EP2409018A1 - Starter für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Starter für eine brennkraftmaschine

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Publication number
EP2409018A1
EP2409018A1 EP10708567A EP10708567A EP2409018A1 EP 2409018 A1 EP2409018 A1 EP 2409018A1 EP 10708567 A EP10708567 A EP 10708567A EP 10708567 A EP10708567 A EP 10708567A EP 2409018 A1 EP2409018 A1 EP 2409018A1
Authority
EP
European Patent Office
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starter
coating
starter according
freewheel
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10708567A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Botzenhard
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 EP2409018A1 publication Critical patent/EP2409018A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02N15/022—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D41/06—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface
    • F16D41/064—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls
    • F16D41/066—Freewheels or freewheel clutches with intermediate wedging coupling members between an inner and an outer surface the intermediate members wedging by rolling and having a circular cross-section, e.g. balls all members having the same size and only one of the two surfaces being cylindrical
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    • F02N2250/08—Lubrication of starters; Sealing means for starters
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16D2300/00—Special features for couplings or clutches
    • F16D2300/10—Surface characteristics; Details related to material surfaces

Definitions

  • the invention is based on a starter for an internal combustion engine according to the preamble of the independent claim, as it is known for example from the Yellow Series of Bosch publications on generators and starters, Edition 2002, p. 52ff. is known. On page 71 of this document, a freewheel for a starter according to the invention is explained, which in the manner of an overrunning the rotational movements of a starter motor on the
  • This freewheel is located between the starter motor and a starting pinion for the internal combustion engine and has the task to take the pinion when driving the drive shaft and to solve the connection between the pinion and the drive shaft at faster running pinion.
  • the freewheel thus prevents the armature of the starter motor is accelerated when starting the engine to an inadmissible high speed.
  • Starters of the type according to the invention usually have roller freewheels, wherein the frictional connection between an inner ring connected to an output shaft and an outer ring which can be driven by the starter motor is produced by cylindrical rollers can be produced, which are arranged movably along a sliding cam. At rest, this springs press the rollers in a narrowing part between the sliding curve of the freewheel outer ring and the inner ring, or the pinion shaft. The clamping angle formed on the rollers is so small that the pinion is immediately rotated when the starter motor starts up.
  • the starter according to the invention with the features of the independent claim has the advantage that the functionality of its freewheel, especially with frequent use and high operating temperatures, such as those arising during start-stop operation of the engine, is maintained with certainty during the required life of the starter.
  • This is especially true for the vulnerable friction pairings of the freewheel, namely acting as a driver outer ring with its receivers for the freewheel rollers and arranged on the output shaft of the starter inner ring as an abutment of the freewheel rollers.
  • the fatigue of the freewheel and the hereby associated in particular at high temperatures difficulties completely eliminated, thereby reducing the assembly cost is reduced.
  • the risk of deterioration by decomposition products of the grease is avoided at the parts adjacent to the freewheel, for example in the pinion bushings and the drive of the freewheel through the output shaft of the starter motor.
  • the coefficient of friction ( ⁇ ) of the coating is preferably in the range of 0.02 to 1, in particular in the range of 0.04 to 0.4, wherein the coating expediently has a thickness of 2 to 10 ⁇ .
  • a galvanically deposited hard chrome layer has proven to be a particularly advantageous coating with an application of a solid lubricant, in particular a solid lubricant of PTFE (polytetrafluoroethylene) or MoS 2 (molybdenum disulfide).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • MoS 2 molybdenum disulfide
  • Such an electrodeposited hard chrome layer preferably has a Thickness of 5 to 10 ⁇ m.
  • Other coatings are expediently applied in a smaller thickness, for example diamond-like carbon layers (DLC layers) in a layer thickness of 2 to 4 ⁇ m.
  • DLC layers diamond-like carbon layers
  • a galvanically deposited hard chrome layer has the further advantage that the coated part is heated only very little, as a rule only to temperatures of about 50 ° C, at which deformations of the coated workpiece can be excluded with certainty.
  • the coating temperature in the plasma is preferably limited to a value of approximately 250 0 C, in order here also to exclude deformation of the coated workpiece and / or a deterioration in its hardness.
  • Figure 2 is an enlarged view of the
  • FIG. 1 shows a starter 10 in longitudinal section. This has a starter motor 13 and an engagement relay 16.
  • the starter motor 13 and the engagement relay 16 are attached to a common drive bearing plate 19.
  • the starter motor 13 is functionally to drive a starter pinion 22 when it is meshed in the ring gear 25 of the internal combustion engine, not shown here.
  • the starter motor 13 has a pole tube as a housing 28, which carries on its inner circumference pole pieces 31, which are each wrapped by a field winding 34.
  • the pole shoes 31 in turn surround an armature 37, which has an armature packet 43 constructed from fins 40 and an armature winding 49 arranged in grooves 46.
  • the armature package 43 is pressed onto a drive shaft 44.
  • a commutator 52 is further attached, the u.a. from single
  • Commutator blades 55 is constructed.
