EP2435688B1 - Verfahren zur mechanischen synchronisation zweier sich drehender, achsversetzter stirnzahnräder - Google Patents

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EP2435688B1
EP2435688B1 EP10721792.9A EP10721792A EP2435688B1 EP 2435688 B1 EP2435688 B1 EP 2435688B1 EP 10721792 A EP10721792 A EP 10721792A EP 2435688 B1 EP2435688 B1 EP 2435688B1
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EP
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spur gearwheel
spur
spur gear
gearwheel
driver
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Rainer Stoeckl
Sven Hartmann
Karl-Otto Schmidt
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Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F02N15/065—Starter drives with blocking means

Definitions

  • drives are used, which are fed with a separate from the fuel supply power supply.
  • the drive pinion engages first in the ring gear of the internal combustion engine to then drive the internal combustion engine (eg, the push-screw principle). After the end of the starting process, the pinion moves back out of the ring gear of the internal combustion engine.
  • start-stop systems in motor vehicles causes an extended requirement for the starting system and thus also an expansion of the functions. For example, sharper acoustic requirements and the need to be able to restart at any time when the driver wants to start up (so-called "Mind Change” functionality) must be mentioned here. In particular, at the outlet of the internal combustion engine, this is not possible with the classical principle.
  • the ring gear already moves in the drive direction, towards the end of the discharge process, he can even due to the so-called "gas spring" (compressed air-fuel mixture) in the combustion chamber even swing back.
  • the starter In order to achieve similar conditions as in the conventional Einspurvorgang, the starter must be brought exactly at the right time to the engine speed.
  • all processes in this phase are very dynamic, at the same time the control of the starting device and the engagement mechanism is provided with processing and movement times. Therefore, the speed equality can not be set accurately. As a result, other relative movements between the pinion and the ring gear occur in comparison to the conventional meshing process.
  • JP 2002 303236 and JP 2003176770 show einfeileilte gears to dampen the saving process.
  • starter motor 10 with a pole housing 11, in which a field winding 12 is arranged. Alternatively, a permanent magnetic excitation is possible.
  • a drive shaft 13 of the starter motor carries an armature 15 and a commutator 16 with carbon brushes 17 together with power supply 18.
  • a lifting means 20 engagement relay
  • the drive shaft 13 is mounted with its commutator end in a commutator 21, received on its opposite side with a pin 22 in an axial bore 23 of an output shaft 24.
  • the output shaft 24 may be in a certain operating state and drive shaft, namely, when it is driven by the internal combustion engine or the ring gear ago and has not yet addressed a one-way clutch.
  • the drive shaft 13 drives the output shaft 24 via a planetary gear 26.
  • a planetary gear 26 For this purpose, it has an outer toothing 27, which planetary gears 28 drives, which in turn are in mesh with a fixed ring gear 29.
  • the planet gears 28 are mounted on bolts 30 which are pressed in an end-side flange 31 of the output shaft 24. This end-side flange faces the starter motor.
  • the output shaft is mounted behind the flange in the bearing bore 33 of an intermediate bearing 34 and its other end in a bearing 35 of a housing 37 often known as a drive bearing plate, which closes the pole housing 11 and is clamped together by this tie rod 38.
  • a coarse thread 39 is formed near the intermediate bearing 34, with which an internal coarse thread 40 on the extension 41 of the outer housing 42 of a freewheel 43 is engaged.
  • the inner body 45 of the freewheel carries on its outer periphery and the bearing point 35 for the output shaft facing a spur gear 46 (pinch pinion). Between the inner body 45 and the outer housing 42 of the Freewheel 43 are the freewheel rollers 44.
  • the spur gear 46 for the purpose of starting the internal combustion engine with a spur gear 48 (sprocket) thereof are brought into engagement.
  • a stop device 54 is formed on this inside the housing 37, so that here a stop collar 56 is formed.
  • a drive plate 70 is arranged before the spur gear 46. This drive plate 70 is rotatably disposed about the output shaft 24 and thereby axially secured in front of the spur gear 46.
  • FIG. 2a shows an enlarged sectional view of the spur gear 46 and the drive plate 70.
  • a sleeve 73 sits the spur gear 46, and the sleeve 73 is inserted into a cylindrical opening 74 of the spur gear 46.
  • Between sleeve 73 and spur gear 46 acts a press fit and / or a cohesive connection (adhesive, solder, welded connection).
  • the sleeve 73 protrudes with one end 76 out of the opening 74 and thereby forms a pipe socket.
  • the drive plate 70 is rotatably mounted.
  • the drive plate 70 is freely rotatable in the exemplary embodiment to the left, while the drive plate 70 is rotatably movable only a few degrees to the right. This will be discussed later.
