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Die
Erfindung betrifft ein Motormodul für einen Starter einer Verbrennungsmaschine,
sowie ein Starter mit einem solchen Modul und ein Verfahren zu seiner
Herstellung mit den im Oberbegriff der Ansprüche 1, 7 bzw. 8 angegebenen
Merkmalen.
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Aus
der
EP 0 518 877 B1 der
Anmelderin ist bereits ein kompakter Starter für einen Verbrennungsmotor bekannt,
dessen Motormodul einen in zwei Drehlagern eines Polgehäuses gelagerten
Rotor oder Anker umfasst.
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Bei
den bekannten Serienstartern wird zuerst ein Kommutatorlagerdeckel
mit dem einen Drehlager des Rotors durch Einpassen in einem Polgehäuse zentriert.
Anschließend
werden das Antriebslager, das Polgehäuse, das Planetengetriebe und
das Kommutatorlager des Starters durch zwei lange Schraubenbolzen
miteinander verspannt, wobei diese Schraubverbindungen den Zusammenhalt des
gesamten Starters sichern. Über
dem Kommutatorlagerdeckel wird zuletzt noch eine Verschlusskappe
mit einer Bürstenplatte
angebracht, wobei diese beiden Teile bei der Endmontage mittels
zweier weiterer Schrauben gegen das dazwischen angeordnete Kommuta torlager
gezogen werden. Die große
Anzahl von Schraubverbindungen hat jedoch einen verhältnismäßig hohen
Montageaufwand zur Folge. Um Bauteiltoleranzen des Rotors und des
Kommutatorlagers auszugleichen, müsste dort außerdem ein
vorgegebenes axiales Spiel des Rotors mittels Ausgleichsscheiben
eingestellt werden. Aus Vereinfachungsgründen nimmt man daher die beschriebene Toleranzkette
in Kauf und akzeptiert das sich einstellende Spiel. So entsteht
für den
Rotor an dieser Stelle ein Festlager, während die gegenüberliegende
Seite in bekannter Weise in der Antriebswelle gelagert ist (Loslager).
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Motormodul,
der erfindungsgemäße Starter
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
mit den im Anspruch 1, 7 bzw. 8 genannten Merkmalen bieten demgegenüber den
Vorteil, dass sich der Lagerdeckel und das Gehäuse mit geringem Montageaufwand
in einer Stellung starr verbinden lassen, in welcher der Rotor mit
dem vorgegebenen axialen Spiel innerhalb des Gehäuses gelagert ist, dessen Einhaltung
bei jedem fertig gestellten Motormodul bzw. Starter unabhängig von
den jeweiligen Bauteiltoleranzen gewährleistet ist.
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In
bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Rotor zudem schwimmend
gelagert, d.h. er kann sich im Betrieb zwischen gegenüberliegenden Anlaufflächen der
beiden Drehlager frei axial verschieben, wodurch anders als bei
bekannten Startern, bei denen der Rotor gewöhnlich in einem Festlager und
einem Loslager gelagert ist, nicht nur auf Ausgleichsscheiben sondern
auch auf die Siche rungsringe verzichtet werden kann, mit denen der Rotor
bekannter Starter im Festlager gesichert wird.
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Als
Verprägen
wird im Kontext der vorliegenden Anmeldung eine Fügetechnik
verstanden, die es gestattet, zwei flächig gegeneinander anliegende und
vorzugsweise als Blechteile ausgebildete Teile in einer beliebigen
gewünschten
Lagebeziehung formschlüssig
miteinander zu verbinden. Zum Verprägen der beiden Teile wird eines
von diesen Teilen mit einer oder mehreren Öffnungen oder Ausnehmungen versehen,
die in Verlängerung
eines Bewegungswegs eines Prägestempels
angeordnet werden, der nach der Einstellung der gewünschten
Lagebeziehung Bereiche des anderen Teils unter Verformung in die Öffnung oder
Ausnehmung drückt,
so dass sie gegen Begrenzungen der Öffnung oder Ausnehmung anliegen,
was eine spätere
Relativverschiebung der beiden Teile entlang ihrer gegeneinander
anliegenden Oberflächen
verhindert.
