DE3806032A1 - Starter fuer verbrennungsmotoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Starter für Verbrennungsmotoren und insbesondere auf einen Starter in Koaxialausführung, der zum Starten des Verbrennungsmotors eines Fahrzeuges verwendet wird.

Übliche Starter zum Starten des Verbrennungsmotors eines Fahrzeuges weisen eine Anordnung nach Fig. 3 auf. Dieser Starter 1 nach dem Stand der Technik weist einen Gleichstrommotor 2, eine Freilauf­ kupplung 4, die gleitend auf einem verlängerten Teil 3 a einer Ankerwelle 3 angeordnet ist, und einen Einrückhebel 8 auf, dessen eines Ende mit einer Kolbenstange 6 eines an der einen Seite des Gleichstrommotors 2 angeordneten elektromagnetischen Schalters und dessen anderes Ende mit einem an der Freilaufkupplung 4 befestigten ringförmigen Element 7 in Verbindung stehen. Der Einrückhebel 8 bewirkt ein Gleiten der Freilaufkupplung 4 auf dem verlängerten Teil 3 a der Ankerwelle 3.

Allerdings benötigt der Starter 1 nach dem Stand der Technik den Einrückhebel 8 und der elektromagnetische Schalter 5, der den Ein­ rückhebel 8 betätigt und die Spannungsver­ sorgung für den Gleichstrommotor 2 ein­ schaltet, ist an der Seite des Gleichstrommotors 2 angeordnet, d.h. der Starter 1 ist mit Auf­ bauten versehen bzw. ist als Biaxial-Ausführung ausgebildet.

Daher sind die Arten der Motorausführung, die bei der Konstruktion eines Fahrzeuges herange­ zogen werden, in einem merkbaren Umfang begrenzt.

Um den obigen Nachteil zu verhindern, wurde vorgeschlagen, den elektromagnetischen Schalter an einem axialen Ende des Gleichstrommotors an­ zuordnen und dabei dem Starter eine einfache Gestaltung, nämlich eine relativ lange und schmale zylindrische Form zu geben. Entsprechend diesem Vorschlag ist der Starter grundsätzlich derart angeordnet, daß die Kolbenstange des elektro­ magnetischen Schalters, die bis dahin zur Be­ tätigung des Einrückhebels verwendet wurde, sich in dem Durchgang der Ausgangswelle im Inneren der Ankerwelle erstreckt. Da die Anker­ welle des Gleichstrommotors und die Betätigungs­ stange des elektromagnetischen Schalters auf der gleichen Achse angeordnet sind, ist der Starter als Starter in Koaxialausbildung bekannt.

Um die axiale Länge zu verringern und dabei die Abmessung des Starters in Koaxialausbildung mit der oben beschriebenen Grundausbildung zu verringern, wurde ein Starter für einen Ver­ brennungsmotor vorgeschlagen, in dem die Frei­ laufkupplung innerhalb der Ankerwelle des Ankers des Gleichstrommotors angeordnet ist.

Bei dem Motorstarter mit in die Ankerwelle inte­ grierter Freilaufkupplung ist in der Innenwand der Ankerwelle ein ringförmiger Absatz vorgesehen und auf der zylindrischen Wand des Absatzes sind eine Vielzahl von Gleitbahnen angeordnet. Dadurch werden keilförmige Räume zwischen den Gleitbahnen und einem im Inneren der Anker­ welle aufgenommenen Kupplungsinnenteil gebildet und eine Laufrolle und eine die Laufrolle unter Druck setzende Feder sind in jeden der keil­ förmigen Räume eingesetzt. Mit anderen Worten gesagt, ist der Starter derart angeordnet, daß die Ankerwelle gleichzeitig als Kupplungsaußen­ teil der Freilaufkupplung dient.

Der oben beschriebene Starter für Verbrennungs­ motoren nach dem Stand der Technik weist aber die folgenden Nachteile auf. Wenn nämlich die Freilaufkupplung innerhalb der Ankerwelle ange­ ordnet ist, um die Gesamtgröße oder -länge des Starters zu verringern, so wird der Außendurch­ messer der Ankerwelle merkbar vergrößert, was nachteiligerweise eine Erhöhung des Gesamtdurch­ messers des Starters des Verbrennungsmotors mit sich bringt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Starter für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der eine Freilaufkupplung inner­ halb der Ankerwelle aufweist und einen ge­ ringen Durchmesser hat.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Starter für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, der einen Gleichstrommotor mit einer Ankerwelle mit integrierter Freilaufkupplung und sechs oder mehr als Permanentmagnete ausgebildete Magnetpole aufweist, die über der inneren Umfangsfläche eines den Magnetpfad bildenden Polgehäuses angeordnet sind.

Unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Anordnung, bei der sechs oder mehr Magnetpole an der inneren Umfangsfläche des Polgehäuses angeordnet sind, ist es möglich, die Dicke des Polgehäuses und die Dicke des Ankerkerns zu verringern, da die benötigte Dicke des Polgehäuses und des Ankerkerns umgekehrt proportional zu der Anzahl der Feldmagnetpole sind. Somit führt die Anordnung der Freilauf­ kupplung innerhalb der Ankerwelle nicht zu einer Vergrößerung des Gesamtdurchmessers des Starters.

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel des Starters für einen Verbrennungsmotor nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Schnittlinie II-II aus Fig. 1, und

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Starter nach dem Stand der Technik.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Starter 10 nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Starter 10 weist einen Gleichstrommotor 15 auf, der mit sechs durch Permanentmagnete gebildeten Magnet­ polen 12 versehen ist, die mit Abstand unterein­ ander um den Umfang der inneren Oberfläche eines Polgehäuses 11 angeordnet sind. Das Polgehäuse 11 bildet einen magnetischen Kreis und bestimmt außerdem die äußere Wand des Starters 10. Der Gleichstrommotor 15 weist außerdem einen drehbaren, in der Mitte des Polgehäuses 11 angeordneten Anker 13 und einen an einem axialen Ende des Ankers 13 vorgesehenen flächenförmigen Kollektor 14 auf.

Der Anker dieses Gleichstrommotors 15 besteht aus einer hohlen Ankerwelle 16 und einem Ankerkern 17, der auf der äußeren Umfangsfläche der Anker­ welle 16 gelagert ist. In der Innenwand der hohlen Ankerwelle 16 ist ein Absatz ausgeformt, wobei auf der zylindrischen Wand des Absatzes um den Umfang herum eine Vielzahl von im Abstand zueinander angeordneten Laufbahnen 16 a vorgesehen sind. Der flächenförmige Kollektor 14 ist auf dem Umfang des Endbereichs, d.h. nach Fig. 1 auf dem linken Ende der Ankerwelle 16 angeordnet. Der Kollektor 14 besteht aus einer Mehrzahl von Segmenten, die auf einer Fläche senkrecht zur Achse der Ankerwelle 16 angeordnet sind, daß die Segmente in einem Gleitkontakt mit einer Vielzahl von Bürsten 18 zur Durchführung der Kommutierung stehen. Jedes Segment ist mit einem Ende einer Ankerwicklung 19 verbunden, die um den Anker­ kern 17 herum gewickelt ist.

Die Bürsten 18 sind in einem Bürstenhalter 21 aus Kunststoff aufgenommen, der auf der Außenseite eines vom Polgehäuse 11 getrennten, aber mit diesem über eine Zapfenverbindung verbundenen hinteren Trägers 20 angeordnet ist. Jede Bürste 18 wird von einer Feder 22 gegen die Gleitfläche des Kollektors 14 gedrückt. Ein Lager 23 ist mit der inneren Fläche eines Flanschbereichs, der integraler Bestandteil des hinteren Trägers 20 ist, verbunden und dient zur Lagerung des hinteren Endes der Ankerwelle, d.h. zur Lagerung des auf dem Ende befestigten Kollektors 14. Der Bürstenhalter 21 besteht aus einem feststehenden Kontakt 24, der an einen (nicht dargestellten) Anschluß angeschlossen ist und der integral mit dem hinteren Endbereich des Bürstenhalters 21 durch ein Einsatzform­ verfahren verbunden ist, und aus einem Anschluß 26, der fest mit dem feststehenden Kontakt 24 mittels einer Schraube 27 verbunden ist und der eine positive Zuleitung für die mit ihr verlöteten Bürsten 18 aufweist.

