DE10047288C2 - Startvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Startvorrichtung, insbesondere Brems-Schraubtriebstarter, zum Andrehen von Brennkraftmaschinen, mit einem Starterabtriebselement (70), das in eine Ruhestellung und in eine Andrehstellung bringbar ist, in der es in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor steht, und mit einem Startermotor (20), der einen Stator (22) und einen Rotor (23) aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine elektrische Rotorbremsschaltung (130) vorgesehen ist und dass ein durch die elektrische Rotorbremsschaltung (130) erzeugtes Moment zumindest teilweise auf Mittel (25, 95, 104, 140) übertragen wird, die ein Zurückkehren des Starterabriebselementes (70) in die Ruhestellung ermöglichen und/oder mitbewirken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Startvorrich­ tung, insbesondere einen Brems-Schraubtriebstarter, zum Andrehen von Brennkraftmaschinen, mit einem Star­ terabtriebselement, das in eine Ruhestellung und in eine Andrehstellung bringbar ist, in der es in Wirk­ verbindung mit dem Verbrennungsmotor steht, und mit einem Startermotor, der einen Stator und einen Rotor aufweist.

Stand der Technik

Derartige Startvorrichtungen, die sowohl den eigent­ lichen Starter als auch die zugehörige Steuerelektro­ nik umfassen können, sind beispielsweise aus "Kraft­ fahrtechnisches Taschenbuch", Bosch, 23. Auflage, 1999 S. 571 ff. bekannt. Zum Starten der Brennkraft­ maschine muss ein Starter den Verbrennungsmotor mit einer Startdrehzahl genannten Mindestdrehzahl durch­ drehen, damit auch bei ungünstigen Betriebs­ bedingungen das beim Ottomotor zum Selbstlauf notwen­ dige Luft-Kraftstoff-Gemisch gebildet beziehungsweise beim Dieselmotor die Selbstzündungstemperatur er­ reicht werden kann. Ferner muss der Starter nach den ersten Zündungen beim Hochlaufen auf die Mindest­ selbstdrehzahl des Verbrennungsmotors diesen unter­ stützen.

Eine Möglichkeit zur Klassifizierung der gattungs­ gemäßen Startvorrichtungen besteht in der Unterschei­ dung, wie das Starterabtriebselement, das üblicher­ weise durch ein Ritzel gebildet ist, aus seiner Ruhe­ stellung in die Andrehstellung gebracht wird, was als Vor- beziehungsweise Einspuren bezeichnet wird, und wie es aus der Andrehstellung wieder in die Ruhestel­ lung gebracht wird, was als Rück- beziehungsweise Ausspuren bezeichnet wird.

Eine weit verbreitete Starterbauart ist der Schub- Schraubtriebstarter, der im gesamten Starter- Leistungsbereich eingesetzt wird.

Ebenfalls sind so genannte Trägheitstriebstarter, die vor allem als direkt treibende Starter ohne Vorgelege eingesetzt werden und in der Regel eine kleinere Leistung aufweisen.

Eine weitere bekannte Starterbauart ist der Brems- Schraubtriebstarter, bei dem das Starterabtriebs­ element in der Regel auf einem Steilgewinde gelagert ist.

Im Zusammenhang mit dem Schub-Schraubtriebstarter und dem Brems-Schraubtriebstarter ist es bekannt, die me­ chanische Vorspurfunktion durch ein in den Starter integriertes mechanisches Relais auszulösen. Dieses Relais übernimmt in vielen Fällen auch die Schalt­ funktion für den Starter-Hauptstrom. Zum eigentlichen Vor- und Rückspuren wird in derartigen Fällen ein Ak­ tuator benötigt. Beispielsweise beim Brems-Schraubtriebstarter erfolgt die Vorspurfunktion über ein Steilgewinde bei Bestromung des Starterankers selbst­ tätig, infolge eines aufgeprägten Bremsmoments am Starterabtriebselement, wobei dieses Bremsmoment in Kombination mit der Trägheitswirkung der entsprechen­ den Starterbauteile beim Hochlauf des Startermotors wirkt. Die Schaltfunktion ist dabei häufig mit der Bremsfunktion gekoppelt.

Beispielsweise beim Brems-Schraubtriebstarter ist in diesem Zusammenhang problematisch, dass, sofern ein Bremselement beziehungsweise ein Rückspursperrelement durch ein Moment betätigt wird, ein passives Rück­ stellelement, beispielsweise in Form einer Feder, so ausgelegt werden muss, dass auch beim Überholen des Starters durch den Verbrennungsmotor kein Öffnen des Sperrelementes erfolgt, bis der Starter beispiels­ weise über das Zündschloss abgeschaltet wird. An­ derenfalls ist das Rückspurverhalten nicht definiert. Im Antriebsstrang eines derartigen Starters wirken wegen der Vorspur- und Überholvorgänge im Freilauf Momente mit wechselnder Richtung. Die. Amplitude die­ ser Momente kann stark unterschiedlich sein, weshalb ein Sperrelement mit passiver Rückstellung dort nicht problemlos vorgesehen werden kann.

Aus der DE 39 01 953 A1 ist eine Andrehvorrichtung für. Brennkraftmaschinen bekannt, die eine elektrische Auslaufbremse mit einer Schalteinrichtung zum elek­ trischen Abbremsen des Andrehmotors umfasst.

