DE19916957A1 - Startvorrichtung und Verfahren zum Andrehen einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Startvorrichtung, insbesondere Koaxialstarter, zum Andrehen von einen Zahnkranz (18) aufweisenden Brennkraftmaschinen, in Schraubtriebbauweise mit einem Startermotor (10), mit einer Steilgewindekupplung (15), gebildet aus einer mit einem Außengewinde (12) versehenen Antriebswelle (11), insbesondere Startermotorwelle, und einem Mitnehmerschaft (13) mit einem Innengewinde (14), mit vorzugsweise einem Freilauf (17) und vorne mit einem Ritzel (16), sowie mit einem Vorspurmechanismus (20) für das Ritzel (16). Zur Erzielung eines sanften Vor- und Einspurens besteht der Vorspurmechanismus (20) aus einem steuerbaren elektrischen Reluktanzantrieb mit einem Rotor (21) und einem Stator (24), wobei der Mitnehmerschaft (13) durch den Reluktanzantrieb mit einem Drehmoment zu beaufschlagen ist. Der Rotor (21) des Reluktanzantriebs ist am Mitnehmerschaft (13) drehfest angeordnet und der Stator (24) konzentrisch um den Rotor (21) herum gehäusefest angeordnet.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung, insbesondere Koaxialstarter sowie ein Verfahren zum Andrehen von Brennkraftmaschinen, mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 19 genannten Merkmalen.

Es sind Schraubtriebstarter bekannt, siehe auch "Bosch Kraftfahrtechnisches Taschenbuch", 21. Auflage, S. 524, bei denen ein Steilgewinde auf der Welle des Startermotors den Freilauf mit dem Ritzel auf der Welle verschiebt, wenn der Startermotor zu drehen beginnt. Die Vorschubkraft wird dabei als Drehkraft von der Ausgangswelle des Startermotors erzeugt und über das Steilgewinde auf den Mitnehmerschaft des Freilaufs übertragen. Beim Einschalten der Startvorrichtung läuft der Anker des Startermotors zunächst ohne Last an. Ritzel und Freilauf drehen nach Durchlaufen der Lose im Startertriebstrang wegen ihrer Massenträgheit verzögert hoch und wandern durch das Steilgewinde nach vorne. Sobald das Ritzel am Zahnkranz anläuft, ist nur noch eine Bewegung in Umfangsrichtung möglich bis eine Zahn- Lücke-Stellung erreicht ist und das Einspuren möglich wird. Beim Einspuren wird es wieder festgehalten und dadurch weiter vorgeschoben, bis es am Anschlagring anliegt. Von diesem Zeitpunkt an überträgt der Freilauf das Ankermoment voll über das Ritzel auf den Zahnkranz und die Brennkraftmaschine wird durchgedreht. Nachteil dieser Starterbauart ist der Verschleiß des Ritzels und des Zahnkranzes beim Anlaufen an die Stirnseite des Zahnkranzes.

Eine weitere Variante eines Schraubtriebstarters wird in der EP 0 725 216 B1 offenbart. Am Ritzel dieser Startvorrichtung ist ein zusätzlicher Verriegelungszahnkranz angebracht, in dessen Zahnlücken auf radialem Wege eine Klinke eingreifen kann. Nach dem Einschalten der Startvorrichtung wird die Klinke durch den Anker eines elektromagnetisch erregten Hubmagnets in den Verriegelungszahnkranz und hier in eine Zahnlücke eingespurt. Durch die Bewegung des Hubmagnets, der Teil eines Relais ist, wird ebenfalls auch der Startermotor, zunächst über einen Vorwiderstand, eingeschaltet. Der Startermotor treibt mit zunächst verminderter Drehgeschwindigkeit über ein Vorlegegetriebe die Ausgangswelle an, die auf ihrer Außenseite mit einem Steilgewindeabschnitt versehen ist. Auf diesem Steilgewindeabschnitt ist das Ritzel axial verschieb- und dadurch gleichzeitig verdrehbar gelagert. Die in den Verriegelungszahnkranz eingespurte Klinke bewirkt eine Axialbewegung des Ritzels auf der Antriebswelle, wenn der Startermotor langsam andreht. Erst nach Eintauchen des Ritzels in den Zahnkranz kann der Relaisanker voll durchziehen und den Hauptstromkontakt für den Startermotor schließen. Gegenüber dem die Trägheitskräfte nutzenden Schraubtriebstarter findet hier ein sanftes Einspuren in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine statt. Ein Nachteil dieser Startvorrichtung ist, daß hier durch Kopplung zweier mechanischer Bauteile an den Berührungsstellen der Verriegelung zwangsläufig Verschleiß auftritt, wodurch schließlich die Lebensdauer des Starters verringert wird.

