DE19630221C1 - Reibradgetriebe für einen Anlasser einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Reibradgetriebe für einen Anlasser einer Verbrennungskraftmaschine mit einem an dessen Gehäuse gelagerten Anlasserantrieb, der mit mindestens zwei Reib­ rädern, von denen zumindest eines angetrieben ist, einen an einer Schwungscheibe angeordneten Anlasserkranz in radialer Richtung umgreift, wobei mindestens ein Reibrad an der Innenkontur des Anlasserkranzes und ein Reibrad an der Außenkontur des Anlas­ serkranzes anlegbar ist.

In den meisten Kraftfahrzeugen werden Starteranlagen verwen­ det, bei denen zum Starten ein Antriebsritzel eines Anlasser­ antriebs in eine an der Schwungscheibe der Verbrennungskraft­ maschine angeordnete Außenverzahnung axial einspurt, um dann die Schwungscheibe in Rotation zu versetzen. Die relativ grobe, ungeschmierte Getriebeverzahnung arbeitet geräusch­ intensiv und mit großem Verschleiß. Der Verschleiß durch die Wälzbewegung der Verzahnung und durch das Ein- und Ausspuren ist bei konventionellen Kraftfahrzeugen gerade so groß, daß die Getriebeverzahnung innerhalb einer durchschnittlichen Fahrzeuglebensdauer nicht ausfällt. Für Fahrzeuge mit einer Start-Stop-Anlage ist der Verschleiß jedoch zu groß. Die Star­ teranlage muß in der durchschnittlichen Fahrzeuglebensdauer mehrfach ausgewechselt werden.

Bezüglich der Geräuschentwicklung und der Verschleißverringe­ rung werden u. a. verzahnungsfreie Starteranlagen angestrebt. Aus der US-PS 2,075,865 ist eine Starteranlage bekannt, die über ein Reibradgetriebe auf die Schwungscheibe wirkt. Auf der Schwungscheibe ist ein zum Reibradgetriebe hin überstehender Anlasserkranz montiert, auf dessen Außen- und Innenkontur je ein angetriebenes Reibrad anliegt. Die Reibräder sitzen über zwei Stirnräder miteinander kämmend auf einem gemeinsamen Trä­ ger, wobei ihr Achsabstand festliegt. Der Träger, der in Ruhe­ position normal zum Anlasserkranz ausgerichtet ist, ist um die Achse des äußeren Reibrades schwenkbar gelagert. Auf dieser Achse sitzt auch der Anlassermotor. Letzterer ist am Getriebe­ gehäuse über ein seine Motorwelle umgebendes Kugelgelenk ge­ lagert. Durch ein Schwenken des Trägers um eine fiktive Achse, die im Bereich des Anlasserkranzes liegt, bewegt sich ein Reibrad nach oben während sich das andere nach unten bewegt. Hierbei kommen die Reibräder unter Schiefstellung der Motor­ welle in Kontakt mit dem Anlasserkranz.

Diese Konstruktion hat u. a. den Nachteil, daß sie trotz Reibradgetriebe ein offenes Stirnradgetriebe aufweist, wodurch die Starteranlage eine neue, weitere Geräuschquelle enthält. Ferner benötigt die Art der Zustellbewegung der Reibräder an den Anlasserkranz große Kraft und führt am Anlasserkranz zu einer hohen Walkbelastung, da die Normalkräfte der Reibräder während der Anlaßphase nicht fluchten. Des weiteren unterliegt das Reibradgetriebe einem hohen Verschleiß, da die Räderformen und die Achslagen einen über das für Reibräder übliche Maß hinausgehenden Schlupf aufweisen.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Reibradgetriebe für einen Anlasser zu schaffen, das bei geringem Reibver­ schleiß geräuscharm arbeitet. Es soll ferner nur eine geringe Kraft notwendig sein, um die Reibräder in Eingriff zu bringen. Außerdem soll es die Kurbelwelle im Bereich der Schwungscheibe der Verbrennungskraftmaschine nur unwesentlich radial be­ lasten. Des weiteren sollen die aus dem Bereich des zitierten Standes der Technik bekannten Nachteile vermieden werden.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelost. Die beiden den Anlasserkranz umgreifenden bzw. einspannenden Reibräder liegen zumindest in der Anlaßphase annähernd auf ei­ nem von der Mittellinie des Anlasserkranzes ausgehenden Ra­ diusstrahl. Dadurch sind die Wirkungslinien ihrer gegeneinan­ der gerichteten Normalkräfte deckungsgleich, so daß der Anlas­ serkranz nur durch Hertzsche Pressung in den Reibradkontakt­ zonen belastet ist.

