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Die
Erfindung bezieht sich auf einen freiausstoßenden Starter
zum Andrehen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einer
Ritzelwelle, die am vorderen, frei ausstoßenden Ende ein
Einspurritzel und am gegenüberliegenden Ende einen Ritzelschaft
aufweist, der auf einer Antriebswelle des Starters verschiebbar
geführt und gelagert ist und in einem Lager von einem Lagerschild
des Starters aufgenommen ist. Ferner bezieht sich die Erfindung
auf ein Verfahren zur Montage eines freiausstoßenden Starters,
insbesondere eines oben beschriebenen Starters, wobei der Starter
zum Andrehen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug vorgesehen ist
und der Starter mit einer Ritzelwelle am vorderen, freiausstoßenden
Ende ein Einspurritzel am gegenüberliegenden Ende einen
Ritzelschaft aufweist, der auf einer Antriebswelle des Starters
verschiebbar geführt und gelagert ist und in einem Lager
von einem Lagerschild des Starters aufgenommen ist.
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Es
sind freiausstoßende Starter bekannt mit einem Einspurritzel
oder auch Starterritzel genannt, das mit zwei Lagerhülsen
bzw. Buchsen oder einer sehr breiten Lagerbuchse auf der Antriebswelle
des Starters gelagert ist. Das Einspurritzel wird mittels eines
Relais in einen Zahnkranz zum Starten der Brennkraftmaschine eingerückt
und nach dem Starten der Brennkraftmaschine wieder ausgerückt.
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Eine
andere Ausführungsform des Starters sind sogenannte Maulstarter,
bei denen das Starterritzel auf der Antriebswelle stirnseitig gelagert
ist. Die vor liegende Erfindung bezieht sich auf freiausstoßende
Starter.
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Das
Einspurritzel ist auf der Antriebswelle des Starters drehbar gelagert,
da nach dem Starten der Brennkraftmaschine mittels des Einspurritzels
die Brennkraftmaschine die Drehzahl des Einspurritzels gegenüber
der Antriebswelle des Starters überholt. Die Relativdrehzahl
von der Ritzelwelle gegenüber der Antriebswelle tritt somit
nur wenige Sekunden beim Hochlauf der Brennkraftmaschine auf. Ansonsten
ist die Drehzahl und restliche Betriebszeit des Einspurritzels mit
der Antriebswelle gleich. Die Ritzelwelle ist für den Startvorgang
mit einer Überholkupplung an der Antriebswelle gekoppelt.
Die Überholkupplung sorgt für eine Drehmomentübertragung
auf die Ritzelwelle im Startvorgang und lässt eine höhere Relativdrehzahl
gegenüber der Antriebswelle zu. Die Betriebszeit der Relativdrehzahl,
d. h. Belastungszeit des Lagers der Ritzelwelle auf die Antriebswelle
ist somit insgesamt gegenüber der Gesamtbetriebszeit sehr
kurz. Im Laufe eines Fahrzeugslebens summiert sich die Betriebsdauer
typischer Weise auf bis zu ca. 12 h.
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Um
eine wesentlich höhere Lebensdauer gegenüber herkömmlich
gesinterten Lager- oder Taschenbuchsen zu erreichen, bei denen in
ausgebildeten Taschen Schmiermittel aufgenommen sind, beschreibt
die
DE 197 43 122
A1 einen freiausstoßenden Starter mit zumindest
einer vorderen als Nadellager ausgebildeten Lagerstelle eines Ritzelschaftes
auf der Abtriebswelle des Starters. Solche herkömmlichen
Starter sind bezüglich der Lagerung aufwendig.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, einen freiausstoßenden Starter
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, so dass der Aufbau
und die Montage des Starters vereinfacht und kostengünstiger
ist.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1
und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich
aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
wesentlicher Erfindungsgedanke ist, die Lagerung der Ritzelwelle
auf der Antriebswelle bedarfsgerecht auszulegen. Wälzlager
oder Lagersinterbuchsen sind für eine Betriebsdauer von
mehren hundert bis tausend Stunden ausgelegt. Die effektive Betriebslebensdauer
der Lagerung von der Ritzelwelle auf der Antriebswelle ist im typischen
Einsatzfall lediglich 10 bis 12 Stunden. Deshalb ist es ein wichtiger
Gedanke der Erfindung, diese Lagerung den Anforderungen entsprechend
und nicht überdimensioniert auszulegen und somit eine vereinfachte Fertigung
mit Gewichtsreduktion zu erzielen.