  • On the side facing away from the drive plate 70 side is located on the outside of the sleeve 73 has a groove 77 in which a securing element 78 - here an axial circlip - is inserted and thus secures the axial position of the drive plate on the sleeve 73.
  • the spur gear 46 has straight outer teeth 79.
  • the drive plate 70 has external teeth 82.
  • the number of external teeth 79 and external teeth 82 is the same, for example ten.
  • the profile of the external teeth 79 and external teeth 82 is the same.
  • the outer teeth 79 are shorter than the outer teeth 82.
  • the arrow 84 shown about the axis of rotation 83, indicates a left-hand direction about which the spur gear 46 is rotated in the case of driving.
  • FIG. 2b is a partial perspective view of the drive plate 70 is shown.
  • the drive plate 70 has machined external teeth 82.
  • a transition point 86 facing away from the direction of rotation 84 is beveled between the tooth flank 87 remote from the direction of rotation 84 and an end face 75, surface 80.
  • FIG. 3 shows a perspective view of the spur gear 46 with removed from the sleeve 73 driver plate 70. It is an end face 85 can be seen, which faces when the drive plate 70 thereof. In the end face 85 wedge-shaped depressions 88 are incorporated, the depth of which increases in the clockwise direction, so that in the region of the greatest depth of a recess 88, a step 89 is a transition to the end face 85. Due to the perspective view of a second of the recess just described 88 opposite recess 88 is not visible. These recesses 88 cooperate with detent springs 91, which are attached to the drive plate 70, sa FIG. 4 , The depressions 88 are also designed ring-segment-shaped. In a variant, it is provided per outer tooth 79 to provide a recess 88.
  • FIG. 4 shows a perspective view of the drive plate 70 and the rear side 94, which points in the state mounted on the sleeve 73 to the end face 85 and at this possibly rests.
  • the detent spring 91 has a free end 97 and a fixed end 100 on.
  • the fixed end 100 is the end of the detent spring 91 which is closer in the relaxed state of the back 94 as the free end 97.
  • the detent spring 91 are like the wells 88 also designed ring segment, wherein the detent spring 91 are dimensioned such that they are in the Recesses 88 fit.
  • FIG. 5 shows a radial plan view of a detent spring 91.
  • the detent spring 91 spreads from the rear 94.
  • FIG. 6 shows a sectional view through joint 103 between drive plate 70 and spur gear 46 - sa FIG. 2a -
  • the latching spring 91 is located with its free end 97 in the recess 88, which is supported on the step 89.
  • FIGS. 7a to g are schematic representations of the course of events in connection with the attempted meshing of the spur gear 46 in the faster rotating spur gear 48 (sprocket) shown.
  • the function of this arrangement in connection with a spur gear 48 is as follows:
  • the arrow 110 represents the direction of movement of the spur gear 46 on the spur gear 48 (sprocket); this corresponds to the movement of the sleeve 73 on the output shaft 24 to the spur gear 48 to, Figure 7a ,
  • the arrow 113 represents the direction of rotation of the spur gear 48.
  • a peripheral speed v48 of the spur gear 48 is greater than a peripheral speed v46 of the spur gear 46, which is zero here.
  • the peripheral speed v48 is a speed that decreases, thereby representing the situation in which an internal combustion engine to which the spur gear 48 is attached leaks.
  • FIG. 7b shows the drive plate 70 at the moment of the first concern of the drive plate 70 to the spur gear 48th teeth 116 of the spur gear 48 can not initially penetrate into the tooth gaps 82a between the outer teeth 79 of the spur gear 46 due to their abutment on the outer teeth 82. Subsequently, the drive plate 70 slides with its outer teeth 82 in tooth gaps 116a of the spur gear 48. The slightly biased locking springs 91 slide along the rear side 94 along. The drive plate 70 rotates counterclockwise relative to the spur gear 46. Between drive plate 70 and spur gear 46 is practically a freewheel 92 is arranged.
  • Friction between the drive plate 70 and the spur gear 46 keeps the drive plate 70 in a defined abutment on the spur gear 48.
  • the Arrow 113 opposite movement engages the drive plate 70 with the detent spring 91 in the recess 88 and releases the axial engagement movement for the spur gear 46, FIGS. 7e to 7g ,
  • a method is provided, according to which the drive plate 70 is coupled to the first spur gear 46 by means of a freewheel 92 and at larger circumferential speed v46 of the first spur gear 46, the second spur gear 48 due to the smaller peripheral speed v48 by means of the freewheel 92 entrains.
  • the lifting means 20 then pushes the first spur gear 46 into free tooth spaces 116a of the second spur gear 48.
  • the drive plate 70 must be performed as low mass as possible.
