DE3531848C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Zahnrad-Druckluftstar­ ter mit einem Leitrotor und einem Abtriebsrotor gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Umfang der DE-PS 30 20 930 zählt es zum Stand der Tech­ nik, daß der außenverzahnte Abtriebszapfen des Abtriebsro­ tors mit der Innenverzahnung einer Hohlwelle kämmt, welche über zwei im Abstand zueinander angeordnete Wälzlager im Startergehäuse abgestützt ist. In der Hohlwelle ist sowohl drehbar als auch axial verschieblich eine Einspurwelle mit einem endseitigen Starterritzel vorgesehen. Die Einspurwelle steht unter dem Einfluß eines pneumatisch beaufschlagbaren Einspurzylinders, der im Längenbereich der Hohlwelle ange­ ordnet ist und mit seiner Kolbenstange in die Einspurwelle zwar drehbar, jedoch axial unverschieblich eingreift.

Da der Abtriebszapfen mit einer Innenverzahnung der Hohl­ welle kämmt, erstrecken sich durch das Startergehäuse drei Achsen, und zwar die des Leitrotors, die des Abtriebsrotors und die der Einspurwelle bzw. der Hohlwelle, so daß insge­ samt auch drei Bearbeitungsachsen vorhanden sind. Schwierig­ keiten wirft ferner die Innenverzahnung der Hohlwelle im Hinblick auf die mechanische Bearbeitung, das Härten sowie das Schleifen auf. Das aus der Hohlwelle und der mit dieser über einen Freilauf kuppelbaren Einspurwelle bestehende Einspurgetriebe baut vergleichsweise lang, da zwischen den Rotoren und der Einspurwelle noch der Einspurzylinder unter­ gebracht ist. Das aus einer Schraubendruckfeder bestehende Rückzugmittel des Einspurzylinders kann nur bis zu einer begrenzten Größe ausgelegt werden, sofern das Startergehäuse keine unrealistischen Abmaße erhalten soll.

Zur Steuerung der Vorschub- und Drehbewegung der Einspur­ welle dient ein peripheres Ventilsystem, wodurch die Zahn­ lücken beim Eingriff des Starterritzels in den Zahnkranz einer Antriebsmaschine zuverlässig ermittelt werden können und der Hochlauf der Starterrotoren erst dann einsetzt, wenn das Starterritzel vollständig eingespurt ist. Das Ventilsy­ stem ist einfach und funktionssicher aufgebaut. Es besteht aus Einheiten, die in der Regel unmittelbar am Startergehäu­ se befestigt werden, so daß lediglich Kanalverbindungen zu den Rotorräumen und zum Einspurzylinder erforderlich sind.

Es hat sich aber gezeigt, daß diese Kanalverbindungen nur unter großen Schwierigkeiten und mit erheblichem Fertigungs­ aufwand hergestellt werden könen, wobei manche Ausführungs­ formen von Druckluftstartern sogar externe Leitungen erfor­ dern. Die Ursache dieser Probleme liegt im Prinzip darin, daß die Kanalverbindungen zum Einspurzylinder in den Bereich des Einspurgetriebes geführt werden müssen, wobei mindestens ein Kanal zur Beaufschlagung des Einspurzylinders, ein Kanal zur Rückmeldung der eingespurten Stellung sowie ein Abluft­ kanal erforderlich sind. Darüber hinaus beansprucht der Ein­ spurzylinder einschließlich seiner durch die Schraubendruck­ feder gebildeten Rückzugseinrichtung einen nicht unerheb­ lichen Einbauraum innerhalb des Einspurgetriebes. Dadurch werden die konstruktiven Gestaltungsmöglichkeiten sowohl des Einspurgetriebes als auch des Einspurzylinders beeinträch­ tigt. So ist z. B. nur mit einem für die Praxis uninte­ ressanten Aufwand möglich, ein ausschließlich außenverzahn­ tes Einspurgetriebe zu verwenden. Ferner ergeben sich Schwie­ rigkeiten bei der optimalen Dimensionierung der Rückzugsein­ richtung.

