WO2011113412A2 - Permanent eingespurter starter mit einem trockenen freilauf - Google Patents

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    • F02N15/026—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the starter comprising an intermediate clutch of the centrifugal type

Definitions

  • the invention relates to a permanently interlocked starter with a dry freewheel and is used in particular in internal combustion engines and serves to decouple crankshaft or primary mass and starter ring gear during operation by the freewheel.
  • the freewheel works in such a way that it transmits the speed between crankshaft or primary mass and starter ring gear or starter shaft up to a certain moment and no torque is transmitted at an increasing moment.
  • a starter freewheel for an electric starting device for internal combustion engines for the temporary coupling of the starter shaft with the crankshaft is also known from DE 100 19 593 A1.
  • the starter clutch comprises an inner ring coupled to the crankshaft, an outer ring coupled to the starter shaft and sprags effective for startup operation for frictional engagement of the two rings and a cage for the sprags and means for friction or positive engagement of the cage with the inner ring.
  • In overtaking the clamp body are pivoted under the action of centrifugal force such that they are separated from the outer ring.
  • the clamping body are pivotally mounted with leaf springs in a cage support ring.
  • the clamping body of a freewheel can also be acted upon by means of a leg spring.
  • a disadvantage of these systems is that the prestressing of the clamping body is carried out by means of assembly-consuming and / or strength-critical springs, whereby a large number of parts which assume different functions (centering, spring installation, etc.) are required.
  • Another disadvantage is that it can come by the springs used to oscillations of the clamping body by the sometimes very high centrifugal forces acting on the clamp body, which has an overall negative effect on the life of the freewheel.
  • the object of the invention is the construction of a dry freewheel, which is easy to install and robust and has a reduced number of parts, the component wear and noise is low and the structural design ensures that the torque flow from the starter to the engine as soon as the engine automatically runs, is interrupted and the restart of the engine below a limit speed is possible at any time, for which the clamp body in a defined speed range off or must swing. Furthermore, the cage, in which the clamp body are mounted centered to the crankshaft and at the same time be connected with friction.
  • the springs are compression springs.
  • the compression springs are based on plastic parts and are guided laterally / axially fixed by means of the plastic parts.
  • the plastic parts simultaneously center the cage with respect to the inner ring on the crankshaft.
  • the cage has two side plates and the plastic parts also cause a clamping of the cage by acting on the side panels of the cage bias.
  • a compression spring bears against the plastic part on the one hand and is connected to the other in particular via a pressure piece with the clamping body, wherein the pressure piece is advantageously rotatably mounted in the clamping body.
  • the pressure piece When rotating the clamping body, the pressure piece is thereby pivotally mounted, wherein the compression spring is actuated substantially in parallel.
  • Another function of the two plastic parts is that they prevent slipping out of the compression spring under centrifugal force in the pivoted end position of the clamp body.
  • the two side panels of the cage are fixedly connected to each other via spacer bolts, on which the clamping bodies are pivotally received.
  • the plastic parts are fixed, with friction surfaces are located on the plastic parts, which have contact with the flange and thereby frictionally connect the cage to the flange.
  • the dry freewheel Due to the inventive design of the dry freewheel for a meshed starter vibrations and noise are reduced and increases the life in particular by the use of the compression spring. Furthermore, the dry freewheel has a robust construction with a small number of parts, which is easy to install.
  • Figure 2 shows the section through a cage with plastic parts
  • FIG. 3 shows a detailed view of the cage centering
  • Figure 4 shows the representation of the clamping mechanism in the front view with it in
  • Figure 5 shows the representation of the clamping mechanism in the front view with raised clamping bodies.
  • FIG. 1 the longitudinal section of the freewheel is shown.
  • the starter not shown here meshes with the ring gear 1, which is connected to the drive plate 2 arbitrarily.
  • the drive plate 2 with the ring gear 1 about the axis A is rotatably mounted on the engine, not shown.
  • a flange 4 is secured against rotation on the crankshaft, also not shown here.
  • the coupling between the flange 4 and the drive plate 2 via any number of clamping body 5.
  • the clamping body 5 should rotate from a certain speed in the nip and so lose the direct contact with drive plate 2 and flange 4. This should be speed dependent.
  • the flange 4 rotates at the engine speed.
  • the starter stops turning and the drive plate 2 also stops. It is therefore a necessity that the clamp bodies 5 are taken in some form from the flange 4 to get the centrifugal force necessary for the twisting.
  • the function of the coupling of clamping body 5 and flange 4 takes over a cage.
  • the cage consists of two side plates 6, which are arranged on both sides of the clamping bodies and fixedly connected to one another via spacer bolts 7. At the facing each other inner sides of the side panels 6 thin-walled plastic parts 8 are attached.
  • the representation of the cage with the plastic parts 8 and the clamping bodies 5 is shown in Figures 2 and 3.
  • the plastic parts 8 take over several functions simultaneously. On the one hand they center the entire cage on the flange 4, on the other hand there are friction surfaces 10 on the two plastic parts 8 in the direction of the flange 4. These have contact with the flange 4 and are subjected to a force. Thus, the cage is frictionally connected to the flange 4.
  • the clamping force is generated by biasing the side plates 6 and is lovingly adjustable.
  • the plastic parts 8, which are arranged on both sides of the clamping body 5 form a lateral guide for the clamping body.
  • the position of the clamping body 5 is defined by the spacer pin 7, around which the clamping body 5 is pivotally mounted.
  • FIG. 4 shows the illustration of the clamping mechanism in the front view with clamping bodies 5 in engagement. Since the center of gravity 14 of the clamping body 5 is deliberately outside the axis of rotation of the clamping body 5, the rotational movement of the internal combustion engine generates a moment which leads to the rotation of the clamping body 5. A stop pin 15 defines the end position of this twisting movement. Thus, the clamping body 5 in a certain speed range off or pivots, the clamping body 5 is biased by the compression spring 13. About the compression spring 13 and the position of the center of gravity 14 and the mass of the clamp body Abhebe- or application speed is defined.
  • the compression spring 13 is on the one hand with a system 12 on the plastic part 8, on the other hand, it is connected via a pressure piece 16 with the clamping body 5.
  • the pressure piece 16 is rotatably mounted in the clamping body 5 via a bearing 17. Thus, upon rotation of the clamping body 5, the pressure piece 16 pivot and the compression spring 13 is actuated in parallel as far as possible.
  • FIG. 1 The illustration of the clamping mechanism in the front view with raised clamping bodies is shown in FIG. In this swiveled end position of the clamp body 5 prevent the two plastic parts 8 and the pressure member 16 slipping out of the compression spring 13 under centrifugal force.
  • the plastic parts at the same time take over the centering of the cage relative to the inner ring (flange) on the crankshaft and the clamping of the cage.
  • the clamping force is created by preloading the side panels of the cage.

