B E S C H R E I B U N G

Titel

Freiausstoßender Starter

Die Erfindung bezieht sich auf einen freiausstoßenden Starter zum Andrehen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einer Ritzelwelle, die am vorderen, frei ausstoßenden Ende ein Einspurritzel und am gegenüberliegenden Ende einen Ritzelschaft aufweist, der auf einer Antriebswelle des Starters verschiebbar geführt und gelagert ist und in einem Lager von einem Lagerschild des Starters aufgenommen ist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Montage eines freiausstoßenden Starters, insbesondere eines oben beschriebenen Starters, wobei der Starter zum Andrehen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug vorgesehen ist und der Starter mit einer Ritzelwelle am vorderen, freiausstoßenden Ende ein Einspurritzel am gegenüberliegenden Ende einen Ritzelschaft aufweist, der auf einer Antriebswelle des Starters verschiebbar geführt und gelagert ist und in einem Lager von einem Lagerschild des Starters aufgenommen ist.

Es sind freiausstoßende Starter bekannt mit einem Einspurritzel oder auch Starterritzel genannt, das mit zwei Lagerhülsen bzw. Buchsen oder einer sehr breiten Lagerbuchse auf der Antriebswelle des Starters gelagert ist. Das Einspurritzel wird mittels eines Relais in einen Zahnkranz zum Starten der Brennkraftmaschine eingerückt und nach dem Starten der Brennkraftmaschine wieder ausgerückt.

Eine andere Ausführungsform des Starters sind sogenannte Maulstarter, bei denen das Starterritzel auf der Antriebswelle stirnseitig gelagert ist. Die vor-

liegende Erfindung bezieht sich auf freiausstoßende Starter.

Das Einspurritzel ist auf der Antriebswelle des Starters drehbar gelagert, da nach dem Starten der Brennkraftmaschine mittels des Einspurritzels die Brennkraftmaschine die Drehzahl des Einspurritzels gegenüber der Antriebswelle des Starters überholt. Die Relativdrehzahl von der Ritzelwelle gegenüber der Antriebswelle tritt somit nur wenige Sekunden beim Hochlauf der Brennkraftmaschine auf. Ansonsten ist die Drehzahl und restliche Betriebszeit des Einspurritzels mit der Antriebswelle gleich. Die Ritzelwelle ist für den Startvorgang mit einer überholkupplung an der Antriebswelle gekoppelt. Die überholkupplung sorgt für eine Drehmomentübertragung auf die Ritzelwelle im Startvorgang und lässt eine höhere Relativdrehzahl gegenüber der Antriebswelle zu. Die Betriebszeit der Relativdrehzahl, d. h. Belastungszeit des Lagers der Ritzelwelle auf die Antriebswelle ist somit insge- samt gegenüber der Gesamtbetriebszeit sehr kurz. Im Laufe eines Fahrzeugslebens summiert sich die Betriebsdauer typischer Weise auf bis zu ca. 12 h.

Um eine wesentlich höhere Lebensdauer gegenüber herkömmlich gesinter- ten Lager- oder Taschenbuchsen zu erreichen, bei denen in ausgebildeten Taschen Schmiermittel aufgenommen sind, beschreibt die DE 197 43 122 A1 einen freiausstoßenden Starter mit zumindest einer vorderen als Nadellager ausgebildeten Lagerstelle eines Ritzelschaftes auf der Abtriebswelle des Starters. Solche herkömmlichen Starter sind bezüglich der Lagerung aufwendig.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen freiausstoßenden Starter der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, so dass der Aufbau und die Montage des Starters vereinfacht und kostengünstiger ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Gegenstand der Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Ein wesentlicher Erfindungsgedanke ist, die Lagerung der Ritzelwelle auf der Antriebswelle bedarfsgerecht auszulegen. Wälzlager oder Lagersinterbuchsen sind für eine Betriebsdauer von mehren hundert bis tausend Stun- den ausgelegt. Die effektive Betriebslebensdauer der Lagerung von der Ritzelwelle auf der Antriebswelle ist im typischen Einsatzfall lediglich 10 bis 12 Stunden. Deshalb ist es ein wichtiger Gedanke der Erfindung, diese Lagerung den Anforderungen entsprechend und nicht überdimensioniert auszulegen und somit eine vereinfachte Fertigung mit Gewichtsreduktion zu erzie- len.

