DE102009028872A1

DE102009028872A1 - Elektromotor, insbesondere Startermotor für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009028872A1
Application number: DE102009028872A
Authority: DE
Inventors: Thomas Biessenberger; Horst Lambacher; Oliver Neumann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: SEG Automotive Germany GmbH
Priority date: 2009-08-26
Filing date: 2009-08-26
Publication date: 2011-03-03

Abstract

Ein Elektromotor, insbesondere in einem Starter für einen Verbrennungsmotor, weist einen in einem Gehäuse umlaufenden Anker auf, wobei zwischen dem Anker und dem Gehäuse eine Fliehkraftbremse angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, insbesondere einen Startermotor für einen Verbrennungsmotor, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Stand der Technik
In der DE 35 39 851 A1 wird ein elektrischer Startermotor für eine Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Drehbewegung des Ankers des Elektromotors üblicherweise über einen Freilauf mit einem Starterritzel verbunden ist. Der Freilauf dient als Schutz vor einer Überdrehzahl für den Fall, dass im eingeklinkten Zustand die verbrennungsmotorische Drehzahl die Starterdrehzahl übersteigt. Der Freilauf stellt sicher, dass nur geringe Antriebskräfte, welche aus einem Freilaufüberholmoment resultieren, auf den Anker übertragen werden.
Falls sich jedoch der Starter über längere Zeit im Freilaufbetrieb befindet, genügt die trotz aktiviertem Freilauf stattfindende Kraftübertragung, um den Anker auf eine unzulässig hohe Drehzahl zu beschleunigen, was zu einer Zerstörung des Starters führen kann.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Beschädigungen durch unzulässig hohe Drehzahlen in einem Elektromotor, welcher insbesondere Bestandteil eines Starters für einen Verbrennungsmotor ist, zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
Der erfindungsgemäße Elektromotor wird vorzugsweise in einem Starter für einen Verbrennungsmotor eingesetzt, um beim Startvorgang die Drehzahl des Verbrennungsmotors bis zum Selbstlauf zu erhöhen. Der Elektromotor weist in einem Gehäuse einen umlaufenden Anker auf, wobei zwischen dem Anker und dem Gehäuse eine Fliehkraftbremse angeordnet ist, welche mindestens eine Bremsbacke am Anker umfasst, die fliehkraftabhängig zwischen einer nicht-ausgelenkten Ausgangsposition und einer radial ausgelenkten Bremsposition verstellbar ist. In der Bremsposition wirkt die mindestens eine Bremsbacke mit einem gehäuseseitigen Bremspartner zusammen.
Mithilfe der Fliehkraftbremse kann die Maximaldrehzahl des Ankers begrenzt werden, so dass sichergestellt ist, dass die Ankerdrehzahl eine zulässige Grenzdrehzahl nicht überschreitet. Auf diese Weise werden Beschädigungen und Zerstörungen vermieden, welche durch eine unzulässig hohe Ankerdrehzahl entstehen können.
Die Fliehkraftbremse ist in den Elektromotor integriert, sämtliche Bremspartner der Fliehkraftbremse befinden sich innerhalb des Gehäuses des Elektromotors, so dass kein Zusammenwirken mit einem externen Bremspartner erforderlich ist. Der Elektromotor einschließlich der Fliehkraftbremse bildet somit eine abgeschlossene Baueinheit, die in einen Starter bzw. eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen integriert werden kann.
