Stand der Technik
[0001] Die Erfindung geht aus von einer Startvorrichtung zum Andrehen einer Brennkraftmaschine,
mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs genannten Merkmalen.
[0002] Aus der DE 19702932 A1 ist eine Startvorrichtung bekannt, bei der die durch ein Einrückrelais
hervorgerufene Vorspurgeschwindigkeit eines Ritzels vermindert wird, indem die magnetische
Kraft zwischen einer Einzugswicklung und einem Einrückanker während des Einziehens
des Einrückankers reduziert wird. Aus dieser reduzierten Vorspurgeschwindigkeit des
Ritzels folgt bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung zwischen dem Ritzel und einem Zahnkranz
einer Brennkraftmaschine eine verminderte Auftreffgeschwindigkeit und damit ein reduzierter
Stoß. Während des Vorspurens des Ritzels wird gleichzeitig der Startermotor und dadurch
das Ritzel mit stark verminderter Drehzahl betrieben. Dem Zeitabschnitt, in dem die
Vorspurgeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Ritzels reduziert ist, folgt
ein weiterer Zeitabschnitt, in dem die Vorspurgeschwindigkeit bzw. Zugkraft im Einrückrelais
wieder erhöht wird. In Abhängigkeit von der Position des Ankerkerns des Einrückrelais,
d.h. kurz vor Erreichen der maximalen Einzugsposition des Einrückankers im Relais,
wird ein Hauptstromschalter für den Startermotor durch das Einrückrelais geschlossen.
Von Nachteil ist hierbei, daß damit der volle Andrehstrom des Startermotors eingeschaltet
ist, wobei ein ausreichend tiefes Einspuren des Ritzels in den Zahnkranz nicht gesichert
ist. Dies kann mit der Folge verbunden sein, daß das maximale Drehmoment des Startermotors
auf das Ritzel bzw. den Zahnkranz wirkt und gleichzeitig die ausreichende Tragfähigkeit
der jeweiligen Zahnflanken nicht gesichert ist und dadurch die Gefahr der Überlastung
der einzelnen Zähne gegeben ist.
Vorteil der Erfindung
[0003] Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs
1, ist es demgegenüber möglich, eine ausreichende Eindringtiefe des Ritzels in den
Zahnkranz sicherzustellen, bevor das volle Andrehmoment des Startermotors auf das
Ritzel bzw. den Zahnkranz wirkt. Mittels einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung,
wird nach dem Beginn des Einspurens der Startermotor zunächst lastfrei geschaltet.
Dies hat den Vorteil, daß zwischen den Zahnflanken von Ritzel und Zahnkranz eine stark
verminderte Reibung wirkt, und somit die der Einrückkraft entgegenwirkende Reibungskraft
verringert ist und wodurch das Einspuren beschleunigt wird. Weiterhin ist damit auch
eine Verringerung des Verschleiß verbunden. Ist das Ritzel in den Zahnkranz ausreichend
tief eingespurt, wird der Startermotor zunächst mit Teillast betrieben. Dies hat den
Vorteil, daß die Lagerung des Abtriebstrangs zwischen Startermotor und Ritzel durch
das verringerte Drehmoment weniger stark belastet wird. Die Eingriffsgeometrie zwischen
Ritzel und Zahnkranz führt bei Belastung mit einem Drehmoment zu Kräften, so daß aufgrund
der Elastizitäten der Abstand zwischen Ritzelachse und Zahnkranzachse vergrößert wird.
Damit geht eine Änderung der Zahneingriffsgeometrie einher, die zu einer höheren Zahnbelastung
führt. Deshalb ist es von Vorteil, das Andrehmoment zu begrenzen, d.h. den Startermotor
zu Beginn des Andrehens nur mit Teillast zu betreiben und erst daran anschließend
mit Vollast.
[0004] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich weitere vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale.
