DE4302854C1

DE4302854C1 - Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE4302854C1
Application number: DE4302854A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl Ing Dr Schustek; Ngoc-Thach Dipl Ing Nguyen; Quang-Ngoc Dipl Ing Dr Tran; Manfred Dipl Ing Ackermann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-02-02
Filing date: 1993-02-02
Publication date: 1994-06-09
Anticipated expiration: 2013-02-03
Also published as: ITMI940169A1; GB2274684B; GB9401970D0; FR2701064B1; GB2274684A; JPH06280720A; FR2701064A1; US5533415A; ITMI940169A0; IT1269212B

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektromotorisch angetriebenen An drehvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Dämpfung von Kompressions- und Dekompressionsstößen im Antriebs strang von Andrehvorrichtungen, auch Starter genannt, für Brenn kraftmaschinen ist es gemäß DE-OS 32 25 957 bekannt, das Hohlrad eines als Vorgelege für den Andrehmotor verwendeten Planetengetrie bes über Dämpfungsmittel in Form von Gummikissen am Gehäuse des Starters aufzunehmen. Eine Freilaufkupplung hat hierbei die Aufgabe der mechanischen Entkopplung von Startermotor und Verbrennungsmotor, wenn dieser hochläuft und sich über die Starterdrehzahl beschleu nigt. Ein unerwünschter Nebeneffekt in der sog. Durchdrehphase, bei der der Verbrennungsmotor ohne beschleunigende Verbrennungen durch die Andrehvorrichtung in Drehung versetzt wird, ist das periodische Öffnen und Schließen der Freilaufkupplung aufgrund der Gasfedermo mente der Brennkraftmaschine durch die Kolbenbewegung in den Zylin dern der Maschine. Dieses periodische Öffnen und Schließen der Frei laufkupplung ist abhängig von den auf die Ritzelwelle umgerechneten Werten der Trägheitsmomente des Starters und der Brennkraftmaschine sowie vom Antriebsmoment des Starters und vom Lastmoment an der Kur belwelle der Maschine. Grundsätzlich ist bei Startern mit einem Vorgelege durch das dadurch erhöhte Starterträgheitsmoment die Öff nungsphase für die Freilaufkupplung größer als bei Startern ohne Vorgelege. Eine vergrößerte Öffnungsphase ergibt sich auch bei höheren Temperaturen, da dann das Kurbelwellenreibmoment abnimmt, während das Gasfedermoment der Maschine ansteigt.

Da im gesamten Antriebsstrang des Starters bei eingespurtem Ritzel ein Drehspiel auftritt, ist nach jedem Lastwechsel beim Schließen der Freilaufkupplung ein Durchlauf dieses Spiels und danach eine Stoßbeanspruchung an den Zahnflanken des Andrehritzels zu erwarten. Diese Zahnflankenstöße sind abhängig von den umgerechneten Träg heitsmomenten des Starters und der Kurbelwelle, von dem gesamten Verdrehspiel, von der Steifigkeit des Starter-Antriebsstrangs, von den Differenz-Winkelgeschwindigkeiten zwischen dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine und dem Andrehritzel sowie von den dann am Ritzel wirkenden Antriebs- und Lastmomenten.

Die bekannte elastische Abstützung des Hohlrades am Startergehäuse mit Gummikissen oder mit einem polygonal geformten zwischen Hohlrad und Gehäusewand gemäß EP 0 375 396 A1 eingesetzten Gummikörper ist zumindest bei Andrehvorrichtungen mittlerer und größerer Bauart unzureichend, da ein derartiger Dämpfungsgummi eine stark progressive Kennlinie aufweist und daher bereits bei einem minimalen Verformungsweg viel zu hart wird. Entsprechendes gilt auch für die aus der DE-OS 38 21 023 bekannte Andrehvorrichtung, bei der zur Dämpfung der im Antriebsstrang beim Andrehvorgang auftretenden Drehmomentstöße die mit dem Ritzel verbundene Abtriebswelle des Ge triebes mit einem Getriebehohlrad über ein elastisches Verbindungs element aus Gummi oder dergleichen verbunden ist. Außerdem würde bei Andrehvorrichtungen mittlerer und größerer Bauart durch die dort sehr hohen Stoßbeanspruchungen das Dämpfungselement im Laufe der Zeit zerstört werden. Andrehvorrichtungen größerer Leistung werden daher wegen zu hohen Stoßbelastungen überwiegend ohne Vorgelege aus gerüstet. Dabei muß dann ein entsprechend größer bauender, teurer Startermotor verwendet werden und die pulsierend ansprechende Frei laufkupplung muß die Stoßbelastung aufnehmen, wodurch außerdem eine starke Geräuschentwicklung auftritt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die in Form von Drehimpulsen auftretenden Stöße und Lastmomentspitzen während des Andrehvorgangs, insbesondere in der Durchdrehphase beim Schließen der Freilaufkupplung wirksam zu dämpfen, um auch bei Andrehvorrich tungen größerer Leistung den Verschleiß, die mechanischen Leistungs verluste, die Geräuschbildung und die Eigenfrequenz des Antriebs stranges herabzusetzen.

