EP2321522B1 - Verfahren zum einspuren eines andrehritzels einer startvorrichtung in einen zahnkranz einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP2321522B1
EP2321522B1 EP09781230.9A EP09781230A EP2321522B1 EP 2321522 B1 EP2321522 B1 EP 2321522B1 EP 09781230 A EP09781230 A EP 09781230A EP 2321522 B1 EP2321522 B1 EP 2321522B1
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pinion
starting pinion
starting
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SEG Automotive Germany GmbH
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Definitions

  • the pinion is engaged in the ring gear of the starter device by deliberately and due to technical means that the starter pinion contacts the ring gear at a peripheral speed that is lower than the peripheral speed of the ring gear.
  • This has the advantage that the engagement process of the pinion in the ring gear can take place as in the conventional case of the engagement of a pinion of an ordinary starter in the ring gear.
  • the conventional engagement process causes relatively little wear under normal conditions, which is particularly desirable in a vehicle with a start-stop system. For example, in a vehicle with a start-stop system, the number of starts is up to ten times higher than in vehicles with a conventional start system. against this background, it is particularly desirable to enable low-wear engagement in a start-stop system.
  • the method according to the invention with the features of the main claim has the advantage that when a starter pinion is engaged in the ring gear of an internal combustion engine, there are speed conditions which lead to a relatively gentle, ie. H. wear-free engagement of a pinion in the ring gear is made possible.
  • the peripheral speed of the ring gear is not equal to zero when the starter pinion contacts the ring gear at a peripheral speed.
  • the peripheral speed of the starter pinion is not equal to zero in order to achieve the particular intended kinematic and kinetic conditions.
  • the method is particularly reliable if the peripheral speeds of the ring gear and the pinion gear are oriented in the same direction at their common point of engagement.
  • the toothed ring and also the starter pinion are each designed as externally toothed spur gears, this means that they move in opposite directions of rotation.
  • the circumferential speed of the ring gear at the moment of first contact with the starter pinion or the contacting of the starter pinion with the ring gear the circumferential speed of the ring gear formed by a maximum of the product of 5 meters per second per millimeter and the module of the ring gear is larger in millimeters and slightly larger than the peripheral speed of the pinion.
  • the reliability of the method can be increased in that the starting device has a pinion shaft which drives the starter pinion, a spring force of a spring element acting between the starter pinion and the pinion shaft in the direction of its axis of rotation, the spring element being compressed by contacting the starter pinion with the ring gear ,
  • the reliability of the system is not only improved by the resilient or elastic properties, but at the same time by the associated damping processes, which arise, for example, from the friction of the spring with its counter bearings or any flow damping.
  • the starter pinion is advanced to the ring gear in good time and also achieves a high peripheral speed as intended. Accordingly, it is important that a switching criterion is recognized by a control device and the starter pinion is then advanced in one step towards the ring gear and in another step is rotated, the circumferential speed prevailing on the pinion being less than the circumferential speed when the ring gear is reached Sprocket is.
  • These measures can ensure that the pinion contacts the ring gear at the right moment with a suitable property. It is irrelevant which switching criterion is used here. It is also irrelevant which control unit recognizes the switching criterion.
  • the switching criterion can be a signal that corresponds to a request to switch off the internal combustion engine.
  • the desire to switch off the internal combustion engine may be due, for example, to the fact that the speed of the vehicle is, for example, zero and / or the drive train is open, or the vehicle speed is, for example, below a low speed threshold, for example ⁇ 7 h / km.
  • Another switching criterion can be, for example, a signal which corresponds to a speed characteristic of the ring gear of the internal combustion engine.
  • a speed characteristic of the ring gear would here, for example, be the angular speed of the ring gear or the change in the angular speed of the ring gear, for example below a certain speed threshold, from which a coming standstill of the internal combustion engine can be derived. Such a property could indicate that the internal combustion engine should be switched off (e.g. automatic flywheel system). It is provided that, based on the switching criterion, a point in time is calculated and the starting device is also activated.
  • the starting device is activated (rotation of the starter pinion, toe-in of the starter pinion) in order to have the starter pinion with the suitable property with the ring gear at a suitable time to contact.
  • FIG 1 shows an electrical machine 10 (starting device) in a longitudinal section.
  • This electrical machine 10 has, for example, an electric motor 13 (starter motor) and a pushing device 16.
  • the electric motor 13 and the thrust device 16 are fastened to a common drive end shield 19.
  • the electric motor 13 is used, for example, to drive a starter pinion 22 when it is engaged in the ring gear 25 of the internal combustion engine (not shown here).
  • the electric motor 13 has, as a housing 11, a pole tube 28 which carries pole shoes 31 on its inner circumference, each of which is wound by an excitation coil 300, which is part of an excitation winding 34.
  • the pole shoes 31 in turn surround an armature 37, which has an armature package 43 constructed from lamellae 40 and an armature winding 49 arranged in slots 46.
  • the armature package 43 is pressed onto a drive shaft 44.
  • a commutator 52 is also attached, which is constructed, among other things, from individual commutator segments 55.
  • the commutator segments 55 are electrically connected to the armature winding 49 in a known manner such that when the commutator segments 55 are energized by carbon brushes 58 results in a rotary movement of the armature 37 in the pole tube 28.
  • a power supply 61 supplies both the carbon brushes 58 and the excitation winding 34 with current in the switched-on state.
  • the drive shaft 44 is supported on the commutator side with a shaft journal 64 in a slide bearing 67, which in turn is held stationary in a commutator bearing cover 70.
  • the commutator cover 70 in turn is fastened to the drive end shield 19 by means of tie rods 73 which are arranged distributed over the circumference of the pole tube 28 (screws, for example two, three or four pieces).
  • the pole tube 28 is supported on the drive end shield 19 and the commutator bearing cover 70 on the pole tube 28.
  • a so-called sun gear 80 which is part of a planetary gear 83, adjoins the armature 37 in the drive direction.
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planet gears 86, usually three planet gears 86, which are supported on axle journals 92 by means of roller bearings 89.
  • the planet gears 86 roll in a ring gear 95 which is mounted in the pole tube 28.
  • a planet carrier 98 in which the axle journals 92 are received, adjoins the planet wheels 86 in the direction of the driven side.
  • the planet carrier 98 is in turn stored in an intermediate bearing 101 and a slide bearing 104 arranged therein.
  • the intermediate bearing 101 is designed in a cup-shaped manner such that both the planet carrier 98 and the planet gears 86 are accommodated in it.
  • the ring gear 95 is arranged in the pot-shaped intermediate bearing 101 and is ultimately closed by a cover 107 with respect to the armature 37.
  • the intermediate bearing 101 is also supported with its outer circumference on the inside of the pole tube 28.
  • the armature 37 has a further shaft journal 110 on the end of the drive shaft 44 facing away from the commutator 52, which is also received in a slide bearing 113.
  • the plain bearing 113 in turn is received in a central bore of the planet carrier 98.
  • the planet carrier 98 is integrally connected to an output shaft 116. This output shaft is supported with its end 119 facing away from the intermediate bearing 101 in a further bearing 122 which is fastened in the drive end shield 19.
