EP2055936A1 - Andrehvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

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Publication number
EP2055936A1
EP2055936A1 EP08105668A EP08105668A EP2055936A1 EP 2055936 A1 EP2055936 A1 EP 2055936A1 EP 08105668 A EP08105668 A EP 08105668A EP 08105668 A EP08105668 A EP 08105668A EP 2055936 A1 EP2055936 A1 EP 2055936A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sealing element
armature shaft
starting device
internal combustion
combustion engine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08105668A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rainer Stoeckl
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2055936A1 publication Critical patent/EP2055936A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/043Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the gearing including a speed reducer
    • F02N15/046Gearing 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0814Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02NSTARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N2250/00Problems related to engine starting or engine's starting apparatus
    • F02N2250/08Lubrication of starters; Sealing means for starters

Definitions

  • the invention relates to a starting device of an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 1 on the one hand and a start-stop system and an internal combustion engine with the features mentioned in the preamble of claim 9 or 10 on the other hand.
  • a starting device for internal combustion engines of the type mentioned is from the published patent application DE 31 31 149 A1 known.
  • the revolving device disclosed therein has an additional gearbox designed as a countershaft, which is arranged between a starter motor located in a housing and a single-pinion gear provided with a starter pinion.
  • the countershaft is housed in a space which is enclosed to the Einspurgetriebe out of a arranged on the housing of Anharmmotors intermediate storage and to the interior of the housing out of a cover.
  • Einspurgetriebe serves a drive shaft of the starter motor.
  • On the cover plate a passage opening for the drive shaft and for a fixed to the drive shaft part of the countershaft is given.
  • the sealing device which may be constructed in particular of plastic parts, surrounds the drive shaft and, together with a projection of the cover, a labyrinth seal.
  • An attachment of the sealing device can both on the drive shaft itself and on a Winding of an armature winding of Anharmmotors done.
  • the cover is designed as a mold ring with an I-shaped or T-shaped cross-section.
  • the sealing device may consist of at least two ring segments surrounding the drive shaft and a sleeve enclosing the ring segments and surrounding the shoulder of the cover disk.
  • all embodiments of the sealing device have a geometry that is relatively expensive for the intended use.
  • an internal combustion engine with the features mentioned in claim 1 offers the advantage that the transmission can be protected with a simple design and easy to position sealing element from a particle entry.
  • Particles such as dust, coal dust or any media, can come from the electric machine, in particular starter motor, or from the outer environment of the starter. Since the gearbox design sensitive sensitive to a particle entry, an increased life of the transmission can be achieved by the sealing element.
  • the sealing element between the armature shaft and the separating element is arranged.
  • the present technical solution allows due to the positioning of the sealing element and a resulting geometric structure thereof the use of a simple, that can be produced and assembled with little effort, sealant, possibly in conjunction with a small modification effort existing components.
  • the gap reduction causes a barrier for particles, so that the service life and quality of lubricants present in the transmission can be increased. Also, leakage of the lubricants can be reduced or avoided. Furthermore, the material wear, especially on bearings, bushes and gear components is reduced by particles are kept away from these components.
  • the sealing element has a sleeve shape or a ring shape, which can be used on a particularly simple geometry and thus on optionally standardized components, which can be produced with a low manufacturing cost.
  • the sleeve can be manufactured with different materials, for example with a one-component material, in particular steel or plastic, or else with a multicomponent material, in particular a composite material.
  • the sealing element is provided with a stop.
  • the stop can be arranged as a ring segment on the sealing element.
  • the floor segment serves to make the sealing element abut on the armature shaft, in particular shaft toothing.
  • the sealing element has an annular collar in the sense of a centrifugal edge.
  • the annular collar is located at the height of the annular stop and in particular has an angle of 90 ° relative to the sealing element.
  • a particle or media entry from the anchor side to the transmission side can additionally be prevented.
  • the centrifugal edge acts like a protective shield with respect to particles which tend in the direction of the sealing element.
  • the sealing element is provided with an outer, finely textured thread surface.
  • the thus structured surface of the sealing element acts in the manner of a screw conveyor or a so-called Archimedian screw, which due to their helical entrainment edges and by their predetermined by the armature shaft rotational movement particles and media carried away from the transmission.
  • the sealing element is designed as a mating surface for a sealing segment.
  • the sealing segment may consist of a friction-reducing material, thereby ensuring the lowest possible friction loss between the sealing element and the separating element.
  • Friction reducing affect in this context materials such as polytetrafluoroethylene (PTFE) or ceramic.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ceramic ceramic.