Die Reibräder sind auf einem Schlitten angeordnet, wobei das nicht angetriebene Reibrad z. B. direkt auf dem Schlitten sitzt, während das angetriebene Reibrad auf einem Schwenkarm am Schlitten gelagert ist.

Die Schwenkachse des Schwenkarms ist zum einen um mindestens einen Reibraddurchmesser von der nächstliegenden Kontur des Anlasserkranzes in Normalenrichtung entfernt. Zum anderen ist sie im bezug auf den Anlasserkranz in Umfangsrichtung entgegen dessen Anlaßdrehrichtung um mindestens ein Zehntel des Reibraddurchmessers versetzt angeordnet.

Die Schwenkhebelachse ist - unabhängig davon, ob das an­ treibende Reibrad außerhalb oder innerhalb des Anlasser­ kranzes liegt - immer so angeordnet, daß sich das antreibende Reibrad am Anlasserkranz abwälzt und dabei den Achsabstand zwischen dem Anlasserkranz und dem an­ treibenden Reibrad verkürzt. Bei Einleitung eines Drehmoments zwängt sich das antreibende Reibrad zwischen den Anlasserkranz und die Schwenkarmlagerung. Folglich entsteht in der Reibrad­ kontaktzone eine Normalkraft, die sich in eine Umfangskraft und eine radiale Kraft zerlegt, die ihrerseits die Anpreßkraft auf den Anlasserkranz in fester Zuordnung zum Drehmoment er­ höht. Die aus dem Drehmoment gewonnene Anpreßkraft stellt eine Hilfswirkung dar.

Der die Reibräder tragende Schlitten ist am Gehäuse der Ver­ brennungskraftmaschine oder des daran angeflanschten Getriebes entweder in mindestens einem Schubgelenk oder mindestens einem Schwenkgelenk gelagert, dessen Schwenkachse um mindestens einen Reibraddurchmesser zum oben genannten Radiusstrahl ver­ setzt liegt. Derartige Schlittenlagerungen bewirken im Bereich der Reibradkontaktzonen eine Schlittenbewegung, die zumindest annähernd senkrecht zur dortigen Außenkontur des Anlasserkran­ zes verläuft. Der Schlitten ermöglicht einen Kraftfluß von der Lagerung des antreibenden Reibrades durch den Anlasserkranz auf die Lagerung des nicht angetriebenen Reibrades. Der Kraft­ fluß wird über den Schlitten geschlossen. Die beiden Anpreß- oder Normalkräfte wirken innerhalb des Schlittens bei gleichen Beträgen gegeneinander.

Je nach Bauart kann der Schlitten in einem oder mehreren Schubgelenken, beispielsweise zwei wälzgelagerten Geradfüh­ rungen geführt sein. Eine andere Alternative ist eine Ausfüh­ rung als Schwenk- bzw. Pendelschlitten. In diesem Fall kann die Schwenkhebelachse des Schwenkgelenks in einer die Reibrad­ kontaktzone zwischen Anlasserkranz und dem treibenden Reibrad tangierenden Ebene liegen. Über mehrere Schwenkgelenke läßt sich auch eine Parallelogrammführung realisieren.

Um beim Anlaßvorgang das antreibende Reibrad in Kontakt mit dem Anlasserkranz zu bringen, wird eine sog. Initialwirkung benötigt. Dazu kann beispielsweise das Statorreaktionsmoment des im Anlasserantrieb integrierten Elektromotors verwendet werden. Eine andere Variante stellt die Verwendung eines sepa­ raten Aktuators dar. Dieser kann beispielsweise das auf einem Schwenkarm angeordnete Reibrad auf den Anlasserkranz zube­ wegen.

