DE60320536T2 - STARTER DRIVE WITH COUPLING, ESPECIALLY FOR MOTOR VEHICLES, EQUIPPED WITH A TORSION DAMPING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Description
Technischer Bereich der ErfindungTechnical field of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Anlasser mit einer rotierenden Ausgangswelle und einer Einspurvorrichtung für den Antrieb eines Zahnkranzes des Schwungrads eines Fahrzeugverbrennungsmotors, wobei die besagte Einspurvorrichtung Folgendes umfasst:
- – ein Ritzel, das auf der rotierenden Ausgangswelle zwischen einer Ruheposition, in der es aus dem Zahnkranz ausgerückt ist, und einer aktiven Arbeitsposition, in der es an dem besagten Zahnkranz eingreift, axial verschiebbar gelagert ist,
- – eine ausrückbare Drehmomentübertragungsvorrichtung, etwa eine Vorrichtung mit Freilauf oder mit Kegelkupplung.
- - A pinion, which is axially slidably mounted on the rotating output shaft between a rest position in which it is disengaged from the sprocket, and an active working position in which it engages said sprocket,
- - A disengageable torque transmitting device, such as a device with freewheel or with cone clutch.
Stand der TechnikState of the art
Ein Kraftfahrzeuganlasser umfasst herkömmlicherweise einen rotierenden Elektromotor, dessen Aufgabe darin besteht, eine Ausgangswelle drehend anzutreiben, die mit einem beweglichen Ritzel bestückt ist, das für das Zusammenwirken mit einem Zahnkranz bestimmt ist, um das Anlassen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs herbeizuführen.One Automotive starter conventionally comprises a rotating one Electric motor whose task is to turn an output shaft driving, which is equipped with a movable pinion, that for the interaction with a sprocket is intended to temper of the internal combustion engine of the vehicle.
Der Zahnkranz wird als Anlasszahnkranz bezeichnet und ist fest an einem ringförmigen Teil, etwa an einem Schwungrad, angebracht, das starr oder elastisch mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs verbunden ist.Of the Sprocket is called a starter sprocket and is firmly on one annular Part, attached to a flywheel, rigid or elastic connected to the crankshaft of the internal combustion engine of the motor vehicle is.
In
einer Ausführungsart
fällt die
Ausgangswelle mit der Ausgangswelle des Elektromotors des Anlassers
zusammen. Als Variante ist die Ausgangswelle von der Ausgangswelle
des Elektromotors des Anlassers verschieden. So ist beispielsweise
ein Planetengetriebe zwischen den beiden Wellen angeordnet, wie
dies in der Druckschrift
Das Ritzel ist in der Regel verschiebbar auf der Ausgangswelle zwischen einer Ruheposition, in der es aus dem Zahnkranz ausgerückt ist, und einer aktiven Arbeitsposition gelagert, in der es an dem besagten Zahnkranz eingreift, der drehfest mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verbunden ist. Durch ein Einrückrelais wird ein Steuerorgan, üblicherweise in Form eines Einrückhebels, betätigt, das wiederum mit einer Einspurvorrichtung mit einem Freilauf oder mit einer Kegelkupplung zusammenwirkt. Die Kegelkupplung bzw. der Freilauf sind zwischen dem Ritzel und einem Mitnehmer angeordnet, der zur Einspurvorrichtung gehört. Der Hebel wirkt auf den Mitnehmer oder auf ein Gehäuse ein, das der Freilauf bzw. die Kegelkupplung umfasst. Bei einem herkömmlichen Anlasser ist das Gehäuse fest mit dem Mitnehmer verbunden.The Pinion is usually slidable on the output shaft between a rest position in which it is disengaged from the sprocket, and an active working position, in which it said to the Sprocket engages the non-rotatably with the crankshaft of the internal combustion engine of the vehicle is connected. By an engagement relay is a control element, usually in the form of a lever, actuated, the again with a Einspurvorrichtung with a freewheel or with cooperates a cone clutch. The cone clutch or freewheel are between the pinion and a driver arranged to the Einspurvorrichtung belongs. The lever acts on the driver or on a housing, that includes the freewheel or the cone clutch. In a conventional Starter is the case firmly connected to the driver.
