EP0569951A2 - Starter device for internal combustion engines - Google Patents
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- EP0569951A2 EP0569951A2 EP93107681A EP93107681A EP0569951A2 EP 0569951 A2 EP0569951 A2 EP 0569951A2 EP 93107681 A EP93107681 A EP 93107681A EP 93107681 A EP93107681 A EP 93107681A EP 0569951 A2 EP0569951 A2 EP 0569951A2
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- F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
- F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
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- F05C2201/02—Light metals
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Definitions
- the invention relates to a starting device for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
- Single-stage thrust starters are the rule for car and truck engines; motorcycle engines have this type of start only occasionally.
- electric motors are also connected via chain drives to the crankshaft of the engine to be started with the interposition of an overrunning clutch in order to save weight and space.
- the pinions and chain drives are single-stage reduction gears.
- the thrust drive usually includes a magnetic switch that brings the small pinion connected to the starter motor into mesh with the flywheel teeth before the motor is energized.
- Screw drives can also be designed without engagement systems, with the moment of inertia of the single-pinion, if the bearing is correctly designed in a steep thread on the driving shaft, initially engages axially when the speed increases rapidly and transmits torque only when the axial limit is reached.
- the invention has set itself the task of making substantially smaller and thus high-speed electric motors from other fields of application suitable for the electric start of small internal combustion engines. Costs and installation space should be kept small.
- the solution according to the invention offers advantages in terms of cost and weight through the use of electric motors which are used in toys or in motor vehicles to actuate the various control movements.
- Such small motors are manufactured in large numbers and are characterized by a favorable power-to-weight ratio and small installation space. If they interact with the flywheel of the engine to be coupled via a drive spring according to the invention, they can be designed for a starting torque that is comparable to the starting torque of the engine, since the drive spring, as a spring accumulator, slowly overcomes the first compression stroke with the help of the time gained in tensioning the drive spring helps and then causes a rotation of the flywheel beyond the starting speed of the starter motor, which leads to reliable starting of the engine.
- the mainspring During the first revolution, the mainspring "smoothes" the non-uniformity of the rotary movements, especially in single-cylinder engines. Advantages can therefore also be seen in the design of the flywheel's flywheel mass, since during the first revolutions during the starting process the mainspring partially takes over the tasks of the flywheel.
- the first revolution of the internal combustion engine is distributed by the mainspring over a larger revolution range of the starter engine.
- a single-track device without a freewheel and engagement device that is to say a tooth engagement geared purely to angular acceleration, is immediately disengaged, ie disengaged, when the driven flywheel overtakes and the transmitted torque approaches zero.
- a freewheel and engagement device that is to say a tooth engagement geared purely to angular acceleration
- the spiral-shaped mainspring only rests on the outside in the annular space of a gear wheel provided for it, while it is positively connected to the shaft on the inside. In its rest position, the spring creates a frictional engagement on its outer diameter due to its preload, the limit torque of which slightly exceeds the starting torque. In the event of blockages on the engine side, reverse ignition, or the like, the spring is first wound inwards around the shaft until the external frictional engagement is reduced and the elastic shaft connection slips.
- the design with an intermediate shaft has the advantage that there is installation space coaxial with the flywheel for accommodating, for example, a manual starter device.
- a crankshaft 2 is mounted in it, at the free end of which a flywheel 3 is arranged in a rotationally fixed manner.
- This flywheel 3 has a ring gear 4 on its outer circumference, which is preferably connected in one piece to the flywheel 3.
- a pinion gear 4 engages the toothing 6 of a pinion 5, which by means of a Steep thread 7 is rotatably arranged on an intermediate shaft 8 and axially displaceable in a helical manner.
- An axial compression spring 5a has the task of only holding the pinion 5 in its rest position; this spring 5 does not interfere with the function of the engagement mechanism based on the rotating mass of the pinion 5.
- the intermediate shaft 8 is rotatably mounted in a bearing 10 in the housing and carries at the opposite end a bearing bush 19 which rotatably supports a gear 11 on the intermediate shaft 8.
- the end of the intermediate shaft 8 has a positive entrainment - here in the form of a double flat 8a - which is positively connected to an inner spring end 18a of the previously described mainspring 18 - here via a driver 17.
- the spiral spring rests with the majority of its windings and finally with its outer spring end 18b in a cylindrical recess in a gearwheel 11 and thus creates a frictional connection for the next starting process.
- the toothed wheel 11 is in permanent engagement with its toothing 12 with the toothing 13 of a drive pinion 14, which is non-rotatably connected to a starter shaft 16 of an electric motor 15.