  • the output shaft 116 is divided into different sections: the section which is arranged in the slide bearing 104 of the intermediate bearing 101 is followed by a section with a so-called straight toothing 125 (internal toothing) which is part of a so-called shaft-hub connection.
  • this shaft-hub connection 128 enables a driver 131 to slide axially in a straight line.
  • This driver 131 is a sleeve-like extension, which is integrally connected here, for example, to a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • This freewheel 137 (directional lock) also consists of the inner ring 140, which is arranged radially inside the outer ring 132.
  • Clamping bodies 138 are arranged between the inner ring 140 and the outer ring 132. This clamp body 138 prevent interaction with the inner and outer rings a relative rotation between the outer ring and the inner ring in a second direction.
  • the freewheel 137 enables a circumferential relative movement between the inner ring 140 and outer ring 134 only in one direction.
  • the inner ring 140 is made in one piece with the starter pinion 22 and its toothing 143.
  • the pushing device 16 has a housing 156 which is fastened to the drive end shield 19 by means of a plurality of fastening elements 159 (screws).
  • a winding 162 for retraction is also arranged in the pushing device 16. When pulled in, the winding 162 causes an electromagnetic field which flows through various components. Among other things, this magnetic field affects a linearly movable armature, which is referred to here as lifting means 168, and possibly a yoke core 171, which is lid-like here.
  • the lifting device 168 carries a push rod 174 which is moved to the right when the lifting device 168 is drawn in linearly.
  • the pushing device 16 or the lifting means 168 has the task of using a pulling element 187 to move a lever 190 arranged in the drive bearing plate 19 so as to be rotatable.
  • This lever 190 usually designed as a fork lever, grips with two “tines” or fork arms (not shown here) on its outer circumference a driving ring 197 located between two disks 193 and 194 in order to move it towards the freewheel 137 against the resistance of the spring 200 and thereby engage the starter pinion 22 in the ring gear 25.
  • the electric motor 13 could also be permanently magnetically excited.
  • the pole tube 28 has permanent magnets on its inner circumference instead of pole shoes 31, each surrounded by an excitation coil 300, which ensure the corresponding magnetic opposing field to the armature 37.
  • FIG. 2 shows how the starting device 10 is electrically connected or connected to a starter control unit 250.
  • this starter control unit 250 uses an electrical solenoid 253 (relay) to actuate a switch 256, which is responsible for the power supply to the starter motor 13. If this switch 256 is closed, positive electrical potential is applied to the starter motor 13 by a starter battery or starter accumulator 259. As a result, the armature 37 begins to rotate, and the starter pinion 22 also begins to rotate.
  • the starter control unit also switches 250 the pusher 16.
  • the winding 162 is energized by means of two electrical lines 262 and 265 for drawing in.
  • the lifting means 168 moves, which moves the pulling element 187 and subsequently the lever 190.
  • the starter pinion 22 is thus advanced axially in the direction of the output shaft 116 in the direction of the ring gear 25.
  • a speed sensor 270 transmits a signal to an engine control unit 273. This signal corresponds to a speed characteristic of the ring gear 25 of the internal combustion engine 20. It is irrelevant whether the speed sensor 270 is the speed of the ring gear 25 or the speed of another with the Sprocket 25 connected component transmitted. The speed of a camshaft of the internal combustion engine 20 could also come into question here, for example.
  • the engine control unit 273 decides whether the starter control unit 250 should be activated or not.
  • the engine control unit 273 activates the starter control unit 250, which both starts the starter motor 13 (activating the solenoid 253, closing the switch 256) and activating it of the pushing device 16 by switching the winding 162.
  • the starter control unit 250 which both starts the starter motor 13 (activating the solenoid 253, closing the switch 256) and activating it of the pushing device 16 by switching the winding 162.
  • a method for engaging a starter pinion 22 of a starting device 10 into a ring gear 25 of an internal combustion engine is provided, the starter pinion 22 having a circumferential speed v R due to a rotating starter motor 13 and the ring gear 25 having a circumferential speed v ZK , the Starting pinion 22 axially pre-tracks along a rotation axis 276.
  • the starter pinion 22 contacts the ring gear 25 at a peripheral speed v R that is less than the peripheral speed v ZK of the ring gear 25.
  • the Figure 3 shows a schematic view in the axial direction (axis of rotation of starter pinion 22 and ring gear 25) an end view of the starter pinion 22 and the ring gear 25 at the moment before the ring gear 25 is contacted by the starter pinion 22. It is shown that the ring gear 25 is clockwise here and the starter pinion 22 counterclockwise.
  • the ring gear 25 has a circumferential speed v ZK on its outer circumference, ie here on the pitch circle diameter, and the starter pinion 22 has a circumferential speed V R on its pitch circle diameter.
  • the starter pinion 22 contacts the ring gear 25 at a peripheral speed v R , the peripheral speed v R being less than the peripheral speed v ZK of the ring gear 25.
  • the Figure 4a to 4k shows the sequence of the Einspurvorgangs in a highly schematic manner.
  • the representations in Figure 4a to 4k show in developments the process of the engagement of the teeth of the starter pinion 22 in the tooth gaps of the ring gear 25. That is. the circumference of the gears is shown linear here.
  • FIG. 4a shows Figure 4a the situation of the starter pinion 22 and the ring gear 25 after the starter pinion 22 has been rotated.
  • the starter pinion 22 shows a tooth ZR1 in the detail and subsequently a tooth ZR2.
  • These teeth ZR1 and ZR2 have a bevel 303 in the direction of the end face 300 directed towards the ring gear 25, this bevel 303 has the back of the teeth.
  • Back side here means that this bevel passes from the front side 300 to the back of the tooth, the back of the tooth ZR1 or ZR2 being oriented against the direction of rotation.
  • the ring gear 25 also has an end face 306.
  • the teeth ZK1, ZK2, ZK3 and ZK4, representative of all teeth on the outer circumference of the ring gear 25, also have a bevel 309.
  • these bevels 309 starting from the end face 306 in the direction of the direction of rotation and thus the peripheral speed v ZK .
  • the bevels 303 of the starter pinion 22 and also the bevels 309 of the ring gear 25 are opposite one another or face one another.
  • the different peripheral speeds of the pitch circle of the starter pinion 22 and the ring gear 25 are shown here with different sized arrows.
  • FIG. 4b shows the moment of contacting the pinion 22 on the ring gear 25.
  • This Figure 4b shows the normal case of the first attempt to engage a pinion 22 in the ring gear 25 of an internal combustion engine, namely the so-called tooth-on-tooth position.
  • the end faces 300 and 306 of teeth ZR1 and ZR2 and teeth ZK1 and ZK2 are in the way of one another. A smooth, unimpeded engagement of the pinion 22 in the ring gear 25 is not possible.
  • the teeth ZR1 and ZR2 initially fail to mesh into the corresponding tooth gaps ZL1 and ZL2 of the ring gear 25. Rather, the bevels 303 of the teeth ZR1 and ZR2 abut the bevels 309 of the teeth ZK2 and ZK3.
