EP1412636B1 - Starter - Google Patents

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EP1412636B1
EP1412636B1 EP02754345A EP02754345A EP1412636B1 EP 1412636 B1 EP1412636 B1 EP 1412636B1 EP 02754345 A EP02754345 A EP 02754345A EP 02754345 A EP02754345 A EP 02754345A EP 1412636 B1 EP1412636 B1 EP 1412636B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
output shaft
starter
disc
motor
stator
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02754345A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1412636A1 (de
Inventor
Hans-Dieter Siems
Ingo Richter
Sven Hartmann
Hans Braun
Juergen Kugler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1412636A1 publication Critical patent/EP1412636A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1412636B1 publication Critical patent/EP1412636B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • 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
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • 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
    • F02N15/06—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
    • F02N15/066—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 the starter being of the coaxial type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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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
    • F02N15/067—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 the starter comprising an electro-magnetically actuated lever
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T74/13—Machine starters
    • Y10T74/139—Cam operated

Definitions

  • the present invention relates to a starter for an internal combustion engine, a Starter motor, a drivable by the starter motor drive shaft and with the Drive shaft in operative connection, displaceable in the direction of its longitudinal axis Output shaft which, with a in a ring gear of the internal combustion engine engageable pinion is provided with a feed of the output shaft for meshing of the pinion in the ring gear by means of a present at the stator of the starter motor Elements takes place, which when energized the starter motor pivotal movement around the motor axle experiences.
  • ertrieb starters As a starter for internal combustion engines so-called ertrieb starters are widely used. These ertrieb starters have an electric starter motor, the drive shaft with a displaceable in the direction of its longitudinal axis output shaft in operative connection stands.
  • the drive shaft is at the end remote from the starter motor with a Steep thread provided on the rotatable and displaceable Mit psychologyschaft the Output shaft is arranged.
  • This Mitauerschaft the output shaft is about a Freewheel connected to a pinion having the shaft.
  • the mechanical Einspuruntation takes place usually by a mechanical Relay, which usually also includes the switching function for the starter motor takes over.
  • This combination of single track and shift function requires attachment a starter relay on the starter.
  • a previously stated starter is z. B. from DE 196 25 057 C1 known.
  • This starter works on the so-called brake screwdriving principle. It points the starter motor on a pole tube, which when energized the motor pivotal movement around the motor axis. With this pivoting movement of the pole tube is a Braking mechanism set in motion, which has a braking torque on the driving shaft of the Output shaft exerts. This braking torque causes the Mitauerschaft over the Steep thread is driven by the drive shaft of the engine, so that the pinion of the Starters in the ring gear of the internal combustion engine einspurt.
  • the older German application consists of the brake device either one with the driver shaft associated brake drum against which a brake wedge pressed is, or it consists of a pawl, which is against one with the MitEnglishschaft frictionally connected disc is movable, whereby by positive engagement between the Pawl and the disc on the Mit predominantlyschaft a braking torque is applied.
  • the Change in position of both the brake wedge and the pawl requires a radial Direction directed towards the Mit predominantlyschaftes force by means of a Mechanism derived from the pivoting movement of the pole tube.
  • claim 1 means are present, which in a Energization of the starter motor resulting pivotal movement of a stator to Move the motor shaft directly into an axial movement acting on the output shaft.
  • this invention can be dispensed with a starter relay, the feed of the Output shaft for the Einspurvorgang initiates.
  • the implementation of the Pivoting movement of the starter element in an acting on the output shaft Perform axial movement with very simple technical means.
  • An advantageous embodiment for the implementation of the pivoting movement of Stator element in an axial movement of the output shaft may be that a Guideway and a guide member along it is provided, wherein the Guideway or the guide member with the axially displaceable output shaft in Operative connection is and the guide member or the guideway is not at one is arranged with the output shaft axially moving part of the starter.
  • the Stator element stands with the guideway or the guide member so in one Operative connection, that the guide member during a pivoting movement of the stator slides along the guideway.
  • the guideway and the guide member are so shaped that by the sliding along the guide member on the guideway Output shaft performs an axial movement.
  • To reduce the friction between the guideway and the guide member can, for. B. balls or rolling elements be inserted.
  • a substantially radially projecting on the output shaft Disc mounted so that it is rotatable about the axis of the output shaft and axially in Feed direction is supported against a spring force.
  • This spring force supports this Traces of the starter pinion in the ring gear of the internal combustion engine.
  • the starter element can positively and / or non-positively with the disc in combination stand that at a pivoting movement of the stator element on the disc existing guide member at a rising in the feed direction of the output shaft Slideway along and while the disc with the drive shaft a Performs axial movement.
  • the guideway or the guide member may, for example, on the stator be arranged.
  • the stator element consists of a pole tube belonging to the stator, which is mounted pivotably about the motor axis, wherein a spring element may be present can, which is the result of energizing the motor acting on the pole tube Counteracts torque.
  • the output shaft of the drive shaft via a Steep thread driven.
  • the starter shown in the figure as a longitudinal section has a two-part housing, wherein a housing part 1 surrounds a starter motor and a second housing part 3 the Drive bearing of the starter receives.
  • the starter motor is made in a known manner a stator 5 and a rotatably mounted therein rotor 7.