  • PTFE has an extremely low surface tension, so that almost no materials can adhere. With PTFE, the static friction is just as great as the sliding friction, whereby the transition from standstill to movement without breakaway torque can take place.
  • nanocrystalline ceramic surface also very low friction coefficients can be achieved.
  • the sealing element is arranged in a grinding manner on the separating element. This results in an approximately particle-tight seal between the two elements, consisting of sealing element and separating element, and thus a reliable protection against particle entry.
  • the superimposed materials can be arranged and selected so that the smallest possible contact pressure or the lowest possible friction coefficient are given.
  • the sealing element is arranged on the armature shaft by means of a joining operation.
  • a joining process is understood in manufacturing technology, the permanent connection of at least two components.
  • the joining process makes cohesion between two connected components local - that is at the joints - created.
  • the connection can be of solid or movable form. About effective surfaces of the compound, the operating forces are transmitted.
  • the typical joining processes include assembly, filling, mounting, pressing and pressing, primary forming, forming, in particular deep drawing, welding, in particular ultrasonic welding, soldering, melting, vulcanization, injection molding, gluing, screwing or shrinking in conjunction with an interference fit.
  • fasteners such as parts of a snap, pins, screws, rivets, keyways, wedges and the like can be used.
  • the equipment of a start-stop system with the starter device according to the invention since in such a system, the demands on the stability and the life of the associated transmission, due to more frequent starting operations, are increased.
  • the system automatically switches off the internal combustion engine whenever the vehicle is stopped and starts the internal combustion engine again without delay, as soon as the vehicle driver, for example, engaged a gear and / or the brake pedal is relieved.
  • FIG. 1 a starting device 10 of an internal combustion engine is shown.
  • Starting devices of this type are mainly used in motor vehicles and referred to as starters, in particular thrust screwdriver starter.
  • the main components include an electric machine 11, in particular starter, a gear 12, in particular planetary gear, and an engagement relay 13, in particular magnetic switch.
  • the electric machine 11 is connected to the transmission 12 by means of an armature shaft 14 in a mechanical operative connection.
  • the transmission 12 is separated from the electric machine 11 by means of a separating element 15 adjoining the armature shaft 14, in particular cover plate or also cover disk.
  • the armature shaft 14 with a sealing element 16 according to the Figures 2 and 3 is provided, which forms a rotatable seal with the separating element 15.
  • the seal is located in an area according to FIG. 1 is enclosed by a marking window 17.
  • the electric machine 11 When starting the internal combustion engine, the electric machine 11 is briefly connected by the magnetic switch via a gear drive with the internal combustion engine. Due to the typically high speed of the electric motor 11 and a torque required for the starting process, a large transmission ratio, in particular approximately 13: 1, is required.
  • the desired gear ratio is achieved by a pinion, in particular starter pinion, the starter and a comparatively large pinion of an associated flywheel to the starter pinion.
  • the starter pinion is axially displaceable axially on the armature shaft 14 and is brought by the magnetic switch or solenoid with the teeth of the flywheel in engagement. Following this, the electric motor 11 is then turned on by closing a contact switch, which is part of the magnetic switch or insert magnet.
  • the starter pinion is equipped with a freewheel that prevents the started internal combustion engine via the still starter pinion gear drives the electric machine 11 at too high a speed and thereby damaged or destroyed.
  • Such starters generally have an electric motor, a series-wound motor or a permanent-magnet motor.
  • the electric machine 11 consists of a stationary part, the stator, and a rotatably mounted part, the rotor.
  • it is an internal rotor whose rotor defines the inner part and whose stator defines the outer part of the electric machine 11.
  • the rotor has a coil with iron core, which is also referred to as an armature and is rotatably mounted in the magnetic field between pole pieces of the stator.
  • the so-called field winding is replaced by a permanent magnet, that is to say a permanent magnet. Due to sophisticated permanent magnets can be dispensed with starter devices for motor vehicles on a stator winding.
  • the coil, in particular armature winding, of the armature is controlled via a commutator.
  • the commutator creates over two fixed Carbon brushes, which are pressed against a rotating together with the armature drum, a line connection from a housing to the windings of the armature.
  • the surface of the drum is divided into segments isolated from each other.
  • the armature has half as many windings as the commutator is provided with segments. Each winding is connected at its ends with two opposing segments. Due to the special torque requirement and the current flow, the cross section between the segments and the associated carbon brushes is particularly wide. With four carbon brushes, two windings can be effective and with six carbon brushes, three windings can be effective at the same time.
  • FIG. 2 a first embodiment of the seal formed with the sealing element 16 and with the separating element 15 within the marking window 17 is shown in an enlarged detail view.
