DE4110987A1 - Druckluftstarter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckluftstarter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Der erfindungsgemäße Druckluftstarter wird vorzugs­ weise zum Anlassen von Dieselmotoren, aber auch von Gasturbinen verwendet, wobei ein auf der Einspur­ welle drehfestes Ritzel in die Außenverzahnung oder die Innenverzahnung eines Rades eingespurt wird, welches drehfest mit einer Welle der Brenn­ kraftmaschine verbunden ist. Die dazu erforderliche Axialbewegung der Einspurwelle wird mit Hilfe eines druckluftbeaufschlagten Kolbens herbeigeführt; das Ausspuren des Ritzels erfolgt in Gegenrichtung mei­ stens mechanisch mit Hilfe einer Feder, die vom Einspurkolben gespannt wird. Sobald das Ritzel ein­ gespurt ist, läuft der Druckluftmotor des Starters hoch, welcher über die Hohlwelle mit der Einspur­ welle durch Klemmung im Freilauf kraftschlüssig wird, solange die Hohlwelle schneller als die Einspurwelle umläuft. Wenn die Brennkraftmaschine anspringt, wird der Kraftschluß zwischen Hohlwelle und Einspurwelle unterbrochen, weil die Klemmung im Freilauf aufgehoben ist. Der Rückzug der Einspur­ welle verlangt daher nur geringe Kräfte, die bei­ spielsweise von der Rückzugsfeder aufgebracht wer­ den.

Dem Freilauf kommt für das einwandfreie Funktionie­ ren des Druckluftstarters daher eine maßgebliche Bedeutung zu. Zur Kupplung der beiden Wellen dienen dabei Kupplungskörper, welche in der Regel feder­ belastet sind, um ein schnelles und sicheres Grei­ fen der Klemmkörper zu erreichen. Die Federn halten die Klemmkörper stets in Anlage an den miteinander zu kuppelnden Teilen.

Es ist bekannt (DE-PS 30 20 930), die Klemmkörper in der Hohlwelle axial festzulegen und die Einspur­ welle durch den Kranz der Hohlkörper axial zu bewe­ gen, wenn das Ritzel ein- bzw. ausgespurt werden soll. Dadurch wird erreicht, daß die Klemmkörper die beiden Wellen unmittelbar kuppeln. Allerdings kommt es im Zuge der Axialbewegungen der Einspur­ welle, insbesondere nach dem Eintreten eines unver­ meidlichen Verschleißes im Freilauf häufig dazu, daß die Einspurwelle die Klemmkörper erfaßt und die Klemmung bereits eintritt, wenn das Ritzel noch nicht oder noch nicht vollständig eingespurt worden ist. Dann versagt der Starter, weil der Vorschub der Einspurwelle durch die vorzeitige Klemmung im Freilauf unterbrochen wird und der Druckluftmotor nicht anlaufen kann.

Um diesen Fehler zu beheben, ist es im gleichen Zu­ sammenhang bekannt, die Rotation der Einspurwelle bei deren Vorschub zu takten und zwar in der Weise, daß sich eine pulsierende Bewegung der Einspurwelle im Freilauf ergibt. Dadurch wird einer unzeitig eintretenden Klemmung vorgebeugt oder eine bereits eingetretene Klemmung gelöst und die Einspurwelle ohne nennenswerten Widerstand im Freilauf bis zum Einspuren des Ritzels axial verschoben. Zwar soll durch die Taktung des Startermotors auch das Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine erleichtert werden, jedoch ist für die Taktung eine pneumatische Schaltung erfor­ derlich, die relativ aufwendig und außerdem gegen Fremdkörper in der Druckluft empfindlich ist, wenn in der Schaltung Drosseln verwendet werden, die mit Blenden und Rückschlagventilen versehen sind. Störungen treten daher insbesondere bei derartigen Druckluftstartern auf, die zum Starten von Diesel­ motoren der Stand- und Hängebahnlokomotiven des Bergbaus eingesetzt sind, wo die Druckluft beson­ ders leicht verschmutzt. Außerdem kann die Taktung nicht verhindern, daß beim Ausspuren des Ritzels der Freilauf auch beim Rückzug der Einspurwelle klemmt und dadurch das Ausspuren des Ritzels ver­ hindert oder das Ritzel beschädigt wird.

Die Erfindung geht zur Behebung des geschilderten Mangels einen anderen Weg, der seinem Grundgedanken nach im Anspruch 1 wiedergegeben ist. Weitere Merk­ male der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü­ che.

