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Andrehmotor für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Andrehmotor
für Brennkraftmaschinen mit einem auf der Welle des Motors verschraubbaren Kupplungsglied,
das einen Freilauf mit nachgeschaltetem Andrehritzel trägt, mit einer axial wirkenden
Rückholeinrichtung im Eingriff steht und mit wenigstens einer am Motorgehäuse drehfest
und axial verschiebbar geführten und relativ zum Kupplungsglied drehbaren und axial
verschiebbaren Reibscheibe, die zwischen zwei auf dem Kupplungsglied drehfest und
axial verschiebbar gelagerten Ringscheiben angeordnet ist, im Reibungseingriff steht,
wobei die Ringscheiben durch Federkraft gegeneinandergedrückt werden.
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Andrehmotoren dieser Art sind besonders funktionssicher, da die Axialbewegung
des Ritzels relativ zur Welle des Andrehmotors nicht durch die Trägheit des Ritzels,
sondern durch eine Bremskraft erzeugt wird und der Freilauf dafür sorgt, daß das
Ritzel auch bei bereits angesprungener Brennkraftmaschine erst dann aus dem Eingriff
mit der Brennkraftmaschine gelöst wird, wenn der Andrehmotor abgeschaltet wird.
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Bei dem bekannten Andrehmotor der eingangs angegebenen Art wird die
Federkraft für das Gegeneinanderdrücken der Ringscheiben und der Reibscheibe durch
mehrere in Axialrichtung wirkende Schraubenfedern erzielt, die um den Umfang des
Andrehmotors verteilt in dessen Gehäuse gelagert sind. Der konstruktive Aufwand
für diese Bauart ist beträchtlich, und außerdem ist es schwierig, eine über den
ganzen Umfang der Reibscheibe gleichmäßige Bremskraft zu erzeugen.
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Auch bei einem anderen bekannten Andrehmotor werden mehrere um den
Umfang verteilte, in Axialrichtung wirkende Schraubenfedern verwendet, die einerseits
am Gehäuse und andererseits an einer im Körper des Andrehritzels reibend gelagerten
Reibscheibe befestigt sind. Bei dieser bekannten Konstruktion ist ebenso wie bei
dem Andrehmotor der eingangs angegebenen Art der konstruktive Aufwand verhältnismäßig
groß. Beiden Konstruktionen ist ferner der Nachteil gemeinsam, daß zwischen den
die Reibungskraft erzeugenden Federn und dem Kupplungsglied bzw. Andrehritzel ein
beträchtlicher Radialabstand besteht, so daß beim Betrieb des Andrehmotors, insbesondere
bei den häufig unvermeidlichen stoßartigen Belastungen, erhebliche Drehmomente zwischen
dem inneren und dem äußeren Rand der Reibscheibe übertragen werden. Dadurch können
Beschädigungen sowohl an der Reibscheibe als auch an den Führungen für die Federn
entstehen.
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Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, einen Andrehmotor für Brennkraftmaschinen
zu schaffen, der im Vergleich zu bekannten Andrehmotoren bessere Betriebseigenschaften
und gleichzeitig einen einfacheren Aufbau aufweist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe mit einem Andrehmotor der eingangs
angegebenen Art gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Erzeugung der die
Ringscheiben gegeneinanderdrückenden Federkraft in an sich bekannter Weise eine
mit der Welle koaxiale Feder vorgesehen ist und daß diese Feder eine um das Kupplungsglied
herumgelegte Schraubenfeder ist, so daß die Federkraft ohne Umlenkung in Achsnähe
auf die Ringscheiben und die Reibscheibe einwirkt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Andrehmotor entfällt der Aufwand für mehrere
am Gehäuse gelagerte Federn, und es ergibt sich eine gleichmäßige Anpreßkraft, die
überdies in Radialrichtung nicht übertragen zu werden braucht. Ein besonderer Vorteil
des erfindungsgemäßen Andrehmotors besteht ferner darin, daß man ohne weiteres sehr
kleine Reibflächen verwenden kann, beispielsweise durch Verwendung von Ringscheiben
mit kleiner Ringbreite; eine kleine Reibfläche ermöglicht die Anwendung einer großen
Anpreßkraft und macht die Reibungswirkung weitgehend unempfindlich gegen Verschmutzungen,
beispielsweise das Eindringen von Schmierfett. Bei dem erfindungsgemäßen Andrehmotor
sind somit einfacher, mit geringeren Kosten herstellbarer Aufbau und höhere Betriebssicherheit
vereinigt.