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Abstract

Trockener Freilauf für einen permanent eingespurten Starter mit einem mit der Kurbelwelle / der Primärmasse gekoppelten Flansch, einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz sowie einem Käfig, an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind, die im gekoppelten Zustand an einer mit dem Zahnkranz verbundenen Mitnehmerscheibe (Außenring) und Flansch (Innenring) wirken und ein Drehmoment zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Flansch übertragen und die im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Mitnehmerscheibe beabstandet sind, wobei erfindungsgemäß die Federn Druckfedern sind.

Description

Permanent eingespurter Starter mit einem trockenen Freilauf
Die Erfindung betrifft einen permanent eingespurten Starter mit einem trockenen Freilauf und findet insbesondere bei Brennkraftmaschinen Anwendung und dient dazu, Kurbelwelle bzw. Primärmasse und Anlasserzahnkranz im Betrieb durch den Freilauf zu entkoppeln. Der Freilauf funktioniert dabei so, dass er bis zu einem bestimmten Moment die Drehzahl zwischen Kurbelwelle bzw. Primärmasse und Anlasserzahnkranz bzw. Anlasserwelle überträgt und bei einem größer werdenden Moment keine Drehmomentübertragung mehr erfolgt.
Ein Anlasserfreilauf für eine elektrische Anlassvorrichtung für Verbrennungsmotoren zur vorübergehenden Kupplung der Anlasserwelle mit der Kurbelwelle ist auch aus DE 100 19 593 A1 bekannt. Der Anlasserfreilauf umfasst einen mit der Kurbelwelle gekuppelten Innenring, einen mit der Anlasserwelle gekuppelten Außenring sowie im Anlassbetrieb wirksame Klemmkörper zum reibschlüssigen Verbinden der beiden Ringe und einen Käfig für die Klemmkörper und Mittel zur reib- oder formschlüssigen Verbindung des Käfigs mit dem Innenring. Im Überholbetrieb werden die Klemmkörper unter der Einwirkung der Fliehkraft derart verschwenkt, dass sie vom Außenring getrennt sind. Die Klemmkörper sind mit Blattfedern in einem Käfig-Stützring schwenkbar gelagert.
Es wurde bereits versucht, den Freilauf mit Mitteln zu versehen, die die Klemmkörper im entkoppelten Zustand abstützen. Die Klemmkörper sind dabei mittels einer Schraubenfeder am Käfig befestigt.
Die Klemmkörper eines Freilaufs können auch Mittels einer Schenkelfeder beaufschlagt sein.
Nachteilig bei diesen Systemen ist, dass die Vorspannung der Klemmköper über montageaufwendige und/oder festigkeitskritische Federn erfolgt, wobei eine hohe Anzahl von Teilen, die verschiedene Funktionen (Zentrieren, Federanlage, u.a.) übernehmen, erforderlich ist. Weiterhin ist nachteilig, dass es durch die teilweise sehr hohen Fliehkräfte, die auf die Klemmkörper wirken, durch die verwendeten Federn zu Schwingungen der Klemmkörper kommen kann, was sich insgesamt negativ auf die Lebensdauer des Freilaufs auswirkt. Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Konstruktion eines trockenen Freilaufes, welcher montagefreundlich und robust ist und eine reduzierte Anzahl von Einzelteilen aufweist, wobei der Bauteilverschleiß und die Geräuschentwicklung gering ist und die konstruktive Ausführung gewährleistet, dass der Momentfluss vom Anlasser zum Verbrennungsmotor, sobald der Verbrennungsmotor selbsttätig läuft, unterbrochen ist und der Wiederstart des Motors unterhalb einer Grenzdrehzahl jederzeit möglich ist, wofür die Klemmkörper in einem definierten Drehzahlband aus- bzw. einschwenken müssen. Weiterhin soll der Käfig, in dem die Klemmkörper gelagert sind, zur Kurbelwelle zentriert und gleichzeitig reibungsbehaftet angebunden sein.
Dazu weist der trockene Freilauf für einen permanent eingespurten Starter einen mit der Kurbelwelle / der Primärmasse gekoppelten Flansch, einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz sowie einen Käfig, an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind, auf, wobei die Klemmkörper im gekoppelten Zustand an einer mit dem Zahnkranz verbundenen Mitnehmerscheibe (Außenring) und Flansch (Innenring) wirken und ein Drehmoment zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Flansch übertragen und im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Mitnehmerscheibe beabstandet sind, wobei erfindungsgemäß die Federn Druckfedern sind.