  • the drive plate 70 may be e.g. made of spring steel as punched / drawn / bent part. This allows the simple representation of the tooth gaps 119 and outer teeth 82nd
  • a coating to reduce friction facilitates entrainment and reduces wear.
  • An involute curve of the tooth gaps 119 can be provided to reduce wear.
  • sintered material can be used in order to allow as free a shape as possible and also low mass. If necessary, the strength can be improved by encapsulation, or composite material.
  • the use of elastomers, e.g. on the outer teeth 82 can improve the take.
  • the outer teeth 82 and driver elements on the drive plate 70 can be performed brush-like.
  • the freewheel 92 between the drive plate 70 and the spur gear 46 is configured such that a drive torque of the starter motor 10 closing the freewheel 92 and thus entrainment of the drive plate 70 can be effected by the spur gear 46.
  • the drive plate 70 engages by means of synchronization elements, preferably detent springs 91, on the spur gear 46, preferably in depressions 88.
  • the drive plate 70 has as many external teeth 82 as synchronization elements.
  • the drive plate 70 has at least one driver element, preferably at least one outer tooth 82.
  • this driver element may also be brush-like.

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Description

    Stand der Technik
  • Zum Starten von Brennkraftmaschinen werden Antriebe verwendet, die mit einer von der Kraftstoffversorgung separierten Energieversorgung gespeist werden. Meistens kommen Gleichstrommotoren zum Einsatz, deren Antriebsritzel zunächst in den Zahnkranz des Brennkraftmaschine einrückt, um danach die Brennkraftmaschine anzutreiben (z. B. das Schub-Schraubtriebprinzip). Nach dem Ende des Startvorgangs rückt das Ritzel wieder aus dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine aus. Die zunehmende Verbreitung von Start-Stopp-Systemen in Kraftfahrzeugen bewirkt eine erweiterte Anforderung an das Startsystem und damit auch eine Erweiterung der Funktionen. Hierbei sind z.B. schärfere Akustik-Anforderungen zu nennen sowie die Notwendigkeit, bei einem Anfahrwunsch des Fahrers jederzeit wieder starten zu können (sog. "Mind Change"-Funktionalität). Insbesondere beim Auslauf der Brennkraftmaschine ist dies mit dem klassischen Prinzip nicht möglich. Durch geeignete Ansteuerung des Startermotors und des Einrückmechanismus kann bereits während des Auslaufs des Brennkraftmaschine in den Zahnkranz eingerückt werden, so dass oben genannte Funktionen erfüllt werden. Die bislang vorgeschlagenen Prinzipien aus "Voreinspuren" und elektronischer Ansteuerung ( DE-19721386 A1 , EP-0848159 B1 ), der Verwendung von zweistufigen Relais bzw. Einzugsmagnet und geeigneten Ansteuerungen ( DE-102005021227 A1 ), ggf. der Positionierung der Kurbelwelle und der Reduktion des Spannungseinbruchs ( DE-102005004326 A1 ), sowie dem Vorschlag aus der DE-102006011644 A1 , welche vorschlägt, zur Ermittlung eines günstigen Einrückzeitpunktes in den bewegten Zahnkranz die aktuellen Drehzahlen des Zahnkranzes zu ermitteln, bringen zunächst den Starter auf eine mit dem Verbrennungsmotor synchronisierte Drehzahl und rücken dann das Andrehritzel ein.
  • Wird nun in den auslaufenden Motor eingerückt, so bewegt sich der Zahnkranz bereits in Antriebsrichtung, gegen Ende des Auslaufvorgangs kann er bedingt durch die sogenannte "Gasfeder" (komprimiertes Luft-Brennstoff-Gemisch) im Brennraum sogar zurück pendeln. Um ähnliche Verhältnisse wie beim konventionellen Einspurvorgang zu schaffen, muss der Starter exakt zum richtigen Zeitpunkt auf die Motordrehzahl gebracht werden. Alle Vorgänge in dieser Phase sind jedoch sehr dynamisch, gleichzeitig ist die Ansteuerung der Startvorrichtung und des Einrückmechanismus mit Verarbeitungs- und Bewegungszeiten versehen. Daher kann die Drehzahlgleichheit nicht exakt eingestellt werden. In der weiteren Folge entstehen im Vergleich zum konventionellen Einspurvorgang andere Relativbewegungen zwischen Ritzel und Zahnkranz.
  • Aus der GB 515753 ist darüber hinaus bereits ein Verfahren bekannt, um zwei Kupplungselemente bei Startvorrichtungen für den gegenseitigen Eingriff miteinander so zu synchronisieren, dass die Kupplugselemente dabei möglichst wenig Schaden erleiden.