Es ist zwar schon ein Andrehmotor bekanntgeworden, bei
dem Reibscheiben und Ringscheiben durch eine mit der Welle des Andrehmotors koaxiale
Feder gegeneinandergedrückt werden, doch ist bei dieser bekannten Konstruktion die
Feder als Federscheibe ausgebildet, mit der eine gleichmäßige Anpreßkraft auf einer
achsnahen schmalen Ringfläche nicht erzielbar ist. überdies dient bei diesem bekannten
Andrehmotor die mit der Feder erzeugte Reibungskraft nicht zur Verschiebung des
Andrehritzels (dieses wird vielmehr durch seine Trägheit weitergeschraubt), sondern
zur Abbremsung einer unabhängig vom Andrehritzel auf eine Zwischenwelle aufgeschraubten
Mutter.
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Bei dem erfindungsgemäßen Andrehmotor wird die Schraubenfeder zweckmäßig
als eine am Kupplungsglied abgestützte Druckfeder ausgebildet. Die Schraubenfeder
kann auch eine am Motorgehäuse abgestützte Druckfeder sein.
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Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin,
daß die Rückholeinrichtung in Form einer zweiten, konzentrisch mit der Welle wirkenden
Schraubenfeder ausgebildet ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Reibscheibe an zwei
diametral gegenüberliegenden Führungen am Gehäuse geführt sein.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der
Zeichnungen beschrieben. F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Andrehmotor, bei
dem das Andrehritzel außer Eingriff mit dem Zahnkranz ist; F i g. 2 zeigt die Vorrichtung
der F i g. 1 in Startstellung einer Brennkraftmaschine, d. h. mit dem in den Zahnkranz
eingreifenden Andrehritzel; F i g. 3 ist ein teilweiser Schnitt nach der Linie 3-3
der F i g. 2, der insbesondere die mit dem Kupplungsglied zusammenwirkende Reibscheibe
zeigt; F i g. 4 zeigt eine Reibscheibe allein; F i g. 5 ist ein Teilschnitt eines
anders ausgeführten Andrehmotors, der eine Reibscheibe mit seitlicher Führung aufweist;
F i g. 6 zeigt eine Rückholeinrichtung bei einer anderen Ausführungsform; F i g.
7 und 8 zeigen in teilweise fortgebrochenem Längsschnitt eine andere Ausführungsform
in Ruhestellung (F i g. 7) und in Betriebsstellung (F i g. 8); F i g. 9 ist ein
Querschnitt nach der Linie 9-9 der Fig. B.
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Der in den F i g. 1 bis 4 dargestellte Andrehmotor einer Brennkraftmaschine
hat eine Antriebswelle 10
und ein geradzahniges Andrehritze112, das auf der
Antriebswelle 10 frei gleiten kann und durch einen Rollen- oder Scheibenfreilauf
14 oder eine analoge Vorrichtung mit einem Kupplungsglied in Form einer Gewindemuffe
oder Hülse 16 verbunden ist, die auf ein sehr steiles Gewinde 18 auf der Welle 10
aufgeschraubt werden kann und eine Abflachung 20 aufweist. Auf das Kupplungsglied
16 sind zwei flache Ringscheiben 22,24 mit einer zentralen Bohrung aufgeschoben,
deren Form dem Querschnitt der Hülse 16 einschließlich der Abflachung 20 entspricht.
Somit sind die Ringscheiben 22, 24 drehfest, aber axial verschiebbar auf dem Kupplungsglied
16 gelagert. Zwischen den Ringscheiben 22, 24 ist eine Reibscheibe 26 mit
diametral gegenüberliegenden Ansätzen 27 eingeklemmt. Diese Ansätze kommen in Eingriff
mit Aussparungen 29 an den Enden einer Gabel 31, die an ihrem oberen Ende
um einen im Gehäuse gelagerten Bolzen 33 drehbar ist. Eine Druckfeder 35 wirkt auf
die Gabel 31 und drückt die Reibscheibe 26 gegen die Ringscheibe 22, die sich ihrerseits
gegen einen mit dem Kupplungsglied 16 formschlüssig verbundenen Ring 30 legt. Die
Reibscheibe 26 enthält eine kreisförmige Bohrung, deren Durchmesser etwas größer
als der des Kupplungsgliedes 16 ist, und kann sich frei um das Kupplungsglied drehen.
