DE102011102119A1

DE102011102119A1 - Permanent eingespurter Starter mit einem trockenen Freilauf

Info

Publication number: DE102011102119A1
Application number: DE201110102119
Authority: DE
Inventors: Steffen Lehmann; Matthias Kruse
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2011-12-01

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 jeder Klemmkörper mittels zweier Federn vorgespannt ist.

Description

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 einer bestimmten Drehzahl das Moment zwischen Kurbelwelle bzw. Primärmasse und Anlasserzahnkranz bzw. Anlasserwelle überträgt und bei einer größer werdenden Drehzahl 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.
Gemäß einer weiteren möglichen Variante eines Freilaufes weist dieser Mittel auf, die die Klemmkörper im entkoppelten Zustand abstützen. Die Klemmkörper sind dabei mittels einer Schraubenfeder am Käfig befestigt.
Die Klemmkörper eines Freilaufs können auch über eine 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.
Eine weitere Lösung betrifft einen trockenen 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 vorgespannte Klemmkörper aufgenommen sind, wobei jeder Klemmkörper durch lediglich eine Druckfeder mit einer Vorspannung beaufschlagt ist. Nachteilig dabei ist, dass neben dem Moment auch eine Querkraft auf den Klemmkörper wirkt, die zusätzliche Reibung erzeugt und damit ein Verdrehen des Klemmkörpers erschwert bzw. verhindert. Als Folge kann der Freilauf verspätet klemmen und damit ungewollt hohe dynamische Klemmkräfte erzeugen. Bei dieser Konstruktion mit nur einer Druckfeder ist die auf den Klemmkörper wirkende Querkraft genauso groß wie die Federkraft der Druckfeder, wodurch die schon beschriebene ungewollte Reibkraft erzeugt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Konstruktion eines trockenen Freilaufes, welcher robust ist und sich durch eine geringe Reibung auszeichnet, wodurch die Klemmkörper leichter und früher in den Klemmspalt gedrückt werden und der Freilauf schneller schließt und mit welchem hohe dynamische Klemmkräfte vermieden werden.
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 jeder Klemmkörper mittels zweier Federn vorgespannt ist, deren Federkraft entgegengesetzt oder annähernd entgegengesetzt ist. Dadurch wird die auf den Klemmkörper wirkende Querkraft sehr gering oder gleich Null. Auf den Klemmkörper wirkt somit fast ausschließlich ein Moment. Durch das Vermindern oder gar Eliminieren der Querkraft und somit der dadurch hervorgerufenen Reibung kann der Klemmkörper leichter und früher in den Klemmspalt gedrückt werden, wodurch der Freilauf schneller schließt.
Bevorzugt stützen sich die beiden Federn an einem Kunststoffteil ab. Wenn der Freilauf geöffnet ist und der Klemmkörper unter Drehzahl ausschwenkt, wird das Verdrehen des Klemmkörpers durch einen Anschlag am Kunststoffteil begrenzt. Somit übernimmt das Kunststoffteil eine weitere Funktion neben den bekannten Aufgaben wie dem Führen der Klemmkörper und der Vorspannung und Zentrierung des Käfigs.
Vorteilhafter Weise sind die Federn als Druckfedern ausgebildet, so dass jeder Klemmkörper mittels einer ersten Druckfeder und mittels einer zweiten Druckfeder vorgespannt ist, wobei die erste Druckfeder und die zweite Druckfeder in unterschiedliche Richtungen wirken.
Dazu weist die erste Druckfeder eine erste Wirkachse und die zweite Druckfeder eine zweite Wirkachse auf, die parallel oder annähernd parallel oder in einem Winkel kleiner 90° zueinander geneigt sind.
Weiterhin sollten die beiden Wirkachsen annähernd einen gleichen Abstand zur Drehachse des Klemmkörpers aufweisen.
Die erste und die zweite Druckfeder greifen an sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Bereichen des Klemmkörpers an und übertragen dadurch auf den Klemmkörper ein Drehmoment.
Durch die vorgenannten konstruktiven Merkmale und da sich die im Wesentlichen entgegengesetzt wirkenden Federkräfte der ersten Druckfeder und der zweiten Druckfeder im Kräftegleichgewicht annähernd oder vollständig aufheben, ist der Klemmkörper nahezu oder vollständig frei von Querkräften, wodurch eine nur sehr geringe Reibung zu verzeichnen ist.