  • JP 2002 303236 und JP 2003176770 zeigen zweigefeilte Zahnräder zur Dämpfung des Einsparvorganges.
    • Offenbarung der Erfindung Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Figuren näher erläutert:
  • Es zeigen
    • Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Startvorrichtung,
    • Figur 2a eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Stirnzahnrades und einer Mitnehmerscheibe,
    • Figur 2b eine perspektivische Teilansicht der Mitnehmerscheibe,
    • Figur 3 eine perspektivische Ansicht des Stirnzahnrades mit von einer Hülse abgenommenen Mitnehmerscheibe,
    • Figur 4 eine perspektivische Ansicht der Mitnehmerscheibe und deren Rückseite,
    • Figur 5 eine radiale Draufsicht auf eine Rastfeder,
    • Figur 6 eine Schnittdarstellung durch eine Fuge zwischen Mitnehmerscheibe und Stirnzahnrad,
    • Figur 7a bis g schematische Darstellungen des Geschehensablaufs im Zusammenhang mit dem versuchten Einspuren des Stirnzahnrads in den sich schneller drehenden Zahnkranz.
  • In der Beschreibung sind die nicht erfindungswesentlichen Bauteile nur kurz beschrieben, und zwar insoweit, wie sie zum Verständnis der Maschine 5 (Startvorrichtung) notwendig sind. Diese hat einen Andrehmotor 10 mit einem Polgehäuse 11, in dem eine Erregerwicklung 12 angeordnet ist. Alternativ ist auch eine permanentmagnetische Erregung möglich. Eine Antriebswelle 13 des Andrehmotors trägt einen Anker 15 und einen Kommutator 16 mit Kohlebürsten 17 samt Stromzuführung 18. Oberhalb des Polgehäuses sitzt ein Hubmittel 20 (Einrückrelais), auf das jedoch im einzelnen nicht weiter eingegangen ist, da in dieser Art üblich.
  • Die Antriebswelle 13 ist mit ihrem kommutatorseitigen Ende in einem Kommutatorlager 21 gelagert, an ihrer gegenüberliegenden Seite mit einem Zapfen 22 in einer Axialbohrung 23 einer Abtriebswelle 24 aufgenommen. Es sei nur nebenbei erwähnt, dass die Abtriebswelle 24 in einem bestimmten Betriebszustand auch Antriebswelle sein kann, nämlich dann, wenn sie von der Brennkraftmaschine bzw. deren Zahnkranz her angetrieben wird und eine Freilaufkupplung noch nicht angesprochen hat.
  • Die Antriebswelle 13 treibt über ein Planetengetriebe 26 die Abtriebswelle 24 an. Zu diesem Zweck hat sie eine Außenverzahnung 27, welche Planetenräder 28 antreibt, die wiederum mit einem feststehenden Hohlrad 29 in Kämmeingriff stehen. Die Planetenräder 28 sind auf Bolzen 30 gelagert, die in einem endseitigen Flansch 31 der Abtriebswelle 24 eingepresst sind. Dieser endseitige Flansch ist dem Andrehmotor zugewandt. Die Abtriebswelle ist hinter dem Flansch in der Lagerbohrung 33 eines Zwischenlagers 34 gelagert und ihr anderes Ende in einer Lagerstelle 35 eines oftmals auch als Antrieblagerschild bekannten Gehäuses 37, welche das Polgehäuse 11 verschließt und mit diesem durch Zuganker 38 zusammengespannt ist.
  • Auf der Außenseite der Abtriebswelle 24 ist nahe dem Zwischenlager 34 ein Steilgewinde 39 ausgebildet, mit welchem ein Innen-Steilgewinde 40 am Fortsatz 41 des Außengehäuses 42 eines Freilaufs 43 in Eingriff steht. Der Innenkörper 45 des Freilaufs trägt an seinem Außenumfang und der Lagerstelle 35 für die Abtriebswelle zugewandt ein Stirnzahnrad 46 (Andrehrritzel). Zwischen dem Innenkörper 45 und dem Außengehäuse 42 des Freilaufs 43 befinden sich die Freilaufrollen 44. Das Stirnzahnrad 46 kann zwecks Startens der Brennkraftmaschine mit einem Stirnzahnrad 48 (Zahnkranz) derselben in Eingriff gebracht werden.
  • Dies geschieht dann, wenn das Hubmittel 20 (Einrückrelais) betätigt wird. Es wirkt mit einer Schubstange 49 auf das eine Ende eines Hebels 50 ein, der im Gehäuse gelagert ist und mit seinem anderen Ende 51 mit einer Einrückvorrichtung 53 am Fortsatz 41 des Freilaufs 43 in Wirkverbindung steht bzw. dessen axiale Verschiebung über eine vorgespannte Feder 52 bewirkt.