Vorteile der Erfindung

Dadurch, dass bei der gattungsgemäßen Startvorrich­ tung erfindungsgemäß eine elektrische Rotorbrems­ schaltung vorgesehen ist, und dass ein durch die elektrische Rotorbremsschaltung erzeugtes Moment zu­ mindest teilweise auf Mittel übertragen wird, die ein Zurückkehren des Starterabtriebselements in die Ruhe­ stellung ermöglichen und/oder mitbewirken, wird ein signifikanter Momentenverlauf erzeugt, der es ermöglicht, dass das Zurückkehren des Starterabtriebselements in die Ruhestellung definiert erfolgt. Dies wird durch die im Patentan­ spruch 1 angegebenen Merkmale erreicht. Durch diesen signifikanten Momentenverlauf kann beispielsweise das zum Öffnen eines Sperrelementes vorge­ sehene Momentenniveau deutlich in den Bremsbereich verla­ gert werden. Anders ausgedrückt, ermöglicht die elektri­ sche Rotorbremsschaltung ein aktives Ein- und Ausschalten eines Betätigungselementes, beispielsweise in Form eines Brems-Sperrelementes, auch im Antriebsstrang des Star­ ters. Weiterhin wird durch den signifikanten Momentenlauf eine Erhöhung der Schaltschwelle ermöglicht, wodurch die Empfindlichkeit beispielsweise gegenüber Schwingbeschleu­ nigungen und anderen Störungen verringert wird. Weiterhin ermöglicht die elektrische Rotorbremsschaltung bezie­ hungsweise der durch sie erzeugte signifikante Momenten­ verlauf, dass der Vor- und Rückspurvorgang das Starterab­ triebselements ohne Aktuator durchgeführt wird, was wiederum eine örtliche Trennung der Schaltfunktion vom Schalter ermöglicht.

Die elektrische Rotorbremsschaltung umfasst vorzugsweise zumindest einen Widerstand, über den zumindest eine Rotorwicklung, die sich in einem magnetischen Feld be­ wegt, zur Aktivierung der elektrischen Rotorbremsschal­ tung abschließbar ist. Je nach Ausführungsform und ge­ wünschtem Momentenverlauf kann dieser Widerstand bei­ spielsweise einen Widerstandswert zwischen 5 mΩ und 150 mΩ aufweisen, wobei die Höhe des durch die elektrische Rotorbremsschaltung erzeugten Momentenverlaufs zunimmt, wenn der Widerstandswert verringert wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die elektrische Rotorbremsschaltung einen Wechselschalter auf, und es ist vorgesehen, dass die Rotorwicklung in einer ersten Schalterstellung des Wech­ selschalters von einer Spannungs- beziehungsweise Strom­ quelle bestromt wird, und dass die Rotorwicklung in einer zweiten Schalterstellung des Wechselschalters durch den zumindest einen Widerstand abgeschlossen ist.

In diesem Zusammenhang kann weiterhin vorgesehen sein, dass ein Startsignalgeber den Wechselschalter steuert. Ein derartiger Startsignalgeber kann beispielsweise durch das Zündschloss gebildet oder mitgebildet sein und dem Wechselschalter solange ein Startsignal zuführen, wie sich der Zündschlüssel in der Startstellung befindet. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, dass anstel­ le des Zündschlosses ein Druckschalter oder dergleichen verwendet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise weiter­ hin vorgesehen, dass die Mittel weiterhin einen Wechsel des Starterabtriebselementes aus der Ruhestellung in die Andrehstellung ermöglichen und/oder mitbewirken, und dass ein zwischen dem Stator und dem Rotor wirkendes Anlaufmo­ ment zumindest teilweise auf die Mittel übertragen wird, um den Wechsel des Starterabtriebselementes in die An­ drehstellung zu ermöglichen und/oder mitzubewirken.

Zu diesem Zweck umfassen die Mittel vorzugsweise ein bistabiles Element, das in einer ersten stabilen Stellung ein Zurückkehren des Starterabriebselementes in die Ruhestellung ermöglicht und/oder mitbewirkt und das in einer zweiten stabilen Stellung einen Wechsel des Star­ terabtriebselementes in die Andrehstellung ermöglicht und/oder mitbewirkt.

Zu diesem Zweck weist das bistabile Element vorzugsweise ein erstes Element auf, das bezüglich einem zweiten Element in die erste stabile Stellung und in die zweite stabile Stellung bringbar ist.

Dieser Übergang von der ersten stabilen Stellung zu der zweiten stabilen Stellung erfolgt vorzugsweise über eine instabile Zwischenstellung. Diese instabile Zwischenstel­ lung kann einen hystereseartigen Stellungswechsel des ersten Elementes zwischen der ersten stabilen Stellung und der zweiten stabilen Stellung ermöglichen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass sich das erste Element stets in einer definierten Stellung befindet.

Zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element kann ein geeignetes Federelement vorgesehen sein. Je nach Ausführungsform sind insbesondere als Druckfedern wirken­ de Schraubenfedern, Blattfedern oder dergleichen denkbar.

Im Zusammenhang mit dem bistabilen Element kann weiterhin vorgesehen sein, dass das zweite Element einen die erste stabile Stellung festlegenden ersten Anschlag und/oder einen die zweite stabile Stellung festlegenden zweiten Anschlag aufweist.

Eine spezielle Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein Polrohr des Stators das erste Element aufweist, dass das Polrohr von einem Startermotorgehäuse umgeben ist, und dass das Startermotorgehäuse das zweite Element bildet oder fest mit diesem verbunden ist. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, dass sich das Polrohr, je nach darauf wirkendem Moment, zwischen der ersten stabilen Stellung und der zweiten stabilen Stel­ lung um die Rotorachse hin und her dreht. Auch in diesem Fall erfolgt die Verdrehung des Polrohrs vorzugsweise über eine instabile Zwischenstellung des Polrohrs.

