EP1348866B1 - Startvorrichtung - Google Patents
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- F02N15/046—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer of the planetary type
Definitions
- drive shafts are already known in which the gear carrier and the actual drive shaft part are each made of a separate part and are connected inextricably linked by an additional manufacturing process.
- One of these known manufacturing processes consists of welding together the gear carrier with the drive shaft part. adversely is in this joining two different parts to a drive shaft with gear carrier, that the supplied welding energy leads to a strong increase in temperature of the component and thus to a so-called welding distortion.
- the drive shaft is to be aligned separately, so that the drive shaft is relatively expensive and expensive to manufacture.
- the introduction of force from the gear carrier to the drive shaft is unfavorable.
- German Utility Model DE 296 23 080 U1 discloses a starting device which has a disc-shaped planet carrier.
- This disk-shaped planet carrier has a central bore, which carries a toothing on its radially inwardly directed surface.
- This planet carrier is placed in the course of assembly of the starting device on a cylindrical end of a drive shaft.
- a region of the drive shaft projecting beyond the material thickness of the planet carrier is deformed in such a way that a part of the outer end of the drive shaft is pressed into the toothing 25A. This measure creates a non-positive and positive connection with the drive shaft.
- the starting device with the features of the independent claim has the advantage that by simply assembling the gear carrier with its Gegenform gleich on the positive connection of the drive shaft already a reliable power transmission between the gear carrier and the drive shaft is possible.
- a suitable material choice is possible for other components, so that without compromising a further optimized component can be produced.
- Another advantage is that standard drive shafts can be formed and only by varying the gear carrier already different configurations or combinations of drive shaft and gear carrier are possible in order to meet the different requirements for translations can.
- an axial position of the toothed wheel carrier is determined at least indirectly between two stops. This leads to a floating mounting of the gear carrier on the drive shaft and thus thereby the possibility of compensation of assembly offset at larger tolerated components. Shape deviations of the individual components are easily tolerated.
- a bearing for supporting the drive shaft is arranged between a stop and the gear carrier, the bearing can absorb both forces when starting an internal combustion engine and after overtaking the internal combustion engine.
- Other components such as the actual planetary gear or even the starter motor will not be charged. Bring one between the at least one of the stops and the bearing each have a relative hub, so you reach a friction and wear-reduced storage between stop and camp.
- a particularly favorable power transmission and material utilization is particularly suitable when an involute toothing between the positive engagement and Gegenform gleich between the drive shaft and gear carrier used for power transmission.
- an involute gear is particularly suitable to compensate for play between the form-fitting of the gear carrier and the drive shaft.
- a particularly rational method of production results when the positive connection and / or the counter-form closure are massively formed.
- a partially illustrated electric drive 13 drives a drive shaft 22 via a motor shaft 16 and a planetary gear 19.
- a Einspurgetriebe 25 is rotatably mounted on the drive shaft 22 .
- the motor shaft 16 is provided with its Einspurgetriebe 25 end facing with a gear member 28 that serves as a sun gear of the planetary gear 19.
- a gear member 28 that serves as a sun gear of the planetary gear 19.
- Around the gear member 28 around are usually arranged a plurality of planetary gears 31, of which only one is shown in FIG. Usually, there are three of these.
- the planet gears 31 are rotatably supported by means of bearing elements 34 on bolts 37.
- the bolts 37 in turn are mounted in a gear carrier 40.
- the gear carrier 40 is a planet carrier in the example.
- the gear carrier 40 is connected to the drive shaft 22.
- the planet gears 31 roll not only on the gear element 28 from, but also within a so-called ring gear 43 from.
- the ring gear 43 is connected to an intermediate bearing 46.
- the drive shaft 22 has at a gear member 28 facing the end of a length portion 49 with a positive connection 52.
- the gear carrier 40 has a form-fit 52 counter-form-fitting 55 on.
- the axial position of the gear carrier 40 is determined by, on the one hand on the gear member 28 facing the end of the drive shaft 22, a stop 58 is arranged, and on the other hand on the drive shaft 22, a further stop 61 is arranged, the stop 58 and the stop 61 between at least receive the gear carrier 40.
- the axial position of the gear carrier 40 is at least indirectly determined between the two stops 58 and 61.
- the stop 61 is formed as an axial locking ring
- the stop 58 on the drive shaft 22 is formed as integrally formed collar.
- This gear carrier side stop 58 is characterized an insoluble stop 61st
- the drive shaft 22, the gear carrier 40 and the bolts 37 are shown separately. It can clearly be seen that the longitudinal section 49 has the positive connection 52, as well as the counter-form closure 55 can be seen.
