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Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Maschine, insbesondere einen Startermotor einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 41 21 202 A1 ist ein permanenterregter Gleichstrommotor bekannt, der an der Innenseite eines zylindrisches Polgehäuses Permanentmagnete aufweist, deren Magnetfeld mit dem Feld bestrombarer Ankerwicklungen interagiert, welche mit dem Rotor des Motors verbunden sind. Die Bestromung der Ankerwicklungen erfolgt über eine Kommutierungseinrichtung mit einem rotorseitigen Kommutator bzw. Kollektor, an dessen Mantelfläche stromführende Bürsten anliegen, welche in Bürstenhalterungen radial verschieblich aufgenommen sind. Die Bürstenhalterungen sind an einer Bürstenplatte angeordnet, die auf die Stirnseite des Polgehäuses aufgesetzt ist und über den Umfang verteilt vier radiale Auskragungen aufweist, die in zugeordnete, stirnseitige Ausnehmungen des Polgehäuses einragen. Durch den Eingriff der Auskragungen an der Bürstenplatte in die Ausnehmungen am Polgehäuse ist eine exakt definierte Winkellage zwischen Bürstenplatte und Polgehäuse gegeben. Zugleich ist auf eine dichte Verbindung zwischen Bürstenplatte und Polgehäuse zu achten, um ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Polgehäuse zu verhindern.
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Offenbarung der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit einfachen konstruktiven Maßnahmen eine elektrische Maschine, die mit einer Kommutierungseinrichtung versehen ist, so auszubilden, dass die Dichtigkeit des Motorgehäuses gewährleistet und die gewünschte Relativwinkellage zwischen den Bürsten der Kommutierungseinrichtung und dem Motorgehäuse exakt festgelegt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an.
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Die erfindungsgemäße elektrische Maschine wird beispielsweise als Startermotor einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine eingesetzt und treibt im Betrieb ein Starterritzel an, das in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine steht. Zwischen Startermotor und Starterritzel kann ein Getriebe zur Untersetzung der Motordrehzahl angeordnet sein. Das Starterritzel ist vorzugsweise zwischen einer zurückgezogenen Außerfunktionsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition mit dem Zahnkranz zu verstellen, die Verstellbewegung wird über ein Starterrelais der Startvorrichtung durchgeführt.
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Die elektrische Maschine weist einen mit dem Rotor verbundenen Anker mit Ankerwicklungen auf, die über eine Kommutierungseinrichtung bestromt werden. Die Kommutierungseinrichtung umfasst einen rotorseitigen Kommutator bzw. Kollektor und einen statorseitigen Bürstenapparat mit stromführenden Bürsten, die radial verschieblich in Bürstenhalterungen aufgenommen sind, welche an einer Bürstenplatte gehalten sind. Die Bürstenplatte ist stirnseitig auf das Motorgehäuse aufgesetzt. Die Bestromung der Bürsten erfolgt beispielsweise über eine Stromschiene, die vorzugsweise ringförmig ausgebildet und an der der Bürstenplatte axial gegenüberliegenden Seite an den Bürstenhalterungen angeordnet ist. Die Bürstenplatte ist elektrisch auf Masse gelegt.
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Bei Bestromung der Ankerwicklungen wird ein elektromagnetisches Feld erzeugt, das mit einem statorseitigen Erregerfeld interagiert. Das Erregerfeld wird zum Beispiel von Permanentmagneten erzeugt, die an der Innenseite des Motor- bzw. Polgehäuses fest angeordnet sind. Es ist auch möglich, statt der Permanentmagnete bestrombare Erregerspulen an der Innenseite des Motorgehäuses anzuordnen, um das Erregerfeld zu erzeugen.
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Die stirnseitige auf das Motorgehäuse aufgesetzte Bürstenplatte weist mindestens ein Formschlusselement auf, das in eine Ausnehmung an der Stirnseite des Motorgehäuses einragt. Die Ausnehmung erstreckt sich axial und reicht bis zur Stirnseite des Motorgehäuses, wobei die axiale Erstreckung der Ausnehmung vorteilhafterweise größer ist als die axiale Erstreckung des Formschlusselementes an der Bürstenplatte.