Die Grenzdrehzahl, bei der die Fliehkraftbremse wirksam wird, wird individuell in Abhängigkeit verschiedener Einflussgrößen festgelegt. Konstruktiv erfolgt dies vorzugsweise über die Geometrie und Dimensionierung der Bremsbacke am Anker.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist der gehäuseseitige Bremspartner, mit dem die Bremsbacke am Anker zusammenwirkt, als eine Bremstrommel ausgeführt, die sich auf der Gehäuseinnenseite des den Anker aufnehmenden Gehäuses befindet. Aus Gründen einer symmetrischen Kraftverteilung sind vorzugsweise über den Umfang gleichmäßig verteilt mehrere Bremsbacken angeordnet, beispielsweise drei Bremsbacken in einem 120°-Winkelabstand, die in der Bremssituation radial nach außen ausgelenkt sind und bremsend an der Innenseite der umschließenden Bremstrommel anliegen. Die Bremsbacken und die Bremstrommel befinden sich in Achsrichtung gesehen vorzugsweise im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses benachbart zu einem Kommutator am Anker bzw. einem Kommutatorlager am Gehäuse. Die Bremsbacken sind insbesondere an einem Übergangsabschnitt zwischen einem auf der Ankerwelle aufsitzenden Ankerpaket und dem Kommutator auf der Ankerwelle angeordnet, wobei dieser Übergangsabschnitt einen Radius aufweist, der zwischen dem Radius des Kommutators und dem größeren Radius des Ankerpakets liegt. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Radius der Fliehkraftbremse einschließlich der Bremstrommel den Radius des Ankerpakets nicht übersteigt.
Vorteilhafterweise fällt der Übergangsabschnitt, an welchem die Bremsbacken angeordnet ist, mit einem Kontaktabschnitt zusammen, an dem die elektrische Verbindung von den im Ankerpaket aufgenommenen Wickelelementen an den Kommutator gebildet ist. Der Übergangsabschnitt zur Aufnahme der Bremsbacke besitzt zweckmäßigerweise nur eine verhältnismäßig geringe axiale Erstreckung, die signifikant kleiner ist als die axiale Erstreckung des Ankerpakets oder des Kommutators. Grundsätzlich genügt es, den Übergangsabschnitt mit den daran angeordneten Bremsbacken mit einer axialen Erstreckung von maximal 10% der axialen Länge des Kommutators oder maximal 10% der Länge des Ankerpakets auszuführen.
Für die Ausführung der Bremsbacke kommen verschiedene Konstruktionen in Betracht. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Bremsbacke einteilig mit einem Bauteil ausgebildet ist, welches fest mit dem Anker verbunden ist, wobei ein Verbindungsabschnitt zwischen der Bremsbacke und dem Bauteil eine Sollbiegestelle darstellt. Die Sollbiegestelle bildet ein Gelenk, um das die Bremsbacke radial nach außen geschwenkt wird, sobald mit dem Erreichen der Grenzdrehzahl ausreichend hohe Fliehkräfte auf die Bremsbacke wirken. Das Bauteil, welches fest mit dem Anker verbunden ist, ist insbesondere als ein Ring ausgeführt, der auf den Anker aufgeschoben ist und mit diesem verbunden ist. Die Bremsbacke ist an dem Ring gehalten, insbesondere einteilig mit dem Ring ausgebildet. Der Ring und die Bremsbacke bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, wobei grundsätzlich auch eine Ausführung aus elektrisch nicht leitendem Metall infrage kommt. Auch der Bremspartner der Bremsbacke, der in der Regel als Bremstrommel ausgebildet ist, kann aus einem Kunststoffmaterial oder aus Metall gefertigt sein. Die Ausführung als Ring hat den Vorteil, dass die Montage der Bremsbacke durch Aufschieben des Rings auf den Anker in leichter Weise durchgeführt werden kann. Der Ring ist vorzugsweise mit mehreren, über seinen Umfang gleichmäßig verteilten Bremsbacken an der Ringaußenseite versehen.
Zweckmäßigerweise ist die Bremsbacke als ein Bremshebel ausgeführt, der einenends mit einem Bauteil des Ankers schwenkbar verbunden ist und der sich in der nicht ausgelenkten Ausgangsposition zumindest annähernd in Umfangsrichtung erstreckt. In der Ausführung des die Bremsbacke aufnehmenden Bauteils als Ring liegt die Bremsbacke bzw. der Bremshebel in der Ausgangsposition auf der Ringaußenseite auf, so dass in Radialrichtung im Wesentlichen nur ein der Bremshebeldicke entsprechender zusätzlicher Bauraum erforderlich ist. Es kann auch zweckmäßig sein, den bzw. die Bremshebel an der Außenseite in den Ring zu integrieren, so dass in der Ausgangslage eine glattflächige Ringaußenseite ohne Erhebungen im Bereich der Bremshebel gebildet ist und erst in der ausgelenkten Bremssituation die Bremshebel sich über die Ringaußenseite radial nach außen erstrecken.
