Stand der TechnikState of the art
DE 43 02 854 C1 bezieht sich auf eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen. Die Andrehvorrichtung umfasst einen Andrehmotor, dessen Antriebswelle über eine Freilaufkupplung mit einem axial verschiebbaren Andrehritzel verbunden ist. Dieses spurt in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine ein. Bei einer Drehung, insbesondere in Antriebsrichtung spricht ein Federspeicher im Antriebsstrang zwischen Einspurritzel und Antriebswelle des Andrehmotors an, der Drehmomentenstöße zwischen dem Einspurritzel und der Antriebswelle dämpft. Der Federspeicher ist mit einem in Antriebsrichtung wirksamen Vorspanndrehmoment im Antriebsstrang angeordnet, welches 15% bis 50% des auf die Ritzeldrehung bezogenen Kurzschlussdrehmomentes des Andrehmotors beträgt, wobei das Verhältnis der Verdrehsteifigkeit des vom Andrehmotor bis zum Einspurritzel gebildeten Antriebsstranges der Andrehvorrichtung ohne Federspeicher und auf das Kurzschlussdrehmoment bezogen zu der am Einspurritzel wirksamen Verdrehsteifigkeit des Federspeichers > 4 ist. DE 43 02 854 C1 refers to a starting device for internal combustion engines. The starting device comprises a starter motor whose drive shaft is connected via an overrunning clutch with an axially displaceable starter pinion. This spurts into the ring gear of the internal combustion engine. During a rotation, in particular in the drive direction, a spring accumulator in the drive train between the input pinion and the drive shaft of the starter motor responds, dampening torque surges between the pinion pinion and the drive shaft. The spring accumulator is arranged with an effective in the drive direction biasing torque in the drive train, which is 15% to 50% of the pinion rotation related short-circuit torque of Andrehmotors, the ratio of the torsional stiffness of the drive motor formed by Andrehmotor to Einspurritzel the starting device without spring and the short-circuit torque referred to the effective at Einpurritzel torsional stiffness of the spring accumulator> 4.
CA 2,253,169 bezieht sich auf eine Startervorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen. Gemäß dieser Lösung ist ein Rotor auf einer Welle aufgenommen. Der Rotor bewegt sich innerhalb eines Stators, der an der Innenseite des Gehäuses der elektrischen Maschine befestigt ist. Zum Starten von Verbrennungskraftmaschinen werden heute üblicherweise Startervorrichtungen in sechspoliger Auslegung mit Permanentmagneten eingesetzt. Diese Bauart von Startervorrichtungen hat sich in Leistungsbereichen zwischen 1 kW bis 2 kW als kostengünstig und in der Praxis als äußerst robust und betriebssicher erwiesen. Die Wicklung der Anker derartiger Startervorrichtungen werden entsprechend der benötigten elektrischen Widerstände in Stecktechnik mit zwei oder vier Leitern pro Nut ausgeführt. CA 2,253,169 refers to a starter device for internal combustion engines. According to this solution, a rotor is accommodated on a shaft. The rotor moves within a stator which is fixed to the inside of the housing of the electric machine. For starting internal combustion engines today usually starter devices are used in six-pole design with permanent magnets. This type of starter devices has proved to be cost effective in power ranges of 1 kW to 2 kW and in practice extremely robust and reliable. The winding of the armature of such starter devices are performed according to the required electrical resistances in plug-in technology with two or four conductors per groove.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, aufgrund verringerter Anforderungen an das Kaltstartdrehmoment für eine Verbrennungskraftmaschine, den Anker der Startervorrichtung mit einer Wellenwicklung in Flyer-Wickeltechnik zu fertigen.According to the invention it is proposed, due to reduced demands on the cold start torque for an internal combustion engine, to manufacture the armature of the starter device with a wave winding in flyer winding technology.
Um vorhandene Baugruppen der elektrischen Maschine, insbesondere einer Startervorrichtung für Verbrennungskraftmaschinen, wie zum Beispiel Gehäuse, Bürstenlager und Kommutatorlager weiterhin nutzen zu können, ist der erfindungsgemäß vorgeschlagene, in Flyer-Technik ausgebildete Anker mit einer sechspoligen Wellenwicklung bewickelt. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene, in Flyer-Technik hergestellte Anker der elektrischen Maschine, kann unter Vornahme minimaler Anpassungen, so zum Beispiel hinsichtlich der Bürstenbreite, in vorhandene Startervorrichtungen eingebaut werden.In order to continue to use existing assemblies of the electric machine, in particular a starter device for internal combustion engines, such as housing, brush bearings and commutator, the inventively proposed, designed in flyer technology anchor is wound with a six-pole wave winding. The inventively proposed, produced in flyer technology anchor the electric machine can be installed in existing starter devices making minimal adjustments, for example, in terms of brush width.
