EP0569951B1 - Starteinrichtung für Verbrennungsmotoren - Google Patents

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EP0569951B1
EP0569951B1 EP93107681A EP93107681A EP0569951B1 EP 0569951 B1 EP0569951 B1 EP 0569951B1 EP 93107681 A EP93107681 A EP 93107681A EP 93107681 A EP93107681 A EP 93107681A EP 0569951 B1 EP0569951 B1 EP 0569951B1
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EP
European Patent Office
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pinion
gear
starting device
intermediate shaft
starting
Prior art date
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EP93107681A
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English (en)
French (fr)
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EP0569951A2 (de
EP0569951A3 (en
Inventor
Hartmut Dipl.-Ing. Huhn (Fh)
Wolfgang Knauer
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Sachs Fahrzeug-U Motorentechnik
Original Assignee
Mannesmann Sachs AG
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Publication date
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Publication of EP0569951A3 publication Critical patent/EP0569951A3/de
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    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/34—Ultra-small engines, e.g. for driving models
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/16—Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • 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
    • F02N15/043—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N3/00—Other muscle-operated starting apparatus
    • F02N3/02—Other muscle-operated starting apparatus having pull-cords
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/02—Light metals
    • F05C2201/021—Aluminium

Definitions

  • the invention further relates to a method for starting a Internal combustion engine, in particular a one-cylinder internal combustion engine with the help of an electric motor, in which the electric motor and any subsequent ones in a rigid angular relationship Gear parts are rotated before one effective connection with the crankshaft becomes.
  • Single-stage thrust starters are the rule for car and truck engines; motorcycle engines have this type of start only occasionally on.
  • the thrust drive usually includes a magnetic switch that the small pinion connected to the starter motor in the tooth mesh with the flywheel teeth before the engine is energized. Screw drives can also be used without engagement systems be designed, the moment of inertia of the single-pinion with the correct design of its bearing in a steep thread on the driving shaft with its rapid increase in speed First mesh axially and only when the axial limit is reached Transmits torque.
  • Torque is designed so that the compression generated Resistance can be overcome in every operating case.
  • JP-A-60 166 754 is according to the Patent Abstracts of Japan (European Patent Office) a starting device for internal combustion engines known, the one on an output shaft of a Starter motor attached tubular torque damper which torque damper rotates the output shaft of the starter motor on a coaxial on the starter shaft Bearing drive pinion of a gear reduction arrangement transmits.
  • the gear reduction arrangement also has two to an intermediate shaft on coaxial gears, of which the one meshes with the drive pinion and the other during the starting process apparently with a gear integral with the crankshaft can be brought into mesh.
  • the torque damper is included a tubular, torsionally elastic rubber buffer element, that can be turned and compressed for torque buffering is deformable.
  • Another object of the invention is to provide a starting device whose electric motor is better than when stationary the technology against hard torque surges in the event of blockages the crankshaft is protected.
  • the torsionally elastic member consists of a mainspring, the as a spring accumulator between the intermediate shaft and one on it mounted gear is arranged, the mainspring for Limitation of the torque with an inner spring end form-fitting with the intermediate shaft and with the outer spring end is frictionally connected to the gear.
  • the beginning mentioned method is proposed according to the invention, a to use the starting device according to the invention.
  • a great advantage of the invention is that now a Electric motor can be used, which is also taking into account any reduction or not under is sufficient in all circumstances to avoid a problem occurring on the crankshaft To overcome the starting moment.
  • the entrainment effect between the electric motor and the crankshaft is increasing Winding deformation and thus increasing torque transmission capacity the in the power flow path between the electric motor and the crankshaft arranged mainspring made so that the electric motor initially without this winding deformation substantial rotation of the crankshaft can run up to by the speed reached by the electric motor and that of it downstream if necessary in a rigid angle of rotation relationship Kinetic energy built up in transmission parts is sufficient to achieve this To overcome the crankshaft starting torque.
  • This mode of operation differs from the mode of operation the starting device known from JP-A-60 166 754, that thanks to the use of a windable mainspring as Starter motor used electric motor when starting much larger turning distance up to the start of taking the Crankshaft is available, so that despite low performance of the electric motor by building an enlarged kinetic Energy reliable starting the internal combustion engine is made possible.
  • the mainspring also "smoothes" the non-uniformity of the rotary movements in particular Single cylinder engines. Therefore, there are also advantages in the design to recognize the flywheel mass of the flywheel, because the the first revolutions during the starting process partially takes over the tasks of the flywheel.
  • the first Rotation of the internal combustion engine is caused by the mainspring distributed a larger rotation range of the starter motor.