- the stop 58 is integrally formed on the drive shaft 22.
- the length section 49 is followed in the direction of the Einspurgetriebe 25, a freewheel, followed by a cylindrical sliding surface 64.
- the cylindrical sliding surface 64 follows a groove 67, which with the axial circlip executed stop 61 cooperates.
- the groove 67 secures the axial position of the locking ring.
- the intermediate bearing 46 is shown in fragmentary form in a longitudinal sectional view of the planetary gear 19.
- the intermediate bearing 46 supports the planetary gear from a housing of the starting device 10 from.
- the intermediate bearing 46 secures via a bearing flange 70, both the axial safe position of the drive shaft 22 and a favorable radial support of the drive shaft 22 via a bearing element 73.
- the bearing element 73 may for example be designed as a plain bearing bush but also as a needle bearing. Alternatively, a low-build cylindrical roller bearing can be used with a laminated outer ring. The bearing element 73 is thus arranged between a stop and the gear carrier 40.
- FIG. 4 shows a further exemplary embodiment.
- the drive shaft 22 In contrast to the arrangements of the drive shaft 22 shown in Figures 2 and 3 in the intermediate bearing 46, the drive shaft 22, although the stop 58 at the end directed toward the gear element 28 on. However, the stop 58 is arranged on the intermediate bearing 46 facing side of the positive connection 52. Here take the two stops 61 and 58, at least indirectly between the intermediate storage 46.
- the stop 61 When driving the Einspurgetriebes 25, see Figure 1, by the electric drive 13, the stop 61 is loaded with an axial force. This axial force is directed against the intermediate bearing 46, so that there is an unfavorable state of friction between the stop 61 and the bearing flange 70. This unfavorable state of friction - a particularly high degree of friction - can be reduced by arranging a relative turntable 76 between the stop 61 and the bearing flange 70. It is essential that the relative turntable 76 is supported on the one hand against the stop 61 and on the other hand against a fixedly connected to the intermediate bearing 46 object. This article may for example also be the bearing element 73.
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Description
- Von heutigen Serienstartern ist bekannt, dass einteilige Antriebswellen mit angepreßtem Zahnradträger verwendet werden. Diese Antriebswellen sind einstückig ausgeführt und weisen aus diesem Grunde durch den einstückig angepaßten Zahnradträger sehr große Durchmesserunterschiede auf. Nachteilig ist bei diesen einteiligen Antriebswellen, dass bei verschiedenen Übersetzungen, die über den Zahnradträger ermöglicht werden, unterschiedliche Wellenrohlinge erforderlich sind. Die Anpaßbarkeit eines Wellenrohlings ist nur beschränkt, so dass eine große Vielfalt an Wellenrohlingen erforderlich ist. Die Herstellung des Rohlings für die Welle ist aufgrund des großen Durchmesserunterschiedes kostenintensiv und die Stoffauswahl ebenfalls stark eingeschränkt, da hier Kompromisse gemacht werden müssen.
- Darüber hinaus sind bereits Antriebswellen bekannt, bei denen der Zahnradträger und das eigentliche Antriebswellenteil aus je einem separaten Teil hergestellt werden und durch einen zusätzlichen Fertigungsprozeß unlösbar miteinander verbunden werden. Einer dieser bekannten Fertigungsprozesse besteht im Zusammenschweißen des Zahnradträgers mit dem Antriebswellenteil. Nachteilig ist bei diesem Zusammenfügen zweier verschiedener Teile zu einer Antriebswelle mit Zahnradträger, dass die zugeführte Schweißenergie zu einem starken Temperaturanstieg des Bauteils und damit zu einem sogenannten Schweißverzug führt. Die Antriebswelle ist separat zu richten, so dass die Antriebswelle verhältnismäßig teuer und aufwendig in der Herstellung ist. Darüber hinaus ist die Krafteinleitung vom Zahnradträger zur Antriebswelle ungünstig.
- Aus dem deutschen Gebrauchsmuster DE 296 23 080 U1 ist eine Startvorrichtung bekannt, die einen scheibenförmigen Planetenträger aufweist. Dieser scheibenförmige Planetenträger weist eine zentrale Bohrung auf, die an ihrer nach radial innen gerichteten Oberfläche eine Verzahnung trägt. Dieser Planetenträger wird im Zuge der Montage der Startvorrichtung auf ein zylindrisches Ende einer Antriebswelle aufgesetzt. Um ein Drehmoment zwischen dem Planetenträger und der Antriebswelle übertragen zu können, wird ein über die Materialstärke des Planetenträgers hinausragender Bereich der Antriebswelle derartig umgeformt, dass ein Teil des äußeren Endes der Antriebswelle in die Verzahnung 25A verpresst wird. Durch diese Maßnahme entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung mit der Antriebswelle.