Vorteile der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Startvorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, ist es dem Stand der Technik gegenüber möglich, in verhältnismäßig einfacher Weise ein Vor- und Einspuren eines Ritzels in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine zu erreichen. Das erfindungsgemäße Einspurprinzip beruht darauf, daß das Einspurritzel über den Mitnehmerschaft des Freilaufs auf einer schrägverzahnten Ausgangswelle eines Startermotors verdreht wird. Die Verdrehung erfolgt dadurch, indem der Mitnehmerschaft bzw. ein Teil der Baugruppe zwischen Ritzel und Steilgewinde angetrieben wird. Dieses Teil der Baugruppe, hier beispielsweise der Mitnehmerschaft, stellt dabei den Rotor eines sogenannten Reluktanzmotors dar. Durch diesen zweiten Antrieb innerhalb der Startvorrichtung kann ein sogenanntes sanftes Vorspuren sehr gut verwirklicht werden, da hier neben Reibung nur geringe Trägheitskräfte wirken. Dadurch kann der mechanische Verschleiß zwischen Zahnkranz und Ritzel deutlich weiter verringert werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.

Von Vorteil ist beispielsweise, daß der Mitnehmerschaft auf einem Bereich seines Außenumfangs mit Zähnen versehen ist, die die Rotorpole bilden, also Mitnehmerschaft und Rotor einstückig ausgeführt sind. Ebenso ist von Vorteil, daß der Stator in Verbindung mit einem auf den Mitnehmerschaft wirkenden Ringbund ein Ausspuren des Ritzels während des Andrehvorgangs verhindert. Dazu zieht der elektromagnetisch erregte Stator des Reluktanzantriebs den magnetisch erregbaren Ringbund und damit auch den Mitnehmerschaft an, der dann am Stator durch Magnetkräfte gehalten wird.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine Startvorrichtung mit einem Reluktanzantrieb zum Verdrehen des Mitnehmerschafts auf einer schrägverzahnten Ausgangswelle eines Startermotors.

Fig. 2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung durch den in Fig. 1 gezeigten Reluktanzmotor.

Fig. 3 zeigt ein Formteil zum Einsetzen in Pollücken eines Stators des Reluktanzmotors, das mehrere Rückstellfedern aufnehmen kann.

Fig. 4 zeigt eine Variante des Stators des Reluktanzmotors.

Fig. 5 zeigt eine Stirnansicht der Variante des Stators des Reluktanzmotors aus Fig. 4.

Fig. 6 zeigt eine vom Achsmittelpunkt des in Fig. 4 dargestellten Stators aus zu sehende Abwicklung der Statorinnenseite.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemäßen Startvorrichtung erkennbar. Die Startvorrichtung, hier vorteilhafter Weise als Koaxialstarter dargestellt, weist einen Startermotor 10 auf, mit einer Antriebswelle 11, die auf einem bestimmten Abschnitt mit einem Außensteilgewinde 12 versehen ist. Auf diesem Außengewinde 12 ist ein Mitnehmerschaft 13, der ein Innensteilgewinde 14 aufweist drehbar und gleichzeitig axial verschiebbar gelagert. Innengewinde 14 und Außengewinde 12 bilden somit ein Einspurgetriebe 15. Ein Ritzel 16 steht mit den Mitnehmerschaft 13 über einen Freilauf 17 in Wirkverbindung. Verdreht man den Mitnehmerschaft 13 in geeigneter Weise relativ zum Außengewinde 12 der Antriebswelle 11, so erreicht man ein Vorspuren des Ritzels 16 in Richtung eines Zahnkranzes 18 einer insgesamt nicht dargestellten Brennkraftmaschine und damit schließlich ein Einspuren des Ritzels 16 in den Zahnkranz 18. Ein Anschlagring 19 begrenzt den Vorschub des Ritzels 16. Das Vorspuren des Ritzels 16 und damit auch das Vorspuren des Mitnehmerschaftes 13 wird erfindungsgemäß durch einen zusätzlichen elektrischen Antrieb erreicht. Dieser elektrische Antrieb bewirkt auf den Mitnehmerschaft 13 ein Drehmoment, so daß sich eine Relativdrehung zwischen Mitnehmerschaft 13 und stehender Antriebswelle 11 ergibt. Durch diese Relativdrehung in einer vorgegebenen Drehrichtung ergibt sich bedingt durch das Einspurgetriebe 15 zwangsläufig ein axiales Vorspuren des Ritzels 16. Der zusätzliche elektrische Antrieb ist Teil eines Vorspurmechanismus 20, der weiterhin aus dem Einspurgetriebe 15 besteht. Der erfindungsgemäße elektrische Antrieb ist hierbei als ein sogenannter und allgemein bekannter Reluktanzantrieb ausgeführt. Der Reluktanzantrieb besteht zunächst aus dem Rotor 21, der auf einem axialen Bereich seines Außenumfangs mit abwechselnd geradlinigen Nuten 22 und Zähnen 23 versehen ist, die sich axial erstreckende Rotorpole 23 bilden.

