DE4016906C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Anlasser für Brennkraftma­ schinen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebe­ nen Gattung.

Ein herkömmlicher Anlasser zum Anlassen einer Brennkraft­ maschine umfaßt im allgemeinen einen Motor, ein Motorge­ häuse, eine im Motorgehäuse angeordnete und verschiebbar in einem Kugellager gelagerte Ritzelwelle sowie einen Me­ chanismus, der die Motorwelle mit der Ritzelwelle verbin­ det, die Ritzelwelle im Motorgehäuse verschiebt und das Ritzel mit einem Zahnkranz in einem Getriebegehäuse der Brennkraftmaschine in Eingriff bringt, um durch Drehen des Zahnkranzes die Brennkraftmaschine zu starten. Der Me­ chanismus weist eine Kupplung auf, die eine Abtriebswelle des Motors mit der Ritzelwelle verbindet.

Bei einem herkömmlichen Anlasser dieser z. B. in der JP-OS 61-1864 beschriebenen Art ist das Motorgehäuse einfach zy­ lindrisch um den Außenumfang der Ritzelwelle herum ausge­ bildet und das Kugellager, das die Ritzelwelle dreh- und verschiebbar lagert, ist am Motorgehäuse befestigt. Die Ritzelwelle ist an ihrem Außenumfang mit einer Abstufung versehen, die an der Seitenfläche des Kugellagers anliegt und das Eindringen von Salzwasser, Staub usw. in den Gleitabschnitt zwischen dem Kugellager und der Ritzelwelle sowie Rostbildung verhindern soll. Das Kugellager weist integrierte Trennwände gegen Schmutzanfall auf.

Das Eindringen von Salzwasser, Staub usw. kann jedoch nicht vollständig unterbunden werden, wenn der Druck im Getriebegehäuse steigt und schmutziges atmosphärisches Gas aus dem Getriebegehäuse in das Motorgehäuse strömt. Wenn dieser Anlasser mehrere Jahre in Betrieb ist, treten Gleitprobleme der Ritzelwelle auf und es kommt zu einem nachteiligen Verklemmen der Ritzelwelle auf der Lager­ gleitfläche. Ferner muß bei diesem bekannten Anlasser nach der Montage der Kupplung, der Ritzelwelle und des Kugella­ gers im Motorgehäuse das Kugellager am Motorgehäuse befe­ stigt werden, was die Montage kompliziert.

Aus der JP-64-29 270 (U) ist ein gattungsgemäßer Anlasser bekannt, in dessen Gehäuse eine verdickte Ritzelwelle mit einem daran angeformten schmaleren Ritzel drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. An der vorderen Ge­ häusestirnwand ist ein hohlzylindrischer Ansatz angeformt, der den Endbereich der zum Anlassen herausgeschobenen Ritzelwelle unter Ausbildung eines relativ langen schmalen Ringspaltes umgibt und am freien Ende einen nach radial innen gerichteten Ringflansch aufweist. Der Ringspalt mündet in eine schmale ringförmige Luftkammer, die von einem Abschnitt der Gehäusestirnwand und der Frontseite des Ritzelwellenlagers begrenzt wird und über eine Bohrung mit dem Innenraum des das Anlaßzahnrad der Brennkraftmaschine aufnehmenden Maschinengehäuses verbunden ist. Wenn zum Anlassen das Ritzel bis über den Ringflansch des Ansatzes ausgeschoben ist, wird das Einströmen von verschmutzter Luft aus dem Maschinengehäuse zum Ritzelwellenlager durch den engen und relativ langen Ringspalt wirksam reduziert. Ansammlungen von Schmutzpartikeln und Flüssigkeit in der Luftkammer werden über die Verbindungsbohrung in den Innenraum des Maschinengehäuses zurückgeführt. Wenn die Brennkraftmaschine nach dem Anlassen mit höheren Drehzahlen umläuft und ein vom Zahnrad initiierter Luftstrom umläuft, besteht die Möglichkeit, daß verschmutzte Luft aus durch den dann wesentlich breiteren Luftspalt bis zum Lager und zur Gleitfläche der Ritzelwelle strömt, so daß sich Ablagerungen und Korrosion auf den Gleitflächen bilden. Durch den hohlzylindrischen Ansatz vergrößert sich ferner die Baulänge dieses Anlassers.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen An­ lasser derart weiterzubilden, daß Verschmutzungen der Gleitflächen und des Ritzelwellenlagers durch einströmende verschmutzte Luft aus dem Maschinengehäuse nicht nur beim Anlassen, sondern auch während des sehr viel länger an­ dauernden Normalbetriebs der Brennkraftmaschine auf tech­ nisch einfache und zuverlässige Weise verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patent­ anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Beim Anlassen bewirkt der enge Ringspalt zwischen der Außenfläche und der Umfangsfläche der Gehäuseöffnung eine wirksame Drosselung der einströmenden Luft, wobei in der anschließenden Luft­ kammer die Luftgeschwindigkeit praktisch vollständig abge­ baut wird und die ausfallenden Schmutz- und Flüssigkeits­ partikel über die Bodenbohrung zurückgeführt werden. Im Betrieb der Brennkraftmaschine erzeugt der im Maschinen­ gehäuse rotierende Luftstrom an der Durchtrittsöffnung der Ritzelwelle eine Saugwirkung im Anlasser, die eine Strömung von sauberer Außenluft durch die Gehäusekammer, den Verbindungskanal, die Luftkammer und den dann ver­ größerten Ringspalt sowie die Ablaufbohrung in das Innere des Maschinengehäuses initiiert, durch den Schmutzab­ lagerungen an den Lager- und Gleitflächen verhindert werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Im folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Anlasser in teilgeschnittener Seitenansicht;