  • the commutator bars 55 are so electrically connected in a known manner with the armature winding 49, that upon energization of the commutator fins 55 by carbon brushes 58, a rotational movement of the armature 37 in the pole tube 28 results.
  • a arranged between the contactor 16 and the starter motor 13 power supply 61 supplies in the on state, both the Kohlbürsten 58 and the field winding 34 with power.
  • the drive shaft 44 is commutator side supported with a shaft journal 64 in a sliding bearing 67, which in turn is held stationary in a commutator bearing plate 70.
  • the end shield 70 is in turn by means of tie rods 73, which are arranged distributed over the circumference of the pole tube 28 (screws, for example, 2, 3 or 4 pieces) in the drive end plate 19 is attached.
  • the pole tube 28 is supported on the drive bearing plate 19 and the commutator bearing plate 70 on the pole tube 28th
  • a so-called sun gear 80 connects to the armature 37, which is part of a planetary gear 83.
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planet gears 86, usually three
  • Planetary gears 86 which are supported by means of rolling bearings 89 on journals 92.
  • the planet gears 86 roll in a ring gear 95, which is mounted outside in the pole tube 28.
  • the planetary gears 86 are followed by a planet carrier 98, in which the
  • Achszapfen 92 are included.
  • the planet carrier 98 is in turn stored in an intermediate storage 101 and a slide bearing 104 arranged therein.
  • the intermediate bearing 101 is designed cup-shaped, that in this both the planetary carrier 98 and the planet gears 86 are added.
  • the ring gear 95 is arranged in the cup-shaped intermediate bearing 101, which is ultimately closed by a cover 107 relative to the armature 37.
  • the intermediate bearing 101 is supported with its outer circumference on the inside of the pole tube 28.
  • the armature 37 has on the end facing away from the commutator 52 end of the drive shaft 44 has a further shaft journal 110, which is also received in a sliding bearing 113, from.
  • the sliding bearing 113 in turn is received in a central bore of the planet carrier 98.
  • the planetary carrier 98 is integrally connected to the output shaft 116.
  • This output shaft 116 is supported with its end 119 facing away from the intermediate bearing 101 in a further bearing 122 which is fixed in the drive bearing plate 19.
  • the output shaft 116 is divided into several sections. Thus, the section which is arranged in the sliding bearing 104 of the intermediate bearing 101 is followed by a section with a straight toothing 125 (internal toothing), which is part of a shaft-hub connection.
  • This shaft-hub connection 128 in this case allows the axially rectilinear sliding of a driver 131.
  • This driver 131 is a sleeve-like extension which is integral with a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • This freewheel 137 (Richtgesperre) further consists of the inner ring 104 which is disposed radially within the outer ring 132. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 clamping body 138 are arranged. These designed as cylindrical rollers clamp body 138 prevent in cooperation with the inner and outer ring relative rotation between the outer ring and the inner ring in a second direction. In other words, the freewheel 137 allows a relative movement between inner ring 140 and outer ring 132 in one direction only.
  • the inner ring 140 is formed integrally with the starter pinion 22 and its helical teeth 143 (external helical teeth).
  • the engagement relay 16 has a bolt 150, which is an electrical contact and which is connected to the positive terminal of an electric starter battery, which is not shown here.
  • This bolt 150 is passed through a relay cover 153.
  • This relay cover 153 terminates a relay housing 156, which is fastened by means of a plurality of fastening elements 159 (screws) on the drive bearing plate 19.
  • In the engagement relay 16 are still a pull-in winding 162 and a Holding winding 165 arranged.
  • the pull-in winding 162 and the holding winding 165 both generate an electromagnetic field in the switched-on state, which flows through the relay housing 156 (made of electromagnetically conductive material), a linearly movable armature 168 and an armature return 171.
  • the armature 168 carries a push rod 174, which is moved in the direction of linear retraction of the armature 168 in the direction of a switching pin 177. With this movement of the push rod 174 to the shift pin 177 this is from its rest position in the direction of two
  • Contacts 180 and 181 moves so that a mounted at the end of the switching pin 177 contact bridge 184 connects both contacts 180 and 181 electrically. As a result, electrical power is conducted from the bolt 150 across the contact bridge 184 to the power supply 61 and thus to the carbon brushes 58. The starter motor 13 is energized.
  • the engagement relay 16 or the armature 168 also has the task, with a tension member 187 to move a drive plate 19 rotatably mounted lever.
  • This lever 190 usually designed as a fork lever, engages with two tines, not shown here, on its outer circumference two discs 193 and 194 to a clamped between them
  • Figure 2 shows a detail of an enlargement of
  • This has a helical toothing 143, which is arranged on the toothed rim 25 facing the end of a sleeve-like extension 203.
  • This sleeve-like extension 203 provides a Type pipe, which has a total of two sections. A first portion is that on whose axial length the helical gear 143 is mounted. The second section is that on which the inner ring 140 is pushed. This inner ring 140 in turn has three contours, which have different functions.