Praktisch kann der Rotor 21 unterschiedlich ausgeführt sein. Eine Möglichkeit ist, daß wie dargestellt, in den Mitnehmerschaft 13 Nuten 22 eingearbeitet sind, so daß zwischen den Nuten Zähne bzw. Rotorpole 23 entstehen. Eine andere Variante besteht in einem separaten Teil, das am Mitnehmerschaft 13 verdrehsicher zu befestigen ist, und in das die eben erwähnten geradlinigen Nuten und Zähne als Rotorpole eingearbeitet sind. Die Rotorpole 23 sind in jedem Fall peripher gleichmäßig beabstandet. Für die Funktionsweise des Reluktanzmotors ist es günstig, wenn die Zahl der Rotorpole 23 geradzahlig ist und der Rotor 21 gleichzeitig mindestens vier Rotorpole hat.

Ein Stator 24 ist um den Rotor 21 konzentrisch und am Startergehäuse fest angeordnet. Eine für den Stator 24 günstige Ausführung besteht aus einem ringförmigen Lamellenpaket, dessen Statorpole 25 als Polschenkel radial nach innen gerichtet sind. Eine günstige Zahl der Statorpole 25 ist dann gegeben, wenn sie um beispielsweise zwei größer ist als die Zahl der Rotorpole 23. Wie bereits die Rotorpole 23, sind auch die Statorpole 25 jeweils peripher gleichmäßig beabstandet. Jeder Statorpol 25 bzw. Polschenkel ist von je einer der Spulen 26 umgeben. Je zwei diametral sich gegenüberliegende Spulen 26 des Stators 24 sind dabei zu einem Spulenstrang 27 derart zusammengeschaltet, daß die Magnetfelder der Spulen 26 und damit der Statorpole 25 eine gleichgerichtete Orientierung von Nord- und Südpol haben, siehe auch Fig. 2. Die Rotorpole 23 sind dabei zumindest um einen Teil des Vorspurwegs des Ritzels 16 länger als die axiale Länge der Statorpole 25.

In Fig. 2 ist eine Schnittdarstellung durch den Vorspurmechanismus 20 gezeigt. Man erkennt deutlich die radial nach innen gerichteten Polschenkel bzw. Statorpole 25A bis 25D, die jeweils paarweise vorhanden sind. Jeder Polschenkel ist von einer Spule 26 umgeben. Ebenfalls erkennt man den als Rotor 21 ausgebildeten Mitnehmerschaft 13, der über die Steilgewindekupplung 15 mit der Antriebswelle 11 gekoppelt ist. In der gezeigten Stellung erregen die um die Statorpole 25C sich befindenden Spulen 26C mit einem elektrischen Magnetfeld. Das Magnetfeld ist bestrebt, auf seinem Weg durch den Stator 24 und den Rotor 21 einen geringstmöglichen magnetischen Widerstand überwinden zu müssen, so daß sich der Rotor 21 mit zwei diametral gegenüberliegenden Rotorpolen 23B in Richtung der Statorpole 25C ausrichtet. Es ergeben sich somit geringstmögliche magnetische Widerstände zwischen Stator 24 und Rotor 21.

Damit es aus der in Fig. 2 gezeigten Stellung heraus, zu einer Drehbewegung des Rotors 21 im Stator 24 kommt, müssen die Spulenstränge 27 geeignet weitergeschaltet werden. Möchte man eine Rechtsdrehung des Rotors 21 erzielen, sind zunächst die Spulen 26C um die Statorpole 25C abzuschalten und die Spulen 26D um die Statorpole 25D einzuschalten, um diese elektromagnetisch zu erregen. Da das nunmehr anliegende Magnetfeld wiederum bestrebt ist, einen geringstmöglichen magnetischen Widerstand überwinden zu müssen, wirken die Magnetfeldlinien auf die Rotorpole 23C, die den erregten Statorpolen 25D am nächsten gelegen sind und drehen den Rotor 21 so, daß die zwei sich diametral gegenüberliegenden Rotorpole 23C in eine Flucht mit den Statorpolen 25D gebracht werden. Geeigneterweise sind die Spulenstränge durch ein von einem Startschalter 27A einzuschaltentes Steuergerät 28 derart fortschaltend zu erregen, daß dies wie beschrieben zu einer gesteuerten Verdrehung des Rotors 21 in eine vorgegebene Richtung führt. Um eine Rechtsdrehung des Rotors 21 im Stator 24 zu erreichen, ist bei der vorliegenden Anordnung das magnetische Erregerfeld in für Reluktanzantriebe bekannter Weise linksdrehend fortzuschalten. Die Magnetfeldlinien zwischen Statorpolen 25 und Rotorpolen 23 führen schließlich zu einem über den Rotor 21 auf den Mitnehmerschaft 13 wirkenden Drehmoment, so daß der Mitnehmerschaft 13 mit seinem Innengewinde 14 auf dem Außengewinde 12 der beharrenden Antriebswelle 11 verdreht und dabei über die Steilgewindekupplung 15 zwangsläufig gleichzeitig axial vorgeschoben werden kann.

