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Die Erfindung bezieht sich auf eine Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil, welches einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist (NTC-Widerstand). Ein derartiges Bauteil ist dazu vorgesehen, in den Stromkreis einer elektrischen Baueinheit, beispielsweise einer Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, eingebaut zu werden.
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Stand der Technik
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In der
DE 41 06 247 C1 wird eine Startvorrichtung mit einem elektrischen Startermotor und einem Starterrelais zur Überführung eines Starterritzels zwischen einer Außereingriffsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine beschrieben. Nach dem Erreichen der Eingriffsposition wird das Starterritzel von dem elektrischen Startermotor angetrieben. Für eine insgesamt weniger von der Temperatur abhängige Funktion ist die Erregerwicklung des Starterrelais mit einer Parallelschaltung aus einem NTC-Widerstand (Negative Temperature Coefficient) und einem Ohm'schen Widerstand in Reihe geschaltet. Der NTC-Widerstand leitet den elektrischen Strom bei hohen Temperaturen besser als bei tiefen Temperaturen und begrenzt hierdurch den Relaisstrom, der aufgrund eines PTC-Verhaltens (Positive Temperature Coefficient) der Relaiswicklung bei tiefen Temperaturen erhöht ist. Die damit einhergehende erhöhte Einzugskraft, die auf das Starterritzel wirkt, kann über das NTC-Widerstandselement kompensiert werden. Weitere Startvorrichtungen mit einem NTC-Widerstandselement im Stromkreis einer elektrischen Baueinheit sind aus der
DE 41 22 252 A1 ,
DE 103 17 466 A1 ,
DE 10 2007 036 789 A1 und
DE 2012 215 338 A1 bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil kann zum Einbau in den Stromkreis bzw. Strompfad einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Startmaschine einer Brennkraftmaschine, verwendet werden. Eine derartige Startvorrichtung weist ein Starterritzel sowie ein elektromagnetisches Starterrelais auf, welches das Starterritzel zwischen Außeneingriffsposition und einer Eingriffsposition mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine überführt. Zum Antreiben des Starterritzels in der Eingriffsposition dient ein elektrischer Startermotor. Im Stromkreis der elektrischen Maschine der Startvorrichtung - vorzugsweise des elektrischen Startermotors, gegebenenfalls auch zusätzlich oder alternativ im Stromkreis des Relais bzw. des Starterrelais - kann die Baueinheit mit dem Widerstandsbauteil angeordnet sein. Diese Baueinheit leitet bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser bei als bei tieferen Temperaturen. Anders ausgedrückt, verändert sich das Widerstandsbauteil bei steigender Temperatur derartig, dass sein Widerstand durch den negativen Temperaturkoeffizienten (NTC) sinkt. Diese Baueinheit mit dem Widerstandsbauteil begrenzt insbesondere zu Beginn der Startphase einen Kurzschlussstrom, wodurch ein Spannungseinbruch im Bordnetz eines Fahrzeugs, in dem diese Baueinheit bzw. elektrische Maschine mit Baueinheit eingebaut ist, verhindert oder zumindest abgemildert wird. Auch kann eine höhere elektrische Leitfähigkeit bei tiefen Temperaturen im Startermotor oder im Starterrelais durch die erfindungsgemäße Baueinheit teilweise oder vollständig kompensiert und ein erhöhter Verschleiß vermieden werden. Die Baueinheit mit dem Widerstandsbauteil, welches einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, hat einen Anschlusskontakt zum Widerstandsbauteil und einen weiteren Anschlusskontakt zum Widerstandsbauteil, die beide Teile von Anschlussleitungen sind. Die Anschlusskontakte durchdringen eine Gehäusewand. Es ist vorgesehen, dass sich die Kraft-Weg-Eigenschaft der einen Anschlussleitung von der Kraft-Weg-Eigenschaft der anderen Anschlussleitung unterscheidet. Beispielhaft anders ausgedrückt, ist die eine Anschlussleitung nachgiebiger, bzw. flexibler, bzw. elastischer als die andere Anschlussleitung. Das Kraft-Weg-Verhalten, d. h. die Kraft-Weg-Eigenschaft, kann auch derartig beschrieben werden, dass je Änderung einer auf die Anschlussleitung wirkende Kraft (ΔF), die eine Anschlussleitung eine größere Längenänderung vollzieht als die andere Anschlussleitung. Ein Vorteil einer derartigen Anordnung ist, dass dadurch über die flexiblere Anschlussleitung keine oder nur eine geringe Belastung auf das Widerstandsbauteil ausgeübt werden kann. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil das Widerstandsbauteil vor heftigen Kräften von außen, Drehmomenten und ungleichmäßigen Kräfteeinleitungen geschützt werden soll, weil diese Belastungen die Lebensdauer und die Funktion der Baueinheit verringern bzw. verändern. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden derartige Belastungen konstruktiv reduziert oder komplett aufgehoben.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass ein elastisches Anschlusselement außerhalb des Gehäuses des Widerstandsbauteils angeordnet ist. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass das elastische Anschlusselement den Anschlusskontakt, vorzugsweise direkt, kontaktiert. Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein Anschlusselement, welches weniger elastisch als das elastische Anschlusselement ist, den weiteren Anschlusskontakt, vorzugsweise direkt, kontaktiert.