- Bei dieser Ausführung ist nachteilig, dass nur ein geringer Teil der axialen Breite des Planetenträgers bzw. dessen Verzahnung überhaupt zur Übertragung eines Drehmoments nutzbar ist. Des Weiteren ergibt sich aus der scherenden Verarbeitung des Endes der Antriebswelle und der Umformung in die Verzahnung hinein eine Schwächung des Antriebswellenendes. Des Weiteren ist dabei nachteilig, dass die Antriebswelle bei einer derartigen Welle-Nabe-Verbindung länger als unbedingt notwendig baut, und zudem die Materialausnutzung beim Planetenträger nicht optimal ist.
- Vorteile der Erfindung
- Die Startvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs weist den Vorteil auf, dass durch einfaches Zusammensetzen des Zahnradträgers mit seinem Gegenformschluss auf den Formschluss der Antriebswelle bereits eine zuverlässige Kraftübertragung zwischen Zahnradträger und Antriebswelle ermöglicht wird. Darüber hinaus ist für weitere Bauteile eine jeweils geeignete Werkstoffwahl möglich, so dass ohne Kompromisse einzugehen ein weiter optimiertes Bauteil erzeugt werden kann. Als weiterer Vorteil ist zu nennen, dass Standardantriebswellen gebildet werden können und lediglich durch Variation des Zahnradträgers bereits unterschiedliche Konfigurationen bzw. Kombinationen aus Antriebswelle und Zahnradträger möglich sind, um den unterschiedlichen Anforderungen an Übersetzungen gerecht werden zu können.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind nach den Merkmalen der Unteransprüche möglich.
- So ist beispielsweise vorgesehen, dass eine axiale Lage des Zahnradträgers zumindest mittelbar zwischen zwei Anschlägen bestimmt ist. Dies führt zu einer schwimmenden Lagerung des Zahnradträgers auf der Antriebswelle und demzufolge dadurch zur Möglichkeit des Ausgleichs von Montageversatz bei größer tolerierten Bauteilen. Formabweichungen der einzelnen Bauteile sind leicht tolerierbar.
- Berücksichtigt man bei der Gestaltung der Antriebswelle bereits die Integration eines unlösbaren Anschlags, so erspart man sich sowohl zusätzliche Arbeitsvorgänge als auch zusätzliche Bauteile wie beispielsweise Sicherungsringe in eingedrehten Nuten.
- Sieht man vor, dass zwischen einem Anschlag und dem Zahnradträger ein Lager zur Stützung der Antriebswelle eingeordnet ist, so kann das Lager sowohl Kräfte beim Andrehen einer Brennkraftmaschine als auch nach dem Überholen der Brennkraftmaschine aufnehmen. Weitere Bauteile, wie beispielsweise das eigentliche Planetengetriebe oder gar der Startermotor werden dadurch nicht belastet. Bringt man zwischen dem zumindest einem der Anschläge und dem Lager jeweils eine Relativdrehscheibe an, so erreicht man eine reibungs- und verschleißverminderte Lagerung zwischen Anschlag und Lager.
- Eine besonders günstige Kraftübertragung und Werkstoffausnutzung eignet sich besonders dann, wenn zwischen Formschluss und Gegenformschluss zwischen Antriebswelle und Zahnradträger eine Evolventenverzahnung zur Kraftübertragung dient. Darüber hinaus ist eine Evolventenverzahnung besonders geeignet, um Spiel zwischen den Formschlüssen des Zahnradträgers und der Antriebswelle auszugleichen. Eine besonders rationelle Herstellungsweise ergibt sich dann, wenn der Formschluss und/oder der Gegenformschluss massiv angeformt sind.
- Die Ausführungsbeispiele werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert.
- Figur 1 zeigt ausschnittweise eine Startvorrichtung in einer Längsschnittdarstellung,
- Figur 2 zeigt eine Antriebswelle mit einem Zahnradträger in einer Längsschnittdarstellung,
- Figur 3 zeigt die Anordnung der Antriebswelle mit dem Zahnradträger bezüglich eines Zwischenlagers,
- Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Antriebswelle mit Zahnradträger.