[0005] Besonders vorteilhaft ist, daß der Vorspurmechanismus und der Startermotor von der
Steuer- und/oder Regelvorrichtung über voneinander getrennte Stromkreise und jeweils
voneinander unabhängige Schaltelemente anzusteuern sind. Dies ist insbesondere gegenüber
dem geschilderten Stand der Technik von Vorteil, da dadurch der Schaltvorgang für
den Startermotor unabhängig von bewegten Massen des Einspurmechanismus wie z.B. dem
Einrückanker oder auch der Einspurfeder ist. Das Einschalten des Startermotors kann
dadurch besser auf die tatsächliche Eindringtiefe des Ritzels in den Zahnkranz abgestimmt
werden. Ein weiterer Vorteil ist die Verwendung eines Sensors, aus dem die Position
des Ritzels bezüglich des Zahnkranzes bestimmt werden kann. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
ist in diesem Zusammenhang die Verwendung eines Wegsensors, aus dem beispielsweise
eine Zahn-auf-Zahn-Stellung bzw. die Eindringtiefe eines Ritzels in den Zahnkranz
abgeleitet werden kann. Aus einem entsprechenden Signal ist für die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung z.B. die Zahn-auf-Zahn-Stellung erkennbar, so daß die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung ein Verdrehen des Ritzels durch Impulsbestromung des Startermotors
steuern, und dadurch das Eindringen durch Herbeiführen einer Zahn-Lücke-Stellung erleichtern
kann. Abhängig von der Eindringtiefe steuert die Steuer- und/oder Regelvorrichtung
die Lastfrei- bzw. Abschaltung oder das Andrehen mit Teillast. Wird die Startvorrichtung
mit einem Mittel ausgestattet, mit dem eine Zahn-auf-Zahn-Stellung von Ritzel und
Zahnkranz erkennbar ist, ist es möglich, den Startermotor gezielt mit kurzen Stromimpulsen
anzutreiben und dadurch eine Zahn-Lücke-Stellung zu erreichen. Ist das Ritzel beispielsweise
mit einer Mindesteindringtiefe eingespurt, ist es wiederum von Vorteil den Startermotor
durch eine getaktete Teillast zu betreiben. Dies läßt sich verhältnismäßig einfach
mittels einer Taktstufe realisieren, beispielsweise mittels elektronischen Schaltelementen
wie Feldeffekttransistoren. Bildet man die Steuer- und/oder Regelvorrichtung so aus,
daß sie den Vorspurmechanismus nach Überschreiten einer Drehzahlschwelle abschaltet,
ist es möglich, nach erreichter Selbstlaufdrehzahl den Vorspurmechanismus gezielt
abzuschalten und so das Ritzel auszuspuren. Bezüglich der Steuerung und/oder Regelung
der Startvorrichtung ist es möglich, diese so auszubilden, daß die einzelnen Abläufe
des Startvorgangs, gebildet aus Vorspuren, Einspuren, Andrehen und Durchdrehen sowie
Ausspuren entweder zeitgesteuert oder sowohl teilweise zeitgesteuert als auch teilweise
weggesteuert und/oder teilweise kraftgesteuert abgearbeitet werden. Der Startvorgang
kann mit Hilfe von einem oder mehreren Sensoren darüberhinaus zeitlich optimiert werden.
Eine zeitliche Optimierung ist z.B. dadurch möglich, daß sobald eine erkannte Zahn-Lücke-Stellung
vorliegt, ein Verdrehen des Ritzels zum Herbeiführen einer Zahn-Lücke-Stellung unterbleibt.
Dieses Erkennen einer vorliegenden Zahn-Lücke-Stellung ist beispielsweise dadurch
möglich, daß ein Wegsensor den vom Ritzel zurückgelegten Weg erfaßt und als Wegsignal
an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung abgibt. Vergleicht die Steuer- und/oder Regelvorrichtung
dabei das einem bestimmten Weg entsprechende Wegsignal mit einem voreingestellten
Wert, der dem zurückgelegten Weg des Ritzels bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung entspricht,
ist es der Steuer- und/oder Regelvorrichtung möglich, durch Vergleich der Ritzelposition
zu zwei verschiedenen Zeitpunkten zwischen einer Zahn-auf-Zahn-Stellung bzw. Zahn-Lücke-Stellung
zu unterscheiden. Gleiches gilt in Zusammenhang mit einer Mindesteindringtiefe, wobei
auch hier das dem vom Ritzel zurückgelegten Weg entsprechende Wegsignal mit einem
bekannten festgelegten Ritzelweg verglichen wird und so aus dem vom Ritzel zurückgelegten
Weg auf eine Mindesteindringtiefe geschlossen werden kann.