  • a clamping surface or clamping web 210 is present, which has a machined, preferably ground surface, on which the clamping bodies 138 are clamped.
  • a shoulder 213 can be seen, which separates the clamping track 210 from a starting collar 216.
  • the inner ring 140 is pushed or shrunk onto the sleeve-like extension 203, so that a frictional connection between the sleeve-like extension 203 and the inner ring 140 is made. Under normal load conditions, this inner ring 140 of the sleeve-like extension 203 is not wegschiebbar. However, the inner ring 140 can also be fastened, for example, by material engagement (welding, soldering) or by means of a shaft-hub connection.
  • the starting collar 216 has the following function: If by means of the contactor 16 the starter pinion 22 is pushed in the direction of the ring gear 25 and inserted into the helical teeth of the Andrehritzels 22 adapted or coordinated helical teeth of the ring gear 25, it is in Anmoslauf, so after transfer a drive torque from the starter pinion 22 on the sprocket 25 causes an axial force between the ring gear 25 and the starter pinion 22. This axial force acts in such a way that the starting pinion 22 moves with its helical toothing 143 further in the direction of meshing wants to be. In this left movement in FIG. 2, this ultimately leads to the toothed rim 25, with its end face 220, coming into contact with the starting collar 216 or its contact surface 223.
  • This contact surface 223 or the starting collar 216 then prevents any further axial movement of the Andrehritzels 22 in the ring gear 25. It is thus a system of starting device 10 and internal combustion engine disclosed, wherein the starting device 10 has a starter pinion 22, which is adapted to a ring gear 25 of the internal combustion engine to beLespurt. Both the ring gear 25 and the starting pinion 22 are each provided with a coordinated helical gears 143 and 240, respectively. At the starter pinion 22 while a means (start-up collar 216, contact surface 223) is present, which receives at a starting operation due to the helical teeth 143, 240 between the ring gear 25 and the starter pinion 22 acting axial forces.
  • the inner ring 140 is integrally connected to the contact surface 223 and the start-up collar 216, wherein the inner ring 140 is designed with a running surface or clamping surface or clamping track 210 for the clamping body 138 of the freewheel 137.
  • the starter pinion 22 is supported by means of a plate spring or plate-spring-like spring 139 relative to the outer ring 132 resiliently.
  • the system of internal combustion engine and starter is operated as a so-called start-stop system.
  • the internal combustion engine is switched off as often as possible or sensibly for consumption optimization, for example at traffic lights or level crossings or in traffic jams.
  • the starter pinion 22 is already meshed in the ring gear of the internal combustion engine in this case, when the speed of the Kurbelhereby drive shaft is reduced because of switching off the engine.
  • the starter motor is only started when the start request is signaled by actuating an actuator (eg accelerator pedal).
  • an actuator eg accelerator pedal
  • the mechanical load and the heating, in particular of the freewheel 137 are particularly high.
  • Heating stressed metal parts of the freewheel 137 are provided with a sliding and wear protection coating.
  • These highly stressed parts are, in particular, the outer ring 132, the inner ring 140 and the clamping bodies 138, for example in the form of the illustrated cylindrical freewheel rollers.
  • spherical or barrel-shaped freewheel bodies can also be used as clamping body 138.
  • a coating with particularly good sliding properties and very high wear resistance is therefore applied to the inner clamping surface 212 of the outer ring 132, on the surface of the clamping body 138 and on the outer clamping surface 210 of the inner ring 140 to optimal and permanently good sliding and wear properties of the freewheel 137th to ensure.
  • the coating on the inside of the outer ring 132 is denoted by 242, 244 the coating on the outside of the inner ring 140 and 246 the coating on the clamping bodies 138th
  • Figure 3 shows the freewheel 137 in a sectional view along the line III-III in Figure 2.
  • the same parts are provided with the same reference numerals as in Figure 2.
  • the illustration clearly shows in the upper part the shape of the recesses 248 for receiving the clamping body 138 and coil springs 250, which bias the clamping body in the idle state of the freewheel and in the narrowing part of the recesses 248 between the sliding curve 252 of the outer ring 132nd and press the surface of the inner ring 140.
  • which At the so-called freewheel rollers forming clamping angle is in this case so small that the output shaft 116 is rotated about the inner ring 140 at starting starter motor 13 immediately.
  • the executed in a known manner helical gear 240 of Andrehritzels 22 can be seen.
  • the coatings 242, 244 and 246 are generally similar running with a coefficient of friction ( ⁇ ) of 0.02 to 1, preferably from 0.04 to 0.5, and with a layer thickness between 2 and 10 microns.
  • ⁇ coefficient of friction
  • different coatings for the running surfaces of the outer ring 132 and the inner ring 140 as well as for the surface of the clamping body 138 can be selected, if different loads should be specifically taken into account. Such different loads can result, for example, from different rolling radii as well as from different materials for the production of the individual parts of the freewheel 137.