Zu diesem Zweck ist das Polrohr vorzugsweise durch Lager­ elemente derart am Startermotorgehäuse gelagert, dass es um die Rotorlängsachse zwischen der ersten stabilen Stellung und der zweiten stabilen Stellung drehbar ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Mittel eine auf das Starterabtriebselement wirkende Sperrvorrichtung und/oder eine auf das Starterabtriebs­ element wirkende Bremsvorrichtung betätigen, wenn sich das bistabile Element in der zweiten stabilen Stellung befindet und/oder in diese bewegt.

Insbesondere in diesem Fall ist weiterhin vorgesehen, dass die Mittel eine auf das Starterabtriebselement wirkende Sperrvorrichtung und/oder eine auf das Starter­ abtriebselement wirkende Bremsvorrichtung lösen, wenn sich das bistabile Element in der ersten stabilen Stel­ lung befindet und/oder in diese bewegt.

Zeichnungen

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines zu einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Startvorrichtung gehörenden Starters;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Polrohrs, das mit dem Starter gemäß Fig. 1 verwendet werden kann;

Fig. 3 eine erste Ausführungsform des bistabilen Ele­ ments;

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform des bistabilen Elements;

Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des bistabilen Elements;

Fig. 6 einen Prinzipschaltplan einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Rotorbrems­ schaltung;

Fig. 7 die Moment- und Drehzahlverläufe eines Rotors, der mit der erfindungsgemäßen Rotorbremsschal­ tung unter Verwendung verschiedener Bremswider­ stände gebremst wurde;

Fig. 8 einen vergrößerten Ausschnitt der Moment- und Drehzahlverläufe von Fig. 7.

Fig. 9 das Bremsverhalten eines durch die erfindungs­ gemäße Rotorbremsschaltung gebremsten Rotors in Form des Bremsmoments und der Auslaufzeit in Abhängigkeit vom verwendeten Bremswiderstand; und

Fig. 10 eine durch ein bistabiles Element verwirklichte Potentialfunktion in Abhängigkeit von der Stel­ lung des ersten Elements des bistabilen Ele­ ments.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht durch einen zu einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemä­ ßen Startvorrichtung gehörenden Starter. Der in Fig. 1 dargestellte Starter weist ein zweiteiliges Gehäuse auf, das aus einem Startermotorgehäuse 16 und einem Antriebs­ lagergehäuse 17 besteht. Das Startermotorgehäuse 16 umgibt einen Startermotor 20, der als Startermotorteile einen Stator 22 und einen Rotor 23 aufweist. Der Stator 22 besteht aus einem Polrohr 25 und permanentmagnetisch erregten Erreger- beziehungsweise Statorpolen 26. Das Polrohr 25 bildet den magnetischen Rückschluss für die Statorpole 26, die um den Rotor 23 herum angeordnet sind. Der Rotor 23 besteht aus einer Rotorwelle 29 mit einer Rotorachse 31, die mit einem Rotorblechpaket 30 drehfest verbunden ist. In nicht dargestellte Nuten des Rotor­ blechpakets 30 ist eine Rotorwicklung 32 eingebracht. Die Rotorwicklung 32 besteht aus einzelnen Wicklungssträngen, die mit Kommutatorlamellen 34 verbunden sind. Die einzel­ nen Kommutatorlamellen 34 bilden insgesamt einen Kommuta­ tor 36. Über mehrere am Umfang des Kommutators angeordne­ te Bürsten 38 wird die Rotorwicklung bestromt. Die Bürs­ ten 38 sind in Köchern 40 geführt, die an einer Bürsten­ platte 42 befestigt sind. Von der Bürstenplatte 42 werden einerseits sogenannte Plusbürsten als auch sogenannte Minusbürsten getragen. Die Plusbürsten sind über einen Plusbolzen 44 und beispielsweise die in Fig. 6 darge­ stellte Schaltung mit einem Pluspol 135 einer Batterie 134 verbunden. Die Minusbürsten sind mit dem masseführen­ den Gehäuse 13 verbunden. Die Rotorwelle 29 ist mit ihrem dem Antriebslagergehäuse 17 zugewandten Ende mit einem Planetengetriebe 50 verbunden und treibt dabei ein Son­ nenrad 51 an. Das Sonnenrad 51 kämmt mit Planetenrädern 52, die wiederum in einem Hohlrad 53 abwälzen. Das Hohl­ rad 53 stützt sich in einem Zwischenlager 55 ab. Die Planetenräder 52 wiederum sind von einem Planetenträger 56 gehalten. Das Zwischenlager 55 ist orts- und drehfest im Startermotorgehäuse 16 angeordnet. Der Planetenträger 56 ist wiederum drehfest mit einer Antriebswelle 58 verbunden. Die Antriebswelle 58 ist über eine bestimmte Länge mit einem Außensteilgewinde 60 versehen. In dieses Außensteilgewinde 60 greift ein Innensteilgewinde 62 ein, das in einen Mitnehmerschaft 64 eingearbeitet ist. Das Innensteilgewinde 62 und das Außensteilgewinde 60 bilden zusammen ein sogenanntes Einspurgetriebe 65, das den anfangs erläuterten Vor- und Rückspurvorgang ermöglicht. Der Mitnehmerschaft 64 ist mit einem Außenring eines Freilaufs 68 verbunden, über den mittels Klemmkörpern auf einen nicht dargestellten Innenring des Freilaufs 68 ein Starterabtriebselement 70 antreibbar ist. Das Starterab­ triebselement 70 ist üblicherweise als Ritzel ausgebil­ det. Der Mitnehmerschaft 64, der Freilauf 68 sowie das Starterabtriebselement 70 bilden ein Freilaufgetriebe 72. Im Betrieb gleitet das Freilaufgetriebe 72 auf dem Außen­ steilgewinde 60. Dabei dreht und verschiebt sich das Freilaufgetriebe 72 auf der Antriebswelle 58, bis es an einen Anschlagring 74 unter Überwindung einer Ausspur­ kraft einer Ausspurfeder 76 anschlägt. Das Starterab­ triebselement 70 ist dann in einen angedeuteten Zahnkranz 77 einer insgesamt nicht dargestellten Brennkraftmaschine vollständig eingespurt. Die Antriebswelle 58 ist über ein Lager 80 im Antriebslagergehäuse 17 gelagert. Der Rotor 23 ist mit seiner Rotorwelle 29 und einem vom Antriebsla­ gergehäuse 17 wegweisenden Rotorwellenzapfen 82 mittels eines Rotorlagers 84 in einer Lageraufnahme 85 im Star­ termotorgehäuse 16 gelagert. Mittels eines Sicherungsele­ ments 86 wird die Lage des Rotors 23 zum Rotorlager 84 hin bestimmt.