Der Ring zur Aufnahme der Bremsbacke wird in geeigneter Weise mit dem Anker verbunden, beispielsweise durch Aufpressen, Schrauben, Vernieten, Kleben oder Verstemmen.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Ankers für einen Elektromotor, der im Kontaktabschnitt zwischen Ankerpaket und Kommutator einen aufgeschobenen Ring mit umfangsseitig angeordneten Bremsbacken aufweist,
2 einen Schnitt durch einen Elektromotor im Bereich einer Fliehkraftbremse, mit dem die Bremsbacken aufnehmenden Ring und einer an der Gehäuseinnenseite gehaltenen Bremstrommel,
3 einen Starter für einen Verbrennungsmotor, dessen Elektromotor mit einer Fliehkraftbremse gemäß den 1 und 2 ausgestattet ist,
4 der Starter in einer Ansicht von vorne,
5 eine Ausschnittvergrößerung aus 3 im Bereich der Fliehkraftbremse.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Anker 1 für einen Elektromotor dargestellt, der Teil eines Starters zum Starten eines Verbrennungsmotors ist. Der Anker 1 umfasst die Ankerwelle 2, ein auf der Ankerwelle 2 aufsitzendes Ankerpaket 3, welches aus Blechlamellen und darin aufgenommenen Wicklungen besteht, sowie einen Kommutator 4, wobei die Wicklungen des Ankerpakets 3 über einen Kontaktabschnitt 5 elektrisch mit dem Kommutator 5 verbunden sind. Der Anker ist mit einer Fliehkraftbremse 6 versehen, von der in 1 der ankerseitige Teil mit Bremsbacken 8 auf einem Ring 7 dargestellt ist. Die Fliehkraftbremse 6 wird mit Erreichen einer Grenzdrehzahl der Ankerwelle wirksam und bewirkt eine Abbremsung des Ankers.
Der Ring 7 ist beispielsweise als Kunststoffring ausgeführt und weist drei gleichmäßig über den Umfang verteilte Bremsbacken 8 auf, die jeweils als Bremshebel ausgebildet sind, wobei jeder Bremshebel über einen Verbindungsabschnitt 8a einteilig mit dem Ring 7 ausgebildet ist. Jede Bremsbacke 8 ist gekrümmt ausgeführt und liegt im nicht-ausgelenkten Ausgangszustand an der äußeren Mantelfläche des Rings 7 an und erstreckt sich in Umfangsrichtung. Der Verbindungsabschnitt 8a zwischen der Bremsbacke 8 und dem Ring 7 wirkt als Sollbiegestelle und hat die Funktion eines Gelenks, dessen Gelenkachse parallel zur Längsachse der Ankerwelle 2 verläuft. Mit Erreichen der Grenzdrehzahl schwenken die Bremsbacken 8 um den Verbindungsabschnitt 8a radial nach außen auf und gelangen in bremsende Anlage mit einer umgreifenden Bremstrommel.
Der Ring 7 mit den außen liegenden Bremsbacken 8 ist auf den Kontaktabschnitt 5 zwischen Ankerpaket 3 und Kommutator 4 aufgeschoben und weist zumindest annähernd die gleiche axiale Erstreckung wie der Kontaktabschnitt 5 auf. In Radialrichtung liegen die außen liegenden Bremsbacken 8 zwischen dem Durchmesser des Ankerpakets 3 und dem Kommutator 4.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Bremsbacken 8 einteilig mit dem Ring 7 ausgebildet und hängen über den Verbindungsabschnitt 8a mit dem Ring 7 zusammen. Grundsätzlich möglich ist aber auch eine separate Ausbildung, beispielsweise dergestalt, dass die Bremsbacken 8 über ein eigenständiges Gelenk mit dem Ring 7 verbunden sind und um die Achse dieses Gelenks aufschwenken können.