Fig. 2 den Anlasser nach Fig. 1 mit einge­ rücktem Ritzel;

Fig. 3 den Anlasser nach Fig. 1 in schemati­ scher Vorderansicht;

Fig. 4 schematisch die Luftströme im Anlasser nach Fig. 1;

Fig. 5 und 6 in Diagrammen die experimentellen Daten eines herkömmlichen Anlassers; und

Fig. 7 und 8 in Diagrammen die experimentellen Daten des Anlassers nach Fig. 1.

Der dargestellte Anlasser 1 für die Brennkraftmaschine z. B. eines Kraftfahrzeugs hat ein Motorgehäuse 2, in dessen hinterem Teil ein Motor aufgenommen ist.

Das Motorgehäuse 2 ist an einem Getriebegehäuse 3 befe­ stigt, wobei sein Vorderteil in das Getriebegehäuse 3 hineinragt. Der Motor hat eine zum Getriebegehäuse 3 ver­ laufende Abtriebswelle 4, die in einem mittleren Abschnitt ein Steilgewinde aufweist. Ein Ritzel 16 ist an dem äußeren Ende einer hohlen Ritzelwelle 7 ausgebildet. Die­ ses Wellenende ist durch eine eingesetzte Platte 7a ver­ schlossen, das andere Wellenende ist offen. Die Ritzelwel­ le 7 ist über ein Lager 6 auf dem Vorderende der Abtriebs­ welle 4 drehbar und axial verschiebbar gelagert.

Die Ritzelwelle 7 und die Abtriebswelle 4 sind durch eine Freilaufkupplung 8 miteinander verbunden, deren Kupplungs­ außenteil 9 um den Außenumfang des Steilgewindes 5 ange­ ordnet ist und mit dem Steilgewinde 5 der Abtriebswelle 4 in Eingriff gebracht werden kann. Eine Rolle 10 der Frei­ laufkupplung 8 ist in einem zwischen dem Kupplungsaußen­ teil 9 und dem Außenumfang des offenen Endabschnitts 11 der Ritzelwelle 7 gebildeten keilförmigen Zwischenraum aufgenommen. Wenn das Kupplungsaußenteil 9 in Fig. 1 nach rechts bewegt und durch die Gewindeverbindung von der An­ triebswelle 4 verdreht wird, erfolgt eine Klemmverbindung zwischen dem Kupplungsaußenteil 9 und der Ritzelwelle 7 durch die Rolle 10.