Das zylindrische Polrohr 25 weist an seinem dem Antriebs­ lagergehäuse 17 abgewandten Ende ein Lager 90 auf, das eine Drehung des Polrohrs 25 um die Rotorachse 31 ermög­ licht, wobei diese Drehung zwischen einer ersten stabilen Stellung 144 und einer zweiten stabilen Stellung 146 erfolgen kann, die durch ein insgesamt mit 140 bezeichne­ tes bistabiles Element festgelegt werden, das in Fig. 1 nur schematisch dargestellt ist.

An dem dem Antriebslagergehäuse 17 zugewandten Ende des Polrohrs 25 sind in Rotorwellenrichtung orientierte Finger beziehungsweise Stäbe 95 ausgebildet. Diese Finger 95 reichen bis in einen Raum zwischen dem Zwischenlager und dem Freilauf 68. Dazu weist das Zwischenlager 55 an seinem Außenumfang in Umfangsrichtung längliche Durchbrü­ che 97 auf. Zwischen dem Zwischenlager 55 und dem Frei­ lauf 68 ist eine Bremsvorrichtung 100 angeordnet. Die Bremsvorrichtung 100 besteht aus einem am Zwischenlager 55 befestigten, zur Rotorwelle 29 konzentrischen Halte­ ring 102, einem auf diesem Haltering 102 verdrehbar gelagerten Keilbahnelement 104, sowie zwischen einer Bremstrommel 106 und dem Keilbahnelement 104 angeordneten Bremskeilen 108. Die Bremskeile 108 sind am Haltering 102 drehbar angelenkt und werden mittels einer nicht darge­ stellten Führung auf die Bremstrommel 106 und dahinter geführt. Die Bremstrommel 106 besteht aus einem zylinder­ förmigen Ring 109 mit einer nach außen gerichteten Ober­ fläche 110. Die zylinderförmige Oberfläche 110 stellt eine Reibungsfläche für die Bremskeile 108 dar. Der zylinderförmige Ring 109 geht in einen radial nach innen gerichteten Flansch 111 über, an dessen nach radial innen gerichteten Ende sich ein kurzer zylindrischer, zum Freilauf 68 gerichteter Abschnitt anschließt. Dieser Abschnitt bildet einen zum Abtriebselement 70 gerichteten Federsitz 112. An diesen Federsitz 112 schließt ein sich weiter verjüngender Bereich an, der in einem kurzen zylindrischen Abschnitt endet. Auf der dem Freilauf 68 abgewandten Seite des sich verjüngenden Bereichs ist ein Sicherungssitz 113 vorgesehen. Das kurze zylindrische Ende stellt eine Führung dar. Die Bremstrommel 106 hat dadurch einen im Wesentlichen U-förmigen Ringquerschnitt, der zum Freilauf 68 hin geöffnet ist. Am Federsitz 112 der Bremstrommel 106 stützt sich eine Feder 120 ab, die sich mit ihrem anderen, dem Abtriebselement 70 zugewand­ ten Ende am Außenring des Freilaufs 68 abstützt. Mit dem Sicherungsringsitz 113 stützt sich die Bremstrommel 106 aufgrund der Federkraft der Feder 120 an einem Siche­ rungsring 122 auf den Mitnehmerschaft 64 ab. Die von der Feder 120 ausgeübte Kraft bewirkt einen Kraftschluss zwischen der Bremstrommel 106 und dem Sicherungsring 122 und damit zwischen der Bremstrommel 106 und dem Mitneh­ merschaft 64. Eine auf die Bremstrommel 106 wirkende Kraft beziehungsweise ein auf die Bremstrommel 106 wir­ kendes Moment wird dadurch zumindest teilweise auf den Mitnehmerschaft 64 und das Vor- und Einspurgetriebe 65 übertragen. Die Führung 114 verhindert ein Verkanten der Bremstrommel 106 auf dem Mitnehmerschaft 64. Die durch die Durchbrüche 97 hindurchgeführten Stäbe 95 des Pol­ rohrs 25 greifen in Nuten 124 des teilbaren Elements 104 ein.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Startvorrichtung umfassen die erfin­ dungsgemäß vorgesehenen Mittel insbesondere das Polrohr 25 die Stäbe 95, das Keilbahnelement 104 sowie ein bista­ biles Element 140. Bei dieser Ausführungsform wird zum einen ein durch die elektrische Rotorbremsschaltung 130 erzeugtes Moment auf die Mittel 25, 95, 104, 140 übertra­ gen, die ein Zurückkehren des Starterabtriebselements 70 in die Ruhestellung ermöglichen und/oder mitwirken. Weiterhin ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die Mittel 25, 95, 104, 140 auch einen Wechsel des Star­ terabtriebselements 70 aus der Ruhestellung in die Andrehstellung ermöglichen und/oder mitbewirken, wobei ein zwischen dem Stator 22 und dem Rotor 23 wirkendes Anlauf­ moment durch die Mittel 25, 95, 104, 140 übertragen wird, um den Wechsel des Starterabtriebselements 70 in die Andrehstellung zu ermöglichen und/oder mitzubewirken, wie dies nachfolgend näher erläutert wird.

