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Einrückschaltung für elektromagnetisch betätigte Schubschraubtriebe
an elektrischen Andrehmotoren für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft eine
Einrückschaltung für elektromagnetisch betätigte Schubschraubtriebe an elektrischen
Andrehmotoren für Brennkraftmaschinen.
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Derartige Andrehmotoren, die insbesondere bei Kraftfahrzeugen Verwendung
finden, sind in der Regel elektrische Hauptschlußmaschinen mit einem auf der Ankerwelle
verschieblichen und von dieser unter Zwischenschaltung einer Überholkupplung antreibbaren
Ritzel, das beim Einschalten des Andrehmotors in Eingriff mit einem auf der Kurbelwelle
der Brennkraftmaschine sitzenden Antriebselement, meist einem Zahnkranz auf der
Schwungscheibe der Maschine, verschoben wird. Hierzu ist es bekannt, einen besonderen
Elektromagneten an der Außenseite des Andrehmotorgehäuses anzuordnen, der, wenn
er eingeschaltet wird, über einen Hebel eine Axialkraft auf das Ritzel ausübt und
dieses somit in Eingriff mit dem Antriebselement der Brennkraftmaschine bringt.
Nachteilig ist hierbei, daß sich durch den Elektromagneten die Abmessungen und das
Gewicht der Andrehmaschine in unerwünschter Weise vergrößern und die Herstellung
verteuert wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile zu vermeiden und einen
Andrehmotor zu schaffen, der sich durch einfachen Aufbau, geringe Abmessungen und
geringes Gewicht auszeichnet. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung
die Anwendung eines Statorpols des Andrehmotors zum Einrücken des Ritzels vorgeschlagen.
Durch die erfindungsgemäße Anwendung des Statorpols als Einrückmagnet wird ein besonderer
Magnet vermieden, der Andrehmotor kann einfacher und billiger hergestellt werden
und seine Abmessungen und sein Gewicht können kleiner gehalten werden.
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Eine besonders vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ergibt sich in
Verbindung mit einem im Andrehmotorgehäuse in einer Längsmittelebene mit Bezug auf
die Ankerwelle verschwenkbaren Einrückhebels, dessen einer Arm in die Einrückmuffe
der Ankerwelle eingreift, dadurch, daß der andere Arm des Einrückhebels im wesentlichen
längs zur Ankerwelle gerichtet ist und einen Tauchkolben trägt, der beim Erregen
der Feldwicklungen des Andrehmotors durch das Magnetfeld einer der Feldwicklungen
in Richtung zum Anker angezogen wird. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, daß das
in an sich bekannter Weise das Joch des Andrehmotors bildende Motorgehäuse mit einer
das Hindurchtreten des außerhalb des Gehäuses am Einrückhebel angeordneten Tauchkolbens
erlaubenden Öffnung versehen ist, daß in diese Öffnung ein sich radial nach einwärts
erstrekkender, die Feldwicklung tragender Hohlkern eingesetzt ist und daß der aus
dem Gehäuse heraustretende, den Tauchkolben tragende Arm des Einrückhebels durch
eine sich allseitig dicht an das Gehäuse anschließende Kappe abgedeckt ist.
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Um ein sicheres und schnelles Einrücken des Ritzels zu gewährleisten,
wird in weiterer Ausbildung der Erfindung vorgeschlagen, die Ankerwicklung des Andrehmotors
bei nichteingerücktem Ritzel kurzzuschließen oder durch einen niederohmigen Widerstand
zu überbrücken. Hierdurch wird die den Einschaltstrom des Motors begrenzende Induktivität
des Ankers weitgehend ausgeschlossen, und der Aufbau des Magnetfeldes in dem das
Einrücken des Ritzels bewirkenden Statorpol wird beschleunigt. Hierbei ist es besonders
zweckmäßig, zum Kurzschließen der Ankerwicklung in dem Schwenkbereich des Einrückhebels
einen von diesem betätigbaren, parallel zur Ankerwicklung liegenden Unterbrecherkontakt
anzuordnen.