Eine zwischen dem Freilauf 14 und der Ringscheibe 24 angeordnete Schraubendruckfeder
28 drückt diese Ringscheibe 24 gegen die Reibscheibe 26. Man erhält so eine
Reibungsbremse, die der Drehung des Kupplungsgliedes 16 entgegenwirkt. Die Kraft
der Feder 28 wird so gewählt, daß das durch die Reibscheibe 26 auf das Kupplungsglied
16 übertragene Reibungsmoment größer als das Widerstandsmoment des ausgekuppelten
Freilaufes 14 ist, wenn das Andrehritzel 12 durch den Zahnkranz 40 der Brennkraftmaschine
angetrieben wird.
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Die Druckfeder 35 wirkt auf die Gabel 31, die in einem
für die Aufnahme vorgesehenen Hohlraum in dem Gehäuse des Andrehmotors gehaltert
ist. Die Feder übt auf die Gabel 31 eine Kraft aus, die das Kupplungsglied 16 und
die mit ihm verbundenen Teile zurückholt und in Ruhelage hält, wenn die Drehzahl
der Welle 10 unter einen gegebenen Wert sinkt. Das wird weiter unten bei der Beschreibung
der Betriebsweise der Vorrichtung erläutert.
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Auf der Welle 10 ist mit Hilfe eines Ringes 13 ein Anschlagring 11
axial festgelegt. Der Anschlagring 11 dient zur Begrenzung des Axialweges der mit
dem Kupplungsglied 16 gleitbaren Elemente bis in die Lage, in der das Andrehritzel12
mit dem Zahnkranz 40 im Eingriff steht.
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Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn der Stromkreis
des elektrischen Andrehmotors geschlossen wird, wirkt das Gewinde 18 der Welle 10
mit den Nuten des Kupplungsgliedes 16 zusammen. Die Drehbewegung des Kupplungsgliedes
wird durch die Reibung der Reibscheibe 26 an den diese Scheibe einklemmenden Ringscheiben
22,24 gebremst. Dadurch wird das Kupplungsglied 16 mit dem von ihm getragenen Freilauf
14 und Andrehritzel 12 zum Zahnkranz 40 hin bewegt, bis das Andrehritzel
12 auf den Anschlagring 11 stößt. Der Vorschub des Zahnrades 12 in Richtung auf
den Zahnkranz 40 erfolgt auch bei geringer Trägheit des Kupplungsgliedes
16 und der von ihm getragenen Teile infolge der Reibung der Reibscheibe 26 an den
mit dem Kupplungsglied 16 drehschlüssig verbundenen Ringscheiben 22, 24. Die Verwendung
eines Gewindes mit sehr großer Steigung (die Steigung kann beispielsweise größenordnungsgemäß
das Fünf- bis Zehnfache des Wellendurchmessers betragen) gestattet einen schnellen
axialen Vorschub des Andrehritzels 12, das sich so in sehr kurzer Zeit und mit ausreichend
großer Geschwindigkeit in den Zahnkranz 40 einlegt. Man vermeidet damit die vorzeitige
Zerstörung der Zähne des Andrehritzels oder des Zahnkranzes. Wenn die Zähne des
Zahnrades 12 mit dem Zahnkranz 40 in Eingriff getreten sind, ist die Brennkraftmaschine
zunächst noch nicht angelassen. Das Andrehritzel12 wird deshalb durch den Zahnkranz
40 in seiner Drehung gebremst. Sein axialer Vorschub in den Zähnen des Zahnkranzes
geht weiter, ohne daß dazu noch die Reibung der
Reibscheibe 26 am
Kupplungsglied 16 erforderlich wäre, die für den ersten Teil des axialen Vorschubes
gesorgt hat.
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Bei fortgesetzter Drehung des Andrehmotors treibt das Andrehritze112
die Brennkraftmaschine über den Zahnkranz 40 an. Wenn der Motor nicht startet, geht
beim Abschalten des Andrehmotors die Gabel 31 unter der Wirkung der Rückholfeder
35 im Sinne der Zeichnung nach rechts, bis das Kupplungsglied 16 gegen den
Anschlagvorsprung 41 der Welle 10 stößt. Dies entspricht der in F i g. 1
dargestellten Ruhelage.