Wird die in Fig. 1 dargestellte Startvorrichtung bei­ spielsweise über die in Fig. 6 dargestellte Schaltung bestromt, das heißt ist der Plusbolzen 44 mit dem Batte­ rie-Pluspol 135 der Batterie 134 verbunden, so wirkt zwischen dem Rotor 23 und dem Stator 22 beziehungsweise den Statorpolen 26 ein Drehmoment, das während des Anlau­ fens der Startvorrichtung als Anlaufmoment bezeichnet wird. Dieses zwischen dem Stator 22 und dem Rotor 23 wirkende Anlaufmoment bewirkt zwischen dem Stator 22 und dem Rotor 23 in Umfangsrichtung wirkende Kräfte. Diese Kräfte führen einerseits dazu, dass sich der Rotor 23 in die vorgesehene Drehrichtung dreht. Andererseits bewegt sich der drehbar um die Rotorwelle 29 gelagerte Stator 22 mit seinem Polrohr 25 entgegen der Drehrichtung des Rotors 23. Im dargestellten Fall bildet das Polrohr 25 des Stators 22 ein erstes Element 141 des bistabilen Elements 140 weiterhin bildet das Startermotorgehäuse 16 ein zweites Element 142 des bistabilen Elements 140. Das Polrohr 25 ist somit über das Lagerelement 90 am Starter­ gehäuse 16 derart gelagert, dass es um die Rotorlängsach­ se zwischen der ersten stabilen Stellung 144 und der zweiten stabilen Stellung 146 des bistabilen Elements 140 drehbar ist. Wenn sich das bistabile Element 140 und damit das Polrohr 25 aus der ersten stabilen Stellung 144 in die zweite stabile Stellung 146 bewegt, werden die mit dem Polrohr 25 einstückig verbundenen Stäbe 95 ebenfalls entsprechend dem Drehwinkel des Polrohrs 25 verdreht. Die Stäbe 95 betätigen dadurch die Bremsvorrichtung 100 und bewirken eine Verdrehung des Keilbahnelementes 104 um den Haltering 102. Das Keilbahnelement 104 bewirkt dabei eine Klemmkraft zwischen dem Keilbahnelement 104, den Brems­ keilen 108 und der Bremstrommel 106. Die Antriebswelle 58 dreht sich gleichzeitig mit der Rotorwelle 29 und bewirkt über das Vor- und Einspurgetriebe 65 eine Verdrehung des Mitnehmerschafts 64. Die von der Bremsvorrichtung 100 auf die Bremstrommel 106 bewirkte Klemmkraft führt zu einer am Umfang des Mitnehmerschafts 64 wirkenden Reibungskraft und damit zu einem Bremsmoment. Diese Reibungskraft bewirkt in Kombination mit dem Vor- und Einspurgetriebe 65 zwangsweise, dass sich das Starterabtriebselement 70 aus der Ruhestellung in die Andrehstellung bewegt, das heißt ein Vor- und schließlich Einspuren des Starterab­ triebselements 70 in den Zahnkranz 77. Sobald das Ab­ triebselement 70 in den Zahnkranz 77 eingespurt ist, hat sich die Bremstrommel 106 so weit in Richtung zum Zahn­ kranz 77 bewegt, dass die Bremskeile 108 schließlich hinter den Flansch 111 und damit zwischen den Flansch 111 und das Zwischenlager 55 bewegt sind. Sind die Bremskeile 108 hinter den Flansch 111 gefallen, wirkt seitens der Bremsvorrichtung 100 keine Reibungskraft mehr auf den Mitnehmerschaft 64. Der Startermotor kann nunmehr das Starterabtriebselement 70 und damit den Zahnkranz 77 ungehindert antreiben, wobei sich das Polrohr 25 aufgrund des bistabilen Elements 140 in der zweiten stabilen Stellung 146 des bistabilen Elements 140 befindet.

Solange der Plusbolzen 44, beispielsweise über die in Fig. 6 dargestellte Schaltung, mit dem Batterie-Pluspol 135 der Batterie 134 verbunden bleibt, und damit während des gesamten Startvorgangs, verbleiben die Bremsvorrich­ tung 100 und dadurch die Bremskeile 108 in einer Stel­ lung, die ein Ausspuren des Starterabtriebselements 70, das heißt eine Bewegung zurück in dessen Ruhestellung, verhindern. Dies wird dadurch sichergestellt, dass das bistabile Element 140 derart ausgelegt ist, dass bei­ spielsweise ein während eines Überholvorgangs auftreten­ des in Bezug auf das Anlaufmoment negatives Moment nicht groß genug ist, um das bistabile Element 140 und mit ihm das Polrohr 25 aus der zweiten stabilen Stellung 146 über die instabile Zwischenstellung 145 in die erste stabile Stellung 144 zu bewegen, so dass ein undefiniertes Aus­ spuren sicher vermieden wird.