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Wenn
die beiden miteinander verprägten
Teile zylindrisch geformt sind und mit benachbarten Umfangsflächen gegeneinander
anliegen, wird darüber hinaus
auch eine Relativbewegung senkrecht zu den gegeneinander anliegenden
Umfangsflächen
verhindert, weshalb zum Verbinden des Gehäuses mit dem Lagerdeckel vorzugsweise
ein zylindrischer Mantel des ersteren mit einem zylindrischen Umfangsflansch
des letzteren verprägt
wird.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Verprägen
mittels eines oder mehrerer, in Bezug zur Drehachse des Rotors radial
beweglicher Prägestempel
erfolgt, die beim Verprägen
Teilbereiche des zylindrischen Gehäusemantels radial nach innen
in die radial einwärts
davon angeordneten Ausnehmungen o der Öffnungen im zylindrischen Umfangsflansch
des Lagerdeckels drücken.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das mit den
Ausnehmungen versehene Teil aus einem Blech mit hoher Steifigkeit
hergestellt, während
das zu verformende Teil aus einem Blech mit größerer Duktilität besteht.
Vorzugsweise werden Teilbereiche des aus Aluminium bestehenden Gehäuses vom
Prägestempel
in Ausnehmungen des aus Stahlblech hergestellten Lagerdeckels gedrückt, und
zwar zweckmäßig so weit, dass
sie über
die entgegengesetzte Breitseitenfläche des Stahlblechs überstehen.
Dabei schneiden sich die dem Aluminiumblech zugewandten Ränder der Ausnehmung
in das Aluminiumblech ein und halten dieses sicher fest, selbst
wenn sie beim Ausstanzen der Ausnehmungen aus dem Stahlblech etwas
abgerundet worden sind, um an den Verprägungsstellen übermäßig hohe
Spannungsspitzen im Aluminiumblech zu vermeiden.
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Um
zu verhindern, dass sich das Stahlblech des Umfangsflanschs des
Lagerdeckels verbiegt, wenn der Prägestempel das Aluminiumblech
des Gehäusemantels
in die Öffnungen
oder Ausnehmungen drückt,
wird das Stahlblech während
des Verprägens zweckmäßig auf
seiner vom Gehäusemantel
abgewandten Seite von einer Gegenform abgestützt, die als Widerlager und
bevorzugt zugleich als Matrize dient. Diese Gegenform weist dann
eine an die Form des jeweiligen Prägestempels und den Umriss der Ausnehmung
oder Öffnung
angepasste Vertiefung auf, die zweckmäßig in Verlängerung des Bewegungspfades
des Prägestempels
jenseits der Ausnehmung oder Öffnung
angeordnet ist, nachdem die Gegenform in axialer Richtung in einen
dort vorgesehenen Zwischenraum eingeführt worden ist.
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Vor
dem Verprägen
des Gehäuses
mit dem Lagerdeckel wird gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens der Lagerdeckel
bis in die Nähe
seiner Endstellung in das Gehäuse
eingeführt
und dort vorübergehend
festgehalten, woraufhin das vorhandene axiale Spiel des Rotors gemessen wird.
Von dem gemessenen axialen Spiel wird dann das vorgegebene axiale
Spiel subtrahiert, bevor zuletzt der Lagerdeckel um die Differenz,
d.h. das Ergebnis der Subtraktion des vorgegebenen axialen Spiels
vom vorhandenen axialen Spiel, weiter in seine Endstellung verschoben
wird, wo er durch das Verprägen
mit dem Gehäuse
verbunden wird. Zur Messung des vorhandenen axialen Spiels des Rotors wird
zweckmäßig der
zuvor bis zum Anschlagen in das Gehäuse eingeführte Rotor in umgekehrter Richtung
bis zum Anschlagen gegen den festgehaltenen Lagerdeckel zurück bewegt
und dabei der Bewegungsweg gemessen.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnungen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Längsschnittansicht
eines Motormoduls eines Starters für eine Verbrennungsmaschine;
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2 eine
schematische Längsschnittansicht
eines Werkzeugs zum Befestigen eines Lagerdeckels des Motormoduls;
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3 eine
perspektivische Ansicht von zusammenwirkenden Teilen eines Gehäusemantels und
des Lagerdeckels des Motormoduls sowie eines Teils des Werkzeugs
aus 2.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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Das
in 1 dargestellte, im Wesentlichen von einem permanenterregten
Gleichstrommotor gebildete Motormodul 2 eines Starters
einer Verbrennungsmaschine eines Kraftfahrzeugs besteht im Wesentlichen
aus einem durch Tiefziehen aus Aluminium hergestellten einseitig
offenen topfförmigen
Gehäuse 4,
einem ortsfest in das Gehäuse 4 eingesetzten
Stator 6 und einem in Bezug zum Stator 6 drehbar
gelagerten Rotor 8.
