DE102014225522B4

DE102014225522B4 - Freilaufeinrichtung für eine Startvorrichtung

Info

Publication number: DE102014225522B4
Application number: DE102014225522.8A
Authority: DE
Inventors: Stephan Kaske; Javier Bores
Original assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: HUP1500605A2; DE102014225522A1; PL225168B1; BR102015030931B1; CN105697212A; FR3029989A1; HU230859B1; FR3029989B1; CN105697212B; BR102015030931A2; PL415189A1

Abstract

Freilaufeinrichtung für eine Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (4), mit einem Mitnehmer (15), der über Stützrollen (22) mit einer ein Starterritzel (2) antreibenden Welle (5) verbunden ist, wobei der Mitnehmer (15) eine Stirnseite der Welle übergreift, dadurch gekennzeichnet, dass am Mitnehmer (15) und an der Stirnseite der Welle (5) ein zylindrischer Zentrierzapfen (21) und eine den Zentrierzapfen (21) spielfrei aufnehmende Ausnehmung (17) angeordnet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freilaufeinrichtung für eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 10 2012 211 893 A1 wird eine Startvorrichtung beschrieben, mit der eine Brennkraftmaschine gestartet werden kann. Die Startvorrichtung umfasst ein Starterritzel, das axial zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine verstellbar ist. Das Starterritzel wird von einem elektrischen Startermotor angetrieben, dessen Drehbewegung über ein Planetengetriebe auf eine Antriebswelle übertragen wird, auf der eine Ritzelwelle mit dem Starterritzel aufsitzt. Die Kopplung zwischen der Antriebswelle und der Ritzelwelle erfolgt über ein Steilgewinde. Das Starterritzel wird mithilfe eines Starterrelais zwischen Außerfunktions- und Eingriffsposition verstellt.
Die DE 10 2012 209 809 A1 zeigt eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Freilaufeinrichtung im Übertragungsweg zwischen einem Startermotor und einem Starterritzel, wobei sich ein mit dem Starterritzel gekoppelter Stützbund an einem Mitnehmer der Freilaufeinrichtung axial abstützt. Die Stirnseite des Stützbundes ragt in eine ringförmige Führungskontur im Mitnehmer ein. In dem Stützbund ist eine Ausnehmung vorgesehen, in der eine halbkugelförmige Erhebung des Mitnehmers mit deutlichem Spiel angeordnet ist.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine Freilaufeinrichtung für eine Startvorrichtung so auszubilden, dass über einen langen Betriebszeitraum eine exakte radiale Relativpositionierung zwischen einem Mitnehmer und einer Welle der Freilaufeinrichtung gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Die erfindungsgemäße Freilaufeinrichtung wird in Startvorrichtungen eingesetzt, mit denen Brennkraftmaschinen gestartet werden können. Die Freilaufeinrichtung ist hierbei im Übertragungsweg zwischen einem Startermotor und einem Starterritzel angeordnet und gewährleistet eine Bewegungsübertragung von der Rotorwelle auf das Starterritzel. Sobald jedoch nach dem Starten der Brennkraftmaschine die Drehgeschwindigkeit eines Zahnkranzes der Brennkraftmaschine die Drehgeschwindigkeit des antreibenden Starterritzels überholt, wird die kinematische Kopplung zwischen dem Mitnehmer und der Welle der Freilaufeinrichtung aufgehoben, um eine Schädigung des Startermotors zu verhindern.
Die Startvorrichtung, in der die Freilaufeinrichtung eingesetzt wird, umfasst neben dem Startermotor und dem Starterritzel sowie der zwischengeschalteten Freilaufeinrichtung vorteilhafterweise auch ein Getriebe, beispielsweise ein Planetengetriebe, das sich insbesondere unmittelbar an der Abtriebsseite des Startermotors befindet und die Antriebsbewegung der Rotorwelle des Startermotors untersetzt. Auf der Abtriebsseite des Getriebes befindet sich die Freilaufeinrichtung, deren Mitnehmer drehfest mit einem abtriebsseitigen Bauteil des Getriebes verbunden ist. Im Antriebsfall wird die Antriebsbewegung über den Mitnehmer und Stützrollen auf die Welle übertragen, welche das Starterritzel antreibt.
Gegebenenfalls ist das Starterritzel zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen, in der das Starterritzel in Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht. Die Verstellbewegung des Starterritzels wird vorzugsweise über ein elektromagnetisches Starterrelais durchgeführt, das einen axial verschieblichen Hubanker aufweist, dessen Bewegung über ein Koppelelement wie zum Beispiel einen Gabelhebel auf das Starterritzel übertragen wird. Die Verstellbewegung des Starterritzels ist beispielsweise eine axiale Bewegung parallel zur Motorlängsachse des Startermotors. Bei der axialen Verstellbewegung führt das Starterritzel zweckmäßigerweise eine überlagerte Rotationsbewegung durch, indem das Starterritzel über ein Steilgewinde auf der Welle der Freilaufeinrichtung aufsitzt. Die überlagerte Rotationsbewegung erleichtert das Einspuren in den Zahnkranz.
