DE102011084232A1

DE102011084232A1 - Andrehvorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Andrehvorrichtung

Info

Publication number: DE102011084232A1
Application number: DE102011084232A
Authority: DE
Inventors: Reiner Hirning; Patrick Hallas
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-10-10
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2013-04-11

Abstract

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung (100) zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Ankerwelle (17), die an ihrem einen Ende (17a) mittels eines eine Nabe (14) umfassenden Kommutatorlagers schwimmend gelagert ist, wobei eine Arretiervorrichtung (110) mit mindestens einer Sichererungseinheit vorgesehen ist, welche eine Arretiereinheit (112) an der Nabe (14) arretiert, um ein Ankerlängsspiel zu verringern, und ein Verfahren zur Herstellung der Andrehvorrichtung (100).

Description

Die Erfindung betrifft eine Andrehvorrichtung, insbesondere einen Starter, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Andrehvorrichtung, insbesondere eines Starters, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem System mit einem Starter oder Startermotor nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Starter und Anlasser für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die eine elektrische Maschine mit Anker und Kommutator aufweisen, wobei der Anker eine Ankerwelle mit entsprechender Ankerlagerung aufweist.
Aus dem Stand der Technik sind Anlasser mit einem Anlasserrelais für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren bekannt, die in der Regel einen Gleichstromelektromotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors umfassen.
In derartigen Startern oder Startermotoren ist für ein Einspuren oder einen Hub in einen Zahnkranz beispielsweise ein Relais-Gabelhebelsystem mit einem entsprechenden Relais verantwortlich. Bei einem Hub, auch als Distanz bezeichnet, oder genauer einer Einspurbewegung, zieht ein Relais einen Gabelhebel nach hinten. Dies erfolgt durch eine entsprechende Bestromung des Relais. Bei einer Bestromung wird eine mit einem magnetischen Kern zusammenwirkende Schaltachse axial in Richtung eines Kontaktes hin oder von diesem weg bewegt. Derartige Starter weisen einen Elektromotor mit einem Stator auf, wobei der Stator als Magnet ausgebildet ist. Weiter weist der Elektromotor einen Rotor auf, welcher einen aus Spule mit Eisenkern ausgebildeten Anker aufweist, der drehbar in einem Magnetfeld zwischen Polschuhen des Stators gelagert ist. Eine Stromzuführung für den Anker erfolgt über einen segmentierten Kommutator und Schleifkontakte, sogenannte Kommutatorbürsten. Bei einer Bestromung des Rotors entsteht auch hier ein Magnetfeld, welches in Wechselwirkung mit dem Magnetfeld des Stators steht. In derartigen Anlassern kommen Antriebs- oder auch Ankerwellen zum Einsatz, die schwimmend gelagert sind. Um ein Axiallängsspiel dieser Ankerwellen zu begrenzen, sind Axialsicherungseinrichtungen bekannt. Bisher bekannte Axialsicherungseinrichtungen umfassen eine auf der Ankerwelle sitzende Sicherungsscheibe. Der Sitz der Sicherungsscheibe in einer Nut der Ankerwelle ist mit Toleranzen behaftet. Aufgrund einer Toleranzkette mehrerer Einzelteile in Bezug auf die Ankerwelle addieren sich die Einzeltoleranzen bei der Montage des Anlassers, sodass die Ankerwelle ein Axialspiel, genauer ein Axiallängsspiel, aufweisen kann, welches einige 1/10 Millimeter und mehr beträgt.
Aus der EP 1 544 946 B1 ist eine Vorrichtung zum Verbinden einer elektrischen Anschlusshülse mit einer Kontaktzunge, mit einer Lockerungsverhinderungsvorrichtung für ein Klemmmittel wie etwa einen Schraubenkopf oder eine Klemmmutter bekannt, wobei die Lockerungsverhinderungsvorrichtung ein Plättchen umfasst, das mit wenigstens einem Einrastelement versehen ist und sich zwischen dem Klemmmittel und der Anschlusshülse anordnet und sich bei der Klemmung des Klemmmittels in Bezug auf die Kontaktzunge rotatorisch fixiert, wobei das Klemmmittel ein Zahnelement aufweist, das am Ende der Klemmung mit dem Einrastelement zusammenwirkt, um sich einem Losschrauben des Klemmmittels zu widersetzen. Die Einrastelemente weisen hierbei in radialer Richtung von der Klemmmutter weg.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Andrehvorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches haben dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei einer Andrehvorrichtung, insbesondere einem Starter, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Ankerwelle, die an ihrem einen Ende mittels eines eine Nabe umfassenden Kommutatorlagers schwimmend gelagert ist, wobei eine Arretiervorrichtung mit mindestens einer Sicherungseinheit vorgesehen ist, welche eine Arretiereinheit an der Nabe arretiert, um ein Ankerlängsspiel zu verringern, ein Ankerlängsspiel der Ankerwelle von einigen 1/10 Millimeter auf wenige 1/100 Millimeter verringert werden kann. Damit wird ein Verschleiß eines Kommutatorsystems der Andrehvorrichtung und speziell der Kohlebürsten deutlich reduziert. Das Axiallängsspiel bzw. Ankerlängsspiel wird nicht mehr durch die Toleranzen mehrerer, noch dazu relativ ungenau gefertigter Bauteile definiert.