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In die Ausnehmung an der Stirnseite des Motorgehäuses ist ein Dichtungselement eingesetzt, an dem das Formschlusselement der Bürstenplatte anliegt.
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Diese Ausführung hat den Vorteil, dass eine Ausnehmung am Motorgehäuse für die Festlegung der Relativposition des Bürstenapparates genutzt wird, die auch für eine weitere Funktion dienen kann, beispielsweise für das Hindurchführen von elektrischen Verbindungsleitungen, die beispielsweise mit der Stromschiene zur Bestromung der Ankerwicklungen verbunden sind.
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Dementsprechend kommt der stirnseitigen Ausnehmung im Motorgehäuse eine doppelte Funktion zu: Zum einen dient die Ausnehmung wie vorbeschrieben beispielsweise für das Hindurchführen der elektrischen Leitungen, zum anderen dient die Ausnehmung gemeinsam mit mindestens einem Formschlusselement an der Bürstenplatte für die Indexierung des Bürstenapparates, so dass dieser exakt die gewünschte Relativwinkellage gegenüber dem Motorgehäuse und insbesondere den statorseitigen Bauteilen aufweist, die das Erregerfeld erzeugen, also den Permanentmagneten oder den Erregerspulen. Da die Ausnehmung und das Formschlusselement die Indexierfunktion übernehmen, können zusätzliche Indexierrastausnehmungen am Motorgehäuse entfallen. Das Dichtungselement, das in die Ausnehmung am Polgehäuse eingesetzt ist, gewährleistet die gewünschte Dichtigkeit und verhindert ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Motorgehäuses.
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Das Formschlusselement ragt, gemäß einer vorteilhaften Ausführung, axial über die Seitenwand der Bürstenplatte über. Dementsprechend ist es nicht notwendig, dass das Formschlusselement radial über den Außenumfang der scheibenförmigen Bürstenplatte hinaussteht. Die Bürstenplatte liegt insbesondere an der Stirnseite des Motorgehäuses unmittelbar an, wobei der Außendurchmesser der Bürstenplatte vorzugsweise gleich groß oder größer ist als der Außendurchmesser des zylindrischen Motorgehäuses. Gegebenenfalls kommt auch ein geringfügig kleinerer Außendurchmesser der Bürstenplatte in Betracht, der jedoch vorzugsweise größer ist als der Innendurchmesser des Motorgehäuses.
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In einer alternativen Ausführung steht das Formschlusselement radial über den Außenumfang der Bürstenplatte über. In einer weiteren Ausführung überragt das Formschlusselement die Bürstenplatte sowohl axial als auch radial. Bevorzugt sind jedoch Ausführungen, bei denen das Formschlusselement innerhalb des Außenumfanges der Bürstenplatte liegt und nur axial über eine Seitenwand der Bürstenplatte übersteht.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind genau zwei Formschlusselemente an der Bürstenplatte angeordnet, die in die gleiche Ausnehmung an der Stirnseite des Motorgehäuses einragen, jedoch an gegenüberliegenden Gehäusewänden des Motorgehäuses anliegen, welche die Ausnehmung in Umfangsrichtung begrenzen. Es genügen grundsätzlich zwei verhältnismäßig klein ausgeführte, vorzugsweise axial überstehende Formschlusselemente an der Bürstenplatte, die an der linken und rechten, die Ausnehmung begrenzenden Gehäusewand anliegen.
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In alternativer Ausführung ist genau ein Formschlusselement vorgesehen, welches vorteilhafterweise die gleiche Erstreckung in Umfangsrichtung aufweist wie die Ausnehmung im Bereich der Stirnseite des Motorgehäuses.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung ist das Formschlusselement als Einprägung oder Einstanzung in die Bürstenplatte ausgebildet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass das Formschlusselement bzw. die Formschlusselemente einteilig mit der Bürstenplatte ausgeführt sind. Bei der Einprägung wird das Formschlusselement durch axiales Einprägen in die Bürstenplatte erzeugt, vorzugsweise jedoch ohne die Bürstenplatte zu durchdringen und mit einer Öffnung zu versehen.