  • Nahe des Lagers 35 für die Abtriebswelle 24 ist an dieser innerhalb des Gehäuses 37 eine Anschlagvorrichtung 54 ausgebildet, so daß hier ein Anschlagbund 56 gebildet ist.
  • Beim Betätigen des Hubmittel 20 (Einrückrelais) wird über die Schubstange 49 und den Hebel 50 der Freilauf 43 mit dem Stirnzahnrad 46 gegen das Stirnzahnrad 48 geschoben. Bei herkömmlichem Start in ein unbewegtes Stirnzahnrad 48 ergibt sich üblicherweise eine Zahn- auf Zahnstellung. Dabei wird die Druckfeder 52 vorgespannt und kurz vor dem Ende des Magnetankerweges - hier nicht weiter beschrieben - wird der Starterstrom eingeschaltet. Daraufhin treibt die Antriebswelle 13 über das Planetengetriebe die Abtriebswelle 24 und den Freilauf 43 mit dem Starterritzel 46 an. Wird eine Zahnlücke im Stirnzahnrad 48 erreicht, so wird durch die vorgespannte Druckfeder 52 der Freilauf 43 mit dem Starterritzel 46 in die Zahnlücke geschoben. Das Starterritzel 46 legt sich an eine Zahnflanke des Stirnzahnrades 48 an und wird durch das Steilgewinde bis zum Anschlag 54 vorgeschoben.
  • Vor dem Stirnzahnrad 46 ist eine Mitnehmerscheibe 70 angeordnet. Diese Mitnehmerscheibe 70 ist drehbar um die Abtriebswelle 24 angeordnet und dabei vor dem Stirnzahnrad 46 axial gesichert.
  • Figur 2a zeigt eine vergrößerte Schnittdarstellung des Stirnzahnrades 46 und der Mitnehmerscheibe 70. Auf einer Hülse 73 sitzt das Stirnzahnrad 46, bzw. die Hülse 73 ist in eine zylindrische Öffnung 74 des Stirnzahnrades 46 eingeschoben. Zwischen Hülse 73 und Stirnzahnrad 46 wirkt dabei eine Presspassung und/oder eine stoffschlüssige Verbindung (Klebe-, Lot-, Schweißverbindung). Die Hülse 73 ragt mit einem Ende 76 aus der Öffnung 74 und bildet dabei einen Rohrstutzen. Auf dieser mit dem Stirnzahnrad 46 verbundenen Hülse 73 und zwischen dem Ende 76 und dem Stirnzahnrad 46 sitzt die Mitnehmerscheibe 70 drehbar auf. Die Mitnehmerscheibe 70 ist dabei im Ausführungsbeispiel linksherum frei drehbar, während die Mitnehmerscheibe 70 rechtsherum nur wenige Winkelgrade drehbar beweglich ist. Auf dies wird später noch eingegangen. Auf der von der Mitnehmerscheibe 70 abgewandten Seite befindet sich auf der Außenseite der Hülse 73 eine Nut 77, in der ein Sicherungselement 78 - hier ein axialer Sicherungsring - eingesetzt ist und so die axiale Position der Mitnehmerscheibe auf der Hülse 73 sichert.
  • Wie in Figur 2a erkennbar ist, weist das Stirnzahnrad 46 gerade Außenzähne 79 auf. Aber auch die Mitnehmerscheibe 70 weist Außenzähne 82 auf. Die Anzahl der Außenzähne 79 und Außenzähne 82 ist gleich, beispielsweise zehn. Das Profil der Außenzähne 79 und Außenzähne 82 ist gleich. In Bezug zur Rotationsachse 83 der Hülse 73 sind die Außenzähne 79 kürzer als die Außenzähne 82. Der um die Rotationsachse 83 dargestellte Pfeil 84 deutet eine links drehende Richtung an, um die das Stirnzahnrad 46 im Antriebsfall gedreht wird.
  • In Figur 2b ist eine perspektivische Teilansicht der Mitnehmerscheibe 70 dargestellt. Die Mitnehmerscheibe 70 weist bearbeitete Außenzähne 82 auf. So ist eine der Drehrichtung 84 abgewandte Übergangsstelle 86 zwischen der der Drehrichtung 84 abgewandten Zahnflanke 87 und einer Stirnfläche 75 abgeschrägt, Fläche 80.