Die Andrehvorrichtung umfasst bevorzugt einen Elektromotor mit Rotor und Stator und ist insbesondere als Starter für eine Brennkraftmaschine oder als sogenannter Startermotor ausgebildet. Diese umfasst eine schwimmend gelagerte Ankerwelle. Die Ankerwelle wird in radialer Richtung durch eine Buchse, auch Sinterbuchse genannt, geführt. In einer anderen Ausführung wird die Ankerwelle in axialer Richtung durch eine Anlaufscheibe und/oder eine Sicherungsscheibe, welche in einer Wellennut der Ankerwelle angeordnet ist, geführt. Die Ankerwelle ist über eine Nabe in einem Deckel bzw. mittels einer in der Nabe ausgebildeten Lagerstelle gelagert. Der Deckel fungiert zugleich als Kommutatorlager und legt somit das Kommutatorlager fest. Die Ankerwelle durchdringt die Lagerstelle und ragt mit ihrem hinteren Ende auf der kommutatorabgewandten Seite über die Lagerstelle und den Deckel hinaus. Dabei weist die Ankerwelle, insbesondere das hintere Ende, im Bereich der Nabe keine Absätze oder dergleichen auf, welche eine Festlegung in axiale Richtung ermöglichen. Die Nabe legt die Ankerwelle somit lediglich in radialer bzw. umfänglicher Richtung fest, nicht aber in axiale Richtung. Diese Art von Ankerwellenlagerung wird als schwimmende Lagerung bezeichnet. Die Festlegung in axiale Richtung erfolgt zusätzlich durch die Arretiervorrichtung und/oder durch die Sicherungsscheibe in der Wellennut an dem hinteren Ende, welche an der Lagerstelle positioniert ist.
Erfindungsgemäß ist an der Nabe die Arretiervorrichtung mit mindestens einer Sicherungseinheit vorgesehen, um eine Festlegung in axialer Richtung bzw. eine Verringerung des Ankerlängsspiels zu erreichen. Die Sicherungseinheit verhindert ein ungewolltes Lösen der Arretiervorrichtung von der Nabe und ist bevorzugt einteilig ausgebildet. In anderen Ausführungen ist die Sicherungseinheit mehrteilig, beispielsweise zwei- oder dreiteilig, ausgebildet. Vorteilhafterweise ist die Sicherungseinheit im Bereich der Nabe ausgebildet. In einer weiterhin vorteilhaften Ausführung ist die Sicherungseinheit zumindest teilweise um die Nabe herum, das heißt bevorzugt um den Umfang der Nabe herum, ausgebildet. Hierfür weist die Sicherungseinheit eine Aufnahmeöffnung auf, in der die Nabe aufgenommen bzw. von der die Nabe umschlossen wird. Die Sicherungseinheit ist in einer Ausführung als separates Bauteil ausgeführt, welches zum Beispiel im Bereich der Nabe und/oder am Deckel befestigbar, insbesondere anschraubbar, verschweißbar und/oder vernietbar, ist. Die Befestigung der Sicherungseinheit ist in einer bevorzugten Ausführung lösbar ausgeführt, um Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten zu vereinfachen. Andere Ausführungsformen sehen eine in den Deckel integrierte Sicherungseinheit vor. Entsprechend sind die Sicherungseinheit und der Deckel einteilig ausgeführt.