Vorteile der Erfindung

Durch den erfindungsgemäßen Federspeicher im Antriebsstrang der An drehvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentan spruchs 1 lassen sich auch bei Andrehvorrichtungen größerer Leistung die auftretenden Stoßbelastungen, insbesondere die Spitzendrehmo mente beim Schließen der Freilaufkupplung in der Durchdrehphase re duzieren. Dadurch können auch für Andrehvorrichtungen größerer Lei stung Vorgelege mit großen Untersetzungen verwendet werden. Dies bedeutet, daß die Baugröße der Andrehvorrichtung bei gleicher Lei stung durch Drehzahlsteigerung des Andrehmotors verkleinert werden kann. Auch wird durch die Verwendung vorgespannter Federn die Schwingneigung des Andreh-Antriebsstranges drastisch reduziert, wodurch sich der Federweg gegenüber einem Federspeicher ohne Vorspannung deutlich verkleinert. Dadurch kann anstelle der bekann ten Gummikissen als Dämpfungselemente gegebenenfalls bei gleichen Gehäuseabmessungen der wesentlich wirkungsvollere lineare Federspeicher gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist eine deutliche Herabsetzung der Eigenfrequenz des Andreh-Antriebsstrangs durch den erfindungsgemäßen Federspeicher und die dadurch erzielte Stoß- und Geräuschdämpfung. Ferner ist es von Vorteil, daß auch an der Freilaufkupplung und den Zähnen der Zahnräder der durch harte Drehimpulse verursachte Verschleiß nunmehr deutlich herabgesetzt wird.

Als weiterer erheblicher Vorteil der erfindungsgemäßen Andrehvor richtung ergibt sich durch den stark verlangsamten Drehmomentanstieg bei den gedämpften Stößen über das Steilgewinde im Antriebsstrang auch eine verringerte axiale Kraftkomponente, die ermöglicht, den Winkel des Steilgewindes wesentlich zu verringern und damit den Einspurvorgang insbesondere bei erhöhter Reibung, beispielsweise bei verpasteter Ritzelbuchse, zu erleichtern. Außerdem hat ein ver kleinerter Steilgewindewinkel den Vorteil, daß in der Überholphase ein vermindertes Ausspuren und damit bei Kraftschluß beim Schließen der Freilaufkupplung ein geringerer axialer Stoß auftritt, was auch eine wesentliche Geräuschreduzierung zur Folge hat.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale. So ist es besonders vorteilhaft, wenn der An triebsstrang der Andrehvorrichtung zwischen Andrehmotor und Frei laufkupplung ein Vorgelege enthält, so daß Federelemente des Feder speichers am Vorgelege und/oder an der Freilaufkupplung angreifen können. Zur Geräuschdämpfung und Verschleißverringerung ist es be sonders zweckmäßig, die Eigenfrequenz der Drehschwingung des An triebsstranges durch die Federsteifigkeit des Federspeichers auf weniger als 1/2 gegenüber der Eigenfrequenz ohne Federspeicher herabzusetzen.

Eine besonders günstige Anordnung des Federspeichers ergibt sich, wenn dieser am Vorgelege des Antriebsstranges angreift, insbesondere am größten Radius des Vorgeleges, da dort die Stoßbelastung des vor gespannten Federspeichers am geringsten ist. Hierbei ist es beson ders vorteilhaft, wenn der Federspeicher zwischen einem Hohlrad eines Planetengetriebes als Vorgelege und einem feststehenden Teil des Gehäuses der Andrehvorrichtung eingesetzt wird. Dort steht auch genügend Raum zur Verfügung, um den Federspeicher aus mehreren am Umfang des Hohlrades verteilt angreifenden Federelementen auszubil den, die sich am feststehenden Gehäuseteil jeweils abstützen. Hier durch wird die Stoßenergie gleichmäßig auf einzelne Federelemente verteilt, die dem großen Radius entsprechend für kleinere Feder kräfte und größere Federwege dimensioniert ausgelegt werden können.