  • the sealing element 16 is arranged as an add-on component to the armature shaft 14. The arrangement takes place here by the sealing element 16 is pushed up to a stop from the right to the armature shaft 14.
  • the attachment of the sealing element 16 on the armature shaft 14 may be performed, for example, by a joining process, in particular pressing, shrinking, deep drawing, welding, ultrasonic welding, gluing or the like.
  • the sealing element 16 has a sleeve-like shape with a bottom segment 16.1, in particular acting as a stop ring segment, and with a wall segment 16.2, in particular acting as a gap filler pipe section on.
  • the ground segment 16.1 is provided with an opening for the armature shaft 14.
  • the wall segment 16.2 directly adjoins the floor segment 16.1 and has a cylindrical contour.
  • the detail shown dividing element 15 takes on the task of a cover plate or cover plate for the transmission 12 and has the shape of a flat funnel.
  • the funnel of the separating element 15 is provided with a tapered tube portion 15.1, which also has an opening for the armature shaft 14.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the seal formed with the sealing element 16 and with the separating element 15 within the marking window 17 in an enlarged detail view.
  • the attachment of the sealing element 16 on the armature shaft 14 can also be based on the according to FIG. 2 listed joining processes take place.
  • the sealing element 16, in contrast to the sealing element 16 according to FIG. 2 a ground segment 16.1 with an outer annular collar 16.3 in terms of a centrifugal edge, whereby the media entry is further reduced.
  • the annular collar 16.3 is in this case arranged at a distance from the armature shaft 14 and connects directly to the ground segment 16.1.
  • the respective sealing element 16 may be arranged in a grinding manner on the separating element 15.
  • the sealing element 16 may be formed with a one-component material or with a multicomponent material, wherein preferably steel or plastic are used.
  • the sealing element 16 is provided in each case with a different surface structure.
  • the surface structure in this case has a geometry that resembles an Archimedean screw, so that due to a rotational movement of the armature shaft 14 media and / or particles by the sealing element 16 respectively sleeve of the transmission, in particular planetary gear away weg1700teil.
  • a different twisting direction can be provided on the sleeve surface.
  • the twist direction corresponds to FIG. 4 a screw with right-hand thread and according to FIG. 5 a screw with left-hand thread.
  • the sleeve can also be used as a mating surface for an additional seal.
  • the sealing element 16 is mounted on the armature shaft 14 or on the toothing, in particular between the armature shaft 14 and the separating element 15, and reduced by the associated air gap reduction for cover and / or armature teeth 19 the entry of particles and media in the gear 12.
  • the attachment can be made by means of a snap closure, by means of an adhesive bond or by means of a welded joint and the like.
  • a particle entry can be reduced by an adapted length of the sealing element 16 toward the armature 18 or anchor packet.
  • the sealing element 16 may be straight, curved or designed with a combined geometry.
  • an additional sealing lip can be arranged on the armature shaft 14 or on the sealing element 16. Based on the aforementioned constructive measures the increased demands on the stability and the life in starting devices used gear is taken into account, which makes a positive impact especially in a start-stop system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung (10) einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebe (12) und mit einer elektrischen Maschine (11), welche mit dem Getriebe (12) mittels einer Ankerwelle (14) in eine mechanische Wirkverbindung bringbar, und welche von dem Getriebe (12) mittels eines die Ankerwelle (14) umgebenden Trennelements (15) separiert ist, welches sich im Wirkbereich eines der Ankerwelle (14) zugeordneten Dichtelements (16) befindet. Es ist vorgesehen, dass das Dichtelement (16) zwischen der Ankerwelle (14) und dem Trennelement (15) anordenbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Start-Stop-System sowie eine entsprechende Verbrennungskraftmaschine.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen einerseits und ein Start-Stop-System sowie eine Verbrennungskraftmaschine mit den im Oberbegriff des Anspruchs 9 beziehungsweise 10 genannten Merkmalen andererseits.
  • Stand der Technik
  • Eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art ist aus der Offenlegungsschrift DE 31 31 149 A1 bekannt. Die darin offenbarte Andrehvorrichtung weist ein als Vorgelege ausgeführtes Zusatzgetriebe auf, das zwischen einem in einem Gehäuse befindlichen Andrehmotor und einem mit einem Andrehritzel versehenen Einspurgetriebe angeordnet ist. Das Vorgelege ist in einem Raum untergebracht, der zu dem Einspurgetriebe hin von einem an dem Gehäuse des Andrehmotors angeordneten Zwischenlager und zum Innern des Gehäuses hin von einer Abdeckscheibe umschlossen ist. Als Mittel zur Übertragung eines Drehmoments zwischen dem Andrehmotor und dem Vorgelege respektive Einspurgetriebe dient eine Antriebswelle des Andrehmotors. An der Abdeckscheibe ist eine Durchführungsöffnung für die Antriebswelle und für ein an der Antriebswelle befestigtes Teil des Vorgeleges gegeben.