Die Laufbahnen 16 a, die auf der zylindrischen Wand des Absatzes innerhalb der Ankerwelle 16 angeordnet sind, bilden den Mechanismus für eine Freilaufkupplung. Genauer gesagt, ist ein rohrförmiges Innenteil 28 in dem hohlen Bereich der Ankerwelle 16 in der Weise aufgenommen, daß das Innenteil 28 über die Lager 30, 31 drehbar in der Ankerwelle 16 und einem vorderen Träger 29 gelagert ist, der mit dem vorderen Ende (in Fig. 1 rechtem Ende) des Polgehäuses 11 verbunden ist. Eine Vielzahl von keilförmigen Räumen 16 b werden somit zwischen den äußeren Umfangsflächen des Innenelementes 28 und den Laufbahnen 16 a auf der zylindrischen Wand des Absatzes im Inneren der Ankerwelle 16 ge­ bildet. In jedem keilförmigen Raum 16 b sind eine Laufrolle, die einen Eingriff zwischen der Laufbahn 16 a und der äußeren Umfangsfläche des Innenteils 28 herstellt, und eine Feder 33 angeordnet, die die Laufrolle 32 in die den Eingriff vorgebenden Richtung drückt. Die Frei­ laufkupplung umfaßt daher die Laufbahnen 16 a, das Innenteil 28, die Laufrollen 32 und die Federn 33 und die Ankerwelle 16 selbst dient ebenfalls als Kupplungsaußenteil, das Bestandteil der Kupplung ist.

Eine Ritzelwelle 34, die die Ausgangswelle bildet, ist in einem im Inneren des rohrförmigen Innen­ teils vorgesehenen Durchgang angeordnet. Keil­ verzahnungen 34 a sind sowohl auf der Innenfläche des Innenteils 28 als auch auf der Umfangsfläche der Ritzelwelle 34 vorgesehen und greifen zur Übertragung der Drehbewegung bei relativer axialer Bewegung ineinander. Ein Ritzel 34 b, das mit einem nicht dargestellten Ringzahnrad des Motors in Eingriff tritt, ist integraler Bestandteil des vorderen Endes der Ritzelwelle 34. Die Ritzelwelle 34 ist in einem Lager 35 gelagert, das auf der Innenwand des hinteren Endes des Innenteils 28 be­ festigt ist. Eine Feder 37 zum Rückholen der Ritzelwelle 34 ist zwischen dem Lager 35 und einem Haltering 36 angeordnet, der an der Umfangsfläche des hinteren Endes der Ritzel­ welle 34 befestigt ist.

Die Ritzelwelle 34 weist eine Vertiefung 38 in der hinteren Stirnfläche auf. Ein erster Halter 39, der die Form eines Ohres hat und dessen eines Ende geschlossen ist, ist lose in der Vertiefung 38 aufgenommen. Eine Stahl­ kugel 40 zur Aufnahme des Axialdruckes ist zwischen dem geschlossenen Ende des ersten Halters 39 und der Begrenzungswand der Ver­ tiefung 38 angeordnet.

Der Starter 10 des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung weist weiterhin einen elektromagnetischen Schalter 41 (im folgenden einfach "Schalter" genannt) auf, der eine Verschiebung der Ausgangswelle, d.h. der Ritzelwelle 34 bewirkt und eine Spannungs­ versorgung zum Gleichstrommotor 15 von der Batterie ermöglicht, wenn ein Schlüsselschalter (nicht gezeigt) des Fahrzeugs betätigt wird. Der Schalter 41 ist mit dem hinteren Träger 20 über Schrauben 42 verbunden. Der Schalter 41 besteht aus einer Spule 45, die auf einem von einem vorderen und hinteren Kern 44 a, 44 b getragenen Spulenkörper gewickelt ist, wobei die Kerne 44 a, 44 b zusammen mit einem Gehäuse 43 einen magnetischen Pfad bilden. Ein Kolben 46 ist gleitend in der mittleren Öffnung des Spulenkörpers aufgenommen, wobei ein bewegliches Element 47 mit dem Kolben 46 verbunden ist.

Der Kolben 46 wird von einer zwischen dem Kolben selbst und dem vorderen Kern 44 a angeordneten Spiralfeder 48 in die in Fig. 1 dargestellte Grundstellung gedrückt, wenn der Schlüsselschalter abgeschaltet ist.

