DE3943605C2 - Elektromagnetische Anzugseinheit eines Anlassermotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Anzugseinheit eines Anlassermotors.

Eine zum internen Stand der Technik der Patentinhaberin gehörende elektromagnetische Anzugseinheit für einen Anlassermotor ist in Fig. 1 dargestellt.

Die elektromagnetische Anzugseinheit ist in einem Elektromagnetschalter (6) enthalten, der neben einem Gleichstrommotor (2) einer Freilaufkupplung, die verschiebbar an der Ausgangswelle (3) des Motors befestigt ist, vorgesehen ist, um einen Anlasser zu bilden. Ferner enthält die Anordnung einen Einspurhebel (10), dessen eines Ende in Eingriff mit einem Haken (8) steht, der mit dem Stößel (7) des Elektromagnetschalters (6) verbunden ist und dessen anderes Ende in Eingriff mit dem zylindrischen hinteren Endabschnitt (9) des Freilaufkupplungsaußenringes (4b) der Freilaufkupplung (4) steht, um die Freilaufkupplung (4) an der Ausgangswelle (3) zu verschieben.

Der Elektromagnetschalter (6) zur Betätigung des Einspurhebels (10) hat einen zylindrischen Außenrahmen (11), der an einem Ende eine Wand (11a) aufweist. Der vorstehend aufgeführte Stößel (7) ist in die endseitige Wand (11a) eingesetzt. Ein stationärer Eisenkern (12) ist am anderen Ende des Außenrahmens (11) derart angebracht, daß er dem Stößel gegenübersteht. Der Eisenkern hat eine endseitige Wand (12a), die fest im hinteren Endabschnitt des Außenrahmens eingesetzt ist und somit zusammen mit dem Außenrahmen (11) einen Rahmen bildet. Ein Spulenkörper (13) ist in dem somit gebildeten Rahmen untergebracht. Eine Erregerspule (14) ist auf dem Spulenkörper (13) aufgewickelt. Eine Rückholfeder (15) ist zwischen dem Eisenkern (12) und dem Stößel (7) eingebracht. Der Eisenkern (12) hat eine mittige Durchtrittsöffnung, in der ein Stab (16) derart verschiebbar eingesetzt ist, daß sein einer Endabschnitt (oder vorderer Endabschnitt) sich vom Eisenkern (12) gegen den Stößel hin erstreckt. Der andere Endabschnitt (oder hintere Endabschnitt) des Stabes (16) trägt einen beweglichen Kontakt (17).

Der Anlasser umfaßt ferner: eine Rückholfeder (18) zur Rückführung des Stabes (16) in eine vorgegebene Position; eine aus Harz gefertigte Kappe (19); und einen Kontaktbolzen (20), der in der Kappe (19) aufgenommen wird, so daß sein inneres Ende als stationärer Kontakt (20a) dient, mit dem der bewegliche Kontakt (17) in Anlage gebracht wird.

Der Stößel (7) ist in die mittige, in der Endwand (11a) des Außenrahmens (11) gebildete Öffnung eingesetzt und wird längs der Mittelachse des Spulenkörpers (13) gegen den Eisenkern (12) hin bewegt. Der Stößel (7) hat eine Ausnehmung (7a), die sich in Richtung axial nach außen öffnet. Der vorausgehend beschriebene Haken (8) ist in Form eines Kolbens ausgebildet und hat einen Flansch (8a) an seinem hinteren Ende. Der Haken (8) wird verschiebbar in die Ausnehmung (7a) des Stößels (7) eingesetzt, verlängert sich nach außen und tritt durch die mittlere Öffnung, die in einem Halter (21) gebildet wird, der das offene Ende der Ausnehmung (7a) des Stößels (7) abschließt. Der äußere Endabschnitt des Hakens (8) steht in Eingriff mit dem oberen Ende des Einspurhebels (10). Im Inneren der Ausnehmung (7a) des Stößels (7) ist eine zylindrisch gewickelte Feder, nämlich eine Druckfeder (22) zwischen dem Halter (21) und dem Flansch (8a) des Hakens (8) angeordnet.

Anschließend wird die Betriebsweise der auf diese Weise aufgebauten elektromagnetischen Anzugseinheit in Verbindung mit dem Anlasser kurz erläutert.