Das Kupplungsaußenteil 9 wird durch einen Schaltfinger 12 in Axialrichtung eingerückt, dessen eines Ende mit dem Kupplungsaußenteil 9 und dessen anderes Ende mit einem Stößel 15 eines Elektromagnetschalters 14 verbunden ist. Der Einrückhebel 12 wird durch die Kraft einer Torsions­ feder 13 an eine Wand des Motorgehäuses 2 gedrückt. Die Ritzelwelle 7 ist mit ihrem außen glatten Abschnitt in einem Kugellager 17 in Axialrichtung verschiebbar gela­ gert, das im Preßsitz im Motorgehäuse 2 befestigt ist und eine innere Gleitfläche zur verschiebbaren Lagerung der Ritzelwelle 7 aufweist.

Das Motorgehäuse 2 hat eine Öffnung 18 zum Durchtritt der Ritzelwelle 7. Der Innendurchmesser der Öffnung 18 ist ge­ ringfügig größer als der Außendurchmesser der Ritzelwelle 7. Eine dimensionsmäßige Beziehung zwischen dem Ritzel 16 und der Wandstärke des Motorgehäuses 2 im Bereich der Öff­ nung 18 ist so bestimmt, daß bei Durchtritt der Ritzelwel­ le 7 durch die Öffnung 18 in das Getriebegehäuse 3 das Verzahnungsende 16a des Ritzels 16 der Umfangsfläche der Öffnung 18 gegenübersteht, wodurch der Luftkanal zwischen der Öffnung 18 und dem Ritzelwellenendabschnitt sehr klein ist, wenn die Ritzelwelle 7 durch die Öffnung 18 in das Getriebegehäuse 3 ragt.

Im Motorgehäuse 2 ist zwischen dem Kugellager 17 und der Stirnwand des Motorgehäuses 2 neben der Öffnung 18 eine ringförmige Luftkammer 19 ausgebildet. In dieser Luftkam­ mer 19 verringert sich die Geschwindigkeit der durch den Luftspalt zwischen der Öffnung 18 und der Ritzelwelle 7 strömenden Luft vorzugsweise bis zum Erreichen eines sta­ tionären Zustands.

Im Motorgehäuse 2 ist an der anderen Seite des Kugellagers 17 eine Kammer 20 zur Aufnahme der Freilaufkupplung 8 aus­ gebildet, die über einen Kanal 21 mit der Luftkammer 19 in Verbindung steht. Der Verbindungskanal 21 umgeht die Gleitfläche des Kugellagers 17 und verläuft über dem Ku­ gellager 17. Die Kammer 20 steht über einen Spalt bzw. eine Bohrung 22 im Motorgehäuse 2 mit der Außenluft in Verbindung.

An der die Luftkammer 19 begrenzenden Stirnseite des Ku­ gellagers 17 ist eine ringförmige Trennwand 23 z. B. aus rostfreiem Stahlblech angeordnet, und eine Nut 24 in der Stirnwand des Motorgehäuses 2 verläuft von der Öffnung 18 in Schwerkraftrichtung nach unten (Fig. 3).

Ein Zahnkranz 25 ist außerhalb des Motorgehäuses 2 und im Getriebegehäuse 3 angeordnet. Zum Anlassen der Brennkraft­ maschine gelangt das herausgeschobene und drehangetriebene Ritzel 16 mit dem Zahnkranz 25 in Eingriff.

Anstelle des Motorgehäuses kann ein unabhängiges Gehäuse so am Motor befestigt sein, daß seine Abtriebswelle im Ge­ häuse verläuft.