Dieser Mitnehmer umfasst eine Mitnehmerhülse, die an ihrem inneren Umfang Schraubennuten aufweist, welche formschlüssig mit Schraubennuten zusammenwirken, die die Ausgangswelle örtlich an ihrem äußeren Umfang aufweist. In der aktiven Position wirkt das Ritzel mit einem fest mit der Ausgangswelle verbundenen Anschlag zusammen.This Driver comprises a drive sleeve, which at its inner circumference Has helical grooves, which cooperate positively with helical grooves, local the output shaft at its outer periphery having. In the active position, the pinion acts with a fixed together with the output shaft connected stop.
Die Hauptfunktion der ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung besteht darin, zu verhindern, dass das Ritzel, wenn der auch als Brennkraftmaschine bezeichnete Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs anläuft, den Elektromotor des Anlassers mit einer zu hohen Drehzahl antreibt, was zu einer Beschädigung des Anlassers führen könnte.The Main function of the disengageable The torque transfer device is to prevent the pinion, if also as an internal combustion engine designated internal combustion engine of the motor vehicle starts, the Electric motor of the starter drives at too high a speed, causing damage of the starter could.
Zu
weiteren Einzelheiten kann beispielsweise auf die Druckschrift
Die
Druckschriften
Die
Druckschrift
In
Während der Kompressionsphase in einem bestimmten Zylinder komprimiert der Kolben das Luft/Kraftstoffgemisch, wobei der Innendruck allmählich bis zum oberen Totpunkt ansteigt, der im Folgenden kurz OTP genannt wird. Daraus ergibt sich eine proportionale Kraft, die über die Pleuelstange und die Kurbelwelle ein Widerstandsmoment erzeugt, das der Kompressionsbewegung entgegenwirkt. Der Anlasser, der den Verbrennungsmotor drehend antreibt, muss daher ein bis zum OTP ständig ansteigendes Drehmoment liefern, was wiederum einen Rückgang der Antriebsdrehzahl zur Folge hat.During the Compression phase in a specific cylinder compresses the piston the air / fuel mixture, with the internal pressure gradually up rises to top dead center, hereinafter referred to as OTP becomes. This results in a proportional force that exceeds the Connecting rod and the crankshaft generates a moment of resistance, which counteracts the compression movement. The starter, the As a result, the internal combustion engine drives in rotation, and therefore has to constantly increase its torque until it reaches the OTP deliver, which in turn results in a decline in Drive speed has the consequence.
Nach dem Durchgang durch den OTP beginnt der Zylinder die Dekompressionsphase, in deren Verlauf der Innendruck ein Antriebsmoment erzeugt, das die Drehzahl der Kurbelwelle beschleunigt. Unter Berücksichtigung der jeweiligen Drehmomente und Trägheitsmomente des Verbrennungsmotors und des Anlassers fällt die Beschleunigung der Kurbelwelle schneller aus als die des Anlasserritzels. Das Ritzel wird daher durch den Verbrennungsmotor angetrieben, wobei es im Anschluss an das Ansprechen des Freilaufs bzw. der Kegelkupplung zwischen dem Ritzel und dem Elektromotor des Anlassers allein mit Überdrehzahl angetrieben wird.To passing through the OTP, the cylinder starts the decompression phase, in the course of which the internal pressure generates a drive torque, the accelerates the speed of the crankshaft. Considering the respective torques and moments of inertia of the internal combustion engine and the starter drops the acceleration of the crankshaft faster than that of the starter pinion. The Pinion is therefore driven by the internal combustion engine, where it following the response of the freewheel or the cone clutch between the pinion and the electric motor of the starter alone with overspeed is driven.