Der Vorschub des Ritzels 16 erfolgt gemäß Fig. 1 gegen die Rückstellkraft einer konischen Rückspurfeder 29, die sich sowohl am Stator 24 als auch an einem Ring 30 mit einem Bund 31 abstützt. Der magnetisch leitfähige Ring 30 liegt wiederum an einer Anlaufscheibe 32 an, die durch ein Sicherungselement 33, hier ein Sprengring, am Mitnehmerschaft 13 gehalten wird. Die Rückspurkraft der Rückspurfeder 29 wird somit vom Stator 24 über die Feder 29, den Ring 30 und die Anlaufscheibe 32 sowie den Sprengring 33 auf den Mitnehmerschaft 13 übertragen.

Mit dem Vorspuren des Ritzels 16 stellt sich im ungünstigen Fall eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen dem Zahnkranz 18 und dem Ritzel 16 ein. Das währenddessen weiterwirkende Drehmoment zwischen Stator 24 und Rotor 21 führt zu einer Verdrehung des Ritzels 16 gegenüber dem Zahnkranz 18 und damit zu einer Zahn-auf-Lücke-Stellung. Während dieser Drehung des Ritzels 16 von einer Zahn-auf- Zahn-Stellung in eine Zahn-auf-Lücke-Stellung wird auch die Antriebswelle 11 des Startermotors 10 über die Steilgewindekupplung 15 und das zwischen Stator 24 und Rotor 21 wirkende Drehmoment verdreht. Sobald das Ritzel 16 im Zahnkranz 18 einspuren kann, also eine Zahn-auf-Lücke- Stellung erreicht ist, wird das Ritzel 16 durch den Reluktanzantrieb bis zum Anschlagring 19 eingespurt. Der vorspurende Mitnehmerschaft 13, bzw. Rotor 21 verschiebt über die Anlaufscheibe 32 den Ring 30 in Richtung des Stators 24. Je näher dabei der magnetisch leitfähige Ring 30 an den Stator 24 vorgeschoben wird, desto größer wird die magnetische Anziehungskraft zwischen Stator 24 und Ring 30; schließlich liegt der Ring 30 mit seiner Schulter 30a am Stator 24 an und wird somit durch die Anziehungskraft und die damit verbundene Reibung zwischen Stator 24 und Ring 30 festgehalten. Zum Festhalten des Rings können alle Spulen 26 bzw. Spulenstränge erregt sein. Der dem Einspurvorgang folgende Andrehvorgang wird durch das Steuergerät 28 gesteuert, d. h. der Startermotor 10 dreht über die Antriebswelle 11, die Steilgewindekupplung 15, den Mitnehmerschaft 13, den Freilauf 17 und das Ritzel 16 die Brennkraftmaschine über den Zahnkranz 18 an.

Ungleichförmige, am Zahnkranz 18 wirkende Lastmomente können dazu führen, daß während des Andrehvorgangs das Ritzel 16 vom Zahnkranz 18 angetrieben wird. Wie bekannt ist, öffnet der Freilauf 17 nicht sofort, so daß kurzfristig ein Rückspurmoment auf das Ritzel 16 wirkt. Damit diese auch auf den Mitnehmerschaft 13, bzw. Rotor 21 wirkende Rückspurbewegung nicht zum Abheben des Rings 30 vom Stator 24 führt, wird der Ring 30 an einer axialen Stirnseite des Rotors 21 durch ein axiales Federelement 34 abgestützt. Zusätzlich wirkt zwischen dem axialen Federelement 34 und dem Ring 30 ein Axiallager 35, um einen Verschleiß zwischen dem Ring 30 und der axialen Stirnseite des Rotors 21 zu verhindern.

Soll der Andrehvorgang beendet werden, wird der Startermotor 10 und die Erregung des Stators 24 durch das Steuergerät 28 wieder abgeschaltet, so daß zwischen Ring 30 und Stator 24 nur noch die Kraft der Rückspurfeder 29 wirkt, die zum Aus- und Rückspuren des Ritzels 16 in eine Ruhelage führt.

Gleichzeitig wirkt das Überholmoment über das Steilgewinde ausspurunterstützend.

Anstelle einer, wie in Fig. 1 gezeigt, konischen Rückspurfeder 29, können selbstverständlich auch mehrere am Umfang des Rotors 21 verteilte Rückstellfedern 36 wirken.