Die DE-PS 5 66 255 zeigt ebenfalls einen Druckluftstarter. Dieser weist jedoch kein Einspurgetriebe mit einem Zahnrad­ bereich auf, das aus einem Abtriebszapfen eines Abtriebs­ rotors und einer ständig mit diesem verbundenen Hohlwelle besteht. Die das Einspurritzel tragende Welle durchsetzt den Abtriebsrotor und ist zu diesem zwar axial durch einen dem Abtriebsrotor auf der dem Einspurritzel abgewandten Stirn­ seite zugeordneten Einspurzylinder verlagerbar, ansonsten aber mit dem Abtriebsrotor ständig drehmomentenschlüssig gekuppelt. Folglich läuft das Einspurritzel nicht nur stän­ dig mit dem Abtriebsrotor um, sondern hat auch immer dessen Drehzahl.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Zahnrad-Druckluftstarter so zu verbessern, daß im Zahnradbereich des Einspurgetriebes keine Kanalführung mehr erforderlich sind und daß sowohl das Einspurgetriebe als auch der Einspurzylinder einfach und gleichzeitig optimal dimensioniert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merk­ malen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht im Vergleich zu der gattungsprägenden Bauart darin, daß jetzt nur noch zwei Drehachsen und damit auch zwei Bearbeitungsachsen im Startergehäuse vorhanden sind. Der Fortfall der dritten Bearbeitungsachse vermindert den Bauaufwand, so daß der Starter kleinere Abmaße erhalten und insofern auch mit er­ heblich geringeren Kosten gefertigt werden kann. Da der Einspurzylinder auf der der Hohlwelle abgewandten Stirnseite des Leitrotors vorgesehen ist, das Einspurgetriebe kürzer gebaut werden. Es wird kein innenliegender Einbauraum mehr für den Einspurzylinder benötigt. Eine solche Anordnung des Einspurzylinders hat dann den weiteren Vorteil, daß die Kanalverbindungen von dem peripheren Ventilsystem zum Ein­ spurzylinder direkt und daher kurz gestaltet werden können. Die druckluftführenden Kanäle befinden sich mithin nicht mehr in dem Zahnradbereich des Einspurgetriebes. Folglich entfällt die bislang erforderliche Zwischenplatte. Insgesamt ergibt sich ein übersichtlicher und leicht zu fertigender sowie zu montierender Aufbau.

Darüber hinaus wird es jetzt als vorteilhaft empfunden, daß die Hohlwelle mit einer Außenverzahnung versehen ist. Eine solche Außenverzahnung ist erheblich einfacher mechanisch zu fertigen, zu härten und auch zu schleifen. Neben der vereinfachten Herstellung ergibt sich dann zusätzlich der Vorteil einer erhöhten Belastbarkeit.

Die Kolbenstange des Einspurzylinders durchsetzt den Leit­ rotor auf dessen gesamter Länge, wobei lediglich die zwar drehbare, jedoch axial unverschiebbare Kupplung mit der Einspurwelle im Bereich des Einspurgetriebes ausgebildet ist. Auf diese Weise vereinfachten sich die Wartung des Druck­ luftstarters sowie evtl. anfallende Reparaturen.

Die gemäß den Merkmalen des Anspruchs 2 getroffene Lagerung der Hohlwelle ist mit dem Vorteil verbunden, daß die zwi­ schen der Hohlwelle und der Einspurwelle vorgesehenen Nadel­ lager während des Hochlaufs des Starters zwar mit einer Radialkraft belastet wird, sich jedoch nicht drehen. Ledig­ lich die großdimensionierbaren Wälzlager zwischen der Hohl­ welle und dem Startergehäuse einerseits und dem Lagerzapfen des Leitrotors andererseits drehen sich unter radialer Bela­ stung. Wenn die Antriebsmaschine nach dem Startvorgang ge­ startet hat, kommt der Freilauf bekanntlich in Überholstel­ lung und es können sehr hohe Drehzahlen der Nadellager ent­ stehen. Diese sind jetzt aber nicht mehr durch Radialkräfte belastet. Die Drehzahl der die Hohlwelle stützenden Wälzla­ ger bleibt auf die Starterdrehzahl begrenzt. Insgesamt er­ gibt sich somit eine außerordentlich positive Zuordnung der auftretenden Radialkräfte zu den die Hohlwelle stützen­ den hochbelastbaren Wälzlagern und der hohen Relativdreh­ zahlen zu den drehzahlfesten Nadellagern.

Die Merkmale des Anspruchs 3 haben den Vorteil, daß sich jetzt die Rückzugsmittel für den Einspurzylinder optimal auslegen lassen. Dazu ist es relativ problemlos möglich, den Ringspalt zwischen der Kolbenstange des Einspurzylinders und dem Leitrotor entsprechend groß auszubilden, so daß ein ausreichender Einbauraum zur Verfügung steht.