Um die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Anker in Flyer-Technik in Bezug auf das geforderte Drehmoment unter Berücksichtigung der sich einstellenden Erwärmung, in solche Leistungsbereiche zu bringen, welche Anker aufweisen, die in der bisher üblichen Stecktechnik ausgebildet sind, wird eine neue Nutgeometrie vorgeschlagen. Die Flyer-Anker werden im Allgemeinen als Vierpol-Ausführung mit Schleifenwicklung in einer 12-Nut-Wicklung hergestellt. Diese Ausführung ist hinsichtlich des Wickelprozesses völlig symmetrisch. In diesem Falle, d. h. bei einer 12-Nut-Wicklung, entsprechen drei Nuten und drei Zähne genau einem Winkel von 90°.In order to bring the inventively proposed anchor in flyer technology with respect to the required torque, taking into account the autogenous heating, in those power ranges, which have anchors that are formed in the usual plug-in technology, a new groove geometry is proposed. The Flyer anchors are generally manufactured as a four-pole version with loop winding in a 12-slot winding. This embodiment is completely symmetrical with respect to the winding process. In this case, d. H. in a 12-slot winding, three grooves and three teeth correspond exactly to an angle of 90 °.
Um die Nachteile einer Schleifenwicklung, wie zum Beispiel geringer elektrischer Widerstand und damit geringere Warmfestigkeit und geringere Momentenbildung zu verbessern, wird erfindungsgemäß eine Nutgeometrie mit vierzehn Nuten mit Wellenwicklung in Sechspol-Ausführung vorgeschlagen. Diese Art der Wicklung verbessert die mit der herkömmlichen Wickeltechnik einhergehenden Nachteile hinsichtlich der auftretenden Erwärmung sowie hinsichtlich der Momentenbildung deutlich. Es lässt sich insbesondere dann eine deutliche Verbesserung der Leistungswerte erreichen, wenn die Wicklung in Flyer-Technik, insbesondere in zwei Wickelumläufen mit zwei Drähten in paralleler Bewicklung erfolgt. Die beiden Drähte, die parallel bewickelt werden, haben zum Beispiel einen Durchmesser von 0,95 mm pro Draht. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung des Nutfüllfaktors, verglichen mit einem einzigen Wickelumlauf, der mit einem Drahtdurchmesser von 1,4 mm durchgeführt wird. Durch das parallele Bewickeln, d. h. ein paralleles Wickelverfahren kann der Wickelkopf, der bei diesem Verfahren entsteht, klein gehalten werden, andererseits lässt sich aufgrund der beiden parallel zueinander verarbeiteten Wicklungsdrähte geringeren Durchmessers eine erhebliche Steigerung des Nutfüllfaktors erreichen, d. h. es gelangt mehr Kupfer in einen jeden Hohlraum einer jeden der vierzehn Nuten des Ankers, der in 14-Nut-Geometrie in 6-Pol-Ausführung mit einer Wellenwicklung versehen ist.In order to improve the disadvantages of a loop winding, such as low electrical resistance and thus lower heat resistance and lower torque, according to the invention a groove geometry with fourteen grooves with wave winding in six-pole design is proposed. This type of winding significantly improves the disadvantages associated with conventional winding technology with regard to the occurrence of heating and with regard to torque formation. In particular, a significant improvement in the performance values can be achieved if the winding takes place in flyer technology, in particular in two winding circulations with two wires in parallel winding. The two wires that are wound in parallel, for example, have a diameter of 0.95 mm per wire. This results in a significant improvement in the slot fill factor as compared to a single lap cycle performed with a wire diameter of 1.4 mm. By parallel winding, d. H. a parallel winding process, the winding head, which is produced in this process can be kept small, on the other hand can be due to the two parallel processed winding wires of smaller diameter achieve a significant increase in Nutfüllfaktors, d. H. More copper gets into each cavity of each of the fourteen slots of the armature, which is provided with a wave winding in 14-slot geometry in 6-pole design.
Der Nutfüllfaktor, auch als Kupferfüllungsfaktor bezeichnet, errechnet sich aus dem Quotienten aus Nutquerschnittsfläche und Kupferquerschnitt.The groove fill factor, also known as the copper fill factor, is calculated from the quotient of the groove cross section area and the copper cross section.
Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.With reference to the drawing, the invention will be described below in more detail.