Gemäß der Erfindung wird der Freilauf durch die Führung eines Klemmringes, auf den die Klemmkörper wirken, von den axialen Kräften beim Ein- und Aus­ spuren der Ritzelwelle entlastet, bleibt jedoch in Drehrichtung mit dem Freilauf formschlüssig, so daß die Klemmung bei ausgespurtem Ritzel erhalten bleibt und sofort aufhört, wenn die Einspurwelle die Hohlwelle überholt. Dadurch ist es möglich, einerseits die drehfeste Verbindung mit den Klemm­ körpern des Freilaufes herzustellen, sobald der Anlaßvorgang ausgelöst wird, andererseits aber die axiale Belastung der Klemmkörper zu vermeiden und dadurch zu verhindern, daß die Klemmung zur Unzeit eintritt bzw. sich nicht mehr lösen läßt.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie die Verklem­ mung des Ritzels in der Verzahnung der Brennkraft­ maschine auch dann verhindert, wenn das Ritzel durch Zurückführen der Einspurwelle ausgespurt wird. Das Ausspuren kann daher mit der Kraft der üblichen Rückzugsfeder erfolgen, die von dem ein­ spurenden Druckluftkolben gespannt wird. Die Erfin­ dung ermöglicht daher auch das störungsfreie Arbei­ ten derart aufgebauter Druckluftstarter.

Eine der möglichen Verwirklichungen der Erfindung ist im Anspruch 2 wiedergegeben. Hierbei bewegt sich der Freilauf mit seinen sämtlichen Konstruk­ tionsteilen beim Ein- und Ausspuren mit der Ritzel­ welle.

Vorzugsweise wird die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruches 2 verwirklicht, um einen maschinen­ gerechten Formschluß zwischen Klemmring und Hohl­ welle zu erreichen. Hierbei läßt sich die Keilver­ zahnung ohne Schwierigkeiten über eine hinreichend lange Wegstrecke durchführen, die die Einspurwelle benötigt, um das Ritzel ein- und auszuspuren.

Eine weitere, vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist im Anspruch 3 wiedergegeben. Hierbei werden im Freilauf ein äußerer Klemmring zusammen mit einem inneren Klemmring verwendet, der außerdem zur Mon­ tage eines Lagers dient, welches den in der Hohl­ welle geführten Klemmring gegen radiale Bewegungen und gegen axiale Bewegungen in wenigstens einer Richtung gegenüber dem inneren Klemmring sperrt. Diese Ausführungsform wird durch die Merkmale des Anspruches 4 ergänzt, durch die die axiale Festle­ gung des äußeren Klemmringes in der anderen axialen Richtung gelöst wird.

Es hat sich ferner als zweckmäßig erwiesen, zur Un­ terbringung des Freilaufes die Form der Hohlwelle so zu ändern, daß auf einfache Weise genügend Platz geschaffen wird, ohne andererseits die radialen Ab­ messungen des Startergehäuses zu vergrößern. Das ermöglichen die Merkmale des Anspruches 5. Diese Maßnahmen vermeiden die radiale Vergrößerung des Startergehäuses, weil die Abmessungen der Freilauf­ glocke nicht größer zu sein brauchen als die Abmes­ sungen der innen verzahnten Glocke, mit der das Ritzel des Startermotors kämmt.

Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 7. Diese Ausführungsform läßt sich vergleichsweise einfach ausführen, weil das vordere Ritzelwellenlager, welches unmittelbar hinter dem Freilauf angeordnet ist, im allgemeinen einen geringeren Durchmesser als der Freilauf hat und dieser im Glockenkörper der Hohlwelle montiert sein kann, wenn die Ritzelwelle eingebaut wird.

Bei allen Ausführungsformen der Erfindung ist es zweckmäßig, die Merkmale des Anspruches 8 zu ver­ wirklichen. Daraus ergibt sich ein maschinengerech­ ter Formschluß in der Führung zwischen Klemmring und Welle. Hierbei läßt sich die Keilverzahnung ohne Schwierigkeiten über eine hinreichend lange Wegstrecke durchführen, welche beim Ein- und Aus­ spuren der Ritzelwelle benötigt wird.

Die Einzelheiten, weiteren Merkmale und andere Vor­ teile der Erfindung ergeben sich aus der nachfol­ genden Beschreibung der beiden hauptsächlichen Aus­ führungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung, die den neuen Druckluftstarter im Längsschnitt wie­ dergibt; es zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung, wobei das Gesamtaggregat gezeichnet ist und

Fig. 2 die zweite Ausführungsform der Erfindung, die abgebrochen dargestellt ist.

Gemäß der Fig. 1 hat der allgemein mit (1) bezeich­ nete Druckluftstarter ein mehrfach radial geteiltes Startgehäuse (2). In dem Gehäuse ist eine Einspur­ welle (3) bei (4) im Startergehäuse gelagert. Der gelagerte Abschnitt der Einspurwelle ist hohl und nimmt den drehfest im Hohlzylinder gelagerten Zapfen (5) des Einspurritzels (6) auf.