- the rotary movements coupled by the drive spring 18 between the electric motor 15 and the flywheel 3 require damping in order not to allow vibrations to occur which both release the frictional engagement of the drive spring 18 in its outer bearing in the gearwheel 11 prematurely and initiate the premature disengagement process of the pinion 5 could.
- This damping consists here in a space-saving disk 21, which is arranged in a rotationally fixed manner on the intermediate shaft 8 on its double surface 8a and is pressed against the gearwheel 11 by the force of a spring 22 on the outer ring surface thereof.
- a manual starter device 23 in the form of a cable pull starter 24 is arranged coaxially to the flywheel 3 and acts directly on the flywheel 3 in a known manner.
- the basic mode of operation of the starting device according to the invention can also be summarized as follows: Before starting, the pinion 5 with its toothing 6 is out of engagement with the ring gear 4 of the flywheel 3. All parts of FIG. 1 are initially stationary.
- the electric motor 15 is then connected to the power supply, which can be formed in particular by the battery of the vehicle.
- the rotor of the motor 15 starts rotating.
- the drive pinion 14 rotates with it.
- This drive pinion 14 drives this latter gear 11 at a lower speed in accordance with the number of teeth ratio between the number of teeth of the teeth 13 of the drive pinion 14 and the number of teeth of the teeth 12 of the gear 11.
- the gear 11 takes the intermediate shaft 8 in the direction of arrow 30 of FIG. 2 with the spiral drive spring 18 and the driver 17.
- the entraining effect is based on the one hand on the frictional engagement between the outer spring end 18b and the inner circumferential surface 11i of the gear 11 and on the other hand on the at least one positive engagement of the inner spring end 18a in the driver 17.
- the pinion 5 tries to escape the entrainment by the intermediate shaft 8 by screwing it to the right on the intermediate shaft 8 thanks to the corresponding pitch of the intermeshing steep toothings 7 and 6a, namely against the action of the helical compression spring 5a. With this screwing of the pinion 5 to the right, the toothing 6 of the pinion 5 comes into engagement with the ring gear 4 of the flywheel 3.
- the engagement of the toothing 6 in the ring gear 4 can take place essentially without bumps. If the toothing 6 with the axially directed tooth ends abuts against the axially directed tooth ends of the ring gear 4, the right-hand movement of the pinion 5 is briefly interrupted until tooth gaps and teeth of the toothing 6 and the ring gear 4 are in a further displacement axially opposite to the right of the pinion 5 allowing manner. Then the pinion 5 can move further to the right and come into full engagement with sufficient axial overlap with the ring gear 4 of the flywheel 3.
- the flywheel 3 Only now can the flywheel 3 be set in rotation, namely from the rotor 15a of the motor 15 via the output shaft 16, the drive pinion 14, the toothed wheel 11, the drive spring 18, the intermediate shaft 8, the steep threads 7 and 6a and the pinion 6.
- the mainspring 18 is deformed against elastic resistance, so that its turns progressively become narrower around the driver 17 from the radially innermost turn to the radially outer turns.
- This deformation of the mainspring 18 begins when the crankshaft 2 experiences a resistance to rotation with respect to the associated cylinder, for example in the course of a compression stroke of a piston assigned to it. H. can only be taken against increasing resistance to rotation.
- the speed of the rotor 15a of the electric motor 15 can initially be increased considerably until the resistance to the crankshaft 2 rotating due to a compression stroke occurs.
- the acceleration of the rotor 15a can take place partially in the period until the pinion 6 has engaged in the ring gear 4. Subsequent acceleration is also conceivable until the flywheel 3 has reached an angular position in which resistance to further rotation occurs from the piston. Finally, a renewed acceleration is also conceivable in the initial phase of winding the drive spring 18 onto the driver 17.
- the rotor 15a and with it the gearwheel 11 and the parts connected to the gearwheel for common rotation receive increased speeds, whereby a kinetic energy is built up , which is composed of the kinetic energy of the individual rotating parts, for example the rotor 15a, the pinion 14 and the gear 11.
- the kinetic energy of these individual parts is determined by the respective speed of these parts and the respective moment of inertia of these parts. This kinetic energy is now available to overcome the rotational resistance applied to the crankshaft 2, which rests on the crankshaft 2 from the associated piston cylinder pair or several such piston cylinder pairs and must be overcome for starting.
- crankshaft 2 is turned and the associated internal combustion engine can start after passing through the first or a further ignition point. A starting process is thus achieved, although the electric motor 15 is not or at least not sufficient under all operating conditions to overcome the rotational resistance occurring on the crankshaft 2.