Um das Ankerlängsspiel erfindungsgemäß weiter zu verringern, arretiert die Sicherungseinheit eine Arretiereinheit an der Nabe. Die Arretiereinheit ist bevorzugt als separates Bauteil ausgebildet. In einer Ausführung ist die Arretiereinheit bevorzugt einteilig ausgebildet. Andere Ausführungen sehen eine mehrteilige, beispielsweise zwei- oder dreiteilige, Arretiereinheit vor. Eine bevorzugte Ausführung sieht eine deckel- bzw. verschlusskappenartige Arretiereinheit vor. Eine Arretiereinheit in Form einer Verschlusskappe ist bevorzugt auf die Nabe und das aus der Lagerstelle in der Nabe hervor stehende hintere Ende der Ankerwelle aufsetzbar. Zum einen wird die Arretiereinheit nach dem Aufsetzen auf Nabe und hinteres Ende mittels der Sicherungseinheit fixiert und zum anderen verhindert die Arretiervorrichtung eine Bewegung des hinteren Endes in axiale Richtung, sodass das Axialspiel der Ankerwelle zumindest verringert ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Arretiervorrichtung und/oder die Sicherungseinheit mindestens ein Rastelement zum Zusammenwirken mit der komplementären Arretiereinheit umfasst. Vorzugsweise sind die Sicherungseinheit und die Arretiereinheit zumindest teilweise komplementär ausgebildet, um eine Zusammenwirken zu gewährleisten. Weiter bevorzugt sind die Sicherungseinheit und die Arretiereinheit zumindest im Bereich der Rastelemente komplementär ausgebildet. Eine vorteilhafte Ausführung sieht mehr als ein Rastelement vor. Bevorzugt ist eine Vielzahl von Rastelementen ausgebildet. Die Rastelemente sind bevorzugt in Radialrichtung zueinander beabstandet ausgebildet. Unter einer Radialrichtung wird eine Richtung quer, das heißt vorzugsweise senkrecht, zu der Axialrichtung des Ankerlängsspiels verstanden. In einer Ausführungsform sind die Rastelemente ungleichmäßig voneinander beabstandet. Bevorzugt sind die Rastelemente äquidistant zueinander beabstandet. Grundsätzlich sind beliebige Abstände realisierbar. Die Rastelemente sind bevorzugt als ortsfeste Rastelemente ausgeführt. Die Rastelemente erstrecken sich in einer Ausführungsform bevorzugt in Radialrichtung zu der Nabe.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass das mindestens eine Rastelement an einer als Sicherungsblech ausgebildeten Sicherungseinheit ausgebildet ist. Die Sicherungseinheit ist in dieser Ausführung als separates, einteiliges Bauteil in Form eines Sicherungsbleches ausgebildet. Das Sicherungsblech ist bevorzugt um die Nabe herum anordnen- und befestigbar. Entsprechend weist das Sicherungsblech eine Aufnahmeöffnung auf, in welcher die Nabe anordnenbar ist. Das Sicherungsblech ist bevorzugt an dem Deckel befestigbar. In anderen Ausführungen ist das Sicherungsblech in den Deckel integriert ausgeführt. Um ein Zusammenwirken der Sicherungseinheit mit der Arretiereinheit zu gewährleisten, ist in einer Ausführung vorgesehen, dass das mindestens eine Rastelement als axiale Verzahnung ausgeführt ist. Die Verzahnung ist beispielsweise sägezahnförmig, rechteckig, zackenförmig und/oder zinkenförmig ausgebildet. Bevorzugt ist die Verzahnung als Sägezahn-Verzahnung ausgebildet. Die Konturen der Verzahnung sind in einer Ausführung geradlinig, in anderen Ausführungen geschwungen. Die Verzahnung weist bevorzugt eine Vielzahl von in radialer Richtung äquidistant beabstandeten Zähnen auf. Die Zähne erstrecken sich dabei bevorzugt in eine axiale Richtung. Vorteilhafterweise ist eine vordefinierte Anzahl an Zähnen ausgeführt. Eine einteilige Ausführung des Sicherungsbleches sieht vor, dass die Zähne der Verzahnung in das Material des Sicherungsbleches durch Verformen, beispielsweise Stanzen und/oder Abkanten, eingebracht sind. Als Material für die Sicherungseinheit eignet sich ein robustes und hartes Material wie beispielsweise ein Metall. Die Zähne sind in eine Aufsteck- oder Aufschraubrichtung elastisch oder nachgiebig ausgebildet.