  • a single-track device without freewheel and engagement device thus a tooth mesh aimed purely at angular acceleration, is immediately spurted out, i.e. disengaged when the driven flywheel overtakes and the transmitted one Torque goes to zero.
  • a tooth mesh aimed purely at angular acceleration
  • the spiral-shaped mainspring lies in that for them provided annular space of a gear on the outside only, while being positively connected to the shaft inside is.
  • the spring generates in its rest position by its bias on its outer diameter a frictional engagement, the Limit torque slightly exceeds the starting torque.
  • reverse ignition or The spring is initially like this around the shaft wrapped until the external frictional engagement is reduced and the elastic shaft connection slips.
  • the design with an intermediate shaft has the advantage on that space remains coaxial with the flywheel Housing, for example, a manual starter.
  • a flywheel 3 is rotatably arranged.
  • This flywheel 3 has a ring gear on its outer circumference 4, which is preferably in one piece with the flywheel 3 connected is. engages in the toothing of this ring gear 4 the teeth 6 of a pinion 5, which by means of a Steep thread 7 rotatable and helical on an intermediate shaft 8 is axially displaceable.
  • An axial compression spring 5a has the task of the pinion 5 only in its rest position to hold on; in the function of the on rotating mass of the pinion 5 based one-track mechanics does not engage this spring 5.
  • the intermediate shaft 8 is rotatable in a bearing 10 in the housing stored and carries a bearing bush at the opposite end 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 has an inner Spring end 18a of the previously described mainspring 18 - here is positively connected via a driver 17.
  • the spiral spring lies with the majority in the relaxed state their turns and finally with its outer spring end 18b in a cylindrical recess of a gear 11 and creates a frictional connection for the next starting process.
  • the gear 11 is finally with its teeth 12 the toothing 13 of a drive pinion 14 in continuous engagement, which rotatably with a starter shaft 16 of an electric motor 15 is connected.
  • Hand starting device 23 arranged in the form of a pull starter 24, the directly on the flywheel 3 in a known manner works.
  • the entrainment effect is based on the one hand on the frictional engagement between the outer spring end 18b and the inner peripheral surface 11i of the Gear 11 and on the other hand on the at least one Direction of positive engagement of the inner spring end 18a in the driver 17.
  • the engagement of the toothing 6 in the ring gear 4 can done essentially bumpless. If namely the gearing 6 with the axially directed tooth ends against the axially directed tooth ends of the ring gear 4 butts, so the right-hand movement of pinion 5 briefly interrupted, until there are gaps and teeth of the gearing 6 and the ring gear 4 in a further displacement axially to the right of the pinion 5 face each other. Then the pinion 5 can continue move right and in full engagement with sufficient axial overlap with the ring gear 4 of the flywheel 3 to step. Only now can the flywheel 3 start rotating from the rotor 15a of the motor 15 the output shaft 16, the drive pinion 14, the gear 11, the mainspring 18, the intermediate shaft 8, the helical thread 7 and 6a and the pinion 6.
  • the runner 15a and get with it the gear 11 and those with the gear for common rotation connected parts increased speeds, being a kinetic Energy is built up, which is composed of the kinetic energy of the individual rotating parts, so for example, the rotor 15a, the pinion 14 and the Gear 11.
  • the kinetic energy of this individual Parts is by the respective speed of these parts and determines the respective moment of inertia of these parts.
  • This kinetic energy is now to overcome the rotational resistance of the crankshaft 2 is available, that of the associated piston cylinder pair or more such pairs of piston cylinders abuts against the crankshaft 2 and must be overcome to start.
  • crankshaft 2 is turned, and the associated internal combustion engine can after Go through the first or another ignition point. So a starting process is achieved, although the Electric motor 15 not, or at least not among all Operating conditions are sufficient to the crankshaft 2 to overcome occurring rotational resistance.