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Die
Aufgabe wird mit einem Starter dadurch gelöst, dass der
Ritzelschaft zumindest einen ersten, innen liegenden Lagerabschnitt
aufweist, der auf der Antriebswelle direkt lagert. Die Idee ist,
den Ritzelschaft, der aus einem harten Material hergestellt ist, wiederum
auf einem harten Material der Antriebswelle zu lagern. Diese Lagerung
könnte somit als hart-hart-Lagerung bezeichnet werden,
gegenüber einer hart-weich-hart-Lagerung mit einer zwischen Ritzelwelle
und der Antriebswelle liegenden, aus weichem Werkstoff hergestellten
gesinterten Lagerhülse. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass
somit weniger Bauteile notwendig sind, eine schnellere Fertigung der
Bauteile und des Starters möglich ist und insgesamt aufgrund
von weniger Bauteilen eine Gewichtsreduktion sowie geringere Herstellungskosten
erzielt werden. Die Fertigung ist einfacher. Außerdem ist
die Lagerung gegenüber den auftretenden Umweltbedingungen,
wie Staub, Abrieb der Kupplung, Feuchtigkeit usw. durch den gekapselten
Aufbau sehr gut geschützt, im Gegensatz zu sogenannten
Maulstartern.
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Die
Lagerung lässt sich unter anderem auch deshalb vereinfachen,
da beispielsweise kein aufwendiges und teueres Wälzlager,
wie im oben beschriebenen Stand der Technik eingesetzt werden muss,
weil in dem Zeitpunkt, in dem eine Relativdrehzahl zwischen Ritzelwelle
und Antriebswelle auftritt, kein Drehmoment vom Starter auf den
Zahnkranz der Brennkraftmaschine übertragen werden muss.
In diesem Zeitpunkt ist somit der Lastfall, d. h. die Kraft, die auf
das Ritzel wirkt, sehr gering. Ferner wird die Betriebsdauer durch
kurze Zyklen weiter reduziert, beispielsweise mit Fahrzeugen, die
Startsysteme mit einer Startzeitsteuerung ohne einen direkten Eingriff des
Fahrers aufweisen. Fahrzeuge mit einem Startknopf oder einer Starttaste
haben eine Startzeitsteuerung, die den Starter noch schneller stoppen
und das Einspurritzel aus dem Zahnkranz ausrücken, sobald
die Brennkraftmaschine gestartet ist.
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Aus
den oben genannten Gründen ist es somit möglich,
alle bisher bekannten Lagerelemente zwischen der Ritzelwelle und
der Antriebswelle entfallen zu lassen.
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Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform, um die Lagerung leichtgängig
und geräuschreduziert auszubilden, sowie um Korrosionen zu
verhindern, ist der zumindest eine Lagerabschnitt von der Ritzelwelle
auf der Antriebswelle mit einem Schmiermittel beaufschlagt. Dieses
Schmiermittel ist beispielsweise ein Fett oder Öl oder
ein anderer aus dem Stand der Technik bekannter Schmierstoff, der den
ersten Lagerabschnitt benetzt oder der großflächig
aufgetragen ist.
