Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Stand der Technik
In der DE 199 11 161 C2 ist eine als Koaxialstarter ausgebildete Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen gezeigt und beschrieben. Diese umfasst einen elektrischen Startermotor, einen Vorspurmechanismus zum Verschieben eines axialen Ritzel- schafts mit vorn angeordneten Andrehritzel. Um die Brennkraftmaschine anzudrehen, muss der Ritzel an einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine greifen. Bei laufender Brennkraftmaschine muss der Ritzel wieder aus dem Zahnkranz entfernt werden. Damit dies möglich ist, ist der Vorspurmechanismus mit einem Permanentmagneten und einer elektromagnetisch erregbaren Spule versehen. Eine Brückenschaltung einer elektrischen Steuerung des Vorspurmechanismus erlaubt zwei Flußrichtungen in der Spule. Der Permanentmagnet übt je nach Flußrichtung eine Abstoßkraft oder eine Zugkraft aus. Dadurch kann der Ritzel vor- oder zurückbewegt werden.
Außerdem sind Startvorrichtungen der gattungsgemäßen Art bekannt, die einen sogenannten Start-Stopp-Betrieb ermöglichen. Die-
ser zeichnet sich dadurch aus, dass ein Direktstart der Brennkraftmaschine möglich ist. Bei ausgeschalteter Brennkraftmaschnine befindet sich der Ritzel bereits in dem Zahnkranz, so dass nur eine Drehbewegung des Ritzels notwendig ist. Voraussetzung dafür ist, dass in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschnine der Ritzel schon während des Abstellen der Brennkraftmaschine eingerückt wird bzw. vorgeschoben wird und für die Dauer der Stopp-Phase eingerückt bleibt.
Ein Start-Stopp-Betrieb der genannten Art bringt den Vorteil einer Startzeitverkürzung und erlaubt außerdem ein sanfteres und geräuschreduziertes Andrehen der Brennkraftmaschine.
Bekannte Lösungen benötigen jedoch eine zusätzliche elektrische Leistung, die das Bordnetz zusätzlich belasten, und erzeugen eine Verlustleistung, selbst während eines Fahrzeugstillstandes.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Startvorrichtung wird die Verlustleistung reduziert, indem der Vorspurmechanismus einfach stromlos in der vorgeschobenen Stellung gehalten wird, und zwar durch einen Halterungs-Mechanismus.
Durch die Erfindung werden die Vorteile eines Start-Stopp-Betriebs genutzt, ohne jedoch den Nachteil einer zusätzlichen Stromaufnahme in Kauf nehmen zu müssen.
Die Erfindung erlaubt ein geräuschreduziertes Andrehen der Brennkraftmaschine und erhöht den Startkomfort mit geringer elektrischer Energie. Auch wird eine übermäßige Erwärmung von Stromkreisen und der darin enthaltenen Komponenten, wie Spulen, Magnetschal-
ter, Relais, Widerstände und dergleichen verhindert. Die Belastung des Bordnetzes und der Leitungen wird zusätzlich reduziert.
Bevorzugterweise ist der Start-Stoppmechanismus so ausgebildet, dass er einen eingespurten Zustand noch während eines Absteilens der Brennkraftmaschine schafft. Dadurch ist ein erneutes Starten innerhalb einer Zeit unterhalb einer Sekunde möglich.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Startvor- richtung ist vorgesehen, dass der Halterungs-Mechanismus während und nach der Stopp-Phase den elektromagnetischen Vorspurmechanismus stromlos im eingespurten Zustand hält. Dadurch wird eine Drehbewegung eines Zahnkranzes der Brennkraftmaschine genutzt, damit der Ritzel der Startvorrichtung leicht in diesen eingreifen kann. Nach der Stopp-Phase wird keine elektrische Energie benötigt.
Ein bevorzugte, besonders einfache Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass der Halterungsmechanismus zwei Permanentmagnete um- fasst, die so angeordnet sind, dass eine magnetische Haltekraft im eingespurten Zustand vorhanden ist, die den Andrehritzel in der vorgeschoben Stellung hält. Die Permanentmagnete können eine hohe Haltekraft ausüben und sind sehr gut für diesen Zweck geeignet.