Das bewegliche Element 47 umfaßt eine Stange 49, deren eines Ende mit dem Kolben 46 verbunden ist und deren anderes Ende gegenüber dem ersten Halter 39 liegt, der am hinteren Ende der Ritzel­ welle 34 vorgesehen ist. An der Umfangsfläche dieses Endbereichs der Stange 49 ist ein dritter Halter 50 befestigt, der einen sich zur Ritzel­ welle 34 öffnenden Ringraum 50 a aufweist. Auf der Umfangsfläche des dritten Halters 50 ist ein bewegbares Kontaktelement 51 angeordnet, wobei das Kontaktelement 51 einen zwischen zwei Isolatoren 51 a, 51 b angeordneten beweglichen Kontakt 51 c aufweist. Auf dem anderen Ende der Stange 49 ist axial gleitend ein zweiter Halter 52 angeordnet. Zwischen dem zweiten Halter 52 und der Bodenfläche des Ringraums 50 a ist eine Feder 53 vorgesehen, die die Ritzelwelle 34 vorwärts vorspannt, d.h. in Fig. 1 nach rechts. Zwischen der vorderen Stirnfläche der Stange 49 und der inneren Stirnfläche des ersten Halters 39 ist ebenfalls eine Feder 54 angeordnet, die die Ritzelwelle 34 vorwärts vorspannt. Es sei bemerkt, daß das Bezugszeichen 55 eine nicht­ magnetische Platte bezeichnet, die das hintere Ende des Gehäuses 43 abdeckt. Die Platte 55 dient als Anschlag zum Stoppen des Kolbens 46, wenn dieser nach hinten zurückkehrt und bildet gleich­ zeitig die hintere Wand des elektromagnetischen Schalters 41.

Die Funktionsweise des oben beschriebenen Starters 10 für einen Verbrennungsmotor gemäß der Er­ findung wird im folgenden beschrieben. Immer wenn der Schlüsselschalter (nicht gezeigt) im abge­ schalteten Zustand ist, ist die Spule 45 entregt und der Kolben 46 wird nur durch die Feder 48 beeinflußt. Demgemäß ist das bewegliche Element 47 in seiner hintersten Stellung und der Kolben 46 ist in Kontakt mit der Platte 55. In diesem Zustand sind der feststehende Kontakt 24 und der bewegliche Kontakt 51 c getrennt voneinander und der Gleichstrommotor 15 befindet sich im Ruhe­ zustand. Die Ritzelwelle 34 befindet sich durch die Wirkung der Feder 37 ebenfalls in ihrer hintersten Stellung.

Wenn der Schlüsselschalter eingeschaltet wird, wird die Spule 45 erregt und der Kolben 46 wird dabei nach vorne gezwungen. Dadurch bewegt sich das bewegliche Element 47 nach vorne und der bewegliche Kontakt 51 c tritt mit dem feststehenden Kontakt 24 in Kontakt. Somit wird die Anker­ wicklung 19 über die Bürsten 18 und den Kollektor 14 erregt und der Gleichstrommotor 15 wird ge­ startet. Zwischenzeitlich wird die Ritzelwelle 34 durch die Federn 53, 54 nach vorne gedrückt, wo­ durch das Ritzel 34 b gleichzeitig mit dem Starten des Gleichstrommotors 15 mit dem Ringzahnrad in Eingriff tritt, das fest auf der Umfangsfläche des Schwungrades befestigt ist. Nach dem Starten des Motors, wenn die Ritzelwelle 34 und das Innenteil 28 gezwungen werden, mit einer höheren Geschwindigkeit zu rotieren als die Ankerwelle 16, wird der Eingriff zwischen dem Innenteil 28 und der Ankerwelle 16 durch die Wirkung der Einweg­ Freilaufkupplung aufgehoben, wodurch die Anker­ welle 16 durchdrehen kann. Nach dem Beenden des Startens des Motors wird der Schlüssel­ schalter zum Abschalten der Spannungsversorgung abgeschaltet, so daß das bewegliche Element 47 zusammen mit dem Kolben 46 durch die Wirkung der Feder 48 im Inneren des elektromagnetischen Schalters 41 nach hinten zurückkehrt und die Ritzelwelle 34 wird ebenfalls durch die Wirkung der Feder 37 nach hinten gedrückt.