Vorteilhafter Weise stützen sich die Druckfedern an Kunststoffteilen ab und werden seitlich/axial fixiert mittels der Kunststoffteilen geführt. Die Kunststoffteile zentrieren dabei gleichzeitig den Käfig gegenüber dem Innenring auf der Kurbelwelle.
Der Käfig besitzt zwei Seitenbleche und die Kunststoffteile bewirken ebenfalls eine Klemmung des Käfigs durch eine auf die Seitenbleche des Käfig wirkende Vorspannung.
Vorzugsweise liegt jeweils eine Druckfeder zum einen am Kunststoffteil an und ist zum anderen insbesondere über ein Druckstück mit dem Klemmkörper verbunden, wobei das Druckstück vorteilhafter Weise drehbar im Klemmkörper gelagert ist.
Beim Verdrehen des Klemmkörpers ist dadurch das Druckstück schwenkbar gelagert, wobei die Druckfeder im Wesentlichen parallel betätigbar ist. Eine weitere Funktion der beiden Kunststoffteile besteht darin, dass sie in der ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers ein Herausrutschen der Druckfeder unter Fliehkraft verhindern.
Die zwei Seitenbleche des Käfigs werden über Abstandsbolzen fest miteinander verbunden, an denen die Klemmkörper schwenkbar aufgenommen sind. In den beiden Seitenblechen sind die Kunststoffteile befestigt, wobei sich Reibflächen an den Kunststoffteilen befinden, die Kontakt zum Flansch aufweisen und dadurch den Käfig reibungsbehaftet an den Flansch anbinden.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung des trockenen Freilaufes für einen eingespurten Starter werden insbesondere durch die Verwendung der Druckfeder Schwingungen und Geräusche reduziert und die Lebensdauer erhöht. Weiterhin weist der trockene Freilauf eine robuste Konstruktion mit einer geringen Teilezahl auf, die montagefreundlich ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 den Schnitt durch einen Freilauf,
Figur 2 den Schnitt durch einen Käfig mit Kunststoffteilen
Figur 3 die Detailansicht der Käfigzentrierung,
Figur 4 die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit sich im
Eingriff befindlichen Klemmkörpern,
Figur 5 die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit angehobenen Klemmkörpern.
In Figur 1 ist der Längsschnitt des Freilaufes dargestellt. Der hier nicht dargestellte Anlasser kämmt mit dem Zahnkranz 1 , welcher mit der Mitnehmerscheibe 2 beliebig verbunden ist. Über ein beliebiges Lager 3 ist die Mitnehmerscheibe 2 mit dem Zahnkranz 1 um die Achse A drehbar am nicht dargestellten Motor gelagert. Ein Flansch 4 ist verdrehsicher an der ebenfalls hier nicht gezeigten Kurbelwelle befestigt. Die Kopplung zwischen dem Flansch 4 und der Mitnehmerscheibe 2 erfolgt über beliebig viele Klemmkörper 5. Diese verklemmen sich im Spalt zwischen der Mitnehmerscheibe und dem Flansch 4, wodurch über die Klemmkörper 5 zwischen Mitnehmerscheibe 2 und Flansch 4 ein Drehmoment übertragen wird. Hierdurch entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen diesen Teilen und das Startmoment des Anlassers kann an die Kurbelwelle übertragen werden.
Rotiert der Flansch 4 schneller als die Mitnehmerscheibe 2 nimmt die Klemmkraft der
Klemmkörper 5 ab. Der Freilauf löst, da die Klemmkörper 5 keinen Kontakt mehr zu der Mitnehmerscheibe 2 haben, wodurch kein Moment mehr übertragen wird.
Wenn der Freilauf überholt, kommt es zu einer Relativbewegung zwischen dem Flansch 4, der Mitnehmerscheibe 2 und den Klemmkörpern 5. Um über die Lebensdauer den Verschleiß an den genannten Bauteilen gering zu halten, sollen sich die Klemmkörper 5 ab einer bestimmten Drehzahl im Klemmspalt verdrehen und so den direkten Kontakt zu Mitnehmerscheibe 2 und Flansch 4 verlieren. Dies soll drehzahlabhängig erfolgen.