Zeichnung

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 eine Andrehvorrichtung im Längsschnitt und ver kleinerten Maßstab mit einem erfindungsgemäßen Federspeicher und einem Planetengetriebe, Fig. 2 das Planetengetriebe aus Fig. 1 mit drei zwischen Gehäuse und Hohlrad eingesetzten vorgespannten Schraubenfedern, Fig. 3 ein Diagramm über den zeitlichen Verlauf der Drehzahl an der Fliehkraftkupplung nach a) bisheriger Ausfüh rung, b) erfindungsgemäßer Ausführung. Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Steifigkeit des Andreh-Antriebsstrangs mit dem Verdrehwinkel des Antriebsstranges in Abhängigkeit vom Drehmoment bezogen auf das Andrehritzel. Fig. 5 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel ein über mäanderförmig gebogene Blattfedern als Federspeicher im Gehäuse aufgenommenes Hohlrad, Fig. 6 zeigt eine mäanderförmig gebogene Blattfeder als Zug- und Druckfeder für eine beidseitige gehäusefeste Einspannung des Hohlrades und Fig. 7 zeigt zwei unter Vorspannung zwischen Hohlrad und Gehäuse eingesetzte Blattfedern nach Fig. 6. Fig. 8 zeigt eine Andrehvorrichtung im Längsschnitt mit einem Lamellenfederpaket als weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungs gemäßen Federspeichers, Fig. 9 zeigt den Querschnitt einer Feder lamelle mit Haken und Fig. 10 den Querschnitt nach X-X aus Fig. 9 mit zwei ineinandergreifenden Federlamellen; Fig. 11 zeigt einen Teil einer Federlamelle mit Loch bzw. Ausprägung an den Enden der Federzungen und Fig. 12 den Querschnitt von zwei Lamellen nach XII-XII aus Fig. 11. Fig. 13 zeigt einen Ausschnitt des Antriebs strangs eines erfindungsgemäßen Starters mit Vorgelege, Fig. 14 drei Federn als Federspeicher zwischen Planetenträger und Abtriebs welle des Vorgeleges aus Fig. 13 als weiteres Ausführungsbeispiel. Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Federspeicher zwi schen Freilaufnabe und Ritzel teilweise im Längsschnitt und Fig. 16 zeigt die Freilaufkupplung aus Fig. 15 in Vorderansicht mit einem Ausbruch.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine mit 10 bezeichnete Andrehvorrichtung für Brenn kraftmaschinen im wesentlichen im Längsschnitt. Sie enthält einen Gleichstrommotor als Andrehmotor 11, dessen Läufer 12 über seine Läuferwelle 13 mit einem als Planetengetriebe ausgebildeten Vorge lege 14 im Eingriff steht. Ein Hohlrad 15 des Vorgeleges 14 ist am Gehäuse 16 der Andrehvorrichtung 10 aufgenommen und der Planeten träger 17 ist mit einer Abtriebswelle 18 des Vorgeleges 14 fest ver bunden. Über ein nicht dargestelltes Steilgewinde ist die Abtriebs welle 18 in an sich bekannter Weise mit einem Mitnehmer 19 einer Freilaufkupplung 20 in Wirkverbindung, wobei die Rollen-Freilauf kupplung 20 mit ihrer Nabe 21 mit einem Einspurritzel 22 fest ver bunden ist. Für den Andrehvorgang einer Brennkraftmaschine wird das Einspurritzel 22 von einem Einrückrelais 23 über einen Einrückhebel 24 in Achsrichtung vorgespurt, wobei sich das Ritzel 22 über die Freilaufkupplung 20 und den Mitnehmer 19 durch das Steilgewinde dreht und in einen Zahnkranz 25 der Brennkraftmaschine einspurt. Der Einrückhebel 24 greift dabei mit seinem unteren Ende an einem Füh rungsring 26 an, der sich über eine Einspurfeder 27 gegen das Gehäu se der Freilaufkupplung 20 abstützt. Sämtliche drehenden Teile vom Einspurritzel 22 bis zum Läufer 12 des Andrehmotors bilden einen Starter-Antriebsstrang 100 mit einem durch dessen rotierenden Masse vorgegebenen Trägheitsmoment. Dieser Antriebsstrang 100 wirkt wäh rend des Andrehvorgangs über den Zahnkranz 25 mit einer Brennkraft maschine zusammen, dessen sich drehende Massen ebenfalls ein Träg heitsmoment bilden, das im Fall des Vorgelegestarters im allgemeinen wesentlich kleiner ist, als das des Starter-Antriebsstranges.

Während des Andrehvorganges treten durch unterschiedliche Beschleu nigungen bzw. Umfangsgeschwindigkeiten zwischen Einspurritzel 22 und Antriebswelle 18 Stöße auf, die abhängig von der Steilheit der Stoß flanke und dem maximalen Stoßdrehmoment die Teile im Antriebsstrang der Andrehvorrichtung 10 mehr oder weniger stark mechanisch und dynamisch beanspruchen. Dies ist insbesondere in der sogenannten Durchdrehphase dann der Fall, wenn nach dem Öffnen der Freilaufkupp lung 20 beim Überholen der Andrehvorrichtung die Freilaufkupplung mehrfach kurzfristig hintereinander öffnet und schließt, bevor die Brennkraftmaschine von der Andrehvorrichtung erneut in eine sog. Kompressionsphase gedreht wird.

Um die stoßförmigen Drehmomentänderungen und Belastungsänderungen sowie dadurch verursachte Geräusche zu dämpfen, ist im Antriebs strang 100 zwischen Einspurritzel 22 und Antriebswelle 13 des Andrehmotors 11 ein Federspeicher 28 angeordnet. Der Federspeicher 28 ist hier am Vorgelege 14 des Antriebsstranges angeordnet, der zwischen dem Hohlrad 15 des Planetengetriebes und einem als Zwi schenlager 29 für das Planetengetriebe vorgesehenen Teil des Gehäu ses 16 eingesetzt ist.

Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß der Federspeicher 28 aus mehreren, am Umfang des Hohlrades 15 verteilt angreifenden Federelementen 30 be steht, die sich am feststehenden Gehäuseteil 29 einerseits abstützen und andererseits das Hohlrad 15 an jeweils einem radial nach außen gerichteten Vorsprung 31 unter Vorspannung Pv entgegen dem Antriebs moment des Andrehmotors 11 gegen jeweils einen Gehäuseanschlag 32 andrücken. Über die im Planetengetriebe eingezeichneten Richtungs pfeile ist erkennbar, daß der Andrehmotor 11 mit seiner Verzahnung am Ende der Antriebswelle 13 mit der Drehrichtung nach rechts in drei Planetenräder 33 eingreift, die in Drehrichtung nach links auf Lagerbolzen 34 des Planetenträgers 17 umlaufen und dabei das An triebsmoment in Drehrichtung nach links auf das Hohlrad 15 übertra gen. Die Planetenräder 33 rollen am Hohlrad 15 ab und drehen dadurch den Planetenträger 17 nach rechts. Da der Planetenträger 17 über die Freilaufkupplung 20 mit dem Einspurritzel 22 verbunden ist, handelt es sich hier um eine rechtsdrehende Andrehvorrichtung 10.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Federelemente 30 durch vorgenannte Schraubendruckfedern 35 realisiert. Ferner ist aus Fig. 2 erkennbar, daß das Hohlrad 15 des Planeten-Vorgeleges 14 beim Auftreten von Stoßbeanspruchungen in Antriebsrichtung entgegen der Kraft der Schraubenfedern 35 um einen Winkel β von etwa 10°-15° verdrehbar ist, ehe ein weiterer, am Umfang des Hohlrades 15 ange formter Anschlag 36 als Überlastschutz des Federspeichers 288 an einer Schulter 37 des Zwischenlagers 29 anstößt.