Bei der erfindungsgemäßen Freilaufeinrichtung weisen der Mitnehmer und die Welle eine Ausnehmung sowie einen zylindrischen Zentrierzapfen auf, wobei Ausnehmung und Zentrierzapfen sich jeweils in Achsrichtung - bezogen auf die Rotationsachse - erstrecken und ineinandergreifen.
Diese Ausführung gewährleistet eine exakte koaxiale Ausrichtung von Mitnehmer und Welle der Freilaufeinrichtung. Der Zentrierzapfen ist erfindungsgemäßspielfrei in der Ausnehmung aufgenommen. Im Antriebsfall - bei einer Übertragung von Antriebsmoment vom Mitnehmer auf die Welle - führen die Bauteile keine Relativbewegung zueinander aus. Nur im Freilauffall kann sich die Welle relativ zu dem Mitnehmer verdrehen, so dass auch der Zentrierzapfen sich in der Ausnehmung dreht.
Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt in der einfachen Herstellbarkeit. Der Mitnehmer, der beispielsweise aus Kunststoff, Sintermaterial oder Stahl gefertigt ist und zum Beispiel im Spritzgussverfahren oder durch Fließpressen hergestellt bzw. umgeformt wird, kann gegebenenfalls auch ohne Nachbearbeitung in der Freilaufeinrichtung eingesetzt werden. Vorteilhaft ist es auch, dass die Zentrierung zwischen Mitnehmer und Welle in Radialrichtung nur verhältnismäßig wenig Platz beansprucht, so dass zum einen eine klein bauende Zentrierung gewährleistet ist und zum andern auch im Falle einer Relativdrehbewegung die Reibung reduziert ist und nur ein geringer Wärmeeintrag in die Freilaufeinrichtung erfolgt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung befindet sich der Zentrierzapfen an dem Mitnehmer und steht axial über die Seitenfläche des Mitnehmers über. Dementsprechend befindet sich die Ausnehmung an der Stirnseite der Welle. Im Prinzip kommt aber auch eine umgekehrte Anordnung in Betracht, bei der der Zentrierzapfen an der Stirnseite der Welle und die Ausnehmung am Mitnehmer angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführung liegt die freie Stirnseite des Zentrierzapfens axial auf Abstand zum Boden der Ausnehmung. Dementsprechend unterliegt der Zentrierzapfen keinen oder nur geringen Axialkräften, er dient in erster Linie zur Zentrierung und koaxialen Ausrichtung zwischen Mitnehmer und Welle der Freilaufeinrichtung.
Die Welle weist insbesondere einen Rollenbund auf, der vorzugsweise einteilig mit der Welle ausgebildet ist und von dem Mitnehmer übergriffen wird. Die Stützrollen befinden sich radial zwischen dem übergreifenden Abschnitt des Mitnehmers und der Mantelfläche des Rollenbundes. Die Funktion der Freilaufeinrichtung mit der Richtungsabhängigkeit wird vorzugsweise von einer Keilbahn am Mitnehmer gewährleistet, in der die Stützrollen aufgenommen sind. Je nach Richtung des zwischen Mitnehmer und Welle wirkenden Drehmomentes werden die Stützrollen in der Keilbahn entweder in eine blockierende Funktion beaufschlagt, welche dem Antriebsfall entspricht, oder in eine Freilaufposition, in der eine Relativdrehbewegung zwischen Welle und Mitnehmer möglich ist.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführung ragt der Zentrierzapfen über mindestens die Hälfte der axialen Tiefe in die Ausnehmung ein. Dies gewährleistet eine ausreichende Führung zwischen den Bauteilen. Zugleich ist es zweckmäßig, dass die Stirnseite des Zentrierzapfens axial auf Abstand zum Boden der Ausnehmung liegt. Hierdurch ist zugleich gewährleistet, dass die Stirnseite der Welle an der Seitenwand des Mitnehmers zur Anlage kommen kann.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung liegen die Stirnseite der Welle und die Stirnseite der Stützrollen in einer gemeinsamen Ebene. Diese gemeinsame Ebene kann, gemäß weiterer vorteilhafter Ausführung, die Seitenfläche des Mitnehmers sein, so dass sowohl die Stützrollen als auch die Welle axial an gleicher Höhe an der Seitenwand des Mitnehmers enden.
Es kann zweckmäßig sein, an der Stirnseite des Zentrierzapfens und/oder an dem die Ausnehmung begrenzenden Randbereich eine Fase oder eine Rundung vorzusehen, beispielsweise mit einem Radius zwischen 0.1 mm und 2 mm, um ein Einführen des Zentrierzapfens in die Ausnehmung zu erleichtern. Eine derartige Fase bzw. Radius kann insbesondere auf Seiten des Mitnehmers im Wege des Fließpressens hergestellt werden.
Gemäß noch einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist der Durchmesser des Zentrierzapfens bzw. der Ausnehmung kleiner als der Außendurchmesser der Welle. Zweckmäßigerweise beträgt der Durchmesser des Zentrierzapfens maximal 30 % des Außendurchmessers des Mitnehmers, insbesondere maximal 25 % oder maximal 20 %. Dieser verhältnismäßig kleine Durchmesser des Zentrierzapfens reicht für die Zentrierfunktion aus und gewährleistet zugleich im Falle einer Relativdrehbewegung eine verhältnismäßig geringe Umfangsgeschwindigkeit im Kontaktbereich zwischen Zentrierzapfen und Ausnehmung und damit einhergehend auch nur einen verhältnismäßig geringen Wärmeeintrag.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:

1 eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Starterritzel, das axial über ein Starterrelais verstellbar und über einen elektrischen Startermotor drehend anzutreiben ist, mit einem dem Startermotor nachgeschalteten Planetengetriebe und einer Freilaufeinrichtung zwischen Getriebe und Starterritzel,
2 in perspektivischer Ansicht ein Rollenbund einer Antriebswelle des Starterritzels, mit einer zentrischen Ausnehmung,
3 in perspektivischer Ansicht ein Mitnehmer der Freilaufeinrichtung mit einem axial überstehenden, zentrisch angeordneten Zentrierzapfen,
4 einen Schnitt längs durch die Freilaufeinrichtung mit ineinandergreifendem Mitnehmer und Rollenbund,
5 eine weiterer Schnitt durch die Freilaufeinrichtung.

In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Die in 1 dargestellte Startvorrichtung 1 für eine Brennkraftmaschine weist ein Starterritzel 2 auf, das zum Starten der Brennkraftmaschine 4 in Eingriff mit einem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine gebracht wird. Das Starterritzel 2 ist auf einer Antriebswelle 5 wie mit dem Doppelpfeil gekennzeichnet axial verschieblich gelagert, wobei das Starterritzel 2 drehfest mit der Antriebswelle 5 gekoppelt ist, beispielsweise über ein Steilgewinde. Das Starterritzel 2 wird zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 3 der Brennkraftmaschine 4 über ein Starterrelais 6 verstellt, das elektromagnetisch ausgebildet ist und eine bestrombare Relaiswicklung 7 sowie einen Hubanker 8 umfasst, der bei Bestromung der Relaiswicklung 7 in diese axial hineingezogen wird. Der Hubanker 8 ist über einen Einrückhebel 9 kinematisch mit dem Starterritzel 2 gekoppelt, so dass die axiale Verstellbewegung des Hubankers 8 zwischen einer Ruheposition und einer Verstellposition in eine korrespondierende axiale Stellbewegung des Starterritzels 2 zwischen der Außerfunktionsposition und der Eingriffsposition umgesetzt wird.
Die drehende Antriebsbewegung auf die Antriebswelle 5 bzw. das Starterritzel 2 wird mithilfe eines elektrischen Startermotors 11 erzeugt, der über ein Getriebe 12, das insbesondere als ein Planetengetriebe ausgeführt ist, mit der Antriebswelle 5 gekoppelt ist. Bei einer Betätigung des elektrischen Startermotors 11 wird die Antriebswelle 5 und damit auch das Starterritzel 2 in Drehung versetzt.
Der Startvorrichtung 1 ist ein Regel- bzw. Steuergerät 10 zugeordnet, über das die Funktionen des Starterrelais 6 sowie des Startermotors 11 gesteuert werden.
Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 8 bei Betätigung des Starterrelais 6 wird bei Erreichen der Verstellposition durch eine kinematische Kopplung des Schaltgliedes mit der Stellbewegung des Hubankers 8 der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Antriebswelle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
Die Startvorrichtung 1 ist mit einer Freilaufeinrichtung 14 versehen, die als Rollenfreilauf ausgebildet ist. Der Einrückhebel 9 wirkt auf ein Federelement 13, das einen Mitnehmer 15 der Freilaufeinrichtung 14 axial kraftbeaufschlagt, wobei mit dem Mitnehmer 15 ein Ritzel- bzw. Rollenbund 16 der Freilaufeinrichtung 14 zusammenwirkt und der Rollenbund 16 einteilig mit der Antriebswelle 5 ausgebildet ist. Die Freilaufeinrichtung 14 erlaubt eine Übertragung der Drehbewegung in Antriebsrichtung des elektrischen Startermotors 11. Sobald jedoch nach dem Starten der Brennkraftmaschine 4 die Drehgeschwindigkeit des Zahnkranzes 3 so hoch wird, dass sich die Antriebsrichtung umgekehrt, wird über die Freilaufeinrichtung 14 die kinematische Kopplung zwischen Mitnehmer 15 und Rollenbund 16 aufgehoben.
In 2 ist in perspektivischer Ansicht der Rollenbund 16 an der Antriebswelle 5 dargestellt. In die freie Stirnseite des Rollenbundes 16 ist eine zentrische Ausnehmung 17 mit zylindrischem Grundquerschnitt eingebracht. Im Bereich des Übergangs zwischen der Stirnseite und der Ausnehmung 17 befindet sich eine umlaufende Fase 18.