  • the teeth ZR1 and ZR2 of the starter pinion 22 now slide, driven in the circumferential direction through the ring gear or its teeth ZK3 and ZK4, further into the tooth gaps ZL3 and ZL2 until these teeth are completely inserted into the tooth gaps ZL2 and ZL3 ( Figure 4i and Figure 4j ).
  • the teeth ZR3 and ZR4 then carry out a change of contact ( Figure 4k ) by, ie either the gear rim 25 brakes so strongly that the teeth ZK3 and ZK4 slow down and come to rest against the teeth ZR1 and ZR2 or that the pinion gear 22 accelerates so much that it now drives the gear rim 25 actively to turn the engine 20 back over the ring gear 25 (continued operation of the engine).
  • the latter case can occur if the driver has changed his intentions while the engagement of the pinion gear 22 in the ring gear 25 was in progress.
  • a change can occur, for example, when the driver has approached a traffic light with his vehicle and intended to bring the vehicle to a standstill or has brought it to a very short standstill.
  • the internal combustion engine can just in the concept of Be run out when the traffic light switches from "stop" to "drive”.
  • the starting pinion 22 can be suddenly accelerated, for example, by actuating a signal transmitter which represents a driver's request (accelerator pedal) and the Figure 4k presented situation occur (keyword "mind change", reinterpretation for change of intent or change of mind of the driver).
  • the circumferential velocity v ZK of the ring gear 25 a maximum at the moment of first contacting a value formed from the product of 5m / (s * mm) [five yards per the product of seconds and millimeters], and the module m ZK of the ring gear 25 is larger in mm and slightly larger than the peripheral speed v R of the pinion gear 22 is.
  • a value of 2.11 mm is assumed for the module m ZK of the ring gear 25.
  • This technical size module m is specified, for example, in the German industrial standard DIN 868 and is a basic size for length dimensions of gears.
  • the module m results as the quotient of the division p and the number ⁇ .
  • the pitch p is in turn in a certain section of the toothing of the arches on the reference surface between the flanks of the same name of two adjacent teeth, that is to say, for example, the teeth ZK1 and ZK2.
  • the peripheral speed v ZK of the ring gear 25 is at most 10.55 meters per second greater than the peripheral speed v R of the starter pinion 22. For a module m of 3 mm, this would result thus a value of 15 meters per second and for a module of 1.5 mm a speed of 7.5 meters per second.
  • the starting device 10 has a pinion shaft in the form of the driver 131, which drives the starter pinion 22.
  • a spring force of the spring 200 acts on the starter pinion 22, the spring 200 being compressed when the starter pinion 22 contacts the ring gear 25.
  • a switching criterion e.g. B. a speed of the ring gear 25 or the drive shaft 21 or a camshaft by a control unit 273, executed there is recognized as an engine control unit.
  • the starter pinion 22 is pre-tracked in one direction towards the ring gear 25 and set in rotation in another step, the peripheral speed v R prevailing on the pinion gear 22 being smaller than the peripheral speed v ZK when the ring gear 25 is reached. It is initially irrelevant whether the toe-in of the starter pinion 22 takes place before the start of the rotation or in the reverse order.
  • a variant of the embodiment according to Figure 2 can provide, for example, that the switching criterion, for example the rotational speed, is not recognized by the control unit 273 of the internal combustion engine 20, but rather, for example, by the control unit 250 of the starter, which then initiates the steps already mentioned (rotating, toe-in).
  • the switching criterion for example the rotational speed
  • the switching criterion can be, for example, a signal that corresponds to a request for switching off the internal combustion engine in general.
  • a request can already appear, for example, in that the speed of the Vehicle should be reduced.
  • Such a reduction in speed can result, for example, from the actuation of the brake pedal or the actuation of a corresponding signal sensor, which processes the signals of the brake system.
  • a corresponding other signal could also be the signal which is intended to signal the internal combustion engine 20 that it should now be controlled in idle mode (overrun cutoff).
  • a time is calculated based on the switching criterion and the starting device is also activated in order to achieve the conditions desired according to the invention.
  • the method is applied to an internal combustion engine 20 that is running out, the rotational speed of the drive shaft 21 being reduced.
  • the rotational speed of the starter pinion 22 is reduced to the value zero after engagement in the ring gear 25. As a result, this condition also applies to the ring gear 25.
  • the starter motor 13 and the lifting means 16 are controlled separately from one another.
  • the spring 200 can be designed, for example, as a spiral spring or as a plate spring or another type of spring.

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Description

    Stand der Technik
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 011 644 A1 ist ein Verfahren bekannt, wie zwei bewegte Zahnräder einer Startvorrichtung und einer Brennkraftmaschine (Ritzel und Zahnkranz) im dynamischen Fall ineinander in Eingriff zu bringen sind. Dort ist bereits der Fall beschrieben, dass das Ritzel in der sogenannten Auslaufphase der Brennkraftmaschine in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt werden soll. Gegenstand des dort offenbarten Verfahrens ist, dass ein Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz bei im Wesentlichen gleicher Umfangsgeschwindigkeit beider Getriebeteile stattfinden soll. Vergleichbare Verfahren für den Fall eines regulären Startvorgangs einer Brennkraftmaschine, d.h. mit positiver Drehrichtung der Brennkraftmaschine, sind beispielsweise aus der DE 10 2005 004 326 A1 und der DE 10 2004 017 496 A1 bekannt.
  • Demgegenüber ist vorgesehen, dass ein Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz der Startvorrichtung erreicht wird, indem bewusst und bedingt durch technische Mittel erreicht wird, dass das Andrehritzel mit einer Umfangsgeschwindigkeit den Zahnkranz kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes ist. Dies hat den Vorteil, dass der Einrückvorgang des Ritzels in den Zahnkranz wie im konventionellen Fall des Einrückens eines Ritzels eines gewöhnlichen Starters in den Zahnkranz ablaufen kann. Der konventionelle Einrückvorgang verursacht unter üblichen Bedingungen verhältnismäßig geringen Verschleiß, was insbesondere bei einem Fahrzeug mit einem Start-Stopp-System sehr erwünscht ist. Bei einem Fahrzeug mit Start-Stopp-System ist die Anzahl an Starts gegenüber Fahrzeugen mit konventionellem Start-System beispielsweise bis zu zehnmal höher. Vor diesem Hintergrund ist es besonders erstrebenswert, bei einem Start-Stopp-System ein verschleißarmes Einspuren zu ermöglichen.
    • Offenbarung der Erfindung Vorteile
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass beim Einspuren eines Andrehritzels in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine Geschwindigkeitsverhältnisse vorliegen, die dazu führen, dass ein verhältnismäßig sanftes, d. h. verschleißarmes Einspuren eines Andrehritzels in den Zahnkranz ermöglicht wird.
  • Es kann vorgesehen sein, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes ungleich Null ist, wenn das Andrehritzel mit einer Umfangsgeschwindigkeit den Zahnkranz kontaktiert. Insbesondere für den Fall, dass das Andrehritzel zum Einspuren aktiv gedreht wird, ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Andrehritzels ungleich Null ist, um die besonderen beabsichtigten kinematischen und kinetischen Verhältnisse zu erreichen.