Fig. 3 zeigt ein magnetisch unwirksames Formteil 37, das mit seinen Sacklöchern 38 je ein Ende der am Umfang verteilten Rückstellfedern 36 aufnimmt. Das Formteil 37 besteht aus einem Anlagebereich 39, an den sich axial sogenannte Aufnahmen 40 anschließen. Die Sacklöcher 38 befinden sich in den Aufnahmen 40 für die verteilten Rückstellfedern 36. Das Formteil 37 ist mit den Aufnahmen 40 in Pollücken des Stators 24 so weit eingesetzt, daß der Anlagebereich 39 mit der den Aufnahmen 40 zugewandten Seite an der Stirnfläche der Statorpole 25 anliegt. Die verteilten Rückstellfedern 36 stützen sich im Inneren der Sacklöcher 38 gegen die Aufnahme 40 ab und mit dem anderen Ende gegen den Ringbund 31, der dann im Durchmesser entsprechend groß auszuführen ist.

In den Fig. 4 bis 6 ist eine Variante eines Stators einer Reluktanzmaschine dargestellt, wobei für gleichwirkende Teile gleich Bezugszahlen verwendet werden. Der Stator 24 besteht hier aus drei axial nebeneinander angeordneten Statorteilen 41, 42 und 43 mit jeweils in etwa hohlzylindrischer Ringform. Jedes dieser Statorteile besteht aus einer zur Rotorachse konzentrischen Ringspule 44, 45, 46 mit einem die Ringspule von außen U-förmig umfassenden Statorpolkörper 47, 48, 49. Von den Schenkelenden der U- förmigen Statorpolkörper gehen axial abgewinkelte Statorpole 47A und 47B, 48A und 48B und 49A und 49B aus, die sich gemäß Fig. 6 am Innenumfang des Stators 24 axial erstrecken. Die drei Statorteile 41, 42, 43 des Stators 24 sind unmittelbar nebeneinander angeordnet.

Beide äußeren Statorteile 41 und 43 gleichen sich in ihrer Form. Vom mittleren Statorteil 42 gehen Statorpole 48A und 48B aus, die von jeweils abwechselnd einem der beiden Schenkelenden ausgehen, sich unter dem jeweils anderen Schenkelende hindurch erstrecken, und unter dem diesem Schenkelende benachbarten äußeren Statorteil 41 bzw. 43 enden. Die beiden äußeren Statorteile 41 und 43 haben ebenfalls Statorpole 47A und 49B, die vom Schenkelende ihres axial außen liegenden Schenkels ausgehen, sich unter dem mittleren Statorteil 42 hindurch erstrecken und unter dem anderen äußeren Statorteil 43 oder 41 enden. Weiterhin haben die äußeren Statorteile 41 und 43 Statorpole 47B und 49A, die von einem axial innen liegenden Schenkelende sich zunächst in axialer Richtung nur unter dem äußeren Statorteil, nach einer Faltung um 180° sich unter dem äußeren Statorteil zurück, unter dem mittleren Statorteil 42 hindurch erstrecken und schließlich unter dem anderen äußeren Statorteil 43 bzw. 41 enden. Alternativ ist es möglich, daß die Staborpole 47B und 49A sich nicht erst unter dem jeweiligen Statorteil 41 bzw. 43 erstrecken, sondern sich unmittelbar unter dem mittleren Statorteil 42 hindurch erstrecken und schließlich unter dem anderen Statorteil 43 bzw. 41 enden. Setzt man alle drei Statorteile wie beschrieben nebeneinander, ergibt sich gemäß Fig. 6 eine ganz bestimmte Reihenfolge der Statorpole der einzelnen Statorpolkörper am Innenumfang des Stators. Die Statorpole 47A bis 49B der Statorpolkörper 47, 48 und 49 sind am Innenumfang des Stators 24 so angeordnet, daß in Pfeilrichtung gesehen einem ersten Statorpol 47A des einen äußeren Statorpolkörpers 47 ein erster Statorpol 48A des mittleren Statorpolkörpers 48 erfolgt und diesem ein erster Statorpol 49A des anderen äußeren Statorpolkörpers 49 sowie das dem ersten Statorpol 49A des anderen äußeren Statorpolkörpers 49 ein zweiter Statorpol 47B des einen äußeren Statorpolkörpers 47, diesem ein zweiter Statorpol 48B des mittleren Statorpolkörpers 48 und diesem ein zweiter Statorpol 49B des anderen äußeren Statorpolkörpers 49 folgt. In Fig. 6 ist die vom Achsmittelpunkt des Stators aus sichtbare Abwicklung der Rotor- und Statorpole wie eben beschrieben zu erkennen. Bezüglich der Zahl der Statorpole 47A bis 49B der drei Statorpolkörper 47, 48, 49 ist festzustellen, daß jeder Statorpolkörper die gleiche Anzahl an Statorpolen besitzt. Die Zahl an Statorpolen eines jeden einzelnen Statorpolkörpers ist gleich groß wie die Zahl der Rotorpole 23 des Rotors 21. In Fig. 5 ist eine bestimmte Stellung des Rotors 23 zum Stator 24 gezeigt. Wie zu erkennen ist, stehen die Rotorpole Statorpolen 47A und 47B radial gegenüber. Der Rotor 21 nimmt genau dann aufgrund des Magnetflusses 447 diese Stellung ein, wenn der Statorpolkörper 47 durch die Ringspule 44 elektromagnetisch erregt ist. Möchte man eine Drehung des Rotors aus der gezeichneten Stellung im Uhrzeigersinn erreichen, so sind nach den Statorpolen 47A und 47B die Statorpole 48A und 48B elektromagnetisch zu erregen. Dies bedeutet, daß nach dem Abschalten der Ringspule 44 des Statorpolkörpers 47 die Ringspule 45 des Statorpolkörpers 48 elektromagnetisch zu erregen ist. Analog dazu, ist danach eine Erregung der Ringspule 46 des Statorpolkörpers 49 notwendig, um eine Verdrehung des Rotors von den Statorpolen 48A und 48B zu den Statorpolen 49A und 49B zu erhalten. Aus dem eben geschilderten Ablauf wird deutlich, daß, um ein Rotieren des Rotors zu erhalten, die Ringspulen 44, 45 und 46 in der erwähnten Reihenfolge immer wieder zyklisch nacheinander ein- und auszuschalten sind. Für eine Drehung entgegen dem Uhrzeigersinn ist ein umgekehrter Schaltzyklus notwendig.