  • the stator 5 has a Polrohr 9 and disposed therein, designed as permanent magnets stator poles 11.
  • Das Pole tube 9 forms the magnetic yoke for the stator poles 11, concentric are arranged around the rotor 7 around.
  • the rotor 7 has a motor shaft 13 which is rotatably connected to a laminated core. In not shown grooves of the Laminated packages are one or more rotor windings introduced.
  • the motor shaft 13 emerging from the starter motor is equipped with a gearbox, preferably coupled to a planetary gear 15.
  • the motor shaft 13 drives it Sun gear 17 on, and the sun gear 17 meshes with planetary gears 19 and 21, the in turn roll in a ring gear 23.
  • the ring gear 23 is connected to an intermediate bearing 25 connected.
  • the planet gears 19 and 21 are from a planet carrier 27th held.
  • the intermediate storage 25 is stationary and rotationally fixed in the housing 3 of the starter arranged.
  • the planet carrier 27 is rotationally fixed, z. B. in one piece, with a Drive shaft 29 connected.
  • a driving shaft 31 of an output shaft 33 is set on the drive shaft 29, a driving shaft 31 of an output shaft 33 is set.
  • the Drive shaft 29 and the Mitschschaft 31 are connected via a coarse thread 35 with each other coupled.
  • This the drive shaft 29 and the Mitschschaft 31 with each other connecting steep thread represents a so-called single-track gear Mit technicallyschaft 31 merges into an outer ring 37 of a freewheel 39.
  • the outer ring 37 of the freewheel 39 drives via clamping body, not shown, an inner ring 41, the is connected to a pinion shaft 43 of the output shaft 33.
  • the pinion shaft 43 learns when rotating the motor shaft 13 by the as Steep thread 35 executed Einspurgetriebe between the drive shaft 29 and the Output shaft 33 a feed, so that the pinion 45 in a ring gear 47 a not einspurt illustrated internal combustion engine.
  • the Einspurvorgang and the Ausspurvorgang will be described in detail below.
  • the drive shaft 29 is the within the output shaft 33 by two axially successively arranged bearings 49 and 51 rotatably mounted. Furthermore, the output shaft 33 in the housing part 3 via a Bearing 53 rotatably mounted about its longitudinal axis.
  • the pole tube 9 of the starter motor is about the motor axis (motor shaft 13) to a tilted at a certain angle (about 10 ° to 30 °).
  • At the pole tube 9 are one or more - preferably three - arms 55 extending into the housing part 3, in the the transmission is for driving the output shaft 33, extend into it.
  • everyone Arm 55 of the pole tube 9 is formed by a recess 57 on the outer circumference of the Housing part 3 rotatably disposed intermediate bearing 55 out.
  • Each recess 57 am Intermediate bearing 25 has two stops 59 and 61 which the pivoting movement of the pole tube 9 to limit the motor axis.
  • a recess 57 on the intermediate storage 25th with its two stops 59 and 61 and a guided arm 55 of the pole tube. 9 show the perspective views of a section of the starter in Figures 2 to 4.
  • a substantially radial protruding disc 63 mounted so that it is about the axis of Mit psychologyschafts 31 of Output shaft 33 is rotatable. Against an axial displacement against the Feed direction of the output shaft 33, the disc 63 is secured. This happens For example, by means of a mounted on the Mit technicallyschaft 31 retaining ring 65 at the disc 63 abuts. The retaining ring 65 is by means of a locking ring 67 against secured an axial displacement against the feed direction of the output shaft 33.
  • the aforementioned engagement forces can also be used with other spring elements, which are arranged in other places in the starter, as shown in the figures, be applied.
  • the spur of the 73 could also be between the Pinion shaft 43 of the axially displaceable output shaft 33 and the pinion side end the axially fixed drive shaft 29 are used.
  • the disc 63 has at its outer edge for each arm 55 of the pole tube 9 a Recess 75 which is dimensioned such that the respective arm 55 of the pole tube 9 in radial direction has no margin, but wherein the arm 55 in the axial direction is displaceable.
  • a Pivoting movement of the pole tube 9 rotates on the Mit supportiveschaft 31, but the Disk 63 can be moved relative to the pole tube 9 in the axial direction.
  • the Disc 63 has at least one pole tube 9 directed towards the axial bulge 77th on.
  • each bulge 77 of the disc 63 is located on fixed intermediate bearing 25, a disk 63 facing axial projection 79th
  • the projection 79 is provided with a guide track 81, along which the Bulge 77 of the disc 63 can slide, the bulge 77 and the Guideway 81 are shaped so that the disc 63 undergoes a feed, if whose bulge 67 slides along the guideway 81.
  • Figure 2 shows the starter in its rest position when the starter motor is not energized. Then affects the pole tube 9 is still no torque and it is on the left Stop 59 of the recess 57 of the intermediate bearing 25 at. In this rest position is the Output shaft 33 with the arranged on her disc 63 in the direction of the starter motor pushed back so far that the bulge on the disc 63 at the intermediate storage 25 is present. If the starter motor is energized, the pole tube 9 experiences a torque, that in the embodiment shown in Figures 2 to 4 of the pinion side Judged by the end of the starter clockwise. With rising Motor current pivots the pole tube 9 with its arms 55 in the direction of the second Stop 61 of each arm 55 associated recess 57 in the intermediate storage 25 to.