- the drive pinion 14 can carry out a plurality of revolutions before the crankshaft 2 is set in rotation. In this way, even with a small dimensioning of these components, sufficient energy or, in other words, a sufficient angular momentum can be made available to crank the crankshaft 2 under all conceivable operating circumstances and thus to start the internal combustion engine.
- spiral spring A particular advantage of the spiral spring is, however, that it can be easily brought into frictional connection with the gear 11 by contacting the inner peripheral surface 11i of the gear 11. At this There is then an overload clutch available in the event of a blockage on the engine side, reverse ignition, and the like.
- the displacement of the pinion 5 into its engagement position with the ring gear 4 could also be externally controlled, for example by means of an electromagnet which, depending on the speed reached by the rotor 15 a, engages the toothing 6 with the ring gear 4 prompted.
- the basic idea of the invention would nevertheless be realized that a small electric motor with low torque is used to overcome a larger starting torque on the crankshaft 2, by using the rotor of the motor and the gear elements connected downstream to this rotor until a predetermined kinetic structure is built up Allows energy to ramp up and then applies this kinetic energy to the crankshaft via a torsion spring for starting it.
- the starting device and the connection of the starting device to an internal combustion engine should also be protected in general.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Starteinrichtung für Verbrennungsmotoren entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a starting device for internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
Einstufige Schubtriebanlasser sind die Regel bei PKW- und LKW-Motoren; Motorradmotoren weisen diese Startart nur gelegentlich auf. Dort werden auch Elektromotoren über Kettentriebe mit der Kurbelwelle des anzulassenden Motors unter Zwischenschaltung einer Überholkupplung verbunden, um Gewicht und Bauraum zu sparen. Meist aber handelt es sich bei den Zahntrieben und den Kettentrieben um einstufige Untersetzungsgetriebe. Der Schubtrieb beinhaltet in der Regel einen Magnetschalter, der das kleine mit dem Anlassermotor verbundene Ritzel in den Zahneingriff mit der Schwungradverzahnung bringt, bevor der Motor bestromt wird. Schraubtriebe können auch ohne Einrücksysteme ausgelegt sein, wobei das Trägheitsmoment des Einspurritzels bei richtiger Auslegung seiner Lagerung in einem Steilgewinde auf der antreibenden Welle bei deren rascher Drehzahlsteigerung zuerst axial einspurt und erst bei Erreichen der axialen Begrenzung Drehmoment überträgt.Single-stage thrust starters are the rule for car and truck engines; Motorcycle engines have this type of start only occasionally. There, electric motors are also connected via chain drives to the crankshaft of the engine to be started with the interposition of an overrunning clutch in order to save weight and space. Most of the time, however, the pinions and chain drives are single-stage reduction gears. The thrust drive usually includes a magnetic switch that brings the small pinion connected to the starter motor into mesh with the flywheel teeth before the motor is energized. Screw drives can also be designed without engagement systems, with the moment of inertia of the single-pinion, if the bearing is correctly designed in a steep thread on the driving shaft, initially engages axially when the speed increases rapidly and transmits torque only when the axial limit is reached.
Alle derartigen Systeme verwenden relativ große Motoren, deren Drehmoment so ausgelegt ist, daß der von der Kompression erzeugte Widerstand in jedem Betriebsfall überwunden werden kann.All such systems use relatively large motors, the torque of which is designed so that the resistance generated by the compression can be overcome in any operating situation.
Zum Zwecke der Einsparung von Gewicht hat es sich die Erfindung zur Aufgabe gemacht, wesentlich kleinere und somit hochdrehende Elektromotoren aus fremden Anwendungsgebieten für den Elektrostart von kleinen Verbrennungsmotoren tauglich zu machen. Kosten und Bauraum sollen klein gehalten werden.For the purpose of saving weight, the invention has set itself the task of making substantially smaller and thus high-speed electric motors from other fields of application suitable for the electric start of small internal combustion engines. Costs and installation space should be kept small.
Die Lösung der Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschrieben.The solution to the problem is described in the characterizing part of claim 1.