  • Das Verfahren ist besonders zuverlässig, wenn die Umfangsgeschwindigkeiten des Zahnkranzes und des Andrehritzels an ihrer gemeinsamen Eingriffsstelle in gleicher Richtung orientiert sind. Dies bedeutet beispielsweise für den Fall, dass der Zahnkranz und auch das Andrehritzel jeweils als außenverzahnte Stirnräder gestaltet sind, dass sich diese in gegensätzlicher Drehrichtung bewegen.
  • Hinsichtlich der unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von Zahnkranz und Andrehritzel hat man durch umfangreiche Versuche herausgefunden, dass bezüglich der Umfangsgeschwindigkeiten besondere Verhältnisse gelten sollen. So ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes im Moment des ersten Kontaktierens mit dem Andrehritzel bzw. des Kontaktierens des Andrehritzels mit dem Zahnkranz die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes maximal um einen Wert gebildet aus dem Produkt von 5 Metern pro Sekunde pro Millimeter und dem Modul des Zahnkranzes in Millimetern größer und minimal größer als die Umfangsgeschwindigkeit des Andrehritzels ist. Die Zuverlässigkeit des Verfahrens ist dadurch steigerbar, indem die Startvorrichtung eine Ritzelwelle aufweist, die das Andrehritzel antreibt, wobei zwischen dem Andrehritzel und der Ritzelwelle in Richtung seiner Rotationsachse eine Federkraft eines Federelements wirkt, wobei durch das Kontaktieren des Andrehritzels mit dem Zahnkranz das Federelement komprimiert wird. Die Zuverlässigkeit des Systems wird dabei nicht nur durch die federnden bzw. elastischen Eigenschaften verbessert, sondern gleichzeitig durch die damit einhergehenden Dämpfungsvorgänge, die beispielsweise durch die Reibung der Feder mit ihren Gegenlagern oder irgendwelcher Strömungsdämpfungen entstehen.
  • Für das Verfahren ist des Weiteren von Bedeutung, dass das Andrehritzel rechtzeitig zum Zahnkranz vorgespurt wird und auch rechtzeitig eine wie vorgesehen hohe Umfangsgeschwindigkeit erreicht. Dementsprechend ist von Bedeutung, dass ein Schaltkriterium durch ein Steuergerät erkannt wird und das Andrehritzel dann in einem Schritt in Richtung zum Zahnkranz vorgespurt und in einem anderen Schritt in Drehung versetzt wird, wobei die am Andrehritzel herrschende Umfangsgeschwindigkeit beim Erreichen des Zahnkranzes kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes ist. Durch diese Maßnahmen kann sichergestellt werden, dass das Ritzel im richtigen Moment mit einer passenden Eigenschaft den Zahnkranz kontaktiert. Es ist dabei zunächst unerheblich, welches Schaltkriterium hier herangezogen wird. Es ist auch unerheblich, welches Steuergerät das Schaltkriterium erkennt.
  • So kann das Schaltkriterium ein Signal sein, welches einem Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine entspricht. Der Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine kann beispielsweise dadurch bedingt sein, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeuges beispielsweise Null ist und/oder der Triebstrang geöffnet ist oder die Fahrzeuggeschwindigkeit beispielsweise unterhalb einer geringen Geschwindigkeitsschwelle, beispielsweise <7h/km, liegt. Ein weiteres Schaltkriterium kann beispielsweise ein Signal sein, welches einer Drehzahleigenschaft des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine entspricht. Eine Drehzahleigenschaft des Zahnkranzes wäre hier beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes bzw. die Änderung der Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes beispielsweise unterhalb einer bestimmten Drehzahlschwelle, aus der ein kommender Stillstand der Brennkraftmaschine abgeleitet werden kann. Eine derartige Eigenschaft könnte darauf hindeuten, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden soll (z. B. Schwungnutzautomatik). Es ist dabei vorgesehen, dass ausgehend von dem Schaltkriterium ein Zeitpunkt errechnet wird, zudem die Startvorrichtung aktiviert wird. So könnte z. B. definiert sein, dass für den Fall, dass die Brennkraftmaschine eine Drehzahl unterhalb von 600/min erreicht, die Startvorrichtung aktiviert wird (Drehen des Andrehritzels, Vorspuren des Andrehritzels), um zu einem geeigneten Zeitpunkt das Andrehritzel mit der geeigneten Eigenschaft mit dem Zahnkranz zu kontaktieren.
  • Hinsichtlich des Verfahrens ist besonders vorgesehen, dass zunächst das Andrehritzel in einem Schritt in Drehung versetzt wird und danach in einem Schritt zum Zahnkranz vorgespurt wird.
    • Zeichnungen
  • In den Zeichnungen ist ein Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels in einen Zahnkranz. dargestellt. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine Startvorrichtung und ausschnittweise eine Brennkraftmaschine mit Zahnkranz,
    Figur 2
    eine Prinzipdarstellung des Systems aus Brennkraftmaschine, Startvorrichtung und Steuergeräten in einem ersten Ausführungsbeispiel,
    Figur 3
    eine Prinzipdarstellung der Geschwindigkeitsverhältnisse zum Zeitpunkt des ersten Kontaktierens des Andrehritzels am Zahnkranz,
    Figur 4
    zeigt den Ablauf eines theoretischen Verfahrens anhand von einigen Momentaufnahmen von Situationen während des Verfahrenablaufs bis zum Andrehen,
    Ausführungsformen der Erfindung
  • Figur 1 zeigt eine elektrische Maschine 10 (Startvorrichtung) in einem Längsschnitt. Diese elektrische Maschine 10 weist beispielsweise einen elektrischen Motor 13 (Startermotor) und eine Schubvorrichtung 16 auf. Der elektrische Motor 13 und die Schubvorrichtung 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der elektrische Motor 13 dient funktionell beispielsweise dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
  • Der elektrische Motor 13 weist als Gehäuse 11 ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerspule 300, die Teil einer Erregerwicklung 34 sind, umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine Stromzufuhr 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielweise zwei, drei oder vier Stück) am Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
  • In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenräder 86, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit einer Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt. Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig hier beispielsweise mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 134 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Verzahnung 143 ausgeführt.
  • Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Die Schubvorrichtung 16 weist ein Gehäuse 156 ab, welches Mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In der Schubvorrichtung 16 ist weiterhin eine Wicklung 162 zum Einziehen angeordnet. Die Wicklung 162 zum Einziehen bewirkt im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Unter anderem wirkt sich dieses magnetische Feld auf einen linear beweglichen Anker, der hier als Hubmittel 168 bezeichnet ist, und ggf. einen hier deckelartigen Rückschlusskern 171 aus. Das Hubmittel 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Hubmittels 168 nach rechts bewegt wird.
  • Die Schubvorrichtung 16 bzw. das Hubmittel 168 hat die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen in dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel 190 zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, greift mit zwei hier nicht dargestellten "Zinken" bzw. Gabelarmen an seinem Außenumfang einen sich zwischen zwei Scheiben 193 und 194 befindenden Mitnehmerring 197, um diesen zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.