In 2 ist die Fliehkraftbremse 6 mit allen Komponenten dargestellt. Die Fliehkraftbremse 6 umfasst ankerseitig den Ring 7 mit den außenseitig angeordneten Bremsbacken 8 und gehäuseseitig eine Bremstrommel 9, die an der Innenseite eines Polgehäuses 10 fest angeordnet ist und den Ring 7 mit den Bremsbacken 8 umschließt. Im nicht-ausgelenkten Ausgangszustand der Bremsbacken 8 befindet sich zwischen der Außenfläche der Bremsbacken 8 und der Innenseite der umschließenden Bremstrommel 9 ein Ringspalt, so dass der Anker 1 ohne Bremswirkung umlaufen kann. Mit Erreichen der Grenzdrehzahl werden die Bremsbacken 8 um den Verbindungsabschnitt 8a ausgelenkt und gelangen in Reibkontakt mit der Innenseite der Bremstrommel 9, wodurch sich die Bremswirkung entfaltet.
In den 3 und 4 ist der Starter 11 zum Starten eines Verbrennungsmotors dargestellt, wobei der Starter 11 den Elektromotor mit dem Anker und die Fliehkraftbremse 6 zwischen Anker und umgreifendem Gehäuse 10 umfasst. Zusätzlich zu dem Elektromotor besitzt der Starter 11 eine schaltbare Einrückvorrichtung 12 zur Verbindung mit einem drehbaren Bauteil des Verbrennungsmotors.
In 5 ist die Fliehkraftbremse 6 als Längsschnitt in vergrößerter Darstellung im nicht-ausgelenkten Zustand gezeigt. Zu erkennen ist, dass sich zwischen der Innenseite der gehäusefesten Bremstrommel 9 und der Außenseite der von der Bremstrommel umschlossenen Bremsbacke 8 ein ringförmiger Luftspalt 13 befindet, der im regulären Zustand, in welchem die Fliehkraftbremse 6 noch keine Bremswirkung entfaltet, ein reibungsfreies, ungehindertes Umlaufen des Ankers gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3539851 A1 [0002]

Claims

Elektromotor, insbesondere in einem Starter für einen Verbrennungsmotor, mit einem in einem Gehäuse (10) umlaufenden Anker (1), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Anker (1) und dem Gehäuse (10) eine Fliehkraftbremse (6) angeordnet ist, die mindestens eine Bremsbacke (8) am Anker (1) umfasst, welche fliehkraftabhängig zwischen einer nicht-ausgelenkten Ausgangsposition und einer radial ausgelenkten Bremsposition verstellbar ist und in der Bremsposition mit einem gehäuseseitigen Bremspartner (9) zusammenwirkt.
Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gehäuseseitige Bremspartner als Bremstrommel (9) auf der Gehäusesinnenseite ausgebildet ist.
Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremstrommel (9) im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses (10) benachbart zu einem Kommutatorlager zur Lagerung eines Kommutators (4) des Ankers (1) angeordnet ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt eine Mehrzahl von Bremsbacken (8) am Anker (1) vorgesehen sind.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacke (8) an einem Übergangsabschnitt (5) zwischen einem auf einer Ankerwelle (2) aufsitzenden Ankerpaket (3) des Ankers (1) und dem Kommutator (4) auf der Ankerwelle (2) angeordnet ist.
Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergangsabschnitt einen Kontaktabschnitt (5) zur elektrischen Verbindung von im Ankerpaket (3) aufgenommenen Wickelelemente an den Kommutator (4) bildet.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacke (8) einteilig mit einem fest mit dem Anker (1) verbundenen Bauteil (7) ausgebildet ist, wobei ein Verbindungsabschnitt (8a) zwischen Bremsbacke (8) und dem Bauteil (7) eine Sollbiegestelle bildet.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacke (8) auf der Außenseite eines Ringes (7) angeordnet ist, der fest mit dem Anker (1) verbindbar ist.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsbacke (8) als ein Bremshebel ausgebildet ist, der einenends mit einem Bauteil (7) am Anker (1) verschwenkbar verbunden ist und der sich in der Ausgangsposition zumindest annähernd in Umfangsrichtung erstreckt.
Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius der Fliehkraftbremse (6) maximal dem Radius des Ankerpakets (3) entspricht.
Starter für einen Verbrennungsmotor mit einem Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10.