In einer Ausführung der Andrehvorrichtung ist eine Arretiereinheit vorgesehen, die mit dem mindestens einen Rastelement der Arretiervorrichtung bzw. der Sicherungseinheit zusammenwirkt. Vorteilhafterweise sind die Arretiereinheit und die Sicherungseinheit zumindest teilweise komplementär ausgebildet, um das Zusammenwirken zu gewährleisten. Das Zusammenwirken von Arretiereinheit und Sicherungseinheit erfolgt kraft-, form- und/oder stoffschlüssig. Die Arretiereinheit weist vorteilhafterweise Rastelemente zum Zusammenwirken auf. Entsprechend sind bevorzugt die Rastelemente der Arretiereinheit komplementär zu den Rastelementen der Sicherungseinheit ausgeführt. In einer vorteilhaften Ausführung sind die Rastelemente der Arretiereinheit als zu der Verzahnung komplementäre axiale Gegenverzahnung ausgeführt. Die Gegenverzahnung der Arretiereinheit ist in einer Ausführung spiegelverkehrt bzw. invers zu der Verzahnung der Sicherungseinheit ausgeführt. In einer Ausführung umfasst die Gegenverzahnung eine vordefinierte Anzahl an Zähnen. Die Zähne der Gegenverzahnung entsprechen in ihrer Ausführung vorteilhafterweise den Zähnen der Verzahnung an der Sicherungseinheit. Eine Ausführung sieht eine Gegenverzahnung mit einer geringeren Anzahl an Zähnen als die Verzahnung vor. Vorzugsweise weist die Gegenverzahnung mehr Zähne auf als die Verzahnung, beispielsweise einhalbmal oder doppelt so viele Zähne. Die Zähne der Arretiereinheit sind bevorzugt einteilig mit der Arretiereinheit ausgebildet. Beispielsweise sind die Zähne mittels Stanzen, Abkanten und/oder Prägen in die Arretiereinheit eingebracht. Als Material für die Sicherungseinheit und/oder die Arretiereinheit eignet sich ein robustes und hartes Material wie beispielsweise ein Metall. Andere Ausführungen sehen für die Arretiereinheit ein weicheres Material als für die Sicherungseinheit vor. Die Gegenverzahnung der Arretiereinheit ist bevorzugt in axiale Richtung, entgegengesetzt zu der Verzahnung der Sicherungseinheit ausgerichtet.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Arretiereinheit eine Aufnahme für die Nabe und/oder die Ankerwelle umfasst, welche mindestens ein zu dem mindestens einen Rastelement der Sicherungseinheit korrespondierendes Rastelement aufweist, welches mit dem mindestens einen Rastelement der Sicherungseinheit zusammenwirkt. Die Arretiereinheit ist bevorzugt als Verschlusskappe ausgeführt, welche auf die Nabe und das hintere Ende aufschiebbar und/oder aufschraubbar ist. Die Verschlusskappe umfasst bevorzugt eine Aufnahme. Bevorzugt ist die Aufnahme als Durchgangsöffnung ausgebildet. Die Durchgangsöffnung ist bevorzugt komplementär zu der Nabe ausgebildet. Dabei können die Nabe und das hintere Ende von der Aufnahme aufgenommen werden. Die Rastelemente der Arretiereinheit sind bevorzugt im Bereich der Aufnahme an einem Aufnahmerand in axialer Richtung ausgebildet und somit in Richtung der Rastelemente des Sicherungsbleches orientiert. Bei einem Aufsetzen und/oder Aufschrauben der Arretiereinheit auf die Nabe greifen die Verzahnungen ineinander. Entsprechend sieht eine Ausführungsform vor, dass das mindestens eine Rastelement der Arretiereinheit als Gegenverzahnung ausgebildet ist. Die Zähne der Gegenverzahnung sind dabei komplementär zu den Zähnen der Verzahnung ausgebildet. Die ineinander greifenden Rastelemente bzw. Zähne verhindern ein Lösen der Verschlusskappe von der Nabe bzw. Zurückschrauben und fixieren so die Arretiereinheit an der Sicherungseinheit. Zwischen der Arretiereinheit und der Sicherungseinheit ist ein Form- und/oder Kraftschluss realisiert. Das Axialspiel der Ankerwelle ist erfindungsgemäß verringert, da die Arretiereinheit eine Bewegung in Axialrichtung verhindert. Eine Ausführung sieht vor, dass die Gegenverzahnung an der Verschlusskappe vorgeformt ist, das heißt in einem separaten Arbeitsschritt in den Aufnahmerand der Verschlusskappe eingebracht sind. In anderen Ausführungen wird die Gegenverzahnung mittels der Verzahnung beim Montieren in den Aufnahmerand, bevorzugt mittels Schneiden, Prägen bzw. Eindrücken oder Einpressen und/oder Verformen, eingebracht. Entsprechend ist die Verzahnung an der Sicherungseinheit als selbstschneidende Verzahnung, analog zu einem selbstschneidenden Gewinde, ausgebildet. Die Zähne der Gegenverzahnung sind vorzugsweise aus einem starren oder unnachgiebigeren Material als die Zähne der Sicherheitseinheit ausgebildet.
In einer anderen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Andrehvorrichtung zumindest in dem Bereich der Lagerstelle anlaufscheibenfrei ausgebildet ist. Vorteilhafterweise ist die Ankerwelle in Axialrichtungen durch das Zusammenspiel von Arretiereinheit und Sicherungseinheit, welches die Sicherungsscheibe gegen die Lagerstelle der Nabe presst, festgelegt, sodass eine Festlegung der Ankerwelle in axiale Richtung ohne Anlaufscheiben gewährleistet ist. Die Toleranzkette der Bauteile, welche das Ankerlängsspiel beeinflussen, ist somit um ein weiteres Bauteil reduziert. Zusätzlich ist vorteilhafterweise eine Drehbewegung der Sicherungsscheibe verhindert.