Ist der Startvorgang der Verbrennungsmaschine abgeschlossen, rotiert der Flansch 4 mit der Motordrehzahl. Der Anlasser hört auf sich zu drehen und die Mitnehmerscheibe 2 bleibt ebenfalls stehen. Es ist folglich eine Notwendigkeit, dass die Klemmkörper 5 in irgendeiner Form vom Flansch 4 mitgenommen werden, um die für das Verdrehen notwendige Zentrifugalkraft zu bekommen. Die Funktion der Kopplung von Klemmkörper 5 und Flansch 4 übernimmt ein Käfig.
Der Käfig besteht aus zwei Seitenblechen 6, die beidseitig zu den Klemmkörpern angeordnet und über Abstandsbolzen 7 fest miteinander verbunden sind. An den aufeinander zuweisenden Innenseiten der Seitenblechen 6 sind dünnwandige Kunststoffteile 8 befestigt. Die Darstellung des Käfigs mit den Kunststoffteilen 8 und den Klemmkörpern 5 wird in den Figuren 2 und 3 gezeigt. Die Kunststoffteile 8 übernehmen gleichzeitig mehrere Funktionen. Zum einen zentrieren sie den gesamten Käfig auf dem Flansch 4, zum anderen befinden sich in Richtung zum Flansch 4 Reibflächen 10 an den beiden Kunststoffteilen 8. Diese haben Kontakt zum Flansch 4 und sind kraftbeaufschlagt. Somit ist der Käfig reibungsbehaftet an den Flansch 4 angebunden. Die Klemmkraft wird durch Vorspannung der Seitenbleche 6 erzeugt und ist be- liebig einstellbar. Im Bereich der Abstandsbolzen 7 bilden die Kunststoffteile 8, die beidseitig zum Klemmkörper 5 angeordnet sind, eine seitliche Führung für den Klemmkörper.
Aus Figur 3 ist ersichtlich, dass sich die Druckfeder 13 an den Kunststoffteilen 8 mittels Anlagen 12 abstützt 12 und durch diese zentriert wird.
Die Position der Klemmkörper 5 wird durch den Abstandsbolzen 7 definiert, um den der Klemmkörper 5 schwenkbar gelagert ist.
Figur 4 zeigt die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit sich im Eingriff befindlichen Klemmkörpern 5. Da der Schwerpunkt 14 des Klemmkörpers 5 gezielt außerhalb der Drehachse des Klemmkörpers 5 liegt, erzeugt die Drehbewegung des Verbrennungsmotors ein Moment, welches zum Verdrehen des Klemmkörpers 5 führt. Ein Anschlagbolzen 15 definiert die Endlage dieser Verdrehbewegung. Damit der Klemmkörper 5 in einem bestimmten Drehzahlbereich aus- bzw. einschwenkt, ist der Klemmkörper 5 durch die Druckfeder 13 vorgespannt. Über die Druckfeder 13 sowie die Lage des Schwerpunktes 14 und die Masse des Klemmkörpers wird die Abhebe- bzw. Anlegedrehzahl definiert. Die Druckfeder 13 liegt zum einen mit einer Anlage 12 am Kunststoffteil 8 an, zum anderen ist sie über ein Druckstück 16 mit dem Klemmkörper 5 verbunden. Das Druckstück 16 ist über eine Lagerung 17 drehbar im Klemmkörper 5 gelagert. So kann beim Verdrehen des Klemmkörpers 5 das Druckstück 16 schwenken und die Druckfeder 13 wird weitestgehend parallel betätigt.
Die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit angehobenen Klemmkörpern ist in Figur 5 dargestellt. In dieser ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers 5 verhindern die beiden Kunststoffteile 8 und das Druckstück 16 ein Herausrutschen der Druckfeder 13 unter Fliehkraft.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird zum einen die axiale Verschiebbarkeit der
Klemmkörper eingeschränkt, zum anderen werden Klappergeräusche durch dynamische Schwingungen der Klemmkörper im ungeklemmten Zustand verringert.
Neben der seitlichen Führung der Klemmkörper übernehmen die Kunststoffteile gleichzeitig die Zentrierung des Käfigs gegenüber dem Innenring (Flansch) auf der Kurbelwelle und die Klemmung des Käfigs. Die Klemmkraft entsteht durch das Vorspannen der Seitenbleche des Käfigs. Diese konstruktive Ausführung gewährleistet, dass der Momentfluss vom Anlasser zum Verbrennungsmotor, sobald der Verbrennungsmotor selbsttätig läuft, unterbrochen ist und der Wiederstart des Motors unterhalb einer Grenzdrehzahl jederzeit möglich ist, wofür die Klemmkörper in einem definierten Drehzahlband aus- bzw. einschwenken. Weiterhin ist der Käfig, in dem die Klemmkörper gelagert sind, zur Kurbelwelle zentriert und erstmalig reibungsbehaftet angebunden.
Bezugszeichenliste Zahnkranz
Mitnehmerscheibe
Lager
Flansch
Klemmkörper
Seitenbleche
Abstandsbolzen
Kunststoffteile
Reibflächen
Anlage
Druckfeder
Schwerpunkt
Anschlagbolzen
Druckstück
Lagerung
Achse