Die Aufgabe wird mit einem Starter dadurch gelöst, dass der Ritzelschaft zumindest einen ersten, innen liegenden Lagerabschnitt aufweist, der auf der Antriebswelle direkt lagert. Die Idee ist, den Ritzelschaft, der aus einem harten Material hergestellt ist, wiederum auf einem harten Material der Antriebswelle zu lagern. Diese Lagerung könnte somit als hart-hart-Lagerung bezeichnet werden, gegenüber einer hart-weich-hart-Lagerung mit einer zwischen Ritzelwelle und der Antriebswelle liegenden, aus weichem Werkstoff hergestellten gesinterten Lagerhülse. Ein wesentlicher Vorteil ist, dass somit weniger Bauteile notwendig sind, eine schnellere Fertigung der Bauteile und des Starters möglich ist und insgesamt aufgrund von weniger Bauteilen eine Gewichtsreduktion sowie geringere Herstellungskosten erzielt werden. Die Fertigung ist einfacher. Außerdem ist die Lagerung gegenüber den auftretenden Umweltbedingungen, wie Staub, Abrieb der Kupplung, Feuchtigkeit usw. durch den gekapselten Aufbau sehr gut geschützt, im Gegensatz zu sogenannten Maulstartern.

Die Lagerung lässt sich unter anderem auch deshalb vereinfachen, da beispielsweise kein aufwendiges und teueres Wälzlager, wie im oben beschrie- benen Stand der Technik eingesetzt werden muss, weil in dem Zeitpunkt, in dem eine Relativdrehzahl zwischen Ritzelwelle und Antriebswelle auftritt, kein Drehmoment vom Starter auf den Zahnkranz der Brennkraftmaschine übertragen werden muss. In diesem Zeitpunkt ist somit der Lastfall,

d. h. die Kraft, die auf das Ritzel wirkt, sehr gering. Ferner wird die Betriebsdauer durch kurze Zyklen weiter reduziert, beispielsweise mit Fahrzeugen, die Startsysteme mit einer Startzeitsteuerung ohne einen direkten Eingriff des Fahrers aufweisen. Fahrzeuge mit einem Startknopf oder einer Starttas- te haben eine Startzeitsteuerung, die den Starter noch schneller stoppen und das Einspurritzel aus dem Zahnkranz ausrücken, sobald die Brennkraftmaschine gestartet ist.

Aus den oben genannten Gründen ist es somit möglich, alle bisher bekann- ten Lagerelemente zwischen der Ritzelwelle und der Antriebswelle entfallen zu lassen.

Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform, um die Lagerung leichtgängig und geräuschreduziert auszubilden, sowie um Korrosionen zu ver- hindern, ist der zumindest eine Lagerabschnitt von der Ritzelwelle auf der Antriebswelle mit einem Schmiermittel beaufschlagt. Dieses Schmiermittel ist beispielsweise ein Fett oder öl oder ein anderer aus dem Stand der Technik bekannter Schmierstoff, der den ersten Lagerabschnitt benetzt oder der großflächig aufgetragen ist.

Gemäß einer anderen, weiter bevorzugten Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ der zumindest eine erste Lagerabschnitt eine Gleitbeschich- tung aufweisen. Die Gleitbeschichtung kann eine andere Werkstoffbeschich- tung sein, beispielsweise eine Kunststoffbeschichtung oder eine andere ab- riebfeste Beschichtung. Die Kunststoffbeschichtung kann beispielsweise eine Teflonbeschichtung sein.

Gemäß einer die Erfindung weiterbildenden Ausführungsform ist der erste Lagerabschnitt und/oder die Antriebswelle im Bereich, in dem der Lagerab- schnitt direkt auf der Antriebswelle aufliegend verschoben und gelagert wird, speziell gehärtet. Die spezielle Härtung kann die Lebensdauer beträchtlich verlängern. Das Härtungsverfahren kann beispielsweise eine, auch gegen Korrosion einsetzbare, Nitrierbehandlung oder ein Wärmebehandlungsver-

fahren sein.

Um die Lebensdauer bezüglich der Leichtgängigkeit und einer Geräuschreduktion zu verbessern, ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausfüh- rungsform ein Schmierstoffdepot vorgesehen. Das Schmierstoffdepot ist zumindest am ersten Lagerabschnitt durch eine Schmiernut an der Ritzelwelle ausgebildet. Die Schmiernut wird beispielsweise vor der Montage der Ritzelwelle auf der Antriebswelle mit Fett gefüllt und hält somit über die Lebensdauer des Starters.

Die Ritzelwelle kann mit einer hart-hart-Lagerung auf der Antriebswelle angeordnet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen wird zur vereinfachten Herstellung einer Ritzelwelle der äußere Lagerabschnitt, der dem Einspurritzel am nächsten liegt, als erster Lagerabschnitt direkt hart auf der Antriebs- welle und ein innerer, zweiter Lagerabschnitt mittels einer Lagerhülse auf der Antriebswelle weich gelagert.