Der Verbrennungsmotor setzt anschließend seine Beschleunigungsbewegung bis zum unteren Totpunkt fort, der im Folgenden mit UTP abgekürzt wird. Es kommt zu einer Kompressionsphase im folgenden Zylinder der Zündfolge, was zu einer Verlangsamung der Kurbelwelle führt. Gleichzeitig erhöht sich die Drehzahl des Elektromotors des Anlassers, der keine Last mehr zu übertragen hat, entsprechend den klassischen Leerlaufdrehzahlanstiegsverläufen von Elektromotoren. Wenn die Drehzahl des Ritzels gleich der Drehzahl der Ausgangswelle des Anlassers wird, sperrt der Freilauf bzw. die Kegelkupplung, und der Anlasser liefert erneut ein Drehmoment an den Verbrennungsmotor. Das Drehmoment des in Kompression befindlichen Zylinders verlangsamt den Anlasser, der ein bis zum OTP stetig ansteigendes Drehmoment liefert, und so weiter bis zum Auftreten der ersten Explosionen. In diesem Zusammenhang ist festzustellen, dass ab dem Zeitpunkt t1 die Drehzahl des Verbrennungsmotors Nm und die Drehzahl des Anlassers Nd verschieden sind.The internal combustion engine then continues its acceleration movement to the bottom dead center, which will be abbreviated to UTP below. It comes to a compression phase in the following cylinder of the firing order, which leads to a slowing down of the crankshaft. At the same time, the speed of the electric motor of the starter, which has no more load to transmit, increases according to the classical Leerlaufdrehzahlveriegufen of electric motors. When the speed of the pinion becomes equal to the speed of the output shaft of the starter, the freewheel or the cone clutch locks, and the starter again provides torque to the engine. The torque of the compression cylinder slows the starter, providing a steady increase in torque up to the OTP, and so on until the first explosions occur. In this context, it should be noted that from the time t1, the rotational speed of the internal combustion engine N m and the rotational speed of the starter N d are different.
Der
Anlasser ist daher zeitweise treibend und zeitweise angetrieben.
Zu Beginn jeder Antriebsphase erfolgt eine Aufhebung der Winkelspiele
und des axialen Spiels zwischen dem Ritzel und dem Anschlag. Diese
Spielaufhebung führt
zu einem Stoß und
zu einer Geräuschentwicklung.
Darüber
hinaus erhöht
sich die Belastung der Verzahnung Ritzel/Zahnkranz bis zum OTP,
wobei diese Laständerungen
ebenfalls eine Geräuschentwicklung
zur Folge haben. In
Gegenstand der ErfindungSubject of the invention
Der Gegenstand der Erfindung besteht darin, die Spielaufhebung der Übertragungselemente zu beseitigen, um die Geräuschentwicklung des Anlassers während der Antriebszeit des Verbrennungsmotors zu verringern.Of the The invention is the clearance of the transmission elements eliminate the noise of the starter during reduce the drive time of the internal combustion engine.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einspurvorrichtung mit einer torsionselastischen Vorrichtung ausgerüstet ist, die angeordnet ist, um während der Kompressionsphasen des Verbrennungsmotors Energie zu speichern und sie während der Dekompressionsphasen des Verbrennungsmotors wieder abzugeben, und dass die torsionselastische Vorrichtung im Verhältnis zur ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung axial versetzt ist.The inventive device Is characterized in that the Einspurvorrichtung with a Equipped with torsional elastic device which is arranged around during the compression phases of the internal combustion engine to store energy and she while the decompression phases of the internal combustion engine again, and that the torsion-elastic device in relation to disengageable The torque transfer device axially offset.
Die Spielaufhebung entfällt, da das Vorhandensein der torsionselastischen Vorrichtung es ermöglicht, die Flanken der Zähne des Ritzels mit den Flanken des Zahnkranzes in Kontakt zu halten. Die Energie wird während der Dekompressionsphasen wieder abgegeben, im Gegensatz zu den nach dem bisherigen Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, die Energie absorbieren.The Cancellation of the game does not apply, because the presence of the torsion-elastic device makes it possible the flanks of the teeth of the pinion with the flanks of the sprocket in contact. The energy gets during the decompression phases again delivered, in contrast to the after the prior art devices, the energy absorb.