Bei den in Fig. 1, 2 und Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispielen wird nach dem Betätigen eines Startschalters 27A über ein Steuergerät zunächst der Reluktanzantrieb eingeschaltet. Dadurch wird der Mitnehmerschaft 13 vom Rotor 21 relativ zur Antriebswelle 11 des wegen Massenträgheit beharrenden und durch Reibungskräfte gehaltenen Ankers der Startermotors 10 gedreht. Der Mitnehmerschaft 13 wird dadurch zwangsweise auf dem steilen Außengewinde 12 der Antriebswelle 11 verdreht und dadurch auch das Ritzel 16 vorgeschoben. Nach Erreichen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Ritzels 16 mit dem Zahnkranz 18 oder nach einem entsprechenden Vorschub des Ritzels 16 wird der Startermotor 10 vom Steuergerät 28 bestromt. Dadurch wird das Ritzel 16 bei einer Zahn-auf- Zahn-Stellung gegenüber dem Zahnkranz 18 der Brennkraftmaschine bis zum Vorliegen einer Zahn-Lücke- Stellung verdreht und schließlich vollständig eingespurt. Der Ringbund 31 wird auch bei dieser Statorausführung vom Stator 24 elektromagnetisch angezogen und festgehalten, wodurch das Ausspuren des Ritzels 16 beim Startvorgang verhindert wird. Nach dem vollständigen Einspuren des Ritzels schaltet das Steuergerät 28 den Startermotor 10 ein und nach dem Andrehen der Brennkraftmaschine wieder aus. Zum Ausspuren des Ritzels 16 ist die elektromagnetische Erregung des Stators 24 des Reluktanzantriebs durch das Steuergerät 28 auszuschalten. Bei beiden Varianten wird anschließend der Ringbund 31 vom Stator 24 des Reluktanzantriebs durch die mindestens eine Rückstellfeder 29 bzw. 36 abgehoben, wobei die Rückstellkraft der Federn vom Ringbund 31 auf das Sicherungselement bzw. den Sprengring 33 zwischen Ringbund 31 und Mitnehmerschaft 13 übertragen und somit das Ritzel 16 ausgespurt und in seine Ausgangsstellung gebracht wird. Gleichzeitig wirkt das Überholmoment über das Steilgewinde ausspurunterstützend.

Das Ausspuren des Ritzels kann auch durch eine Drehrichtungsumkehr des Reluktanzmotors unterstützt werden bzw. es kann bei bremsendem Startermotor ggf. auf Rückstellfedern verzichtet werden.

Claims (22)

1. Startvorrichtung, insbesondere Koaxialstarter, zum Andrehen von einen Zahnkranz (18) aufweisenden Brennkraftmaschinen, in Schraubtriebbauweise mit einem Startermotor (10), mit einer Steilgewindekupplung (15), gebildet aus einer mit einem Außengewinde (12) versehenen Antriebswelle (11), insbesondere Startermotorwelle, und einem Mitnehmerschaft (13) mit einem Innengewinde (14), mit vorzugsweise einem Freilauf (17) und vorne mit einem Ritzel (16), sowie mit einem Vorspurmechanismus (20) für das Ritzel (11), dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspurmechanismus (20) aus einem steuerbaren elektrischen Reluktanzantrieb mit einem Rotor (21) und einem Stator (24) besteht, und daß der Mitnehmerschaft (13) zum Vorspuren und Einspuren des Ritzels (16) durch den Reluktanzantrieb mit einem Drehmoment zu beaufschlagen ist, wobei der Rotor (21) des Reluktanzantriebs am Mitnehmerschaft (13) drehfest angeordnet und der Stator (24) konzentrisch um den Rotor (21) herum gehäusefest angeordnet ist.