[0006] Das Erfassen der Ritzelposition mittels Sensoren ist auf verschiedene Art und Weise
möglich. Als Wegsensor kann zum Beispiel ein Feldplattensensor verwendet werden, der
eine an einem vorzuspurenden Bauteil der Startvorrichtung befestigte magnetisierte
Folie abfühlt, wodurch wegproportionale Signale erzeugt werden. Eine andere Methode
ist zum Beispiel die Verwendung eines Kraftsensors an einem die Vorspurkraft übertragenden
Teil, wobei der Kraftsensor insbesondere dazu dient, eine Zahn-auf-Zahn-Stellung zu
erfassen. Die Drehzahl der Brennkraftmaschine zu erfassen, ist beispielsweise dadurch
möglich, daß aus der Ritzeldrehzahl indirekt auf die Drehzahl der Brennkraftmaschine
geschlossen wird.
Zeichnungen
[0007] Die Erfindung wird nachfolgend in zwei Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 zeigt eine erste Startvorrichtung, mit einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung,
bei der der Startermotor getaktet angetrieben wird.
Figur 2 zeigt ein Signalbild, das verschiedene Spannungs- und Stromverläufe sowie
den Ritzelweg in Abhängigkeit von der Zeit idealisiert und schematisiert wiedergibt.
Figur 3 zeigt eine zweite Startvorrichtung, mit einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung,
die zwei voneinander unabhängige Transistorstufen für den Startermotor ansteuert und
ihn dadurch entweder über einen Vorwiderstand oder direkt bestromt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
[0008] Figur 1 zeigt die schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung
10 mit einem Startermotor 11, der über eine Ankerwelle 12 und eine geradverzahnte
Wellen-Naben-Verbindung 13 mit einem Mitnehmerschaft 14 drehfest verbunden ist, wobei
der Mitnehmerschaft 14 auf der Ankerwelle 12 geradlinig verschiebbar ist. Der Mitnehmerschaft
14 ist wiederum über einen Freilauf 15 mit einem Ritzel 16 verbunden. Der Mitnehmerschaft
14, der Freilauf 15 und das Ritzel 16 sind auf der Ankerwelle 12 geradlinig verschiebbar.
Weiterhin ist die Startvorrichtung 10 mit einem Elektro-Hubmagneten 19, auch Einrückmagnet
genannt, ausgestattet, dessen Hubbewegung durch eine geradlinig verschiebbare Stange
20 über einen an der Stange 20 angelenkten Hebel 21 über einen Mitnehmer 22 auf den
Mitnehmerschaft 14 übertragen wird. Der Hubmagnet 19, die Stange 20, der Hebel 21
und der Mitnehmer 22 bilden somit einen Vorspurmechanismus 23. Der Hubmagnet 19 sowie
der Startermotor 11 werden von einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 angesteuert.
Die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 umfaßt einen Mikroprozessor 25, eine Schalteinheit
26 und eine Schalteinheit 27. Der Mikroprozessor 25 wertet die Signale eines Drehzahlsensors
28 und eines Wegsensors 29 aus, die im Ritzelbereich ortsfest angeordnet sind. Der
Mikroprozessor 25 kann alternativ statt der Signale des Wegesensors 29 auch die Signale
eines alternativ zu dem Wegesensor 29 vorzusehenden Kraftsensor 30 auswerten.
[0009] Im Diagramm gemäß Figur 2 ist bei a) der zeitliche Spannungsverlauf von U
10 dargestellt, der Spannung, die am Eingang der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24
bzw. der Startvorrichtung 10 anliegt; in Figur 2b) ist der Spannungsverlauf U
19 am Elektro-Hubmagneten 19 dargestellt; Figur 2c) zeigt den zeitlichen Verlauf der
Spannung U
11 über dem Startermotor 11; Figur 2d) zeigt den zeitlichen Verlauf des Vorschubweges
s
16 des Ritzels 16; Figur 2e) zeigt den idealisierten zeitlichen Verlauf des über den
Startschalter 32 fließenden Stroms I
32.