Zum Anlassen der Brennkraftmaschine wird durch Betätigen eines Anlaßschalters der Elektromagnetschalter 14 einge­ schaltet, dessen Stößel 15 den Schaltfinger 12 um seinen als Drehpunkt dienenden Kontaktpunkt A am Motorgehäuse 2 verschwenkt. Dadurch wird das andere Ende des Schaltfin­ gers 12 zusammen mit dem Kupplungsaußenteil 9 nach rechts bewegt, wobei das Ritzel 16 aus der Öffnung 18 in das Ge­ triebegehäuse 3 eintritt und mit dem Zahnkranz 25 in Ein­ griff gelangt. Mit dem Betätigen des Anlaßschalters wird auch der Motor eingeschaltet, dessen Abtriebswelle 4 sich zu drehen beginnt. Durch diese beiden Vorgänge wird die Freilaufkupplung 8 aktiviert, welche die Ritzelwelle 7 mit der Motorabtriebswelle 4 drehfest kuppelt, um den Zahn­ kranz 25 anzutreiben.

Fig. 4 erläutert die Gasströmung im oben beschriebenen An­ lasser und zeigt schematisch jeden Bestandteil des An­ lassers. Durch die Drehung des Zahnkranzes 25 beim Anlas­ sen der Brennkraftmaschine wird ein rotierender Gasstrom a erzeugt, der an der Eingriffsstelle zwischen dem Zahnkranz 25 und dem Ritzel 16 am Weiterströmen gehindert wird und in den Anlasser 1 durch den Spalt zwischen der Öffnung 18 und der Ritzelwelle 7 in das Motorgehäuse 2 einströmt. Dieser Gasstrom b erhöht den Druck in der Luftkammer 19. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Maße und die Form der Öffnung 18, der Ritzelwelle 7 und des Ver­ zahnungsendes 16a des Ritzels 16 so bestimmt, daß der oben beschriebene Luftspalt sehr klein ist. Deshalb sind die Einströmmenge sowie der Druckanstieg in der Luftkammer 19 beschränkt. Außerdem wird die Geschwindigkeit des Gasstro­ mes b so in der Luftkammer 19 nahezu vollständig abgebaut, so daß der schädliche Staub und Wasser in der Luftkammer 19 gesammelt und aus dieser über die Nut 24 in das Getrie­ begehäuse 3 zurückgeführt werden können.

Die in die Luftkammer 19 einströmende Luft geht zwar in den annähernd stationären Zustand über. Wenn dieser Zu­ stand beibehalten wird, steigt der Druck in der Luftkammer 19. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel strömt die Luft aus der Luftkammer 19 über den Kanal 21 (Luftstrom c) in die Aufnahmekammer 20, und zwar ohne′ die Gleitfläche des Kugellagers 17 zu verschmutzen. Die direkt in Richtung des Kugellagers 17 strömende Luft wird von der Trennwand 23 zurückgehalten, so daß jegliche Verschmutzung des Ku­ gellagers 17 und der Gleitfläche durch Staub und Wasser verhindert wird.

Nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine wird durch den Anlaßschalter die Energiezufuhr zum Motor und damit auch der Antrieb des Ritzels 16 unterbrochen, der Elektro­ magnetschalter 14 wird entregt, der Einrückhebel 12 wird durch die Kraft der Feder von seiner Anlage am Stößel ge­ löst und das Ritzel 16 wird außer Eingriff mit dem Zahn­ kranz 25 gebracht und in das Motorgehäuse 2 zurückbewegt.

Mit zunehmender Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht sich auch die Strömungsgeschwindigkeit des rotierenden Luftstroms a. Der Druck nahe der Öffnung 18 des Motorge­ häuses 2 wird daher nach dem Bernoullischen Gesetz niedri­ ger als der Druck in der Luftkammer 19, so daß Luft aus der Luftkammer 19 in das Getriebegehäuse 3 gesaugt wird. Der Unterdruck in der Luftkammer 19 erzeugt einen Gasstrom d aus der Aufnahmekammer 20 durch den Kanal 21 in die Luftkammer 19. Dieser Luftstrom d wird zu einem Luftstrom e, der vom Hochdruckbereich in der Luftkammer 19 nahe dem Kanal 21 zum Niederdruckbereich nahe der Nut 24 verläuft. Die Luftkammer 19 wird daher mit frischer und sauberer Luft gefüllt, und dieser Luftstrom e schiebt den einströ­ menden Luftstrom b so zurück, daß dieser zu den Luftströ­ men f und g wird und in das Getriebegehäuse 3 rückgeführt wird. Der Luftstrom e strömt aus der Nut 24 in das Ge­ triebegehäuse 3.