Selbstverständlich kann sowohl der im Anlasserantrieb inte­ grierte Motor als auch der gegebenenfalls verwendete Aktuator beispielsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch be­ trieben werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht oder nur teilweise zitierten Unteransprüchen und der nachfol­ genden Beschreibung zweier schematisch dargestellter Ausfüh­ rungsformen:

Fig. 1 Reibradgetriebe mit Pendelschlitten in Frontansicht,

Fig. 2 Reibradgetriebe nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 Reibradgetriebe mit Schwenkschlitten in Front­ ansicht.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Anlaß­ vorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Die Anlaßvor­ richtung umfaßt eine Kupplungs- oder Schwungscheibe (1), ein Reibradgetriebe (18-47) und einen elektromotorischen An­ trieb (17), der ggf. mit einem internen Vorgelegegetriebe aus­ gestattet ist. Alle Teile sind beispielsweise in einem Ge­ häuse (11) gelagert.

Die Schwungscheibe (1) trägt an ihrem äußeren Rand einen dünn­ wandigen, ringförmigen Anlasserkranz (2). Der Anlasser­ kranz (2) hat eine zylindrische Innen- und Außenkontur. Er steht in Richtung auf das Reibradgetriebe um mindestens die nutzbare Reibradbreite über die Schwungscheibe (1) über.

Der Anlasserantrieb (17) ist zusammen mit dem Reibrad­ getriebe (18-47) über einen Pendelschlitten (21) am Ge­ häuse (11) gelagert. Der Pendelschlitten (21) sitzt dazu über zwei Lagerzapfen (22, 23) in Gehäuselagern (12, 13). Die Mit­ tellinie der Lagerzapfen (22, 23) liegt beispielsweise in der sich an den Anlasserkranz (2) anschmiegenden Tangentialebene, die normal zu einem Radiusstrahl (4) ausgerichtet ist, der ausgehend von der Mittellinie (3) des Anlasserkranzes (2) die beiden Reibräder (18, 19) schneidet oder zumindest in geringem Abstand kreuzt. Bei dieser Lageranordnung bewegt sich der Pen­ delschlitten (21) im Bereich der Kontaktstellen zwischen den Reibrädern (18, 19) und dem Anlasserkranz (2) senkrecht zu dessen Außenkontur.

Die Reibräder (18, 19) sind hier auf der Oberseite es Pendel­ schlittens (21) angeordnet. Ihre Mittellinien verlaufen paral­ lel zur Mittellinie (3) des Anlasserkranzes (2). Das nicht an­ getriebene Reibrad (19) befindet sich innerhalb des Anlasser­ kranzes (2) und sitzt über einen Lagerbock (25) auf dem Pen­ delschlitten (21). Außerhalb des Anlasserkranzes (2) ist das angetriebene Reibrad (18) zusammen mit dem Anlasseran­ trieb (17) über einen Schwenkhebel (31) am Pendelschlit­ ten (21) befestigt. Die zur Mittellinie (3) des Anlasserkran­ zes (2) parallel ausgerichtete Schwenkhebelachse (32) des Schwenkhebels (31) liegt zum einen unterhalb der Mittellinie des Reibrades (18) und zum anderen gegenüber der Mittel­ linie (3) des Anlasserkranzes (2) auf einem Radius, der großer ist als die Summe aus dem Außenradius des Anlasserkranzes (2) und dem Durchmesser des Reibrades (18).

Auf dem Pendelschlitten (21) ist rechts neben dem Reibrad (18) ein sog. Aktuator (34) befestigt. Der Aktuator (34) ist bei­ spielsweise ein Hubmagnet, dessen Stößel (35) bei seiner Akti­ vierung so auf den Schwenkhebel (31) wirkt, daß dieser das an­ treibende Reibrad (18) zusammen mit dem Anlasserantrieb (17) auf den Anlasserkranz (2) zubewegt. Zwischen dem Schwenkhe­ bel (31) und dem Pendelschlitten (21) ist oberhalb vom Aktua­ tor (34) eine Zugfeder (36) eingehängt, die den Schwenkhe­ bel (31) gegen den Stößel (35) drückt. Bei einem nicht be­ stromten Hubmagneten (34) und/oder ruhendem Anlasser bildet dessen eingefahrener Stößel (35) die mechanische Begrenzung für die rechtsdrehende bzw. zurückschwenkende, das Reibrad (18) vom Anlasserkranz (2) abhebende Schwenkbewegung.