Wird der Zündschalter des Fahrzeuges eingeschaltet, so wird die Erregerspule des Elektromagnetschalters (6) erregt, so daß der Stößel (7) gegen den Eisenkern (12) bewegt wird. Infolgedessen wird der Einspurhebel (10) gedreht, so daß die Freilaufkupplung (4) und das Ritzel (5), das einstückig mit dem inneren Kupplungsring (4a) ausgeführt ist, auf der Ausgangswelle (3) verschoben werden. Bei diesem Vorgang wird, wenn das Ritzel (5) gegen die Seite des Motorzahnkranzes anliegt, die Drehung des Einspurhebels (10) angehalten, während der Stößel (77) gegen den Eisenkern bewegt wird, die Druckfeder (22) wird zusammengedrückt, so daß das Ritzel mittels des Einspurhebels (10) gegen den Motorzahnkranz gedrückt wird.

Während der Stößel (7) den Stab (16) anstößt, wird der bewegliche Kontakt (17) in Anlage mit dem stationären Kontakt (20a) gebracht, so daß der Gleichstrommotor (2) eingeschaltet wird. Infolgedessen wird, sobald das Ritzel (5) gedreht wird, dieses durch die Federkraft der Druckfeder (22) in Eingriff mit dem Motorzahnkranz gebracht.

Die Beziehungen zwischen der Anziehungskraft des Stößels (7) und der Federkraft der Druckfeder (22) im Elektromagnetschalter ist in der Kennlinie gemäß Fig. 2 angegeben, in welcher die Vertikalachse die Kraft darstellt, und die Horizontalachse die Entfernung (oder den Spalt) (g) zwischen dem Stößel (7) und dem Eisenkern (12). Das heißt, in Fig. 2 geben die Kurven (P, P′) die Stößelanziehungskraftkennlinien und die Gerade (S) die Federkennlinie der Druckfeder (22) an. Im allgemeinen ist die Stromversorgung für den Anlasser eine 12 V Speicherbatterie, und in diesem Falle wird die Stößelanziehungskraftkennlinie durch die Kurve (P) angegeben. Jedoch wird in der Praxis die Erregerspule (14) mit einer Spannung erregt, die etwa zwei Drittel (2/3) der Systemspannung beträgt, bedingt durch verschiedene Faktoren, wie beispielsweise einen Temperaturanstieg; d. h. wenn eine Spannung von etwa 8 V der Erregerspule (14) zugeführt wird, so wird die Stößelanziehungskraftkennlinie durch die Kurve (P′) angegeben.

Veranlaßt andererseits die Bewegung des Stößels (7) das Ritzel (5), am Motorzahnkranz anzustoßen, so wird die Druckfeder (22) wirksam, und die Federkennlinie ändert sich linear mit der Bewegung des Stößels (7).

Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kommt die Stößelanziehungskraftkennlinie (P′) in Berührung mit der Kennlinie (S) der Druckfeder (22), wenn die Anziehungskraft wegen eines Spannungsabfalls geringfügig verringert ist. Am Berührungspunkt ist die Stößelanziehungskraft im Gleichgewicht mit der Federkraft der Druckfeder (22), und demzufolge wird der Stößel (7) nicht weiterhin gegen den Eisenkern (12) bewegt, und infolgedessen wird der Gleichstrommotor (2) nicht mit Strom versorgt. Diese Schwierigkeit kann überwunden werden, indem eine Druckfeder mit geringerer Federkraft verwendet wird. Jedoch ist dieses Verfahren nicht zweckmäßig, da deren Federkraft nicht groß genug sein könnte, um das Ritzel zu veranlassen, in den Motorzahnkranz einzugreifen.

In dem auf diese Weise aufgebauten Elektromagnetschalter ist die Rückholfeder (15) zur Rückführung des Stößels (7) zwischen dem Stößel (7) und dem stationären Eisenkern (12) derart angebracht, daß sie gemäß Fig. 1 der inneren Zylinderwand des Spulenkörpers (13) am nächsten liegt, wodurch der magnetische Querschnitt des Magnetpfades verringert wird. Entsprechend wird die Anziehungskraft verkleinert, und insbesondere die einleitende Anziehungskraft des Stößels verringert.

Um diese Schwierigkeit zu überwinden wurde der bekannte Magnetschalter (6) gemäß Fig. 3 verbessert. Das heißt, im verbesserten Magnetschalter ist die Rückholfeder (15) zwischen dem Stößel (7) und dem stationären Eisenkern (12) derart angeordnet, daß sie am nächsten zur Mittelachse des Spulenkörpers (13) liegt, um den magnetischen Querschnitt des Magnetpfades aufrecht zu erhalten.