  • Figur 3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Stirnzahnrads 46 mit von der Hülse 73 abgenommener Mitnehmerscheibe 70. Es ist eine Stirnseite 85 erkennbar, die bei montierter Mitnehmerscheibe 70 dieser zugewandt ist. In der Stirnseite 85 sind keilförmige Vertiefungen 88 eingearbeitet, deren Tiefe in rechtsdrehender Richtung zunimmt, so dass im Bereich der größten Tiefe einer Vertiefung 88 eine Stufe 89 einen Übergang zur Stirnseite 85 darstellt. Auf Grund der perspektivischen Darstellung ist eine zweite der eben beschriebenen Vertiefung 88 gegenüberliegende Vertiefung 88 nicht erkennbar. Diese Vertiefungen 88 wirken mit Rastfedern 91 zusammen, die an der Mitnehmerscheibe 70 angebracht sind, s. a. Figur 4. Die Vertiefungen 88 sind zudem ringsegmentförmig gestaltet. In einer Variante ist vorgesehen, je Außenzahn 79 eine Vertiefung 88 vorzusehen.
  • Figur 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Mitnehmerscheibe 70 und deren Rückseite 94, die im auf die Hülse 73 montierten Zustand zur Stirnseite 85 zeigt bzw. an dieser ggf. anliegt. Die Rastfeder 91 weist ein freies Ende 97 und ein festes Ende 100 auf. Das feste Ende 100 ist das Ende der Rastfeder 91, das im entspannten Zustand der Rückseite 94 näher liegt als das freie Ende 97. Die Rastfeder 91 sind wie die Vertiefungen 88 ebenfalls ringsegmentförmig gestaltet, wobei die Rastfeder 91 derartig dimensioniert sind, dass sie in die Vertiefungen 88 passen.
  • Figur 5 zeigt eine radiale Draufsicht auf eine Rastfeder 91. Im demontierten Zustand spreizt sich die Rastfeder 91 von der Rückseite 94 ab.
  • Figur 6 zeigt eine Schnittdarstellung durch Fuge 103 zwischen Mitnehmerscheibe 70 und Stirnzahnrad 46 - s. a. Figur 2a - im eingerasteten Zustand der Startvorrichtung 5. Die Rastfeder 91 liegt mit ihrem freien Ende 97 in der Vertiefung 88, welches sich an der Stufe 89 abstützt.
  • In Figur 7a bis g sind schematische Darstellungen des Geschehensablaufs im Zusammenhang mit dem versuchten Einspuren des Stirnzahnrad 46 in den sich schneller drehendes Stirnzahnrad 48 (Zahnkranz) dargestellt. Die Funktion dieser Anordnung im Zusammenhang mit einem Stirnzahnrad 48 ist dabei wie folgt:
  • Der Pfeil 110 stellt die Bewegungsrichtung des Stirnzahnrads 46 auf das Stirnzahnrad 48 (Zahnkranz) dar; dies entspricht der Bewegung der Hülse 73 auf der Abtriebswelle 24 auf das Stirnzahnrad 48 zu, Figur 7a. Der Pfeil 113 stellt die Drehrichtung des Stirnzahnrades 48 dar. Eine Umfangsgeschwindigkeit v48 des Stirnzahnrades 48 ist dabei größer als eine Umfangsgeschwindigkeit v46 des Stirnzahnrades 46, die hier Null ist. Die Umfangsgeschwindigkeit v48 ist eine Geschwindigkeit, die abnimmt und stellt dabei die Situation dar, in der eine Brennkraftmaschine, an der das Stirnzahnrad 48 befestigt ist, ausläuft. Figur 7b zeigt die Mitnehmerscheibe 70 im Moment des ersten Anliegens der Mitnehmerscheibe 70 an das Stirnzahnrad 48. Zähne 116 des Stirnzahnrades 48 können auf Grund deren Anlage an den Außenzähnen 82 zunächst nicht in die Zahnlücken 82a zwischen den Außenzähnen 79 des Stirnzahnrad 46 eindringen. Anschließend gleitet die Mitnehmerscheibe 70 mit ihren Außenzähnen 82 in Zahnlücken 116a des Stirnzahnrad 48. Die unter leichter Vorspannung stehenden Rastfedern 91 gleiten an der Rückseite 94 entlang. Die Mitnehmerscheibe 70 dreht sich gegen den Uhrzeigersinn relativ zum Stirnzahnrad 46. Zwischen Mitnehmerscheibe 70 und Stirnzahnrad 46 ist praktisch ein Freilauf 92 angeordnet.