Um die Fertigung zu vereinfachen und zu verkürzen und somit günstiger zu gestalten, ist der Innendurchmesser der Antriebswelle über die Länge der zwei Lagerabschnitte, auf denen das Einspurritzel lagert, im Wesentlichen konstant. Außerdem ergibt sich dadurch eine Gewichtsreduktion gegenüber einer gestuften Antriebswelle.

Um das Gewicht des Starters, insbesondere die Lagerung der Ritzelwelle auf der Antriebswelle deutlich zu reduzieren, sind zur Reduktion der Wandstärken die Innendurchmesser des Ritzelschafts im Bereich des zweiten Lagerabschnitts größer, vorzugsweise bis zum ersten Lagerabschnitt, als der Innendurchmesser im Bereich des Einspurritzels bis zum ersten Lagerabschnitt. Somit ist die Ritzelwelle material- und gewichtsoptimiert sowie res- sourcenschonend ausgebildet. Die Wandstärken sind so groß gewählt, dass eine ausreichende Festigkeit bei maximaler Gewichtsreduktion erzielt wird.

Vorteilhafterweise ist der erste Lagerabschnitt am Ritzelschaft hinter dem

Einspurritzel ausgebildet, somit ist ein freier Bereich unter der Ritzelverzahnung für das Anschlagsystem einschließlich eines Axialwegs zur Verschiebung des Einspurritzels vorhanden. Die verzahnungsnahe Lagerung erst in diesem Bereich ist bevorzugt. Bei anderen Anschlagsystemen kann die La- gerung unter der Ritzelverzahnung des Einspurritzels ausgebildet sein.

Die Aufgabe wird ferner mit einem Montageverfahren dadurch gelöst, dass der Ritzelschaft der Ritzelwelle mit zumindest einem Lagerabschnitt direkt auf die Antriebswelle geschoben wird. Erfindungsgemäß ist somit das Mon- tageverfahren deutlich vereinfacht, da kein Wälzlager bzw. eine gesinterte Buchse eingesetzt werden muss. Insbesondere wird der Lagerabschnitt mit einer gleitenden Beschichtung, insbesondere einem Schmierstoff, beispielsweise Fett, beaufschlagt. Der Lagerabschnitt kann, wie oben erläutert, auch mit einer Teflonschicht oder einem anderen Gleitmittel beaufschlagt werden. Die Montageschritte sind reduziert, da weniger Bauteile anfallen. Die Montage erfolgt schneller und somit kostengünstiger.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind.

Kurzbezeichnungen der Zeichnungen

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer auf einer Antriebswelle gelagerten Ritzelwelle gemäß einer ersten Ausführungsform und

Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Ritzelwelle gemäß einer zweite Ausführungsform.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt in einem vergrößerten Querschnitt von einem Starter 1 zum Andrehen einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug. Der Starter 1 ist vom Typ eines sogenannten freiausstoßenden Starters mit einer einseitig gelagerten Ritzelwelle 2, auf der ein Einspurritzel 3 ausgebil- det ist, das in einen nicht dargestellten Zahnkranz mittels eines Relais für einen Startvorgang der Brennkraftmaschine eingespurt wird und nach dem Hochfahren der Brennkraftmaschine wieder ausgerückt wird.

Die Ritzelwelle 2 ist auf einer Antriebswelle 5 vom Starter drehbar gelagert, um eine Relativdrehzahl zuzulassen, die auftritt, wenn die Brennkraftmaschine hochläuft und eine höhere Drehzahl am Zahnkranz erreicht als der Starter über die Antriebswelle 5 vorgegeben hat. Diese Relativdrehzahl hat eine sehr kurze Betriebszeit im Startzyklus, insbesondere in modernen Fahrzeugen mit einem Startknopf ist die Betriebszeit definiert verkürzt, da eine Startzeitsteuerung das Einspurritzel aus dem Eingriff mit dem Zahnkranz nach dem Start der Brennkraftmaschine nimmt.

Die Ritzelwelle 2 weist einen ersten Lagerabschnitt 6 und einen zweiten Lagerabschnitt 7 auf. Der erste Lagerabschnitt 6 ist ein äußerer, der dem Ein- spurritzel 3 am nächsten liegt und der zweite Lagerabschnitt 7 ist ein innerer, mit einer Lagerhülse 8, die aus einem weichen Material, wie beispielsweise einem gesinterten Bronzematerial, hergestellt ist. Die Lagerhülse 8 ist zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und als Korrosionsschutz sowie zur Geräuschreduktion mit einem Schmierstoff umgeben beziehungsweise getränkt. Die Lagerhülse 8 kann auch ein Schmierstoffdepot in Form einer umlaufenden Nut, einer sogenannten Tasche, aufweisen. Um einen großen Innendurchmesser der Ritzelwelle zu überbrücken, ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt die Lagerhülse 8 im Querschnitt gesehen dick mit einer großen Wandmaterialstärke ausgebildet.