Es zeigt:It shows:
1 eine Startervorrichtung im Längsschnitt, 1 a starter device in longitudinal section,
2 zeigt die Gegenüberstellung einer Schleifenwicklung und einer Wellenwicklung, 2 shows the comparison of a loop winding and a wave winding,
3 die Draufsicht auf einen Anker mit 14-Pol-Geometrie, 3 the top view of an anchor with 14-pole geometry,
4 die Ausführung einer 6-poligen Wicklung mit einem Einzeldraht, 4 the execution of a 6-pole winding with a single wire,
5 die Ausführung einer 6-poligen Wicklung mit 2 Einzeldrähten dünneren Durchmessers, 5 the execution of a 6-pole winding with 2 individual wires of thinner diameter,
6 einen sich bei Einsatz eines dicken Einzeldrahtes ergebende Geometrie eines Wickelkopfes sowie eine Wickelkopfgeometrie bei Einsatz eines dünnen Einzeldrahtes in zwei Umläufen, 6 a resulting geometry when using a thick single wire geometry of a winding head and a winding head geometry when using a thin single wire in two rounds,
7 eine Standardschleifenwicklung und 7 a standard loop winding and
8 eine Wellenwicklung. 8th a wave winding.
Ausführungsvariantenvariants
Der Darstellung gemäß 1 ist eine Startervorrichtung in einem Längsschnitt zu entnehmen. Die Startervorrichtung 10 weist beispielsweise einen Startermotor 13 und einen Vorspuraktuator 16 auf, welcher zum Beispiel als Relais oder als Starterrelais ausgebildet sein kann. Der Startermotor 13 und der elektrische Vorspuraktuator 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es in einem Zahnkranz 25 einer hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.The representation according to 1 is to take a starter device in a longitudinal section. The starter device 10 For example, has a starter motor 13 and a Vorspuraktuator 16 on, which may be formed for example as a relay or as a starter relay. The starter motor 13 and the electric Vorspuraktuator 16 are on a common drive end shield 19 attached. The starter motor 13 serves as a starter 22 drive it when in a sprocket 25 an internal combustion engine, not shown here is eingespurt.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang Polschuhe 31 trägt, die jeweils von einer Erregerwicklung 34 umwickelt sind. Die Polschuhe 31 umgeben wiederum einen Anker 37, der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 aufgepresst. An dem dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 ist des Weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der unter anderem aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Kohlebürsten 58 eine Drehbewegung des Ankers 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem elektrischen Antrieb 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzufuhr 61, versorgt im Einschaltzustand sowohl die Kohlebürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 13 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatorlagerdeckel 70 wiederum wird mittels Zugankern 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind, so zum Beispiel Schrauben, beispielsweise zwei, drei oder vier Stück, im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslageschild 19 ab und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.The starter motor 13 has a pole tube as a housing 28 on, the pole pieces on its inner circumference 31 carries, each from a field winding 34 are wrapped. The pole shoes 31 in turn surround an anchor 37 that made a slats 40 built anchor package 43 and one in grooves 46 arranged armature winding 49 having. The anchor package 43 is on a drive shaft 44 pressed. At the Andrehritzel 22 opposite end of the drive shaft 13 is furthermore a commutator 52 attached, among other things, from individual Kommutatorlamellen 55 is constructed. The commutator bars 55 are in known manner with the armature winding 49 electrically connected in such a way that when the commutator bars are energized 55 through carbon brushes 58 a rotary motion of the anchor 37 in the pole tube 28 results. One between the electric drive 16 and the starter motor 13 arranged power supply 61 , supplies both the carbon brushes when switched on 58 as well as the excitation winding 34 with electricity. The drive shaft 13 is commutator side with a shaft journal 64 in a plain bearing 67 supported, which in turn in a Kommutatorlagerdeckel 70 is held stationary. The commutator bearing cover 70 turn is by tie rods 73 that go beyond the circumference of the pole tube 28 distributed, such as screws, for example, two, three or four pieces, in the drive end shield 19 attached. It supports the pole tube 28 on the drive plate 19 off and the commutator bearing cover 70 at the pole tube 28 ,
In Antriebsrichtung schließt sich an den Anker 37 ein Sonnenrad 80 an, das Teil eines Umlaufgetriebes, wie beispielsweise eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise handelt es sich dabei um drei Planetenräder 86, die mittels Wälzlagern 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen sich in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite hin, schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Anker 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Anker 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 13 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Die Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt.In drive direction closes to the anchor 37 a sun wheel 80 on, the part of a planetary gear, such as a planetary gear 83 is. The sun wheel 80 is from several planet wheels 86 surrounded, usually there are three planet gears 86 that by rolling bearings 89 on axle journal 92 are supported. The planet wheels 86 roll in a ring gear 95 off, in the pole tube 28 is stored outside. Towards the output side, closes to the planetary gears 86 a planet carrier 98 in which the axle journals 92 are included. The planet carrier 98 will turn into an interim storage 101 and a slide bearing arranged therein 104 stored. The interim storage 101 is designed pot-shaped, that in this both the planet carrier 98 , as well as the planet wheels 86 are included. Furthermore, in cup-shaped intermediate storage 101 the ring gear 95 arranged, which ultimately by a cover 107 opposite the anchor 37 closed is. Also the interim storage 101 supports with its outer circumference on the inside of the pole tube 28 from. The anchor 37 indicates that of the commutator 52 opposite end of the drive shaft 13 another shaft journal 110 on, who also in a plain bearing 113 is included. The plain bearing 113 in turn is in a central hole of the planet carrier 98 added. The planet carrier 98 is integral with the output shaft 116 connected. The output shaft 116 is with her from the interim storage 101 opposite end 119 in another camp 122 , which in the drive end shield 19 is fixed, supported.
Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer Geradverzahnung 125 (Innenverzahnung), die Teil einer Wellen-Naben-Verbindung 128 ist. Die Wellen-Naben-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Der Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 verbunden ist. Der Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Die Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativverdrehung zwischen dem Außenring 132 und dem Innenring 140 in eine zweite Richtung. Mit anderen Worten: Der Freilauf 137 ermöglicht eine umlaufende Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 122 und dessen Schrägverzahnung 143 – ausgestaltet als Außenschrägverzahnung – ausgeführt. Das Andrehritzel 22 kann alternativ auch als geradverzahntes Ritzel ausgeführt sein. Statt elektromagnetisch erregter Pole 31 mit Erregerwicklung 34, könnten auch permanentmagnetisch erregte Pole Verwendung finden.The output shaft 116 is divided into different sections: So follows the section of the plain bearing 104 of the interim storage 101 is arranged, a section with a straight toothing 125 (Internal teeth), which are part of a shaft-hub connection 128 is. The shaft-hub connection 128 allows in this case the axially rectilinear sliding of a driver 131 , The driver 131 is a sleeve-like extension, which is integral with a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137 connected is. The freewheel 137 (Richtgesperre) consists further of the inner ring 140 that is radially inward of the outer ring 132 is arranged. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 are clamp bodies 138 arranged. The clamp body 138 prevent in cooperation with the interior and the Outer ring a relative rotation between the outer ring 132 and the inner ring 140 in a second direction. In other words: the freewheel 137 allows a circumferential relative movement between the inner ring 140 and outer ring 132 only in one direction. In this embodiment, the inner ring 140 integral with the starter pinion 122 and its helical toothing 143 - designed as external helical teeth - executed. The starter pin 22 Alternatively, it can be designed as a straight-toothed pinion. Instead of electromagnetically excited poles 31 with excitation winding 34 , permanent magnetically excited poles could also be used.
Der elektrische Vorspuraktuator 16 bzw. dessen linear beweglicher Anker 168 hat darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen im Antriebslagerschild drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Der Hebel 190 ist üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt und umgreift mit zwei hier nicht näher dargestellten „Zinken” zwei Scheiben 193, 194 an ihrem Außenumfang, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in den Zahnkranz 25 einzuspuren.The electric Vorspuraktuator 16 or its linearly movable armature 168 also has the task, with a tension element 187 to move a lever rotatably arranged in the drive end plate. The lever 190 is usually designed as a fork lever and surrounds with two "tines" not shown here two discs 193 . 194 on its outer circumference, around an entrained between these driver ring 197 to the freewheel 137 towards the resistance of the spring 200 to move and thereby the starter pinion 22 in the sprocket 25 einzuspuren.
Nachfolgend wird auf den Einspurmechanismus eingegangen. Der elektrische Vorspuraktuator 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und. im Falle des Eingebautseins im Fahrzeug an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier in der Darstellung gemäß 1 nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Der Bolzen 150 ist durch einen Deckel 153 hindurchgeführt. Ein weiterer, zweiter Bolzen 152 ist ein Anschluss für den elektrischen Startermotor 13, der über die Stromzufuhr 61 (dicke Litze) versorgt wird. Der Deckel 153 schließt ein Gehäuse 156 aus Stahl ab, welches mittels mehrerer Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. In dem elektrischen Vorspuraktuator 16 ist eine Schubeinrichtung 160 zur Ausübung einer Zugkraft auf den Gabelhebel 190 und eine Schalteinrichtung 161 angeordnet. Die Schubeinrichtung 160 hat eine Wicklung 162 und die Schalteinrichtung 161 eine Wicklung 165. Die Wicklung 162 der Schubeinrichtung 160 und die Wicklung 165 der Schalteinrichtung 161 bewirken jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches verschiedene Bauteile durchströmt. Die Wellen-Naben-Verbindung 128 kann statt mit einer Geradverzahnung 125 auch mit einer Steilgewindeverzahnung ausgestattet sein. Es sind dabei die Kombinationen möglich, wonach a) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ausgeführt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Geradverzahnung 125 aufweist, b) das Andrehritzel 22 schrägverzahnt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist oder c) das Andrehritzel 22 geradverzahnt ist und die Wellen-Naben-Verbindung 128 eine Steilgewindeverzahnung aufweist.Subsequently, the Einspurmechanismus will be discussed. The electric Vorspuraktuator 16 has a bolt 150 which is an electrical contact and. in the case of being installed in the vehicle to the positive pole of an electric starter battery, the here in the illustration according to 1 not shown, is connected. The bolt 150 is through a lid 153 passed. Another, second bolt 152 is a connection for the electric starter motor 13 who has the power supply 61 (thick wire) is supplied. The lid 153 closes a housing 156 made of steel, which by means of several fasteners 159 (Screws) on the drive end plate 19 is attached. In the electric Vorspuraktuator 16 is a push device 160 for exerting a tensile force on the fork lever 190 and a switching device 161 arranged. The pushing device 160 has a winding 162 and the switching device 161 a winding 165 , The winding 162 the pushing device 160 and the winding 165 the switching device 161 each effect in the on state, an electromagnetic field, which flows through various components. The shaft-hub connection 128 can take place with a spur gear 125 also be equipped with a steep thread toothing. There are the combinations possible, after which a) the starter pinion 22 is helical and the shaft-hub connection 128 a straight toothing 125 b) the starter pinion 22 is helical and the shaft-hub connection 128 has a steep thread toothing or c) the starter pinion 22 is straight-toothed and the shaft-hub connection 128 has a steep thread toothing.