2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mitnehmerschaft (13) zur Bildung des Rotors (21) auf einem Bereich seines Außenumfangs mit abwechselnd geradlinigen Nuten und Zähnen (23) versehen ist, die sich axial erstreckende Rotorpole (23) bilden, und daß der Stator (24) Statorpole (25) hat, welche elektromagnetisch durch Spulen (26) derart fortschaltend erregbar sind, daß dies zu einer gesteuerten Verdrehung des Rotors (21) in eine vorgegebene Richtung führt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (24) aus einem ringförmigen Lamellenpaket gebildet ist, dessen Statorpole (25) als Polschenkel radial nach innen gerichtet sind, welche jeweils von einer der Spulen (26) umgeben ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (21) eine geradzahlige Anzahl an Rotorpolen (23) hat, mindestens jedoch vier Rotorpole (23) und daß die Zahl der Statorpole (25) um zwei größer ist als die Zahl der Rotorpole (23), wobei die Rotorpole (23) und die Statorpole (25) jeweils peripher gleichmäßig beabstandet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei diametral gegenüberliegende Spulen (26) des Stators (24) zu einem Spulenstrang (27) derart zusammengeschaltet sind, daß ihre Magnetfelder in ihren Polschenkeln eine gleichgerichtete Orientierung von Nord- und Südpol haben.

6. Startvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (24) aus drei axial nebeneinander angeordneten Statorteilen (41, 42, 43) mit jeweils in etwa hohlzylindrischer Ringform gebildet ist, wobei jedes dieser Statorteile aus einer zur Rotorachse konzentrischen, Ringspule (44, 45, 46) und einem, die Ringspule von außen U-förmig umfassenden Statorpolkörper (47, 48, 49) besteht, daß von den Schenkelenden der U-förmigen Statorpolkörper (47, 48, 49) axial abgewinkelte Statorpole (47A, 47B, 48A, 48B, 49A, 49B) ausgehen, die sich am Innenumfang des Stators (24) axial erstrecken.

7. Startvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorteile (41, 42, 43) unmittelbar axial nebeneinander angeordnet sind, wobei sich die beiden äußeren Statorteile in ihrer Form gleichen und gegenüber der Form des mittleren Statorteils (42) abweichen.

8. Startvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das mittlere Statorteil (42) Statorpole (48A, 48B) hat, die von jeweils abwechselnd einer der beiden Schenkelenden ausgehen, sich unter dem jeweils anderen Schenkelende hindurch erstrecken, und unter dem diesem Schenkelende benachbarten äußeren Statorteil (41, 43) enden.

9. Startvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Statorteile (41 und 43) Statorpole (47A, 49B) haben, die vom Schenkelende ihres axial außen liegenden Schenkels ausgehen, sich unter dem mittleren Statorteil (42) hindurch erstrecken und unter dem anderen äußeren Statorteil (43 oder 41) enden.

10. Startvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Statorteile (41, 43) Statorpole (47B, 49A) haben, die von einem axial innen liegenden Schenkelende sich zunächst in axialer Richtung nur unter dem äußeren Statorteil, nach einer Faltung um 180° sich unter dem äußeren Statorteil zurück, unter dem mittleren Statorteil (42) hindurch erstrecken und schließlich unter dem anderen äußeren Statorteil (43, 41) enden.

11. Startvorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorpole (47A, 47B, 48A, 48B, 49A, 49B) der Statorpolkörper (47, 48, 49) am Innenumfang des Stators (24) so angeordnet sind, daß in einer Drehrichtung gesehen einem ersten Statorpol (47A) des einen äußeren Statorpolkörpers (47) ein erster Statorpol (48A) des mittleren Statorpolkörpers (48) und diesem ein erster Statorpol (49A) des anderen äußeren Statorpolkörpers (49) folgt, sowie daß dem ersten Statorpol (49A) dieses anderen äußeren Statorpolkörpers (49) ein zweiter Statorpol (47B) des einen äußeren Statorpolkörpers (47), diesem ein zweiter Statorpol (48B) des mittleren Statorpolkörpers (48) und diesem ein zweiter Statorpol (49B) des anderen äußeren Statorpolkörpers (49) folgt.

12. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Rotorpole (23) gleich ist wie die Zahl der Statorpole (47A, 47B, 48A, 48B, 49A, 49B) eines der drei Statorpolkörper (47, 48, 49), wobei jeder der drei Statorpolkörper (47, 48, 49) die gleiche Anzahl an Statorpolen aufweist.

13. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Ringspulen (44, 45, 46) zyklisch abwechselnd zu bestromen sind und dabei die Statorpole (47A bis 49B) derart zyklisch abwechselnd zu magnetisieren sind, daß die Rotorpole (23) jeweils von den Statorpolen des einen Statorteils zu den benachbarten Statorpolen eines anderen Statorteils fortlaufend mitnehmbar sind.

14. Startvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial verschiebbarer und verdrehbarer auf dem Mitnehmerschaft (13) angeordneter Ringbund (31) vom elektromagnetisch erregten Stator (24) des Reluktanzantriebs gegen den Widerstand mindestens einer Feder (29, 36) axial anzuziehen ist, so daß der Ringbund (31) schließlich am Stator (24) anliegt und das Ritzel (16) im Zahnkranz (18) der Brennkraftmaschine über ein Axiallager (35) und ein Federelement (34) zwischen Ringbund (31) und Mitnehmerschaft (13) gegen ein Ausspuren sichert.

15. Startvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Feder (29, 36) zwischen dem Stator (24) des Reluktanzantriebs und dem Ringbund (31) diesen mit einer Rückstellkraft axial gegen eine Anlaufscheibe (32) drückt, die über ein Sicherungselement (33) die Rückstellkraft auf den Mitnehmerschaft (13) überträgt und so nach dem Ausschalten des Reluktanzantriebs das Ritzel (16) zurückspurt.

16. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Feder (29) zur Rotorachse konzentrisch angeordnet ist und sich zwischen dem Stator (24) des Reluktanzantriebs und dem Ringbund (31) abstützt.

17. Startvorrichtung nach Anspruch 3 und einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, peripher am Stator (24) des Reluktanzantriebs verteilte Rückstellfedern (36) sich an ihm und dem Ringbund (31) abstützen, wobei in Pollücken des Stators (24) ein magnetisch unwirksames Formteil (37) eingesetzt ist, das die Rückstellfedern (36) teilweise aufnimmt.

18. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpole zumindest um einen Teil des Vorspurwegs des Ritzes (16) länger sind, als die axiale Länge des Statorinnenumfangs, über die sich alle Statorpole (25; 47A bis 49B) gemeinsam erstrecken.

19. Verfahren zum Steuern einer Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Betätigen eines Startschalters (27A) über ein Steuergerät (28) zunächst der Reluktanzantrieb in einer vorgegebenen Drehrichtung eingeschaltet wird, wodurch der Mitnehmerschaft (13) von dessen Rotor (21) relativ zur Antriebswelle (11) des wegen Massenträgheit beharrenden oder durch Reibungskräfte gehaltenen Ankers des Startermotors (10) verdreht und zwangsweise durch die Steilgewindekupplung (15) vorgeschoben wird, und daß nach Erreichen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Ritzels (16) mit dem Zahnkranz (18) der Startermotor (10) vorzugsweise mit reduzierter Stromstärke bestromt und dadurch das Ritzel (16) gegenüber dem Zahnkranz (18) einer Brennkraftmaschine bis zum Vorliegen einer Zahn-Lücke-Stellung verdreht, dann vollständig eingespurt und danach durch den Startermotor (10) mit vollem Drehmoment angedreht wird.

20. Verfahren zum Steuern einer Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Betätigen eines Startschalters (27A) über ein Steuergerät (28) zunächst der Reluktanzantrieb in einer vorgegebenen Drehrichtung eingeschaltet wird, wodurch der Mitnehmerschaft (13) von dessen Rotor (21) relativ zur Antriebswelle (11) des wegen Massenträgheit beharrenden oder durch Reibungskräfte gehaltenen Ankers des Startermotors (10) verdreht und zwangsweise durch die Steilgewindekupplung (15) vorgeschoben wird, und daß nach Erreichen einer Zahn-Lücke-Stellung des Ritzels (16) mit dem Zahnkranz (18) der Startermotor (10) vorzugsweise mit reduzierter Stromstärke bestromt und dann vollständig eingespurt und danach durch den Startermotor (10) mit vollem Drehmoment angedreht wird.

21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20 in Verbindung mit Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbund (31) auf dem Mitnehmerschaft (13) vom Stator (24) des Reluktanzantriebs elektromagnetisch angezogen und festgehalten wird, um ein Ausspuren des Ritzels (16) zu verhindern.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Andrehen der Brennkraftmaschine zum Ausspuren des Ritzels (16) die elektromagnetische Erregung des Stators (24) des Reluktanzantriebs durch das Steuergerät (28) ausgeschaltet wird, daß danach der Ringbund (31) vom Stator (24) des Reluktanzantriebs durch die mindestens eine Rückstellfeder (29, 36) abgehoben wird, wobei deren Rückstellkraft vom Ringbund (31) über ein Sicherungselement (33) zwischen Ringbund (31) und Mitnehmerschaft (13) auf diesen übertragen und somit das Ritzel (16) ausgespurt und in seine Augangsstellung gebracht wird.