Bei dem Motorstarter gemäß der Erfindung sind sechs durch Permanentmagnete gebildete Magnet­ pole 12 fest auf der zylindrischen Wand des Polgehäuses 11 in gleichem Abstand, wie aus Fig. 2 ersichtlich, angeordnet und dadurch ist es möglich, die Dicke des Polgehäuses 11 und des Ankerkerns 17 zu verringern. Genauer gesagt, da die verlangte Dicke des Polgehäuses 11 und des Ankerkerns 17 umgekehrt proportional zu der Anzahl der Magnetpole ist, ergibt sich keine Änderung in der Größe der Antriebskraft, wenn die Anzahl der Magnetpole auf sechs er­ höht wird, selbst wenn die Dicke dieser Teile verringert wird. Selbst wenn daher der äußere Durchmesser der Ankerwelle 16 erhöht wird, damit die Freilaufkupplung in ihr aufgenommen werden kann, ist es möglich, eine Erhöhung des Gesamtdurchmessers zu vermeiden. Die Anzahl der Magnetpole ist nicht notwendigerweise auf sechs begrenzt, es können selbstverständlich mehr, zum Beispiel acht oder 10 oder mehr verwendet werden.

Da Permanentmagnete als Magnetpole verwendet werden, ist es nicht notwendig, Anschlüsse und Verbindungen vorzusehen, die anderenfalls zwischen einem feststehenden Kontakt des Schalters und der Feldwicklung und zwischen Feld­ wicklung und einer Bürste vorzusehen wären und daher ist der Aufbau vereinfacht.

Es sei bemerkt, daß, wenn Magnete aus hohem Hc- und niedrigem Br-Material verwendet werden, die Dicke der Magnete selbst verringert werden kann und ebenfalls die Dicke des Polgehäuses und des Ankerkerns weiter verringert werden können und es ist daher möglich, eine weitere Verkleinerung des Gesamtdurchmessers des Starters zu erzielen.

Wie schon oben beschrieben, sind bei dem Motor­ starter gemäß der Erfindung sechs oder mehr Feldmagnete fest auf der Innenfläche des Polgehäuses befestigt und es ist daher möglich, die Dicke des Polgehäuses und des Ankerkerns zu verringern, selbst wenn die Freilaufkupplung in dem Inneren der Ankerwelle integriert ist. Es ist somit möglich, eine Vergrößerung des Gesamtdurchmessers des Starters zu vermeiden, die anderenfalls durch die Erhöhung des Durch­ messers der Ankerwelle hervorgerufen wurde. Anders gesagt, ist es möglich, eine Freilauf­ kupplung in der Ankerwelle zu integrieren ohne Erhöhung des Außendurchmessers des Starters und somit wird eine Verringerung des Gesamt­ durchmessers des Starters erzielt. Da gemäß der vorliegenden Erfindung die Feldmagnete von Permanentmagneten gebildet werden, besteht nicht die Notwendigkeit, Anschlüsse und Verbindungen vorzusehen. Daher kann ein Starter für Ver­ brennungsmotoren zur Verfügung gestellt werden, der einfach im Aufbau und leicht zusammenzu­ setzen ist.

Claims (2)

1. Starter für einen Verbrennungsmotor, bestehend aus
einem Gleichstrommotor (15) mit einem rohrförmigen Polgehäuse (11) zur Bildung eines magnetischen Pfades, einer innerhalb des Polgehäuses (11) angeordneten rohr­ förmigen Ankerwelle (16) und sechs oder mehr Magnetpolen (12), die als auf der inneren Umfangsfläche des Polgehäuses (11) angeordnete Permanentmagnete ausgebildet sind;
einer Freilaufkupplung (16 a, 28, 32, 33), die innerhalb der Ankerwelle angeordnet ist; einer Ausgangswelle (34), die axial gleitend in der Ankerwelle (16) gelagert ist, wobei die Ausgangswelle (34) über die Freilaufkupplung die Drehkraft von der Ankerwelle (16) erhält und
einen elektromagnetischen Schalter (41), der die Drehung der Ausgangswelle (34) bewirkt und die Spannungsversorgung an den Gleichstrommotor (15) durchschaltet.

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Magnete aus hohem Hc- und niedrigem Br-Material bestehen.