Dabei liegt die erste Druckfeder zum einen am Kunststoffteil an und steht zum anderen über ein erstes Druckstück mit dem Klemmkörper in Wirkverbindung. Analog liegt jeweils eine zweite Druckfeder zum einen am Kunststoffteil an und steht zum anderen über ein zweites Druckstück mit dem Klemmkörper in Wirkverbindung. Das erste Druckstück und das zweite Druckstücke werden drehbar im Klemmkörper gelagert.
Beim Verdrehen des Klemmkörpers sind dadurch das erste und das zweite Druckstück schwenkbar gelagert, wobei die beiden Druckfedern im Wesentlichen parallel betätigbar sind.
Weiterhin ist jedem Klemmkörper neben der seitlichen Führung und ein Endanschlag zugeordnet.
Vorteilhafter Weise stützen sich die beiden Druckfedern ebenfalls an den Kunststoffteilen ab und werden seitlich/axial fixiert mittels der Kunststoffteile 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.
Eine weitere Funktion der beiden Kunststoffteile besteht darin, dass sie in der ausgeschwenkten Endlage des Klemmkörpers ein Herausrutschen der ersten und der zweiten 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.
Mir der erfindungsgemäßen Lösung wird eine im Wesentlichen querkraftfreie Lagerung des Klemmkörpers gewährleistet, wodurch die Reibung erheblich verringert wird. Ein unerwünschtes (Quer)Verklemmen der Klemmkörper wird dadurch verhindert und ungewollte hohe dynamische Klemmkräfte vermieden, da auf den Klemmkörper fast ausschließlich ein Moment wirkt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 den Schnitt durch einen Freilauf,
2 die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht.
in 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 5 angeordnet und über Abstandsbolzen 7 fest miteinander verbunden sind. An den aufeinander zuweisenden Innenseiten der Seitenbleche 6 sind dünnwandige Kunststoffteile 8 befestigt.
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 beliebig einstellbar. Im Bereich der Abstandsbolzen 7 bilden die Kunststoffteile 8, die beidseitig zum Klemmkörper 5 angeordnet sind, eine seitliche Führung für die Klemmkörper 5.
Die Position der Klemmkörper 5 wird durch den Abstandsbolzen 7 definiert, um den der Klemmkörper 5 in eine Drehachse 5' schwenkbar gelagert ist.
2 zeigt die Darstellung des Klemmmechanismus in der Vorderansicht mit sich im Eingriff befindlichen Klemmkörpern 5. Damit der Klemmkörper 5 in einem bestimmten Drehzahlbereich aus- bzw. einschwenkt, ist der Klemmkörper 5 durch die erste Druckfeder 13.1 und die zweite Druckfeder 13.1 vorgespannt. Über die erste und die zweite Druckfeder 13.1, 13.2 sowie die Lage der Drehachse 5' und die Masse des Klemmkörpers 5 wird die Abhebe- bzw. Anlegedrehzahl definiert. Das Kunststoffteil 8 weist weiterhin einen Endanschlag 14 für den Klemmkörper 5 auf.
Die Druckfedern 13.1, 13.2 liegen zum einen am Kunststoffteil 8 an, zum anderen ist die erste Druckfeder 13.1 aber ein erstes Druckstück 15.1 mit dem Klemmkörper 5 verbunden. Die Druckstücke 15.1, 15.2 greifen im Wesentlichen in gleichen Abständen, jedoch auf unterschiedlichen Seiten des Klemmkörpers 5 an. Dabei sind das erste Druckstück 15.1 und das zweite Druckstück 15.2 drehbar im Klemmkörper 5 gelagert. So können beim Verdrehen des Klemmkörpers 5 die Druckstücke 15.1, 15.2 schwenken und die erste und die zweite Druckfeder 13.1, 13.2 werden weitestgehend parallel betätigt.
Die Druckfedern 13.1, 13.2 sind so angeordnet, dass die Wirkachse 13.1' der ersten Druckfeder 13.1 und die Wirkachse 13.2' der zweiten Druckfeder 13.2 annähernd parallel sind oder, wie aus 2 ersichtlich, nur in einem geringen Winkel α geneigt sind.
Somit erzeugen die beiden Druckfedern 13.1, 13.2 gemeinsam ein definiertes Moment M. Die Federkraft F13.1 der ersten Druckfeder 13.1 und die Federkraft 13.2 der zweiten Druckfeder 13.2 sind jedoch entgegengesetzt gerichtet. Da sich die entgegengesetzten Federkräfte F13.1, und F13.2 im Kräftegleichgewicht aufheben, ist der Klemmkörper 5 nahezu frei von Querkräften F5. Diese Querkraft F5 erzeugt an den Kontaktstellen des Klemmkörpers 5 mit den benachbarten Teilen, wie z. B. der Mitnehmerscheibe 2, dem Abstandsbolzen 7 und dem Flansch 4 eine Reibkraft, welche die Bewegung des Klemmkörpers 5 erschwert oder sogar verhindert. Durch das Vermindern oder gar Eliminieren der Querkraft M5 wird der Klemmkörper 5 leichter und somit früher in den Klemmspalt gedrückt, wodurch der Freilauf schneller schließt.
Bezugszeichenliste