  • a preferred coating for the friction and sliding surfaces on the outer ring 132 on the inner ring 140 and on the clamping body 138 consists of a galvanically deposited hard chrome layer with a layer thickness of 5 to 10 ⁇ m and an additionally applied solid lubricant.
  • a galvanically deposited hard chrome layer with a layer thickness of 5 to 10 ⁇ m and an additionally applied solid lubricant.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Such a solid lubricant for example made of PTFE or MoS 2 , can be incorporated both as a disperse phase in the coatings 242, 244 and / or 246 or form the coating as an additional layer together with a base layer.
  • the coatings 242, 244 and / or 246, for example as nickel-phosphorus layer, into which non-metallic hard-material particles may additionally be incorporated to increase the wear resistance, preferably SiC, B 4 C, Se 3 N 4 and / or DLC (Diamond Like Carbon) particles.
  • a DLC film may also be as a single layer, the coatings 242, 244 and / or 246 to form and be deposited in a plasma-assisted PVD and / or CVD method at temperatures up to approximately 250 0 C.

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Abstract

Starter (10) für eine Brennkraftmaschine mit einem Startermotor (13) mit einer Antriebswelle (44), welche über einen Freilauf (137) mit einem Andrehritzel (22) koppelbar ist. Zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und zur Verringerung des Verschleißes der relativ zueinander beweglichen, metallischen Teile (132, 138, 140) des Freilaufs (137) werden auf diese Beschichtungen (242, 244, 246) aufgebracht, welche die herkömmlichen Schmiermittel im Freilauf ersetzen und die Haltbarkeit sowie die Gleiteigenschaften des Starters (10) insgesamt verbessern.

Description

Beschreibung
Titel
Starter für eine Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Starter für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs, wie er beispielsweise aus der Gelben Reihe der Bosch-Veröffentlichungen über Generatoren und Starter, Ausgabe 2002, S. 52ff. bekannt ist. Auf S. 71 dieser Druckschrift ist ein Freilauf für einen erfindungsgemäßen Starter erläutert, welcher nach Art einer Überholkupplung die Drehbewegungen eines Startermotors auf die
Brennkraftmaschine überträgt. Dieser Freilauf befindet sich zwischen dem Startermotor und einem Andrehritzel für die Brennkraftmaschine und hat die Aufgabe, das Ritzel bei Antreiben der Antriebswelle mitzunehmen und die Verbindung zwischen Ritzel und Antriebswelle bei schneller laufendem Ritzel zu lösen. Der Freilauf verhindert damit, dass der Anker des Startermotors beim Hochlaufen des Verbrennungsmotors auf eine unzulässige hohe Drehzahl beschleunigt wird.
Starter der erfindungsgemäßen Art verfügen üblicherweise über Rollenfreiläufe, wobei der Kraftschluss zwischen einem mit einer Abtriebswelle verbundenen Innenring und einem vom Startermotor antreibbaren Außenring durch Zylinderrollen herstellbar ist, die entlang einer Gleitkurve beweglich angeordnet sind. Im Ruhezustand drücken hierbei Federn die Rollen in einen sich verengenden Teil zwischen der Gleitkurve des Freilaufaußenrings und dem Innenring, beziehungsweise dem Ritzelschaft. Der sich an den Rollen ausbildende Klemmwinkel ist so klein, dass das Ritzel bei anlaufenden Startermotor sofort mitgedreht wird.
Tritt nach dem Anlauf der Trennkraftmaschine ein Überholen ein, so werden die Rollen durch die Reibung des
Ritzelschaftes, beziehungsweise des Innenrings, in den sich erweiternden Teil der Gleitkurve bewegt, wobei sich die Rollen wegen der Federkraft spielfrei an die Gleitkurve anlegen und die Verbindung zwischen dem Startermotor und dem Verbrennungsmotor lösen.
Bei bekannten Ausführungen des Freilaufs erfolgt dessen Schmierung durch ein spezielles Fett, welches einerseits die Bauteile des Freilaufs vor Korrosion schützt und andererseits die Temperatur der Reibparameter im Freilauf minimiert. Durch große Unterschiede der Betriebstemperatur, insbesondere von sehr stark beanspruchten Startern, im Bereich zwischen etwa -400C und +1500C besteht jedoch die Gefahr einer Aushärtung oder eines Auslaufens des Schmiermittels. Bei einer Aushärtung des Fettes, d.h. bei einem Verlust des Schmieröls im Fett, kommt es zum Blockieren oder zum Durchrutschen des Freilaufs, da die verwendeten Fette in der Regel auf Silikonölbasis aufgebaut sind und bei Wärme und Bewegung das Fett in seine Einzelkomponenten, insbesondere in Silikonöl und Seifen zerfällt. Das Silikonöl entweicht dabei aus dem Schmierbereich während das Trägermaterial als trockenes Granulat im Freilauf verbleibt und dessen Funktion beeinträchtigt . Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Starter mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Funktionsfähigkeit seines Freilaufs, insbesondere bei häufigem Gebrauch und hohen Betriebstemperaturen, wie sie beispielsweise beim Start- Stoppbetrieb der Brennkraftmaschine entstehen, mit Sicherheit während der geforderten Lebensdauer des Starter erhalten bleibt. Dies gilt insbesondere für die gefährdeten Reibungspaarungen des Freilaufs, nämlich den als Mitnehmer wirkenden Außenring mit seinen Aufnehmungen für die Freilaufrollen und den auf der Abtriebswelle des Starters angeordneten Innenring als Gegenlager der Freilaufrollen. Die Fettung des Freilaufs und die hiermit insbesondere bei hohen Temperaturen verbundenen Schwierigkeiten entfallen vollständig, wodurch gleichzeitig der Montageaufwand verringert wird. Außerdem wird die Gefahr von Beeinträchtigungen durch Zersetzungsprodukte des Schmierfettes an den dem Freilauf benachbarten Teilen vermieden, beispielsweise in den Ritzelbuchsen und am Antrieb des Freilaufs durch die Abtriebswelle des Startermotors .