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Ist das Anschlusselement mit der größeren Nachgiebigkeit innerhalb des Gehäuses angeordnet, so kann ein fertig konfektioniertes Bauteil bzw. eine derartig fertig konfektionierte Baueinheit hergestellt werden, die nach außen hin in bekannter Weise anschließbar ist. Das elastische Anschlusselement kontaktiert den Anschlusskontakt innerhalb eines Gehäuses. Ein entsprechender Nutzer bzw. Monteur kann auf die fertig konfektionierte Baueinheit in gewohnter Weise zugreifen und diese in gewohnter Weise verarbeiten bzw. anschließen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das elastische Anschlusselement einen Widerstandskontakt direkt kontaktiert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das eine flexiblere Anschlusselement eine Litze aufweist oder ein Stanzteil ist. Der Vorteil einer Litze besteht darin, dass diese eher flexibel ist. Der Vorteil eines Stanzteils besteht insbesondere bei Großserienfertigung darin, dass dieses Anschlusselement besonders genau gefertigt werden kann und im Rahmen einer Großserie leichter zu handhaben ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Baueinheit im Strompfad einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Startvorrichtung einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine derartige Baueinheit typischerweise sehr hohen Ströme (mehrere hundert Ampere) absenkt und so nur eine geringe Spannungsabsenkung im Bordnetz verursacht wird und nicht ein sogenannter Spannungseinbruch, der beispielsweise zu Empfangsunterbrechungen bei einem Radio oder gar zu veränderten Funktionalitäten eines Steuergeräts führen kann. Die Baueinheit kann alternativ auch in anderen Leitungsabschnitten im Bordnetz eines Kraftfahrzeugs elektrisch leitfähig eingesetzt sein. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das weniger elastische Anschlusselement zur Befestigung der Baueinheit an einem Halter, insbesondere elektrisch leitfähigen Halter, verwendet ist.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind in Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Figurenliste
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Die nachfolgend erwähnten Figuren zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Es zeigen:
- 1 einen Längsschnitt durch eine Startvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei im Stromkreis eines elektrischen Startermotors eine Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil ist,
- 2 eine Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil in einer grundlegenden Darstellung,
- 3 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil und zwei Anschlusselementen,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Baueinheit mit einem Widerstandsbauteil mit zwei Anschlusselementen
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In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichem Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist als elektrische Maschine eine Startvorrichtung 1 dargestellt, die zum Starten einer Brennkraftmaschine eingesetzt wird. Ein Teil eines Gehäuses ist ein sogenanntes Antriebslagerschild 2. Von einer Rückseite dieses Antriebslagerschilds ist ein elektrischer Startermotor 3 befestigt. Zwischen dem Antriebslagerschild und dem Startermotor 3 befindet sich ein Getriebe 4, welches als Planetengetriebe ausgeführt ist. Innerhalb des Gehäuses befindet sich auch eine Antriebswelle 5, eine Freilaufkupplung 6 sowie ein Starterritzel 7, dass axial zwischen einer zurückgezogenen Außeneingriffsposition und einer vorgerückten Eingriffsposition zu verstellen ist. In der Eingriffsposition ist das Starterritzel 7 mit einem Zahnkranz 23 der Brennkraftmaschine im Eingriff. Eine axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird mit Hilfe eines Starterrelais 8 durchgeführt. Das Starterrelais 8 ist am Antriebslagerschild 2 der Startvorrichtung 1 gehalten. Üblicherweise wird ein derartiges Starterrelais 8 am Antriebslagerschild 2 angeflanscht.