[0010] Wird ein der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 vorgeschalteter Startschalter 32
zu einem Zeitpunkt t
0 geschlossen, siehe hierzu auch Figur 2, so wird die Startvorrichtung 10 eingeschaltet.
Dadurch liegt an der Startvorrichtung 10 die Spannung U
10, die der Spannung einer Batterie 33 entspricht, an. Die ebenso eingeschaltete Schalteinheit
26 bestromt nunmehr im Zeitabschnitt zwischen t
0 und t
1 den Hubmagneten 19 mit einem getakteten Strom I
19. Die damit nur getaktet betriebene Einzugsspule des Hubmagneten 19 entwickelt so
nur eine reduzierte Einzugskraft auf den Kern des Hubmagneten. Dies hat zur Folge,
daß über die Stange 20 und den Hebel 21 auf den Mitnehmer 22 und den Mitnehmerschaft
14 und damit das Ritzel 16 eine verringerte Vorspurkraft wirkt. Diese verringerte
Vorspurkraft hat zur Folge, daß das Ritzel 16 ebenso mit nur verringerter Vorspurgeschwindigkeit
an einen Zahnkranz 34 anstößt, sofern eine Zahn-auf-Zahn-Stellung vorliegt. Durch
die verringerte Vorspurgeschwindigkeit wird das sog.

sanfte" Vorspuren verwirklicht. Bei dem in Figur 2 dargestellten Beispiel hat das
Ritzel 16 zum Zeitpunkt t
1 den Zahnkranz erreicht, wie in Figur 2d auch anhand des Vorspurwegs s
16 erkennbar ist. Der Wegsensor 29 erfaßt den vom Ritzel zurückgelegten Weg s
16 und gibt diesen als Wegsignal an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 ab. Erfaßt
der Wegsensor zum Beispiel zum Zeitpunkt t
2 den Weg des Ritzels 16 und anschließend zum Zeitpunkt t
3, so erkennt die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 gemäß Figur 2d eine Zahn-auf-Zahn-Stellung,
da keine Wegänderung vorliegt, wenn das Wegsignal gleich bleibt. Der Mikroprozessor
25, als Teil der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 steuert daraufhin die Schalteinheit
27 an. Bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung des Ritzels mit dem Zahnkranz ist der Startermotor
11, und damit das Ritzel 16 dem Zahnkranz 34 gegenüber zu verdrehen. Dementsprechend
wird zum Zeitpunkt t
4 der Startermotor 11 mit einem Stromimpuls bestromt, sodaß sich im günstigsten Fall
nach nur einem Impuls zum Zeitpunkt t
41, wie aus Figur 2c und 2d erkennbar, bereits eine Zahn-Lücke-Stellung ergeben hat.
Reicht ein Impuls nicht aus, kann der Vorgang wiederholt werden. Dadurch, daß der
Hubmagnet 19 weiterhin mit dem getakteten Strom I
19 betrieben wird, spurt das Ritzel 16 durch die Vorspurkraft schließlich ein, und hat
zum Zeitpunkt t
5 eine maximale Einspurtiefe erreicht. Während dieses Einspurens ist der Startermotor
11 durch die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 ausgeschaltet. Der Startermotor
11 wird erst dann wieder getaktet bestromt, wenn die Steuer- und/oder Regelvorrichtung
24 mittels des Wegsensors 29 oder des Kraftsensors 30 eine ausreichend große Einspurtiefe
des Ritzels 16, die Mindesteindringtiefe, erkannt hat. Dies erkennt die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung 24 dadurch, indem sie das dem vom Ritzel 16 zurückgelegten Weg entsprechende
Wegsignal des Wegsensors 29 mit einem vorgegebenen Wert s
v des Ritzelwegs s
16 vergleicht.