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Um zu verhindern, daß die Magnetisierung des Statorpols bzw. des Tauchkolbens
nach dem Anspringen der Brennkraftmaschine, das eine Verminderung der Leistung des
Andrehmotors bis zum Leerlauf und dadurch eine Herabsetzung der Stromaufnahme zur
Folge hat, auf einen so geringen Wert absinkt, daß das Ritzel von einer stets vorhandenen
Rückstellfeder außer Eingriff mit dem Antriebsteil der Brennkraftmaschine gezogen
wird, ist nach einem besonderen Ausbildungsmerkmal der Erfindung dem das Einrücken
des Ritzels bewirkenden Statorpol eine an sich bekannte Haltewicklung zugeordnet,
welche im langen oder kurzen Nebenschluß parallel
zu den übrigen
Motorwicklungen bzw. einem Teil derselben geschaltet ist.
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Schließlich kann das Einrücken des Ritzels unter der erfindungsgemäßen
Anwendung des Statorpols dadurch weiterhin sichergestellt werden, daß die Reihenschlußwicklung
dieses Pols parallel zu den untereinander ganz oder teilweise in Serie geschalteten
Reihenschlußwicklungen der übrigen Pole geschaltet ist, so daß an der Reihenschlußwicklung
des das Einrücken des Ritzels bewirkenden Statorpols beim Einschalten des Andrehmotors
nahezu die gesamte Batteriespannung anliegt.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt
F i g. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Andrehmotors, teilweise in Längsschnitt,
F i g. 2 eine Stirnansicht von rechts auf den Andrehmotor nach F i g. 1 mit teilweise
weggebrochenen Teilen, F i g. 3 eine Seitenansicht des Ankers, F i g. 4 den Andrehmotor
gemäß der Erfindung schematisch in Betriebstellung mit einer der möglichen elektrischen
Schaltungen, F i g. 5 und 6 den Andrehmotor gemäß F i g. 5 mit abgewandelten elektrischen
Schaltungen, F i g. 7 eine Einrichtung in Verbindung mit dem Unterbrecherkontakt
für den Ankernebenschluß. Der in F i g. 1 dargestellte elektrische Andrehmotor 11
ist mit einem Gehäuse 12 und zwei daran befestigten Lagerschilden 13 und 14 versehen.
Die Lagerschilde enthalten zwei Lager 15 und 16, in denen die Ankerwelle 17 drehbar
gelagert ist. Die Ankerwelle trägt einen Kommutator 18 und ein Ankerblechpaket 21
mit in dessen Nuten eingelegten Ankerwicklungen 22. Wie aus F i g. 1 zu entnehmen
ist, ragt der hiervon gebildete Wickelkopf an der vom Kommuator 18 abgewandten Stirnseite
des Ankerblechpakets ein beträchtliches Stück über diese Stirnseite hinaus und umschließt
dadurch zwischen sich und der Ankerwelle einen Hohlraum.
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Wie F i g. 3 zeigt, ist ein Abschnitt 23 der Ankerwelle 17, der unmittelbar
an das Stirnende des Ankerblechpakets 21 anschließt, mit schraubenförmigen
Keilnuten versehen. über diesen genuteten Abschnitt 23 ist eine ebenfalls mit schraubenförmigenTeilnuten
versehene und in die Keilnuten des Abschnittes 23 auf der Ankerwelle eingreifende
Buchse 24 lose aufgeschoben (Fig. 1). Auf der Buchse 24 ist ein Druckring
25 drehbar gelagert, der mit einem Radialflansch 26 versehen ist. Ein z. B. mit
dem Anlasserzahnkranz 28 auf der Schwungscheibe des Fahrzeugmotors zusammenwirkendes
Ritzel 27 ist drehfest, aber verschieblich auf der Ankerwelle 17 gelagert. Zwischen
der Buchse 24 und dem Ritzel 27 ist eine überholkupplung 31 angeordnet. Eine
die Buchse 24 umgebende Druckfeder 32 stützt sich mit ihren Enden gegen den Radialflansch
26 des Druckrings 25 einerseits und gegen eine Schulter 33 der aus dem Ritzel 27
und der Überholkupplung 31 bestehenden Anordnung andererseits ab.
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Um einen Bolzen 38 ist im Gehäuse 12 ein doppelarmiger Einrückhebel
34 schwenkbar gelagert, dessen einer etwa längs zur Ankerwelle gerichteter Arm 35
gestreckt und dessen anderer Arm 37 bogenförmig zur Ankerwelle 17 hin gekrümmt ist.