Sobald der Startvorgang, beispielsweise durch das Zurück­ drehen des Zündschlüssels, abgeschlossen oder unterbro­ chen wird, wird der Plusbolzen 44, beispielsweise durch die in Fig. 6 dargestellte Schaltung, von dem Batterie- Pluspol 135 der Batterie 134 getrennt. Praktisch gleich­ zeitig wird die elektrische Rotorbremsschaltung betätigt, indem die Rotorwicklung 32 über einen Bremswiderstand R_B abgeschlossen wird. Durch, die Betätigung der elektrischen Rotorbremsschaltung 130 wird ein bezogen auf das Anlauf­ moment negatives Moment zwischen dem Stator 22 und dem Rotor 23 erzeugt. Dieses Moment bewirkt, dass sich das bistabile Element 140 und mit ihm das Polrohr 25 aus der zweiten stabilen Stellung 146 über eine instabile Zwi­ schenstellung 145 des bistabilen Elements 140 in die erste stabile Stellung 144 des bistabilen Elements 140 bewegt. Wenn sich das Polrohr in die erste stabile Stel­ lung 144 bewegt, werden die mit dem Polrohr 25 einstückig verbundenen Finger beziehungsweise Stäbe 95 erneut ent­ sprechend dem Drehwinkel des Polrohrs 25 verdreht. Dabei drehen die Finger 95 das Keilbahnelement 104 wieder in seine Ausgangslage zurück. Die Bremskeile 108 werden wieder nach radial außen angehoben. In diesem Zustand bewirkt die Ausspurfeder 76 ein definiertes Rückspuren des Starterabtriebselements 70 in seine Ruhestellung.

Alternativ zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form sind selbstverständlich ebenfalls Ausführungsformen denkbar, bei denen anstelle des Polrohrs andere bewegli­ che Starterelemente zur Übertragung der entsprechenden Momente verwendet werden.

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Darstel­ lung einer möglichen Ausführungsform eines Polrohrs 25, das mit dem in Fig. 1 dargestellten Starter verwendet werden kann. Das Polrohr 25 weist ein fingerartiges erstes Element 141 auf, das Bestandteil des bistabilen Elements 140 ist. An dem ersten Element 141 greift ein Federelement 92 in Form einer Druck-Schraubenfeder an, wobei die Funktionsweise des teilweise durch das Polrohr 25 gebildeten bistabilen Elements 140 an Hand von Fig. 3 erläutert wird.

Fig. 3 zeigt eine erste Ausführungsform des bistabilen Elements 140. Gemäß Fig. 3 weist das insgesamt mit 140 bezeichnete bistabile Element ein erstes Element 141 auf, das bezüglich einem zweiten Element 142 in eine erste stabile Stellung 144 und in eine zweite stabile Stellung 146 bringbar ist. Wie erwähnt kann das erste Element 141 beispielsweise Bestandteil eines Polrohrs 25 oder zumin­ dest kraftschlüssig mit diesem verbunden sein. Das zweite Element 142 kann beispielsweise durch ein Startermotorge­ häuse 16 gebildet werden. Zwischen dem ersten Element 141 und dem zweiten Element 142 ist ein Federelement 143 angeordnet, das im dargestellten Fall durch eine Druck- Schraubenfeder gebildet ist. Gemäß Fig. 3 weist das zweite Element 142 einen die erste stabile Stellung 144 festlegenden ersten Anschlag 147 und einen die zweite stabile Stellung 146 festlegenden zweiten Anschlag 148 auf. Während die erste stabile Stellung 144 und die zweite stabile Stellung 146 des ersten Elements 141 in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnet sind, stellt die mit durchgezogener Linie eingezeichnete Stellung des ersten Elements 141 eine instabile Zwischenstellung 145 dar. In dieser instabilen Zwischenstellung 145 ergibt sich ein lokales Potentialmaximum, wie dies später an Hand von Fig. 10 noch näher erläutert wird.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des bistabilen Elements 140. Auch die in Fig. 4 dargestellte Ausfüh­ rungsform des bistabilen Elements 140 kann mit dem in Fig. 1 dargestellten Starter verwendet werden, der Bestandteil der erfindungsgemäßen Startvorrichtung ist. Gemäß Fig. 4 wirkt das beispielsweise durch ein Polrohr 25 gebildete erste Element 141 des insgesamt mit 140 bezeichneten bistabilen Elements mit einem Blattfederele­ ment 143 zusammen, das an einem zweiten Element 142 des bistabilen Elements 140 befestigt ist. Auch in diesem Fall kann das zweite Element 142 beispielsweise durch das Startermotorgehäuse 16 gebildet sein. Das Blattfederelement 143 weist eine erste Mulde, die einen ersten An­ schlag 147 bildet, und eine zweite Mulde auf, die einen zweiten Anschlag 148 bildet. Auch in Fig. 4 sind die erste stabile Stellung 144 und die zweite stabile Stel­ lung 146 gestrichelt dargestellt, während die instabile Zwischenstellung des ersten Elements 141 mit durchgezoge­ ner Linie dargestellt ist.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform des bistabilen Elements 140. Bei dieser Ausführungsform weist das bista­ bile Element 140 ein um eine exzentrisch angeordnete Drehachse 150 drehbares Element 149 auf. Das drehbare Element 149 ist im Wesentlichen dreieckförmig, wobei eine Dreiecksspitze 151 an einem Blattfederelement 143 an­ liegt. Auch in Fig. 5 entspricht die mit durchgezogener Linie dargestellte Stellung des ersten Elements 141 der instabilen Zwischenstellung 145. In dieser instabilen Zwischenstellung liegen die Dreiecksspitze 151, die Drehachse 150 und die in eine Ausnehmung 152 eingreifende Spitze des ersten Elements 141 in etwa auf einer Geraden. Die erste stabile Stellung 144 und die zweite stabile Stellung 146 werden dabei durch einen ersten Anschlag 147 und einen zweiten Anschlag 148 vorgegeben, an denen das drehbare Element 149 jeweils anliegt, wenn sich das erste Element 141 in einer der stabilen Stellungen befindet.