Erfindungsgemäß lagert die Ritzelwelle 2 am ersten Lagerabschnitt direkt, ohne eine Sinterhülse oder ein Wälzlager, auf der Antriebswelle 5. Es liegt somit eine hart-hart-Lagerung vor, da der harte Werkstoff der Ritzelwelle 2

auf dem harten Werkstoff der Antriebswelle 5 lagert. Eine solche Lagerung ist ausreichend, da die Betriebslebensdauer der von gegenüber herkömmlichen Wälzlagern von mehreren tausend Stunden und Lagerungen in einer Hülse insgesamt sehr kurz ist. Die Gesamtbetriebsdauer der hart-hart- Lagerung beträgt typischer Weise 10 bis 12 Stunden über die Lebensdauer des Starters betrachtet. Diese Betriebszeit fällt beim Auftreten einer Relativdrehzahl zwischen einer Ritzelwelle 2 und einer Antriebswelle 5 an.

Die Ritzelwelle 2 ist von einem Wälzlager 9 aufgenommen, das in einem Lagerschild 10 vom Starter 1 eingesetzt ist. Um die hart-hart-Lagerung gegen Umwelteinflüsse wie Staub, Feuchtigkeit, Abrieb zu schützen, schließt eine Dichtkappe 12 an der Stirnseite des Einspurritzels 3 die Lagerung insgesamt ab. Die axiale Einspurbewegung des Einspurritzels 3 wird durch den Ritzel-anschlag 11 auf der Antriebswelle 5 begrenzt. Der Ritzelanschlag 11 umfasst einen Anschlagring und einen Sprengring. Die Ritzelwelle 2 steht mittels einer überholkupplung 13 an der Antriebswelle 5 in Wirkverbindung, so dass das Einspurritzel 3 mit einem Drehmoment von der Antriebswelle 5 angetrieben wird und im überholfall beim Hochlauf der Brennkraftmaschine eine Relativdrehzahl mit einer höheren Drehzahl des Einspurritzels 3 reali- sierbar ist.

Vorteilhafterweise sind Lagerflächen am ersten Lagerabschnitt 6 der Antriebswelle 5 und/oder der Ritzelwelle 2 speziell gehärtet. Sie weisen eine Gleitbeschichtung auf. Aus fertigungstechnischen Gründen zur Vereinfa- chung der Fertigung ist der über die Länge der Lagerabschnitte 6, 7, auf denen das Einspurritzel 3 mit dem Ritzelschaft 4 lagert, im Wesentlichen konstant. Der Innendurchmesser des Ritzelschafts 4 ist im Bereich des zweiten Lagerabschnitts 7 mit der Lagerhülse 8 bis zum ersten Lagerabschnitt 6 mit einem deutlich größeren Innendurchmesser ausgebildet, als die Bohrung von der Stirnseite am Einspurritzel 3 bis zum ersten Lagerabschnitt 6. Somit ergibt sich eine Ritzelwelle 2 aus dünneren Wandstärken mit einer deutlichen Gewichtsreduktion, die auch zu einer Ressourcenschonung des Werkstoffeinsatzes gegenüber einer Ritzelwelle gemäß dem Stand der Technik

führt.

Vorteilhafterweise ist ein freiausstoßender Starter 1 somit sehr einfach zu montieren. Lediglich eine breite dicke Lagerhülse 8 an einer Stirnseite, die dem Einspurritzel gegenüberliegt, wird eingesetzt und dann wird der Ritzelschaft 4 mit zumindest einem Lagerabschnitt direkt auf die Antriebswelle lagernd geschoben.

Die Fig. 2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt im Querschnitt von einer Ritzelwelle 2 in einer besonders bevorzugten Ausführungsform. Die Fig. 2 zeigt den Ausschnitt mit dem Einspurritzel 2 im Bereich um den ersten Lagerabschnitt 6. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist der Lagerabschnitt 6 der Ritzelwelle 2 eine umlaufende Schmiernut 14 auf. Die Schmiernut 14 dient als Schmierstoffdepot, um den Lagerabschnitt 6 während der gesamten Lebensdauer mit ausreichend Schmierstoff zu versorgen. Der erste Lagerabschnitt 6 ist am Ritzelschaft 4 vor dem Einspurritzel 3 ausgebildet.

Alle Figuren zeigen lediglich schematische nicht maßstabsgerechte Darstellungen. Im übrigen wird insbesondere auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich verwiesen.