  • each arm 55 of the pole tube 9 takes with it Pivoting movement of the disc 63, wherein the bulge 77 of the disc 63 on the Guideway 81 of the fixed projection 79 slides along the intermediate bearing 25 and thereby a feed together with the output shaft 33 in the direction of the ring gear 47th the internal combustion engine experiences.
  • the output shaft 33 is first advanced so far, until the teeth of the pinion 45 of the starter on the teeth of the Cog 47 of the internal combustion engine butt.
  • FIG. 3 shows the position of the pole tube 9 and the disc 63 in this single-track position.
  • the disc 63 and the intermediate storage 25th to do something different. While there the paragraph 83 into an opening of the disc 63rd protrudes and represents a radial stop for the opening of the disc 63 is in Another embodiment provided that on the one hand as slightly curved Slot formed opening in the disc 63 between two bulges 77th is arranged. On the other hand, it is envisaged that the paragraph 83 accordingly not in Area of the guide track 81 is arranged, but at an axial end face of the Projection 79.
  • the single shoulder 83 is now considered to be out of the projection 79 in the axial direction extending pin formed.
  • This pin is designed as a metallic pin and in the intermediate bearing 25 is pressed.
  • This pen has the advantage of a high Wear resistance and may instead be encapsulated with the intermediate storage 25.
  • the preferably made of steel pin can also by means of a Ultrasonic joining process beLeschallt or screwed.
  • the disc can 63 be formed thinner, resulting in benefits through a lower weight and a result in a reduced mass moment of inertia.
  • the Implementation of the pivoting movement of the pole tube 9 in an axial movement of the Output shaft 33 can be implemented in many other ways. In principle, this happens Implementation by means of a guideway and a sliding along it Guide member, wherein the guide track or the guide member with the axial displaceable output shaft is in operative connection and the guide member or the Guideway on a not axially with the output shaft moving part of the Starters is arranged. In this case, the pole tube 9 with the guideway or the Guide member are in an operative connection, that the guide member at a Pivoting movement of the pole tube 9 slides along the guideway.
  • the guideway and the guide member must be shaped so that by sliding along the Guide member on the track, the output shaft 33 is an axial movement takes place.
  • Figure 5 which is a section of the pole tube 9 and arranged on the output shaft 33 disc 33 shows, the Guideway formed by the arm 55 of the pole tube 9. Namely, the area of the Polrohrarms 55, which projects into the recess 75 of the disc 63, in the direction of Disc 63 down sloping side edges 85 and 87 on. These side edges 85, 87 form Guideways for the recess 75 delimiting paragraphs 89 and 91.

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Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Starter für eine Brennkraftmaschine, der einen Startermotor, eine vom Startermotor antreibbare Antriebswelle und eine mit der Antriebswelle in Wirkverbindung stehende, in Richtung ihrer Längsachse verschiebbare Abtriebswelle aufweist, welche mit einem in einen Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurbaren Ritzel versehen ist, wobei ein Vorschub der Abtriebswelle zum Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz mittels eines am Stator des Startermotors vorhandenen Elements erfolgt, das bei einer Bestromung des Startermotors eine Schwenkbewegung um die Motorachse erfährt.
Als Starter für Brennkraftmaschinen sind sogenannte Schraubtrieb-Starter weit verbreitet. Diese Schraubtrieb-Starter haben einen elektrischen Startermotor, dessen Antriebswelle mit einer in Richtung ihrer Längsachse verschiebbaren Abtriebswelle in Wirkverbindung steht. Die Antriebswelle ist an dem dem Startermotor entfernten Ende mit einem Steilgewinde versehen, auf dem dreh- und verschiebbar ein Mitnehmerschaft der Abtriebswelle angeordnet ist. Dieser Mitnehmerschaft der Abtriebswelle ist über einen Freilauf mit einem das Ritzel aufweisenden Schaft verbunden. Durch Einschalten des Startermotors wird die Abtriebswelle mit dem Mitnehmerschaft, dem Freilauf und dem Ritzelschaft so vorgespurt, dass das Ritzel in ein Zahnrad der Brennkraftmaschine einspurt. Die mechanische Einspurfunktion erfolgt in der Regel durch ein mechanisches Relais, welches in der Regel zusätzlich auch die Schaltfunktion für den Startermotor übernimmt. Diese Kombination von Einspur- und Schaltfunktion erfordert den Anbau eines Starterrelais am Starter. Da der Starter im Deformationsbereich eines Fahrzeugs liegt, besteht im Falle eines Unfalls die Gefahr, dass unter Batteriespannung stehende Teile des Starterrelais die auf Massepotential liegende Karosserie berühren und es so zu einem Kurzschluss kommt. Ein zuvor dargelegter Starter ist z. B. aus der DE 196 25 057 C1 bekannt.