Vorteile hinsichtlich Kosten und Gewicht bieten sich bei der erfindungsgemäßen Lösung durch die Verwendung von Elektromotoren, die bei Spielzeugen oder in Kraftfahrzeugen zum Betätigen der verschiedenen Steuerbewegungen dienen. Derartige Kleinmotoren werden in hohen Stückzahlen hergestellt und zeichnen sich durch ein günstiges Leistungsgewicht sowie geringen Bauraum aus. Sie können, wenn sie mit dem Schwungrad des zu koppelnden Motors über eine erfindungsgemäße Triebfeder zusammenwirken, durchaus für ein dem Startmoment des Motors vergleichbar kleineres Startmoment ausgelegt sein, da die Triebfeder als Federspeicher den ersten Kompressionshub mit Hilfe der beim Spannen der Triebfeder gewonnenen Zeit langsam überwinden hilft und anschließend eine über die Startdrehzahl des Startermotors hinausgehende Drehbeschleunigung des Schwungrades veranlaßt, die zum zuverlässigen Anspringen des Motors führt.The solution according to the invention offers advantages in terms of cost and weight through the use of electric motors which are used in toys or in motor vehicles to actuate the various control movements. Such small motors are manufactured in large numbers and are characterized by a favorable power-to-weight ratio and small installation space. If they interact with the flywheel of the engine to be coupled via a drive spring according to the invention, they can be designed for a starting torque that is comparable to the starting torque of the engine, since the drive spring, as a spring accumulator, slowly overcomes the first compression stroke with the help of the time gained in tensioning the drive spring helps and then causes a rotation of the flywheel beyond the starting speed of the starter motor, which leads to reliable starting of the engine.
Während der ersten Umdrehung "glättet" die Triebfeder zusätzlich die Ungleichförmigkeit der Drehbewegungen insbesondere bei Einzylindermotoren. Vorteile sind daher auch bei der Auslegung der Schwungmasse des Schwungrades zu erkennen, da bei den ersten Umdrehungen während des Startvorganges die Triebfeder die Aufgaben des Schwungrades teilweise übernimmt. Die erste Umdrehung des Verbrennungsmotors wird durch die Triebfeder auf einen größeren Umdrehungsbereich des Startermotors verteilt.During the first revolution, the mainspring "smoothes" the non-uniformity of the rotary movements, especially in single-cylinder engines. Advantages can therefore also be seen in the design of the flywheel's flywheel mass, since during the first revolutions during the starting process the mainspring partially takes over the tasks of the flywheel. The first revolution of the internal combustion engine is distributed by the mainspring over a larger revolution range of the starter engine.
Eine Einspureinrichtung ohne Freilauf und Einrückeinrichtung, also ein rein auf Winkelbeschleunigung ausgerichteter Zahneingriff, wird sofort ausgespurt, d.h. außer Eingriff gebracht, wenn das angetriebene Schwungrad überholt und das übertragene Drehmoment gegen Null geht. Wird ein starrer Antrieb ohne elastisches Glied verwendet, so besteht bereits nach der ersten Zündung diese Gefahr, da die Trägheit der Ankermasse des Elektromotors nicht entsprechend schnell nachbeschleunigen kann.A single-track device without a freewheel and engagement device, that is to say a tooth engagement geared purely to angular acceleration, is immediately disengaged, ie disengaged, when the driven flywheel overtakes and the transmitted torque approaches zero. Becomes a rigid drive without used elastic member, there is already this danger after the first ignition, since the inertia of the armature mass of the electric motor cannot accelerate accordingly quickly.
Die spiralenförmig ausgebildete Triebfeder liegt in dem für sie vorgesehenen Ringraum eines Zahnrades außen lediglich an, während sie im Inneren formschlüssig mit der Welle verbunden ist. Die Feder erzeugt in ihrer Ruhestellung durch ihre Vorspannung an ihrem Außendurchmesser einen Reibschluß, dessen Grenzmoment das Startmoment geringfügig übersteigt. Bei motorseitigen Blockierungen, rückwärtsdrehenden Frühzündungen oder dergleichen wird die Feder zunächst nach innen um die Welle gewickelt, bis der äußere Reibschluß abgebaut wird und die elastische Wellenverbindung durchrutscht.The spiral-shaped mainspring only rests on the outside in the annular space of a gear wheel provided for it, while it is positively connected to the shaft on the inside. In its rest position, the spring creates a frictional engagement on its outer diameter due to its preload, the limit torque of which slightly exceeds the starting torque. In the event of blockages on the engine side, reverse ignition, or the like, the spring is first wound inwards around the shaft until the external frictional engagement is reduced and the elastic shaft connection slips.
Schließlich weist die Bauart mit einer Zwischenwelle den Vorteil auf, daß koaxial zum Schwungrad Bauraum verbleibt zur Unterbringung beispielsweise einer Handstarteinrichtung.Finally, the design with an intermediate shaft has the advantage that there is installation space coaxial with the flywheel for accommodating, for example, a manual starter device.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen
- Fig. 1
- eine Starteinrichtung mit Elektromotor, Zwischenwelle und Schwungrad des teilweise dargestellten Verbrennungsmotors;
- Fig. 2
- eine Triebfeder in einer spiralenförmig gewickelten Ausführung;
- Fig. 3
- die Triebfeder im Schnitt in ihrem Einbauzustand in einen Zahnrad.