Bei weiterer Zunahme der Maschinendrehzahl sinkt der Druck in der Luftkammer 19 weiter, wodurch sich die beschriebene Wirkung der Luftströme verstärkt. Außerdem erzeugt die Außenluft der Aufnahmekammer 20 die Luftströme h und i, die durch den Spalt zwischen dem Kugellager 17 und der Ritzelwelle 7 in die Luftkammer 19 strömen sollen. Diese Luftströme h und i spülen Staub und Wasser fort, die aus der Luftkammer 19 auf die Gleitfläche gelangen könnten.

Nachfolgend wird die Wirkungsweise dieses Ausführungsbei­ spiels anhand von Versuchsergebnissen erläutert, wobei je­ doch zum Vergleich zunächst die Versuchsergebnisse eines herkömmlichen Anlassers erläutert werden, der kein Luft­ reservoir 19 und keinen Kanal 21 besitzt und bei dem die Druckänderung nahe dem Kugellager 17 auftritt, wenn die Maschinendrehzahl nach dem Anlassen vom Leerlauf auf eine hohe Drehzahl steigt und wieder in den Leerlauf zurück­ fällt. Beim Starten des Anlassers entsteht ein Überdruck von 8 mmWS (1 mmWS = 9,8 Pa), und ein mit zunehmender Maschinendrehzahl größer werdender Unterdruck erreicht einen Maximalwert von - 15 mmWS. Fig. 6 zeigt die Druckänderung, wenn der Anlaß­ schalter z. B. für 4 s eingeschaltet bleibt, um den her­ kömmlichen Anlasser zu starten. Dabei entsteht der in Fig. 4 gezeigte Luftstrom b und der Überdruck bleibt wäh­ rend dieser Zeit aufrechterhalten.

Fig. 7 zeigt die Druckänderung in der Luftkammer 19 beim Ausführungsbeispiel. Beim Starten des Anlassers entwickelt sich ebenfalls ein Überdruck von nur 3 mmWS. Der einströ­ mende Luftstrom b verringert sich entsprechend der Abnahme des Überdruckwerts gegenüber der herkömmlichen Vorrich­ tung, so daß auch die einströmende Staub- und Wassermenge entsprechend sinkt. Bei der herkömmlichen Vorrichtung er­ höht sich die Gefahr einer Verschmutzung der Gleitfläche, wenn der Anlaßschalter für längere Zeit eingeschaltet bleibt, während beim Ausführungsbeispiel der Absolutwert des Überdrucks selbst klein und die Gefahr einer Ver­ schmutzung der Gleitfläche deshalb gering ist, selbst wenn der Anlaßschalter für längere Zeit eingeschaltet bleibt.

Beim Ausführungsbeispiel entwickelt sich bei zunehmender Maschinendrehzahl in der Luftkammer 19 ein Unterdruck mit einem Maximalwert von - 9 mmWS. Dieser Unterdruck erzeugt den Luftstrom d der Außenluft durch den Kanal 21 in die Luftkammer 19, wobei dieser Luftstrom d verhindert, daß die im Getriebegehäuse 3 befindliche verschmutzte Luft in die Luftkammer 19 gelangt und die Gleitfläche erreicht.