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Das
Gehäuse 4 weist
an der Innenseite eines Gehäusebodens 10 an
seinem geschlossenen Stirnende einen nach innen überstehenden ringförmigen Steg 12 auf,
der beim Tiefziehen des Gehäuses 4 in
den Boden 10 eingeformt worden ist. Der Steg 12 begrenzt
eine einseitig offene zylindrische Ausnehmung 14, in die
eine Sinterbuchse 16 eingesetzt ist, welche das eine Gleitlager
für eine
Rotorwelle 18 des Rotors 8 bildet. Das andere
Gleitlager wird von einer weiteren Sinterbuchse 20 in der
Nähe des
entgegengesetzten Stirnendes der Rotorwelle 18 gebildet.
Diese Sinterbuchse 20 wird von einem Lagerdeckel 22 gehalten,
der in das offene Stirnende in das Gehäuse 4 eingesetzt und
durch Verprägen
von Teilbereichen 24 eines zylindrischen Mantels 26 des Gehäuses 4 in
mehreren im Winkelabstand voneinander angeordneten Ausnehmungen 28 (Ausschnitt A
in 1) eines am Umfang des Lagerdeckels 22 axial überstehenden
zy lindrischen Umfangsflanschs 30 starr mit dem Gehäuse 4 verbunden
wird.
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Der
Rotor 8 ist schwimmend in den beiden Sinterbuchsen 16, 20 gelagert,
so dass er sich im Betrieb mit einem vorgegebenen axialen Spiel
S (Ausschnitt B in 1) zwischen einer Anlauffläche der Sinterbuchse 16 im
Boden 10 des Gehäuses 4 und einer
gegenüberliegenden
Anlauffläche
der Sinterbuche 20 im Lagerdeckel 22 hin und her
bewegen kann. Dadurch kann auf Sicherungsringe zur Befestigung des
Rotors 8 in einem Festlager und auf Spielausgleichsscheiben
zur Einstellung des vorgegebenen axialen Spiels S verzichtet werden.
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Der
Rotor 8 umfasst neben der Rotorwelle 18 ein Ankerblechpaket 32 mit
einer Ankerwicklung 34, die über einen Kommutator 36 und
zwei Kohlebürsten 38 (nur
eine sichtbar) mit zugehörigen
Anschlusskabeln 40 mit Gleichstrom aus einer Batterie des Kraftfahrzeugs
versorgt wird. Der Kommutator 36 ist in konventioneller
Weise auf eine auf der Rotorwelle 18 angebrachte Stahlwendel 42 aufgepresst,
während
die Kohlebürsten 38 von
dem als Bürstenplatte ausgebildeten
Lagerdeckel 22 getragen werden.
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Über den
Lagerdeckel 22 und das Motormodul 2 steht in axialer
Richtung ein sogenanntes Schwenkpolrohr 44 über, das
Teil einer Vorspureinheit (nicht dargestellt) des Starters ist und
bei einem Startvorgang durch seine Schwenkbewegung ein Starterritzel
(nicht dargestellt) des Starters über eine Hubrampe in einen
Zahnkranz einspurt. Das Schwenkpolrohr 44 ist mit zwei
Lagerdeckeln 31 und 33 an den entgegengesetzten
Stirnseiten des Rotors 8 fest verbunden und wird jeweils
auf einem Bund der beiden Lagerbuchsen 16 und 20 gehalten,
die im Gehäuse 4 bzw.
im Lagerdeckel 22 eingepresst sind.