Fig. 6 zeigt ein Prinzipschaltbild für die erfindungsge­ mäße Rotorbremsschaltung, die insgesamt mit 130 bezeich­ net ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass die die elektrische Rotorbremsschaltung bildenden Schaltungskomponenten im Sinne der vorliegenden Erfindung auch dann als Bestand­ teil der Startvorrichtung betrachtet werden, wenn sie räumlich getrennt von dem Starter angeordnet sind, der den Startermotor 20 aufweist.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform weist die elektrische Rotorbremsschaltung 130 einen Startsig­ nalgeber 131, einen insgesamt mit 138 bezeichneten Wech­ selschalter sowie zumindest einen Bremswiderstand R_B auf. Weiterhin ist in Fig. 6 ein Startermotor 20 angedeutet, der Statorpole 26 und einen Rotor 23 aufweist. Ein nicht näher dargestellter Kommutator wirkt in bekannter Weise mit Bürsten 38 zusammen, wobei ein Plusbolzen 44 schema­ tisch angedeutet ist. Weiterhin ist in Fig. 6 eine Fahrzeugbatterie 134 dargestellt, deren Batterie-Minuspol 136 in bekannter Weise mit der Fahrzeugmasse 137 verbun­ den ist.

Die Funktionsweise der in Fig. 6 dargestellten Schaltung ist wie folgt. Gemäß Fig. 6 befindet sich der Wechsel­ schalter 138 in einer zweiten Schalterstellung in der die Rotorwicklung 32 über den Bremswiderstand R_B abgeschlos­ sen ist. Bei der dargestellten Schalterstellung des Wechselschalters 138 ist ein zweiter Kontakt 133 ge­ schlossen, über den die Rotorwicklung 32 mit dem einsei­ tig auf Masse liegenden Bremswiderstand R_B verbunden wird. Diese Schalterstellung entspricht dem Zustand "Rotor bremsen". Sie kann jedoch ebenfalls als Ruhestel­ lung verwendet werden. Solange beispielsweise ein Zünd­ schlüssel in die Start-Stellung gedreht wird, erzeugt der Startsignalgeber 131 ein Signal, das den Wechselschalter 138 derart steuert, dass ein erster Kontakt 132 geschlossen wird, wodurch der Plusbolzen 44 mit dem Batterie- Pluspol 135 der Batterie 134 verbunden wird, während der zweite Kontakt 133 gleichzeitig mit beziehungsweise kurz vor dem Schließen des ersten Kontakts 132 geöffnet wird. Der Wechselschalter 138 verbleibt in dieser ersten Schal­ terstellung, bis der Startvorgang abgeschlossen oder abgebrochen wird, wobei das durch das Bestromen des Startermotors 20 zwischen Rotor und Stator wirkende Moment zumindest teilweise dazu verwendet werden kann, das bistabile Element 140 in seine zweite stabile Stel­ lung 146 zu bringen, falls es sich nicht ohnehin in dieser Stellung befindet.

Sobald der Startvorgang abgeschlossen oder unterbrochen wird, steuert der Startsignalgeber 131 den Wechselschal­ ter 138 derart, dass der erste Kontakt 132 geöffnet wird, während der zweite Kontakt 133 geschlossen wird. Durch das Schließen des zweiten Kontakts 133 wird die elektri­ sche Rotorbremsschaltung betätigt und eine signifikante Veränderung des Momentenverlaufs hervorgerufen, die an Hand der Fig. 7 bis 9 noch näher erläutert wird.

Fig. 7 zeigt die Moment- und Drehzahlverläufe eines Rotors, der mit der erfindungsgemäßen Rotorbremsschaltung unter Verwendung verschiedener Bremswiderstände gebremst wurde. Dabei ist auf der x-Achse die Zeit in Sekunden aufgetragen, während auf der y₁-Achse das Rotormoment und auf der y₂-Achse die Rotordrehzahl aufgetragen ist. Die mit R_B = ∝ gekennzeichnete Kurve gibt dabei den ungebrems­ ten Verlauf an.

Fig. 8 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt der Moment- und Drehzahlverläufe von Fig. 7. Auch in Fig. 8 ist daher auf der x-Achse die Zeit in Sekunden aufgetragen, während auf der y₁-Achse das Rotormoment und auf der y₂- Achse die Rotordrehzahl aufgetragen ist. Gemäß Fig. 8 wird die elektrische Rotorbremsschaltung zum Zeitpunkt t = 3 s betätigt. Dem Verlauf der Kurven ist zu entnehmen, dass die Signifikanz der Veränderung der Kurvenverläufe zunimmt, wenn der Widerstandswert des Bremswiderstandes verringert wird. Bei Bremswiderständen R_B mit einem Wi­ derstandswert bis zu 50 mΩ erhält man ein Bremsmoment, das in besonders vorteilhafter Weise zur Betätigung eines mechanischen Elementes genutzt werden kann.

Fig. 9 zeigt das Bremsverhalten eines durch die erfin­ dungsgemäße Rotorbremsschaltung gebremsten Rotors in Form des Bremsmoments und der Auslaufzeit in Abhängigkeit vom verwendeten Bremswiderstand. Dabei ist auf der x-Achse der Widerstandswert des Bremswiderstandes R_B in Ohm auf­ getragen, während auf der y₁-Achse das der Kurve K1 zuge­ ordnete Bremsmoment in Nm und auf der y₂-Achse die der Kurve K2 zugeordnete Auslaufzeit in Sekunden aufgetragen ist.

