DE3531848A1 - Zahnrad-druckluftstarter - Google Patents

Description

Die Erfindung richtet sich auf einen Zahnrad- Druckluftstarter mit einem Leitrotor und einem Abtriebs­ rotor gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im Umfang der DE-PS 30 20 930 zählt es zum Stand der Technik, daß der außenverzahnte Abtriebszapfen des Ab­ triebsrotors mit der Innenverzahnung einer Hohlwelle kämmt, welche über zwei im Abstand zueinander angeordnete Wälzlager im Startergehäuse abgestützt ist. In der Hohlwelle ist sowohl drehbar als auch axial verschieblich eine Einspur­ welle mit einem endseitigen Starterritzel vorgesehen. Die Einspurwelle steht unter dem Einfluß eines pneumatisch be­ aufschlagbaren Einspurzylinders, der im Längenbereich der Hohlwelle angeordnet ist und mit seiner Kolbenstange in die Einspurwelle zwar drehbar, jedoch axial unverschieblich eingreift.

Da der Abtriebszapfen mit einer Innenverzahnung der Hohlwelle kämmt, erstrecken sich durch das Startergehäuse gewissermaßen drei Achsen, und zwar die des Leitrotors, die des Abtriebsrotors und die der Einspurwelle bzw. der Hohl­ welle, so daß insgesamt auch drei Bearbeitungsachsen vorhanden sind. Schwierigkeiten wirft ferner die Innenverzahnung der Hohlwelle im Hinblick auf die mechanische Bearbeitung, das Härten sowie das Schleifen auf. Somit hält sich die Belast­ barkeit des Einspurgetriebes in bestimmten Grenzen. Das aus der Hohlwelle und der mit dieser über einen Freilauf kuppelbaren Einspurwelle bestehende Einspurgetriebe baut vergleichsweise lang, da zwischen den Rotoren und der Ein­ spurwelle noch der Einspurzylinder untergebracht ist. Das aus einer Schraubendruckfeder bestehende Rückzugmittel des Einspurzylinders kann nur bis zu einer begrenzten Größe ausgelegt werden, sofern das Startergehäuse keine irrealen Abmaße erhalten soll.

Zur Steuerung der Vorschub- und Drehbewegung der Einspurwelle dient ein peripheres Ventilsystem, wodurch die Zahnlücken beim Eingreifen des Starterritzels in den Zahnkranz einer Antriebsmaschine zuverlässig ermittelt werden können und der Hochlauf der Starterrotoren erst dann einsetzt, wenn das Starterritzel vollständig eingespurt ist. Das Ventilsystem ist einfach und funktionssicher aufgebaut. Es besteht aus Einheiten, die in der Regel unmittelbar am Startergehäuse befestigt werden, so daß lediglich Kanalver­ bindungen zu den Rotorräumen und zum Einspurzylinder er­ forderlich sind.

Es hat sich aber gezeigt, daß diese Kanalverbin­ dungen nur unter großen Schwierigkeiten und mit erheblichem Fertigungsaufwand hergestellt werden können, wobei manche Ausführungsformen von Druckluftstartern sogar externe Leitungen erfordern. Die Ursache dieser Probleme liegt im. Prinzip darin, daß die Kanalverbindungen zum Einspurzylinder in den Bereich des Einspurgetriebes geführt werden müssen, wobei mindestens ein Kanal zur Beaufschlagung des Einspur­ zylinders, ein Kanal zur Rückmeldung der eingespurten Stellung sowie ein Abluftkanal erforderlich sind. Darüber­ hinaus beansprucht der Einspurzylinder einschließlich seiner durch die Schraubendruckfeder gebildeten Rückzugs­ einrichtung einen nicht unerheblichen Einbauraum innerhalb des Einspurgetriebes. Dadurch werden die konstruktiven Ge­ staltungsmöglichkeiten sowohl des Einspurgetriebes als auch des Einspurzylinders beeinträchtigt. So ist es z. B. nur mit einem für die Praxis uninteressanten Aufwand mög­ lich, ein ausschließlich außenverzahntes Einspurgetriebe zu verwenden. Ferner ergeben sich Schwierigkeiten bei der optimalen Dimensionierung der Rückzugseinrichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Zahnrad-Druckluft­ starter so zu verbessern, daß im Zahnradbereich des Ein­ spurgetriebes keine Kanalführungen mehr erforderlich sind und daß sowohl das Einspurgetriebe als auch der Einspur­ zylinder einfach und gleichzeitig optimal innerhalb des Startergehäuses dimensioniert werden können.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Er­ findung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß jetzt nur noch zwei Drehachsen und damit auch zwei Bearbeitungsachsen im Startergehäuse vorhanden sind. Der Fortfall der dritten Bearbeitungsachse vermindert ins­ gesamt den Bauaufwand, so daß der Starter kleinere Abmaße erhalten und insofern auch mit erheblich geringeren Kosten gefertigt werden kann. Da der Einspurzylinder auf der der Hohlwelle abgewandten Stirnseite des Leitrotors vorge­ sehen ist, kann das Einspurgetriebe kürzer gebaut werden. Es wird kein Einbauraum mehr für den Einspurzylinder be­ nötigt. Eine solche Anordnung des Einspurzylinders hat dann den weiteren Vorteil, daß die Kanalverbindungen von dem peripheren Ventilsystem zum Einspurzylinder direkt und daher kurz gestaltet werden können. Die druckluftführenden Kanäle befinden sich mithin nicht mehr in dem Zahnradbereich des Einspurgetriebes. Folglich entfällt die bislang er­ forderliche Zwischenplatte. Auch läßt sich die Lagerung der Rotoren einfacher gestalten. Insgesamt ergibt sich ein übersichtlicher und leicht zu fertigender sowie zu montie­ render Aufbau.