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Der
Stator 6 besteht im Wesentlichen aus einem Polgehäuse 46 und
mehreren, im Polgehäuse 46 angeordneten
Dauermagneten 48. Der Stator 6 ist in konventioneller
Weise aufgebaut und wird daher nicht näher beschrieben.
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Bei
der Montage des Motormoduls 2 wird zuerst die Sinterbuchse 16 in
die Ausnehmung 14 im Boden 10 des Gehäuses 4 eingepresst
und der Stator 6 starr im Gehäuse 4 montiert. Anschließend werden
in vormontiertem Zustand der Rotor 8 mit der Rotorwelle 18,
ein Schwenkpolgehäuse
mit dem Schwenkpolrohr 44 und der Lagerdeckel 22 gemeinsam
durch das offene Stirnende in das Gehäuse 4 eingeführt, bis
die Rotorwelle 18 gegen die Anlauffläche der Sinterbuchse 16 anschlägt. Der
Lagerdeckel 22 wird etwa 2 bis 3 mm vor seiner Endstellung,
in welcher der Rotor 8 mit dem vorgegebenen axialen Spiel
S zwischen den Anlaufflächen
der beiden Sinterringe 16, 20 hin und her beweglich
ist, in einer vorläufigen
Stellung festgehalten, zum Beispiel durch einen Reibsitz im Gehäuse 4.
In dieser vorläufigen Stellung
wird das vorhandene axiale Spiel S + x des Rotors 8 gemessen,
das um ein unbekanntes Maß x größer als
das vorgegebene Spiel S ist. Um dieses Spiel S + x zu ermitteln,
wird der nach außen über den
Lagerdeckel 22 überstehende
Wellenstumpf 52 der Rotorwelle 18 ergriffen und
der gesamte Rotor 8 bis zum Anschlagen gegen die Anlauffläche der
Sinterbuchse 20 in Richtung des Lagerdeckels 22 bewegt,
wobei der Bewegungsweg des Rotors 8 und damit das vorhandene
axiale Spiel S + x genau gemessen wird. Von diesem vorhandenen axialen
Spiel S + x wird dann das vorgegebene axiale Spiel S des Rotors 8 subtrahiert,
um das Maß x zu
bestimmen, um welches der Lagerdeckel 22 im Reibsitz weiter
ins Innere des Gehäuses 4 gedrückt werden
muss, bis der Rotor 8 das vorgegebene axiale Spiel S besitzt und
der Lagerring 22 durch Verprägen starr mit dem Gehäusemantel 26 verbunden
werden kann, wodurch dieses Spiel S im Betrieb des Starters dauerhaft
gewährleistet
bleibt.
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Die
Messung des vorhandenen axialen Lagerspiels S + x und das Verprägen des
Lagerdeckels 22 mit dem Gehäusemantel 26 kann
mit dem in 2 schematisch dargestellten
Werkzeug 54 erfolgen. Dieses Werkzeug umfasst eine Auflagefläche 56,
auf der sich der Boden 10 des Gehäuses 4 des Motormoduls 2 abstützt, mehrere
in einer Stempelführung 58 geführte Prägestempel 60 (nur
einer sichtbar), die im Winkelabstand voneinander angeordnet und
in Bezug zu einer Längsachse 62 des
Gehäuses 4 und
des Rotors 8 (in 2 nicht
dargestellt) radial beweglich sind, sowie eine die Stempelführung 58 tragende
Halterung 64. Diese Halterung 64 trägt weiter
einen zylindrischen Werkzeugteil 66, der sich in das offene
Stirnende des abgestützten
Gehäuses 4 einführen und
in diesem zentrieren lässt.
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Der
Werkzeugteil 66 ist mit einer Greifeinrichtung (nicht dargestellt)
versehen, mit deren Hilfe das über
den Lagerdeckel überstehende
Stirnende 52 der Rotorwelle 18 ergriffen und der
auf der Anlauffläche
der Sinterbuchse 16 in der Ausnehmung 14 aufliegende
Rotor 8 zwecks Messung des vorhandenen axialen Spiels S
+ x in Bezug zur Halterung 64 und zum Gehäuse 4 angehoben
werden kann, bis er gegen die Anlauffläche der anderen Sinterbuchse 20 im
Lagerdeckels 22 anschlägt.