Fig. 10 zeigt eine durch ein bistabiles Element 140 verwirklichte Potentialfunktion in Abhängigkeit von der Stellung des ersten Elements 141 des bistabilen Elements 140. Dabei ist auf der x-Achse die Stellung des ersten Elementes 141 des bistabilen Elements 140 aufgetragen, während auf der U-Achse das Kraft- bzw. Momentpotential aufgetragen ist. Die Stellungen x₁ und x₃ entsprechen der ersten stabilen Stellung 144 und der zweiten stabilen Stellung 146 des ersten Elements 141. Die instabile Zwischenstellung 145 entspricht dem lokalen Potentialma­ ximum bei x₂. Dadurch, dass für einen Wechsel zwischen der ersten stabilen Stellung 144 und der zweiten stabilen Stellung 146 das Potentialmaximum bei x₂ überwunden wer­ den muss, kann ein ungewolltes Ausspuren, beispielsweise beim Überholen des Starters, sicher vermieden werden.

Claims (15)

1. Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen, mit einem Starterabtriebselement (70), das in eine Ruhestel­ lung und in eine Andrehstellung bringbar ist, in der es in Wirkverbindung mit dem Verbrennungsmotor steht, und mit einem Startermotor (20), der einen Stator (22) und einen Rotor (23) aufweist, wobei eine elektrische Rotorbremsschaltung (130) vorgesehen ist, und wobei ein durch die elektrische Rotorbremsschal­ tung (130) erzeugtes Moment zumindest teilweise auf Mittel (25, 95, 104, 140) übertragen wird, die ein Zu­ rückkehren des Starterabriebselementes (70) in die Ruhe­ stellung ermöglichen und/oder mitbewirken.

2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die elektrische Rotorbremsschaltung (130) zumindest einen Widerstand (R_B) umfasst, über den zumin­ dest eine Rotorwicklung (32) zur Aktivierung der elektri­ schen Rotorbremsschaltung (130) abschließbar ist.

3. Startvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Rotorbremsschaltung (130) einen Wechselschalter (138) aufweist, dass in einer ersten Schalterstellung des Wechselschalters (138) die zumindest eine Rotorwicklung (32) bestromt wird, und dass in einer zweiten Schalterstellung des Wechselschalters (138) die zumindest eine Rotorwicklung (32) über den zumindest einen Widerstand (R_B) abgeschlossen ist.

4. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass ein Startsignalgeber (131) den Wechselschalter (138) steuert.

5. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 95, 104, 140) weiterhin einen Wechsel des Starterabtriebsele­ mentes (70) aus der Ruhestellung in die Andrehstellung ermöglichen und/oder mitbewirken, und dass ein zwischen dem Stator (22) und dem Rotor (23) wirkendes Anlaufmoment zumindest teilweise auf die Mittel (25, 95, 104, 140) übertragen wird, um den Wechsel des Starterabtriebsele­ mentes (70) in die Andrehstellung zu ermöglichen und/oder mitzubewirken.

6. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 95, 104, 140) ein bistabiles Element (140) umfassen, das in einer ersten stabilen Stellung (144) ein Zurückkehren des Starterabriebselementes (70) in die Ruhestellung ermög­ licht und/oder mitbewirkt und das in einer zweiten stabi­ len Stellung (146) einen Wechsel des Starterabtriebsele­ mentes (70) in die Andrehstellung ermöglicht und/oder mitbewirkt.

7. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass das bistabile Element (140) ein erstes Element (141) aufweist, das bezüglich einem zweiten Element (142) in die erste stabile Stellung (144) und in die zweite stabile Stellung (146) bringbar ist.

8. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von der ersten stabilen Stellung (144) zu der zweiten stabilen Stellung (146) über eine instabile Zwischenstellung (145) erfolgt.

9. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Element (141) und dem zweiten Element (142) ein Federele­ ment (143) vorgesehen ist.

10. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Element (142) einen die erste stabile Stellung (144) festlegenden ersten Anschlag (147) und/oder einen die zweite stabile Stellung (146) festlegenden zweiten Anschlag (148) auf­ weist.

11. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polrohr (25) des Stators (22) das erste Element (141) aufweist, dass das Polrohr (25) von einem Startermotorgehäuse (16) umgeben ist, und dass das Startermotorgehäuse (16) das zweite Element (142) bildet oder fest mit diesem verbun­ den ist.

12. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polrohr (25) durch Lagerelemente (90) am Startermotorgehäuse (16) derart gelagert ist, dass es um die Rotorlängsachse zwischen der ersten stabilen Stellung (144) und der zweiten stabilen Stellung (146) drehbar ist.

13. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 95, 104, 140) eine auf das Starterabtriebselement (70) wir­ kende Sperrvorrichtung (104) und/oder eine auf das Star­ terabtriebselement (70) wirkende Bremsvorrichtung (100) betätigen, wenn sich das bistabile Element (140) in der zweiten stabilen Stellung (146) befindet und/oder in diese bewegt.

14. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (25, 95, 104, 140) eine auf das Starterabtriebselement (70) wir­ kende Sperrvorrichtung (104) und/oder eine auf das Star­ terabtriebselement (70) wirkende Bremsvorrichtung (100) lösen, wenn sich das bistabile Element (140) in der ersten stabilen Stellung (144) befindet und/oder in diese bewegt.

15. Startvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Start­ vorrichtung ein Brems-Schraubtriebstarter ist.