Die Einspurwelle (3) durchsetzt eine Hohlwelle (7), die bei (8) im Gehäuse (2) gelagert ist. Der innere Zapfen (9) der Einspurwelle (3) ist von einer Rück­ zugsfeder (10) umgeben, die sich über ein hinteres Wellenlager (11) der Einspurwelle (3) auf der Hohl­ welle und dem verjüngten inneren Ende des Zapfens (9) abstützt. Dieses Zapfenende ist mit einem Kol­ ben (12) drehfest verbunden, der in einem Axial­ zylinder (14) beweglich ist. Beim Vorlauf des Kol­ bens (12) tritt der hohlzylindrische Teil der Ein­ spurwelle aus dem Gehäuse (2) aus und spurt das Ritzel (6) in einen nicht dargestellten Zahnkranz einer Brennkraftmaschine ein. Wird der Kolben ent­ lastet, so zieht die beim Kolbenvorlauf gespannte Rückzugsfeder die Einspurwelle in das Gehäuse zurück und spurt das Ritzel (6) aus.

Die Hohlwelle (7) wird von dem treibenden Rotor (15) eines Druckluftzahnradmotors (16) angetrieben. Hierzu dient ein drehfest auf dem Zapfen (17) des Rotors (15) sitzendes Ritzel (18), welches mit der Innenverzahnung einer Glocke (19) der Hohlwelle (7) kämmt. Zur Kupplung der Hohlwelle mit der Einspur­ welle (3) dient ein Freilauf (20).

Der Freilauf (20) weist einen äußeren Klemmring (21) auf, der über eine Vielkeilverzahnung (22) mit der Innenverzahnung einer vorderen Glocke (23) der Hohlwelle (7) formschlüssig ist. Ein innerer Klemm­ ring (24) ist zwischen der Ringfläche eines Kragens (25) der Einspurwelle (3) und einem rückwärtigen Sprengring (26) auf der Einspurwelle axial fest­ gelegt. Ein vorderer Klemmring (27) legt ein Lager (28) fest, hinter dem federbelastete Klemmkörper (29) angeordnet sind. Infolge der Klemmringversper­ rung ist der aus innerem Klemmring (24) und äußerem Klemmring (21), sowie dem Lager (28) und den Klemm­ körpern (29) bestehende Freilauf (20) zusammen mit der Einspurwelle (3) verschieblich, sobald der Druckluftkolben (12) das Ritzel (6) einspurt oder die Rückzugsfeder (10) des Ritzels (6) ausspurt. Infolge der Keilverzahnung (22) zwischen dem äuße­ ren Klemmring (21) und der Glocke (23) ist der Freilauf in der Hohlwelle (7) geführt. Die Hohl­ welle ist mit Hilfe des Lagers (28) des Freilaufes und des Lagers (8) hinter der vorderen Glocke (23) zweifach drehbar abgestützt.

In das Gehäuse (2) ist ein Gehäuse (30) integriert, welches ein Pilotventil (31) enthält. Über den Kanal (32) wird Druckluft zugeführt, sobald über ein pneumatisch oder elektro-pneumatisches 3/2-Wegeventil der Startvorgang eingeleitet wird. Die Druckluft gelangt über den inneren Kanal (33) vor den Kolben (12). Der Anlaßvorgang beginnt deswegen mit dem Vorschieben des Kolbens (12) im Zylinder (14), wodurch das Ritzel (6) eingespurt wird. Schrägen (33′) an den Zahnstirnseiten erleichtern das Einspuren in die ebenfalls abgeschrägten Zähne der Brennkraftmaschine. Die Kupplungskörper (29) sind bei diesem Vorgang nicht gespannt, so daß kein Kraftschluß zwischen der Hohlwelle (7) und der Ein­ spurwelle (3) besteht, jedoch werden über eine nicht dargestellte Düse die Rotoren (15, 16) des Startermotors durch die aus der Düse austretende Druckluft in langsame Drehung versetzt.

Bei seiner Vorwärtsbewegung überläuft der Kolben (12) eine Radialbohrung (34) im Zylinder, welche die Mündung eines Druckluftkanals (35) darstellt. Dadurch gibt der Kolben am Ende seiner Vorschub­ bewegung, d. h. nach dem Einspuren des Ritzels der Druckluft aus dem Zylinder den Weg frei vor den Kolben (36) des Hauptventils (30), das dadurch be­ tätigt wird und der Hauptdruckluft den Weg in den Startermotor (15, 16) freigibt. Die dann schnell laufenden Rotoren (15, 16) nehmen über das Ritzel (18) die Hohlwelle (7) mit, wodurch der äußere Klemmring (21) des Freilaufes über die Verzahnung der vorderen Glocke (23) der Hohlwelle (7) in schnelle Drehung versetzt wird. Schrägflächen der Innenseite des äußeren Klemmringes führen die Klemmkörper zum Formschluß mit dem inneren Klemm­ ring, wodurch die Einspurwelle (7) kraftschlüssig gekuppelt und in Drehung versetzt wird.