Der Reibungskoeffizient (μ) der Beschichtung liegt vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 1, insbesondere im Bereich von 0,04 bis 0,4, wobei die Beschichtung zweckmäßigerweise eine Dicke von 2 bis lOμ aufweist. Als besonders vorteilhafte Beschichtung hat sich dabei eine galvanisch abgeschiedene Hartchromschicht erwiesen mit einem Auftrag eines Festkörperschmierstoffes, insbesondere einem Festkörperschmierstoff aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder aus MoS2 (Molybdändisulfid) . Eine derartige galvanisch abgeschiedene Hartchromschicht besitzt vorzugsweise eine Dicke von 5 bis 10μm. Andere Beschichtungen werden zweckmäßigerweise in geringerer Dicke aufgetragen, beispielsweise diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC- Schichten) in einer Schichtdicke von 2 bis 4μm. Eine galvanisch abgeschiedene Hartchromschicht hat dabei den weiteren Vorzug, dass das beschichtete Teil nur sehr wenig erwärmt wird, in der Regel nur auf Temperaturen von cirka 50°C, bei denen Verformungen des beschichteten Werkstücks mit Sicherheit ausgeschlossen werden können. Beim Auftrag von DLC-Schichten in einem PVD- und/oder CVD- Verfahren wird die Beschichtungstemperatur im Plasma vorzugsweise auf einen Wert von cirka 2500C begrenzt, um auch hierbei Verformungen des beschichteten Werkstücks und/oder eine Beeinträchtigung seiner Härte auszuschließen.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen in der Beschreibung, wobei insbesondere auch auf die Möglichkeit der Einlagerung des Festkörperschmierstoffes als feinverteilte, disperse Phase in der Grundschicht oder in einer getrennt aufgebrachten, zusätzlichen Beschichtung. Die Figuren zeigen:
Figur 1 eine Gesamtdarstellung eines Starters für eine Brennkraftmaschine,
Figur 2 eine vergrößerte Darstellung des
Abtriebsbereiches des Starters mit einem erfindungsgemäßen Freilauf und
Figur 3 eine vergrößerte Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Freilaufes entsprechend der Linie III-III in Figur 2. Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt einen Starter 10 im Längsschnitt. Dieser weist einen Startermotor 13 und ein Einrückrelais 16 auf. Der Startermotor 13 und das Einrückrelais 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 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 vom Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der u.a. 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 zwischen dem Einrückrelais 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzuführung 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlbürsten 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 Kommutatorlagerschild 70 ortsfest gehalten ist. Das Lagerschild 70 wiederum wird mittels Zugankern 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielsweise 2, 3 oder 4 Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Das Polrohr 28 stützt sich dabei am Antriebslagerschild 19 ab und das Kommutatorlagerschild 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 von drei
Planetenrädern 86, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig 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 Polrohres 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 der Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle 116 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 Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer Welle-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 mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 104, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese als zylinderförmige Rollen ausgeführten 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 Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt .
Der Vollständigkeit halber sei hier noch auf den
Einspurmechanismus eingegangen. Das Einrückrelais 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und der an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Relaisdeckel 153 hindurchgeführt. Dieser Relaisdeckel 153 schließt ein Relaisgehäuse 156 ab, das mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antrieblagerschild 19 befestigt ist. Im Einrückrelais 16 sind weiterhin eine Einzugswicklung 162 und eine Haltewicklung 165 angeordnet. Die Einzugswicklung 162 und die Haltewicklung 165 erzeugen beide jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches das Relaisgehäuse 156 (aus elektromagnetisch leitfähigem Material) , einen linear beweglichen Anker 168 und einen Ankerrückschluss 171 durchströmt. Der Anker 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Ankers 168 in Richtung zu einem Schaltbolzen 177 bewegt wird. Mit dieser Bewegung der Schubstange 174 zum Schaltbolzen 177 wird dieser aus seiner Ruhelage in Richtung zu zwei
Kontakten 180 und 181 bewegt, so dass ein am Ende des Schaltbolzens 177 angebrachte Kontaktbrücke 184 beide Kontakte 180 und 181 elektrisch miteinander verbindet. Dadurch wird vom Bolzen 150 elektrische Leistung über die Kontaktbrücke 184 hinweg zur Stromzuführung 61 und damit zu den Kohlebürsten 58 geführt. Der Startermotor 13 wird dabei bestromt .