Eine andere Ausführungsform der Andrehvorrichtung sieht eine weitere Arretiervorrichtung vor. Die weitere Arretiervorrichtung umfasst vorteilhafterweise ein (Außen-)Gewinde an der Nabe und ein dazu komplementäres (Innen-)Gegengewinde in der Aufnahme der Verschlusskappe. Gewinde und Gegengewinde bewirken einen zusätzlichen Kraft- und/oder Formschluss der Verschlusskappe auf der Nabe. Bei einem Aufnehmen der Nabe in der Aufnahme der Arretiereinheit werden die Gewinde der Rastelemente ineinander geschraubt, sodass eine Verbindung zwischen Arretiereinheit und Arretiervorrichtung hergestellt wird. Die Verschlusskappe ist vorteilhafterweise bis zu einem Anschlag der Sicherungsscheibe an einer Anschlagfläche an der Aufnahme auf die Nabe aufschraubbar. Dies geschieht vorteilhafterweise mit einem gleichbleibenden Anzug- bzw. Schraubmoment. Eine Sicherung der Verschlusskappe gegen eine Losschrauben wird hier durch die erfindungsgemäße Verzahnung erreicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder nebengeordneten Anspruches hat dem Stand der Technik gegenüber den Vorteil, dass bei der Herstellung einer Andrehvorrichtung, insbesondere eines Starters, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Ankerwelle, die an ihrem einen Ende mittels eines eine Nabe umfassenden Kommutatorlagers schwimmend gelagert ist, und ein Ankerlängsspiel über eine an der Nabe ausgebildete Arretiervorrichtung arretiert wird. Dabei werden die Rastelemente der Arretiereinheit und die Rastelemente der Nabe in eine Wirkverbindung gebracht, sodass ein Ankerlängsspiel bzw. ein Axiallängsspiel verringert werden kann. Bevorzugt wird die Arretiereinheit bis zu einem Anschlag der Sicherungsscheibe an der Lagerstelle und der Anschlagfläche im Inneren der Arretiereinheit befestigt. Ein Befestigen der Arretiereinheit ist beispielsweise als Aufschrauben ausgeführt. In einer Ausführung erfolgt das Aufschrauben händisch, in einer anderen Ausführung sind Hilfsmittel zum Aufschrauben vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer Querschnittansicht eine Andrehvorrichtung,
2a schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Andrehvorrichtung in einem ersten Montageschritt,
2b schematisch in einer weiteren perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Andrehvorrichtung einen weiteren Montageschritt,
3a, 3b schematisch in jeweils einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Andrehvorrichtung nach 2b in verschiedenen Ausführungen,
4 schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Arretiervorrichtung nach 2a in Alleinstellung, und
5 schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Arretiereinheit nach 3b in Alleinstellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt in einer Querschnittansicht eine Andrehvorrichtung 100 einer Verbrennungskraftmaschine mit Relais 42, auch als Schalt- oder Einrückrelais ausgeführt. Ein Gehäuse 10 der Andrehvorrichtung 100 umfasst einen zylindrischen Gehäuseteil 11 und einen Deckel 13, die durch nicht weiter dargestellte Schrauben miteinander verbunden sind. Das zylindrische Gehäuseteil 11 ist hinten durch den Deckel 13 verschlossen, in dessen Mittelteil eine nach außen gerichtete, Nabe 14 angeformt ist (siehe 2a). In der Nabe 14 befindet sich eine Lagerstelle, in welcher ein hinteres Ende der Ankerwelle 17 (hier nicht detailliert gezeigt) eines elektrischen Andrehmotors 18 gelagert ist, dessen Anker mit 19 bezeichnet ist. Radial außerhalb des Ankers 19 befinden sich an der Wand des Gehäuseteils 11 mehrere (Permanent-)Magnete 20 des Andrehmotors 18. Das vordere Ende der Ankerwelle 17 ist mit einem im Durchmesser reduzierten Endabschnitt 22 in einer achsgleich verlaufenden, nicht weiter dargestellten Sackbohrung 23 einer Abtriebswelle 24 gelagert. Das andere Ende der Abtriebswelle 24 ist in einem das Gehäuseteil 11 verschließenden Lagerschild 25 und einer an diesem angeformten Nabe 26 gelagert. Die Ankerwelle 17 weist nahe ihrem dem Lagerschild 25 zugewandten Ende eine Verzahnung 28 (Sonnenrad) auf, in welche Planetenräder 29 eingreifen, die auch mit einem außenliegenden, feststehenden Hohlrad 30 eines Planetengetriebes 31 kämmen (= Vorgelege).
Ein Planetenträger 12 treibt die Abtriebswelle 24 an, auf welcher ein Freilauf 33 angeordnet ist, dessen Innenring 34 einen Fortsatz 35 (Ritzel) aufweist, an dem eine Außenverzahnung 36 ausgebildet ist. Der Außenring 37 des Freilaufs 33 ist über ein Steilgewinde 38 mit der Abtriebswelle 24 verbunden. Auf ihn wirkt eine sogenannte Einspurfeder 39 ein. Durch axiales Verschieben des Freilaufs 33 kann die Außenverzahnung 36 mit einem Zahnkranz 40 einer Brennkraftmaschine zwecks des Startvorgangs in Eingriff gebracht werden. Dies geschieht mit Hilfe eines (Einrück-)Relais 42, in welchem beim Einschalten eines Stroms ein Magnetanker über einen Fortsatz 43 einen Hebel 44 verschwenkt, der über eine Kulisse 45, die zwischen Scheiben 46 liegt, den Freilauf 33 nach links verschiebt. Der Hebel 44 ist zweiarmig ausgebildet und mittels Zapfen 48, in einem gehäusefesten Lager 49 schwenkbar angeordnet. Auf diesen Vorgang ist nur kurz eingegangen, da nicht erfindungswesentlich.