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Beim Einstanzen wird durch Stanzen eine Lasche aus dem Material der Bürstenplatte herausgestanzt, welche sich insbesondere über die Seitenwand der Bürstenplatte erhebt und das Formschlusselement bildet; hierbei wird gegebenenfalls eine Öffnung in die Bürstenplatte eingebracht, welche jedoch vorteilhafterweise an dem Dichtungselement anliegt, das in die Ausnehmung im Motorgehäuse eingesetzt ist, so dass die Dichtigkeit gewährleistet ist.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung weist das Formschlusselement einen runden Querschnitt auf. Das Formschlusselement wird insbesondere durch Einprägen in die Bürstenplatte erzeugt. Darüber hinaus kommen aber auch weitere Querschnittsformen in Betracht, insbesondere längliche Querschnittsformen für das Formschlusselement.
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Die Ausnehmung weist, gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung, einen parabelförmigen Querschnitt auf. Auf der der Stirnseite des Motorgehäuses axial abgewandten Seite besitzt die Ausnehmung eine parabelförmig abgerundete Kontur, in Richtung zur Stirnseite verbreitert sich der Querschnitt der Ausnehmung. Aufgrund der abgerundeten Kontur werden Kerbwirkungen vermieden.
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Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausführung sind elektrische Verbindungsleitungen durch die Ausnehmung geführt, insbesondere zur Bestromung der Ankerwicklungen. Hierbei ist es zweckmäßig, dass in das Dichtungselement Öffnungen für die elektrischen Verbindungsleitungen eingebracht sind. Die elektrischen Verbindungsleitungen können, im Fall einer Ausführung als Startermotor in einer Startvorrichtung, zu dem Starterrelais geführt sein, welches bei einer Stellbewegung seines Hubankers ein Stellglied betätigt, über das ein Stromkreis geschlossen und Strom durch die elektrischen Verbindungsleitungen geführt wird.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 einen Schnitt längs durch eine Startvorrichtung, mit einem elektrischen Startermotor, der über ein Planetengetriebe ein Starterritzel antreibt,
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2 eine perspektivische Ansicht der Stirnseite des Motorgehäuses mit aufgesetzter Bürstenplatte,
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3 eine Ansicht von oben auf Motorgehäuse und Bürstenplatte im Bereich einer in das Motorgehäuse stirnseitig eingebrachten Ausnehmung, in die zwei mit der Bürstenplatte einteilig ausgebildete Formschlusselemente einragen,
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4 die Bürstenplatte in perspektivischer Ansicht, mit zwei Formschlusselementen, die axial über die Seitenwand der Bürstenplatte überstehen,
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5 eine ähnliche Darstellung wie 2, jedoch mit unterschiedlich ausgebildeten Formschlusselementen an der Bürstenplatte, die in die Ausnehmung am Motorgehäuse einragen.
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 gezeigte Startvorrichtung 1 wird zum Starten von Brennkraftmaschinen eingesetzt und weist in einem Gehäuse 2 einen elektrischen Startermotor 3 auf, ein dem Startermotor 3 nachgeordnetes Planetengetriebe 4, eine Antriebswelle 5, eine Freilaufkupplung 6 sowie ein Starterritzel 7, das von der Antriebswelle 5 rotierend angetrieben wird und das axial zwischen der in 1 gezeigten Außerfunktionsposition und einer axial vorgerückten Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine zu verstellen ist. Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird mithilfe eines elektromagnetischen Starterrelais 8 durchgeführt, das ebenfalls im Gehäuse 2 der Startvorrichtung 1 aufgenommen bzw. an das Gehäuse 2 angeflanscht ist.