Das Einrückrelais 16 beziehungsweise der Anker 168 hat aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen im Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten Zinken an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten
Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.
Figur 2 zeigt ausschnittweise eine Vergrößerung des
Antriebslagerschilds 19 mit dem Andrehritzel 22. Dieses besitzt eine Schrägverzahnung 143, die am zum Zahnkranz 25 gerichteten Ende eines hülsenartigen Fortsatzes 203 angeordnet ist. Dieser hülsenartige Fortsatz 203 stellt eine Art Rohr dar, das insgesamt zwei Abschnitte aufweist. Ein erster Abschnitt ist jener, auf dessen axialer Länge die Schrägverzahnung 143 angebracht ist. Der zweite Abschnitt ist jener, auf den der Innenring 140 aufgeschoben ist. Dieser Innenring 140 weist wiederum drei Konturen auf, die unterschiedliche Funktionen aufweisen. So ist einerseits einen Klemmfläche beziehungsweise Klemmbahn 210 vorhanden, die eine bearbeitete, vorzugsweise geschliffene Oberfläche aufweist, auf der die Klemmkörper 138 angeklemmt werden. In Richtung zur Schrägverzahnung 143 ist ein Absatz 213 erkennbar, der die Klemmbahn 210 von einem Anlaufkragen 216 trennt .
Der Innenring 140 ist dabei auf den hülsenartigen Fortsatz 203 aufgeschoben beziehungsweise aufgeschrumpft, so dass eine reibschlüssige Verbindung zwischen dem hülsenartigen Fortsatz 203 und dem Innenring 140 besteht. Unter üblichen Belastungsbedingungen ist dieser Innenring 140 vom hülsenartigen Fortsatz 203 nicht wegschiebbar. Der Innenring 140 kann aber auch beispielsweise stoffschlüssig (Schweißen, Löten) oder mittels einer Welle-Nabe-Verbindung befestigt sein .
Der Anlaufkragen 216 hat dabei folgende Funktion: Wird mittels des Einrückrelais 16 das Andrehritzel 22 in Richtung zum Zahnkranz 25 geschoben und in die der Schrägverzahnung des Andrehritzels 22 angepasste, beziehungsweise aufeinander abgestimmte Schrägverzahnung des Zahnkranzes 25 eingeschoben, so wird im Andrehfall, also nach dem Übertragen eines Antriebsmomentes vom Andrehritzel 22 auf den Zahnkranz 25 eine Axialkraft zwischen dem Zahnkranz 25 und dem Andrehritzel 22 bewirkt. Diese Axialkraft wirkt derartig, dass das Andrehritzel 22 mit seiner Schrägverzahnung 143 weiter in Richtung Einspuren bewegt werden will. Bei dieser in Figur 2 Linksbewegung führt dies letztlich dazu, dass der Zahnkranz 25 mit seiner Stirnfläche 220 am Anlaufkragen 216 beziehungsweise dessen Anlauffläche 223 zur Anlage gelangt. Diese Anlauffläche 223 beziehungsweise der Anlaufkragen 216 verhindert dann jede weitere axiale Bewegung des Andrehritzels 22 in dem Zahnkranz 25. Es ist somit ein System aus Startvorrichtung 10 und Brennkraftmaschine offenbart, wobei die Startvorrichtung 10 ein Andrehritzel 22 aufweiset, das dazu geeignet ist, in einen Zahnkranz 25 der Brennkraftmaschine eingespurt zu werden. Sowohl der Zahnkranz 25 als auch das Andrehritzel 22 sind jeweils mit einer aufeinander abgestimmten Schrägverzahnung 143 beziehungsweise 240 versehen. Am Andrehritzel 22 ist dabei eine Mittel (Anlaufkragen 216, Anlauffläche 223) vorhanden, das bei einem Startvorgang aufgrund der Schrägverzahnung 143, 240 zwischen dem Zahnkranz 25 und dem Andrehritzel 22 wirkende Axialkräfte aufnimmt.