  • Zur Abdichtung des Raumes und insbesondere zum Schutz bestehender Lager des Vorgeleges vor durch Bürstenabrieb verursachtem Staub, der die Lager angreift und deren Zahnabwälzung hemmt, ist eine Abdichteinrichtung vorgesehen. Die Abdichteinrichtung, welche insbesondere aus Kunststoffteilen aufgebaut sein kann, umgibt die Antriebswelle und bildet zusammen mit einem Ansatz der Abdeckscheibe eine Labyrinthdichtung. Eine Befestigung der Abdichteinrichtung kann sowohl an der Antriebswelle an sich als auch an einem Wickelkopf einer Ankerwicklung des Andrehmotors erfolgen. Hierbei ist die Abdeckscheibe als Formring mit einem I-förmigen oder T-förmigen Querschnitt ausgebildet. Ferner kann die Abdichteinrichtung aus mindestens zwei, die Antriebswelle umgebenden, Ringsegmenten und einer die Ringsegmente umschließenden und den Ansatz der Abdeckscheibe umgebenden Hülse bestehen. Alle Ausführungen der Abdichteinrichtung weisen jedoch eine Geometrie auf, die für den bestimmungsgemäßen Einsatz verhältnismäßig aufwändig ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Andrehvorrichtung einer Verbrennungskraftmaschine mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen bietet demgegenüber den Vorteil, dass das Getriebe mit einem einfach aufgebauten und leicht zu positionierenden Dichtelement vor einem Partikeleintrag geschützt werden kann. Partikel, wie beispielsweise Staub, Kohlestaub oder beliebige Medien, können von der elektrischen Maschine, insbesondere Andrehmotor, oder auch aus der äußeren Umgebung der Andrehvorrichtung stammen. Da das Getriebe bauartbedingt empfindlich auf einen Partikeleintrag reagiert, kann anhand des Dichtelements eine erhöhte Lebensdauer des Getriebes erzielt werden. Hierbei ist das Dichtelement zwischen der Ankerwelle und dem Trennelement angeordnet. Die vorliegende technische Lösung ermöglicht auf Grund der Positionierung des Dichtelements und einer sich daraus ergebenden geometrischen Struktur desselben den Einsatz eines einfachen, das heißt mit geringem Aufwand herstellbaren und montierbaren, Dichtmittels, gegebenenfalls in Verbindung mit einem geringen Modifikationsaufwand bestehender Bauteile.
  • Daraus resultiert eine Verringerung oder auch Aufhebung eines zwischen der Ankerwelle und dem Trennelement vorhandenen Luftspalts. Die Spaltreduktion bewirkt in der Folge eine Barriere für Partikel, so dass die Lebensdauer und Qualität von im Getriebe vorhandenen Schmierstoffen erhöht werden kann. Auch ein Austreten der Schmierstoffe kann dadurch reduziert oder vermieden werden. Weiterhin verringert sich der Materialverschleiß, insbesondere an Lagern, Buchsen und Getriebekomponenten, indem Partikel von diesen Bauteilen ferngehalten werden.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Ansprüche.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement eine Hülsenform beziehungsweise eine Ringform aufweist, wodurch auf eine besonders einfache Geometrie und damit auf gegebenenfalls standardisierte Einbaukomponenten, welche mit einem geringen Fertigungsaufwand herstellbar sind, zurückgegriffen werden kann. Die Hülse kann mit verschiedenen Werkstoffen, so zum Beispiel mit einem Einkomponentenmaterial, insbesondere Stahl oder Kunststoff, oder auch mit einem Mehrkomponentenwerkstoff, insbesondere Verbundwerkstoff, gefertigt werden.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement mit einem Anschlag versehen ist. Hierbei kann der Anschlag als Ringsegment an dem Dichtelement angeordnet sein. Zum einen besteht die Möglichkeit, eine ursprünglich topfförmige Komponente mit einem bodenseitigen Durchbruch unter Beibehaltung eines ringförmigen Bodensegments vorzusehen oder zum anderen eine ursprünglich hohlzylindrische Komponente mit einem endseitig angeordneten Bodensegment in Ringform auszustatten. In beiden Fällen dient das Bodensegment dazu, das Dichtelement an der Ankerwelle, insbesondere Wellenverzahnung, anschlagen zu lassen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement einen Ringkragen im Sinne einer Schleuderkante aufweist. Der Ringkragen befindet sich dabei auf Höhe des ringförmigen Anschlags und weist insbesondere einen Winkel von 90° bezogen auf das Dichtelement auf. Anhand der Schleuderkante kann einem Partikel- respektive Medieneintrag von der Ankerseite auf die Getriebeseite zusätzlich vorgebeugt werden. Hierbei wirkt die Schleuderkante während ihrer Rotationsbewegung wie ein Schutzschild gegenüber vorhandenen und in Richtung des Dichtelements tendierenden Partikeln.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement mit einer äußeren, feinstrukturierten Gewindeoberfläche versehen ist. Die so strukturierte Oberfläche des Dichtelements wirkt dabei in der Art eines Schneckenförderers oder einer so genannten Archimedischen Schraube, welche auf Grund ihrer wendelförmigen Mitnahmekanten und durch ihre von der Ankerwelle vorgegebenen Drehbewegung Partikel und Medien von dem Getriebe wegbefördert.