Ein Starter, der ohne ein angebautes Starterrelais auskommt, welches die Einspurfunktion des Starters übernimmt, liegt der älteren deutschen Anmeldung 100 16 706.3 zu Grunde. Dieser Starter arbeitet nach dem sogenannten Brems-Schraubtrieb-Prinzip. Dabei weist der Startermotor ein Polrohr auf, das bei Bestromung des Motors eine Schwenkbewegung um die Motorachse durchführt. Mit dieser Schwenkbewegung des Polrohrs wird ein Bremsmechanismus in Gang gesetzt, der ein Bremsmoment auf den Mitnehmerschaft der Abtriebswelle ausübt. Dieses Bremsmoment bewirkt, dass der Mitnehmerschaft über das Steilgewinde von der Antriebswelle des Motors vorgetrieben wird, so dass das Ritzel des Starters in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einspurt. Gemäß den Ausführungen der älteren deutschen Anmeldung besteht die Bremsvorrichtung entweder aus einer mit dem Mitnehmerschaft verbundenen Bremstrommel, gegen die ein Bremskeil gepresst wird, oder sie besteht aus einer Klinke, die gegen eine mit dem Mitnehmerschaft reibschlüssig verbundene Scheibe bewegbar ist, wobei durch Formschluss zwischen der Klinke und der Scheibe auf den Mitnehmerschaft ein Bremsmoment ausgeübt wird. Die Lageänderung sowohl des Bremskeils als auch der Klinke erfordert eine in radiale Richtung bezüglich des Mitnehmerschaftes gerichtete Kraft, die mittels eines Mechanismus aus der Schwenkbewegung des Polrohrs abgeleitet wird.
Vorteile der Erfindung
Gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 sind Mittel vorhanden, welche die bei einer Bestromung des Startermotors entstehende Schwenkbewegung eines Statorelements um die Motorachse direkt in eine auf die Abtriebswelle wirkende Axialbewegung umsetzen. Mit dieser Erfindung kann auf ein Starterrelais verzichtet werden, das einen Vorschub der Abtriebswelle für den Einspurvorgang einleitet. Außerdem lässt sich die Umsetzung der Schwenkbewegung des Starterelements in einer auf die Abtriebswelle wirkende Axialbewegung mit sehr einfachen technischen Mitteln durchführen.
Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Eine vorteilhafte Ausführung für die Umsetzung der Schwenkbewegung des Statorelements in eine Axialbewegung der Abtriebswelle kann darin bestehen, dass eine Führungsbahn und ein daran entlangleitbares Führungsglied vorgesehen wird, wobei die Führungsbahn oder das Führungsglied mit der axial verschiebbaren Abtriebswelle in Wirkverbindung steht und das Führungsglied oder die Führungsbahn an einem sich nicht mit der Abtriebswelle axial bewegenden Teil des Starters angeordnet ist. Das Statorelement steht dabei mit der Führungsbahn oder dem Führungsglied so in einer Wirkverbindung, dass das Führungsglied bei einer Schwenkbewegung des Statorelements entlang der Führungsbahn gleitet. Die Führungsbahn und das Führungsglied sind so geformt, dass durch das Entlanggleiten des Führungsgliedes auf der Führungsbahn die Abtriebswelle eine Axialbewegung vollzieht. Zur Verminderung der Reibung zwischen der Führungsbahn und dem Führungsglied können z. B. Kugeln oder Rollkörper eingefügt werden.
Vorteilhafter Weise ist auf der Abtriebswelle eine im Wesentlichen radial abstehende Scheibe so gelagert, dass sie um die Achse der Abtriebswelle drehbar ist und axial in Vorschubrichtung gegen eine Federkraft abgestützt ist. Diese Federkraft unterstützt das Einspuren des Starter-Ritzels in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine.
Das Starterelement kann form- und/oder kraftschlüssig so mit der Scheibe in Verbindung stehen, dass bei einer Schwenkbewegung des Statorelements ein an der Scheibe vorhandenes Führungsglied an einer in Vorschubrichtung der Abtriebswelle ansteigenden Führungsbahn entlanggleitet und dabei die Scheibe mit der Antriebswelle eine Axialbewegung ausführt.
Die Führungsbahn oder das Führungsglied können beispielsweise an dem Statorelement angeordnet sein.
Vorteilhafter Weise besteht das Statorelement aus einem zum Stator gehörenden Polrohr, das um die Motorachse schwenkbar gelagert ist, wobei ein Federelement vorhanden sein kann, das dem bei der Bestromung des Motors entstehenden, auf das Polrohr wirkenden Drehmoment entgegenwirkt.
Es ist zweckmäßig, dass zwischen der Scheibe und dem Gehäuse des Starters ein Federelement eingesetzt ist, das auf die Scheibe und damit auf die Abtriebswelle eine Federkraft entgegengesetzt zur Vorschubrichtung ausübt. Dieses Federelement unterstützt den Ausspurvorgang des Starters.
Wie bei einem üblichen Schraubtrieb-Starter wird zweckmäßiger Weise auch bei dem erfindungsgemäßen Starter die Abtriebswelle von der Antriebswelle über ein Steilgewinde angetrieben.