[0011] Da der Kraftsensor 30 kein wegproportionales Signal, sondern ein kraftproportionales
erzeugt, kann auch mittels des Kraftsensors 30 eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder ein
vollständiges Einspuren bis zu einem Anschlag sicher erkannt werden. In beiden Fällen
ergeben sich aufgrund von mechanischen Spannungen angestiegene Signale, aus denen
jeweils auf eine der beiden Positionen geschlossen werden kann. Dazu gibt der Kraftsensor
das jeweilige Signal an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 ab, die dieses mit
vorgegebenen Referenzwerten vergleicht und so beispielsweise eine Zahn-auf-Zahn-Stellung
oder ein vollständiges Einspuren erkennen kann. Erkennt die Steuer- und/oder Regelvorrichtung
24, beispielsweise zum Zeitpunkt t
5, Figur 2e, eine ausreichend große Einspurtiefe, so steuert der Mikroprozessor 25
die Schalteinheit 27 an, die daraufhin ab t
6 den Startermotor 11 für einige, beispielsweise wie in Figur 2c dargestellt, drei
Impulse zunächst im zeitlichen Mittel mit Teillast betreibt, wodurch nur ein Teil
der maximal möglichen Leistung des Startermotors 11 übertragen wird. Danach wird zum
Andrehen der Brennkraftmaschine der Startermotor 11 ungetaktet mit Vollast betrieben,
bis die Brennkraftmaschine ab dem Zeitpunkt t
7 selbsttätig dreht. Ist die Taktstufe in der Schalteinheit 27 mit einem Übergangswiderstand
behaftet, wie dies zum Beispiel bei Feldeffekttransistoren der Fall ist, so ergibt
sich zusätzlich eine verringerte Spannung am Startermotor 11, wodurch die Leistung
des Startermotor 11 im zeitlichen Mittel nochmals verringert wird. Hat die Brennkraftmaschine
eine bestimmte Drehzahl erreicht, nach der der Selbstlauf sicher ist, so kann dies
beispielsweise mittels des Drehzahlsensors 28 indirekt über eine Drehzahlmessung an
einem der rotierenden Bauteile, wie z.B. dem Ritzel 16, dem Freilauf 15, dem Mitnehmerschaft
14 oder der Ankerwelle 12 der Startvorrichtung ermittelt werden. Hat der Startermotor
11 oder beispielsweise das Ritzel 16 eine bestimmte Drehzahlschwelle überschritten,
so schaltet die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 in einer vorteilhaften Ausbildung
den Vorspurmechanismus 23 und den Startermotor 11 zum Zeitpunkt t
8 ab. Durch eine Rückstellfeder 35 findet anschließend ein Ausspuren des Ritzels 16
in eine gesicherte Endlage statt.
[0012] Ist das Ritzel 16 voll eingespurt, kann die effektiv am Ritzel 16 wirkende Vorspurkraft
verringert werden, da dann keine Trägheits- und Reibungskräfte mehr zu überwinden
sind. Es ist dann lediglich die Kraft der Rückstellfeder 35 zu überwinden. Eine Verringerung
der Vorspurkraft, die bei voll eingespurtem Ritzel 16 dann nur noch eine Haltekraft
ist, ist dadurch möglich, daß die Einzugsspule des Hubmagneten 19 mit einem verkleinerten
Tastverhältnis betrieben wird, wie aus Figur 2b erkennbar ist. Auch der Zeitpunkt,
an dem das Tastverhältnis der Einzugsspule verändert wird, kann durch den Wegsensor
29 bestimmt werden. Erst wenn das Ritzel 16 voll eingespurt ist und dies die Steuer-
und/oder Regelvorrichtung 24 mittels des Wegsensors 29 erkannt hat, veranlaßt diese
eine Änderung des Tastverhältnisses.