- Figur 1 zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine erfindungsgemäße Startvorrichtung 10. Ein teilweise dargestellter elektrischer Antrieb 13 treibt über eine Motorwelle 16 und ein Planetengetriebe 19 eine Antriebswelle 22 an. Auf der Antriebswelle 22 ist drehverschieblich ein Einspurgetriebe 25 angeordnet.
- Die Motorwelle 16 ist mit ihrem zum Einspurgetriebe 25 zugewandten Ende mit einem Zahnradelement 28 versehen, dass als Sonnenrad des Planetengetriebes 19 dient. Um das Zahnradelement 28 herum sind üblicherweise mehrere Planetenräder 31 angeordnet, von denen in der Figur 1 nur eines dargestellt ist. Üblicherweise sind von diesen drei vorhanden. Die Planetenräder 31 sind mittels Lagerelementen 34 auf Bolzen 37 drehbar gelagert. Die Bolzen 37 wiederum sind in einem Zahnradträger 40 befestigt. Der Zahnradträger 40 ist im Beispiel ein Planetenradträger. Der Zahnradträger 40 ist mit der Antriebswelle 22 verbunden. Die Planetenräder 31 wälzen nicht nur auf dem Zahnradelement 28 ab, sondern darüber hinaus auch innerhalb eines sogenannten Hohlrades 43 ab. Das Hohlrad 43 ist dabei mit einem Zwischenlager 46 verbunden.
- Die Antriebswelle 22 hat an einem dem Zahnradelement 28 zugewandten Ende einen Längenabschnitt 49 mit einem Formschluss 52. Zur drehmomentfesten Verbindung zwischen Antriebswelle 22 und Zahnradträger 40 weist der Zahnradträger 40 einen dem Formschluss 52 entsprechenden Gegenformschluss 55 auf.
- Die axiale Lage des Zahnradträgers 40 wird dadurch bestimmt, dass einerseits an dem dem Zahnradelement 28 zugewandten Ende der Antriebswelle 22 ein Anschlag 58 angeordnet ist, und andererseits an der Antriebswelle 22 ein weiterer Anschlag 61 angeordnet ist, wobei der Anschlag 58 und der Anschlag 61 zwischen sich zumindest den Zahnradträger 40 aufnehmen. So ist die axiale Lage des Zahnradträgers 40 zumindest mittelbar zwischen den zwei Anschlägen 58 und 61 bestimmt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist der Anschlag 61 als axialer Sicherungsring ausgebildet, der Anschlag 58 auf der Antriebswelle 22 ist als einstückig angeformter Bund ausgebildet. Dieser zahnradträgerseitige Anschlag 58 ist dadurch ein unlösbarer Anschlag 61.
- In Figur 2 sind die Antriebswelle 22, der Zahnradträger 40 und die Bolzen 37 separat dargestellt. Deutlich ist zu erkennen, dass der Längenabschnitt 49 den Formschluss 52 aufweist, ebenso ist der Gegenformschluss 55 zu erkennen. Der Anschlag 58 ist einstückig an die Antriebswelle 22 angeformt. Dem Längenabschnitt 49 folgt in Richtung zum Einspurgetriebe 25 ein Freistrich, dem eine zylindrische Gleitfläche 64 folgt. Der zylindrischen Gleitfläche 64 folgt eine Nut 67, die mit dem als axialen Sicherungsring ausgeführten Anschlag 61 zusammenwirkt. Die Nut 67 sichert die axiale Lage des Sicherungsrings. In Figur 3 ist ausschnittweise in einer Längsschnittansicht das Zwischenlager 46 mit dem Planetengetriebe 19 dargestellt. Das Zwischenlager 46 stützt das Planetengetriebe gegenüber einem Gehäuse der Startvorrichtung 10 ab. Darüber hinaus sichert das Zwischenlager 46 über einen Lagerflansch 70 sowohl die axiale sichere Lage der Antriebswelle 22 als auch eine günstige radiale Abstützung der Antriebswelle 22 über ein Lagerelement 73. Das Lagerelement 73 kann beispielsweise als Gleitlagerbuchse aber auch als Nadellager ausgeführt sein. Alternativ kann auch ein niedrig bauendes Zylinderrollenlager mit geblechtem Außenring verwendet werden. Das Lagerelement 73 ist somit zwischen einem Anschlag und dem Zahnradträger 40 angeordnet.