An der Unterseite des Pendelschlittens (21) ist ein Anschlag­ element (26) angebracht, das bei ruhendem Anlasser an einem Gehäusevorsprung (14) unter der Wirkung einer Druckfeder (27) anliegt. Letztere sitzt unterhalb des Gehäusevorsprungs (14) zwischen dem Gehäuse (11) und dem Pendelschlitten (21). Das Anschlagelement (26) und der Gehäusevorsprung (14) sind derart positioniert, daß bei ruhendem Anlasser und Zurückgeschwenktem Schwenkhebel (31) beide Reibräder (18, 19) einen geringfügigen Abstand zum Anlasserkranz (2) haben, ihn also nicht berühren.

Zum Anlassen der Verbrennungskraftmaschine wird der Aktua­ tor (34) und der Anlasserantrieb (17) bestromt, womit der Schwenkhebel (31) nach links schwenkt und das gegebenenfalls schon rotierende Reibrad (18) an den Anlasserkranz (2) anlegt. Die geometrische Anordnung der Schwenkhebellagerung ermöglicht bei einem rechtsdrehend antreibenden Reibrad (18) bezüglich der Reibradanpreßkraft das Prinzip der Selbsthilfe. Das außen am Anlasserkranz (2) angedrückte Reibrad (18) versucht am An­ lasserkranz (2) entgegen dessen Drehrichtung (5) abzurollen, wobei der Schwenkhebel (31), bedingt durch den hohen Anlauf­ widerstand der Schwungscheibe (1), im Gegenuhrzeigersinn ge­ ringfügig weiterschwenkt und damit bestrebt ist, den Achsab­ stand zwischen den beiden Reibrädern (18, 19) mit dem dazwi­ schenliegenden Anlasserkranz (2) zu verkürzen. Durch das Prin­ zip der Selbsthilfe steigt die Anpreßkraft der Reibräder (18, 19) bei anfangs maximalem Lastmoment am Anlasserkranz (2) so­ fort auf ihr Maximum. Sobald in der Anlaßphase der Verbren­ nungsmotor aktiv läuft, erreicht die Umfangsgeschwindigkeit des Anlasserkranzes (2) schnell die Umfangsgeschwindigkeit des bisher antreibenden Reibrades (18). Hierbei sinkt die Anpreß­ kraft der Reibräder (18, 19) mit der Abnahme des Lastmoments am Anlasserkranz (2). Die Anpreßkraft erreicht ihr Minimum, wenn die Umfangsgeschwindigkeit des Anlasserkranzes (2) größer wird als die des anfangs treibenden Reibrades (18). Die ge­ triebetechnische Verbindung zwischen dem Anlasserkranz (2) und den Reibrädern (18, 19) wirkt als Freilauf bzw. als Rutsch­ kupplung. Mit dem Abschalten des Aktuators (34) heben die Reibräder (18, 19) vom Anlasserkranz (2) ab.

Über den Pendelschlitten (21) umgreifen während der Anlaßphase die beiden Reibräder (18, 19) zangenartig den Anlasser­ kranz (2), ohne dabei eine Radialkraft auf die Kupplungs­ scheibe bzw. die Kurbel- und/oder Getriebewelle zu übertragen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführung des Reibradgetriebes. Hier wird das Reibrad (18) angetrieben, das an der Innenkontur des Anlasserkranzes (2) zur Anlage kommt. Es ist zusammen mit dem Reibrad (19), auf einem Schwenkschlitten (41) gelagert.

Der Schwenkschlitten (41) hat eine zu den Mittellinien der Reibräder (18, 19) parallele Schwenkschlittenachse (42), die entgegen der Drehrichtung (5) des Anlasserkranzes (2) bei­ spielsweise auf einem Radius aus der Summe aus dem Außenradius des Anlasserkranzes (2) und dem Radius des Reibrades (19) ver­ setzt liegt. Der Versatz entspricht hier ca. einem Durchmesser des Reibrades (19).

Das antreibende Reibrad (18) ist mit seinem Anlasserantrieb über einen Winkelhebel (44) am Schwenkschlitten (41) gelagert. Die Anordnung bzw. Lagerung des Winkelhebels (44) auf den Schwenkschlitten (41) entspricht ungefähr der Lagerung des Schwenkhebels (31) aus den Fig. 1 und 2 auf dessen Pendel­ schlitten (21). Allerdings ist die Winkelhebelachse (45) um den Durchmesser des Reibrades (18) nach innen versetzt ange­ ordnet.

