte Dämpfungselement in axialer Anordnung im Antriebsstrang des Starters montiert ist, so daß ein Vorgelegestarter mit großen Untersetzungen über einen weiten Leistungsbereich er­ zielt wird. Eine weitere Verringerung der Baugröße, z. B. des Polgehäusedurchmessers kann gegenüber der radialen Anordnung von Dämpfungselementen erreicht werden. Radial gewonnener Bauraum kann eingespart werden oder zur Minimierung der Zahnfußbeanspruchung des Hohlrades genutzt werden. Ferner lassen sich mit dem Dämpfungselement Stoßamplituden und Lastmomentspitzen (z. B. beim Schließen des Freilaufs) über einen größeren Verdrehwinkel reduzieren. Geräuschemissionen durch Stöße und mechanischer Verschleiß von Bauelementen im Antriebsstrang werden zusätzlich verringert.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Andrehvorrichtungen möglich. So ist es z. B. zweckmäßig, das Dämpfungselement als gummi­ artigen Ring auszubilden, der beidseitig an seinen Stirn­ seiten befestigte Halteringe aufweist, insbesondere durch Vulkanisieren. Eine sehr zweckmäßige Bauweise ergibt sich dadurch, indem man an den Stirnseiten der Halteringe in axialer Richtung verlaufende Vorsprünge ausbildet, die in entsprechende Ausnehmungen des Zwischenlagers bzw. einem Teil des Vorgeleges eingreifen.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgen­ den Beschreibung und Zeichnung wiedergegeben. Letztere zeigt in

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Andrehvorrichtung, auch Starter genannt,

Fig. 2 bis 4 Dämpfungselemente,

Fig. 5 Teil des Vorgeleges (Hohlrad),

Fig. 6 und 7 Ansicht und Längsschnitt eines Federele­ ments,

Fig. 8 einen Längsschnitt durch das Polgehäuse und

Fig. 9 dessen Vorderansicht.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Andrehvorrichtung hat einen Andrehmotor 10 mit einem Polgehäuse 11, in dem eine Erregerwicklung 12 angeordnet ist. Eine Antriebswelle 13 des Andrehmotors trägt einen Anker 15 und einen Kommutator 16 mit Kohlebürsten 17 und Stromzuführung 18. Oberhalb des Polgehäuses sitzt ein Ein­ rückrelais 20, auf das jedoch im einzelnen nicht weiter ein­ gegangen ist, da in dieser Art üblich.

Die Antriebswelle 13 ist mit ihrem kommutatorseitigen Ende in einem Kommutatorlager 21 gelagert und weist an ihrem anderen Ende eine Erweiterung 22 auf, die eine mittige Sack­ lochbohrung 23 hat. In diese Sacklochbohrung ragt das Ende 24 einer Abtriebswelle 25 - die jedoch unter bestimmten Um­ ständen auch Antriebswelle sein kann - und die an ihrem äußeren Ende ein Antriebsritzel 26 aufweist. Dieses kann durch entsprechende Verschiebung - worauf jedoch erst später eingegangen ist - mit dem Zahnrad 27 eines nicht weiter dar­ gestellten Andrehgetriebes der Brennkraftmaschine in Ein­ griff gebracht werden.

Am offenen Ende der Antriebswelle befindet sich auf seiner Außenseite eine Außenverzahnung 30, welche das Sonnenrad ei­ nes Vorgeleges 29 bildet, in diesem Fall ein Planetenradge­ triebe. Mit dem Sonnenrad kämmen Planetenräder 32, die wie­ derum mit einem Hohlrad 33 in Eingriff stehen. Dieses weist, wie Fig. 5 zeigt, an seinem Außenumfang mehrere Schlitze 34 auf, in welche Vorsprünge 36A am Innenumfang des Polgehäuses 11 ragen; dieses ist in Fig. 8 dargestellt. Andere Vor­ sprünge 36B sind als Verdrehsicherung für das Zwischenlager 38 und dem Polgehäuse 11 vorgesehen.