Zeichnung
Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
  • Figur 1 einen Längsschnitt durch einen Starter,
  • Figuren 2 bis 4 eine dreidimensionale Darstellung eines Ausschnitts des Starters mit verschiedenen Stellungen des Polrohrs und der Abtriebswelle und
  • Figur 5 einen Ausschnitt einer auf der Abtriebswelle angeordneten Scheibe mit einem darin eingreifenden Arm des Polrohrs.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
    Der in der Figur als Längsschnitt dargestellte Starter besitzt ein zweiteiliges Gehäuse, wobei ein Gehäuseteil 1 einen Startermotor umgibt und ein zweites Gehäuseteil 3 das Antriebslager des Starters aufnimmt. Der Startermotor besteht in bekannter Weise aus einem Stator 5 und einem darin drehbar gelagerten Rotor 7. Der Stator 5 besitzt ein Polrohr 9 und darin angeordnete, als Permanentmagnete ausgeführte Statorpole 11. Das Polrohr 9 bildet den magnetischen Rückschluss für die Statorpole 11, die konzentrisch um den Rotor 7 herum angeordnet sind. Der Rotor 7 weist eine Motorwelle 13 auf, die mit einem Blechpaket drehfest verbunden ist. In nicht dargestellten Nuten des Blechpakets sind ein oder mehrere Rotorwicklungen eingebracht.
    Die aus dem Startermotor austretende Motorwelle 13 ist mit einem Getriebe, vorzugsweise einem Planetengetriebe 15 gekoppelt. Die Motorwelle 13 treibt dabei ein Sonnenrad 17 an, und das Sonnenrad 17 kämmt mit Planetenrädern 19 und 21, die wiederum in einem Hohlrad 23 abwälzen. Das Hohlrad 23 ist mit einem Zwischenlager 25 verbunden. Die Planetenräder 19 und 21 werden von einem Planetenträger 27 gehalten. Das Zwischenlager 25 ist ortsfest und drehfest im Gehäuse 3 des Starters angeordnet. Der Planetenträger 27 ist drehfest, z. B. einstückig, mit einer Antriebswelle 29 verbunden.
    Auf die Antriebswelle 29 ist ein Mitnehmerschaft 31 einer Abtriebswelle 33 gesetzt. Die Antriebswelle 29 und der Mitnehmerschaft 31 sind über ein Steilgewinde 35 miteinander gekoppelt. Dieses die Antriebswelle 29 und den Mitnehmerschaft 31 miteinander verbindende Steil gewinde stellt ein sogenanntes Einspurgetriebe dar. Der Mitnehmerschaft 31 geht in einen Außenring 37 eines Freilaufs 39 über. Der Außenring 37 des Freilaufs 39 treibt über nicht dargestellte Klemmkörper einen Innenring 41 an, der mit einem Ritzelschaft 43 der Abtriebswelle 33 verbunden ist. An seinem aus dem Gehäuse 3 des Starters herausweisenden Ende ist der Ritzelschaft 43 mit einem Ritzel 45 ausgestattet. Der Ritzelschaft 43 erfährt bei drehender Motorwelle 13 durch das als Steilgewinde 35 ausgeführte Einspurgetriebe zwischen der Antriebswelle 29 und der Abtriebswelle 33 einen Vorschub, so dass das Ritzel 45 in einen Zahnkranz 47 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine einspurt. Der Einspurvorgang und der Ausspurvorgang werden weiter unten noch detailliert beschrieben.
    Bei dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 29 innerhalb der Abtriebswelle 33 durch zwei axial hintereinander angeordnete Lager 49 und 51 drehbar gelagert. Des Weiteren ist die Abtriebswelle 33 in dem Gehäuseteil 3 über ein Lager 53 um seine Längsachse drehbar gelagert.
    Das Polrohr 9 des Startermotors ist um die Motorachse (Motorwelle 13) um einen gewissen Winkel (ca. 10° bis 30°) schwenkbar gelagert. An dem Polrohr 9 befinden sich ein oder mehrere - vorzugsweise drei - Arme 55, die sich in den Gehäuseteil 3, in dem sich das Getriebe für den Antrieb der Abtriebswelle 33 befindet, hinein erstrecken. Jeder Arm 55 des Polrohrs 9 ist durch eine Aussparung 57 am Außenumfang des im Gehäuseteil 3 drehfest angeordneten Zwischenlagers 55 geführt. Jede Aussparung 57 am Zwischenlager 25 weist zwei Anschläge 59 und 61 auf, welche die Schwenkbewegung des Polrohrs 9 um die Motorachse begrenzen. Eine Aussparung 57 am Zwischenlager 25 mit ihren beiden Anschlägen 59 und 61 und einen darin geführten Arm 55 des Polrohrs 9 zeigen die perspektivischen Darstellungen eines Ausschnitts des Starters in den Figuren 2 bis 4.
    Sobald der Startermotor bestromt wird, wirkt auf das Polrohr 9 aufgrund von zwischen Rotor und Stator herrschenden elektromagnetischen Kräften ein Drehmoment, wodurch das Polrohr 9 in eine bestimmte Richtung, z. B. im Uhrzeigersinn, um die Motorachse gedreht wird. Es ist ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Federelement vorgesehen, welches diesem Drehmoment des Polrohrs 9 entgegenwirkt. Das Federelement kann beispielsweise am Zwischenlager 25 eingebaut sein. Die Höhe des auf das Polrohr 9 wirkenden Drehmoments hängt von der Stärke des durch die Rotorwicklung fließenden Stromes ab.