  • Alternativ könnte der elektrische Motor 13 auch permanentmagnetisch erregt sein. Dabei weist das Polrohr 28 an seinem Innenumfang statt jeweils von einer Erregerspule 300 umgebene Polschuhe 31 Permanentmagnete auf, die für das entsprechende magnetische Gegenfeld zum Anker 37 sorgen.
  • In Figur 2 ist dargestellt, wie die Startvorrichtung 10 elektrisch mit einem Startersteuergerät 250 verbunden bzw. verschaltet ist. So steuert beispielsweise dieses Startersteuergerät 250 mittels eines elektrischen Hubmagneten 253 (Relais) einen Schalter 256 an, der für die Stromversorgung des Startermotors 13 zuständig ist. Ist dieser Schalter 256 geschlossen, so wird positives elektrisches Potential von einer Starterbatterie bzw. eines Starterakkumulator 259 an den Startermotor 13 angelegt. In der Folge beginnt sich der Anker 37 zu drehen, auch das Andrehritzel 22 beginnt sich zu drehen. Des Weiteren schaltet das Startersteuergerät 250 die Schubvorrichtung 16. Hierzu wird die Wicklung 162 zum Einziehen mittels zweier elektrischer Leitungen 262 und 265 bestromt. In der Folge bewegt sich das Hubmittel 168, welches das Zugelement 187 und in der Folge den Hebel 190 bewegt. Das Andrehritzel 22 wird damit in Richtung der Abtriebswelle 116 axial in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgeschoben.
  • Der Ablauf gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist dabei wie folgt: Ein Drehzahlsensor 270 übermittelt ein Signal an ein Motorsteuergerät 273. Dieses Signal entspricht hier einer Drehzahleigenschaft des Zahnkranzes 25 der Brennkraftmaschine 20. Es ist dabei unerheblich, ob der Drehzahlsensor 270 die Drehzahl des Zahnkranzes 25 oder die Drehzahl eines anderen mit dem Zahnkranz 25 verbundenen Bauteils übermittelt. In Frage könnte hierbei beispielsweise auch die Drehzahl einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine 20 kommen. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 entscheidet das Motorsteuergerät 273, ob das Startersteuergerät 250 aktiviert werden soll oder nicht. Ist die Drehzahleigenschaft derartig, dass das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 eingespurt werden soll, so aktiviert in diesem Fall das Motorsteuergerät 273 das Startersteuergerät 250, welches sowohl das Andrehen des Startermotors 13 (Aktivieren des Hubmagnets 253, Schließen des Schalters 256) und das Aktivieren der Schubvorrichtung 16 durch Schalten der Wicklung 162 umfasst. Zu diesem Aktivierungsverfahren gibt es Alternativen, die nachfolgend noch erwähnt werden. Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren ist ein Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels 22 einer Startvorrichtung 10 in einen Zahnkranz 25 einer Brennkraftmaschine vorgesehen, wobei das Andrehritzel 22 aufgrund eines drehenden Startermotors 13 eine Umfangsgeschwindigkeit vR aufweist und der Zahnkranz 25 eine Umfangsgeschwindigkeit vZK aufweist, wobei das Andrehritzel 22 entlang einer Rotationsachse 276 axial vorspurt. Das Andrehritzel 22 kontaktiert den Zahnkranz 25 mit einer Umfangsgeschwindigkeit vR, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ist.
  • Die Figur 3 zeigt in schematischer Ansicht in Achsrichtung (Drehachse von Andrehritzel 22 und Zahnkranz 25) eine Stirnansicht auf das Andrehritzel 22 und den Zahnkranz 25 in dem Moment vor dem Kontaktieren des Zahnkranzes 25 durch das Andrehritzel 22. Es ist dargestellt, dass der Zahnkranz 25 hier rechtsdrehend ist und das Andrehritzel 22 linksdrehend. Der Zahnkranz 25 weist an seinem Außenumfang, d. h. hier auf dem Teilkreisdurchmesser, eine Umfangsgeschwindigkeit vZK und das Andrehritzel 22 auf seinem Teilkreisdurchmesser eine Umfangsgeschwindigkeit VR auf. Wie dargestellt, kontaktiert das Andrehritzel 22 mit einer Umfangsgeschwindigkeit vR den Zahnkranz 25, wobei die Umfangsgeschwindigkeit vR kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ist.
  • Die Figur 4a bis 4k zeigt den Ablauf des Einspurvorgangs in stark schematischer Weise. Die Darstellungen in Figur 4a bis 4k zeigen in Abwicklungen den Ablauf des Eingreifens der Zähne des Andrehritzels 22 in die Zahnlücken des Zahnkranzes 25. D. h. der Umfang der Zahnräder ist hier linear dargestellt.
  • So zeigt Figur 4a die Situation des Andrehritzels 22 und des Zahnkranzes 25 nach dem das Andrehritzel 22 in Drehbewegung versetzt wurde. Das Andrehritzel 22 zeigt in der ausschnittweisen Darstellung einen Zahn ZR1 und nachfolgend einen Zahn ZR2. Diese Zähne ZR1 und ZR2 weisen in Richtung zur zum Zahnkranz 25 gerichteten Stirnseite 300 eine Schrägung 303 auf, diese Schrägung 303 weist zur Rückseite der Zähne. Rückseite bedeutet hier, dass diese Schrägung von der Stirnseite 300 auf die Rückseite des Zahns übergeht, wobei die Rückseite des Zahns ZR1 oder ZR2 gegen die Drehrichtung orientiert ist. Der Zahnkranz 25 weist ebenfalls eine Stirnseite 306 auf. Die Zähne ZK1, ZK2, ZK3 und ZK4, stellvertretend für alle Zähne am Außenumfang des Zahnkranzes 25, weisen ebenfalls eine Schrägung 309 auf. Im Gegensatz zu den Schrägungen 303 des Andrehritzels 22 zeigen diese Schrägungen 309, ausgehend von der Stirnseite 306 in Richtung zur Drehrichtung und damit der Umfangsgeschwindigkeit vZK. Die Schrägungen 303 des Andrehritzels 22 und auch die Schrägungen 309 des Zahnkranzes 25 stehen einander gegenüber bzw. weisen aufeinander. Die unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten des Teilungskreises des Andrehritzels 22 und des Zahnkranzes 25 sind hier mit unterschiedlichen großen Pfeilen dargestellt.
  • Ausgehend von der Figur 4a zeigt die Figur 4b den nächsten Schritt. Die Figur 4b zeigt hier den Moment des Kontaktierens des Andrehritzels 22 am Zahnkranz 25. Diese Figur 4b zeigt den Normalfall des ersten Versuchs eines Einspurens eines Andrehritzels 22 in den Zahnkranz 25 einer Brennkraftmaschine, nämlich die sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung. Wie hier gut zu erkennen ist, stehen sich die Stirnseiten 300 und 306 der Zähne ZR1 und ZR2 und der Zähne ZK1 und ZK2 einander im Weg. Ein glattes ungehindertes Einspuren des Andrehritzels 22 in den Zahnkranz 25 ist so nicht möglich.