Sobald die Brennkraftmaschine angesprungen ist, überholt die Einspurwelle (3) die Hohlwelle (7), was dazu führt, daß die Klemmung der Klemmkörper (29) aufhört, so daß beide Wellen entkuppelt sind. Die Rückzugsfeder (10) kann dadurch den Kolben (12) im Zylinder (14) zurückführen, wodurch die Druck­ luftzufuhr über die Bohrung (34) und das Haupt­ ventil (31) zum Startermotor (15, 16) unterbrochen. Die Entlüftung des Steuersystems führt dann dazu, daß die Rückzugfeder des Pilotventils dessen Steuerkolben in die Ausgangsstellung zurückführt und die Drehbewegung auf der Hohlwelle zum Still­ stand gebracht wird.

Gemäß der Darstellung der Fig. 2 dient als äußerer Klemmring des Freilaufes die vordere Glocke (23) der Hohlwelle (7). Die Klemmkörper (29) sind da­ durch gegenüber der Einspurwelle (3) axial festge­ legt. Hierfür ist eine rückwärtige Schulter (36) am inneren Ende der Glocke (23) und ein vorderes End­ lager (37) der Einspurwelle (3) vorgesehen. Die dargestellte Ausführungsform verwendet einen inne­ ren Klemmring (38), welcher auf seiner inneren Zylinderfläche (39) die Keilverzahnung (40) trägt, die den stationären Teil der Freilaufführung bil­ det, deren axial beweglicher Teil von einer Keil­ verzahnung (41) gebildet wird, die sich auf dem Außenzylinder eines Wellenabschnittes (42) der Ein­ spurwelle (3) befindet und mit der Keilverzahnung (40) kämmt. Eine vordere Schulter (43) der Einspur­ welle (3) bildet einen Anschlag, welcher die Rück­ zugsbewegung der Einspurwelle begrenzt. Dieser sitzt am inneren Ende einer Glocke (44), die dreh­ fest mit einer Einspurwelle (45) verbunden ist.

Die Einspurwelle (3) läßt sich bei fertig montier­ tem Freilauf von vorn bis zum Anschlag in die Hohl­ welle einschieben.

Claims (8)

1. Druckluftstarter, bei dem eine Einspurwelle (3) in einer mit einem Rotor (15) eines Druckluft­ motors verzahnten Hohlwelle (7) verschieblich und in dieser kraftschlüssig durch einen Frei­ lauf (20) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (20) einen Klemmring (21, 23) aufweist, der auf seiner den Klemmkörpern (29) abgewandten Zylinderfläche (39) eine Keilverzahnung (22; 40) aufweist, die als axiale Führung beim Ein- und Ausspuren der Einspurwelle (3) dient.

2. Druckluftstarter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Freilauf (20) mit der Ein­ spurwelle (3) verschieblich und die Führung zwi­ schen der äußeren Zylinderfläche eines Außen­ klemmringes (21) und der Hohlwelle (7) angeord­ net ist.

3. Druckluftstarter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (20) einen inneren Klemmring (24) aufweist, der axial auf der Einspurwelle (3) festgelegt ist und der in der Hohlwelle (7) geführte äußere Klemmring (21) auf dem inneren Klemmring (24) gelagert ist.

4. Druckluftstarter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Klemmring­ lager (28) zwischen dem inneren Klemmring (24) und der Einspurwelle (3) axial eingespannt ist und der äußere Klemmring (21) radial mit einem Klemmringlager (28) und axial auf dem inneren Klemmring (24) in wenigstens einer Richtung festgelegt ist.

5. Druckluftstarter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (20) in einer Glocke (23) der Hohlwelle (7) unter­ gebracht ist.

6. Druckluftstarter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (7) hinter der Glocke (23) im Gehäuse (2) und mit dem Freilauflager (28) auf der Einspurwelle (3) gelagert ist.

7. Druckluftstarter nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als äußerer Klemmring der Endabschnitt (23) der Hohlwelle (7) dient und die Führung auf dem Innenzylinder (39) des Innenklemmringes (38) und der Einspurwelle (3) vorgesehen ist.

8. Druckluftstarter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung (20) aus einer Keilverzahnung (22) besteht.