[0013] In einer weiteren Variante ist es auch möglich, daß die Steuer- und/oder Regelvorrichtung
24 das Vorspuren und Einspuren des Ritzels 16 in den Zahnkranz 34, sowie das Andrehen
und Durchdrehen der Brennkraftmaschine rein zeitgesteuert abarbeitet. Dies bedeutet,
daß die Startvorrichtung 10 keine Sensoren benötigt. Demzufolge wird nach dem Schließen
den Startschalters 32 die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 eingeschaltet, woraufhin
der Hubmagnet 19 für eine feste vorbestimmte Zeit zunächst lediglich vorspurt. In
diesem ersten Zeitabschnitt, z.B. t
0 bis t
2, muß ein Erreichen der Zahnkranzstirnfläche durch das Ritzel mindestens gesichert
sein. In einem weiteren zweiten Zeitabschnitt, indem das Ritzel 16 gegebenenfalls
in einer Zahn- auf-Zahn-Stellung mit den Zahnkranz 34 sich befindet, wird der Startermotor
11 mit zumindest einem Stromimpuls, z.B. bei t
4, kurzfristig verdreht. Mit zumindest diesem einen Stromimpuls muß gesichert sein,
daß bei vorhandener Vorspurkraft das Ritzel 16 eine Mindesteindringtiefe in den Zahnkranz
erreichen kann. Die Mindesteindringtiefe stellt eine Größe dar, ab der das Ritzel
als zumindest teilweise in den Zahnkranz eingespurt gilt und eine Kraft zwischen den
Zahnflanken des Ritzels und des Zahnkranzes übertragbar ist. In einem dritten Zeitabschnitt,
z.B. t
6 bis t
7, wird der Startennotor durch die Schalteinheit 27 kurzfristig getaktet betrieben,
so daß ein sicherer und ausreichend langer zeitlich gemittelter Teillastbetrieb gegeben
ist. Nach diesem dritten Zeitabschnitt wird in einem vierten Zeitabschnitt, z.B. t
7 bis t
8, schließlich der Startermotor 11 mit Vollast betrieben, wodurch die Brennkraftmaschine
an- und durchgedreht wird. Nach Ende des vierten Zeitabschnitts wird der Hubmagnet
19 und der Startermotor 11 von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 automatisch
abgeschaltet und das Ritzel 16 durch die Rückstellfeder 35 in seine Ausgangslage gebracht.
[0014] Neben dieser reinen Zeitsteuerung der Startvorrichtung 10 ist es darüber hinaus möglich,
daß die Steuer- und/oder Regelvorrichtung sowohl teilweise zeitgesteuert als auch
teilweise weggesteuert und/oder kraftgesteuert das Vorspuren, Einspuren, Andrehen
und Durchdrehen abarbeitet. Dies bedeutet, daß zumindest entweder der Wegsensor 29
und/oder der Kraftsensor 30 Signale an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 senden
muß. Eine teilweise Zeitsteuerung als auch eine teilweise Wegsteuerung ist z.B. dadurch
möglich, daß das Vor- und Einspuren beispielsweise weggesteuert stattfindet, während
das Andrehen mit Teillast und mit Vollast zeitgesteuert abläuft. Sowohl teilweise
Zeitsteuerung als auch teilweise Kraftsteuerung würde bedeuten, daß das Vor- und Einspuren
kraftgesteuert abliefe und das Andrehen mit Teil- und Vollast zeitgesteuert. Durch
den Einsatz von einem oder mehreren Sensoren wie dem Weg- 29 einem Kraft- 30 oder
dem Drehzahlsensor 28 oder einer der möglichen Kombinationen aus den dreien, ist es
möglich, den Ablauf des Startvorgangs zeitlich optimiert zu regeln. Eine reine Zeitsteuerung
des Ablaufs des Startvorgangs, gebildet aus Vorspuren, Einspuren, Andrehen, Durchdrehen
und Abschalten der Startvorrichtung kann somit in ihrem Zeitablauf optimiert werden.
Verwendet man den Wegsensor 29 und wird mittels diesem ein Einspuren unmittelbar nach
dem Vorspuren erkannt, kann auf ein Verdrehen des Ritzels zum Erreichen einer Zahn-Lücke-Stellung
von Ritzel 16 und Zahnkranz verzichtet werden. Den gleichen Zweck und Vorteil erhält
man bei Verwendung des Kraftsensors 30. Verwendet man den Drehzahlsensor 28 ist es
möglich, die Abschalt- bzw. Ausspurzeit zu optimieren. Dies bedeutet, daß der Drehzahlsensor
28 indirekt über beispielsweise die Ritzeldrehzahl, die Drehzahl der Brennkraftmaschine
an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung 24 übermittelt, die dort mit einem voreingestellten
Wert verglichen wird, so daß nach der erreichten Selbstlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine
zum Zeitpunkt t
8 der Startvorgang beendet wird.