Die Ankerwelle 17 ist an ihrem hinteren lagerseitigen Ende 17a mit einer Arretiervorrichtung (nicht detailliert gezeigt) in axiale Richtung gesichert (siehe 2c und 3). An dem Deckel 13 liegt eine Bürstenplatte 53 an, welche mit dem Deckel 13 verschraubt ist. Die Bürstenplatte 53 ist einstückig ausgebildet. An ihr sind insbesondere aus Kunststoff bestehende Bürstenhalter befestigt, in welchen Kohlen angeordnet sind, die sich unter Federdruck an einen Kommutator 63 anlegen, welcher an der Ankerwelle 17 angeordnet ist. Die Kohlen sind über Anschlußlitzen an einen Kabelschuh angeschlossen, der mit einem Kontakt 68 des Einrückrelais 42 verbunden ist. Die Litzen durchdringen eine Dichtung 70, welche im Gehäuseteil 11 in einer Öffnung angeordnet ist. Die Bürstenplatte 53 ist mit Schrauben 62 am Deckel 13 befestigt.
2a zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht einen ersten Montageschritt der Andrehvorrichtung 100. Das zylindrische Gehäuse 10 bzw. dessen zylindrischer Teil 11 ist an dem hier dargestellten Ende mit dem Deckel 13 verschlossen. Die Ankerwelle 17 durchdringt mit ihrem hinteren Ende 17a die in der Nabe 14 ausgebildet Lagerstelle und ragt somit mit dem hinteren Ende 17a über das durch Nabe 14 und Lagerstelle gebildete Kommutatorlager hervor. Die Ankerwelle 17 ist schwimmend in dem Kommutatorlager gelagert, wobei die Ankerwelle 17 in radiale Richtung, nicht aber in axiale Richtung festgelegt ist. Zur radialen Festlegung wird das hintere Ende 17a teilweise von einer hier nicht sichtbaren Buchse im Bereich der Nabe 14 geführt. An dem hinteren Ende 17a der Ankerwelle 17 ist zur axialen Festlegung im Bereich der Lagerstelle eine Wellennut (hier nicht sichtbar) ausgebildet, in welcher eine Sicherungsscheibe 115 angeordnet ist. Weiterhin ist zur axialen Festlegung um die Nabe 14 eine Arretiervorrichtung 110 angeordnet. Gemäß der Ausführung der 2a umfasst die Arretiervorrichtung 110 eine als separates Sicherungsblech 110a ausgebildete Sicherungseinheit. Das Sicherungsblech 110a ist unmittelbar an dem Deckel 13 angeordnet, das heißt, es liegt auf diesem auf, und ist mittels Schrauben 116 an diesem befestigt. Weiter weist das Sicherungsblech 110a eine Aufnahmeöffnung 110b auf (siehe 4), welche komplementär zu der Nabe 14 ausgebildet ist und in welcher die Nabe 14 angeordnet ist. Die Nabe 14 ist somit von der Aufnahmeöffnung 110b des Sicherungsbleches 110a umschlossen. Erfindungsgemäß weist das Sicherungsblech 110a Rastelemente 111 auf. Die Rastelemente 111 sind umfänglich an der Aufnahmeöffnung ausgebildet und in axiale Richtung ausgerichtet. In dieser Ausführung sind die Rastelemente 111 als axiale Verzahnung 111a mit mehreren Zähnen 111b ausgebildet.
2b zeigt schematisch in einer weiteren, perspektivischen Ansicht einen weiteren Montageschritt der Andrehvorrichtung 100. In diesem Montageschritt ist eine erfindungsgemäße Arretiereinheit 112 auf die Nabe 14 und das hervorstehende hintere Ende 17a aufgesetzt. Die Arretiereinheit 112 ist mit der Nabe 14 bereits schlüssig verbunden, sodass die Arretiervorrichtung 110 funktionsfähig ist. Die Arretiereinheit 112 ist hier mittels Rastelementen 114 (siehe 3 und 5) an den Rastelementen 111 der Nabe 14 befestigt. In dieser Ausführung ist die Arretiereinheit 112 als separates, einteiliges Bauteil in Form einer Verschlusskappe ausgeführt. Die Arretiereinheit 112 weist eine Aufnahme auf, welche als Durchgangsöffnung ausgebildet ist. Die Aufnahme weist an ihrem in axiale Richtung zeigenden Aufnahmerand 113a die Rastelemente 114 auf (siehe 3). In einem montierten Zustand wirken die Rastelemente 111, 114 von Arretiervorrichtung 110 und Arretiereinheit 112 zusammen. Dieses Zusammenwirken ist in den 3a und 3b gezeigt. Im montierten Zustand fixiert bzw. drückt die aufgesetzte Arretiereinheit 112 die Sicherungsscheibe 115 gegen die Lagerstelle. Das Axiallängsspiel der Ankerwelle 17 wird dann lediglich durch das Spiel der Sicherungsscheibe 115 in der Wellennut definiert. Zusätzlich dient die Arretiereinheit 112 zum Schutz gegen Umwelteinflüsse sowie zum Schutz vor Schmiermittelaustritt.