  • Bewegt sich das Stirnzahnrad 46 nun axial in Richtung des sich schneller drehenden Stirnzahnrades 48, so wird die Mitnehmerscheibe 70 vom Stirnzahnrad 48 mit Hilfe der Außenzähne 82 mitgenommen, das Stirnzahnrad 48 wälzt sich mit seinen Außenzähnen 116 in den Zahnlücken 119 ("Zahntaschen") ab, Figur 7d, wodurch die Einrückbewegung des Stirnzahnrad 46 verhindert wird, Figur 7c, solange das Stirnzahnrad 48 schneller dreht. Es ist somit ein Verfahren zur mechanischen Synchronisation zweier sich drehender, achsversetzter Stirnzahnräder 46, 48 - insbesondere eines Andrehritzels einer Startvorrichtung 5 und eines Zahnkranzes einer Brennkraftmaschine - vorgesehen, wobei das erste Stirnzahnrad 46 an seiner zum zweiten Stirnzahnrad 48 gerichteten Stirnseite 85 eine in eine Richtung beschränkt drehbare Mitnehmerscheibe 70 drehbar trägt, wobei die Mitnehmerscheibe 70 bei axialem Vorschieben des ersten Stirnzahnrades 46 zum zweiten Stirnzahnrad 48 durch das sich drehende zweite Stirnzahnrad 48 mitgenommen und dadurch Zahnlücken 119 zwischen Zähnen 82 des ersten Stirnzahnrades 46 für ein axiales Eindringen von Zähnen 116 des zweiten Stirnzahnrades 48 verschlossen werden.
  • Reibung zwischen der Mitnehmerscheibe 70 und dem Stirnzahnrad 46 (Federvorspannung) hält die Mitnehmerscheibe 70 in definierter Anlage am Stirnzahnrad 48. Sobald sich die Richtung der Relativgeschwindigkeit ändert, bspw. durch Drehbeschleunigung des Stirnzahnrad 46 und/oder Verlangsamung des Stirnzahnrades 48 bis hin zu einer dem Pfeil 113 entgegen gesetzten Bewegung (Rückpendeln der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine) rastet die Mitnehmerscheibe 70 mit den Rastfeder 91 in den Vertiefung 88 ein und gibt die axiale Einrückbewegung für das Stirnzahnrad 46 frei, Figur 7e bis 7g.
  • Es ist somit ein Verfahren vorgesehen, wonach die Mitnehmerscheibe 70 mit dem ersten Stirnzahnrad 46 mittels eines Freilaufs 92 gekoppelt ist und bei größerer Umfangsgeschwindigkeit v46 des ersten Stirnzahnrades 46 das zweite Stirnzahnrad 48 wegen dessen kleinerer Umfangsgeschwindigkeit v48 mittels des Freilaufs 92 mitnimmt.
  • Beschleunigt ein Drehantrieb des ersten Stirnzahnrades 46 dieses und wird dadurch die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Stirnzahnrades 46 größer als dies des zweiten Stirnzahnrades 48, wird dadurch die Mitnehmerscheibe 70 Zahnlücken 82a des ersten Stirnzahnrades 46 freigeben.
  • Das Hubmittel 20 schiebt dann das erste Stirnzahnrad 46 dieses in freie Zahnlücken 116a des zweiten Stirnzahnrades 48.
  • Damit dieser Vorgang verschleiß- und geräuscharm funktioniert, muss die Mitnehmerscheibe 70 möglichst massearm ausgeführt werden. So kann die Mitnehmerscheibe 70 z.B. aus Federstahl als Stanz-/Zieh-/Biegeteil ausgeführt werden. Das ermöglicht die einfache Darstellung der Zahnlücken 119 und Außenzähne 82.
  • Bzgl. der Mitnehmerscheibe 70 kommen alternative Ausführungsformen in Frage: Eine Beschichtung zur Reibungsminderung erleichtert die Mitnahme und verringert Verschleiß. Eine Evolventenkurve auch der Zahnlücken 119 ("Zahntaschenseite") kann zur Verschleißminderung vorgesehen sein. Es kann bspw. Sintermaterial verwendet werden, um eine möglichst freie Formgebung und ebenfalls geringe Masse zu ermöglichen. Die Festigkeit kann ggf. durch Umspritzen verbessert werden, bzw. Verbundwerkstoff. Der Einsatz von Elastomeren, z.B. an den Außenzähnen 82 kann die Mitnnahme verbessern. Die Außenzähne 82 bzw. Mitnehmerelemente an der Mitnehmerscheibe 70 können bürstenartig ausgeführt werden.
  • Es wird demnach ein Maschine 5, insbesondere elektrische Startvorrichtung, mit einem Stirnzahnrad 46, insbesondere Andrehritzel, vorgeschlagen, wobei diese mit einer Mitnehmerscheibe 70, die an einer axialen Seite des Stirnzahnrades 46 angeordnet ist, die einem Hubmittel 20 des Stirnzahnrades 46 abgewandt ist, ausgestattet ist, wobei die Mitnehmerscheibe 70 gegenüber dem Stirnzahnrad 46 beschränkt drehbar ist, wodurch Zahnlücken 82a des Stirnzahnrades 46 verschlossen werden. Zwischen der Mitnehmerscheibe 70 und dem Stirnzahnrad 46 ist ein Freilauf 92 angeordnet.