    Auf den Mitnehmerschaft 31 der Abtriebswelle 33 ist eine im Wesentlichen radial abstehende Scheibe 63 so gelagert, dass sie um die Achse des Mitnehmerschafts 31 der Abtriebswelle 33 drehbar ist. Gegen ein axiales Verschieben entgegen die Vorschubrichtung der Abtriebswelle 33 ist die Scheibe 63 gesichert. Dies geschieht beispielsweise mittels eines auf dem Mitnehmerschaft 31 aufgesetzten Halterings 65, an dem die Scheibe 63 anliegt. Der Haltering 65 ist mittels eines Sicherungsrings 67 gegen eine axiale Verschiebung entgegen die Vorschubrichtung der Abtriebswelle 33 gesichert. Auf der dem Freilauf 39 zugewandten Seite der Scheibe 63 ist ein Stützring 69 auf den Mitnehmerschaft 31 aufgesetzt, der von einer sich am Außenring 37 des Freilaufs 39 abstützenden Feder 71 gegen die Scheibe 63 gedrückt wird. Diese Feder wird wegen ihrer Funktion beim Einspuren des Ritzels 45 in den Zahnkranz 47 im Folgenden als Einspurfeder 71 bezeichnet. Zwischen der Scheibe 63 und dem Gehäuseteil 3 ist eine weitere Feder 73 eingesetzt, welche wie die Einspurfeder 71 einen Druck auf die Scheibe 63 und damit auf die Abtriebswelle 33 entgegen der Vorschubrichtung der Abtriebswelle 33 ausübt. Diese zweite Feder 73 wird nachfolgend als Ausspurfeder bezeichnet, weil sie das Ausspuren des Ritzels 45 aus dem Zahnkranz 47 unterstützt. Die zuvor erwähnten Einspur- bzw. Ausspurkräfte können auch mit anderen Federelementen, die an anderen Stellen im Starter angeordnet sind, als in den Figuren dargestellt, aufgebracht werden. Beispielsweise könnte die Ausspurfeder 73 auch zwischen den Ritzelschaft 43 der axial verschiebbaren Abtriebswelle 33 und dem Ritzelseitigen Ende der axial fixierten Antriebswelle 29 eingesetzt werden.
    Der Einspurvorgang wird nun anhand der Figuren 2 bis 4 beschrieben, die verschiedene Stadien des Einspurvorgangs darstellen.
    Die Scheibe 63 besitzt an ihrem Außenrand für jeden Arm 55 des Polrohrs 9 eine Ausnehmung 75, die so bemessen ist, dass der jeweilige Arm 55 des Polrohrs 9 in radialer Richtung keinen Spielraum hat, aber worin der Arm 55 in axialer Richtung verschiebbar ist. Somit ist es möglich, dass sich die Scheibe 63 bei einer Schwenkbewegung des Polrohrs 9 auf dem Mitnehmerschaft 31 mitdreht, aber die Scheibe 63 relativ zum Polrohr 9 in axialer Richtung verschoben werden kann. Die Scheibe 63 weist mindestens eine zum Polrohr 9 hin gerichtete axiale Ausbuchtung 77 auf. Im Bereich einer jeden Ausbuchtung 77 der Scheibe 63 befindet sich am feststehenden Zwischenlager 25 ein der Scheibe 63 zugewandter axialer Vorsprung 79. Der Vorsprung 79 ist mit einer Führungsbahn 81 versehen, entlang derer die Ausbuchtung 77 der Scheibe 63 gleiten kann, wobei die Ausbuchtung 77 und die Führungsbahn 81 so geformt sind, dass die Scheibe 63 einen Vorschub erfährt, wenn deren Ausbuchtung 67 auf der Führungsbahn 81 entlang gleitet.
    Die Figur 2 zeigt den Starter in seiner Ruhestellung, wenn der Startermotor nicht bestromt ist. Dann wirkt auf das Polrohr 9 noch kein Drehmoment und es liegt am linken Anschlag 59 der Aussparung 57 des Zwischenlagers 25 an. In dieser Ruhestellung ist die Abtriebswelle 33 mit der auf ihr angeordneten Scheibe 63 in Richtung des Startermotors soweit zurückgeschoben, dass die Ausbuchtung an der Scheibe 63 an dem Zwischenlager 25 anliegt. Wird nun der Startermotor bestromt, erfährt das Polrohr 9 ein Drehmoment, das in dem in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel vom ritzelseitigen Ende des Starters her gesehen im Uhrzeigersinn gerichtet ist. Mit ansteigendem Motorstrom schwenkt das Polrohr 9 mit seinen Armen 55 in Richtung auf den zweiten Anschlag 61 der jedem Arm 55 zugeordneten Aussparung 57 im Zwischenlager 25 zu.
    Wie die Figur 3 verdeutlicht, nimmt jeder Arm 55 des Polrohrs 9 mit seiner Schwenkbewegung die Scheibe 63 mit, wobei die Ausbuchtung 77 der Scheibe 63 an der Führungsbahn 81 des feststehenden Vorsprungs 79 am Zwischenlager 25 entlanggleitet und dabei einen Vorschub mitsamt der Abtriebswelle 33 in Richtung des Zahnkranzes 47 der Brennkraftmaschine erfährt. Auf diese Weise wird die Abtriebswelle 33 zunächst soweit vorgeschoben, bis die Zähne des Ritzels 45 des Starters auf die Zähne des Zahnkranzes 47 der Brennkraftmaschine stoßen. Über das Steilgewinde 35 zwischen der Antriebswelle 29 und dem Mitnehmerschaft 31 wird die Abtriebswelle 33 mit dem Zahnkranz 45 gegen die Federkraft der Einspurfeder 71 weiter nach vorn getrieben und soweit verdreht, bis die Zähne des Ritzels 45 auf Zahnlücken im Zahnkranz 47 der Brennkraftmaschine stoßen und es durch einen weiteren Vortrieb der Abtriebswelle zu einem Einspuren des Ritzels 45 in den Zahnkranz 47 kommt. Damit ist der Vorschub der Abtriebswelle 33 beendet.