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Der Startermotor 3 ist im Ausführungsbeispiel als permanentmagnetisch erregter Gleichstrommotor ausgeführt. Dabei sind an einer Innenseite eines Motor-bzw. Polgehäuses 10 Permanentmagnete 9 ersichtlich. Der Startermotor 3 weist einen Anker 11 mit einer rotierend gelagerten Ankerwelle 12 auf. Auf der Ankerwelle 12 sitzt ein Ankerpaket 13 mit bestrombaren Wicklungen sowie einer Kommutierungseinrichtung 30 mit einem Kollektor 14 zur Stromübertragung und -wendung an die Wicklungen des Ankerpakets 13.
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Das Planetengetriebe 4 wird von der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 angetrieben und weist ein im Gehäuse festgehaltenes Hohlrad 15 mit Innenverzahnung, Planetenräder 17 an einem Planetenträger 18 sowie ein zentrales Sonnenrad 19 auf. Die Getriebeteile sind in einem Getriebegehäusebauteil 16 aufgenommen. Das Sonnenrad 19 sitzt an der Stirnseite der Ankerwelle 12 auf und ist drehfest mit der Ankerwelle 12 verbunden. Das Sonnenrad 19 kämmt mit den Planetenrädern 17, die dabei an der Innenverzahnung des Hohlrades 15 abrollen. Die Planetenräder 17 sind drehbar auf Achszapfen am Planetenträger 18 gelagert, welcher drehfest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Auf der Antriebswelle 5 sitzt das Starterritzel 7 auf. Auf diese Weise wird die Antriebsbewegung der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 über das Planetengetriebe 4 in eine Drehbewegung der Antriebswelle 5 und damit des Starterritzels 7 umgesetzt. Das Getriebe 4 ist dabei als Untersetzungsgetriebe ausgelegt.
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Die Freilaufkupplung 6 weist einen Mitnehmer 20 auf und sitzt auf der Antriebswelle 5 auf. Der Mitnehmer 20 ist über ein Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 gekoppelt. Zur Freilaufkupplung 6 gehört des Weiteren eine Ritzelwelle 22, welche einteilig mit dem Starterritzel 7 ausgebildet ist. Der Mitnehmer 20 ist mit der Ritzelwelle 22 über Klemmkörper drehgekoppelt. Die Freilaufkupplung 6 erlaubt eine Momentenübertragung in Antriebsdrehrichtung des Startermotors 3.
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Wird dagegen im beginnenden Selbstlauf der Brennkraftmaschine ein Antriebsmoment vom Zahnkranz 23 der Brennkraftmaschine ansatzweise auf das Starterritzel 7 übertragen, öffnet die Freilaufkupplung 6, so dass eine Schädigung des Startermotors (zu hohe Drehzahlen durch Planetengetriebe) durch Entkopplung vermieden wird.
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Die axiale Verstellbewegung des Starterritzels 7 wird durch eine Betätigung des elektromagnetischen Starterrelais 8 erzeugt, das einen axial verstellbaren Hubanker 24 aufweist, welcher über einen Gabelhebel 25 mit dem Mitnehmer 20 gekoppelt ist. Bei Betätigung des Starterrelais 8 wird der Hubanker 24 axial verstellt, diese Stellbewegung wird über den Gabelhebel 25 in eine axiale Auslenkbewegung von Mitnehmer 20 und Starterritzel 7 umgesetzt. Aufgrund der Kopplung des Mitnehmers 20 über das Steilgewinde 21 mit der Antriebswelle 5 führt bei der axialen Vorschubbewegung die Freilaufkupplung 6 einschließlich Starterritzel 7 eine Rotationsbewegung aus, was das Einspuren in den Zahnkranz bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung erleichtert.