Wenn ein erster beweglicher, im Wirkbereich einer Magnetspule des elektromagnetischen Vorspurmechanismus angeordneter Permanentmagnet vorhanden ist, der mit einem gegenpoligen zweiten Permanentmagneten die Haltekraft aufbringt, wobei der erste Permanentmagnet im eingespurten Zustand im Wirkbereich des zweiten Permanentmagneten angeordnet ist, dann ergibt sich eine einfache Konstruktion, weil der erste Magnet sowohl für den Anker als auch für den Halterungsmechanismus dient und somit nur ein zusätzlicher Magnet nötig ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist der Halterungsmechanismus parallel zu einer Antriebswelle des elektromotorischen Antriebes angeordnet und über einen Hebelarm mit diesem verbunden. Dies erfordert wenige konstruktive Änderungen im Mo- torantrieb selbst, weil der Halterungsmechanismus praktisch außerhalb davon angeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsvariante der Erfindung ist der Halterungsmechanismus koaxial zu einer Antriebswelle des elektromotori- sehen Antriebes der Startvorrichtung angeordnet, wobei insbesondere ein erster und ein zweiter Ringmagnet des Haltemechanismus koaxial um die Antriebswelle angeordnet sind. Diese Lösung ist dagegen sehr kompakt. So kann eine Längenabmessung deutlich reduziert werden, wenn der erste Permanentmagnet einen geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des zweiten Permanentmagneten aufweist, so dass der erste Permanentmagnet in dem zweiten Permanentmagneten eintauchen kann.
Um eine funktionssichere Stellungsänderung des Ritzels herbeizu- führen, ist es günstig, wenn eine Kraftfeder vorhanden ist, deren Federkraft entgegen einer Haltekraft, insbesondere einer magnetischen Haltekraft des Vorspurmechanismus gerichtet ist und/oder wenn der Vorspurmechanismus durch eine umgekehrte Bestromung eines Ankers von dem eingespurten Zustand in den ausgespürten Zustand bewegbar ist. Außerdem wird diese Funktion noch sicherer, wenn ein Freilauf mit einem drehzahlabhängigen Rückstellmoment vorgesehen ist.
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Halterungsme- chanismus gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 , wobei ein nicht eingespurter Zustand gezeigt ist,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des in Fig. 2 gezeigten
Halterungsmechanismus, wobei ein eingespurter Zu- stand gezeigt ist,
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer alternativen Ausführungsform des Halterungsmechanismus, wobei ein nicht eingespurter Zustand gezeigt ist, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung des in Fig. 4 gezeigten
Halterungsmechanismus, wobei ein eingespurter Zustand gezeigt ist.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 1. Diese umfasst ein Gehäuse 2 mit einem darin befindlichen elektromotorischen Antrieb, bzw. einen Startermotor 3 mit einem Mitnehmerschaft 4. Koaxial um den Mitnehmerschaft 4 ist ein gleitbar angeordneter Ritzelschaft 5 angeordnet, der vorzugsweise vorne mit einem Andrehritzel 6 zum Andrehen eines Zahnkranzes 7 einer Brennkraftmaschine versehen ist.
Der Andrehritzel 6 kann mit Hilfe eines Vorspurmechanismus in eine vorgeschobene Stellung gebracht werden, so dass der Andrehritzel 6 in den Zahnkranz 7 greift (eingespurter Zustand) oder in einen nicht eingespurten Zustand gebracht werden, so dass der Andrehritzel 6 im Gehäuse 2 teilweise oder vollständig eintaucht.
Der Vorspurmechanismus umfasst einen Anker 10 mit einer Spule 9, um eine Kraft mittels eines zweiarmigen Hebels 11 auf den Ritzelschaft 5 auszuüben. Durch diese Kraft kann der Ritzelschaft 5 vor oder zurück bewegt werden.
Zur Steuerung der Spule 9 und des Startermotors 3 ist eine Steuerung 12 vorhanden.
Erfindungsgemäß ist ein Halterungs-Mechanismus 15 vorhanden, der in den Figuren 2 und 3 näher erläutert wird.
Die Startvorrichtung 1 zeichnet sich durch einen mit Hilfe der Steuerung 12 realisierten Start-Stopp-Mechanismus aus, der so ausgebildet ist, dass in einer Stopp-Phase der Brennkraftmaschine, noch während und/oder nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine, dieser einen eingespurten Zustand (Fig. 3) des Vorspurmechanismus bewirkt, damit bei einem anschließenden Start der Brennkraftmaschine der Andrehritzel 6 bereits in einer vorgeschoben Stellung angeordnet ist.
Der Andrehritzel 6 kann während und/oder nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine in den eingespurten Zustand durch Bestromung der Spule 9 gebracht werden. Dort verbleibt er bis die Brennkraftmaschine erneut gestartet wird. Nach dem Starten der Brennkraftma- schine wird der Andrehritzel 6 in einem ausgespürten Zustand durch umgekehrte Bestromung der Spule 9 gebracht.