An das Polgehäuse 11 ist in axialer Richtung ein langge­ strecktes Antriebslager 38 angeschlossen und über Zuganker 42 mit dem Kommutatorlager 21 und dem Polgehäuse 11 be­ festigt. Im Lagerschild 39 des Antriebslagers 38 befindet sich in einer Durchgangsbohrung 40 ein Rollenlager 41, in dem das äußere Ende der Abtriebswelle 25 gelagert ist. Das Antriebsritzel 26 befindet sich außerhalb des Lagerschilds 39.

Innerhalb des Lagerteils 38 befindet sich ein Zwischenlager 43, das in einer mittigen Bohrung ein Nadellager 58 auf­ nimmt, in welchem der eine Teil eines buchsenförmigen Innen­ rings 45 eines Freilaufs 46 gelagert ist. An der Innenseite des Innenrings 45 ist eine Steilgewindeverzahnung 47 ausge­ bildet, in welche eine ebensolche Steilgewindeverzahnung 48 am inneren Ende der Abtriebswelle 25 eingreift. Wie bereits oben erwähnt, kann die Abtriebswelle 25 axial verschoben werden, der Hub wird begrenzt durch einen Sprengring 50 am inneren Ende der Abtriebswelle. Die Steilgewindeverzahnung 48 ist relativ lang ausgebildet, so daß auch bei einer starken Verschiebung der Abtriebswelle die Verzahnung am In­ nenring 45 stets im Eingriff mit ihr bleibt.

Der Außenring des Freilaufs trägt die Bezeichnung 52, zwischen ihm und dem Innenring befinden sich in üblicher Weise Rollen 53 und zwischen diesen liegende Federn 54. Es handelt sich somit um einen bei Andrehvorrichtungen dieser Art üblichen Rollen-Freilauf. Der Außenring 52 weist an sei­ ner dem Andrehmotor zugewandten Stirnseite mehrere Sackboh­ rungen 55 auf, in welche Bolzen 56 eingepreßt sind, welche die Planetenräder 32 tragen. Zwischen Innen- und Außenring 45 und 52 befindet sich ein Nadellager 58, 59. Zwischen Polgehäuse 11, Antriebslager 38 und Zwischenlager 43 befinden sich nicht weiter beschriebene Dichtmittel, da nicht erfindungswesentlich.

Auf der rechten Seite des Planetengetriebes, d. h. dem An­ drehmotor zugewandt, befindet sich eine Abdeckscheibe 60, wie sie in den Fig. 6 und 7 näher dargestellt ist. Sie hat federnd nach außen abstehende Abschnitte 61 und auf der gegenüberliegenden Seite einen vorstehenden Ringbund 62, so daß beim Einbau die Planetenräder durch diesen Ring in ihrer Lage fixiert werden. Durch außenliegende Ausnehmungen 63 wird die Abdeckscheibe in ihrer Position im Polgehäuse 11 festgehalten.

Wie bereits eingangs erwähnt, treten im Antriebsstrang der Andrehvorrichtung Lastwechsel auf infolge Losedurchlauf bei Öffnen und Schließen der Freilaufkupplung, Stoppschlag und Rückzündungen, welche Flankenstöße bedingen. Um dies zu ver­ hindern, ist zwischen dem Zwischenlager 43 und dem Hohlrad 33 das erfindungsgemäße Dämpfungselement 66 angeordnet. Es besteht aus einem Gummiring 67 mit nach außen sich erwei­ ternden schrägen Flanken, das stirnseitig an zwei metal­ lische Halteringe 68, 69 anvulkanisiert ist. Solche Dämp­ fungselemente sind in den Fig. 2 bis 4 in verschiedenen Konfigurationen dargestellt. Die Halteringe 68, 69 weisen an ihrem Außenumfang mehrere, sich in axialer Richtung erstreck­ ende Vorsprünge 70, 71 auf. Mit diesen Vorsprüngen greifen sie in entsprechende Ausnehmungen 72 am Zwischenlager 34 bzw. am Hohlrad 33.