Der Rollenbund 16 bildet gemeinsam mit dem in 3 dargestellten Mitnehmer 15 und zwischenliegenden Stützrollen 21 (4, 5) die Freilaufeinrichtung. Der Mitnehmer 15 weist in an sich bekannter Weise an seiner Seitenfläche 20 einen axial überstehenden, umlaufenden Randbereich auf, der im montierten Zustand gemäß den 4 und 5 den Rollenbund 16 radial und axial übergreift.
An der Seitenfläche 20 befindet sich außerdem ein zentrisch angeordneter, axial überstehender Zentrierzapfen 21 in Zylinderform, dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Ausnehmung 17 im Rollenbund 16 entspricht. Der Mitnehmer 15 ist insbesondere als Kunststoff-Fließpressbauteil hergestellt. An der Innenseite des umlaufenden Randbereiches befinden sich des Weiteren Keilbahnen 19 zur Aufnahme der Stützrollen 21, die sich bei einer Antriebsübertragung von Mitnehmer auf Rollenbund in einer blockierenden Position und bei einer Antriebsübertragung von Rollenbund auf Mitnehmer in einer Freilaufposition befinden.
Wie den 4 und 5 zu entnehmen, ist die axiale Länge des Zentrierzapfens 21 kürzer als die axiale Tiefe der Ausnehmung 17, so dass die Stirnseite des Zentrierzapfens 21 auf Abstand zum Boden der Ausnehmung 17 liegt. Die Stirnseite des Rollenbundes 16 liegt an der Seitenfläche 20 des Mitnehmers 15 an, ebenso die Stirnseite der Stützrollen 22. Der Mitnehmer 15 übergreift in Achsrichtung mit seinem außen liegenden Randbereich den Rollenbund 16 und die Stützrollen 22 in Achsrichtung vollständig. Der Innendurchmesser der Ausnehmung 17 bzw. der Außendurchmesser des Zentrierzapfens 21 ist signifikant kleiner als der Außendurchmesser der Antriebswelle 5; insbesondere beträgt der Durchmesser von Ausnehmung 17 bzw. Zentrierzapfen 21 nur etwa die Hälfte des Außendurchmessers der Antriebswelle 5. Bezogen auf den Außendurchmesser des Mitnehmers 15 beträgt der Durchmesser von Ausnehmung 17 bzw. Zentrierzapfen 21 nur etwa 20 %.
Am Mitnehmer 15 sind Achszapfen 23 exzentrisch angeordnet, über die der Mitnehmer 15 von einem Bauteil des Getriebes, beispielsweise einem Planetenträger angetrieben ist.

Claims

Freilaufeinrichtung für eine Startvorrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine (4), mit einem Mitnehmer (15), der über Stützrollen (22) mit einer ein Starterritzel (2) antreibenden Welle (5) verbunden ist, wobei der Mitnehmer (15) eine Stirnseite der Welle übergreift, dadurch gekennzeichnet, dass am Mitnehmer (15) und an der Stirnseite der Welle (5) ein zylindrischer Zentrierzapfen (21) und eine den Zentrierzapfen (21) spielfrei aufnehmende Ausnehmung (17) angeordnet sind.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freie Stirnseite des Zentrierzapfens (21) axial auf Abstand zum Boden der Ausnehmung (17) liegt.
Freilaufeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierzapfen (21) über mindestens die Hälfte der axialen Erstreckung in die Ausnehmung (17) einragt.
Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zentrierzapfen (21) am Mitnehmer (15) und die Ausnehmung (17) an der Stirnseite der Welle (5) angeordnet sind.
Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite der Welle (5) und die Stirnseite der Stützrollen (22) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite der Welle (5) und die Stirnseite der Stützrollen (22) an der Seitenfläche des Mitnehmers (15) anliegen.
Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der die Ausnehmung (17) begrenzende Randbereich eine Fase (18) oder eine Rundung aufweist.
Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Zentrierzapfens (21) bzw. der Ausnehmung (17) kleiner ist als der Außendurchmesser der Welle (5).
Freilaufeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser des Zentrierzapfens (21) maximal 30 % des Außendurchmessers des Mitnehmers (15) beträgt.
Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einer Freilaufeinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.