[0015] Eine mögliche Ausführungsform des Wegsensors 29 ist z.B. ein Feldplattensensor, wobei
eine an einem vorzuspurenden Bauteil der Startvorrichtung befestigte magnetisierte
Folie 36 abgefühlt wird und dabei auf die Folie aufgeprägte magnetisch entgegengesetzte
Bereiche ein dem Ritzelweg proportionales Signal erzeugen. Der Kraftsensor 30 ist
an einem die Vorspurkraft übertragenden Teil des Vorspurmechanismus 23 zu befestigen.
Eine mögliche Position ist beispielsweise die Befestigung des Kraftsensors am Hebel
21. Der Drehzahlsensor 28 ist so an der Startvorrichtung 10 zu befestigen, daß durch
diesen die Drehzahl eines Abtriebselements erfaßt wird. Eine solche mögliche Postition
wäre beispielsweise nahe des Umfangs des Freilaufs 15, so daß dessen Drehzahl ermittelt
werden könnte. Verwendbare Bauartvarianten des Drehzahlsensors 28 wären beispielsweise
ein Hall-Sensor bzw. ebenfalls ein Feldplattensensor.
[0016] Die in Figur 3 dargestellte Startvorrichtung 10 unterscheidet sich von der in Figur
1 dargestellten darin, daß die Schalteinheit 27 für den Startermotor 11 in diesem
Fall zwei verschiedene, parallel schaltbare Schaltelemente 38 und 39 ansteuert, die
hier als Feldeffekttransistoren ausgeführt sind. Das Vorspuren des Ritzels 16 findet
auf eine der zur Figur 1 und Figur 2 beschriebenen Weise statt. Wird eine Zahn-auf-Zahnstellung
vom Mikroprozessor 25 erkannt, veranlaßt dieser die Schalteinheit 27 dazu, durch Durchschalten
des Schaltelements 38 den Startermotor 11 über einen Vorwiderstand 40 mit Teillast
zu betreiben, so daß bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung ein sanftes Einspuren ermöglicht
wird. Analog zur Variante 1 der Startvorrichtung 10 wird der Startermotor 11 auch
dann über diesen Vorwiderstand 40 bestomt, wenn der Startermotor 11 zunächst mit Teillast
betrieben werden soll, um das Getriebe aus Zahnkranz 34 und Ritzel 16 zu schonen.
Hat das Ritzel 16 eine ausreichende Mindesteinspurtiefe in den Zahnkranz 34 unter
Lastfreischaltung erreicht, so wird - wie bei der Variante 1 - der Startermotor 11
zunächst mit Teillast und dann voll bestromt. In der hier dargestellten Variante in
Figur 3 wird dazu von der Schalteinheit 27 das Schaltelement 39 durchgeschaltet, wodurch
der Startermotor ohne Vorwiderstand 40 direkt bestromt wird.
1. Startvorrichtung (10) zum Andrehen von einen Zahnkranz (34) aufweisenden Brennkraftmaschinen
mit einem Startermotor (11) und einem durch eine Ankerwelle (12) antreibbaren Ritzel
(16), das in einen Zahnkranz (34) einer Brennkraftmaschine einspurbar ist, mit einem
Vorspurmechanismus (23) für das Ritzel (16) und mit einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung
(24) mit einer getakteten Ansteuerung des Vorspurmechnismus (23) zum Vorspuren des
Ritzels (16) mit reduzierter Geschwindigkeit und mit einer Ansteuerung des Startermotors
(11), so daß der Startermotor (11) bei vorliegender Zahn-auf-Zahn-Stellung von Ritzel
(16) und Zahnkranz (34) durch gepulsten Betrieb das Ritzel (16) in einen Zahn-Lücke-Stellung
verdreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder Regelvorrichtung (24)
nach dem Beginn des Einspurens (ab t41) den Startermotor (11) zunächst abschaltet und nach einem ausreichend tiefen Einspuren
(ab t6) den Startermotor (11) zunächst mit Teillast und anschließend (ab t7) mit Vollast betreibt.
2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorspurmechanismus
(23) und der Startermotor (11) von der Steuer- und/oder Regelvorrichtung (24) über
voneinander getrennte Stromkreise jeweils über voneinander unabhängige Schalteinheiten
(26, 27) anzusteuern sind.
3. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zahn-auf-Zahn-Stellung
der Startermotor (11) durch mindestens einen Stromimpuls angetrieben wird, um eine
Zahn-Lücke-Stellung zu erreichen.
4. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Startermotor (11)
bei Teillast durch Taktung zu betreiben ist.
5. Startvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Startermotor (11)
im Teillastbetrieb durch eine mit einem Übergangswiderstand behaftete Taktstufe (27)
anzusteuern ist.
6. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Startermotor (11)
für den Teillastbetrieb ein Vorwiderstand (40) vorgeschaltet ist, der durch ein seiner
Schalteinheit (27) nachgeordnetes Schaltelement (38) einzuschalten ist.
7. Startvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (40)
über ein weiteres Schaltelement (39) zu überbrücken ist, um den Startermotor (11)
mit Vollast zu betreiben.
8. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuer- und/oder Regelvorrichtung (24) so ausgebildet ist, daß sie nach Überschreiten
einer mittels eines Drehzahlsensors (28) erkannten Drehzahlschwelle den Vorspurmechanismus
(23) und den Startermotor (11) abschaltet.
9. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuer- und/oder Regelvorrichtung (24) das Vorspuren und Einspuren des Ritzels sowie
das Andrehen und Durchdrehen der Brennkraftmaschine zeitgesteuert abarbeitet.
10. Startvorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuer und/oder Regelvorrichtung (24) sowohl teilweise zeitgesteuert als auch teilweise
weggesteuert und/oder kraftgesteuert das Vorspuren und Einspuren des Ritzels (16),
sowie das Andrehen und Durchdrehen der Brennkraftmaschine abarbeitet.
11. Startvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Vor- und Einspuren
des Ritzels sowie das Andrehen und Durchdrehen der Brennkraftmaschine mit Hilfe von
einem oder mehreren Sensoren (28, 29, 30) zeitlich optimiert ist.
12. Startvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wegsensor (29)
den vom Ritzel (16) zurückgelegten Weg erfaßt und als Wegsignal an die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung (24) abgibt.
13. Startvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung (24) bei einem gleichbleibenden Signal des Wegsensors (29) zu einem
ersten Zeitpunkt (t2) und einem zweiten Zeitpunkt (t3) auf eine Zahn- auf-Zahn-Stellung zwischen Ritzel (16) und Zahnkranz (34) erkennt.
14. Startvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung (24) das dem vom Ritzel (16) zurückgelegten Weg entsprechende Wegsignal
mit einem vorgegebenen Wert (sv) des Ritzelwegs (s16) vergleicht und so aus dem vom Ritzel (16) zurückgelegten Weg eine Mindesteindringtiefe
des Ritzels (16) in den Zahnkranz (34) erkennt.
15. Startvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegsensor (29)
ein Feldplattensensor ist, der eine an einem vorzuspurenden Bauteil der Startvorrichtung
(10) befestigten magnetisierten Folie (36) abfühlt, wobei auf die Folie aufgeprägte
magnetisch entgegengesetzte Bereiche ein dem Ritzelweg (s16) proportionales Signal erzeugen.
16. Startvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mittels des Kraftsensors
(30) eine Zahn-auf-Zahn-Stellung oder ein vollständiges Einspuren des Ritzels (16)
erfaßt wird und dazu der Kraftsensor ein entsprechendes Signal an die Steuer- und/oder
Regelvorrichtung (24) abgibt.
17. Startvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (30)
an einem die Vorspurkraft übertragenen Teil des Vorspurmechanismus (23) befestigt
ist.
18. Startvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftsensor (30)
am Hebel (21) befestigt ist.
19. Startvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehzahlsensor
(28) die Drehzahl der Brennkraftmaschine direkt oder indirekt erfaßt und als Drehzahlsignal
an die Steuer- und/oder Regelvorrichtung (24) abgibt.
20. Startvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsensor
(28) so an der Startvorrichtung (10) befestigt ist, daß die Drehzahl eines Abtriebselements,
insbesondere des Ritzels (16), erfaßt wird.
21. Startvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahlsensor
(28) ein Hall- oder ein Feldplattensensor ist.
22. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß das Ritzel (16) mittels einer Rückstellfeder (35) ausgespurt wird.