  • In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement als Gegenlauffläche für ein Dichtungssegment ausgeführt ist. Das Dichtungssegment kann dabei aus einem reibungsmindernden Material bestehen, um dadurch einen möglichst geringen Reibungsverlust zwischen dem Dichtelement und dem Trennelement zu gewährleisten. Reibungsmindernd wirken sich in diesem Zusammenhang Materialien aus, wie beispielsweise Polytetrafluorethylen (PTFE) oder auch Keramik. PTFE weist ein extrem niedrige Oberflächenspannung auf, so dass nahezu keine Materialien anhaften können. Bei PTFE ist die Haftreibung genauso groß wie die Gleitreibung, wodurch der Übergang vom Stillstand zur Bewegung ohne Losbrechmoment stattfinden kann. Anhand einer nanokristallinen Keramikoberfläche lassen sich ebenfalls sehr geringe Reibungskoeffizienten erzielen.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement schleifend an dem Trennelement angeordnet ist. Hierbei entsteht eine annähernd partikeldichte Dichtung zwischen den beiden Elementen, bestehend aus Dichtelement und Trennelement, und somit eine zuverlässiger Schutz vor einem Partikeleintrag. Die dabei aufeinander liegenden Materialien können so angeordnet und gewählt werden, dass ein möglichst kleiner Auflagedruck beziehungsweise ein möglichst geringer Reibungskoeffizient gegeben sind.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtelement an der Ankerwelle mittels eines Fügevorgangs angeordnet ist. Unter einem Fügevorgang wird in der Fertigungstechnik das dauerhafte Verbinden von mindestens zwei Bauteilen verstanden. Durch den Fügevorgang wird ein Zusammenhalt zwischen zwei verbundenen Bauteilen lokal - das heißt an den Fügestellen - geschaffen. Die Verbindung kann dabei von fester oder beweglicher Gestalt sein. Über Wirkflächen der Verbindung werden die auftretenden Betriebskräfte übertragen. Zu den typischen Fügevorgängen zählen das Zusammensetzen, das Füllen, das Auf-, An- und Einpressen, das Urformen, das Umformen, insbesondere Tiefziehen, das Schweißen, insbesondere Ultraschallschweißen, das Löten, das Anschmelzen, das Aufvulkanisieren, das Anspritzen, das Kleben, das Verschrauben oder auch das Schrumpfen in Verbindung mit einer Übermaßpassung. Ferner können Verbindungselemente wie zum Beispiel Teile eines Schnappverschlusses, Stifte, Schrauben, Niete, Passfedern, Keile und dergleichen zum Einsatz kommen.
  • Vorteilhaft ist auch die Ausstattung eines Start-Stop-Systems mit der erfindungsgemäßen Andrehvorrichtung, da bei einem derartigen System die Anforderungen an die Standfestigkeit und die Lebensdauer des zugehörigen Getriebes, bedingt durch häufigere Startvorgänge, erhöht sind. Das System schaltet die Verbrennungskraftmaschine immer dann automatisch aus, wenn das Fahrzeug angehalten wird und startet die Verbrennungskraftmaschine verzögerungsfrei erneut, sobald vom Fahrzeugfahrer beispielsweise ein Gang eingelegt und/oder das Bremspedal entlastet wird.