2 zeigt eine Gegenüberstellung einer Schleifenwicklung und einer Wellenwicklung an einem Anker einer elektrischen Maschine. 2 shows a comparison of a loop winding and a wave winding at an armature of an electric machine.
Eine in 2 dargestellte Schleifenwicklung 210 der Ankerwicklung 49 des Ankers kann zum Beispiel als 12-Nutwicklung ausgebildet werden. Elektrische Nordpole sind durch Bezugszeichen 202, elektrische Südpole durch Bezugszeichen 204 gekennzeichnet. Die Ausbildung der Ankerwicklung 49 als Schleifenwicklung 210 gemäß der 2 stellt eine gängige Ausführungsvariante von Ankerwicklungen 49 dar. Bei einer Schleifenwicklung 210 folgt auf eine Spule eine weitere Spule, die unter dem gleichen Pol des Ankers liegt, während sich eine Wellenwicklung 212 dadurch charakterisieren lässt, dass – wie in 2 dargestellt – auf eine Spule eine zweite folgt, die unter dem Folgenden Pol liegt.An in 2 illustrated loop winding 210 the armature winding 49 The armature can be formed, for example, as a 12-slot winding. Electric north poles are by reference numerals 202 , electric south poles by reference numerals 204 characterized. The formation of the armature winding 49 as a loop winding 210 according to the 2 represents a common embodiment of armature windings 49 dar. In a loop winding 210 Following on a coil is another coil that lies under the same pole of the armature while there is a wave winding 212 characterized by the fact that - as in 2 shown - on a coil follows a second, which lies below the following pole.
Bei der in 2 dargestellten Schleifenwicklung 210 verläuft an dem dort dargestellten Nordpol 202 eine erste Windung 206, darüberliegend eine zweite Windung 208 an ein und demselben Pol, d. h. hier am Nordpol 202, während bei der Wellenwicklung 212 gemäß der Darstellung in 2, rechter Teil der Figur, der Wicklungsdraht in Wicklungsnuten 214 verläuft und sich wellenförmig um den Nordpol 202 und einen auf diesen folgenden Südpol 204 wickelt.At the in 2 shown loop winding 210 runs on the north pole shown there 202 a first turn 206 , overlying a second turn 208 at one and the same pole, ie here at the North Pole 202 while at the wave winding 212 as shown in 2 , right part of the figure, the winding wire in winding grooves 214 runs and undulates around the North Pole 202 and one on this following South Pole 204 wraps.
Der Darstellung gemäß 3 ist eine Draufsicht auf eine Geometrie eines Ankers zu entnehmen, der in 14-Nuten-Ankergeometrie ausgeführt ist.The representation according to 3 is a plan view of a geometry of an anchor, which is designed in 14-slot anchor geometry.
Der Darstellung gemäß 3 lässt sich entnehmen, dass in dieser Draufsicht der Anker 37, aufgenommen an der Antriebswelle 44, einzelne Sektoren (auch als Ankerzähne bezeichnet) aufweist, nämlich genau 14 Stück, die zwischen sich jeweils Hohlräume 216 definieren, die die Wicklungsnuten 214 darstellen.The representation according to 3 can be seen that in this plan view the anchor 37 , received on the drive shaft 44 , individual sectors (also referred to as anchor teeth), namely exactly 14 pieces, which between each cavities 216 define the winding grooves 214 represent.
Bei der in 3 dargestellten 14-Nut-Geometrie 220 definieren jeweils drei Ankerzähne einen Pol, so dass unter Verwendung der in 3 dargestellten 14-Nut-Geometrie eine 6-polige Ausbildung eines eine Wellenwicklung aufweisenden Ankers realisiert werden kann. Zur Ausbildung der Einzelpole, vergleiche insbesondere die 4 und 5 weiter unten.At the in 3 illustrated 14-groove geometry 220 Each three anchor teeth define a pole, so using the in 3 14-groove geometry shown a 6-pin configuration of a shaft winding having armature can be realized. For the formation of the single poles, compare in particular the 4 and 5 further down.