- In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Im Unterschied zu den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Anordnungen der Antriebswelle 22 im Zwischenlager 46 weist die Antriebswelle 22 den Anschlag 58 zwar an deren zum Zahnradelement 28 gerichteten Ende auf. Der Anschlag 58 ist jedoch auf der dem Zwischenlager 46 zugewandten Seite des Formschlusses 52 angeordnet. Hier nehmen die beiden Anschläge 61 und 58 zumindest mittelbar zwischen sich das Zwischenlager 46 auf.
- Auf den Formschluss 52 ist der Zahnradträger 40 aufgesetzt; auf den Bolzen 37 sitzen die Planetenräder 31 und greifen in das Zahnradelement 28 ein. Die axiale Lage des Planetengetriebes 19 wird zwischen einer als Anschlag 61 wirkenden Abdeckung 78 bestimmt. Die Abdeckung 78 greift im Beispiel in eine umlaufende Vertiefung 81 ein, in der die Abdeckung 78 eingesetzt ist. Die Abdeckung wird entweder durch angrenzende nicht dargestellte Bauteile oder beispielsweise durch Kraft- oder Formschluss zwischen der Abdeckung 78 und dem Zwischenlager 46 in ihrer Lage bestimmt.
- Beim Antrieb des Einspurgetriebes 25, siehe Figur 1, durch den elektrischen Antrieb 13 wird der Anschlag 61 mit einer axialen Kraft belastet. Diese axiale Kraft ist gegen das Zwischenlager 46 gerichtet, so dass zwischen dem Anschlag 61 und dem Lagerflansch 70 ein ungünstiger Reibungszustand vorliegt. Dieser ungünstige Reibungszustand - eine besonders hohe Reibung - kann dadurch verringert werden, indem zwischen dem Anschlag 61 und dem Lagerflansch 70 eine Relativdrehscheibe 76 angeordnet wird. Wesentlich ist dabei, dass sich die Relativdrehscheibe 76 einerseits gegenüber dem Anschlag 61 und andererseits gegenüber einem mit dem Zwischenlager 46 fest verbundenen Gegenstand abstützt. Dieser Gegenstand kann beispielsweise auch das Lagerelement 73 sein.
- Wird im Betrieb der Startvorrichtung 10 der Zustand erreicht, indem die Brennkraftmaschine in den Selbstlauf gerät und dadurch bei noch eingespurtem Einspurgetriebe 25 eine Antriebskraft auf das Einspurgetriebe 25 wirkt, so bedeutet dies für den Anschlag 61 einen Lastwechsel und in diesem Falle eine Entlastung. Andererseits führt dies dazu, dass durch das Steilgewinde auf der Antriebswelle 22 eine axiale Kraft zwischen dem Längenabschnitt 49 und/oder zwischen dem Zahnradträger 40 wirkt. Diese axiale Kraft führt dazu, dass entweder der Längenabschnitt 49 oder der Zahnradträger 40 mit ihrer zum Einspurgetriebe 25 gerichteten Fläche an den Lagerflansch 70 anstoßen und dort mit hoher Geschwindigkeit Abnutzung herbeiführen. Um diesen ungünstigen Schmierungszustand zu beseitigen, bietet es sich auch an dieser Seite des Lagerflanschs 70 an, eine Relativdrehscheibe 49 zwischen dem Lagerflansch 70 und dem Zahnradträger 40 anzuordnen.
Claims (7)
- Startvorrichtung mit einer Antriebswelle (22) und mit einem Zahnradträger (40), der mit der Antriebswelle (22) verbunden ist, wobei die Antriebswelle (22) und der Zahnradträger (40) formschlüssig miteinander verbunden sind-, wobei der Zahnradträger (40) mit einem Gegenformschluss (55) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (22) an einem Längenabschnitt (49) einen Formschluss (52) hat, auf den der mit dem Gegenformschluss (55) versehene Zahnradträger (40) aufgesetzt ist.
- Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine axiale Lage des Zahnradträgers (40) zumindest mittelbar zwischen zwei Anschlägen (58, 61) bestimmt ist.
- Startvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zahnradträgerseitiger Anschlag (58) ein unlösbarer Anschlag ist.
- Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Anschlag und dem Zahnradträger (40) ein Lagerelement (73) angeordnet ist.
- Startvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zumindest einen Anschlag und dem Lagerelement (73) eine Relativdrehscheibe angeordnet ist.
- Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss (52) und der Gegenformschluss (55) eine Evolventenverzahnung aufweisen.
- Startvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss (52) und/oder der Gegenformschluss (55) massiv angeformt sind.
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