Darüberhinaus wird es jetzt als vorteilhaft emp­ funden, daß die Hohlwelle mit einer Außenverzahnung ver­ sehen ist. Eine solche Außenverzahnung ist erheblich ein­ facher mechanisch zu fertigen, zu härten und auch zu schleifen. Neben der vereinfachten Herstellung ergibt sich dann zusätzlich der Vorteil einer erhöhten Belastbarkeit.

Die Kolbenstange des Einspurzylinders durchsetzt den Leitrotor auf dessen gesamter Länge, wobei lediglich die zwar drehbare, jedoch axial unverschiebbare Kupplung mit der Einspurwelle im Bereich des Einspurgetriebes ausgebildet ist. Auf diese Weise vereinfachen sich die Wartung des Druck­ luftstarters sowie evtl. anfallende Reparaturen.

Die gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 getroffene Lagerung der Hohlwelle einerseits sowie der Einspurwelle andererseits ist mit dem Vorteil verbunden, daß die zwischen der Hohlwelle und der Einspurwelle vor­ gesehenen Nadellager während des Hochlaufs des Starters zwar mit einer Radialkraft belastet sind, sich jedoch nicht drehen. Lediglich die großdimensionierbaren Wälzlager zwischen der Hohlwelle und dem Startergehäuse einerseits und dem Lagerzapfen des Leitrotors andererseits drehen sich unter radialer Belastung. Wenn die Antriebsmaschine nach dem Startvorgang gestartet hat, kommt der Freilauf bekannt­ lich in Überholstellung und es können sehr hohe Drehzahlen der Nadellager entstehen. Diese sind jetzt aber nicht mehr durch Radialkräfte belastet. Die Drehzahl der die Hohlwelle stützenden Wälzlager bleibt auf die Starterdrehzahl begrenzt. Insgesamt ergibt sich somit eine außerordentlich positive Zuordnung der auftretenden Radialkräfte zu den die Hohlwelle stützenden hochbelastbaren Wälzlagern und der hohen Relativ­ drehzahlen zu den drehzahlfesten Nadellagern.

Unter Verwendung der Merkmale des Anspruchs 4 wird die Demontage und Wiedermontage des Starters erleichtert.

Eine weitere Vereinfachung des Starters wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 bewirkt. Ein besonderer Einbauraum entfällt.

Die Merkmale des Anspruchs 6 haben den Vorteil, daß sich jetzt die Rückzugsmittel für den Einspurzylinder optimal auslegen lassen. Dazu ist es relativ problemlos möglich, den Ringspalt zwischen der Kolbenstange des Ein­ spurzylinders und dem Leitrotor entsprechend groß auszu­ bilden, so daß ein ausreichender Einbauraum zur Verfügung steht.

Durch die Befestigung eines den Startvorgang optimal beeinflussenden Taktventils auf der plan ausgebildeten Stirn­ fläche des Abschlußdeckels (Anspruch 7) vermindert sich die Gesamtzahl der zu bearbeitenden Planflächen.