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Im Idealfall wird der elektrische Startermotor eingeschaltet und eine Rotationsbewegung der Ankerwelle 12 auf das Starterritzel übertragen, sobald das Starterritzel 7 seine axial vorgerückte Eingriffsposition mit dem Zahnkranz 23 erreicht hat.
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Die Startvorrichtung 1 ist als sogenannter Maulstarter ausgebildet. Die Antriebswelle 5 ist im Bereich ihrer freien Stirnseite im Antriebslagerschild 2 in einer offenen Ausnehmung aufgenommen und dort in einem Lager 26 drehbar gelagert. Axial zum Lager 6 benachbart befindet sich auf der Innenseite des Antriebslagerschilds 2 ein Anschlagring 27 auf der Antriebswelle 5, der axial fest mit der Antriebswelle 5 verbunden ist. Die Antriebswelle 5 weist hierzu eine umlaufende Nut auf, in die der Anschlagring 27 oder ein den Anschlagring 27 tragender Sicherungsring eingesetzt ist.
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Die Wicklungen im Ankerpaket 13 werden über die Kommutierungseinrichtung 30 bestromt. In dem Stromkreis, in dem die Kommutierungseinrichtung 30 angeordnet ist, liegt ein elektrischer Verbindungsleiter 28, der mit einer Baueinheit 40 mit einem Widerstandsbauteil elektrisch verbunden ist. Das hier nicht näher bezeichnete Widerstandsbauteil weist einen negativen Temperaturkoeffizienten auf und ist daher ein sogenannter NTC-Widerstand. Der Stromkreis der Kommutierungseinrichtung 30 wird von dem elektrischen Starterrelais 8 bei Verschiebung eines Hubankers des Starterrelais 8 geschlossen. Das Widerstandsbauteil im Stromkreis der Kommutierungseinrichtung 30 des elektrischen Startermotors 3 leitet den elektrischen Strom bei hohen bzw. höheren Temperaturen besser als bei tieferen Temperaturen und kompensiert hierdurch ein umgekehrtes Verhalten des elektrischen Startermotors 3, so dass über einen weiteren Temperaturbereich ein ausgeglichenes Verhalten des Startermotors 3 erreicht wird. Die Kommutierungseinrichtung 30 umfasst den Kollektor 14, der drehfest mit der Ankerwelle 12 des Startermotors 3 verbunden ist, sowie in Bürstenführungen verstellbar gelagerte Bürsten, die in dem Stromkreis angeordnet sind.
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Die Baueinheit 40 mit dem Widerstandsbauteil kann gegebenenfalls auch in den Stromkreis des Starterrelais 8 integriert sein.
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2 zeigt eine grundlegende Darstellung der Baueinheit 40 mit einem Widerstandsbauteil 43. Wie bereits erwähnt, ist dieses Widerstandsbauteil 43 ein Widerstand, welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist. Dieses Widerstandsbauteil 43 ist zwischen einem ersten Anschlusskontakt 46 und einem zweiten Anschlusskontakt 49 angeordnet. Das Widerstandsbauteil 43 wird innerhalb eines Gehäuses 52 des Widerstandsbauteils 43 sowohl mit dem Anschlusskontakt 46 als auch mit dem Anschlusskontakt 49 kontaktiert. Dabei ist es unerheblich, ob zwischen dem Widerstandsbauteil 43 und den Anschlusskontakten 46, 49 der jeweilige Kontakt unmittelbar oder mittelbar zustande kommt. Das Widerstandsbauteil 43 ist weist jedenfalls in Richtung zum Anschlusskontakt 46 eine erste Kontaktfläche 55 und zum zweiten Anschlusskontakt 49 eine zweite Kontaktfläche 58 auf. Das Widerstandsbauteil 43 und dessen Kontaktflächen 55, 58 sind hier beispielhaft und insgesamt vollständig in dem Gehäuse 52 der Baueinheit 40 angeordnet. Die Anschlusskontakte 46 und 49 ragen aus dem Gehäuse 52 heraus. Der Anschlusskontakt 46 hat dabei eine Kontaktfläche 61 und der Anschlusskontakt 49 hat dabei eine Kontaktfläche 64. Die beiden Kontaktflächen 61, 64, dienen dabei dazu, die Baueinheit 40 mit hier nicht dargestellten Anschlusselementen zu verbinden und letztlich in dem Stromkreis zu integrieren. Die Anschlusskontakte 46, 49 durchdringen eine Gehäusewand 65.