  • Vorteilhaft ist es zudem, eine Verbrennungskraftmaschine mit der erfindungsgemäßen Andrehvorrichtung beziehungsweise mit dem vorgenannten Start-Stop-System zu versehen, da dadurch zum einen eine noch zuverlässigere Komponente die Verbrennungskraftmaschine starten kann und sich zum anderen im innerstädtischen Fahrbetrieb eine beträchtliche Kraftstoffmenge einsparen lässt.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß den Merkmalen der weiteren Ansprüche werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass insoweit eine Beschränkung der Erfindung erfolgt; diese umfasst vielmehr alle Abwandlungen, Änderungen und Äquivalente, die im Rahmen der Ansprüche möglich sind. Es zeigen:
  • Figur 1
    eine Andrehvorrichtung mit einem Planetengetriebe und mit einer elektrischen Andrehmaschine in einer Schnittdarstellung sowie mit einem Einrückrelais;
    Figur 2
    ein erstes Ausführungsbeispiel der mit dem Dichtelement und mit dem Trennelement gebildeten Dichtung in einer Detailansicht;
    Figur 3
    ein weiteres Ausführungsbeispiel der mit dem Dichtelement und mit dem Trennelement gebildeten Dichtung in einer Detailansicht;
    Figur 4
    eine Ausführungsform des hülsenförmigen Dichtelements mit einer einem Rechtsgewinde entsprechenden Oberflächenstruktur in einer perspektivischen Darstellung; und
    Figur 5
    eine weitere Ausführungsform des hülsenförmigen Dichtelements mit einer einem Linksgewinde entsprechenden Oberflächenstruktur in einer perspektivischen Darstellung.
    Ausführungsform(en) der Erfindung
  • In Figur 1 ist eine Andrehvorrichtung 10 einer Verbrennungskraftmaschine gezeigt. Andrehvorrichtungen dieser Art werden vorwiegend in Kraftfahrzeugen eingesetzt und als Starter, insbesondere Schub-Schraubtrieb-Starter, bezeichnet. Zu den Hauptkomponenten zählen eine elektrische Maschine 11, insbesondere Andrehmaschine, ein Getriebe 12, insbesondere Planetengetriebe, und ein Einrückrelais 13, insbesondere Magnetschalter. Die elektrische Maschine 11 steht mit dem Getriebe 12 mittels einer Ankerwelle 14 in einer mechanischen Wirkverbindung. Das Getriebe 12 ist mittels eines an die Ankerwelle 14 angrenzenden Trennelements 15, insbesondere Abdeckplatte oder auch Abdeckscheibe, von der elektrischen Maschine 11 separiert. Wesentlich ist hierbei, dass die Ankerwelle 14 mit einem Dichtelement 16 gemäß den Figuren 2 und 3 versehen ist, das mit dem Trennelement 15 eine drehbewegliche Dichtung bildet. Die Dichtung befindet sich in einem Bereich, der gemäß Figur 1 von einem Markierungsfenster 17 eingefasst ist. Mit der vorliegenden technischen Lösung ist somit eine Anordnung geschaffen, bei der das Getriebe 12 vor einem Partikel- oder auch Medieneintrag geschützt ist.
  • Beim Startvorgang der Verbrennungskraftmaschine wird die elektrische Maschine 11 durch den Magnetschalter kurzzeitig über einen Zahnradtrieb mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden. Auf Grund der typischerweise hohen Drehzahl des Elektromotors 11 und eines für den Startvorgang erforderlichen Drehmoments ist ein großes Übersetzungsverhältnis, insbesondere ca. 13 : 1, erforderlich. Das gewünschte Übersetzungsverhältnis wird durch ein Ritzel, insbesondere Starterritzel, am Anlasser und durch ein zu dem Starterritzel vergleichsweise großes Ritzel eines zugeordneten Schwungrades erreicht. Das Starterritzel ist auf der Ankerwelle 14 axial stufenlos verschiebbar und wird durch den Magnetschalter oder auch Elektromagneten mit der Verzahnung des Schwungrads in Eingriff gebracht. Im Anschluss daran wird dann der Elektromotor 11 durch das Schließen eines Kontaktschalters, der Teil des Magnetschalters respektive Einschiebemagneten ist, eingeschaltet. Das Starterritzel ist mit einem Freilauf ausgerüstet, der verhindert, dass die gestartete Verbrennungskraftmaschine über das noch eingespurte Starterritzel die elektrische Maschine 11 mit einer zu hohen Drehzahl antreibt und dadurch beschädigt oder zerstört. Derartige Starter weisen im Allgemeinen als elektrische Maschine einen Reihenschlussmotor oder einen permanenterregten Motor auf.