Im Einzelnen wird die torsionselastische Vorrichtung in einem ersten Schritt während der Kompressionsphasen des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs komprimiert, woraufhin sie in einem zweiten Schritt die gespeicherte Energie wieder abgibt, um dem Ritzel eine Winkelbeschleunigung zu geben, die größer als die der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors des Fahrzeugs ausfällt.in the Specifically, the torsional elastic device in a first Step during compressed the compression phases of the internal combustion engine of the vehicle, whereupon, in a second step, the stored energy again to give the pinion an angular acceleration, the greater than which fails the crankshaft of the internal combustion engine of the vehicle.
Bei einem gegebenen radialen Bauraumbedarf kann diese torsionselastische Vorrichtung eine erhebliche Größe aufweisen, da sie im Verhältnis zur ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung axial versetzt ist.at a given radial space requirement, this torsionally elastic Device have a considerable size, since they are in proportion to the disengageable Torque transmission device axially is offset.
Diese Anordnung ermöglicht es, den Freilauf bzw. die Kegelkupplung zu erhalten und zu schonen und dadurch die Lebensdauer des Anlassers entsprechend zu verlängern, wobei gleichzeitig die Geräuschentwicklung reduziert wird.These Arrangement allows it to preserve and protect the freewheel or the cone clutch and thereby extending the life of the starter according to, at the same time the noise is reduced.
Die torsionselastische Vorrichtung umfasst vorteilhafterweise eine die Ausgangswelle koaxial umgebende eingehängte Spiralfeder, die zwischen einem Gehäuse des Freilaufs bzw. der Kegelkupplung und einem fest mit dem Ritzel oder dem Mitnehmer verbundenen Teil des Ritzels oder des Mitnehmers eingehängt ist.The torsion-elastic device advantageously comprises a coaxially surrounding the output shaft hinged coil spring which between a housing of the freewheel and the Kegelkupp ment and a fixedly connected to the pinion or the driver part of the pinion or the driver is mounted.
Diese Anordnung ermöglicht es, viel Energie zu speichern, wobei sie eine große Winkelauslenkung zwischen den Teilen zulässt, zwischen denen die Spiralfeder zum Einsatz kommt. Diese Winkelauslenkung fällt größer aus als bei einer Lösung unter Einsatz von elastisch verformbaren Elementen, beispielsweise aus Elastomer. Es ist möglich, Winkelauslenkungen von über 120° zu erzielen, das heißt Auslenkungen, die größer sind als der maximale relative Momentanwinkelversatz zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz.These Arrangement allows it to store a lot of energy, giving a great angular excursion between the parts, between which the coil spring is used. This angular deflection turns out bigger as a solution using elastically deformable elements, for example made of elastomer. It is possible, Angular deflections of over 120 ° to achieve, that is deflections, which are bigger as the maximum relative instantaneous angle offset between the pinion and the sprocket.
Nach einer bevorzugten Ausführungsart ist die torsionselastische Vorrichtung zwischen dem Ritzel und der ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung, etwa einer Vorrichtung mit Freilauf oder mit Kegelkupplung, gelagert.To a preferred embodiment is the torsionally elastic device between the pinion and the disengageable The torque transfer device, such as a device with freewheel or with cone clutch stored.
Diese torsionselastische Vorrichtung umfasst eine Spiralfeder, die die Ausgangswelle koaxial umgibt, wobei sie zwischen einem Gehäuse des Freilaufs bzw. der Kegelkupplung und einer rohrförmigen Verlängerung des Ritzels eingehängt ist.These torsionally elastic device comprises a coil spring which the Coaxially surrounds output shaft, between a housing of the Freewheel or the cone clutch and a tubular extension of the pinion is mounted.