1: Zahnkranz
2: Mitnehmerscheibe
3: Lager
4: Flansch
5: Klemmkörper
5': Drehachse des Klemmkörpers 5
5.1: Endanschlag
6: Seitenbleche
7: Abstandsbolzen
8: Kunststoffteile
9: Käfig
10: Reibflächen
11: seitliche Führung
13.1: erste Druckfeder
13.1': Wirkachse der ersten Druckfeder 13.1
13.2: zweite Druckfeder
13.2': Wirkachse der zweiten Druckfeder 13.2
14: Endanschlag
15.1: erstes Druckstück
15.2: zweites Druckstück
A: Achse
F5: Querkraft F5 auf den Klemmkörper 5
F13.1: Federkraft der ersten Druckfeder 13
F13.2: Federkraft der zweiten Druckfeder 13
M: Moment
α: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10019593 A1 [0002]

Claims

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 (9), an dem mehrere mittels Federn vorgespannte Klemmkörper (2) 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 jeder Klemmkörper (5) mittels zweier Federn vorgespannt ist.
Freilauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Klemmkörper (5) mittels einer ersten Druckfeder (13.1) und mittels einer zweiten Druckfeder (13.2) vorgespannt ist.
Freilauf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckfeder (13.1) und die zweite Druckfeder (13.2) in unterschiedliche Richtungen wirken.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckfeder (13.1) eine erste Wirkachse (13.1') und die zweite Druckfeder (13.2) eine zweite Wirkachse (13.2') aufweist und dass die beiden Wirkachsen (13.1' und 13.2') parallel oder annähernd parallel oder in einem Winkel (α) kleiner 90° zueinander geneigt sind.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Wirkachsen (13.1' und 13.2') annähernd einen gleichen Abstand zur Drehachse (5.1') des Klemmkörpers (5) aufweisen.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Druckfeder (13.1) an sich im Wesentlichen gegenüberliegenden Bereichen des Klemmkörpers (5) angreifen und auf den Klemmkörper (5) ein Drehmoment (M) übertragen.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die im Wesentlichen entgegengesetzt wirkenden Federkräfte (F13.1' und F13.2') der ersten Druckfeder (13.1) und der zweiten Druckfeder (13.2) im Kräftegleichgewicht annähernd oder vollständig aufheben und der Klemmkörper (5) nahezu oder vollständig frei von Querkräften (F5) ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine erste Druckfeder (13.1) zum einen am Kunststoffteil (8) anliegt und zum anderen über ein erstes Druckstück (15.1) mit dem Klemmkörper (5) in Wirkverbindung steht und jeweils eine zweite Druckfeder (13.2) zum einen am Kunststoffteil (8) anliegt und zum anderen über ein zweites Druckstück (15.2) mit dem Klemmkörper (5) in Wirkverbindung steht.
Freilauf nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Druckstück (15.1) und das zweite Druckstücke (15.2) drehbar im Klemmkörper (5) gelagert ist.
Freilauf nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Klemmkörper (5) eine seitliche Führung (11) und ein Endanschlag (14) zugeordnet ist.