  • Gemäß dem weiteren Ablauf des Einspurverfahrens und der Situation hinsichtlich der Umfangsgeschwindigkeiten vR und vZK von Andrehritzel 22 und Zahnkranz 25, drehen sich die beiden Zahnräder relativ zueinander. Demzufolge gleiten die Zähne ZK1 und ZK2 des Zahnkranzes 25 an den Stirnflächen der Zähne ZR1 und ZR2 entlang, bis sich für die Zähne ZR1 und ZR2 theoretisch die Möglichkeit ergäbe, in eine Zahnlücke ZL1 zwischen den Zähnen ZK1 und ZK2 einzuspuren. Aufgrund der Massenträgheit des Andrehritzels 22 und der Relativgeschwindigkeit, d. h. der Differenz der Umfangsgeschwindigkeiten von Andrehritzel 22 und Zahnkranz 25, schaffen es die Zähne ZR1 und ZR2 zunächst nicht in die entsprechenden Zahnlücken ZL1 und ZL2 des Zahnkranzes 25 einzuspuren. Vielmehr schlagen die Schrägungen 303 der Zähne ZR1 und ZR2 an den Schrägungen 309 der Zähne ZK2 und ZK3 an. Dieses Anschlagen bzw. Anprallen führt dazu, dass das Andrehritzel 22 zunächst einmal von den Schrägungen 309 abprallt, dabei aber kinetische Energie verliert, d. h. in axialer Richtung (Drehachse 276) nicht allzu weit zurückspurt, siehe auch Figur 4e. Während dieses Abprallens und nicht eingespurt seins im Zahnkranz 25 verdreht sich der Zahnkranz 25 weiter relativ zum Andrehritzel 22, so dass die Schrägungen der 303 der Zähne ZR1 und ZR2 nunmehr den Schrägungen 309 der Zähne ZK3 und ZK4 gegenüber stehen, siehe auch Figur 4g. Die Zähne des Andrehritzels 22 schlagen aufgrund dessen, dass das Andrehritzel nunmehr weniger kinetische Energie in sich trägt, nicht mehr ganz so hart auf den Schrägungen 309 der Zähne ZK3 und ZK4 des Zahnkranzes 25 auf. Des Weiteren hat der Zahnkranz 25 mit dem Anprallen (Figur 4d) des Andrehritzels 22 auf das Andrehritzel 22 einen gewissen Drehimpuls übertragen (gleichzeitig wurde der Zahnkranz dadurch aber auch etwas abgebremst), so dass das Andrehritzel 22 mit seinen Zähnen ZR1 und ZR2 nunmehr nicht oder nahezu nicht von den Schrägungen 309 der Zähne ZK3 und ZK4 abprallt und aufgrund einer Vorspannkraft der Feder 200 weiter in die Zahnlücken ZL2 und ZL3 hineingeschoben wird, bis diese die Schrägungen 309 des Zahnkranzes 25 hinter sich gelassen haben (Figur 4h).
  • Die Zähne ZR1 und ZR2 des Andrehritzels 22 gleiten nunmehr -jetzt in Umfangsrichtung getrieben durch den Zahnkranz bzw. dessen Zähne ZK3 und ZK4 weiter in die Zahnlücken ZL3 und ZL2, bis diese Zähne gänzlich in den Zahnlücken ZL2 und ZL3 eingeschoben sind (Figur 4i und Figur 4j). Daran anschließend führen die Zähne ZR3 und ZR4 einen Anlagewechsel (Figur 4k) durch, d. h. entweder bremst der Zahnkranz 25 so stark ab, dass die Zähne ZK3 und ZK4 langsamer werden und so an den Zähnen ZR1 und ZR2 zur Anlage kommen oder dass Andrehritzel 22 beschleunigt so sehr, dass es nunmehr den Zahnkranz 25 aktiv antreibt, um die Brennkraftmaschine 20 über den Zahnkranz 25 wieder anzudrehen (Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine). Letzter Fall kann dann auftreten, wenn sich beim Fahrer eine Absichtsänderung ergeben hat, während der Einspurvorgang des Andrehritzels 22 in den Zahnkranz 25 im Gange war. Eine solche Änderung kann beispielsweise dann auftreten, wenn der Fahrer mit seinem Fahrzeug auf eine Ampel zugefahren ist und an sich beabsichtigte das Fahrzeug zum Stehen zu bringen oder bereits sehr kurzfristig zum Stehen gebracht hat. In einem solchen Fall kann die Brennkraftmaschine gerade im Begriff des Auslaufens sein, wenn die Ampel von "Halt" auf "Fahren" umschaltet. In einem solchen Fall kann beispielsweise durch Betätigen eines Signalgebers, welches für einen Fahrerwunsch steht (Gaspedal), das Andrehritzel 22 plötzlich beschleunigt werden und die in Figur 4k dargestellte Situation eintreten (Schlagwort "mind change", Neudeutsch für Absichtsänderung oder Gesinnungswandel des Fahrers).
  • Gemäß dem bisher beschriebenen ist demzufolge ein Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels 22 einer Startvorrichtung 10 in einen Zahnkranz 25 einer Brennkraftmaschine 20 vorgesehen, wobei das Andrehritzel 22 eine Umfangsgeschwindigkeit vR aufweist, und der Zahnkranz 25 eine Umfangsgeschwindigkeit vZK aufweist, wobei das Andrehritzel 22 entlang seiner Rotationsachse 276 axial vorspurt, wobei das Andrehritzel 22 mit einer Umfangsgeschwindigkeit vR den Zahnkranz 25 kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ist. Daraus wird deutlich, dass es beim Verfahren auf die Geschwindigkeitsverhältnisse zwischen dem Andrehritzel 22 und dem Zahnkranz 25 ankommt. Dementsprechend sind mehrere Fälle unterscheidbar, wobei nur der Fall c) den hier beigefügten Ansprüchen entspricht und ein erfindungsgemäßes Verfahren beschreibt:
    1. a) Der erste Fall ist der Fall, wie er in Figur 3 dargestellt ist. Die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes vZK ist größer als die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22. Daraus ergibt sich im Umkehrschluss, dass das Andrehritzel 22 mit einer Umfangsgeschwindigkeit vR den Zahnkranz 25 kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ist. Die Drehrichtung ist in diesem Fall in der gleichen Richtung wie die vorgesehene bzw. tatsächliche Drehrichtung einer Antriebswelle 21 (beispielsweise Kurbelwelle) der Brennkraftmaschine 20 im antreibenden Fall und hier wertmäßig als positiv bewertet. In diesem Fall ist die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 ungleich Null. Ebenso ist die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22 ungleich Null. Beide Umfangsgeschwindigkeiten vR, vZK sind in gleicher Richtung orientiert, Figur 3.