Mit Hilfe der Fig. 3 und 4 werden nunmehr die Wirkungsweise und Dimensionierung des Federspeichers 28 in Verbindung mit der Andreh vorrichtung 10 näher erläutert. Die Andrehvorrichtung hat im ausge führten Beispiel einen Andrehmotor 11 mit 1,4 kW Leistung. Das am Einspurritzel 22 wirksame Kurzschlußdrehmoment Mk - zum Beispiel beim Andrehversuch der Brennkraftmaschine mit eingelegtem großen Gang - beträgt am Einspurritzel 20 Nm. Die Verdreh-Federsteifigkeit C_St0 des Antriebsstranges 100 der Andrehvorrichtung 10 beträgt ohne Federspeicher 28 ritzelseitig etwa 700 Nm/rad.

Fig. 3 zeigt den Verlauf der Ritzeldrehzahl n_R als ausgezogene Linie und der Drehzahl n_F1 am Mitnehmer 19 der Freilaufkupplung 20 als gestrichelte Linie. Auf der Zeitachse t ist bei a) der Drehzahl verlauf der Andrehvorrichtung 10 dargestellt, wie er sich ohne den erfindungsgemäßen Federspeicher 28 ergibt. Dort ist erkennbar, daß mit Beginn der Dekompressionsphase in einem Zylinder der Brennkraft maschine das vom Zahnkranz 25 dann angetriebene Ritzel 22 die Frei laufkupplung 20 öffnet, indem sie den Antriebsmotor 11 mit der Dreh zahl n_F1 überholt. Mit der anschließenden Kompressionsphase fällt nun die Ritzeldrehzahl n_F1 überholt. Mit der anschließenden Kompressionsphase fällt nun die Ritzeldrehzahl n_R unter die Drehzahl n_F1, so daß nun die Freilaufkupplung 20 nach dem Durchlauf des gesamten Spiels der Andreh vorrichtung 10 mit einem Stoß schließt. Nachfolgend treten nun mehrere abklingende Schwingungen in der Ritzeldrehzahl n_R auf, wobei sich die Freilaufkupplung 20 teilweise kurz öffnet und schließt.

Durch den Federspeicher 28 wird eine nahezu sinusförmige Schwingung mit deutlich reduzierter Grundwelle erzeugt, so daß der Stoß beim Schließen der Freilaufkupplung 20 zur Zeit tx wesentlich abgedämpft und das mehrfache Öffnen der Kupplung reduziert wird. Bei b) ist auf der Zeitachse t dieser Vorgang erkennbar. Da die Steigung der Rätseldrehzahl n_R beim Schließen der Freilaufkupplung 20 zur Zeit tx wesentlich geringer ist, ergibt sich ein entsprechend ver mindertes Stoßmoment.

Dieser Verlauf wird dadurch erreicht, daß der Federspeicher 28 mit einem in Antriebsrichtung wirksamen Vorspannmoment Mv zwischen dem Einspurritzel 22 und der Antriebswelle 13 des Andrehmotors angeord net ist, das ritzelseitig zwischen 15 und 50 Prozent des auf die Ritzelwellendrehung bezogenen Kurzschlußdrehmomentes Mk des Andreh motors 11 beträgt. Ferner muß ritzelseitig das Verhältnis der Ver drehsteifigkeit C_F des Federspeichers 28 auf das Kurzschlußdreh moment Mk bezogenen, zur Verdrehsteifigkeit C_St0 des vom Einspur ritzel 22 bis zum Andrehmotor 11 gebildeten Antriebsstranges 100 der Andrehvorrichtung 10 bei unwirksamem Federspeicher 28 einen Faktor F<4 vorzugsweise <10 bilden.