An dem gestreckten Arm 35 ist ein Tauchkolben 36 befestigt. Der gekrümmte Arm 37
wirkt mit dem Radialflansch 26 des Druckrings 25 beweglich zusammen. Zu diesem Zweck
ist, wie aus F i g. 2 zu ersehen, der bogenförmig gekrümmte Arm 37 in zwei Schenkel
41 und 42 gegabelt, in denen vom freien Ende ausgehende Schlitze 43 angeordnet
sind (F i g. 1). Der Radialflansch 26 des Druckrings 25 ist in einen oberen Teil
44 mit kleinerem Radius und einen unteren Teil 45 mit größerem Radius unterteilt,
wodurch an den Stellen, an denen beide Radien zusammenstoßen, Schultern
46 gebildet sind, die in die Schlitze 43 der Schenkel 41 und 42 des
Armes 37 geschoben sind. Hierdurch wird einmal ein Verdrehen des Druckrings
25 gegenüber den Schenkeln 41, 42 verhindert und zum anderen ein Verschieben
des Druckrings 25, der Buchse 24, der Überholkupplung 31 und des Ritzels 27 auf
der Ankerwelle 17 unter der Wirkung der Verschwenkung des Einrückhebels 34 ermöglicht,
wobei sich die Buchse 24 in dem Druckring drehen kann.
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Der Einrückhebel 34 wird bei nichtbetätigtem Andrehmotor durch eine
in einer Bohrung 48 der Endplatte 13 eingesetzte Druckfeder 47 in der in F i g.
1 eingezeichneten Stellung federnd gehalten, wobei das Ritzel 27 außer Eingriff
mit dem Anlasserzahnrad 28 ist. Die Druckfeder 27 trägt eine Kappe 51, die sich
gegen den bogenförmig gekrümmten Arm 37 abstützt und dadurch die Druckfeder stets
in der Bohrung 48
hält.
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Um einen in eine Mantelöffnung des Gehäuses 12 eingesetzten Hohlkern
55 ist eine aus einer Reihenschlußwicklung 53 und einer Nebenschlußwicklung 54 (F
i g. 4, 5 und 6) bestehende Feldwicklung 52 (F i g. 1) gelegt; der Tauchkolben auf
dem Arm 35 des Einrückhebels 34 ist so angeordnet, daß er in den Hohlkern
hineingezogen werden kann. Ein in dieser Richtung verschieblich gelagerter Schalterknopf
56 ist im Gehäuse 12 derart angeordnet, daß er vom gestreckten Arm
35 des Einrückhebels 34 erfaßt und betätigt werden kann, wenn der Tauchkolben 36
beim Einschalten des Andrehmotors in den Hohlkern 55 hineingezogen wird. Dieser
Schalterknopf öffnet, wie noch genauer erläutert wird, einen Unterbrecherkontakt
57 (F i g. 4, 5, 6 und 7). Die Mantelöffnung im Gehäuse 12 und der Einrückhebel
34 sowie der Tauchkolben 36 sind durch eine Gehäusekappe 59 abgedeckt, um den Eintritt
von Fremdkörpern in den Anlasser zu verhindern.
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Durch Ausnutzung des Hohlraums zwischen der dem Kommutator abgewandten
Stirnseite des Ankerblechpakets 21 und dem diese überragenden Wickelkopf der Ankerwicklung
22 zur Unterbringung von Betätigungselementen für das Ritzel 27 wird ein Andrehmotor
geschaffen, der im Vergleich mit Andrehmotoren gleicher Leitung in herkömmlicher
Ausführung für den gleichen Verwendungszweck wie z. B. Personenkraftwagen um etwa
65 mm kürzer und um etwa 1,5 kg leichert ausgeführt werden kann.
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Aus F i g. 4, die schematisch den erfindungsgemäßen Andrehmotor in
Andrehstellung mit dem Schaltbild seiner Wicklungen zeigt, ist ersichtlich; daß
zusätzlich zur Reihenschlußwicklung 43 und zur Nebenschlußwicklung 34 drei weitere
Reihenschlußwicklungen 58, 61 und 62 für die übrigen Statorpole vorgesehen sind.