    2. b) In diesem Fall ist die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 nach wie vor größer als die Geschwindigkeit vR des Andrehritzels 22. Dies bedeutet, dass die Drehrichtung des Andrehritzels 22 in diesem Fall der Andrehrichtung des Andrehritzels 22 aus dem Fall a entgegengesetzt ist. Während im Fall a das Andrehritzel 22 mit einer Drehung bzw. Winkelgeschwindigkeit dreht, die der vorgesehenen Drehung der Antriebswelle 21 in deren Antriebszustand entgegengesetzt ist, so ist im Fall b vor dem Kontaktieren des Andrehritzels 22 dessen Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung wie die spätere Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 21. Unter derartigen Geschwindigkeitsverhältnissen zwischen dem Zahnkranz 25 und dem Andrehritzel 22 können die gleichen Relativbewegungen vorliegen wie im Fall a. Im Unterschied zum Fall a, ist nach dem erfolgten Einspuren des Andrehritzels 22 die Drehrichtung und damit die Winkelgeschwindigkeit des Startermotors 13 umzudrehen.
    3. c) Beim Fall c ist die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 größer Null und die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22 kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25. Die Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25 ist dabei der Antriebsdrehrichtung der Antriebswelle 21 entgegengesetzt. Ein derartiger Fall kann dann auftreten, wenn sich in der Brennkraftmaschine 20 aufgrund von bekannten Auslaufeigenschaften die Drehrichtung der Antriebswelle 21 umkehrt. So ist das Phänomen bekannt, dass ein sich in einer Brennkraftmaschine zum sogenannten oberen Totpunkt bewegender Kolben die für die Verbrennung vorgesehene Luft verdichtet und dabei Arbeit gegen den Luftdruck in dem Brennraum oberhalb des Kolbens verrichtet. Ist die Energie des Kolbens bzw. der Antriebswelle 21 und der damit verbundenen Antriebsteile (Kolben, Pleuel, Kurbelwelle) nicht so hoch, dass der Kolben den oberen Todpunkt überschreiten kann, so wird die Antriebswelle 21 wieder zurückdrehen. Dieser Fall ist hier mit diesem Fall c gemeint. In einer derartigen Situation dreht sich die Antriebswelle 21 nachdem sie den oberen Todpunkt nicht erreicht hat, wieder zurück und weist demzufolge kurzfristig eine Winkelgeschwindigkeit auf, die der Winkelgeschwindigkeit im Antriebsfall und auch im Fall a entgegengesetzt ist. Derartige Details zu diesem Thema sind aus druckschriftlichen Werken zur Technik von Verbrennungsmotoren allgemein bekannt. Im Moment ab der Drehrichtungsumkehr und damit der Annahme einer Winkelgeschwindigkeit der Antriebswelle 21 und des Zahnkranzes 25, wird diese Winkelgeschwindigkeit und damit auch die Umfangsgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25 dem Wert nach negativ bewertet. Mit anderen Worten, die Winkelgeschwindigkeit des Andrehritzels 22 muss bis zum Moment des Kontaktierens einen Wert annehmen, der verglichen mit der Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25 noch negativer ist, um gemäß der hier vorgenommenen Definition kleiner zu sein als die Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes 25. Gemäß der hier vorgenommenen Definition ist in diesem Fall die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22 ebenfalls kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25.
  • In diesem Verfahren ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 im Moment des ersten Kontaktierens maximal um einen Wert gebildet aus dem Produkt von 5m/(s ∗ mm) [fünf Meter pro dem Produkt aus Sekunden und Millimetern] und dem Modul mZK des Zahnkranzes 25 in mm größer ist und minimal größer als die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22 ist. Als Beispiel sei hier für den Modul mZK des Zahnkranzes 25 ein Wert von 2,11 mm angenommen. Diese technische Größe Modul m ist beispielsweise in der deutschen Industrienorm DIN 868 angegeben und ist eine Basisgröße für Längenmaße von Verzahnungen. Der Modul m ergibt sich als Quotient aus der Teilung p und der Zahl π. Die Teilung p wiederum ist in einem bestimmten Schnitt der Verzahnung der Bogen auf der Bezugsfläche zwischen den gleichnamigen Flanken zweier benachbarter Zähne, also beispielsweise der Zähne ZK1 und ZK2. Weist also der Modul m den genannten Wert auf, so ist vorgesehen, dass die Umfangsgeschwindigkeit vZK des Zahnkranzes 25 maximal um 10,55 Metern pro Sekunde größer ist als die Umfangsgeschwindigkeit vR des Andrehritzels 22. Für einen Modul m von 3 mm ergäbe sich somit ein Wert von 15 Metern pro Sekunde und für einen Modul von 1,5 mm eine Geschwindigkeit von 7,5 Metern pro Sekunde.
  • Es ist des Weiteren vorgesehen, dass die Startvorrichtung 10 eine Ritzelwelle in Gestalt des Mitnehmers 131 aufweist, die das Andrehritzel 22 antreibt. Dabei wirkt auf das Andrehritzel 22 eine Federkraft der Feder 200, wobei beim Kontaktieren des Andrehritzels 22 mit dem Zahnkranz 25 die Feder 200 komprimiert wird.
  • Mit Bezug zu Figur 2 wurde bereits erläutert, dass im Rahmen des Verfahrens ein Schaltkriterium, z. B. eine Drehzahl des Zahnkranzes 25 oder der Antriebswelle 21 oder einer Nockenwelle durch ein Steuergerät 273, dort ausgeführt als Motorsteuergerät erkannt wird. In der Folge wird das Andrehritzel 22 in einem Schritt in Richtung zum Zahnkranz 25 vorgespurt und in einem anderen Schritt in Drehung versetzt, wobei die am Andrehritzel 22 herrschende Umfangsgeschwindigkeit vR beim Erreichen des Zahnkranzes 25 kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit vZK ist. Es ist zunächst unerheblich, ob das Vorspuren des Andrehritzels 22 vor dem Beginn des Drehens abläuft oder in umgekehrter Reihenfolge.
  • Eine Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 2 kann beispielsweise vorsehen, dass das Schaltkriterium, beispielsweise die Drehzahl, nicht durch das Steuergerät 273 der Brennkraftmaschine 20 erkannt wird, sondern beispielsweise durch das Steuergerät 250 des Starters, welcher nachfolgend dann die bereits erwähnten Schritte (in Drehung versetzen, Vorspuren) veranlasst.
  • Das Schaltkriterium kann beispielsweise ein Signal sein, welches einem Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine in allgemeiner Form entspricht. Ein derartiger Wunsch kann bereits beispielsweise dadurch in Erscheinung treten, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert werden soll. Eine derartige Geschwindigkeitsverringerung kann sich beispielsweise aus dem Betätigen des Bremspedals bzw. der Ansteuerung eines entsprechenden Signalaufnehmers, welcher die Signale der Bremsanlage verarbeitet, ergeben. Ein entsprechendes anderes Signal könnte auch das Signal sein, welches dazu vorgesehen ist der Brennkraftmaschine 20 zu signalisieren, dass diese nun im Leerlauf gesteuert werden soll (Schubabschaltung).