In Fig. 4 ist hierzu der auf die Ritzelwelle bezogene Verdrehwinkel ϕ_R des Antriebsstrangs 100 wirksamen Drehmoment M_R dargestellt. Die Steigung der gestrichelt dargestellten Kurve C_St0 zeigt die Ver drehsteifigkeit des Antriebsstranges der Andrehvorrichtung 10 ohne Federspeicher in Antriebsrichtung. Die ersten zwei Winkelgrade der Ritzelverdrehung werden durch die verschiedenen, zwischen Zahnkranz 25, Kupplung und Antriebswelle 13 vorhandenen nichtlinearen Vorgänge (Spiele, Lose) durchlaufen. Ohne Federspeicher 28 folgt nun mit zunehmendem Drehmoment ein linearer Anstieg der gestrichelten Kurve, der die effektive Verdrehsteifig keit des Starter-Antriebsstranges wiedergibt. Im oberen Bereich der gestrichelten Kurve gibt schließlich die Freilaufkupplung 20 nach, wodurch die Kurve steil ansteigt, bis sie schließlich bei einem maximalen Drehmoment M_max durchdreht. Zur Erzielung reproduzier barer Werte wird bei der Ermittlung der Verdrehsteifigkeit C_St0 des Antriebsstranges 100 das Kurzschlußdrehmoment Mk der Andrehvor richtung 10 zugrundegelegt, da in diesem Bereich (in dem geraden Ast) der gestrichelten Kennlinie die Verdrehsteifigkeit C_St0 des Antriebsstranges einen definierten gleichbleibenden Wert hat, der beim Ausführungsbeispiel mit 700 Nm/rad beträgt. Die Steilheit der strichpunktierten Kurve C_F gibt die auf das Ritzel 22 bezogene Verdrehsteifigkeit des Federspeichers 28 wieder. Das Vorspanndreh moment Mv des Federspeichers 28 beträgt bezogen auf das Ritzel 7 Nm, das sind im Beispielsfall 35% des Kurzschlußdrehmomentes Mk von 20 Nm. Der Federspeicher 28 wird daher erst beim Überschreiten die ses Wertes ansprechen. Seine Verdrehsteifigkeit beträgt C_F = 60 Nm/rad. Aus dem Verhältnis der Verdrehsteifigkeit des An triebsstranges 100 zur Verdrehsteifigkeit des Federspeichers 28 er gibt sich somit im Beispielsfall ein Faktor

F = C_St0/C_F = 700/60 = 11,66.

Daraus ergibt sich, daß bei normalen Andrehvorgängen, insbesondere in der Durchdrehphase, die dort beim Schließen der Freilaufkupplung 20 jeweils auftretenden Stöße durch die geringere Verdrehsteifigkeit der Ausführung mit Federspeicher 28 so weit gedämpft werden, daß sie den durch den Anschlag 36 vorgegebenen maximalen Verdrehwinkel ϕ_R von etwa 15° Ritzeldrehung nicht erreichen. Dieser vom Federspeicher 28 maximal aufnehmbare Verdrehwinkel benötigt am Ritzel ein Dreh moment M_Fmax von etwa 25 Nm, das knapp oberhalb des Kurzschluß drehmomentes Mk liegt und das nur im Falle von sogenannten Rückzündungen überschritten wird.

Die tatsächliche Verdrehsteifigkeit C_St des Starter-Antriebs stranges 100 mit dem Federspeicher 28, die in Fig. 4 durch die aus gezogene Kurve dargestellt ist, ergibt sich aus der Überlagerung der Verdrehsteifigkeit C_F des Federspeichers 28 mit der Verdrehstei figkeit C_St0 des federspeicherlosen Starter-Antriebsstranges. Diese Kurve zeigt, daß im Bereich bis zum Moment Mv der Federspei cher 28 durch seine Vorspannung zunächst nicht anspricht, daß in dem Bereich von Mv bis M_B1 sich die Verdrehung des Ritzels 22 durch den Federspeicher 28 und den Antriebsstrang addiert und daß beim Erreichen des Blockiermomentes M_B1, bei dem sich der Anschlag 36 an die Schulter 39 des Zwischenlagers 29 anlegt, wieder die ur sprüngliche Verdrehsteifigkeit des Starter-Antriebsstranges 100 wirksam wird, bis schließlich mit weiter zunehmendem Drehmoment die Freilaufkupplung 20 beginnt durchzudrehen.

Die Wirksamkeit des Federspeichers 28 wird durch die jeweils gewähl te Vorspannung und durch die Federkonstanten C_Fe der für den Federspeicher 28 verwendeten Federelemente 30 bestimmt. Bei drei Federelementen 30 gemäß Fig. 2 ergibt sich aus der Vorspannung Pv = 77 N bei einem Abstand A = 30 mm zur Achse 38 ein Vorspanndreh moment Mv = 3Pv × A ≈ 7 Nm und aus der Federkonstante C_Fe = 22 N/m der Federelemente 30 ergibt sich für den Federspeicher 28 eine Ver drehsteifigkeit C_F = C_Fe · 3 · A² ≈ 60 nm/rad.

Das Vorspanndrehmoment Mv des Federspeichers 28 sollte nicht kleiner als 15% des Kurzschlußdrehmomentes Mk sein, da sonst der benötigte Federweg und Verdrehwinkel zur Aufnahme der Stöße in der Andrehvor richtung für eine kompakte Bauweise zu groß wird und da die Feder elemente dann u. U. durch Schwingungen Eigengeräusche verursachen können. Das Vorspanndrehmoment Mv sollte auch nicht über 50% des Kurzschlußdrehmomentes Mk liegen, da sonst der Federspeicher 28 durch die beim normalen Andrehvorgang auftretenden Stöße nur wenig oder gar nicht beansprucht wird und somit die Dämpfung der Stöße verloren geht.

Die Wirksamkeit des Federspeichers 28 geht außerdem durch eine zu hohe Verdrehsteifigkeit C_F verloren. Der Faktor F für das Verhält nis von Verdrehsteifigkeit des Starter-Antriebsstranges an sich und der Drehsteifigkeit des Federspeichers 28 ist daher < 4 zu wählen. Die Eigenfrequenz fo_St der Drehschwingung des Antriebsstranges 100 hängt von seinem Trägheitsmoment J_St (auf die Ritzelwelle bezogen) sowie von seiner Verdrehsteifigkeit C_St0 ab nach der Gleichung:

(Brennkraftmaschine als starr betrachtet)

Bei unverändertem Trägheitsmoment des Starter-Antriebsstrangs wird durch den Federspeicher 28 die Eigenfrequenz fo_St1 der Drehschwin gung des Antriebsstrangs auf weniger als die Hälfte gegenüber der Eigenfrequenz fo_St ohne Federspeicher herabgesetzt. Sie beträgt im Beispielsfall

das heißt weniger als 1/3 der Eigenfrequenz des Antriebsstranges ohne Federspeicher 28.