Jedoch ist der Elektromagnetschalter noch nachteilig in fol­ gender Hinsicht: Im Elektromagnetschalter ist die Rückholfe­ der (15) in eine Ausnehmung eingesetzt, die längs der Durch­ trittsöffnung des Eisenkerns (12) gebildet wird, in den der Stab (16) eingeführt ist, und zwar in solcher Weise, daß die Ausnehmung tief genug ist, um den Basisabschnitt der Rückhol­ feder (15) zu halten. Daher wird die Abmessung (a) des Stab­ halteabschnittes des Eisenkerns verkleinert, und der Stab (16) hat entsprechendes Spiel.

Aus dem DE-GM 77 31 335 ist eine elektromagnetische Stellvor­ richtung bekannt, bei der eine zylindrisch gewickelte Feder in einer Erregerspule zwischen einem stationären Eisenkern und einem beweglichen Eisenkern eingesetzt ist. Der bewegli­ che Eisenkern weist an seiner Stirnfläche eine mittig ange­ ordnete Ausnehmung auf, die zunächst konisch verläuft und an die sich ein zylindrischer Bohrungsabschnitt anschließt. Der stationäre Eisenkern weist an seiner Stirnseite einen kegel­ stumpfförmigen Vorsprung auf, der wiederum an seiner Stirn­ fläche eine zylindrische Ausnehmung aufweist.

Aus der US 2 650 617 ist ein elektromagnetisches Ventil be­ kannt, das eine konisch gewickelte Spiralfeder aufweist, die außerhalb der Erregerspule angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagne­ tische Anzugseinheit zu schaffen, die den magnetischen Quer­ schnitt aufrechterhält, ohne ein Spiel des Stabes zu verur­ sachen, womit eine große Anziehungskraft geliefert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die elektromagneti­ sche Anzugseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

In der elektromagnetischen Anzugseinheit wird, während der bewegliche Eisenkern zum stationären Kern hin angezogen wird, die konisch gewickelte Feder zusammengedrückt. Bei diesem Vorgang geht jede der Windungen der Feder zur nächsten Win­ dung mit größerem Durchmesser, und daher ist die zusammengedrückte Federlänge relativ kurz. Daher kann die in der Stirnseite des stationären Eisenkerns gebildete Ausnehmung zur Aufnahme der zusammengedrückten Feder in axialer Abmessung kurz sein, was die vorausgehend aufgeführte Schwierigkeit beseitigt, daß der magnetische Querschnitt verringert ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer zum internen Stand der Technik der Patentinhaberin gehörenden elektromagnetischen Anzugseinheit in einem bekannten Anlasser;

Fig. 2 eine Kennlinie, die die Anzugskraft des Elektromagnetschalters und die Federkennlinie einer Druckfeder angibt, die gegen ein Ritzel in dem bekannten Anlasser drücken kann;

Fig. 3 einen Querschnitt eines bekannten Elektromagnetschalters, der vorgesehen ist, um den Elektromagnetschalter des in Fig. 1 dargestellten Anlassers zu verbessern;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung eines Elektromagnetschalters in einem Anlasser, bei welchem eine erfindungsgemäße, elektromagnetische Anzugseinheit verwendet wird;

Fig. 5 eine Schnittansicht eines Stößels, der in dem Elektromagnetschalter nach Fig. 4 gegen einen stationären Eisenkern hin angezogen wird;

Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Elektromagnetschalters in einem Anlasser, bei dem die erfindungsgemäße elektromagnetische Anzugseinheit verwendet wird;

Fig. 7 eine Schnittdarstellung eines Stößels, der in dem Elektromagnetschalter gemäß Fig. 6 gegen einen stationären Eisenkern hin angezogen wird; und

Fig. 8 eine grafische Darstellung, die die Anzugskräfte der vorausgehend aufgeführten beiden erfindungsgemäßen Elektromagnetschalter gemäß der Erfindung, und eines bekannten Elektromagnetschalters angibt.

Die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen einen Elektromagnetschalter, bei welchem ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Anzugseinheit verwendet wird, und die Fig. 6 und 7 stellen einen Elektromagnetschalter (140) dar, bei welchem ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Anzugseinheit verwendet wird. In diesen Figuren sind Bauelemente, die funktionell den vorausgehend in Verbindung mit Fig. 1 beschriebenen entsprechen, deshalb mit den gleichen Bezugszahlen oder -zeichen bezeichnet.

Im Elektromagnetschalter (130) ist gemäß Fig. 4 eine zylindrische Ausnehmung (131) in der inneren Stirnseite eines stationären Kerns (12) derart angeordnet, daß deren Mittelachse mit jener des stationären Eisenkerns (12) übereinstimmt. Ein Endabschnitt (132a) einer konisch gewickelten Feder (132), der einen größeren Durchmesser als der andere Endabschnitt (132b) aufweist, ist längs des Umfanges des Bodens der zylindrischen Ausnehmung angebracht. Die Tiefe der Ausnehmung (131), d. h. die axiale Abmessung der Ausnehmung, ist im wesentlichen gleich der Länge der zusammengedrückten, konisch gewickelten Feder (die anschließend als "zusammengedrückte Länge" wo erforderlich angegeben ist).