  • Coil spring as the mainspring only as an embodiment is to be understood. Basically there are also other torsion springs between the gear 11 and the driver 17th conceivable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Starteinrichtung für Verbrennungsmotoren, speziell für kleinere einzylindrische Einheiten. Eine solche Starteinrichtung umfaßt
  • einen Elektromotor als Startermotor
  • ein Untersetzungsgetriebe zur Reduzierung der Startdrehzahl
  • eine Zwischenwelle mit einem Steilgewinde
  • ein Ritzel, dessen Innendurchmesser ein Gegen-Steilgewinde aufweist, welches mit dem Steilgewinde der Zwischenwelle zusammenarbeitet
  • einen Zahnkranz am Außendurchmesser des Schwungrads des zu startenden Verbrennungsmotors, in welchen das Ritzel der Zwischenwelle beim Startvorgang einspurt,
wobei in einer Zahnradgetriebe-Baugruppe, die durch das Einspuren des Ritzels zustande kommt, im Kraftflußweg zwischen dem Elektromotor und dem Schwungrad ein drehelastisches Glied angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anwerfen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Ein-Zylinder-Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Elektromotors, bei dem der Elektromotor und etwaige ihm in starrer Drehwinkelbeziehung nachgeschaltete Getriebeteile in Drehung versetzt werden, bevor eine mitnahmewirksame Verbindung mit der Kurbelwelle hergestellt wird.
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.
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.
Aus der JP-A-60 166 754 ist gemäß den Patent Abstracts of Japan (Europäisches Patentamt) eine Starteinrichtung für Verbrennungsmotoren bekannt, die einen auf einer Ausgangswelle eines Startermotors angebrachten rohrförmigen Drehmomentdämpfer aufweist, welcher Drehmomentdämpfer die Drehung der Ausgangswelle des Startermotors auf ein auf der Starterwelle koaxial gelagertes Antriebsritzel einer Getriebeuntersetzungsanordnung überträgt. Die Getriebeuntersetzungsanordnung weist ferner zwei zu einer Zwischenwelle koaxiale Zahnräder auf, von denen das eine mit dem Antriebsritzel kämmt und das andere beim Startvorgang offenbar mit einem mit der Kurbelwelle integralen Zahnrad in Kämmeingriff bringbar ist. Der Drehmomentdämpfer ist mit einem rohrförmigen, drehelastischen Gummipufferelement ausgeführt, das zur Drehmomentpufferung verdrehbar und kompressiv verformbar ist.
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.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Starteinrichtung, deren Elektromotor besser als im Stand der Technik vor harten Drehmomentstößen im Falle von Blockierungen der Kurbelwelle geschützt ist.
Zur Lösung wenigstens einer dieser Aufgaben wird erfindungsgemäß für die eingangs genannte Starteinrichtung vorgeschlagen, daß das drehelastische Glied aus einer Triebfeder besteht, die als Federspeicher zwischen der Zwischenwelle und einem auf ihr gelagerten Zahnrad angeordnet ist, wobei die Triebfeder zur Begrenzung des Drehmoments mit einem inneren Federende formschlüssig mit der Zwischenwelle und mit dem äußeren Federende reibschlüssig mit dem Zahnrad verbunden ist. Für das eingangs genannte Verfahren wird nach der Erfindung vorgeschlagen, eine erfindungsgemäße Starteinrichtung zu verwenden.
Ein großer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß nunmehr ein Elektromotor verwendet werden kann, welcher auch unter Berücksichtigung einer etwaigen Untersetzung nicht oder nicht unter allen Umständen ausreicht, um ein an der Kurbelwelle auftretendes Anwerfmoment zu überwinden. Die Mitnahmewirkung zwischen dem Elektromotor und der Kurbelwelle wird dabei unter zunehmender Wickelverformung und damit zunehmender Drehmomentübertragungsfähigkeit der im Kraftflußweg zwischen dem Elektromotor und der Kurbelwelle angeordneten Triebfeder hergestellt, so daß der Elektromotor zunächst während dieser Wickelverformung ohne wesentliche Drehmitnahme der Kurbelwelle hochlaufen kann, bis die durch die erreichte Drehzahl des Elektromotors und der ihm gegebenenfalls in starrer Drehwinkelbeziehung nachgeschalteten Getriebeteile aufgebaute kinetische Energie ausreicht, um das Anwerfmoment der Kurbelwelle zu überwinden.
Diese Betriebsweise unterscheidet sich von der Betriebsweise der aus der JP-A-60 166 754 bekannten Starteinrichtung dadurch, daß dank der Verwendung einer aufwickelbaren Triebfeder dem als Startermotor verwendeten Elektromotor bei Startbeginn ein wesentlich größerer Drehweg bis zum Beginn der Mitnahme der Kurbelwelle zur Verfügung steht, so daß trotz kleiner Leistung des Elektromotors durch den Aufbau einer vergrößerten kinetischen Energie zuverlässig ein Anwerfen der Brennkraftmaschine ermöglicht wird.
Gegenüber der bekannten Starteinrichtung nach der JP-A-60 166 754 wird ferner der Vorteil erreicht, daß bei einer Blockierung der Kurbelwelle, auf welche Gründe auch diese immer zurückzuführen ist, ein harter Drehmomentstoß auf den Elektromotor vermieden wird. Kleinere Elektromotoren sind nämlich einem solchen harten Drehmomentstoß nicht ohne weiteres gewachsen.