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Bei dem elektrischen Startermotor 3 handelt es sich um einen permanenterregten Gleichstrommotor mit Permanentmagneten 9 an der Innenseite des Motor- bzw. Polgehäuses 10. Der Anker 11 des Startermotors 3 umfasst eine Ankerwelle 12, die rotierend gelagert ist, und ein auf der Ankerwelle 12 aufsitzendes Ankerpaket 13 mit bestrombaren Wicklungen. Die Wicklungen werden über eine Kommutierungseinrichtung mit Strom versorgt, die einen ankerseitigen Kollektor 14 umfasst, an dem Strom leitende Bürsten 28 anliegen. Die Bürsten 28 sind in Bürstenhaltern 27 aufgenommen, welche an einer Bürstenplatte 26 befestigt sind. Die Bürstenplatte 26 ist an der Stirnseite des Polgehäuses 10 angeordnet und von einem Lagerdeckel 29 übergriffen.
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Das Planetengetriebe 4 weist ein Hohlrad 15 auf, das mit einer Innenverzahnung versehen ist, an der Planetenräder 17 des Planetengetriebes abrollen. Die Planetenräder 17 sind rotierend an einem gehäuseseitigen Planetenträger 18 gelagert und werden von einem zentralen Sonnenrad 19 angetrieben, das benachbart zur Stirnseite auf der Ankerwelle 12 aufsitzt und von dieser angetrieben wird.
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Das Hohlrad 15 ist mit einem Mitnehmer 20 der Freilaufkupplung 6 verbunden. Der Mitnehmer 20 umgreift einen Rollenbund der Antriebswelle 5, wobei zwischen dem Rollenbund und dem Mitnehmer 20 Wälzkörper 23 angeordnet sind. Die Freilaufkupplung 6 mit dem Mitnehmer 20, den Wälzkörpern 23 und dem Rollenbund an der Antriebswelle 5 ermöglichen eine Bewegungsübertragung vom Startermotor auf das Starterritzel. Erreicht nach dem Starten der Brennkraftmaschine der Zahnkranz eine höhere Drehzahl als das Starterritzel, wird der kinematische Übertragungsweg in der Freilaufkupplung 6 aufgehoben.
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Beim Starten erfolgt die Bewegungsübertragung von der Ankerwelle 12 und das stirnseitig angeordnete Sonnenrad 19 auf die Planetenräder 17, die das Hohlrad 15 und den einteilig ausgebildeten Mitnehmer 20 antreiben. Durch die Wälzkörper 23 werden die Antriebswelle 5 und das Starterritzel 7 angetrieben.
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Die axiale Stellbewegung des Starterritzels 7 von der zurückgezogenen Außerfunktionsposition in die vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine erfolgt über das Starterrelais 8, das einen elektromagnetisch verstellbaren Hubanker 24 aufweist, dessen axiale Stellbewegung über einen im Gehäuse drehbar gelagerten Gabelhebel 25 unmittelbar auf einen Bund 22 des Starterritzels 7 übertragen wird. Das Starterritzel 7 ist über ein Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 verbunden, so dass das Starterritzel 7 bei einer axialen Vorschubbewegung, die von dem Starterrelais 8 erzeugt wird, zugleich eine Rotationsbewegung ausführt, was das Einspuren in den Zahnkranz erleichtert. In der vorgerückten Position kann daraufhin der Startermotor eingeschaltet werden, wodurch wie vorbeschrieben das Starterritzel 7 in Rotation versetzt wird.
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Bei einer axialen Stellbewegung des Hubankers 24 bei Betätigung des Starterrelais 8 wird bei Erreichen der Verstellposition durch ein Schaltglied 30 im Starterrelais, das mit dem Hubanker gekoppelt ist, ein Stromkreis geschlossen und der elektrische Strom für den Startermotor 11 eingeschaltet, so dass sich der Startermotor 11 in Bewegung setzt und die Antriebswelle 5 sowie das Starterritzel 2 drehend antreibt.