  • So ist es gemäß dem Verfahren bzw. einer Variante dieses Verfahrens vorgesehen, dass ausgehend von dem Schaltkriterium ein Zeitpunkt errechnet wird, zudem die Startvorrichtung aktiviert wird, um die gemäß der Erfindung gewünschten Bedingungen zu erreichen. Es ist vorgesehen, dass das Verfahren an einer auslaufenden Brennkraftmaschine 20 angewandt wird, wobei sich die Drehzahl der Antriebswelle 21 verringert. Gemäß einem weiteren Verfahrensschritt ist vorgesehen, dass die Drehzahl des Andrehritzels 22 nach dem Einspuren in den Zahnkranz 25 auf den Wert Null gesenkt wird. In der Folge gilt diese Bedingung auch für den Zahnkranz 25.
  • Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, den Startermotor 13 und das Hubmittel 16 voneinander getrennt anzusteuern.
  • Die Feder 200 kann beispielsweise als Spiralfeder ausgeführt sein oder als Tellerfeder oder eine andere Federart.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Einspuren eines Andrehritzels (22) einer Startvorrichtung (10) in einen Zahnkranz (25) einer Brennkraftmaschine (20), die eine Antriebswelle (21) aufweist, wobei das Andrehritzel (22) eine Umfangsgeschwindigkeit (vR) aufweist und der Zahnkranz (25) eine Umfangsgeschwindigkeit (vZK) aufweist,
    wobei eine Winkelgeschwindigkeit und die Umfangsgeschwindigkeit (vZK) des Zahnkranzes (25) als positiv bewertet werden, wenn die Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung wie die vorgesehene Drehrichtung der Antriebswelle (21) im antreibenden Fall ist, und als negativ bewertet werden, wenn die Winkelgeschwindigkeit entgegengesetzt der vorgesehenen Drehrichtung der Antriebswelle (21) im antreibenden Fall ist,
    wobei das Andrehritzel (22) entlang seiner Rotationsachse (276) axial vorspurt und das Andrehritzel (22) mit einer Umfangsgeschwindigkeit (vR) den Zahnkranz (25) kontaktiert, die kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit (vZK) des Zahnkranzes (25) ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes (25) entgegengesetzt der vorgesehenen Drehrichtung der Antriebswelle (21) im antreibenden Fall ist und damit die Winkelgeschwindigkeit und die Umfangsgeschwindigkeit (vZK) des Zahnkranzes dem Wert nach negativ bewertet sind, und
    dass die Winkelgeschwindigkeit des Andrehritzels (22) verglichen mit der Winkelgeschwindigkeit des Zahnkranzes (25) noch negativer ist.
  2. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsgeschwindigkeit (vZK) des Zahnkranzes (25) im Moment des ersten Kontaktierens maximal um einen Wert gebildet aus dem Produkt von 5 Metern pro Sekunde pro Millimeter und dem Modul m des Zahnkranzes (25) in Millimetern größer und minimal größer als die Umfangsgeschwindigkeit (vR) des Andrehritzels (22) ist.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (10) eine Ritzelwelle aufweist, die das Andrehritzel (22) antreibt, wobei auf das Andrehritzel (22) eine Federkraft einer Feder (200) wirkt, wobei beim Kontaktieren des Andrehritzels (22) mit dem Zahnkranz (25) die Feder (200) komprimiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltkriterium durch ein Steuergerät (273, 250) erkannt wird und das Andrehritzel (22) in einem Schritt in Richtung zum Zahnkranz (25) vorspurt und in einem anderen Schritt in Drehung versetzt wird, wobei die am Andrehritzel (22) herrschende Umfangsgeschwindigkeit (vR) beim Erreichen des Zahnkranzes (25) kleiner als die Umfangsgeschwindigkeit (vZK) des Zahnkranzes (25) ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltkriterium ein Signal ist, welches einem Wunsch nach Abschalten der Brennkraftmaschine (20) entspricht.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder5, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von dem Schaltkriterium ein Zeitpunkt errechnet wird, zudem die Startvorrichtung (10) aktiviert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Andrehritzel (22) in einem Schritt in Drehung versetzt wird und danach in einem Schritt zum Zahnkranz (25) vorgespurt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine Drehzahl des Zahnkranzes (25) im Wesentlichen senkt.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Startermotor (13) und das Hubmittel (16) voneinander getrennt angesteuert werden.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Andrehritzel (22) Zähne (ZR1, ZR2, ZR3) mit Stirnflächen (300) und der Zahnkranz (25) Zähne (ZK1, ZK2, ZK3, ZK4) mit Stirnflächen (306) aufweist, wobei die Zähne (ZR1, ZR2, ZR3) Schrägungen (303) und die Zähne (ZK1, ZK2, ZK3, ZK4) Schrägungen (309) aufweisen, wobei die Schrägungen (303) der Zähne (ZR1, ZR2, ZR3) des Andrehritzels (22) und die Schrägungen (309) der Zähne (ZK1, ZK2, ZK3, ZK4) des Zahnkranzes (25) einander gegenüber stehen.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim ersten Versuch eines Einspurens eine sogenannte Zahn-auf-Zahn-Stellung ergibt, dann die Zähne (ZK1, ZK2) des Zahnkranzes (25) an den Stirnflächen (300) der Zähne (ZR1, ZR2) des Andrehritzels (22) entlang gleiten, bis sich für die Zähne (ZR1, ZR2) des Andrehritzels (22) theoretisch die Möglichkeit ergibt, in eine Zahnlücke (ZL1) zwischen den Zähnen (ZK1, ZK2) des Zahnkranzes (25) einzuspuren, dann die Schrägungen (303) der Zähne (ZR1, ZR2) des Andrehritzels (22) an den Schrägungen (309) der Zähne (ZK2, ZK3) des Zahnkranzes (25) anschlagen und das Andrehritzel (22) zunächst von den Schrägungen (309) abprallt, dabei kinetische Energie verliert und in Richtung der Rotationsachse (276) zurückspurt, sich der Zahnkranz (25) weiter relativ zum Andrehritzel (22) verdreht, so dass die Schrägungen (303) der Zähne (ZR1, ZR2) des Andrehritzels (22) nunmehr den Schrägungen (309) der Zähne (ZK3, ZK4) des Zahnkranzes (25) gegenüber stehen, wobei die Zähne (ZR1, ZR2) des Andrehritzels (22) nicht mehr ganz so hart auf den Schrägungen (309) der Zähne (ZK3, ZK4) des Zahnkranzes (25) aufschlagen, der Zahnkranz (25) mit dem Anprallen des Andrehritzels (22) auf das Andrehritzel (22) einen gewissen Drehimpuls überträgt, so dass das Andrehritzel (22) mit seinen Zähnen (ZR1, ZR2) nunmehr nicht oder nahezu nicht von den Schrägungen (309) der Zähne (ZK3, ZK4) abprallt und aufgrund einer Vorspannkraft einer Feder (200) das Andrehritzel (22) weiter in die Zahnlücken (ZL2, ZL3) hineingeschoben wird, bis diese die Schrägungen (309) des Zahnkranzes (25) hinter sich gelassen haben.
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