Auf das freie Ende des Winkelhebels (44) wirkt ein Aktua­ tor (47). In der Anlaßphase zieht letzterer das Reibrad (18) gegen die Innenkontur des Anlasserkranzes (2). Aufgrund des Prinzips der Selbsthilfe verkürzt sich der Achsabstand zwi­ schen den Reibrädern (18, 19). Der Winkelhebel (44) schwenkt hierbei im Uhrzeigersinn um die Winkelhebelachse (45), während sich der Schwenkschlitten (41) im Uhrzeigersinn um die Schwenkschlittenachse (42) dreht.

Bezugszeichenliste

1 Schwungscheibe
2 Anlasserkranz
3 Mittellinie zu (2)
4 Radiusstrahl
5 Anlaßdrehrichtung
11 Gehäuse von Verbrennungsmotor oder Getriebe
12, 13 Gehäuselager
14 Gehäusevorsprung
17 Anlasserantrieb: Motor, ggf. mit Vorgelege
18 Reibrad, angetrieben
19 Reibrad, nicht angetrieben
21 Pendelschlitten
22, 23 Lagerzapfen
24 Mittellinie von (22, 23), Schwenkachse
25 Lagerbock
26 Anschlagelement
27 Druckfeder
31 Schwenkhebel, Schwenkarm
32 Schwenkhebelachse, Schwenkachse
34 Aktuator, Hubmagnet
35 Stößel
36 Zugfeder
41 Schwenkschlitten
42 Schwenkschlittenachse
44 Winkelhebel, Schwenkarm
45 Winkelhebelachse, Schwenkachse
47 Aktuator.

Claims (5)

1. Reibradgetriebe für einen Anlasser einer Verbrennungskraft­ maschine mit einem an dessen Gehäuse gelagerten Anlasseran­ trieb, der mit mindestens zwei Reibrädern, von denen zumindest eines angetrieben ist, einen an einer Schwungscheibe angeord­ neten Anlasserkranz in radialer Richtung umgreift, wobei min­ destens ein Reibrad an der Innenkontur des Anlasserkranzes und mindestens ein Reibrad an der Außenkontur des Anlasserkranzes anlegbar ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß beide Reibräder (18, 19) zumindest in der Anlaßphase an­ nähernd auf einem von der Mittellinie (3) des Anlasserkran­ zes (2) ausgehenden Radiusstrahl (4) liegend auf einem Schlitten (21, 41) angeordnet sind, wobei das nicht ange­ triebene Reibrad (19) direkt auf dem Schlitten (21, 41) sitzt, während das angetriebene Reibrad (18) auf einem Schwenkarm (31, 44) am Schlitten (21, 41) gelagert ist, des­ sen Schwenkachse (24, 42) zum einen um mindestens einen Reibraddurchmesser von der nächstliegenden Kontur des Anlas­ serkranzes (2) in Normalenrichtung entfernt ist und zum an­ deren im bezug auf den Anlasserkranz (2) in Umfangsrichtung entgegen dessen Anlaßdrehrichtung (5) um mindestens ein Zehntel des Reibraddurchmessers versetzt angeordnet ist, und
• - daß der Schlitten (21, 42) am Gehäuse (11) der Verbrennungs­ kraftmaschine entweder in mindestens einem Schubgelenk oder mindestens einem Schwenkgelenk gelagert ist, dessen Schwenkachse (24, 42) um mindestens einen Reibraddurchmesser zum Radiusstrahl (4) versetzt liegt.

2. Reibradgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anlasserkranz (2) ein zylindrischer Ring ist, dessen Wandstärke mindestens unter einem Fünftel der Nutzbreite der Reibräder (18, 19) liegt.

3. Reibradgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (24) des Schlittens (21) in einer die Reibradberührzone zwischen Anlasserkranz (2) und treibendem Reibrad (18) tangierenden Ebene liegt.

4. Reibradgetriebe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf dem Schlitten (21, 41) gelagerte, das Reibrad (18) tragende Schwenkarm (31, 44) mit Hilfe eines Aktuators (34, 47) auf den Anlasserkranz (2) zubewegbar ist.