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Gemäß einer
anderen, weiter bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich
oder alternativ der zumindest eine erste Lagerabschnitt eine Gleitbeschichtung
aufweisen. Die Gleitbeschichtung kann eine andere Werkstoffbeschichtung
sein, beispielsweise eine Kunststoffbeschichtung oder eine andere abriebfeste
Beschichtung. Die Kunststoffbeschichtung kann beispielsweise eine
Teflonbeschichtung sein.
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Gemäß einer
die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist der erste
Lagerabschnitt und/oder die Antriebswelle im Bereich, in dem der
Lagerabschnitt direkt auf der Antriebswelle aufliegend verschoben
und gelagert wird, speziell gehärtet. Die spezielle Härtung
kann die Lebensdauer beträchtlich verlängern.
Das Härtungsverfahren kann beispielsweise eine, auch gegen
Korrosion einsetzbare, Nitrierbehandlung oder ein Wärmebehandlungsver fahren
sein.
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Um
die Lebensdauer bezüglich der Leichtgängigkeit
und einer Geräuschreduktion zu verbessern, ist gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform ein Schmierstoffdepot
vorgesehen. Das Schmierstoffdepot ist zumindest am ersten Lagerabschnitt
durch eine Schmiernut an der Ritzelwelle ausgebildet. Die Schmiernut
wird beispielsweise vor der Montage der Ritzelwelle auf der Antriebswelle mit
Fett gefüllt und hält somit über die
Lebensdauer des Starters.
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Die
Ritzelwelle kann mit einer hart-hart-Lagerung auf der Antriebswelle
angeordnet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen wird
zur vereinfachten Herstellung einer Ritzelwelle der äußere
Lagerabschnitt, der dem Einspurritzel am nächsten liegt, als
erster Lagerabschnitt direkt hart auf der Antriebswelle und ein
innerer, zweiter Lagerabschnitt mittels einer Lagerhülse
auf der Antriebswelle weich gelagert.
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Um
die Fertigung zu vereinfachen und zu verkürzen und somit
günstiger zu gestalten, ist der Innendurchmesser der Antriebswelle über
die Länge der zwei Lagerabschnitte, auf denen das Einspurritzel
lagert, im Wesentlichen konstant. Außerdem ergibt sich
dadurch eine Gewichtsreduktion gegenüber einer gestuften
Antriebswelle.
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Um
das Gewicht des Starters, insbesondere die Lagerung der Ritzelwelle
auf der Antriebswelle deutlich zu reduzieren, sind zur Reduktion
der Wandstärken die Innendurchmesser des Ritzelschafts
im Bereich des zweiten Lagerabschnitts größer,
vorzugsweise bis zum ersten Lagerabschnitt, als der Innendurchmesser
im Bereich des Einspurritzels bis zum ersten Lagerabschnitt. Somit
ist die Ritzelwelle material- und gewichtsoptimiert sowie ressourcenschonend
ausgebildet. Die Wandstärken sind so groß gewählt,
dass eine ausreichende Festigkeit bei maximaler Gewichtsreduktion
erzielt wird.
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Vorteilhafterweise
ist der erste Lagerabschnitt am Ritzelschaft hinter dem Einspurritzel
ausgebildet, somit ist ein freier Bereich unter der Ritzelverzahnung
für das Anschlagsystem einschließlich eines Axialwegs
zur Verschiebung des Einspurritzels vorhanden. Die verzahnungsnahe
Lagerung erst in diesem Bereich ist bevorzugt. Bei anderen Anschlagsystemen
kann die Lagerung unter der Ritzelverzahnung des Einspurritzels
ausgebildet sein.