Es ist darauf hinzuweisen, dass sich die torsionselastische Vorrichtung nicht direkt mit der Welle des Elektromotors des Anlassers im Eingriff befindet.It It should be noted that the torsionally elastic device not directly with the shaft of the electric motor of the starter engaged located.
Diese bevorzugte Ausführungsart ist einfach, zuverlässig und wirtschaftlich, da sie eine minimale Anzahl von Teilen umfasst und eine Vereinfachung des Ritzels ohne Laufbahn für eine Freilauf- oder Kegelkupplungsvorrichtung ermöglicht. Der Mitnehmer wird ebenfalls vereinfacht, da die Laufbahn bzw. die Innenreibfläche der ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung vorteilhafterweise fest mit dem Mitnehmer verbunden ist, so dass das zu dieser Drehmomentübertragungsvorrichtung gehörende Gehäuse vom Mitnehmer und vom Ritzel getrennt ausgeführt und einfach herzustellen ist.These preferred embodiment is easy, reliable and economical, since it comprises a minimum number of parts and a simplification of the pinion without raceway for a freewheel or cone clutch device allows. The driver becomes also simplified, since the raceway or the internal friction of the disengageable The torque transfer device advantageously firmly connected to the driver, so that that to this torque transmitting device belonging housing from Carrier and separated from the pinion and easy to manufacture is.
Darüber hinaus ermöglicht diese bevorzugte Ausführungsart eine weitere Verkleinerung des Innendurchmessers der Spiralfeder, die so bei einem gegebenen Außendurchmesser ein Maximum an Energie speichern kann.Furthermore allows this preferred embodiment a further reduction of the inner diameter of the coil spring, so for a given outside diameter can store a maximum of energy.
Außerdem ergeben sich schnellere Ansprechzeiten als bei einer Ausführungsart mit Anbringung der torsionselastischen Vorrichtung hinter der ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung, die dann zwischen dem Ritzel und der Torsionsvorrichtung angeordnet ist. So verringern sich die Trägheiten bei einer Lagerung der torsionselastischen Vorrichtung zwischen dem Ritzel und der ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung der Einspurvorrichtung.In addition, revealed faster response times than in one embodiment with attachment of the torsion-elastic device behind the disengageable Torque transmission device, the then arranged between the pinion and the torsion device is. This reduces the inertia during storage of the torsionally elastic device between the pinion and the disengageable The torque transfer device the Einspurvorrichtung.
Des Weiteren wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, die Einspurvorrichtung problemlos mit einer ausrückbaren Drehmomentübertragungsvorrichtung mit Freilauf bzw. mit Kegelkupplung auszurüsten.Of Furthermore, this creates the possibility the Einspurvorrichtung easily with a disengageable torque transmission device equipped with freewheel or with cone clutch.
Nach einem Merkmal der Erfindung ist die Spiralfeder in einfacher, zuverlässiger und kostengünstiger Weise in einer Abteilung des Gehäuses mittels einer fest mit dem Ritzel verbundenen Verschlussscheibe eingeschlossen.To a feature of the invention, the coil spring in a simpler, more reliable and cost-effective Way in a department of the housing by means of a tightly connected to the pinion shutter disk included.
Weitere Merkmale können für sich genommen oder in Kombination zur Anwendung kommen:
- – Die Verschlussscheibe umfasst wenigstens einen vorstehenden Sektor, der in einem Ausschnitt des Gehäuses aufgenommen ist, welcher eine Winkelweite aufweist, die größer als der Winkel des Sektors ist, so dass die Winkelauslenkung der Scheibe im Verhältnis zum Gehäuse dem Unterschied zwischen den beiden Winkeln entspricht.
- – Die Feder ist so vorgespannt, dass sie ein Rückstellmoment ausübt, das darauf hinwirkt, den Sektor der Scheibe gegen einen Anschlag des Gehäuses zurückzustellen, um eine vorbestimmte Winkelpositionierung des Ritzels im Verhältnis zum Gehäuse herbeizuführen, wenn sich der Anlasser im Ruhezustand befindet.