  • Die elektrische Maschine 11 besteht aus einem unbeweglichen Teil, dem Stator, und einem drehbar gelagerten Teil, dem Rotor. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Innenläufer, dessen Rotor den inneren Teil und dessen Stator den äußeren Teil der elektrischen Maschine 11 definiert. Der Rotor weist eine Spule mit Eisenkern auf, der auch als Anker bezeichnet wird und drehbar im Magnetfeld zwischen Polschuhen des Stators gelagert ist. Bei der elektrischen Maschine 14 ist die so genannte Feldwicklung durch einen Permanentmagneten, sprich Dauermagneten, ersetzt. Auf Grund hochentwickelter Permanentmagneten kann bei Andrehvorrichtungen für Kraftfahrzeuge auf eine Ständerwicklung verzichtet werden.
  • Die Spule, insbesondere Ankerwicklung, des Ankers wird über einen Kommutator angesteuert. Der Kommutator schafft über zwei feststehende Kohlebürsten, die gegen eine zusammen mit dem Anker rotierende Trommel gedrückt werden, eine Leitungsverbindung von einem Gehäuse zu den Wicklungen des Ankers. Die Oberfläche der Trommel ist in gegeneinander isolierte Segmente aufgeteilt. Wie bei einer Gleichstrom-Elektromaschine üblich, weist der Anker halb so viele Wicklungen auf, wie der Kommutator mit Segmenten versehen ist. Dabei ist jede Wicklung an ihren Enden mit zwei einander gegenüberliegenden Segmenten verbunden. Wegen der besonderen Anforderung an das Drehmoment und an den Stromfluss ist der Querschnitt zwischen den Segmenten und den zugeordneten Kohlebürsten besonders breit. Bei vier Kohlebürsten können zwei Wicklungen und bei sechs Kohlebürsten können drei Wicklungen zur gleichen Zeit wirksam sein.
  • Gemäß Figur 2 ist eine erste Ausgestaltung der mit dem Dichtelement 16 und mit dem Trennelement 15 gebildeten Dichtung innerhalb des Markierungsfensters 17 in einer vergrößerten Detailansicht gezeigt. Hierbei ist das Dichtelement 16 als Anbaukomponente an der Ankerwelle 14 angeordnet. Die Anordnung erfolgt hierbei, indem das Dichtelement 16 bis zu einem Anschlag von rechts auf die Ankerwelle 14 aufgeschoben wird. Die Befestigung des Dichtelements 16 auf der Ankerwelle 14 kann beispielsweise durch einen Fügeprozess, insbesondere Aufpressen, Schrumpfen, Tiefziehen, Schweißen, Ultraschallschweißen, Verkleben oder dergleichen, vorgenommen werden. Das Dichtelement 16 weist eine hülsenartige Form mit einem Bodensegment 16.1, insbesondere als Anschlag wirkendes Ringsegment, und mit einem Wandsegment 16.2, insbesondere als Spaltfüller wirkender Rohrabschnitt, auf. Das Bodensegment 16.1 ist mit einem Durchbruch für die Ankerwelle 14 versehen. Das Wandsegment 16.2 schließt unmittelbar an das Bodensegment 16.1 an und weist eine zylindrische Kontur auf. Das ausschnittsweise dargestellte Trennelement 15 übernimmt die Aufgabe einer Abdeckplatte beziehungsweise Abdeckscheibe für das Getriebe 12 und weist die Form eines flachen Trichters auf. Der Trichter des Trennelements 15 ist mit einem verjüngten Rohrbereich 15.1 versehen, der ebenfalls eine Öffnung für die Ankerwelle 14 aufweist. In axialer Richtung ist der verjüngte Rohrbereich 15.1 des Trennelements 15 zu dem zylindrisch verlaufenden Wandsegment 16.2 des Dichtelements 16 ineinander verlaufend angeordnet, so dass eine Spaltreduktion gegeben ist. Das Dichtelement 16, insbesondere dessen Bodensegment 16.1, ist hierbei außerhalb des Ankers 18 an dem Bund einer axial verlaufenden Verzahnung 19 der Ankerwelle 14 unmittelbar angeordnet.
  • Gemäß Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der mit dem Dichtelement 16 und mit dem Trennelement 15 gebildeten Dichtung innerhalb des Markierungsfensters 17 in einer vergrößerten Detailansicht gezeigt. Die Befestigung des Dichtelements 16 auf der Ankerwelle 14 kann auch hierbei anhand der gemäß Figur 2 aufgeführten Fügeprozesse erfolgen. Das Dichtelement 16 weist im Unterschied zu dem Dichtelement 16 gemäß Figur 2 ein Bodensegment 16.1 mit einem außenliegenden Ringkragen 16.3 im Sinne einer Schleuderkante auf, wodurch der Medieneintrag zusätzlich verringert wird. Der Ringkragen 16.3 ist hierbei beabstandet zu der Ankerwelle 14 angeordnet und schließt direkt an dem Bodensegment 16.1 an. Bei den Ausführungen nach den Figuren 2 und 3 kann ferner das jeweilige Dichtelement 16 schleifend an dem Trennelement 15 angeordnet sein. Hinsichtlich der Materialwahl kann das Dichtelement 16 mit einem Einkomponentenwerkstoff oder mit einem Mehrkomponentenwerkstoff gebildet ist, wobei bevorzugt Stahl oder Kunststoff verwendet werden.