Dabei zeigt Fig. 8 im Vergleich zu Fig. 7 die Druckände­ rung an dem der Luftkammer 19 zugewandten Seitenflächenab­ schnitt des Kugellagers 17. Ein Überdruck von 2 mmWS tritt bei eingeschaltetem Anlaßschalter und ein Unterdruck von - 2 mmWS bei hoher Maschinendrehzahl auf, so daß sich die Luftströme c und d durch den Kanal 21 entwickeln. Versuche haben bestätigt, daß bei dem beschriebenen Anlasser die Gleitfläche für wenigstens sechs Jahre in gutem Zustand und mängelfrei bleibt, was auf das Zusammenwirken der Luftkammer 19 mit dem Kanal 21 und die Erzeugung der oben beschriebenen Luftströme c, d zurückzuführen ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist, wie oben beschrieben, der Anstieg des Überdrucks nahe der Gleitfläche zum Zeit­ punkt des Anlassens der Maschine begrenzt, die Druckdiffe­ renz zwischen dem Druck im Motorgehäuse 2 und dem Druck im Getriebegehäuse 3 wird geregelt, und der Druckgradient zwischen diesen Drücken nähert sich im wesentlichen Null. Der Eintritt von im Getriebegehäuse 3 befindlicher ver­ schmutzter Luft in das Motorgehäuse 2 ist daher be­ schränkt, und es wird verhindert, daß die Gleitfläche durch Staub verschmutzt wird oder durch das Eindringen von Salzwasser rostet. Da im Betrieb der Brennkraftmaschine ein sauberer Luftstrom erzeugt wird, der die verschmutzte Luft von der Gleitfläche fernhält, kann die Gleitfläche in gutem Zustand gehalten werden.

Das Ausführungsbeispiel umfaßt drei Aspekte, und zwar die Anordnung der Luftkammer 19, die dimensionsmäßige Ausbil­ dung zum Begrenzen des Luftstroms a und die Anordnung des Kanals 21. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gemein­ same Anwendung dieser drei Maßnahmen beschränkt, weil Ver­ suche gezeigt haben, daß auch nur das Vorsehen der Luft­ kammer 19 und des Verbindungskanals 21 zu einer wirksamen Staub- und Rostschutzwirkung führen.

Die Erfindung ist nicht auf den oben beschriebenen Anlas­ ser beschränkt, sondern kann allgemein bei Maschinen ange­ wandt werden, die ein der verschiebbaren Ritzelwelle ver­ gleichbares Gleitorgan aufweisen, und kann den Eintritt von Staub u. ä. in den Gleitabschnitt verhindern.

Claims (3)

1. Anlasser für Brennkraftmaschinen mit

• - einem Motor,
• - einer im vorderen Teil eines Gehäuses (2) angeordneten Ritzelwelle (7), an deren einem Ende ein Ritzel (16) vorgesehen ist,
• - einem im vorderen Teil des Gehäuses (2) befestigten Lager (17), das die Ritzelwelle (7) drehbar und axial verschiebbar lagert, und
• - einem im Gehäuse (2) angeordneten Anlaß-Mechanismus (4, 8, 12, 14) zum Verbinden der Ritzelwelle (7) mit dem Motor und zum axialen Verschieben des Ritzels (16) durch eine in einer Seitenwand des Gehäuses (2) ausgebildete Öffnung (18), so daß das Ritzel (16) mit einem in einem Getriebegehäuse (3) der Brennkraftmaschine vorgesehenen Zahnkranz (25) in Eingriff gelangt,
• - wobei eine zum Anlaßmechanismus gehörende Freilauf­ kupplung (8) einer Gehäusekammer (20) angeordnet ist,
• - wobei bei aus dem Gehäuse (2) herausgeschobenem Ritzel (16) ein enger Luftspalt zwischen der Ritzelwelle (7) und einer die Öffnung (18) begrenzenden Innenum­ fangsfläche der Gehäusewand verbleibt, und
• - wobei zwischen der Seitenwand des Gehäuses (2) und einer dieser Seitenwand gegenüberliegenden Seite des Lagers (17) eine mit dem Luftspalt kommunizierende Luftkammer (19) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
• - daß ein den Außenring des Lagers (17) umgehender Ver­ bindungskanal (21) die Luftkammer (19) über die Ge­ häusekammer (20) mit der Atmosphäre außerhalb der beiden Gehäuse (2, 3) verbindet.

2. Anlasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im unteren Bereich der Seitenwand des Gehäuses (2) eine Nut (24) ausgebildet ist, die zum Abführen von festen und/oder flüssigen Stoffen aus der Luft­ kammer (19) einen unteren Teil dieser Luftkammer (19) mit dem Inneren des Gehäuses (3) verbindet.

3. Anlasser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Luftkammerseite des Lagers (17) eine Trenn­ wand (23) vorgesehen ist.