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Die
Aufgabe wird ferner mit einem Montageverfahren dadurch gelöst,
dass der Ritzelschaft der Ritzelwelle mit zumindest einem Lagerabschnitt
direkt auf die Antriebswelle geschoben wird. Erfindungsgemäß ist
somit das Montageverfahren deutlich vereinfacht, da kein Wälzlager
bzw. eine gesinterte Buchse eingesetzt werden muss. Insbesondere wird
der Lagerabschnitt mit einer gleitenden Beschichtung, insbesondere
einem Schmierstoff, beispielsweise Fett, beaufschlagt. Der Lagerabschnitt kann,
wie oben erläutert, auch mit einer Teflonschicht oder einem
anderen Gleitmittel beaufschlagt werden. Die Montageschritte sind
reduziert, da weniger Bauteile anfallen. Die Montage erfolgt schneller
und somit kostengünstiger.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch
zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen
Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.
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Kurzbezeichnungen der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Querschnittsansicht einer auf einer Antriebswelle gelagerten
Ritzelwelle gemäß einer ersten Ausführungsform
und
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2 eine
schematische Querschnittsansicht einer Ritzelwelle gemäß einer
zweite Ausführungsform.
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Die 1 zeigt
einen Ausschnitt in einem vergrößerten Querschnitt
von einem Starter 1 zum Andrehen einer Brennkraftmaschine
in einem Fahrzeug. Der Starter 1 ist vom Typ eines sogenannten freiausstoßenden
Starters mit einer einseitig gelagerten Ritzelwelle 2,
auf der ein Einspurritzel 3 ausgebildet ist, das in einen
nicht dargestellten Zahnkranz mittels eines Relais für
einen Startvorgang der Brennkraftmaschine eingespurt wird und nach
dem Hochfahren der Brennkraftmaschine wieder ausgerückt
wird.
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Die
Ritzelwelle 2 ist auf einer Antriebswelle 5 vom
Starter drehbar gelagert, um eine Relativdrehzahl zuzulassen, die
auftritt, wenn die Brennkraftmaschine hochläuft und eine
höhere Drehzahl am Zahnkranz erreicht als der Starter über
die Antriebswelle 5 vorgegeben hat. Diese Relativdrehzahl
hat eine sehr kurze Betriebszeit im Startzyklus, insbesondere in modernen
Fahrzeugen mit einem Startknopf ist die Betriebszeit definiert verkürzt,
da eine Startzeitsteuerung das Einspurritzel aus dem Eingriff mit
dem Zahnkranz nach dem Start der Brennkraftmaschine nimmt.
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Die
Ritzelwelle 2 weist einen ersten Lagerabschnitt 6 und
einen zweiten Lagerabschnitt 7 auf. Der erste Lagerabschnitt 6 ist
ein äußerer, der dem Einspurritzel 3 am
nächsten liegt und der zweite Lagerabschnitt 7 ist
ein innerer, mit einer Lagerhülse 8, die aus einem
weichen Material, wie beispielsweise einem gesinterten Bronzematerial,
hergestellt ist. Die Lagerhülse 8 ist zur Verbesserung
der Gleiteigenschaften und als Korrosionsschutz sowie zur Geräuschreduktion
mit einem Schmierstoff umgeben beziehungsweise getränkt.
Die Lagerhülse 8 kann auch ein Schmierstoffdepot
in Form einer umlaufenden Nut, einer sogenannten Tasche, aufweisen.
Um einen großen Innendurchmesser der Ritzelwelle zu überbrücken,
ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt die Lagerhülse 8 im
Querschnitt gesehen dick mit einer großen Wandmaterialstärke
ausgebildet.
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Erfindungsgemäß lagert
die Ritzelwelle 2 am ersten Lagerabschnitt direkt, ohne
eine Sinterhülse oder ein Wälzlager, auf der Antriebswelle 5.
Es liegt somit eine hart-hart-Lagerung vor, da der harte Werkstoff
der Ritzelwelle 2 auf dem harten Werkstoff der Antriebswelle 5 lagert.