Die konisch gewickelte Feder (132) verringert sich allmählich von einem Ende zum anderen Ende in ihrem Durchmesser, wie aus ihrer Ausführung ersichtlich ist. Wird die Feder (132) zusammengedrückt, so geht jede ihrer Windungen in das Innere der nächsten Windung mit größerem Durchmesser, und daher ist die zusammengedrückte Länge der Feder (132) relativ klein. Entsprechend kann die axiale Tiefe der in der inneren Stirnseite des stationären Eisenkerns (12) gebildeten Ausnehmung (131) gering sein, und die merkliche Länge der Durchtrittsöffnung des stationären Eisenkerns (12) ist daher lange genug, um den Stab (16) zu halten, und ein Spiele des Stabes (16) wird verhindert.

Andererseits ist an der inneren Stirnseite des Stößels (7) in der Mitte ein kreisförmiger Vorsprung (133) geringer Dicke gebildet, der dem stationären Eisenkern (12) zugewandt ist. Der einen kleinen Durchmesser aufweisende Endabschnitt (132b) der konisch gewickelten Feder (132) ist auf den kreisförmigen Vorsprung (133) aufgesetzt. Somit ist die konisch gewickelte Feder (132) an ihrem Platz positioniert.

Wie aus obiger Beschreibung hervorgeht, ist im erfindungsgemäßen Elektromagnetschalter, ohne daß der Betrieb desselben nachteilig beeinflußt wird, die Stößelrückholfeder näher an der Mittelachse des stationären Eisenkerns angeordnet, als beim bekannten Elektromagnetschalter, womit der magnetische Querschnitt aufrecht erhalten wird, mit dem Ergebnis, daß die Anziehungskraft verbessert wird. Wird ferner auf Fig. 8 Bezug genommen, die die Anziehungskraft (Kennlinie (A)) des Elektromagnetschalters (130) der Fig. 4 angibt und die Anziehungskraft (Kennlinie (B)) des bekannten Elektromagnetschalters (6) der Fig. 1, so ist ersichtlich, daß der Elektromagnetschalter (140) eine größere Anfangs-Anziehungskraft als der Elektromagnetschalter (6) hat.

Im Elektromagnetschalter (140) gemäß Fig. 6 ist eine Ausnehmung in Form eines Kegelstumpfes in der inneren Stirnseite des stationären Eisenkerns (12) derart ausgebildet, daß die Mittelachse der Ausnehmung im wesentlichen mit jener des stationären Eisenkerns (12) zusammenfällt. Andererseits wird ein kegelstumpfförmiger Vorsprung (142) an der inneren Stirnseite des beweglichen Eisenkerns gebildet, nämlich ein in der Mitte angeordneter Stößel (7), der sich gegen den stationären Eisenkern (12) erstreckt. Eine konisch gewickelte Feder (143) ist zwischen dem Stößel (7) und dem stationären Eisenkern (12) derart eingesetzt, daß der Endabschnitt (143a) mit kleinem Durchmesser am inneren Endabschnitt des Stabes (16) befestigt und an der Bodenwand der Ausnehmung angeordnet ist, während der Endabschnitt (143b) mit großem Durchmesser den Vorsprung (142) umgibt und gegen die Stirnseite des Stößels (7) anliegt.

Sowohl die Ausnehmung (141) als auch der Vorsprung (142) sind in Form eines Kegelstumpfes ausgebildet; jedoch ist die erstere (141) größer als der letztere (142). Wenn die Stirnseite des Stößels (7) bei ihrer Anziehung gegen die Stirnseite des stationären Eisenkerns (12) anstößt, wird deshalb ein Raum zwischen der Ausnehmung (141) und dem Vorsprung (142) gebildet, um die konisch gewickelte Feder (143) zusammengedrückt aufzunehmen.

Somit kann in dem Elektromagnetschalter (140) der Fig. 6 in ähnlicher Weise wie beim Elektromagnetschalter (130) gemäß Fig. 4, ohne nachteilige Beeinflussung des Betriebes, die Stößelrückholfeder näher an der Mittelachse des stationären Kerns angeordnet sein, womit der magnetische Querschnitt beibehalten wird. Ferner sind die sich verjüngenden Oberflächen der Ausnehmung (141) des stationären Eisenkerns und des Vorsprunges (142) des Stößels bei Betrachtung im Querschnitt im wesentlichen parallel zueinander, so daß die Magnetfluß-Strömungsstrecke dort entsprechend verringert wird. Daher hat der Elektromagnetschalter eine größere anfängliche Anzugskraft.