  • Der Freilauf 92 zwischen der Mitnehmerscheibe 70 und dem Stirnzahnrad 46 ist derart ausgestaltet, dass ein Antriebsmoment des Andrehmotors 10 ein Schließen den Freilaufs 92 und damit eine Mitnahme der Mitnehmerscheibe 70 durch das Stirnzahnrad 46 bewirkt werden kann.
  • Die Mitnehmerscheibe 70 greift mittels Synchronisationselementen, vorzugsweise Rastfedern 91, am Stirnzahnrad 46, vorzugsweise in Vertiefungen 88 ein.
  • Es ist vorgesehen, dass die Mitnehmerscheibe 70 genauso viele Außenzähne 82 wie Synchronisationselemente aufweist.
  • Die Mitnehmerscheibe 70 weist zumindest ein Mitnehmerelement auf, vorzugsweise zumindest einen Außenzahn 82. Alternativ kann dieses Mitnehmerelement auch bürstenartig sein.

Claims (11)

  1. Verfahren zur mechanischen Synchronisation zweier sich drehender, achsversetzter Stirnzahnräder (46, 48) - insbesondere eines Andrehritzels einer Startvorrichtung (5) und eines Zahnkranzes einer Brennkraftmaschine - dadurch gekennzeichnet, dass das erste Stirnzahnrad (46) an seiner zum zweiten Stirnzahnrad (48) gerichteten Stirnseite (85) eine in eine Richtung beschränkt drehbare Mitnehmerscheibe (70) drehbar trägt, wobei die Mitnehmerscheibe (70) bei axialem Vorschieben des ersten Stirnzahnrades (46) zum zweiten Stirnzahnrad (48) durch das sich drehende zweite Stirnzahnrad (48) mitgenommen und dadurch Zahnlücken (119) zwischen Zähnen (82) des ersten Stirnzahnrades (46) für ein axiales Eindringen von Zähnen (116) des zweiten Stirnzahnrades (48) verschlossen werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerscheibe (70) mit dem ersten Stirnzahnrad (46) mittels eines Freilaufs (92) gekoppelt ist und bei größerer Umfangsgeschwindigkeit (v46) des ersten Stirnzahnrades (46) das zweite Stirnzahnrad (48) wegen dessen kleinerer Umfangsgeschwindigkeit (v48) mittels des Freilaufs (92) mitnimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb des ersten Stirnzahnrades (46) dieses drehbeschleunigt und dadurch die Umfangsgeschwindigkeit des ersten Stirnzahnrades (46) größer als dies des zweiten Stirnzahnrades (48) wird und dadurch die Mitnehmerscheibe (70) Zahnlücken (82a) des ersten Stirnzahnrades (46) freigibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hubmittel (20) das erste Stirnzahnrad (46) dieses in freie Zahnlücken (116a) des zweiten Stirnzahnrades (48) schiebt.
  5. Maschine (5), insbesondere elektrische Startvorrichtung, mit einem Stirnzahnrad (46), insbesondere Andrehritzel, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit einer Mitnehmerscheibe (70), die an einer axialen Seite des Stirnzahnrades (46) angeordnet ist, die einem Hubmittel (20) des Stirnzahnrades (46) abgewandt ist, ausgestattet ist, wobei die Mitnehmerscheibe (70) gegenüber dem Stirnzahnrad (46) beschränkt drehbar ist, wodurch Zahnlücken (82a) des Stirnzahnrades (46) verschlossen werden.
  6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mitnehmerscheibe (70) und dem Stirnzahnrad (46) ein Freilauf (92) angeordnet ist.
  7. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Freilauf (92) zwischen Mitnehmerscheibe (70) und dem Stirnzahnrad (46) derart ausgestaltet ist, dass ein Antriebsmoment des Andrehmotors (10) ein Schließen den Freilaufs (92) und damit eine Mitnahme der Mitnehmerscheibe (70) durch das Stirnzahnrad (46) bewirken kann.
  8. Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerscheibe (70) mittels Synchronisationselementen, vorzugsweise Rastfedern (91), am Stirnzahnrad (46), vorzugsweise in Vertiefungen (88) eingreift.
  9. Maschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerscheibe (70) genauso viele Außenzähne (82) wie Synchronisationselemente aufweist.
  10. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mitnehmerscheibe (70) zumindest ein Mitnehmerelement aufweist, vorzugsweise zumindest einen Außenzahn (82).
  11. Maschine nach einem der vorstehenden Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mitnehmerscheibe (70) aus Federstahl oder Sintermaterial gefertigt ist.
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