    Die Figur 3 zeigt die Lage des Polrohrs 9 und der Scheibe 63 bei dieser Einspur-Stellung. Durch eine weitere Schwenkbewegung des Polrohrs 9 bis an den Anschlag 61 der Aussparung 57 im feststehenden Zwischenlager 25 wird die Scheibe 63 gegen die Federkraft der Einspurfeder 71 soweit vorgedrückt, bis sie über die Stirnseite mindestens eines am Zwischenlager 25 angeformten, sich in axialer Richtung erstreckenden Absatzes 83 geschoben wird. In dieser Stellung ist die Scheibe 63 mitsamt der Abtriebswelle 33 verriegelt. Diese Stellung zeigt die Figur 4.
    Nachdem der zuvor beschriebene Einspurvorgang abgeschlossen worden ist, wird die Brennkraftmaschine durch das Ritzel 45 der vom Startermotor angetriebenen Abtriebswelle 33 in Drehung versetzt, bis es zu einem Selbstlauf der Brennkraftmaschine kommt. Dann nimmt die Last für den Startermotor ab mit der Folge, dass der Motorstrom geringer wird und infolgedessen das auf das Polrohr 9 einwirkende Drehmoment kleiner wird. Unterschreitet das auf das Polrohr 9 ausgeübte Drehmoment einen bestimmten Wert, so überwiegt die Federkraft einer in der Zeichnung nicht dargestellten Pohlrohr-Rückstellfeder, die Scheibe 63 wird entriegelt und die Ausspurfeder 73 drückt die Scheibe 63 mitsamt der Abtriebswelle 33 in Richtung des Startermotors. Dabei wird die Scheibe 63, geführt durch die Führungsbahn 81 am feststehenden Vorsprung 79, zusammen mit dem Polrohr 9 entgegen der Uhrzeigerrichtung gedreht bis das Pohlror 9 mit seinen Armen 55 bis zum Anschlag 59 der jeweiligen Aussparung 57 im Zwischenlager 35 zurückgeschwenkt ist. Während dieses Vorgangs spurt das Ritzel 45 aus dem Zahnkranz 47 der Brennkraftmaschine wieder aus. Dieser Ausspurvorgang wird auch dann eingeleitet, wenn der Strom des Startermotors z. B. durch Loslassen des Zündschlüssels abgeschaltet wird.
    In einer Konstruktionsvariante ist vorgesehen, die Scheibe 63 und das Zwischenlager 25 etwas anders auszuführen. Während dort der Absatz 83 in eine Öffnung der Scheibe 63 hineinragt und einen radialen Anschlag für die Öffnung der Scheibe 63 darstellt, ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass einerseits die als leicht gebogenes Langloch ausgebildete Öffnung in der Scheibe 63 zwischen zwei Ausbuchtungen 77 angeordnet ist. Andererseits ist vorgesehen, dass der Absatz 83 dementsprechend nicht im Bereich der Führungsbahn 81 angeordnet ist, sondern an einer axialen Stirnseite des Vorsprungs 79.
    Der einzelne Absatz 83 ist nunmehr als sich aus dem Vorsprung 79 in axialer Richtung erstreckender Stift ausgebildet. Dieser Stift ist als metallischer Stift ausgebildet und in das Zwischenlager 25 eingepresst. Dieser Stift hat den Vorteil einer hohen Verschleißfestigkeit und kann stattdessen auch mit dem Zwischenlager 25 umspritzt sein. Weiterhin kann der vorzugsweise aus Stahl gefertigte Stift auch mittels eines Ultraschallfügeverfahrens eingeschallt oder auch eingeschraubt sein.
    Da der Absatz in seiner metallischen Ausführung verschleißfester ist, kann die Scheibe 63 dünner ausgebildet sein, woraus sich Vorteile durch ein geringeres Gewicht und ein verringertes Massenträgheitsmoment ergeben.