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Wenn die Brennkraftmaschine startet, treibt der Zahnkranz
40 das Andrehritzel 12 mit einer Drehzahl an, die größer als die ihm
durch den Andrehmotor gegebene Drehzahl sein kann. In diesem Fall tritt der Freilauf
14 in Tätigkeit, und er verhindert eine Überdrehung des Andrehmotors durch
die Brennkraftmaschine.
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Solange der Stromkreis des elektrischen Andrehmotors geschlossen bleibt,
treibt der Andrehmotor das Kupplungsglied 16 und damit den mit dem Freilauf
14 fest verbundenen Teil 14 a an. Wenn die Brennkraftmaschine läuft,
treibt der Zahnkranz 40
das Andrehritzel 12 und den mit dem Freilauf
fest verbundenen Teil 14 b in gleicher Richtung wie den Teil 14 a,
aber mit einer größeren Drehzahl an (der Freilauf ist ausgekuppelt). Der ausgekuppelte
Freilauf 14 überträgt auf das Kupplungsglied ein Reibungselement, das dem
durch die Reibscheibe 26 und die Ringscheiben 22, 24 erzeugten Moment entgegenwirkt
und somit versucht, das Kupplungsglied 16 in Rückzugsrichtung des Andrehritzels
12 zu verschieben. Die Rückholeinrichtung (Feder 35) wirkt über die Gabel
31 und die Ringscheibe 26 auf das Kupplungsglied 16 und begünstigt
diese Tendenz. Die Bedingung dafür, daß das Andrehritzel12 mit dem Zahnkranz
40 im Eingriff bleibt, kann wie folgt ausgedrückt werden: Das von dem ausgekuppelten
Freilauf auf das Kupplungsglied übertragene Widerstandsmoment muß (für eine gegebene
Drehzahl des durch den Zahnkranz angetriebenen Andrehritzels) im Verhältnis zu dem
durch die Reibscheibe 26 auf das Kupplungsglied bei einer gegebenen Drehzahl des
Andrehmotors ausgeübten Reibungsmoment ausreichend niedrig sein, damit das resultierende
Moment am Kupplungsglied 16 durch Zusammenwirken mit dem Gewinde 18 eine
Axialkraft erzeugt, die absolut größer als die von der Feder 35 auf das Kupplungsglied
ausgeübte Kraft und dieser Kraft entgegengesetzt ist. Die Feder 35 wird so gewählt,
daß sie einer unzeitigen Vorbewegung des Andrehritzels 12 infolge von Schwingungen
entgegenwirkt, jedoch beim Andrehen zuverlässig zusammengedrückt wird. Man wird
die Auslegung so wählen, daß das von der Reibscheibe 26 auf das Kupplungsglied
16 übertragene Reibungsmoment schon bei einer niedrigen Drehzahl des Andrehmotors,
die nahe der Leerlaufdrehzahl bei Mindestspannung ist, oberhalb des durch den Freilauf
übertragenen Widerstandsmomentes liegt und einen Wert hat, der dazu ausreicht, daß
die Axialkraft des Kupplungsgliedes die Axialkraft der Rückholeinrichtung (Feder
35,
Gabel 31) überwindet, und zwar sogar bei erhöhter Drehzahl des
Zahnkranzes 40.
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Nach Anlassen der Brennkraftmaschine öffnet der Bedienungsmann den
Schalter des Elektromotors. Das Widerstandsmoment des Freilaufes 14 überwiegt
dann, und das Andrehritzel 12, der Freilauf 14 und das Kupplungsglied
16 bewegen sich zurück. Diese Zurückbewegung erfolgt zuerst durch vereinigte
Wirkung des Freilaufes (der das Schrauben des Kupplungsgliedes 16 auf dem
Gewinde der Welle 10
verursacht) und der durch die Feder 35 belasteten
Gabel 31. Wenn das Andrehritzel 12 den Zahnkranz 40 verlassen
hat, setzt sich bei einer Zurückbewegung nach einem Fehlstart der Brennkraftmaschine
die Zurückbewegung in der vorbeschriebenen Weise nur unter der Wirkung der Feder
35 fort.
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Offensichtlich kann man an Stelle der die Reibscheibe 26 einfassenden
Ringscheiben 22, 24 andere Mittel zum Abbremsen des Kupplungsgliedes
16 und an Stelle der durch eine Feder 35 gespannten Gabel 31 andere
Rückholeinrichtungen verwenden.