Die 3a und 3b zeigen schematisch in jeweils einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der Andrehvorrichtung 100 nach 2b in verschiedenen Ausführungen. In diesen Ansichten ist die Arretiereinheit 112 im Bereich des Aufnahmerandes 113a und die Arretiervorrichtung 111 mit der Verzahnung 111a gezeigt. Der Aufnahmerand 113a steht in Kontakt mit der Verzahnung 111a. An dem Aufnahmerand 113a sind jeweils die Rastelemente 114 ausgebildet.
3a zeigt eine erste Ausführung der Rastelemente 111 der Arretiereinheit 112. Die Rastelemente 111 sind in den Aufnahmerand 113a integriert ausgebildet. Wird die Arretiereinheit 112 weiter auf die Nabe 14 aufgesetzt oder aufgeschraubt, greift die Verzahnung 111a der Sicherheitseinheit in den Aufnahmerand 113a und bildet so die Rastelemente 114 in Form einer axialen Gegenverzahnung 114a in dem Aufnahmerand 113a aus. In dieser Ausführung entspricht die Anzahl der Zähne 111b der Verzahnung 111a einer Anzahl der Zähne der Gegenverzahnung 114a (hier nicht gezeigt). Die Gegenverzahnung 114a ist somit komplementär zu der Verzahnung 111a ausgeführt. Beide Verzahnungen 111a und 114a wirken zusammen und sichern die Arretiereinheit 112 an der Arretiervorrichtung 110 gegen ein Lösen. Das Zusammenwirken der Verzahnung 111a und Gegenverzahnung 114a erfolgt kraft-, form- und stoffschlüssig. Weiterhin wird hierdurch ein Axialspiel des in der Aufnahme 113 der Arretiereinheit 112 gelagerten hinteren Endes 17a verhindert.
3b zeigt eine weitere Ausführung der Rastelemente 111 der Arretiereinheit 112. Die Rastelemente 111 sind an dem Aufnahmerand 113a als Verzahnung 111a ausgebildet, wobei diese Verzahnung 111a der Arretiereinheit 112 die komplementäre Gegenverzahnung 114a zu der Verzahnung 111a der Arretiervorrichtung 110 darstellt. Die Gegenverzahnung 114a weist eine Vielzahl von Zähnen 114b auf, wobei die Anzahl der Zähne 114b größer ist als die Anzahl der Zähne 111b der Verzahnung 111a. Die Zähne 111b der Verzahnung 111 an der Sicherungseinheit sind in dieser Ausführung nachgiebig bzw. elastisch, ausgebildet. Dagegen sind die Zähne 114b der Arretiereinheit 112 starr oder starrer ausgebildet. Beim Aufschrauben auf die Nabe 14 rutschen die Zähne 111b und 114b aneinander entlang bzw. übereinander hinweg und federn in eine Ausgangsstellung zurück. Dabei greifen die Verzahnungen 111a und 114a bzw. die Zähne 111b und 114b ineinander und bewirken so eine Gegendrehsicherung gegen ein Lösen der Arretiereinheit 112. Das Zusammenwirken der Verzahnungen 111a und 114a erfolgt kraft- und formschlüssig. Durch die größere Anzahl der Zähne 114b der Gegenverzahnung 114a wird ein flexibles und passgenaues Zusammenwirken bzw. Arretieren der Arretiereinheit 112 erreicht. Erfindungsgemäß wird hierdurch ein Axialspiel des in der Aufnahme 113 der Arretiereinheit 112 gelagerten hinteren Endes 17a verhindert.