Eine solche Lagerung ist ausreichend, da die Betriebslebensdauer
der von gegenüber herkömmlichen Wälzlagern
von mehreren tausend Stunden und Lagerungen in einer Hülse
insgesamt sehr kurz ist. Die Gesamtbetriebsdauer der hart-hart-Lagerung
beträgt typischer Weise 10 bis 12 Stunden über
die Lebensdauer des Starters betrachtet. Diese Betriebszeit fällt
beim Auftreten einer Relativdrehzahl zwischen einer Ritzelwelle 2 und
einer Antriebswelle 5 an.
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Die
Ritzelwelle 2 ist von einem Wälzlager 9 aufgenommen,
das in einem Lagerschild 10 vom Starter 1 eingesetzt
ist. Um die hart-hart-Lagerung gegen Umwelteinflüsse wie
Staub, Feuchtigkeit, Abrieb zu schützen, schließt
eine Dichtkappe 12 an der Stirnseite des Einspurritzels 3 die
Lagerung insgesamt ab. Die axiale Einspurbewegung des Einspurritzels 3 wird
durch den Ritzet-anschlag 11 auf der Antriebswelle 5 begrenzt.
Der Ritzelanschlag 11 umfasst einen Anschlagring und einen
Sprengring. Die Ritzelwelle 2 steht mittels einer Überholkupplung 13 an
der Antriebswelle 5 in Wirkverbindung, so dass das Einspurritzel 3 mit
einem Drehmoment von der Antriebswelle 5 angetrieben wird
und im Überholfall beim Hochlauf der Brennkraftmaschine
eine Relativdrehzahl mit einer höheren Drehzahl des Einspurritzels 3 realisierbar
ist.
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Vorteilhafterweise
sind Lagerflächen am ersten Lagerabschnitt 6 der
Antriebswelle 5 und/oder der Ritzelwelle 2 speziell
gehärtet. Sie weisen eine Gleitbeschichtung auf. Aus fertigungstechnischen Gründen
zur Vereinfachung der Fertigung ist der über die Länge
der Lagerabschnitte 6, 7, auf denen das Einspurritzel 3 mit
dem Ritzelschaft 4 lagert, im Wesentlichen konstant. Der
Innendurchmesser des Ritzelschafts 4 ist im Bereich des
zweiten Lagerabschnitts 7 mit der Lagerhülse 8 bis
zum ersten Lagerabschnitt 6 mit einem deutlich größeren
Innendurchmesser ausgebildet, als die Bohrung von der Stirnseite
am Einspurritzel 3 bis zum ersten Lagerabschnitt 6.
Somit ergibt sich eine Ritzelwelle 2 aus dünneren Wandstärken
mit einer deutlichen Gewichtsreduktion, die auch zu einer Ressourcenschonung
des Werkstoffeinsatzes gegenüber einer Ritzelwelle gemäß dem
Stand der Technik führt.
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Vorteilhafterweise
ist ein freiausstoßender Starter 1 somit sehr
einfach zu montieren. Lediglich eine breite dicke Lagerhülse 8 an
einer Stirnseite, die dem Einspurritzel gegenüberliegt,
wird eingesetzt und dann wird der Ritzelschaft 4 mit zumindest
einem Lagerabschnitt direkt auf die Antriebswelle lagernd geschoben.
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Die 3 zeigt einen vergrößerten
Ausschnitt im Querschnitt von einer Ritzelwelle 2 in einer besonders
bevorzugten Ausführungsform. Die 3 zeigt
den Ausschnitt mit dem Einspurritzel 2 im Bereich um den
ersten Lagerabschnitt 6. Gemäß einer besonders
bevorzugten Ausführungsform weist der Lagerabschnitt 6 der
Ritzelwelle 2 eine umlaufende Schmiernut 14 auf.
Die Schmiernut 14 dient als Schmierstoffdepot, um den Lagerabschnitt 6 während
der gesamten Lebensdauer mit ausreichend Schmierstoff zu versorgen.
Der erste Lagerabschnitt 6 ist am Ritzelschaft 4 vor
dem Einspurritzel 3 ausgebildet.
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Alle
Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte
Darstellungen. Im Übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen
Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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