In den 4 und 5 sind unterschiedliche Wicklungsarten mit einem dicken Draht oder zwei parallel gewickelten dünneren Drähten einander gegenübergestellt.In the 4 and 5 Different types of winding with a thick wire or two parallel wound thinner wires are compared.
Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass an einer 14-Nut-Geometrie eines Ankers 37 Ankerzähne 224 mit einem dicken Einzeldraht 226 gewickelt ausgebildet sind. Es ergibt sich der in 4 dargestellte Wicklungsaufbau 228, der aufgrund der hohen Steifigkeit des in der Regel aus Kupfer gefertigten und mit einer Lackschicht versehenen dicken Einzeldrahtes 226 relativ lang baut, d. h. an den Stirnseiten des Ankers 37 aufgrund der dem dicken Einzeldraht 226 innewohnenden Steifigkeit große Wickelköpfe bildet, vergleiche Darstellung gemäß 6.From the illustration according to 4 shows that at a 14-groove geometry of an anchor 37 anchor teeth 224 with a thick single wire 226 are formed wound. It results in the 4 illustrated winding construction 228 , due to the high rigidity of the usually made of copper and provided with a paint layer thick single wire 226 builds relatively long, ie on the front sides of the anchor 37 due to the thick single wire 226 inherent stiffness forms large winding heads, compare illustration according to 6 ,
Aus der Darstellung gemäß 4 geht hervor, dass jeweils drei Ankerzähne einen Einzelpol 224 bilden, wobei die jeweils außenliegenden Ankerzähne von dem benachbarten Einzelpol und der Windung, die am benachbarten Einzelpol 224 aufgenommen ist, umschlossen werden. Über den Umfang des Ankers 37 gesehen, ergeben sich bei diesem Wicklungsmuster unter Verwendung eines dicken Einzeldrahtes 226 sechs Pole, ausgeführt an einer 14-Nut-Geometrie 220.From the illustration according to 4 shows that each three anchor teeth a single pole 224 form, wherein the respective outer armature teeth of the adjacent single pole and the winding, the adjacent single pole 224 is included, enclosed. About the circumference of the anchor 37 seen, arise in this winding pattern using a thick single wire 226 six poles, executed on a 14-groove geometry 220 ,
In der Darstellung gemäß 5 wird die identische 14-Nut-Geometrie 220 in Bezug auf den Anker 37 verwendet. Die Polschuhe definieren zwischen sich jeweils die Wicklungsnuten 214, in deren Hohlräume 216 in dieser Ausführungsvariante Einzeldrähte 230 eines dünneren Durchmessers, so zum Beispiel 0,95 mm zweifach gewickelt eingebracht werden. Analog zur Darstellung gemäß 4, bei der ein dicker Einzeldraht 226 verwendet wird, lassen sich aufgrund der höheren Elastizität und des geringeren Durchmessers des dünnen Einzeldrahtes 230, wenn dieser zweifach gewickelt wird, eine größere Anzahl von Windungen in den Hohlräumen 216 der einzelnen Wicklungsnuten 214 unterbringen, so dass der Nutfüllfaktor im Vergleich zur in 4 dargestellten Wicklungsvariante erheblich größer ist.In the illustration according to 5 becomes the identical 14-groove geometry 220 in terms of the anchor 37 used. The pole shoes define between each of the winding grooves 214 in their cavities 216 in this embodiment, individual wires 230 a thinner diameter, for example, 0.95 mm are introduced twice wound. Analogous to the representation according to 4 in which a thick single wire 226 can be used, due to the higher elasticity and the smaller diameter of the thin single wire 230 when it is double-wound, a larger number of turns in the cavities 216 the individual winding grooves 214 so that the groove fill factor compared to in 4 shown winding variant is considerably larger.
Es ergibt sich im Gegensatz zur 4 ein Einzelpolaufbau 228, der sich durch eine wesentlich größere Packungsdichte der dünneren Einzeldrähte 230 im Vergleich zur Bewicklung der 14-Nut-Geometrie 220 gemäß 4 einstellt. Auch in der Darstellung gemäß 5 handelt es sich um eine 6-Pol-Ausführung 222, d. h. jeweils drei Ankerzähne bilden einen Einzelpol 224, wobei die äußeren Ankerzähne jeweils von den Windungen der sich anschließenden Bewicklungen umfasst sind, so dass am Umfang des Ankers 37 gemäß der Ausführungsvariante in 5 sechs Pole gebildet werden.It results in contrast to 4 a single pole construction 228 , which is characterized by a much larger packing density of the thinner strands 230 compared to the winding of the 14-groove geometry 220 according to 4 established. Also in the illustration according to 5 it is a 6-pole version 222 , ie three anchor teeth each form a single pole 224 wherein the outer armature teeth are each comprised by the turns of the subsequent windings, so that on the circumference of the armature 37 in accordance with the embodiment in 5 six poles are formed.