Claims

Patentansprüche
1. Trockener Freilauf für einen permanent eingespurten Starter mit einem mit der Kurbelwelle / der Primärmasse gekoppelten Flansch (4), einen mit der Anlasserwelle gekoppelten Zahnkranz (1 ) sowie einem Käfig, an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper (5) aufgenommen sind, die im gekoppelten Zustand an einer mit dem Zahnkranz (1 ) verbundenen Mitnehmerscheibe (2) (Außenring) und Flansch (4) (Innenring) wirken und ein Drehmoment zwischen der Mitnehmerscheibe (2) und dem Flansch (4) übertragen und die im entkoppelten Zustand (Leerlauf) von der Mitnehmerscheibe (2) beabstandet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn Druckfedern (13) sind.
2. Freilauf nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich die Druckfedern (13) an Kunststoffteilen (8) abstützen.
3. Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (5) seitlich/axial fixiert mittels der Kunststoffteile (8) geführt werden, an denen sich die Druckfedern (13) abstützen.
4. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffteile (8) den Käfig gegenüber dem Flansch (4) auf der Kurbelwelle zentrieren.
5. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig Seitenbleche (6) aufweist und dass die Kunststoffteile (6) eine Klemmung des Käfigs durch eine auf die Seitenbleche (6) des Käfigs wirkende Vorspannung gewährleisten.
6. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Druckfeder (13) zum einen am Kunststoffteil (8) anliegt und zum anderen über ein Druckstück (16) mit dem Klemmkörper (5) verbunden ist.
7. Freilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckstück (16) drehbar im Klemmkörper (5) gelagert ist.
8. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verdrehen des Klemmkörpers (5) das Druckstück (16) schwenkbar und die Druckfeder (13) im Wesentlichen parallel betätigbar ist.
9. Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers (5) die beiden Kunststoffteile (8,16) ein Herausrutschen der Druckfeder (13) unter Fliehkraft verhindern.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Seitenbleche (6) des Käfigs über Abstandsbolzen (7) fest miteinander verbunden sind und dass in den Seitenblechen (6) die Kunststoffteile (8) befestigt sind, wobei sich Reibflächen (10) an den Kunststoffteilen (8) befinden, die Kontakt zum Flansch (4) aufweisen und den Käfig reibungsbehaftet an den Flansch (4) anbinden.
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