4 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht eine Sicherungseinheit nach 2a in Alleinstellung. Die Sicherungseinheit ist als Sicherungsblech 110a ausgebildet. Das Sicherungsblech 110a ist einteilig ausgeführt. Es umfasst eine runde Aufnahmeöffnung 110b, welche komplementär zu der Nabe 14 ausgebildet ist. In einem montierten Zustand (siehe 2a und 2b) wird in der Aufnahmeöffnung 110b die Nabe 14 angeordnet, wobei die Nabe 14 von der Aufnahmeöffnung 110b des Sicherungsbleches 110a umschlossen wird. Weiterhin weist das Sicherungsblech 110a zwei, beidseitig angeordnete Befestigungsöffnungen 110c auf, um das Sicherungsblech 110a an dem Deckel der Andrehvorrichtung 100 zu befestigen (siehe 2a und 2b), beispielsweise mittels Anschrauben. Erfindungsgemäß weist das Sicherungsblech 110a die Rastelemente 111 auf. Die Rastelemente 111 sind umfänglich an der Aufnahmeöffnung 110b ausgebildet und in axiale Richtung ausgerichtet. In dieser Ausführung sind die Rastelemente 111 als Verzahnung 111a mit sechs einzelnen Zähnen 111b ausgebildet. Die Zähne 111b sind beispielweise durch Abkanten in das Material des Sicherungsbleches 110a eingebracht, wobei die Zähne 111b in einem montierten Zustand in axiale Richtung zu der Arretiereinheit 112 zeigen. Die Zähne 111b sind in dieser Ausführung flexibel ausgeführt.
5 zeigt schematisch in einer perspektivischen Ansicht die Arretiereinheit 112 nach 3b in Alleinstellung. Die Arretiereinheit 112 umfasst zwei Abschnitte, einen hohlzylindrischen Abschnitt 112a, in dem die Aufnahme 113 ausgebildet ist, und einen schraubenkopfartigen Endabschnitt 112b, welcher zur vereinfachten Montage dient. Die Aufnahme 113 ist als Durchgangsöffnung ausgebildet. Um die Durchgangsöffnung ist ein Aufnahmerand 113a ausgebildet, welcher in axiale Richtung ausgerichtet ist. An dem Aufnahmerand 113a sind die Rastelemente 114 der Arretiereinheit 112 ausgebildet. Die Rastelemente 114 sind in dieser Ausführung als Gegenverzahnung 114a ausgebildet. Dabei ist die Gegenverzahnung 114a komplementär zu der Verzahnung 111a der Arretiervorrichtung 110 (siehe 3b) ausgebildet. Die Gegenverzahnung 114a umfasst in dieser Ausführung elf Zähne 114b, welche in axiale Richtung von dem Aufnahmerand 113a abstehen. Die Zähne 114b sind in dieser Ausführung starr ausgeführt. Bei einem Aufsetzen der Arretiereinheit 112 auf die Nabe 14 greifen die Zähne 114b teilweise hinter die Zähne 111b und bewirken so eine Gegendrehsicherung gegen ein Lösen. Die Arretiereinheit 112 ist entweder von Hand oder mittels eines Hilfsmittels, beispielsweise eines Schraubenschlüssels, auf die Nabe 14 aufschraubbar. Als Angriffsstelle für einen Schraubenschlüssel dient dabei der hintere schraubenkopfartige Endabschnitt 112b.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1544946 B1 [0007]

Claims

Andrehvorrichtung (100), insbesondere ein Starter, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Ankerwelle (17), die an ihrem einen Ende (17a) mittels eines eine Nabe (14) umfassenden Kommutatorlagers schwimmend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arretiervorrichtung (110) mit mindestens einer Sichererungseinheit vorgesehen ist, welche eine Arretiereinheit (112) an der Nabe (14) arretiert, um ein Ankerlängsspiel zu verringern.
Andrehvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiervorrichtung (110) mindestens ein Rastelement (111) zum Zusammenwirken mit der komplementären Arretiereinheit (112) umfasst.
Andrehvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rastelement (111) an einer als Sicherungsblech (110a) ausgebildeten Sicherungseinheit ausgebildet ist.
Andrehvorrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rastelement (111) als axiale Verzahnung (111a) ausgeführt ist.
Andrehvorrichtung (100) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Arretiereinheit (112) vorgesehen ist, die mit dem mindestens einen Rastelement (111) der Arretiervorrichtung (110) zusammenwirkt.
Andrehvorrichtung (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinheit (112) eine Aufnahme (113) für die Nabe (14) und/oder die Ankerwelle (17) umfasst, welche mindestens ein zu dem mindestens einen Rastelement (111) der Sicherungseinheit (110a) korrespondierendes Rastelement (114) aufweist, welches mit dem mindestens einen Rastelement (111) der Sicherungseinheit (110a) zusammenwirkt.
Andrehvorrichtung (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rastelement (114) der Arretiereinheit (112) als axiale Gegenverzahnung (114a) ausgebildet ist.
Andrehvorrichtung (100) nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Andrehvorrichtung (100) zumindest in dem Bereich der Nabe (14) anlaufscheibenfrei ausgebildet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Andrehvorrichtung (100), insbesondere eines Starters, nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, zum Andrehen einer Brennkraftmaschine, umfassend eine Ankerwelle (17), die an ihrem einen Ende (17a) mittels eines eine Nabe (14) umfassenden Kommutatorlagers schwimmend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ankerlängsspiel über eine Arretiervorrichtung (110) arretiert wird.