Fig. 5 zeigt in einem weiteren Ausführungsbeispiel für Linkslauf ein als Planetengetriebe ausgebildetes Vorgelege 14 der Andrehvor richtung 10, bei dem der Federspeicher 28 aus zwei sich diametral gegenüberliegenden Federelementen 30 gebildet ist. Diese Feder elemente 30 bestehen aus mäanderförmig gebogenen Blattfedern 40, die als vorgespannte Druckfedern ausgebildet zwischen Hohlrad 15 und Zwischenlager 29 eingesetzt sind. Die Blattfedern 40 sind dabei mit ihren Enden spangenförmig jeweils auf einen Rastvorsprung 41 am Außenumfang des Hohlrades 15 und einen weiteren Rastvorsprung 42 am Zwischenlager 29 derart aufgeklemmt, daß sie in Antriebsrichtung wirksam werden können. Durch die Vorspannung der Blattfedern 40 wird das Hohlrad 15 mit den zwei Rastvorsprüngen 41 jeweils gegen einen Anschlag 43 am Zwischenlager 29 angedrückt. Beide Blattfedern 40 bilden hierbei den Federspeicher 28, dessen auf das Einspurritzel 22 bezogenes Vorspanndrehmoment und Verdrehsteifigkeit durch die Stärke und Gestalt der Blattfedern 40 bestimmt wird.

In Fig. 6 und 7 ist als weiteres Ausführungsbeispiel des Feder speichers 28 auf den einander gegenüberliegenden Umfangsbereichen des Hohlrades 15 jeweils als Federelement 30 eine mäanderförmig ge bogene Blattfeder 45 angeordnet, deren Enden spangenförmig auf jeweils einen Vorsprung 43 und 46 am Zwischenlager 29 aufgeklemmt sind. Im mittleren Bereich ist die Blattfeder 45 jeweils auf den Rastvorsprung 41 am Außenumfang des Hohlrades 15 aufgeklemmt. Zur Einstellung der Vorspannung der Blattfedern 45 ist das Hohlrad 15 aus der neutralen Stellung der Blattfedern 45 in Antriebsrichtung um einen Winkel γ verdreht und dort jeweils an dem Anschlag 43 des Zwi schenlagers 29 abgestützt. Dadurch wirkt die Blattfeder 45 mit ihrem vor dem Anschlag 43 liegenden Bereich 45a als Druckfeder und mit ihren hinter dem Anschlag 43 liegenden Bereich 45c als Zugfeder. Je nach Größe des Verdrehwinkels ϕ_R in der Anschlagstellung läßt sich die Vorspannung der Blattfeder 45 einstellen.

Die Fig. 8 bis 12 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der erfin dungsgemäßen Andrehvorrichtung 10 mit einem Federspeicher 28 im Antriebsstrang. Hierbei wird der Federspeicher 28 durch ein an sich bekanntes Schenkelfederpaket 50 realisiert. Aus Fig. 8 ist in der Schnittdarstellung der Andrehvorrichtung 10 erkennbar, daß das Schenkelfederpaket 50 vor dem Hohlrad 15 auf einem Kragen 51 des einen Teil des Gehäuses 16 bildenden Zwischenlagers 29 angeordnet ist und aus mehreren axial nebeneinander geschichteten Federlamellen 52 besteht.

Fig. 9 zeigt eine der Federlamellen 52, die aus Federstahlblech gestanzt ist und zwei einander gegenüberliegende Bohrungen 53 auf weist. An den Enden der beidseitig einer jeden Bohrung 53 an ihrem Umfang freigestanzten Schenkelfedern 54 sind jeweils gemäß Fig. 10 Rastmittel 55 angeformt, die jeweils mit den Rastmitteln 55 der be nachbarten Federlamelle 52 im Eingriff stehen. Aus dem in Fig. 10 dargestellten Schnitt der Federlamellen 52 nach der Linie X-X aus Fig. 9 ist ferner erkennbar, daß die Enden 54a der Schenkelfedern 54 abwechselnd zu der einen oder zu der anderen Seite hin zu Haken 54a abgekröpft sind, so daß die nebeneinander liegenden Schenkel federn 54 an ihren Enden ineinandergreifen. Das am Vorgelege 14 konzentrisch angeordnete Schenkelfederpaket 50 ist in der Weise unter Vorspannung in die Andrehvorrichtung 10 eingesetzt, daß gemäß Fig. 8 die rechte Endlamelle 52a mit den Bohrungen 53 an Bolzen 56 im Hohlrad 15 des Vorgeleges 14 einrastet und daß die linke Endla melle 52a mit ihren Bohrungen 53 auf entsprechende Bolzen 57 ver rastet wird. Über die miteinander verhakten Enden 54a wirkt nun jeweils die Vorspannkraft Pv auf die Schenkelfedern 54, wobei sich die Enden der Schenkelfedern 54 jeweils um ihre Biegeachse Y auf der strichpunktierten Linie Z nach innen biegen.