Bevorzugt wird die in 5 in schematischer Weise angedeutete Wellenwicklung in parallelen Wickelläufen, bei denen zwei Wicklungsdrähte gleichzeitig verarbeitet werden, hergestellt. Dies begünstigt den Nutfüllfaktor in vorteilhafter Weise.Preferably, the in 5 schematically indicated wave winding in parallel winding runs, in which two winding wires are processed simultaneously manufactured. This favors the Nutfüllfaktor in an advantageous manner.
6 sind die Bauformen von Wickelköpfen zu entnehmen, die sich bei Verwendung eines dickeren Drahtes und bei der Verwendung eines dünneren Drahtes als Wicklungsdraht bei zwei Umläufen einstellen. 6 The designs of winding heads are to be taken that adjust when using a thicker wire and when using a thinner wire as a winding wire in two rounds.
Der Darstellung gemäß 6 ist zu entnehmen, dass sich auf der Antriebswelle 44 der elektrischen Maschine 10, insbesondere einer Startervorrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine das Lamellenpaket 40 befindet. Mit Bezugszeichen 232 ist die Baugröße eines Wickelkopfes dargestellt, welcher sich dann einstellt, wenn die Ankerwicklung aus einem dicken Draht – vergleiche Darstellung gemäß 4, Position 226 – gefertigt wird. Aufgrund der Steifigkeit des dickeren Wicklungsdrahtes, der zum Beispiel eine Dicke von 1,4 mm und mehr aufweisen kann, entsteht ein relativ lang in axiale Richtung bauender Wicklungskopf – vergleiche Position 232 im linken Teil der 6. Dies begünstigt die Baugröße des Starters in unvorteilhafter Weise, da dieser möglichst kompakt und kleinbauend ausgelegt werden soll und das Auslegungsziel eine Minimierung der Länge der Antriebswelle 44 ist.The representation according to 6 can be seen that on the drive shaft 44 the electric machine 10 , in particular a starter device for an internal combustion engine, the disk set 40 located. With reference number 232 the size of a winding head is shown, which then sets when the armature winding of a thick wire - compare illustration in accordance with 4 , Position 226 - is made. Due to the rigidity of the thicker winding wire, which may for example have a thickness of 1.4 mm and more, creates a relatively long in the axial direction builds winding head - compare position 232 in the left part of the 6 , This favors the size of the starter in unfavorable manner, since this is to be designed as compact as possible and kleinbauend and the design goal minimizing the length of the drive shaft 44 is.
Im Gegensatz dazu wird bei der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Wellenwicklung, bei der ein dünner Einzeldraht 230 – vergleiche Darstellung gemäß 5 – verbaut wird, ein Wickelkopf erhalten, der die im rechten Teil der 6 angedeutete Geometrie 234 aufweist. Im Vergleich zur Geometrie 232 baut der Wickelkopf in der Geometrie 234 in Bezug auf seine axiale Länge erheblich kürzer, so dass sich auf beiden Seiten des Wellenpaketes 40 kürzer bauende Wicklungsüberhänge ergeben, so dass die Baulänge der Antriebswelle 44 bei der Ausführungsvariante unter Verwendung von dünneren Einzeldrähten 230 mit zweifachem Wickelumlauf erheblich günstiger darstellt, verglichen mit der axialen Baulänge der Antriebswelle 44, die sich einstellen würde, falls ein dickerer Wicklungsdraht – vergleiche Darstellung gemäß 4, Position 226 – Verwendung fände. Die im rechten Teil der 6 dargestellte Wickelkopfgeometrie, die erhalten wird, wenn ein relativ dünner Einzeldraht 230 mit einem Durchmesser von etwa 0,95 mm Verwendung findet, erhalten wird, stellt sich bei dieser Ausführungsvariante darüber hinaus ein wesentlich höherer Nutfüllfaktor der Wicklungsnuten 214 ein.In contrast, in the wave winding proposed according to the invention, in which a thin single wire 230 - See illustration according to 5 - is installed, receive a winding head, which in the right part of the 6 indicated geometry 234 having. Compared to geometry 232 builds the winding head in the geometry 234 considerably shorter in terms of its axial length, so that on both sides of the wave packet 40 result in shorter winding overhangs, so that the length of the drive shaft 44 in the embodiment using thinner individual wires 230 represents significantly cheaper with double winding circulation, compared with the axial length of the drive shaft 44 , which would be, if a thicker winding wire - see illustration according to 4 , Position 226 - Use would find. The in the right part of the 6 shown winding head geometry, which is obtained when a relatively thin single wire 230 With a diameter of about 0.95 mm is used, is obtained in this embodiment, in addition, a much higher Nutfüllfaktor the Wicklungsnuten 214 one.