Neben der Schrägverzahnung 143 des Antriebsritzels 22 ist damit eine Anlauffläche 223 vorhanden, die eine Anlage mindestens eines Zahns des Zahnkranzes 25 ermöglicht. Durch diese Anlauffläche 223 beziehungsweise diesen Anlaufkragen 216 können zwischen dem Zahnkranz 25 und dem Andrehritzel 22 wirkende Axialkräfte derart aufgehoben werden, dass diese Axialkräfte außerhalb der Verzahnung, beziehungsweise Schrägverzahnung 143 des Andrehritzels 22 und Schrägverzahnung 240 inklusive eines kurzen radialen Bereichs unterhalb der Schrägverzahnung 240 des Zahnkranzes 25 und der Anlauffläche 223 beziehungsweise dem Anlaufkragen 216 nicht wirksam werden. Nur innerhalb dieses relativ engen Bereichs werden Materialspannungen wirksam. Im Falle einer Ausgestaltung nach Figur 2, das heißt mit der Gestaltung, wonach der Innenring 140 auf den hülsenartigen Fortsatz 203 aufgeschoben ist, sind diese beiden Abschnitte ebenfalls von dieser Aussage umfasst. Mit anderen Worten: Eine Axialkraft, die auf den Anlaufkragen 216 wirkt, führt naturgemäß zu Spannungen in der Fügefläche zwischen dem Innenring 140 und dem hülsenartigen Fortsatz 203. Die Spannungen setzen sich sonst nicht weiter fort. Beim Zahnkranz 25 wirken die durch die Axialkraft hervorgerufenen Spannungen auf die Schrägverzahnungen 240 und in einem engen radialen Bereich unterhalb der Schrägverzahnung 240.
Wie bereits zur Beschreibung des Innenrings 140 erläutert, ist dieser einstückig mit der Anlauffläche 223 beziehungsweise dem Anlaufkragen 216 verbunden, wobei der Innenring 140 mit einer Lauffläche beziehungsweise Klemmfläche oder Klemmbahn 210 für die Klemmkörper 138 des Freilaufs 137 ausgeführt ist. Das Andrehritzel 22 ist mittels einer Tellerfeder oder tellerfederartigen Feder 139 gegenüber dem Außenring 132 federnd abgestützt.
Es ist vorgesehen, dass das System aus Brennkraftmaschine und Starter als sogenanntes Start-Stopp-System betrieben wird. Dies bedeutet, dass die Brennkraftmaschine so oft wie möglich beziehungsweise sinnvoll wegen Verbrauchsoptimierung abgeschaltet wird, beispielsweise an Ampeln oder Bahnübergängen oder in Staus. Hierzu wird in diesem Fall das Andrehritzel 22 bereits dann in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine eingespurt, wenn die Drehzahl der Kurbelbeziehungsweise Antriebswelle wegen Ausschaltens der Brennkraftmaschine verringert wird. Das Andrehen des Startermotors erfolgt erst dann, wenn durch Betätigen eines Stellorgans (z. B. Gaspedal) der Startwunsch signalisiert wird. Bei dieser Betriebsart des Starters 10 ist die mechanische Belastung und die Erwärmung insbesondere des Freilaufs 137 besonders hoch. Um die vorgegebene Betriebsdauer zu erreichen wird daher erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass zumindest einzelne der am stärksten durch Verschleiß und
Erwärmung beanspruchten metallischen Teile des Freilaufs 137 mit einer Gleit- und Verschleißschutzbeschichtung versehen werden. Bei diesen hoch belasteten Teilen handelt es sich insbesondere um den Außenring 132, den Innenring 140 und die Klemmkörper 138, beispielsweise in Form der dargestellten zylindrischen Freilaufrollen. Als Klemmkörper 138 können jedoch auch kugel- oder tonnenförmige Freilaufkörper verwendet werden. Eine Beschichtung mit besonders guten Gleiteigenschaften und sehr hoher Verschleißfestigkeit wird daher auf die innere Klemmfläche 212 des Außenrings 132, auf die Oberfläche der Klemmkörper 138 sowie auf die äußere Klemmfläche 210 des Innenrings 140 aufgetragen, um optimale und dauerhaft gute Gleit- und Verschleißeigenschaften des Freilaufs 137 zu gewährleisten. Hierbei ist im Folgenden die Beschichtung auf der Innenseite des Außenrings 132 mit 242 bezeichnet, mit 244 die Beschichtung auf der Außenseite des Innenrings 140 und mit 246 die Beschichtung auf den Klemmkörpern 138.
Figur 3 zeigt den Freilauf 137 in einer Schnittdarstellung entsprechend der Linie III-III in Figur 2. Gleiche Teile sind dabei mit gleichen Bezugszeichen wie in Figur 2 versehen. Die Darstellung zeigt im oberen Teil deutlich die Form der Ausnehmungen 248 für die Aufnahme der Klemmkörper 138 sowie von Schraubenfedern 250, welche die Klemmkörper im Ruhezustand des Freilaufs mit einer Vorspannung beaufschlagen und in den sich verengenden Teil der Ausnehmungen 248 zwischen der Gleitkurve 252 des Außenrings 132 und der Oberfläche des Innenrings 140 drücken. Der sich an den sogenannten Freilaufrollen ausbildende Klemmwinkel ist hierbei so klein, das die Abtriebswelle 116 über den Innenring 140 bei anlaufendem Startermotor 13 sofort mitgedreht wird. Im unteren Teil der Figur 3 ist die in bekannter Weise ausgeführte Schrägverzahnung 240 des Andrehritzels 22 zu erkennen.