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.
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.
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.
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.
Schließlich weist die Bauart mit einer Zwischenwelle den Vorteil auf, daß koaxial zum Schwungrad Bauraum verbleibt zur Unterbringung beispielsweise einer Handstarteinrichtung.
Bevorzugte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Starteinrichtung sind in den Unteransprüchen 2 - 8 angegeben, die zu weiteren Vorteilen führen.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims (9)

  1. Starteinrichtung für Verbrennungsmotoren, speziell für kleinere einzylindrische Einheiten, umfassend
    einen Elektromotor (15) als Startermotor
    ein Untersetzungsgetriebe (13,11) zur Reduzierung der Startdrehzahl
    eine Zwischenwelle (8) mit einem Steilgewinde (7)
    ein Ritzel (5), dessen Innendurchmesser ein Gegen-Steilgewinde (6a) aufweist, welches mit dem Steilgewinde (7) der Zwischenwelle (8) zusammenarbeitet
    einen Zahnkranz (4) am Außendurchmesser des Schwungrads (3) des zu startenden Verbrennungsmotors (1), in welchen das Ritzel (5) der Zwischenwelle (8) beim Startvorgang einspurt,
    wobei in einer Zahnradgetriebe-Baugruppe, die durch das Einspuren des Ritzels (5) zustande kommt, im Kraftflußweg zwischen dem Elektromotor (15) und dem Schwungrad (3) ein drehelastisches Glied (20) angeordnet ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das drehelastische Glied (20) aus einer Triebfeder (18) besteht, die als Federspeicher zwischen der Zwischenwelle (8) und einem auf ihr gelagerten Zahnrad (11) angeordnet ist, wobei die Triebfeder (18) zur Begrenzung des Drehmomentes mit einem inneren Federende (18a) formschlüssig mit der Zwischenwelle (8) und mit dem äußeren Federende (18b) reibschlüssig mit dem Zahnrad (11) verbunden ist.
  2. Starteinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Auslegung und Abstimmung der Triebfeder (18) ein Mehrfaches an Umdrehungen des Antriebsritzels (14) erlaubt, bevor sich das Schwungrad (3) zu drehen beginnt.
  3. Starteinrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
    gekennzeichnet durch eine solche Ausbildung, daß beim Startvorgang, nachdem die Verzahnung (6) des Ritzels (5) in den Zahnkranz (4) des Schwungrads (3) eingespurt ist, das Ritzel (5) seine Arbeitslage zuverlässig eingenommen hat und dort zum Stillstand gekommen ist, erst nach Spannen der Triebfeder (18) der eigentliche Startvorgang durch Drehen des Schwungrades (3) beginnt.
  4. Starteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Triebfeder (18) ein Dämpfungsglied beigeordnet ist, welches Kräfte erzeugt, die der Verdrehbewegung des Zahnrades (11) auf der Zwischenwelle (8) gegengerichtet sind.
  5. Starteinrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Dämpfungsglied aus einer Scheibe (21) besteht, die von einer Feder (22) axial gegen die Windungen der Triebfeder (18) gepreßt wird.
  6. Starteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Zwischenwelle (8) von der Kurbelwelle (2) räumlich so weit entfernt ist, daß koaxial zur Kurbelwelle (2) eine Handstarteinrichtung (23) in einem Trägergehäuse (9) angeordnet werden kann.
  7. Starteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Elektromotor (15), die Zwischenwelle (8) mit dem elastischen Glied (20) sowie gegebenenfalls die Handstarteinrichtung (23) in einem Trägergehäuse (9) angeordnet sind.
  8. Starteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Triebfeder eine Spiralfeder (18) ist.
  9. Verfahren zum Anwerfen einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Ein-Zylinder-Brennkraftmaschine mit Hilfe eines Elektromotors, bei dem der Elektromotor (15) und etwaige ihm in starrer Drehwinkelbeziehung nachgeschaltete Getriebeteile (14,11) in Drehung versetzt werden, bevor eine mitnahmewirksame Verbindung mit der Kurbelwelle (2) hergestellt wird,
    gekennzeichnet durch die Verwendung einer Starteinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere für den Einsatz eines Elektromotors (15), der auch unter Berücksichtigung einer etwaigen Untersetzung nicht oder nicht unter allen Umständen ausreicht, um ein an der Kurbelwelle (2) auftretendes Anwerfmoment zu überwinden.
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