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Die 2 bis 4 zeigen in einem ersten Ausführungsbeispiel die formschlüssige Verbindung zwischen der Bürstenplatte 26 und der Stirnseite des Polgehäuses 10 des elektrischen Startermotors. An der Bürstenplatte 26 befinden sich benachbart zur radial außen liegenden Umfangsseite zwei in Umfangsrichtung beabstandete, radial auf gleicher Höhe angeordnete Formschlusselemente 31, die sich in Achsrichtung erstrecken und axial über die Seitenwand der Bürstenplatte 26 überstehen. Die beiden Formschlusselemente 31 weisen einen zylindrischen oder konisch zu ihrer Stirnseite hin sich verjüngenden Querschnitt auf und sind jeweils als Einprägung ausgebildet, die in die aus Metall bestehende Bürstenplatte 26 eingebracht sind. Die Einprägung wird in der Weise durchgeführt, dass die Formschlusselemente 31 ohne Öffnung in der Wand der Bürstenplatte 26 erzeugt werden.
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Die beiden beabstandeten Formschlusselemente 31 an der Bürstenplatte 26 ragen im montierten Zustand in eine Ausnehmung 32 ein, die in die Wandung des Polgehäuses 10 des Startermotors eingebracht ist. Die Ausnehmung 32 weist in Draufsicht Parabelform auf und ist zur Stirnseite des Polgehäuses 10 offen ausgebildet. Die Einprägungen 31 befinden sich, wie insbesondere 3 zu entnehmen ist, jeweils im Randbereich der Ausnehmung 32 und liegen unmittelbar an den die Ausnehmung 32 seitlich begrenzenden Wandungen des Polgehäuses 10 an. Hierdurch ist eine spielfreie Aufnahme der beiden Formschlusselemente 31 und damit auch der Bürstenplatte 26 an der Stirnseite des Polgehäuses 10 gewährleistet. Dementsprechend befinden sich auch die Bürsten in den Bürstenhalterungen, welche an der Bürstenplatte 26 angeordnet sind, in der gewünschten Relativposition in Bezug auf die Permanentmagnete an der Innenseite des Polgehäuses 10.
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Wie 2 zu entnehmen, ist in die Ausnehmung 32 im Polgehäuse 10 ein Dichtungselement 33 eingesetzt, welches die Ausnehmung 32 vollständig ausfüllt und einen Schutz vor eindringender Feuchtigkeit gewährleistet. Durch die Ausnehmung 32 und das Dichtungselement 33 sind zwei elektrische Verbindungsleitungen 34 geführt, die zu einer Stromschiene der Kommutierungseinrichtung geführt sind, welche ebenfalls an den Bürstenhalterungen angeordnet ist und über die die Bürsten in den Bürstenhalterungen bestromt werden. Die elektrischen Verbindungsleitungen 34 verbinden die Stromschiene mit dem Starterrelais (1), der Stromkreis wird geschlossen, wenn der Hubanker des Starterrelais verstellt wird.
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Der Außendurchmesser der Bürstenplatte 26 entspricht dem Außendurchmesser des Polgehäuses 10. Die beiden Formschlusselemente 31 liegen benachbart zum Außenumfang der Bürstenplatte 26, jedoch mit geringem radialem Abstand zum Außenumfang. Die Formschlusselemente 31 befinden sich radial soweit außen an der Bürstenplatte 26, dass eine Anlage an der die Ausnehmung 32 begrenzenden Wandung des Polgehäuses 10 gewährleistet ist.
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In der Ausführungsvariante gemäß 5 sind die beiden Formschlusselemente 31, die sich axial über die Seitenwand der Bürstenplatte 26 erheben, als Laschen ausgebildet, die durch Einstanzen in die Bürstenplatte 26 erzeugt werden. Hierbei wird die Wandung der Bürstenplatte 26 durchgestanzt, wodurch Öffnungen 35 in der Bürstenplatte 26 entstehen, die sich durch die Wandung der Bürstenplatte hindurcherstrecken.
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Die Formschlusselemente 31 liegen in beiden vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen unmittelbar an dem Dichtungselement 33 an, das in die Ausnehmung 32 im Polgehäuse 10 eingesetzt ist. Die Bürstenplatte 26 liegt mit ihrer Seitenwand unmittelbar an dem Dichtungselement 33 an.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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