Diese wird noch weiter verringert, wenn gemäß Anspruch 8 auch der Dichtteller eines Abluftventils auf dieser Stirnfläche abgestützt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im vertikalen Längsschnitt einen Zahnrad- Druckluftstarter;

Fig. 2 eine Stirnansicht auf den Druckluftstarter der Fig. 1 gemäß dem Pfeil II bei abgenommenem Abluftventil sowie Hauptventil und

Fig. 3 einen Schnitt durch den Druckluftstarter der Fig. 2 entlang der Linie III-III in ver­ größerter Darstellung.

In den Fig. 1 bis 3 ist mit 1 ein Zahnrad- Druckluftstarter bezeichnet, wie er zum Starten einer Antriebsmaschine in Form eines Verbrennungsmotors oder einer Gasturbine zur Anwendung gelangt.

Der Druckluftstarter 1 weist einen Drehkolben­ motor 2 mit einem Leitrotor 3 und einem Abtriebsrotor 4 auf (Fig. 1). Die beiden Rotoren 3, 4 sind über von ihren Stirnseiten 5-8 vorspringende Zapfen 9-12 in Wälzlagern 13 abgestützt, die in Rotorschilden 14, 15 eingesetzt sind, welche das Rotorgehäuse 16 stirnseitig begrenzen.

Der Abtriebszapfen 11 des Abtriebsrotors 4 ist mit einer Außenverzahnung 17 versehen, welche mit einer Außen­ verzahnung 18 einer Hohlwelle 19 kämmt, die über ein Wälz­ lager 20 in einem topfartigen Deckelteil 21 des Starterge­ häuses 22 und über ein weiteres Wälzlager 23 umfangsseitig des Lagerzapfens 9 des Leitrotors 3 abgestützt ist.

Im Innern der Hohlwelle 19 (Fig. 1) ist eine dreh­ bare und axial bewegliche Einspurwelle 24 vorgesehen, welche über Nadellager 25 gegenüber der Hohlwelle 19 distanziert ist. Ein Freilauf 26 dient der Kupplung von Hohlwelle 19 und Ein­ spurwelle 24. Die Einspurwelle 24 besitzt eine Ausnehmung 27, in welche ein Starterritzel auswechselbar eingesetzt werden kann.

Es ist aus Fig. 1 ferner zu erkennen, daß die gemeinsame Mittelachse 28 von Einspurwelle 24 und Hohlwelle 19 koaxial zu der Mittelachse 29 des Leitrotors 3 verläuft. Auf diese Weise sind nur zwei Drehachsen und damit auch zwei Bearbeitungsachsen im Druckluftstarter 1 vorhanden, und zwar die gemeinsame Drehachse 29, 28 von Leitrotor 3, Einspurwelle 24 und Hohlwelle 19 einerseits und die Drehachse 30 des Abtriebsrotors 4 andererseits.

Am inneren Ende der Einspurwelle 24 ist die Kolbenstange 31eines im Abschlußdeckel 32 des Rotorgehäuses 16 integrierten Einspurzylinders 33 drehbeweglich, jedoch axial unverschieblich gelagert. Die Lagerung erfolgt über ein Wälzlager 34, das mit Hilfe eines Sprengrings 35 in einer Ausnehmung 36 der Einspurwelle 24 festgelegt ist.

Die Kolbenstange 31 durchsetzt eine abgestufte Längsbohrung 37 des Leitrotors 3 und ist mit dem Kolben 38 des Einspurzylinders 33 durch eine Schraube 39 lösbar verbunden. Der Kolben 38 ist in Richtung auf die Einspurwelle 24 pneu­ matisch beaufschlagbar (siehe Fig. 1 und 3). Auf der anderen Seite stützt sich an dem Kolben 38 eine Schrauben­ druckfeder 40 ab, die wiederum in einer Federhülse 41 ein Widerlager findet, die in den Ringspalt 42 zwischen der Kolbenstange 31 und dem Leitrotor 3 greift.

Auf der plan ausgebildeten Stirnfläche 43 des Ab­ schlußdeckels 32 ist ein Taktventil 44 befestigt. Die Kanal­ führung 45 zwischen dem Taktventil 44 und dem Leitrotor 3 bzw. dem Einspurzylinder 33 ist in Fig. 3 näher veran­ schaulicht.

Ferner kann sich, wie aus der Fig. 3 erkennbar ist, der Dichtteller 46 eines Abluftventils 47 an dieser Plan­ fläche 43 abstützen. Das Abluftventil kann eine Abluft­ öffnung 48 im Startergehäuse 22 verschließen.