Durch die Befestigung eines den Startvorgang optimal beein­ flussenden Taktventils auf der plan ausgebildeten Stirnflä­ che des Abschlußdeckels (Anspruch 4) vermindert sich die Gesamtzahl der zu bearbeitenden Planflächen.

Diese wird noch weiter verringert, wenn gemäß Anspruch 5 auch der Dichtteller eines Abluftventils auf dieser Stirn­ fläche abgestützt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt einen Zahnrad- Druckluftstarter;

Fig. 2 eine Stirnansicht auf den Druckluftstarter der Fig. 1 gemäß dem Pfeil II bei abgenommenem Abluftventil sowie Hauptventil und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Druckluftstarter der Fig. 2 entlang der Linie III-III in ver­ größerter Darstellung.

In den Fig. 1 bis 3 ist mit 1 ein Zahnrad- Druckluftstarter bezeichnet, wie er zum Starten einer Antriebsmaschine in Form eines Verbrennungsmotors oder einer Gasturbine zur Anwendung gelangt.

Der Druckluftstarter 1 weist einen Drehkolben­ motor 2 mit einem Leitrotor 3 und einem Antriebsrotor 4 auf (Fig. 1). Die beiden Rotoren 3, 4 sind über von ihren Stirnseiten 5-8 vorspringenden Zapfen 9-12 in Wälzlagern 13 abgestützt, die in Rotorschilden 14, 15 eingesetzt sind, welche das Rotorgehäuse 16 stirnseitig begrenzen.

Der Abtriebszapfen 11 des Abtriebsrotors 4 ist mit einer Außenverzahnung 17 versehen, welche mit einer Außen­ verzahnung 18 einer Hohlwelle 19 kämmt, die über ein Wälz­ lager 20 in einem topfartigen Deckelteil 21 des Starterge­ häuses 22 und über ein weiteres Wälzlager 23 umfangsseitig des Lagerzapfens 9 des Leitrotors 3 abgestützt ist.

Im Innern der Hohlwelle 19 (Fig. 1) ist eine dreh­ bare und axial bewegliche Einspurwelle 24 vorgesehen, welche über Nadellager 25 gegenüber der Hohlwelle 19 distanziert ist. Ein Freilauf 26 dient der Kupplung von Hohlwelle 19 und Ein­ spurwelle 24. Die Einspurwelle 24 besitzt eine Ausnehmung 27, in welche ein Starterritzel auswechselbar eingesetzt werden kann.

Es ist aus Fig. 1 ferner zu erkennen, daß die gemeinsame Mittelachse 28 von Einspurwelle 24 und Hohlwelle 19 koaxial zu der Mittelachse 29 des Leitrotors 3 verläuft.

Auf diese Weise sind nur zwei Drehachsen und damit auch zwei Bearbeitungsachsen im Druckluftstarter 1 vorhanden, und zwar die gemeinsame Drehachse 29, 28 von Leitrotor 3, Einspurwelle 24 und Hohlwelle 19 einerseits und die Drehachse 30 des Abtriebsrotors 4 andererseits.

Am inneren Ende der Einspurwelle 24 ist die Kolbenstange 31 eines im Abschlußdeckel 32 des Rotorgehäuses 16 integrierten Einspurzylinders 33 drehbeweglich, jedoch zur Einspurwelle axial unverschieblich gelagert. Die Lagerung erfolgt über ein Wälzlager 34, das mit Hilfe eines Sprengrings 35 in einer Ausnehmung 36 der Einspurwelle 24 festgelegt ist.

Die Kolbenstange 31 durchsetzt eine abgestufte Längsbohrung 37 des Leitrotors 3 und ist mit dem Kolben 38 des Einspurzylinders 33 durch eine Schraube 39 lösbar verbunden. Der Kolben 38 ist in Richtung auf die Einspurwelle 24 pneu­ matisch beaufschlagbar (siehe Fig. 1 und 3). Auf der anderen Seite stützt sich an dem Kolben 38 eine Schrauben­ druckfeder 40 ab, die wiederum in einer Federhülse 41 ein Widerlager findet, die in den Ringspalt 42 zwischen der Kolbenstange 31 und dem Leitrotor 3 greift.

Auf der plan ausgebildeten Stirnfläche 43 des Ab­ schlußdeckels 32 ist ein Taktventil 44 befestigt. Die Kanal­ führung 45 zwischen dem Taktventil 44 und dem Leitrotor 3 bzw. dem Einspurzylinder 33 ist in Fig. 3 näher veran­ schaulicht.