Die Beschichtungen 242, 244 und 246 sind in der Regel gleichartig ausgeführt mit einem Reibungskoeffizienten (μ) von 0,02 bis 1, vorzugsweise von 0,04 bis 0,5, und mit einer Schichtdicke zwischen 2 und 10 μm. Grundsätzlich können jedoch auch unterschiedliche Beschichtungen für die Laufflächen des Außenrings 132 und des Innenrings 140 sowie für die Oberfläche der Klemmkörper 138 gewählt werden, wenn unterschiedlichen Belastungen gezielt Rechnung getragen werden soll. Derartig unterschiedliche Belastungen können sich zum Beispiel aus unterschiedlichen Rollradien sowie aus unterschiedlichen Materialien für die Herstellung der Einzelteile des Freilaufs 137 ergeben.
Eine bevorzugte Beschichtung für die Reib- und Gleitflächen am Außenring 132 am Innenring 140 und an dem Klemmkörper 138 besteht aus einer galvanisch abgeschiedenen Hartchromschicht mit einer Schichtdicke von 5 bis lOμm und einem zusätzlich aufgebrachten Festkörperschmierstoff. Als solcher eignet sich insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) , da er sehr temperaturbeständig ist und im Betrieb des Freilaufs Temperaturen bis cirka 2500C zulässt. Ein derartiger Festkörperschmierstoff, beispielsweise aus PTFE oder aus MoS2, kann sowohl als disperse Phase in die Beschichtungen 242, 244 und/oder 246 eingelagert werden oder als zusätzliche Schicht gemeinsam mit einer Grundschicht die Beschichtung bilden. Alternativ zu galvanisch abgeschiedenen Schichten ist es möglich, die Beschichtungen 242, 244 und/oder 246 chemisch abzuscheiden, beispielsweise als Nickel-Phosphorschicht, in welche zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit zusätzlich noch nichtmetallische Hartstoffpartikel eingelagert werden können, vorzugsweise SiC, B4C, Se3N4 und/oder DLC (Diamond Like Carbon) -Partikel . Eine DLC-Schicht kann jedoch auch als einzige Schicht die Beschichtungen 242, 244 und/oder 246 bilden und in einem plasmagestützten PVD und/oder CVD- Verfahren bei Temperaturen bis cirka 2500C aufgebracht werden .
Vor der erfindungsgemäßen Beschichtung werden die zu beschichtenden metallischen Teile des Freilaufs 137 in bekannter Weise mechanisch geglättet, vorzugsweise durch
Schleifen und/oder Polieren. Zusätzlich erfolgt eine Härtung der Teile in grundsätzlich ebenfalls bekannter Weise durch eine Wärmebehandlung. Die bei herkömmlichen Startern zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und zur Verringerung des Verschleißes verwendeten Schmierfette entfallen.

Claims

Ansprüche
1. Starter (10) für eine Brennkraftmaschine, mit einem Startermotor (13) mit einer Antriebswelle (44), welche über einen Freilauf (137) mit einem Andrehritzel (22) koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einzelne der gegeneinander beweglichen metallischen Teile (132,138,140) des Freilaufs (137) mit einer Gleit- und Verschleißschutz- Beschichtung (242,244,246) versehen sind.
2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,444,246) einen Reibungskoeffizienten (μ) von 0,02 bis 1, vorzugsweise von 0,04 bis 0,5 aufweist.
3. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,244,246) aus einer galvanisch abgeschiedenen Hartchromschicht und einem Festkörperschmierstoff besteht.
4. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,244,246) eine
Dicke von 2 bis 10 μm aufweist.
5. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Beschichtung (242,244,246) ein Festkörperschmierstoff als disperse Phase eingelagert ist.
6. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,244,246) wenigstens zwei Einzelschichten aufweist mit einer Grundschicht und einer weiteren Schicht mit Einlagerungen aus Festkörperschmierstoff, vorzugsweise aus PTFE-
(Polytetrafluorethylen, Teflon) oder aus MoS2
(Molybdändisulfid) .
7. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,244,246) aus einer chemisch abgeschiedenen Nickel-Phosphor-Schicht besteht.
8. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,244,246) aus einer Nickel- Phosphor-Schicht mit eingelagerten nichtmetallischen Hartstoffpartikeln, vorzugsweise aus SiC (Siliziumkarbid) und/oder B4C (Borkarbid) und/oder Si3N4 (Siliziumnitrid) und/oder DLC (Diamond Like Carbon) .
9. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (242,244,246) aus einer DLC (Diamond Like Carbon) -Schicht besteht.
10. Starter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die DLC-Schicht in einem plasmagestützten PVD/CVD-Verfahren bei Temperaturen unter 2500C aufgebracht ist.
11. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden metallischen Teile (132,138,140) des Freilaufs (137) durch Wärmebehandlung gehärtet sind.
12. Starter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu beschichtenden metallischen Teile (132,138,140) des Freilaufs (137) mechanisch geglättet sind, vorzugsweise durch Schleifen und/oder Polieren.
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