Durch die Eingliederung des Taktventils 44 in die Druckluftzuführung 45 zum Startermotor 2 und zum Einspur­ zylinder 33 wird beim Startvorgang die Axialbewegung der Einspurwelle 24 durch eine Kraft erzeugt, die bis zum Ein­ spuren des Starterritzels in die Schwungradverzahnung in einer sich ändernden Größe auf das Starterritzel einwirkt. Die die Rotation hervorrufende Kraft wird mindestens bis zum teilweisen Einspuren in die Schwungradverzahnung in einer hierzu Phasen-verschobenen, periodisch abwechselnden Größe aufgebracht. Dadurch erfährt das Starterritzel taktweise eine kurze langsame Rotation bei geringer oder fehlender Vorschubkraft, die anschließend durch Wegnahme der Rotations­ kraft wieder gestoppt wird, wobei die Vorschubkraft gleich­ zeitig erhöht wird. Auf diese Weise läuft sich auch der evtl. eingeklemmte Freilauf 26 sofort wieder frei, besonders wenn die Eintaktung in Gegendrehrichtung erfolgt, so daß die axiale Vorschubkraft keine zusätzlichen Widerstände über­ winden muß. Dadurch, daß die Krafteinleitung teilweise unter­ brochen wird, kann es nicht zu Zwängungen beim Einspuren kommen. Das Starterritzel gleitet vielmehr sanft in die Schwungradverzahnung, weil es sich gewissermaßen den Weg ge­ ringsten Widerstands sucht. Abnutzungserscheinungen treten nicht mehr auf. Aufgrund dieses Sachverhalts wird mithin die Lebensdauer des Starterritzels und damit auch die der Schwung­ radverzahnung erheblich heraufgesetzt. Dies ist z. B. in den­ jenigen Fällen von besonderer Bedeutung, wo die Wartung sowie die Reparatur eines Starters 1 und einer Antriebsmaschine mit Schwierigkeiten verbunden sind. Hierunter ist in diesem Fall hauptsächlich die Zugänglichkeit dieser Aggregate zu verstehen, womit beispielsweise ihr Standort auf Hochseeschiffen ge­ meint ist.

Claims (8)

1. Zahnrad-Druckluftstarter mit einem Leitrotor und einem Abtriebsrotor, der über einen außenverzahnten Abtriebszapfen mit einer in dem Startergehäuse gelagerten und über einen Freilauf mit einer axial verschieblichen Einspurwelle kuppelbaren Hohlwelle ständig verbunden ist, wobei in die in der Hohlwelle durch Lager abgestützte Ein­ spurwelle die Kolbenstange eines bezüglich seines Kolbens auf der einen Seite pneumatisch und auf der anderen Seite durch Federkraft beaufschlagbaren Einspurzylinders drehbar, jedoch axial unverschieblich eingreift, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (28) der Einspurwelle (24) koaxial zur Mittelachse (29) des Leit­ rotors (3) verläuft, die Hohlwelle (19) mit einer Außenver­ zahnung (18) für den Eingriff des Abtriebszapfens (11) ver­ sehen und der Einspurzylinder (33) auf der der Hohlwelle (19) abgewandten Stirnseite (6) des Leitrotors (3) angeordnet ist.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (19) an einem Ende über ein Wälzlager (20) innenseitig des Startergehäuses (22) und am anderen Ende über ein Wälz­ lager (23) umfangsseitig eines Lagerzapfens (9) des Leit­ rotors (3) abgestützt ist.

3. Starter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (19) durch Nadellager (25) zur Einspurwelle (24) distanziert ist.

4. Starter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle (19) und die Einspurwelle (24) in einen topf­ artigen Deckelteil (21) des Startergehäuses (22) einge­ bettet sind.

5. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspurzylinder (33) in einem Abschlußdeckel (32) des Startergehäuses (22) ausgebildet ist.

6. Starter nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kolben (38) des Einspurzylinders (33) belastende Federkraft durch eine die Kolbenstange (31) umschließende Schraubendruckfeder (40) ge­ bildet ist, welche sich andererseits an einer Federhülse (41) abstützt, die in einen Ringspalt (42) zwischen der Kolben­ stange (31) und dem Leitrotor (3) greift.

7. Starter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der plan ausge­ bildeten Stirnfläche (43) des Abschlußdeckels (32) ein Taktventil (44) befestigt ist.

8. Starter nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf der plan aus­ gebildeten Stirnfläche (43) des Abschlußdeckels (32) der Dichtteller (46) eines Abluftventils (47) abstützt.