Durch diese Ausführung der Federelemente 30 in Form von leicht stanzbaren Federlamellen 52 läßt sich ein axial kurz bauender Feder speicher 28 aus gleichen Teilen aufbauen. Die äußeren Federlamellen 52a werden zur Übertragung der Federkräfte mit den übrigen Federla mellen 52 der Anordnung über die Rastmittel 55 verbunden. Die Kraft übertragung an den Endlamellen 52a über die Bohrungen 53 ist beson ders zweckmäßig, da sich die Enden der Schenkelfedern 54 bei stei gender Belastung nach innen bewegen und somit Reibung und eventuell Verschleiß bei einer Verrastung der Schenkelfederenden 54a am Hohl rad 15 bzw. am Zwischenlager 29 auftreten würde. Die innere Durch gangsbohrung 58 der Federlamellen 52 weist einen kleinen Bund 59 auf, der als Abstandshalter zwischen den einzelnen Federlamellen 52 dient, d. h. daß zwischen den Federlamellen 52 nur eine minimale Reibung auftritt. Zur Versteifung der Schenkelfederenden 54a können diese zusätzlich mit einer Sicke 60 versehen werden.

Anstelle der abgekröpften Schenkelfederenden 54a zeigen Fig. 11 und 12 eine andere Ausführungsform der Rastmittel 55, indem dort die Enden 54b abwechselnd mit einer Warze 61 und einem entsprechenden Mitnehmerloch 62 versehen sind. Mit diesen Rastmitteln 55 kön nen - wie in Fig. 12 dargestellt - die axial nebeneinanderliegenden Enden 54b der benachbarten Schenkelfedern 54 durch Warze 61 und Mit nehmerloch 62 ineinandergreifen. Auch hierbei wird das kompakter bauende Schenkelfederpaket durch Verdrehen der Endlamellen in Richtung des Antriebsdrehmomentes zwischen dem gehäusefesten Bolzen 57 des Zwischenlagers 29 und dem Bolzen 56 des Hohlrades 15 vorge spannt montiert. Auch hier liegt das Hohlrad in der vorgespannten Stellung an einem gehäusefesten Anschlag an.

Da diese Federelemente über die innere Durchgangsbohrung 58 zen triert werden, ist ein Federspeicher 28 mit solchen Federelementen 30 auch für rotierende Anordnungen, zum Beispiel zwischen dem Ab trieb des Planetengetriebes 14 und der Freilaufkupplung 20 oder zwischen der Freilaufkupplung 20 und dem Einspurritzel 22 gut einzu setzen. Unwuchtprobleme durch Massenverlagerungen als Folge von Ver schleiß sind dabei weitgehend ausgeschlossen. Wie auch bei den an deren Ausführungen des Federspeichers 28 ist auch hier ein Überlast schutz durch einen Verdrehanschlag zwischen Hohlrad 15 und gehäuse festem Zwischenlager 29 sicherzustellen, wie dies in Fig. 2 bei spielsweise dargestellt ist.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 13 und 14 darge stellt, wobei der Federspeicher 28 einerseits am Vorgelege 14 und andererseits an der Abtriebswelle 18 angreift, die über das Steil gewinde 70 mit dem Mitnehmer 19 der Freilaufkupplung 20 zusammen wirkt. Auch hier bildet das Vorgelege 14 ein Planetengetriebe, des sen Planetenträger 17 eine zentrische Öffnung 71 zur Aufnahme der Abtriebswelle 18 aufweist. Aus Fig. 14 ist erkennbar, daß diese zentrische Öffnung 71 drei am Umfang verteilte Ausnehmungen 72 aufweist, in welche jeweils eine radial nach außen gerichtete Rippe 73 der Abtriebswelle 18 hineinragt. Ferner sind in diesen Ausneh mungen 72 Federelemente 30 des Federspeichers 28 in Form von Schrau bendruckfedern 74 eingesetzt, die sich unter Vorspannung jeweils einerseits an einer Rippe 73 und andererseits an einer Schulter 75 der Ausnehmungen 72 abstützen.

Fig. 15 und 16 zeigen als weiteres Ausführungsbeispiel den vorderen Teil des Antriebsstrangs der Andrehvorrichtung mit dem Führungsring 26, der Einspurfeder 27, dem Mitnehmer 19, die Freilaufkupplung 20 und dem Einspurritzel 22. Dort greift der Federspeicher 28 zum einen an der Freilaufkupplung 20 und zum anderen am Einspurritzel 22 an. Aus Fig. 16 ist erkennbar, daß auch hier als Federelemente 30 meh rere am Umfang verteilte Schraubendruckfedern 80 zwischen der Nabe 21 der Freilaufkupplung 20 und dem Einspurritzel 22 angeordnet sind, in dem die Schraubendruckfedern 80 ähnlich wie in Fig. 14 jeweils an einer radial nach außen gerichteten Rippe 81 am Einspurritzel 22 und einer Schulter 82 in jeweils einer Ausnehmung 83 der Nabe 21 unter Vorspannung eingesetzt sind.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind jeweils für eine Andreh vorrichtung 10 vorgesehen, die eine bestimmte Drehrichtung hat. Der Federspeicher 28 ist somit nur für die Antriebsrichtung der Andreh vorrichtung wirksam.