Die Anzugskraft des in Fig. 6 dargestellten Elektromagnetschalters wird durch die Kennlinie (C) der Fig. 8 angegeben. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, hat von den vorausgehend beschriebenen Elektromagnetschaltern der in Fig. 6 gezeigte Elektromagnetschalter (140) die größte erzielte anfängliche Anzugskraft, wenn die Strecke oder der Spalt (g) zwischen dem stationären Eisenkern (12) und dem Stößel (7) am größten ist.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, wird beim Anlasser mit der erfindungsgemäßen Anzugseinheit, wenn das Ritzel durch die Stößelanziehungskraft gegen den Motorzahnkranz hin bewegt wird, die auf das Ritzel ausgeübte Kraft nachdem das Ritzel gegen den Motorzahnkranz anschlägt, in eine Auslenkkraft der konisch gewickelten Druckfeder umgewandelt, und diese Auslenkkraft drückt das Ritzel gegen den Motorzahnkranz. Daher ändert sich die Andruckkraft des Ritzels gegen den Motorzahnkranz in einem quadratischen Verlauf ähnlich der Stößelanzugskraftkennlinie. Somit weist dieser Anlasser nicht das Problem auf, daß, wenn die Spannung zum Betrieb des Elektromagnetschalters sich etwas verringert, die Stößelanzugskraft in Gleichgewicht mit der Federkraft der Druckfeder gelangt, so daß der Motor nicht startet. Somit kann der Anlasser hergestellt werden, ohne einen großen Elektromagnetschalter zu verwenden.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, ist im Elektromagnetschalter die konisch gewickelte Feder zum Rückholen des beweglichen Eisenkerns zwischen dem stationären Eisenkern und dem beweglichen Eisenkern, sowie im wesentlichen längs der Mittelachse angeordnet, womit der magnetische Querschnitt beibehalten wird, ohne den Betrieb des Elektromagnetschalters nachteilig zu beeinflussen. Aus diesem Grunde kann der erfindungsgemäße Elektromagnetschalter eine größere Anzugskraft als der bekannte Elektromagnetschalter liefern; anders ausgedrückt, für die gleiche Anziehungskraft kann der erfindungsgemäße Elektromagnetschalter kleiner bemessen werden als der bekannte Magnetschalter.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Anzugseinheit eines Anlassermotors mit:

• - einer Erregerspule (14);
• - einem stationären Eisenkern (12) mit einer Stirnfläche;
• - einem beweglichen Eisenkern (7) mit einer Stirnfläche, die der Stirnfläche des stationären Eisenkerns (12) gegenüberliegt, wobei der bewegliche Eisenkern (7) koaxial zum stationären Eisenkern (12) angeordnet ist und durch elektromagnetische Kraft gegen den stationären Eisenkern bewegt wird; und
• - einer konisch gewickelten Feder (132; 143), die innerhalb der Erregerspule (14) zwischen dem stationären Eisenkern (12) und dem beweglichen Eisenkern (7) eingesetzt ist, und die im wesentlichen koaxial zum stationären Eisenkern und zum beweglichen Eisenkern verläuft; wobei
• - die Stirnfläche des stationären Eisenkerns (12) eine mittig angeordnete Ausnehmung (131; 141) aufweist, welche eine axiale Tiefe hat, die gleich der axialen Länge der zusammengedrückten, konisch gewickelten Feder (132; 143) ist, und ein Ende der konisch gewickelten Feder im Grund der Ausnehmung (131; 141) angeordnet ist; und wobei
• - die Stirnseite des beweglichen Eisenkerns (7) einen Vorsprung (133; 142) aufweist, den das andere Ende der konisch gewickelten Feder (132; 143) umgibt.

2. Anzugseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (131) zylindrisch und der Vorsprung (133) kreisförmig ausgebildet sind.

3. Anzugseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung und der Vorsprung eine Kegelstumpfform (141; 142) aufweisen.

4. Anzugseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konisch gewickelte Feder (132; 143) sich im Durchmesser von ihrem einen Ende zu ihrem anderen Ende hin allmählich so verringert, daß jede Wicklung der Feder (132; 143) beim Zusammendrücken in das Innere der nächsten Wicklung mit größerem Durchmesser geht.