- Fig. 1
- a starting device with an electric motor, intermediate shaft and flywheel of the partially illustrated internal combustion engine;
- Fig. 2
- a mainspring in a spiral wound design;
- Fig. 3
- the mainspring in its installed state in a gear.
Wird mit 1 ein Motorgehäuse des zu startenden Verbrennungsmotors bezeichnet, so ist in diesem eine Kurbelwelle 2 gelagert, an deren freiem Ende ein Schwungrad 3 drehfest angeordnet ist. Dieses Schwungrad 3 weist an seinem äußeren Umfang einen Zahnkranz 4 auf, der vorzugsweise einstückig mit dem Schwungrad 3 verbunden ist. In die Verzahnung dieses Zahnkranzes 4 greift die Verzahnung 6 eines Ritzels 5 ein, welches mittels eines Steilgewindes 7 auf einer Zwischenwelle 8 drehbar und schraubenförmig axial verschiebbar angeordnet ist. Eine Axialdruckfeder 5a hat die Aufgabe, das Ritzel 5 in seiner Ruhestellung lediglich festzuhalten; in die Funktion des auf Drehmasse des Ritzels 5 gründende Einspurmechanik greift diese Feder 5 nicht ein. Die Zwischenwelle 8 ist in einer Lagerung 10 drehbar im Gehäuse gelagert und trägt am gegenüberliegenden Ende eine Lagerbuchse 19, die ein Zahnrad 11 auf der Zwischenwelle 8 drehbar lagert. Das Ende der Zwischenwelle 8 weist eine formschlüssige Mitnahme - hier in Form eines Zweiflaches 8a - auf, der mit einem inneren Federende 18a der zuvor bereits beschriebenen Triebfeder 18 - hier über einen Mitnehmer 17 - formschlüssig verbunden ist.If 1 denotes a motor housing of the internal combustion engine to be started, then a
Im entspannten Zustand liegt die Spiralfeder mit der Mehrzahl ihrer Windungen und schließlich mit seinem äußeren Federende 18b in einer zylindrischen Ausnehmung eines Zahnrades 11 an und stellt so einen Reibschluß für den nächsten Startvorgang her. Das Zahnrad 11 steht schließlich mit seiner Verzahnung 12 mit der Verzahnung 13 eines Antriebsritzels 14 im Dauereingriff, welches drehfest mit einer Starterwelle 16 eines Elektromotors 15 verbunden ist.In the relaxed state, the spiral spring rests with the majority of its windings and finally with its
Die durch die Triebfeder 18 gekoppelten Drehbewegungen zwischen Elektromotor 15 und Schwungrad 3 bedürfen der Dämpfung, um nicht Schwingungen auftreten zu lassen, die sowohl den Reibschluß der Triebfeder 18 in ihrer äußeren Lagerung im Zahnrad 11 vorzeitig lösen, als auch den vorzeitigen Ausspurvorgang des Ritzels 5 einleiten könnten. Diese Dämpfung besteht hier in einer raumsparend angebrachten Scheibe 21, die drehfest auf der Zwischenwelle 8 auf deren Zweiflach 8a angeordnet ist und einer an ihrem äußeren Umfang liegenden Ringfläche durch die Kraft einer Feder 22 gegen das Zahnrad 11 gepreßt wird.The rotary movements coupled by the
Koaxial zum Schwungrad 3 ist in unserem Ausführungsbeispiel eine Handstarteinrichtung 23 in Gestalt eines Seilzugstarters 24 angeordnet, der in bekannter Weise direkt auf das Schwungrad 3 wirkt.In our exemplary embodiment, a
Es sei noch auf den Vorteil einer mit einem drehelastischen Glied 20 ausgerüsteten Starteinrichtung hingewiesen: Die Verzahnung 6 des Ritzels 5 spurt in den Zahnkranz 4 "weich" ein, d.h. es treten keine harten Stöße beim Aufeinandertreffen der Zähne auf, wie es von Schubtriebstartern her bekannt ist, wo es bisweilen Schäden an den Stirnflächen der Zähne gibt. Vielmehr läßt das drehelastische Glied 20 bei Zahnberührung eine kurzzeitige Verzögerung des Einspurvorgangs zu, bis die anschließende Zahnlücke gefunden ist. Es lassen sich daher auch Verzahnungen in Schwungräder integrieren, die als Polräder ausgebildet sind und daher aus elektrisch nicht leitendem Aluminiummaterial sein müssen.It should also be pointed out the advantage of a starting device equipped with a torsionally elastic member 20: The toothing 6 of the pinion 5 tracks into the
Die prinzipielle Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Starteinrichtung kann zusammenfassend auch wie folgt dargestellt werden:
Vor dem Start befindet sich das Ritzel 5 mit seiner Verzahnung 6 außer Eingriff mit dem Zahnkranz 4 des Schwungrads 3. Alle Teile der Fig. 1 stehen zunächst still. Hierauf wird der Elektromotor 15 an die Stromversorgung angeschlossen, die insbesondere von der Batterie des Fahrzeugs gebildet sein kann. Der Läufer des Motors 15 fängt zu drehen an. Mit ihm dreht sich das Antriebsritzel 14. Dieses Antriebsritzel 14 treibt ensprechend dem Zähnezahlverhältnis zwischen der Zähnezahl der Verzahnung 13 des Antriebsritzels 14 und der Zähnezahl der Verzahnung 12 des Zahnrads 11 dieses letztere Zahnrad 11 mit geringerer Drehzahl an. Das Zahnrad 11 nimmt dabei über die spiralförmige Triebfeder 18 und den Mitnehmer 17 die Zwischenwelle 8 in Pfeilrichtung 30 der Fig. 2 mit. Die Mitnahmewirkung beruht dabei einerseits auf dem reibenden Eingriff zwischen dem äußeren Federende 18b und der Innenumfangsfläche 11i des Zahnrads 11 und andererseits auf dem mindestens in einer Richtung formschlüssigen Eingriff des inneren Federendes 18a in den Mitnehmer 17. Durch den Eingriff des Steilgewindes 7 der Zwischenwelle 8 und des korrespondierenden Innensteilgewindes 6a des Ritzels 6 besteht eine Tendenz zur Mitnahme des Ritzels 6 durch die Zwischenwelle 8. Dieser Tendenz wirkt aber nun das Trägheitsmoment des Ritzels 5 entgegen. Das Ritzel 5 versucht, der Mitnahme durch die Zwischenwelle 8 zu entkommen, indem es sich dank entsprechender Steigung der ineinandergreifenden Steilverzahnungen 7 und 6a auf der Zwischenwelle 8 nach rechts verschraubt, und zwar gegen die Wirkung der Schraubendruckfeder 5a. Bei dieser Verschraubung des Ritzels 5 nach rechts gelangt die Verzahnung 6 des Ritzels 5 in Eingriff mit dem Zahnkranz 4 des Schwungrads 3.The basic mode of operation of the starting device according to the invention can also be summarized as follows:
Before starting, the pinion 5 with its toothing 6 is out of engagement with the
Der Eingriff der Verzahnung 6 in den Zahnkranz 4 kann dabei im wesentlichen stoßfrei erfolgen. Wenn nämlich die Verzahnung 6 mit den axial gerichteten Zahnenden gegen die axial gerichteten Zahnenden des Zahnkranzes 4 stößt, so wird die rechtsgerichtete Bewegung des Ritzels 5 kurzzeitig unterbrochen, solange, bis sich Zahnlücken und Zähne der Verzahnung 6 und des Zahnkranzes 4 in einer die weitere Verschiebung nach rechts des Ritzels 5 gestattenden Weise axial gegenüberstehen. Dann kann sich das Ritzel 5 weiter nach rechts bewegen und in vollen Eingriff mit ausreichender axialer Überdeckung mit dem Zahnkranz 4 des Schwungrads 3 treten. Erst jetzt kann das Schwungrad 3 in Drehung versetzt werden, und zwar von dem Läufer 15a des Motors 15 her über die Ausgangswelle 16, das Antriebsritzel 14, das Zahnrad 11, die Triebfeder 18, die Zwischenwelle 8, die Steilgewinde 7 und 6a und das Ritzel 6. In diesem Stadium des Anwerfvorgangs wird die Triebfeder 18 gegen elastischen Widerstand deformiert, so daß sich ihre Windungen von der radial innersten Windung zu den radial äußeren Windungen hin fortschreitend enger um den Mitnehmer 17 legen. Diese Deformation der Triebfeder 18 beginnt dann, wenn die Kurbelwelle 2 etwa im Verlauf eines Kompressionshubs eines ihr zugeordneten Kolbens gegenüber dem zugehörigen Zylinder einen Verdrehungswiderstand erfährt, d. h. nurmehr gegen zunehmenden Verdrehungswiderstand mitgenommen werden kann.The engagement of the toothing 6 in the
Man erkennt also, daß beim Startvorgang die Drehzahl des Läufers 15a des Elektromotors 15 zunächst einmal erheblich gesteigert werden kann, bis der von einem Kompressionshub herrührende Widerstand gegen ein Mitdrehen der Kurbelwelle 2 auftritt. Die Beschleunigung des Läufers 15a kann teilweise in dem Zeitraum stattfinden, bis das Ritzel 6 in den Zahnkranz 4 eingegriffen hat. Anschließend ist eine weitere Beschleunigung auch noch denkbar solange, bis das Schwungrad 3 eine Winkelstellung erreicht hat, in welcher von dem Kolben her Widerstand gegen weiteres Verdrehen auftritt. Schließlich ist eine nochmalige Beschleunigung auch noch denkbar in der Anfangsphase des