Ferner kann sich, wie aus der Fig. 3 erkennbar ist, der Dichtteller 46 eines Abluftventils 47 an dieser Plan­ fläche 43 abstützen. Das Abluftventil kann eine Abluft­ öffnung 48 im Startergehäuse 22 verschließen.

Durch die Eingliederung des Taktventils 44 in die Druckluftzuführung 45 zum Startermotor 2 und zum Einspur­ zylinder 33 wird beim Startvorgang die Axialbewegung der Einspurwelle 24 durch eine Kraft erzeugt, die bis zum Ein­ spuren des Starterritzels in die Schwungradverzahnung in einer sich ändernden Größe auf das Starterritzel einwirkt. Die die Rotation hervorrufende Kraft wird mindestens bis zum teilweisen Einspuren in die Schwungradverzahnung in einer hierzu phasen-verschobenen, periodisch abwechselnden Größe aufgebracht. Dadurch erfährt das Starterritzel taktweise eine kurze langsame Rotation bei geringer oder fehlender Vorschubkraft, die anschließend durch Wegnahme der Rotations­ kraft wieder gestoppt wird, wobei die Vorschubkraft gleich­ zeitig erhöht wird. Auf diese Weise läuft sich auch der evtl. eingeklemmte Freilauf 26 sofort wieder frei, besonders wenn die Eintaktung in Gegendrehrichtung erfolgt, so daß die axiale Vorschubkraft keine zusätzlichen Widerstände über­ winden muß. Dadurch, daß die Krafteinleitung teilweise unter­ brochen wird, kann es nicht zu Blockieren des Einspurens kommen. Das Starterritzel gleitet vielmehr sanft in die Schwungradverzahnung, weil es sich gewissermaßen den Weg ge­ ringsten Widerstands sucht. Abnutzungserscheinungen treten kaum mehr auf. Aufgrund dieses Sachverhalts wird mithin die Lebensdauer des Starterritzels und damit auch die der Schwung­ radverzahnung erheblich heraufgesetzt. Dies ist z. B. in den­ jenigen Fällen von besonderer Bedeutung, wo die Wartung sowie die Reparatur eines Starters 1 und einer Antriebsmaschine mit Schwierigkeiten verbunden sind. Hierunter ist in diesem Fall hauptsächlich die Zugänglichkeit dieser Aggregate zu verstehen, womit beispielsweise ihr Standort auf Hochseeschiffen ge­ meint ist.

Claims (5)

1. Zahnrad-Druckluftstarter mit einem Leitrotor und einem Abtriebsrotor, der über einen außenverzahnten Abtriebszapfen mit der Verzahnung einer im Startergehäuse gelagerten Hohl­ welle ständig in Eingriff ist, wobei in der Hohlwelle eine ein Ritzel tragende, über einen Freilauf kuppelbare und axial verschiebliche Einspurwelle abgestützt ist, in der drehbar und axial unverschieblich eine Kolbenstange gelagert ist, deren zugehöriger Kolben in Einspurrichtung pneumatisch und in Ausspurrichtung durch Federkraft beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die gemein­ same Mittelachse von Hohlwelle (19) und Einspurwelle (24) koaxial zur Mittelachse (29) des Leitrotors (3) verläuft,
daß die Hohlwelle (19) mit einer Außenverzahnung (18) für den Eingriff des Abtriebszapfens (11) versehen ist, und
daß der Einspurzylinder (33) auf der der Hohlwelle (19) abgewandten Stirnseite (6) des Leitrotors (3) und zu diesem koaxial in einem Abschlußdeckel (32) des Startergehäuses (22) angeordnet ist.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Hohlwelle (19) an einem Ende über ein Wälzlager (20) innenseitig des Startergehäuses (22) und am anderen Ende über ein Wälzlager (23) umfangsseitig eines Lagerzapfens (9) des Leitrotors (3) abgestützt ist.

3. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die den Kolben (38) des Einspurzylin­ ders (33) belastende Federkraft durch eine die Kolbenstange (31) umschließende Schraubendruckfeder (40) gebildet ist, welche sich andererseits an einer Federhülse (41) abstützt, die in einen Ringspalt (42) zwischen der Kolbenstange (31) und dem Leitrotor (3) greift.

4. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß auf der plan ausgebildeten Stirnfläche (43) des Abschlußdeckels (32) ein Taktventil (44) befestigt ist.

5. Starter nach Anspruch 1 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich auf der plan ausgebil­ deten Stirnfläche (43) des Abschlußdeckels (32) der Dichttel­ ler (46) eines Abluftventils (47) abstützt.