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Bei der den F i g. 5 und 6 entsprechenden Ausführungsform hat die
Reibscheibe eine solche Form, daß ihre seitlichen Ansätze mit am Gehäuse vorgesehenen
Führungen zusammenwirken. In F i g. 5 ist eine Reibscheibe dargestellt, deren Ansätze
52 Aussparungen 54 enthalten, die in Längsvorsprünge 56
auf
den Wandungen eines zur Wellenachse 60
parallelen Lagerteils 58 eingreifen.
Die Anbringung der Bremsscheibe 50 auf dem Kupplungsglied 62 zwischen nicht dargestellten
Ringscheiben erfolgt analog der oben beschriebenen Anbringung der Reibscheibe
26 auf dem Kupplungsglied 16.
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Die Rückholeinrichtung wirkt bei der Ausführungsform nach F i g. 1
bis 4 auf die Reibscheibe ein. Bei der in F i g. 6 dargestellten Ausführungsform
ist statt dessen eine die Welle 60 umgebende Schraubendruckfeder 63 vorgesehen,
die das Andrehritzel 64 der Vorrichtung in Rückholrichtung drückt. Die Feder
63 ist an einem Endanschlag 66 abgestützt, der einen Hohlraum 68 für die
Aufnahme der Feder enthält, wenn das Andrehritzel 64 bei seinem Eingriff
mit einem Zahnkranz 70 an dem Anschlag 66 anliegt.
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Die Arbeitsweise eines derartigen Andrehmotors ist offensichtlich
die gleiche wie bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 bis 4.
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In den F i g. 7 bis 9 ist eine andere Ausführungsform dargestellt.
Bei dieser enthält der Andrehmotor in einem mit einem Stator 152 fest verbundenen
Körper 150 einen Rotor 154 mit einer Welle 156, auf der ein Kupplungsglied
aus Andrehritzel 158, Freilauf 160 und Gewindehülse 162 angebracht
ist.
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Die Nuten der Hülse 162 wirken mit den auf der Welle
156 angeordneten steilen Rillen zusammen. Bei schraubenförmiger Verschiebung
des Kupplungsgliedes kommt das Andrehritzel 158 mit einem Zahnkranz
164 in Eingriff, der die Brennkraftmaschine antreibt. Am Ende des Hubes stößt
das Andrehritzel 158 gegen einen mit der Welle 156 fest verbundenen
Ring 166.
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Die Hülse 162 durchdringt eine mit dem Gehäuse 150 fest
verbundene Querplatte 168. Eine Druckfeder 170 ist auf die Hülse 162 aufgeschoben
und auf der Querplatte 168 und einem Ring 172 abgestützt, den sie
gegen die Seitenfläche einer Reibscheibe 174
drückt. Diese Reibscheibe steht
auf ihrer anderen Fläche mit einer Ringscheibe 173 in Berührung, die ihrerseits
an einer in eine Kehle der Hülse 162 eingelegten Ringscheibe 176 anliegt.
Die Ringscheiben 172,173 entsprechen den Ringscheiben 22, 24 der Ausführungsform
nach F i g. 1. Sie wirken mit einer
flachen Seite der Hülse 162
zusammen und drehen sich mit der Hülse.
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Die Reibscheibe 174 hat diametral gegenüberliegende Enden
180. Diese Enden sind mit Nuten versehen, die mit auf der Innenwand des Gehäuses
angeordneten, zu der Achse der Welle des Rotors 166 parallelen Längsrippen 182 zusammenwirken.
Durch diese Führung kann sich die Reibscheibe 174 axial verschieben, jedoch nicht
drehen.
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Bei der Ausführungsform der F i g. 7 bis 9 werden die Ringscheiben
172,173 durch die Wirkung der Feder 170 gegen die Platte 174 gedrückt. Die Feder
dient gleichzeitig als Rückholeinrichtung.
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Die Stärke der Druckfeder 170 wird entsprechend der Größe und Art
der Reibflächen der Ringscheiben und der zwischen ihnen liegenden Reibscheibe berechnet.
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Die Arbeitsweise der Ausführungsform nach den Fig. 7 bis 9 entspricht
der Arbeitsweise der anderen beschriebenen Ausführungsformen.