Aufwickelns der Triebfeder 18 auf den Mitnehmer 17. Damit erhalten der Läufer 15a und mit ihm das Zahnrad 11 und die mit dem Zahnrad zur gemeinsamen Drehung verbundenen Teile erhöhte Drehzahlen, wobei eine kinetische Energie aufgebaut wird, die sich zusammensetzt aus der kinetischen Energie der einzelnen drehenden Teile, also beispielsweise des Läufers 15a, des Ritzels 14 und des Zahnrads 11. Die kinetische Energie dieser einzelnen Teile ist durch die jeweilige Drehzahl dieser Teile und das jeweilige Trägheitsmoment dieser Teile bestimmt. Diese kinetische Energie steht nun zur Überwindung des an der Kurbelwelle 2 anliegenden Drehwiderstands zur Verfügung, der von dem zugehörigen Kolbenzylinderpaar oder mehreren solcher Kolbenzylinderpaare her an der Kurbelwelle 2 anliegt und zum Anwerfen überwunden werden muß.It can thus be seen that, during the starting process, the speed of the rotor 15a of the
Wenn sich die Triebfeder 18 um den Mitnehmer 17 in Pfeilrichtung 30 der Fig. 2 aufwickelt, so steigt das der weiteren Aufwicklung entgegenwirkende innere Torsionsmoment der Triebfeder 18 an. Dieses ansteigende Torsionsmoment steht zur Drehmomentübertragung von dem Zahnrad 11 her auf der Zwischenwelle 8 und deshalb auch zur weiteren Drehmomentübertragung auf die Kurbelwelle 2 zur Verfügung. Wenn das innere Torsionsmoment der Triebfeder 18 gleich dem an der Kurbelwelle 2 anliegenden Drehwiderstand wird, so kann die Kurbelwelle 2 entgegen diesem Drehwiderstand mitgenommen werden, und für diese Mitnahme steht nun die vorher aufgebaute kinetische Energie zur Verfügung. Von dieser kinetischen Energie herrührend steht deshalb zur Überwindung des Drehwiderstands an der Kurbelwelle 2 ein unter Umständen wesentlich größeres Drehmoment zur Verfügung, als es der Motor 15 aufbringen könnte. Deshalb wird die Kurbelwelle 2 durchgedreht, und die ihr zugehörige Brennkraftmaschine kann nach Durchlaufen des ersten oder eines weiteren Zündpunkts anspringen. Es wird also ein Startvorgang erreicht, obwohl der Elektromotor 15 nicht oder jedenfalls nicht unter allen Betriebsbedingungen ausreicht, um den an der Kurbelwelle 2 auftretenden Drehwiderstand zu überwinden.When the mainspring 18 winds up around the
Dabei ist es von besonderem Vorteil, daß die bis zum Durchdrehen der Kurbelwelle 2 aufgebaute kinetische Energie nicht schlagartig auf die Kurbelwelle übertragen wird, sondern über die elastisch nachgiebige Triebfeder 18.It is particularly advantageous that the kinetic energy built up until the
Man kann durch entsprechende Wahl und Dimensionierung der am Startvorgang beteiligten Komponenten dafür sorgen, daß das Antriebsritzel 14 eine Mehrzahl von Umdrehungen ausführen kann, bevor die Kurbelwelle 2 in Drehbewegung versetzt wird. Auf diese Weise kann auch bei kleiner Dimensionierung dieser Komponenten eine ausreichende Energie oder anders ausgedrückt ein ausreichender Drehimpuls zur Verfügung gestellt werden, um die Kurbelwelle 2 unter allen denkbaren Betriebsumständen zum Durchdrehen und damit die Brennkraftmaschine zum Anlaufen zu bringen.By appropriate selection and dimensioning of the components involved in the starting process, it can be ensured that the
Es ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß die Wahl einer Spiralfeder als Triebfeder nur als ein Ausführungsbeispiel zu verstehen ist. Es sind grundsätzlich auch andere Torsionsfedern zwischen dem Zahnrad 11 und dem Mitnehmer 17 denkbar.It is also readily apparent that the choice of a spiral spring as the mainspring is only to be understood as an exemplary embodiment. In principle, other torsion springs between the
Ein besonderer Vorteil der Spiralfeder liegt allerdings darin, daß sie leicht in reibschlüssige Verbindung mit dem Zahnrad 11 gebracht werden kann, indem sie sich an die Innenumfangsfläche 11i des Zahnrads 11 anlegt. An dieser Stelle steht dann eine Überlastkupplung für den Fall motorseitiger Blockierung, rückwärtsdrehender Frühzündung und dgl. zur Verfügung.A particular advantage of the spiral spring is, however, that it can be easily brought into frictional connection with the
