DE4110987C2 - - 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, der auch als Freilaufkupplung bezeichnet werden kann, 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 Kupplungskörper zu erreichen. Die Federn halten die Kupplungskörper stets in Anlage an den miteinander zu kuppelnden Teilen.

Es ist bekannt (DE-PS 30 20 930), die Kupplungskörper 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 Kupplungskörper 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 Kupplungskörper 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.

Aus der US-PS 43 04 140 und der US-PS 25 62 196 sind Starter mit Ritzel-Freilaufanordnungen bekannt, die jeweils mit einer Kupplung versehen sind. Die Kupplungen weisen jeweils ein äußeres und ein inneres Kupplungsteil auf, die über Rollen miteinander in Eingriff gebracht werden können.

Desweiteren ist es aus der DE-OS 30 40 074 bekannt, die Einspurwelle mit Ritzel und Hohlwelle gemeinsam zu verschieben.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Druckluftstarter der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß ein Ein- und Ausspuren eines Ritzels einfach, sicher und beschädigungsfrei durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Anspruch 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß der Erfindung wird der Freilauf bzw. die Freilaufkupplung durch die Führung eines Ringes, auf den die Kupplungskörper des Freilaufs 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 Kupplungskörpern des Freilaufes herzustellen, sobald der Anlaßvorgang ausgelöst wird, andererseits aber die axiale Belastung der Kupplungskörper 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.

Erfindungsgemäß werden im Freilauf ein Außenring zusammen mit einem Innenring verwendet, der außerdem zur Montage eines Lagers dient, welches die Ringe gegen radiale und axiale Bewegungen gegeneinander sperrt.

Durch die Keilverzahnung ergibt sich ein maschinengerechter Formschluß in der Führung zwischen Ring und Welle. Hierbei läßt sich die Keilverzahnung ohne Schwierigkeiten über eine hinreichend lange Wegstrecke durchführen, welche beim Ein- und Ausspuren der Ritzelwelle benötigt wird.

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. Um einen maschinen­ gerechten Formschluß zwischen Ring und Hohl­ welle zu erreichen, läßt sich die Keilver­ zahnung ohne Schwierigkeiten über eine hinreichend lange Wegstrecke durchführen, die die Einspurwelle benötigt, um das Ritzel ein- und auszuspuren.

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. 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.

Die Erfindung wird vorteilhaft durch die Merkmale des Anspruches 3 ergänzt, durch die die axiale Festle­ gung des äußeren Klemmringes in der anderen axialen Richtung gelöst wird.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 4. 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.

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 Startergehäuse (2). In dem Gehäuse (2) ist eine Einspur­ welle (3) bei (4) gelagert. Der gelagerte Abschnitt der Einspurwelle (3) 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) bzw. eine Freilaufkupplung.

Der Freilauf (20) weist einen Außenring (21) auf, der über eine Vielkeilverzahnung (22) mit der Innenverzahnung einer vorderen Glocke (23) der Hohlwelle (7) formschlüssig ist. Ein Innenring (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 die federbelasteten Kupplungskörper (29) des Freilaufs (20) angeordnet sind. Infolge der Klemmringversper­ rung ist der aus Innenring (24) und Außenring (21), sowie dem Lager (28) und den Kupplungskörpern (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 Außenring (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 pneumatisches 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 Außenring (21) des Freilaufes über die Verzahnung der vorderen Glocke (23) der Hohlwelle (7) in schnelle Drehung versetzt wird. Schrägflächen der Innenseite des Außenringes führen die Kupplungskörper zum Formschluß mit dem Innenring, 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 Kupplungskörper (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 Außenring des Freilaufes die vordere Glocke (23) der Hohlwelle (7). Die Kupplungskörper (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 Innenring (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 (4)

1. Druckluftstarter, bei dem eine Einspurwelle (3) in einer mit einem Rotor (15) eines Druckluftmotors verzahnten Hohlwelle (7) verschieblich und in dieser kraftschlüssig durch einen Freilauf (20) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (20) einen Innenring (24, 38) und einen Außenring (21, 23) aufweist, wobei einer der Ringe (21, 38) auf seiner den Kupplungskörpern (29) des Freilaufs (20) abgewandten Zylinderfläche (39) eine Keilverzahnung (22; 40) aufweist, die als axiale Führung beim Ein- und Ausspuren der Einspurwelle (3) dient, und wobei der Außenring (21, 23) mittels eines Lagers (28, 37) auf dem Innenring (24, 38) gelagert ist.

2. Druckluftstarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Freilauf (20) mit der Einspurwelle (3) gemeinsam verschieblich und die Keilverzahnung (22) zwischen der äußeren Zylinderfläche eines Außenringes (21) und der Hohlwelle (7) angeordnet ist.

3. Druckluftstarter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (28, 37) einerseits zwischen dem Innenring (24) und der Einspurwelle (3, 25) axial eingespannt ist und andererseits am Außenring (21) mit einem Klemmring (27) in wenigstens einer axialen Richtung festgelegt ist.

4. Druckluftstarter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Außenring des Freilaufs (20) der glockenförmige Endabschnitt (23) der Hohlwelle (7) dient und die Keilverzahnung (40, 41) zwischen der inneren Zylinderfläche (39) des Innenringes (38) und der Einspurwelle (3) vorgesehen ist.