Dieser Bewegungsweg kann mit einem in die Halterung 64 integrierten Messgerät (nicht
dargestellt) gemessen und damit das vorhandene axiale Spiel S +
x des Rotors 8 in der vor läufigen Stellung des Lagerdeckels
ermittelt werden. Nach der Messung des vorhandenen Spiels S + x
wird in einem mit dem Messgerät
gekoppelten Rechner das vorgegebene oder gewünschte axiale Spiel S des Rotors
vom gemessenen Spiel S + x subtrahiert, um das Maß x zu ermitteln,
um das der Lagerdeckel 22 vor dem Verprägen weiter in das Gehäuse 4 gedrückt werden
muss.
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Der
Werkzeugteil 66 ist weiter mit mehreren Gegenlagern 70 versehen,
die in jeweils in Verlängerung
des Bewegungswegs der Prägestempel 60 radial
einwärts
von den Ausnehmungen des Lagerdeckels angeordnet sind. Diese Gegenlager 70 stützten den
aus Stahlblech bestehenden Umfangsflansch 30 beim Verprägen radial
von innen her ab und verhindern dadurch, dass er sich verformt.
Außerdem
dienen sie als Matrizen für
die Prägestempel 60,
welche die von den letzteren radial nach innen durch die Ausnehmungen 28 des
Lagerdeckels 22 hindurch gedrückten Teilbereiche 24 des
Gehäusemantels 26 aufnehmen
und dazu beitragen, diesen eine gewünschte Form zu verleihen.
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3 zeigt
in vergrößerter perspektivischer Darstellung
einen Teil des Ausschnitts A aus 1 und 2,
wo der Gehäusemantel 26 mit
dem Umfangsflansch 30 des Lagerdeckels 22 verprägt worden
ist. An dieser Stelle ist ein ursprünglich rechteckiger Teilbereich
des Gehäusemantels 26 durch
die radial einwärts
davon angeordnete, als rechteckiger Ausschnitt im Umfangsflansch 30 ausgebildete
Ausnehmung 28 hindurch nach innen verformt bzw. durch die
Ausnehmung 28 gezogen, so dass er in Form einer halbzylindrischen
Sicke 24 ein Stück
weit über
die innere Oberfläche
des Flanschs 30 übersteht
und in eine zum Stirnende des Prägestempels 60 etwa
komplementäre
Vertiefung 72 des Gegenlagers 70 ragt. Während des Verprägens, das
heißt während des
Fügevorgangs,
wird das Aluminiumblech des Gehäusemantels 26 vom
Prägestempel 60 durch
die Ausnehmung 28 gedrückt,
durch deren Mitte sich die Längsachse
des Prägestempels 60 erstreckt.
Dabei wird das Aluminiumblech des Gehäusemantels 26 nicht
nur vom Prägestempel
verformt, sondern auch von den Rändern 74 der
Ausnehmung 28, die sich in das duktilere Material des Gehäusemantels 26 einschneiden
und dadurch selbst eine minimale Verschiebung des Lagerdeckels 22 in
axialer oder Umfangsrichtung des Gehäuses 4 in Bezug zu diesem
verhindern und zudem eine gute Masseanbindung sicherstellen.
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Der
Umriss der Ausnehmungen 28 im Umfangsflansch 30 des
Lagerdeckels 22 braucht nicht rechteckig sein, sondern
kann beliebige Formen annehmen, einschließlich kreisförmig, sollte
jedoch an den Querschnitt des Stirnendes des Prägestempels 60 angepasst
sein und etwa um die Blechdicke des Gehäusemantels 26 größere Abmessungen
als dieser Querschnitt aufweisen. An Stelle von Ausschnitten im
Umfangsflansch 30 können
auch zuvor in diesen eingeformte Taschen oder Vertiefungen vorgesehen
werden.