  • Gemäß den Figuren 4 und 5 ist das Dichtelement 16 jeweils mit einer unterschiedlichen Oberflächenstruktur versehen. Die Oberflächenstruktur weist dabei eine Geometrie auf, die einer Archimedischen Schraube ähnelt, so dass auf Grund einer Drehbewegung der Ankerwelle 14 Medien und/oder Partikel durch das Dichtelement 16 respektive Hülse von dem Getriebe, insbesondere Planetengetriebe, wegbefördert werden. Je nach Drehrichtung der Ankerwelle 14 kann eine unterschiedliche Drallrichtung auf der Hülsenoberfläche vorgesehen werden. Die Drallrichtung entspricht gemäß Figur 4 einer Schraube mit Rechtsgewinde und gemäß Figur 5 einer Schraube mit Linksgewinde. Des weiteren ist die Hülse auch als Gegenlauffläche für eine zusätzliche Dichtung einsetzbar.
  • Zusammenfassend wird durch ein zusätzliches Bauteil, insbesondere Dichtelement 16, auf der Ankerwelle 14 verhindert, dass Partikel und/oder Medien aller Art in das Getriebe 12, insbesondere Planetengetriebe, eingetragen werden, wodurch sich die Lebensdauer des Getriebes 12 erhöht. Hierbei wird der Fokus auf eine Verkleinerung oder Aufhebung bestehender Luftspalte zwischen der Ankerwelle 14 und dem Trennelement 15 gelegt. Gemäß den genannten Ausführungsvarianten wird das Dichtelement 16 auf der Ankerwelle 14 oder auch auf deren Verzahnung, insbesondere zwischen der Ankerwelle 14 und dem Trennelement 15, befestigt und verringert durch die damit verbundene Luftspaltverkleinerung zur Abdeckscheibe und/oder zur Ankerverzahnung 19 den Eintrag von Partikeln und Medien in das Getriebe 12. Die Befestigung kann mittels eines Schnappverschlusses, mittels einer Klebeverbindung oder auch mittels einer Schweißverbindung und dergleichen hergestellt werden. Zusätzlich kann durch eine angepasste Länge des Dichtelements 16 hin zum Anker 18 beziehungsweise Ankerpaket ein Partikeleintrag verringert werden. Generell kann das Dichtelement 16 gerade, gebogen oder mit einer kombinierten Geometrie ausgeführt sein. Ferner kann an der Ankerwelle 14 respektive an dem Dichtelement 16 eine zusätzliche Dichtlippe angeordnet werden. Anhand der vorgenannten konstruktiven Maßnahmen wird den gestiegenen Anforderungen an die Standfestigkeit und die Lebensdauer in Andrehvorrichtungen eingesetzter Getriebe Rechnung getragen, was sich insbesondere bei einem Start-Stop-System positiv bemerkbar macht.

Claims (10)

  1. Andrehvorrichtung (10) einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Getriebe (12) und mit einer elektrischen Maschine (11), welche mit dem Getriebe (12) mittels einer Ankerwelle (14) in eine mechanische Wirkverbindung bringbar, und welche von dem Getriebe (12) mittels eines die Ankerwelle (14) umgebenden Trennelements (15) separiert ist, welches sich im Wirkbereich eines der Ankerwelle (14) zugeordneten Dichtelements (16) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) zwischen der Ankerwelle (14) und dem Trennelement (15) anordenbar ist.
  2. Andrehvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) eine Hülsenform aufweist.
  3. Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) mit einem Anschlag (16.1) versehen ist.
  4. Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) einen Ringkragen (16.3) aufweist.
  5. Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) mit einer äußeren Gewindeoberfläche versehen ist.
  6. Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) als Gegenlauffläche für ein Dichtungssegment ausgeführt ist.
  7. Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) schleifend an dem Trennelement (15) angeordnet ist.
  8. Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (16) an der Ankerwelle (14) mittels eines Fügevorgangs angeordnet ist.
  9. Start-Stop-System, gekennzeichnet durch eine Andrehvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verbrennungskraftmaschine, gekennzeichnet durch eine Andrehvorrichtung (10) beziehungsweise durch ein Start-Stop-System nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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