    Abweichend von dem in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Umsetzung der Schwenkbewegung des Polrohrs 9 in eine Axialbewegung der Abtriebswelle 33 auf viele andere Arten umgesetzt werden. Prinzipiell geschieht diese Umsetzung durch Mittel, die aus einer Führungsbahn und einem daran entlang gleitenden Führungsglied bestehen, wobei die Führungsbahn oder das Führungsglied mit der axial verschiebbaren Abtriebswelle in Wirkverbindung steht und das Führungsglied oder die Führungsbahn an einem sich nicht mit der Abtriebswelle axial bewegenden Teil des Starters angeordnet ist. Dabei muss das Polrohr 9 mit der Führungsbahn oder dem Führungsglied so in einer Wirkverbindung stehen, dass das Führungsglied bei einer Schwenkbewegung des Polrohrs 9 entlang der Führungsbahn gleitet. Die Führungsbahn und das Führungsglied müssen so geformt sein, dass durch das Entlanggleiten des Führungsgliedes auf der Führungsbahn die Abtriebswelle 33 eine Axialbewegung vollzieht. Bei dem in der Figur 5 dargestellten Beispiel, das einen Ausschnitt des Polrohrs 9 und der auf der Abtriebswelle 33 angeordneten Scheibe 33 zeigt, wird die Führungsbahn vom Arm 55 des Polrohrs 9 gebildet. Und zwar weist der Bereich des Polrohrarms 55, der in die Ausnehmung 75 der Scheibe 63 hineinragt, in Richtung zur Scheibe 63 hin abfallende Seitenflanken 85 und 87 auf. Diese Seitenflanken 85, 87 bilden Führungsbahnen für die die Ausnehmung 75 begrenzenden Absätze 89 und 91. Wird das Polrohr 9 geschwenkt, gleitet entweder der Absatz 89 an der Seitenflanke 85 oder der Absatz 91 an der Seitenflanke 87 des Polrohrs 9 entlang, wodurch die Scheibe 63 einen Vorschub erfährt. Um eine Hemmung der Absätze 89 bzw. 91 auf den Seitenflanken 85 bzw. 87 des Polrohrs 9 zu verringern, sind die Absätze 89 und 91 abgerundet.
    Um die Reibung zwischen den oben beschriebenen Ausführungen von Führungsbahn und Führungsglied zu verringern, können zwischen beiden Kugeln oder Rollkörper eingefügt werden.

    Claims (8)

    1. Starter für eine Brennkraftmaschine, der einen Startermotor (5, 7), eine vom Startermotor (5, 7) antreibbare Antriebswelle (29) und eine mit der Antriebswelle (29) in Wirkverbindung stehende, in Richtung ihrer Längsachse verschiebbare Abtriebswelle (33) aufweist, welche mit einem in einen Zahnkranz (47) der Brennkraftmaschine einspurbaren Ritzel (45) versehen ist, wobei ein Vorschub der Abtriebswelle (33) zum Einspuren des Ritzels (45) in den Zahnkranz (47) mittels eines am Stator (5) des Startermotors (5, 7) vorhandenen Elements (9) erfolgt, das bei einer Bestromung des Startermotors (5, 7) eine Schwenkbewegung um die Motorachse erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (55, 63, 77, 79, 85, 87, 89, 91) vorhanden sind, welche die Schwenkbewegung des Statorelements (9) direkt in eine auf die Abtriebswelle (33) wirkende Axialbewegung umsetzen.
    2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel aus einer Führungsbahn (81, 85, 87) und einem daran entlanggleitbaren Führungsglied (77, 89, 91) bestehen, wobei die Führungsbahn (81, 85, 87) oder das Führungsglied (77, 89, 91) mit der axial verschiebbaren Abtriebswelle (33) in Wirkverbindung steht und das Führungsglied (77, 89, 91) oder die Führungsbahn (81, 85, 87) an einem sich nicht mit der Abtriebswelle (33) axial bewegenden Teil (25) des Starters angeordnet ist, dass das Statorelement (9) mit der Führungsbahn (81, 85, 87) oder dem Führungsglied (77, 89, 91) so in einer Wirkverbindung steht, dass das Führungsglied (77, 89, 91) bei einer Schwenkbewegung des Statorelements (9) entlang der Führungsbahn (81, 85, 87) gleitet, und dass die Führungsbahn (81, 85, 87) und das Führungsglied (77, 89, 9 1) so geformt sind, dass durch das Entlanggleiten des Führungsgliedes (77, 89, 91) auf der Führungsbahn (81, 85, 87) die Abtriebswelle (33) eine Axialbewegung vollzieht.
    3. Starter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Abtriebswelle (33) eine im Wesentlichen radial abstehende Scheibe (63) so gelagert ist, dass sie um die Achse der Abtriebswelle (33) drehbar ist und axial in Vorschubrichtung gegen eine Federkraft (71) abgestützt ist.
    4. Starter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorelement (9) form- und/oder kraftschlüssig so mit der Scheibe (63) in Verbindung steht, dass bei einer Schwenkbewegung des Statorelements (9) ein an der Scheibe (63) vorhandenes Führungsglied (77) an einer in Vorschubrichtung der Abtriebswelle (33) ansteigenden Führungsbahn (81) entlanggleitet, wobei die Scheibe (63) mit der Abtriebswelle (33) eine Axialbewegung ausführt.
    5. Starter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahn (85, 87) oder das Führungsglied am Statorelement (9) angeordnet ist.
    6. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zum Stator (5) des Startermotors gehörendes Polrohr (9) um die Motorachse schwenkbar gelagert ist und dass ein Federelement vorhanden ist, das dem bei der Bestromung des Motors entstehenden auf das Polrohr (9) wirkenden Drehmoment entgegenwirkt.
    7. Starter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Scheibe (63) und dem Gehäuse (3) des Starters ein Federelement (73) eingesetzt ist, das auf die Scheibe (63) und damit auf die Abtriebswelle (33) eine Federkraft entgegengesetzt zur Vorschubrichtung ausübt.
    8. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (29) die Abtriebswelle (33) über ein Steilgewinde (35) antreibt.
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