Die im vorstehenden beschriebene, allein auf dem Trägheitsmoment des Ritzels 5 beruhende Verschiebung des Ritzels 5 in Eingriff mit dem Zahnkranz 4 stellt ebenfalls nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dar. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß man ein Mitdrehen des Ritzels 5 mit der Zwischenwelle 8 auch dadurch hemmen könnte, daß man an dem Ritzel 5 oder einem mit dem Ritzel 5 zur gemeinsamen Drehung fest verbundenen Teil eine Reibungsbremse angreifen läßt, die allein oder in Unterstützung der von dem Trägheitsmoment des Ritzels 5 hervorgerufenen Wirkung die Mitnahme des Ritzels 5 durch die Zwischenwelle 8 hemmen und damit die Axialverschiebung des Ritzels 5 zum Eingriff mit dem Zahnkranz 4 einleiten könnte.The above-described displacement of the pinion 5 in engagement with the
Es ist auch ohne weiteres einzusehen, daß die Verschiebung des Ritzels 5 in seine Eingriffsstellung mit dem Zahnkranz 4 auch fremdgesteuert sein könnte, etwa mittels eines Elektromagneten, welcher in Abhängigkeit von der durch den Läufer 15a erreichten Drehzahl die Einkuppelung der Verzahnung 6 mit dem Zahnkranz 4 veranlaßt. In einem solchen Fall wäre gleichwohl der Grundgedanke der Erfindung verwirklicht, daß man einen kleinen Elektromotor mit geringem Drehmoment zur Überwindung eines größeren Anwerfmoments an der Kurbelwelle 2 benutzt, indem man den Läufer des Motors and die diesem Läufer getrieblich nachgeschalteten Getriebeelemente bis zum Aufbau einer vorbestimmten kinetischen Energie hochlaufen läßt und diese kinetische Energie sodann über eine Torsionsfederung an der Kurbelwelle zu deren Anwerfen anlegt.It can also be readily seen that the displacement of the pinion 5 into its engagement position with the
Die Erfindung kann demgemäß in allgemeiner Form auch als Anwerfverfahren für eine Brennkraftmaschine dargestellt werden mit den Merkmalen
- a) es wird ein Elektromotor verwendet, welcher auch unter Berücksichtigung einer etwaigen Untersetzung nicht oder nicht unter allen Umständen ausreicht, um ein an der Kurbelwelle auftretendes Anwerfmoment zu überwinden;
- b) der Elektromotor und etwaige ihm in starrer Drehwinkelbeziehung nachgeschaltete Getriebeteile werden in Drehung versetzt, bevor eine mitnahmewirksame Verbindung mit der Kurbelwelle hergestellt wird;
- c) die mitnahmewirksame Verbindung zwischen dem Elektromotor und der Kurbelwelle wird über ein torsionselastisches Zwischenglied hergestellt, und zwar erst dann, wenn die durch die erreichte Drehzahl des Elektromotors und der ihm ggf. in starrer Drehwinkelbeziehung nachgeschalteten Getriebeteile aufgebaute kinetische Energie ausreicht, um über das Zwischenglied das Anwerfmoment der Kurbelwelle zu überwinden.
- a) an electric motor is used which, even taking into account any reduction, is insufficient or not sufficient under all circumstances to overcome a starting torque occurring on the crankshaft;
- b) the electric motor and any gear parts connected downstream of it in a rigid rotational angle relationship are set in rotation before an entrainment-effective connection is established with the crankshaft;
- c) the entrainment-effective connection between the electric motor and the crankshaft is established via a torsionally elastic intermediate member, and only when the kinetic energy built up by the rotational speed of the electric motor achieved and the gear parts possibly connected downstream in a rigid angle-of-rotation relationship is sufficient for the intermediate member to overcome the crankshaft starting torque.
Entsprechend allgemein soll auch die Starteinrichtung sowie die Verbindung der Starteinrichtung mit einer Brennkraftmaschine geschützt sein.Accordingly, the starting device and the connection of the starting device to an internal combustion engine should also be protected in general.
Claims (10)
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