Das Dämpfungselement 66A nach Fig. 3 weist ein Gummiteil 67A mit parallelen Flanken vor, das Dämpfungselement 66B nach Fig. 4 ein abgewinkeltes Dämpfungselement 67B.

Das Einrückrelais 20 betätigt das eine Ende eines einarmigen Gabelhebels 74, der in einem festen Lagerbock 75 des An­ triebs-Lagerteils 38 schwenkbar gelagert ist. Das andere Ende des Gabelhebels 74 ist mit einer nicht weiter beschrie­ benen Einrichtung 76 verbunden, die auf der Antriebswelle 25 sitzt und die bei Betätigen des Hebels die Abtriebswelle 25 axial verschiebt. Derartige Verschiebevorrichtungen mit Re­ lais und Hebel sind weitgehend bekannt, z. B. aus der ein­ gangs erwähnten DE-OS 32 25 957 - und deshalb nicht weiter beschrieben, da sie nicht erfindungswesentlich sind.

Beim Andrehen der Brennkraftmaschine wird der Zahnkranz 27 vom Ritzel 26 über den Andrehmotor 10, die Antriebswelle 13, das Vorgelege 29, bestehend aus Sonnenrad 31, Planetenräder 32 und Hohlrad 33 sowie den Freilauf 46 angetrieben. Die Planetenräder übertragen das Drehmoment dabei auf den Außen­ ring 52 des Freilaufs und über die Rollen 53 auf den Innen­ ring 45. Über diesen wird die Abtriebswelle 25 angetrieben.

Die Hauptfunktion des Freilaufs bzw. der Freilaufkupplung liegt in der mechanischen Entkopplung von Verbrennungsmotor und Andrehmotor. In der Hochlaufphase des Verbrennungsmotors ist eine mechanische Entkopplung notwendig, wenn dieser sich über die Starterdrehzahl beschleunigt. In der Durchdrehphase des Startvorgangs tritt als unerwünschter Nebeneffekt das periodische Öffnen und Schließen der Freilaufkupplung auf­ grund von Kompressions- und Dekompressionsphasen im Verbren­ nungsmotor (Gasfederkonstante) auf.

Durch die innere Übersetzung im Vorgelegegetriebe ergeben sich höhere bezogene Starterträgheitsmomente. Im Freilauf ergibt sich folglich eine vergrößerte Öffnungsphase. In Ab­ hängigkeit von der Temperatur nimmt bei zunehmender Start­ temperatur u. a. das Kurbelwellenreibmoment ab. Das Gasfeder­ moment dagegen steigt bei zunehmender Starttemperatur.

Im Antriebsstrang der Andrehvorrichtung treten also Last­ wechsel auf (Losedurchlauf bei Öffnen und Schließen des Freilaufs, Stoppschlag, Rückzündungen), die Flankenstöße be­ dingen. Als weitere Folge ergeben sich zusätzlich uner­ wünschte Geräuschemissionen, Ritzelverschleiß sowie mecha­ nische Überbeanspruchung von Bauteilen im Antriebsstrang (Ritzel, Anschlagring, Antriebswelle, Abtriebswelle, Frei­ lauf, Vorgelege usw.), die sich ebenfalls negativ auf die Lebensdauer der Andrehvorrichtung auswirken.