In den Darstellungen gemäß den 7 und 8 sind eine Standardschleifenwicklung und eine Wellenwicklung – vergleiche schematische Darstellung gemäß 2 – einander gegenübergestellt.In the representations according to the 7 and 8th are a standard loop winding and a wave winding - compare schematic representation according to 2 - faced each other.
Bei der in 7 dargestellten Schleifenwicklung ist – in abgewickelter Darstellung – ein Einzeldraht in mehreren Windungen – vergleiche Positionen 206 und 208 – verbunden mit entsprechenden Kommutatorlamellen 55 um die gleichen Ankerzähne geführt. In alternierender Abfolge sind Nordpole 202 und Südpole 204 durch Wicklungsnuten 214 voneinander getrennt.At the in 7 shown loop winding is - in unwound representation - a single wire in several turns - compare positions 206 and 208 - Connected to corresponding commutator bars 55 led around the same anchor teeth. In alternating sequence are north poles 202 and south poles 204 through winding grooves 214 separated from each other.
Bei der in 8 dargestellten Ausführungsmöglichkeit einer Wellenwicklung sind in den Wicklungsnuten 214, welche jeweils einen Nordpol 202 von einem Südpol 204 trennen, innere Einzeldrähte eingebracht, die im Rahmen einer parallelen Bewicklung aufgebracht werden und aufgrund ihres geringeren Durchmessers im Bereich von unter 1 mm einen wesentlich erhöhten Nutfüllfaktor ermöglichen sowie die vorstehend im Zusammenhang mit 6 axiale Baulänge der Wickelköpfe an den Stirnseiten des Lamellenpaketes 40 günstig beeinflussen, und insbesondere dazu beitragen, dass die axiale Baulänge der Antriebswelle 44 minimiert wird. At the in 8th illustrated embodiment of a wave winding are in the winding grooves 214 , which each have a north pole 202 from a south pole 204 Separate inner single wires are introduced, which are applied in a parallel winding and allow due to their smaller diameter in the range of less than 1 mm, a significantly increased Nutfüllfaktor and the above in connection with 6 Axial length of the winding heads on the front sides of the disk pack 40 favorably influence, and in particular contribute to the axial length of the drive shaft 44 is minimized.
Im vorstehenden Zusammenhang sei darauf erwähnt, dass die erfindungsgemäß vorgeschlagene Wellenwicklung 212 in 6-Pol-Ausführung 220 an einer 14-Nut-Geometrie 22 eines dementsprechend konfigurierten Ankers 37 im Wege der Flyer-Wickeltechnik aufgebracht wird. Bei der Anwendung der Flyer-Wickeltechnik wird eine Wicklung erzeugt, indem ein Wicklungsdraht über eine Rolle oder durch eine Düse, die sich an einem Flyer befindet, zugeführt wird, der in einem bestimmten Abstand zum zu bewickelnden Träger rotiert. Der Wicklungsdraht wird dabei durch die Welle des Flyers beispielsweise zugeführt. Zum Wickeln ist das zu bewickelnde Bauteil im Wickelbereich des Flyers zu fixieren. Der Flyer bewegt sich in der Regel auf einer fixen Kreisbahn, die in Verlegerichtung des Drahtes verschoben werden kann. Die Flyer-Wickeltechnik hat sich als eine Spulen-Wickeltechnik durchgesetzt, die insbesondere an Rotoren von elektrischen Maschinen, die schwere stanzpaketierte Bleche aufweisen, bewährt hat. Der Wickeldraht wird bei der Anwendung der Flyer-Wickeltechnik in der Regel über polierte Leitbacken hinweg in entsprechende Wicklungsnuten 214, wie sie in den vorstehenden Figuren beschrieben sind, eingeführt.In the above context, it should be mentioned that the inventively proposed wave winding 212 in 6-pole version 220 on a 14-groove geometry 22 a correspondingly configured anchor 37 is applied by way of the Flyer-winding technique. In the application of the flyer winding technique, a winding is produced by feeding a winding wire over a roll or through a nozzle located on a flyer which rotates at a certain distance from the support to be wound. The winding wire is supplied by the wave of the flyer, for example. For winding, the component to be wound is to be fixed in the winding area of the flyer. The flyer usually moves on a fixed circular path, which can be moved in the laying direction of the wire. The flyer winding technology has become established as a coil winding technology, which has proven particularly on rotors of electrical machines having heavy stanzpaketierte sheets. When using the flyer winding technology, the winding wire generally passes over polished guide jaws into corresponding winding slots 214 , as described in the preceding figures introduced.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
-
DE 4302854 C1 [0001] DE 4302854 C1 [0001]
-
CA 2253169 [0002] CA 2253169 [0002]