Claims

1. Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit einem Andrehmotor, dessen Antriebswelle über eine Freilaufkupplung mit einem axial ver schiebbaren Einspurritzel verbunden ist, welches in einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt, und mit einem bei Drehung, insbe sondere in Antriebsrichtung, ansprechenden Federspeicher im An triebsstrang zwischen Einspurritzel und Antriebswelle des Andreh motors, der Drehmomentanstöße zwischen Einspurritzel und Antriebs welle dämpft, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (28) mit einem in Antriebsrichtung wirksamen Vorspanndrehmoment (Mv) im An triebsstrang (100) angeordnet ist, welches 15% bis 50% des auf die Ritzeldrehung (ϕ_R) bezogenen Kurzschlußdrehmomentes Mk des An drehmotors (11) beträgt und daß das Verhältnis der Verdrehsteifig keit (C_St0) des vom Andrehmotor (11) bis zum Einspurritzel (22) gebildeten Antriebsstranges (100) der Andrehvorrichtung (10) ohne Federspeicher (28) und auf das Kurzschlußmoment (Mk) bezogen zu der am Einspurritzel (22) wirksamen Verdrehsteifigkeit (C_F) des Feder speichers (28) größer 4 ist.

2. Andrehvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der Drehschwingung des Antriebsstranges (100) durch die Verdrehsteifigkeit (C_F) des Federspeichers (28) weniger als 1/2 gegenüber der Eigenfrequenz ohne Federspeicher (28) beträgt.

3. Andrehvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsstrang (100) der Antriebsvorrichtung (10) ein der Frei laufkupplung (20) vorgeschaltetes Vorgelege (14) enthält, wobei der Federspeicher (28) am Vorgelege (14) und/oder an der Freilaufkupp lung (20) unter Vorspannung angreift.

4. Andrehvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (28) zwischen einem Hohlrad (15) eines Planeten getriebes als Vorgelege (14) und einem feststehenden Teil (29) des Gehäuses (16) der Andrehvorrichtung (10) angeordnet ist.

5. Andrehvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (28) aus mehreren, am Umfang des Hohlrades (15) verteilt angreifenden Federelementen (30) besteht, die sich am fest stehenden Gehäuseteil (29) abstützen.

6. Andrehvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (30) das Hohlrad (15) mit mindestens einem daran ausgebildeten Vorsprung (41) unter Vorspannung (Pv) entgegen der Antriebsrichtung der Andrehvorrichtung (10) gegen mindestens einen gehäusefesten Anschlag (32) drücken.

7. Andrehvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (31) am Hohlrad (15) radial nach außen gerichtet und die Federelemente (30) am Außenumfang des Hohlrades (15) angeordnet sind.

8. Andrehvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (30) Schraubendruckfedern (35) sind.

9. Andrehvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Federelemente (30) mäanderförmig gebogene Blatt federn (40, 45) sind.

10. Andrehvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (40) als Druckfedern ausgebildet sind, deren Enden spangenförmig auf Rastvorsprünge (41, 42) am Hohlrad (15) und am Gehäuseteil (29) aufgeklemmt sind.

11. Andrehvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (45) an beiden Enden am Gehäuseteil (29) befestigt sind und im mittleren Bereich jeweils auf einen Rastvorsprung (41) am Hohlrad (15) aufgeklemmt sind, wobei das Hohlrad (15) aus der neutralen Stellung der Blattfedern (45) heraus in Antriebsrichtung verdreht an einem gehäusefesten Anschlag (43) unter Vorspannung (Pv) anliegt.

12. Andrehvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (28) aus einem Schenkelfederpaket (50) gebildet ist, bei dem mehrere nebeneinander geschichtete Federlamellen (52) mit den Enden (54a; 54b) der an ihrem Umfang frei gestanzten Schen kelfedern (54) mit den Schenkelfederenden der benachbarten Feder lamellen (52) über Rastmittel (55) im Eingriff stehen.

13. Andrehvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlamellen (52) des Schenkelfederpaketes (50) mit einer in neren Durchgangsbohrung (58) konzentrisch am Vorgelege (14) angeord net sind, wobei die eine Endlamelle (52a) am Hohlrad (15) und die andere Endlamelle (52) am Gehäuseteil (29) angreift.

14. Andrehvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (54a) der Schenkelfedern (54) abwechselnd zu der einen oder anderen Seite abgekröpft sind, so daß die nebeneinanderliegen den Schenkelfedern (54) an ihren Enden (54a) hakenförmig ineinander greifen.

15. Andrehvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden (54b) der Schenkelfedern (54) abwechselnd mit einer Warze (61) und einem entsprechenden Mitnehmerloch (62) versehen sind, so daß die nebeneinanderliegenden Schenkelfedern (54) an ihren Enden (54b) ineinandergreifen.

16. Andrehvorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Schenkelfederpaket (50) durch Verdrehen der Endlamellen (52a) in Antriebsrichtung beim Einsetzen des Hohlrades (15) auf einen gehäusefesten Anschlag (29) vorgespannt sind.

17. Andrehvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Federspeicher (28) mehrere am Umfang verteilte Federelemente (30) zwischen einem Planetenradträger (17) und der Abtriebswelle (18) des Vorgeleges (14) angeordnet sind.

18. Andrehvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Federspeicher (28) mehrere am Umfang verteilte Federelemente (30) zwischen einer Nabe (21) der Freilaufkupplung (20) und dem Einspurritzel (22) angeordnet sind.

19. Andrehvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Federspeicher (28) mit einem Anschlag (36/37) als Überlastschutz versehen ist.