Der Halterungsmechanismus 15 umfasst vorzugsweise zwei Permanentmagnete 16, 17, die so angeordnet sind, dass eine magnetische Haltekraft im eingespurten Zustand (Fig. 3) vorhanden ist, die den Andrehritzel 6 in der vorgeschoben Stellung hält. Der erste Perma- netmagnet 16 hat in der ausgespürten Stellung einen Abstand gegenüber dem zweiten Permanentmagneten 17, wie Fig. 2 zeigt. Beim Einspuren wird der erste Permanentmagnet 16 in Richtung des zwei-
ten, ortsfesten Permanentmagneten 17 bewegt bis er diesen berührt. Der Halterungs-Mechanismus 15 hält dadurch während der Stopp- Phase, den elektromagnetischen Vorspurmechanismus stromlos in der vorgeschoben Stellung, wie Fig. 3 zeigt.
Der Halterungsmechanismus verläuft in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 3 parallel zu der Antriebswelle bzw. dem Schaft 4 des e- lektromotorischen Antriebes und liegt außerhalb davon. Der Halterungsmechanismus (Fig. 2, Fig. 3) ist über den Hebel 11 mit dem Ritzelschaft 5 verbunden. Die Bewegungsrichtung des Magneten 16, der einen Magnetanker schafft, verläuft parallel zur Drehachse bzw. dem Schaft 4 oder 5 des elektromotorischen Antriebes.
Dagegen ist bei einer alternativen Ausführungsform gemäß den Figu- ren 4 und 5 vorgesehen, dass der Halterungsmechanismus koaxial zu der Antriebswelle 18 verläuft. Hierbei dienen vorzugsweise ein erster und ein zweiter Ringmagnet 20, 21 , die koaxial um die Antriebswelle 18 angeordnet sind. Der erste Ringmagnet 20 hat einen geringeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser des zwei- ten Ringmagneten 21 , so dass der erste Ringmagnet 20 in den zweiten Ringmagneten 21 eintauchen kann, wie Fig. 5 zeigt.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann eine nicht gezeigte Kraftfeder vorhanden sein. Ihre Federkraft wäre entgegen der mag- netischen Haltekraft gerichtet. Alternativ oder zusätzlich könnte der Vorspurmechanismus durch eine umgekehrte Bestromung des Ankers von dem eingespurten Zustand in den ausgespürten Zustand bewegbar sein. Auch könnte ein Freilauf mit einem drehzahlabhängigen Rückstellmoment vorhanden sein.
Die Steuerung 12 kann außerdem eine erste elektrische Steuerung für den elektromotorischen Antrieb und eine zweite elektrische Steuerung für den elektromagnetischen Vorspurmechanismus aufweisen,
wobei die erste und die zweite Steuerung so miteinander gekoppelt sind, dass ein Start-Stopp-Betrieb erfolgt.
Zusammenfassend und ergänzend ist folgendes zu bemerken:
Die Magnete16, 17, 20, 21 besitzen in den Anordnungen (Fig. 2-5) gegensätzliche Polung (Nord- Südpol). Beide Magnete sind in einer gegenüberliegenden Position praktisch in einem Magnetschalter der Startvorrichtung eingebaut. Beim Einrücken werden beim Verschie- ben der Antriebswelle beide Magnete in ihren Wirkungsbereich gebracht, so dass eine Fixierung der Welle nach Abschaltung des entsprechenden Stromkreises zum Voreinspuren rein magnetisch erfolgt. Das Ausspuren nach dem Durchdrehen bzw. dem erfolgreichen Starten der Brennkraftmaschine erfolgt anschließend vorzugsweise entweder elektrisch, d.h. durch umgekehrte Bestromung des Stromkreises, oder auch mechanisch über eine vorgespannte Feder, welche beim Einrücken gespannt wird. Die magnetische Kraft in der Wechselwirkung zwischen den beiden Magneten muss dabei die rücktreibende Kraft der gespannten Feder kompensieren bzw. über- steigen, damit die Startvorrichtung auch bei möglichen Erschütterungen des Fahrzeuges z.B. durch Bodenwellen in der Fahrbahn während des Start-Stopp-Betriebes sicher in dem eingerückten Zustand fixiert bleibt. Das anschließende Ausrücken erfolgt z.B. über den Freilauf (drehzahlabhängig) und bei einer definierten Drehzahl- schwelle, welche die Startvorrichtung von der Brennkraftmaschnine trennt, wenn das Gesamtrückstellmoment die magnetische Kraft zwischen den beiden Magneten übersteigt.