- – Das Gehäuse ist mit einer zweiten Abteilung für die Aufnahme der Rollen des Freilaufs bzw. der kegelstumpfförmigen Flächen der Kegelkupplung versehen.
- – Das Gehäuse ist auf der Ausgangswelle über einen selbstschmierenden Ring zentriert und geführt, um die rotierenden Verschiebe- und Drehbewegungen der Einspurvorrichtung zu ermöglichen.
- The closure disc comprises at least one projecting sector received in a section of the housing which has an angular width which is greater than the angle of the sector so that the angular deflection of the disc relative to the housing corresponds to the difference between the two angles.
- - The spring is biased so that it exerts a restoring moment, which acts to return the sector of the disc against a stop of the housing in order to bring about a predetermined angular positioning of the pinion in relation to the housing when the starter is at rest.
- - The housing is provided with a second section for receiving the rollers of the freewheel or the frustoconical surfaces of the conical coupling.
- - The housing is centered on the output shaft via a self-lubricating ring and guided to allow the rotating sliding and rotating movements of the Einspurvorrichtung.
Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsart der Erfindung, die als Beispiel ohne einschränkende Wirkung angeführt wird und in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. Darin zeigen:Further Features and benefits are more apparent from the following Description of an embodiment of the invention, given as an example without any limitation and in the attached Drawings is shown. Show:
Beschreibung einer bevorzugten AusführungsartDescription of a preferred embodiment
Unter
Bezugnahme auf die
Der
Mitnehmer
Diese
Welle
Die
Struktur der Nuten
Das
Gehäuse
Erfindungsgemäß ist eine
torsionselastische Vorrichtung
Diese
Vorrichtung
In
einer Ausführungsart
ist diese Vorrichtung
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist diese Vorrichtung zwischen dem Ritzel
Die
Spiralfeder
Es
können
auch andere Befestigungssysteme für die Anbringung der Feder
Das
andere Ende an der inneren Windung ist mit einer Nase
Die
Nase
Zwischen
der Hülse
In
den
Das
Ende der Hülse
Die
Feder
Eine
Abdeckkappe
Bei
der Dekompression gibt die Feder
Daraus
resultiert ein ständiger
Kontakt des Ritzels
Bei
normalen Betriebsbedingungen des Anlassers ist es notwendig, dass
d größer als
Am ist, damit es zu keinem starken Stoß der Fläche
Am
Ende des Anlassvorgangs kehrt die Feder
Die
vorliegende Erfindung ist natürlich
nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel
beschränkt.
So sind die Laufbahn
Aus
den vorstehenden Darlegungen geht hervor, dass das Gehäuse
Wie
aus der Beschreibung und aus den Zeichnungen zu entnehmen ist, weist
das Gehäuse
Eine
der Aufnahmen, diejenige für
die Feder
Es
ist darauf hinzuweisen, dass der Mitnehmer
In
allen Fällen
kann das Ritzel
Als
Variante kann das Ritzel
[Text zu den Figuren][Text to the figures]
- Vitesse moteur thermique: Drehzahl VerbrennungsmotorVitesse moteur thermique: speed combustion engine
- Vitesse démarreur: Drehzahl AnlasserVitesse démarreur: Speed starter
- Vitesse: DrehzahlVitesse: speed
- Temps: ZeitTemps: time
- Roue libre: FreilaufRoue libre: freewheel
- Entraînement: Antriebentraînement: drive
- Décompression: DekompressionDecompression: decompression
- Compression: KompressionCompression: compression
- PMH: OTP (oberer Totpunkt)PMH: OTP (top dead center)
- PMB: UTP (unterer Totpunkt)PMB: UTP (bottom dead center)
- Couple du ressort: Drehmoment der FederCouple of the resort: Torque of the spring
- Position ang.: WinkelpositionPosition ang .: angular position
- Pignon: RitzelPignon: pinion
- Boîtier: Gehäuseboîtier: casing
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