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In 3 ist die aus 2 bekannte Baueinheit 40 mit einem ersten Anschlusselement 67 und einem zweiten Anschlusselement 70 dargestellt. Dabei ist das erste Anschlusselement 67 mit einem nicht näher bezeichneten Flächenabschnitt auf der Kontaktfläche 64 des Anschlusskontakts 49 befestigt und das zweite Anschlusselement 70 ist mit einer ebenfalls hier nicht näher bezeichneten Kontaktfläche auf der Kontaktfläche 61 des Anschlusskontakts 46 befestigt. Das Ausführungsbeispiel aus 3 ist dabei derartig ausgeführt, dass die Baueinheit 40 mit einem Widerstandsbauteil 43, welches einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist, mit einem ersten Anschlusselement 67, welches eine Kraft-Weg-Eigenschaft aufweist, und mit einem zweiten Anschlusselement 70, welches ebenso eine Kraft-Weg-Eigenschaft aufweist, ausgeführt. Dabei sind die Anschlusselemente 67, 70 derartig ausgeführt, dass sich die Kraft-Weg-Eigenschaft des ersten Anschlusselements 67 von der Kraft-Weg-Eigenschaft des zweiten Anschlusselements 70 unterscheidet. Bereits anhand der Gestaltung bzw. Formgebung der beiden Anschlusselemente 67, 70 kann beispielsweise bei gleichem Material darauf geschlossen werden, dass sich das erste Anschlusselemente 67 als verhältnismäßig starr erweist, und das zweite Anschlusselement 70 aufgrund der im Beispiel welligen Ausführung als verhältnismäßig flexibel bzw. nachgiebig erweist. Eine Anschlussleitung 73 zum Widerstandsbauteil 43 weist somit den Anschlusskontakt 49 und das Anschlusselement 67 auf. Eine Anschlussleitung 76 zum Widerstandsbauteil 43 weist somit den Anschlusskontakt 46 und das Anschlusselement 70 auf. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3 ist im Übrigen das zweite Anschlusselement 70 außerhalb des Gehäuses 52 des Widerstandsbauteils 43 angeordnet.
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In 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer Baueinheit 40 mit einem Widerstandsbauteil 43 dargestellt. In diesem Fall ist der Anschlusskontakt 46 mehrteilig ausgeführt. Der Anschlusskontakt 46 teilt sich hierbei in einen Anschlusskontakt 46.2 (Widerstandskontakt) auf, der über die erste Kontaktfläche 55 das Widerstandsbauteil 45 kontaktiert und in einen Anschlusskontakt 46.1, der für die Verbindung mit einem zweiten Anschlusselement 70 dient. Zwischen dem ersten Teil des Anschlusskontakts 46.1 und dem zweiten Teil des Anschlusskontakts 46.2 befindet sich das zweite Anschlusselement 70. Das heißt, das Ausführungsbeispiel nach 4 zeigt, dass das zweite Anschlusselement 70 innerhalb des Gehäuses 52 des Widerstandsbauteils 43 angeordnet ist. Dem Ausführungsbeispiel nach 4 kann ebenso entnommen werden, dass das zweite Anschlusselement 70 innerhalb des Gehäuses 52 des Widerstandsbauteils 43 angeordnet ist, und ein erster Teil des Anschlusskontakts 46.1 außerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
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Für beide Ausführungsbeispiele ist vorgesehen, dass das zweite Anschlusselement 70 entweder eine Litze aufweist oder ein Stanzteil ist. Insgesamt ist vorgesehen, dass die Baueinheit 40 im Strompfad einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Startvorrichtung 1 einer Brennkraftmaschine angeordnet ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4106247 C1 [0002]
- DE 4122252 A1 [0002]
- DE 10317466 A1 [0002]
- DE 102007036789 A1 [0002]
- DE 2012215338 A1 [0002]