Um dies zu vermeiden, ist das Dämpfungselement 66 eingebaut. Es handelt sich um ein Federelement. Es wird auf Verdreh­ schub beansprucht. Dabei lassen sich bei zunehmender Über­ setzung mit diesem Dämpfungselement größere Stoßenergiebe­ träge über einen größeren Verdrehwinkel desselben aufnehmen. Ferner lassen sich auftretende Spitzenmomente beim Schließen der Freilaufkupplung in der Durchdrehphase reduzieren. Das Dämpfungselement 66 ist, wie beschrieben, im Nebenschluß des Antriebsstrangs angeordnet. Es stützt sich auf der einen Seite am Zwischenlager 43 über die Vorsprünge 70 ab. Es ist also ortsfest. Zur anderen Seite stützen sich die Vorsprünge 71 nach gleichem Prinzip am Hohlrad 33 des Planetengetriebes ab (Schlitze 34, Fig. 5), das sich bei Momenteneinleitung um ein gewisses Maß verdreht. Der Zusammenbau von Zwischen­ lager, Dämpfungselement und Hohlrad wird im Nebenschluß axial über die Abdeckscheibe 60 vorgespannt. Das Zwischen­ lager 43 ist gegen Verdrehen im Antriebslager 38 gesichert.

Der Federweg des Dämpfungselements durch geringfügiges Ver­ drehen des Gummis ist für maximal im Normalbetrieb zu erwar­ tende Stöße ausgelegt. Bei solchen Stößen im Antriebsstrang ist eine Verdrehung des Hohlrads durch das Dämpfungselement um maximal +/- 12° möglich. Die Drehbegrenzungen 36A (Fig. 8) im Polgehäuse 11 verhindern eine Überlastung des Dämp­ fungselements.

Wie bereits weiter oben kurz angedeutet, wird durch Betäti­ gen des Einrückrelais 20 die Abtriebswelle 25 durch den ein­ armigen Gabelhebel 21 in Eingriff mit dem Zahnrad 27 ge­ bracht.

Claims (6)

1. Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem An­ rehmotor (10), dessen Antriebswelle (13) über ein Vorge­ lege (29) mit einer Abtriebswelle (25) in Wirkverbindung steht, die Teil eines Einspurgetriebes (26, 27), mit Frei­ lauf (46) und Andrehritzel (26) ist und in einem am Vorge­ lege bzw. Freilauf abtriebsseitig angeordneten Zwischenlager (43) drehbar aufgenommen ist, sowie mit einer das Vorgelege motorseitig abschließenden Abdeckscheibe (60) und mit Dämp­ fungsmitteln (66) in dem den Kraftfluß zwischen Andrehmotor und Zahnkranz (27) der anzutreibenden Brennkraftmaschine bildenden Strang, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungs­ mittel (66, 66A, 66B) axial zwischen dem Vorgelege (29) und dem Zwischenlager (43) angeordnet sind und aus einem gummi­ artigen Ring (67, 67A, 67B) mit beidseitig an seinen Stirn­ seiten befestigten Halteringen (68, 69, 68A, 69A, 68B, 69B) aus starrem Werkstoff bestehen.

2. Andrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der gummiartige Ring mit den Halteringen durch Vulkanisieren verbunden ist.

3. Andrehvorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Halteringe (68, 68A, 68B) an ihren Stirnseiten Vorsprünge (70, 71, 70A, 71A) aufweisen, mit denen sie in passende Ausnehmungen (72, 34) am Zwischenlager und am Vorgelege eingreifen.

4. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das Vorgelege (29) ein Planetenge­ triebe ist, dessen Hohlrad (33) am Außenumfang Schlitze (34) aufweist, in welche die an den Halteringen ausgebildeten Vorsprünge eingreifen.

5. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (25) mit einem Endteil (24) in eine Sackbohrung (23) der Antriebswelle (13) eintaucht und in einem nachfolgenden Bereich eine Außenver­ zahnung (47) hat, welche in eine Innenverzahnung (48) des Innenrings (45) am Freilauf (46) eingreift.

6. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß in einer der Stirnseiten des Außenrings (52) des Freilaufs Sackbohrungen ausgebildet sind, in denen drehfest Lagerbolzen (56) befestigt sind, auf welchen die Planetenräder (32) angeordnet sind.