Alle Wicklungen werden von einer Batterie 63 her gespeist. Bei Betätigung eines
üblichen Anlasserschalters schließt ein Schaltkontakt 66 den Stromkreis zwischen
der Batterie 63 und den Wicklungen des Andrehmotors 10.
Die Nebenschlußwicklung
54 ist parallel zu den Reihenschlußwicklungen 53, 58, 61 und 62 und der Ankerwicklung
22 quer durch den Andrehmotor gelegt, d. h. sie liegt zwischen einer Anschlußklemme
39 und der Masse 77. Die Ankerwicklung 22 liegt in Serie zur Gesamtheit der Reihenschlußwicklungen
53, 58, 61 und 62 geschaltet und wird über Bürsten 67 und 68, den Kommutator 18
und weitere Büchsen 71 und 72 erregt. Bei der Ausführung nach F i g. 4 ist eine
Klemme 73 vorgesehen, welche die drei Reihenschlußwicklungen 58. 61 und 62 parallel
mit der Reihenschlußwicklung 53 verbindet und auch eine Verbindung über den Unterbrecherkontakt
57 zur Masse 77 herstellt.
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Vor Betätigung des Andrehmotors ist der Schaltkontakt 66 geöffnet
und der Unterbrecherkontakt 57 gschlossen. Wird nun der Schaltkontakt 66 geschlossen,
so wird der Stromkreis von der Batterie zu den Wicklungen des Andrehmotors eingeschaltet.
Da der Unterbrecherkontakt 57 geschlossen ist, ist die Ankerwicklung 22 überbrückt,
und die volle Batteriespannung liegt an den Feldwicklungen. Dadurch entsteht ein
Magnetfeld hoher Intensität in der Reihenschlußwicklung 53 und der Nebenschlußwicklung
54, das den Tauchkolben 36 in den diese Wicklungen tragenden Hohlkern 55 hineinzieht
und dabei durch Verschwenken des Einrückhebels 34 das Ritzel 37 mit dem Anlasserzahnkranz
28 in Eingriff bringt. Gleichzeitig drückt der gestreckte Arm 35 des Einrückhebels
34 den Schalterknopf 36 nach einwärts, wodurch der Unterbrecherkontakt 57 geöffnet
wird und der gesamte Strom in den Feldwicklungen gezwungen wird, durch die Ankerwicklung
22 zu fließen.
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Die erregte Nebenschlußwicklung 54 hält nun den Tauchkolben 36 in
der Eintauchstellung fest, wobei unter normaler Drehmomentbelastung des Ankers das
Ritzel 27 eingerückt bleibt und der Unterbrecherkontakt 57 offengehalten wird. Beim
Anspringen des Fahrzeugmotors fällt die Drehmomentbelastung des Ankers weg, und
die Überholkupplung 31 ermöglicht schließlich, daß die Ankerwelle schneller als
der Anker selbst dreht. Hierdurch wird der Stromfluß in der Reihenschlußwicklung
53 bis zu einem Betrag vermindert, bei dem der Tauchkolben bei fehlender Nebenschlußwicklung
54 unter der Wirkung der Druckfeder 57 aus dem Hohlkern 55 heraustreten würde, so
daß der Unterbrecherkontakt 57 wieder geschlossen würde. Das von der Nebenschlußwicklung
54 erzeugte Magnetfeld wirkt jedoch diesem Bestreben entgegen und hält den Tauchkolben
in der eingezogenen Stellung fest und den Unterbrecherkontakt 57 so lange geöffet,
bis der Schaltkonktakt 66 geöffnet wird.
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Um den von der Reihenschlußwicklung 53 und der Nebenschlußwicklung
54 erzeugten magnetischen Induktionsfluß im Verhältnis zu den durch die übrigen
Reihenschlußwicklungen 58, 61 und 62 erzeugten Induktionsflüssen im Gleichgewicht
zu halten, können die Drahtstärke der Wicklungen 53 gegenüber der der Wicklungen
58, 61 und 62 kleiner gehalten und die Windungszahl der Wicklung 53 gegenüber den
Windungszahlen der Wicklungen 58, 61 und 62 vergrößert werden.
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F i g. 5 zeigt eine andere Schaltung der Feldwicklungen, bei der die
Nebenschlußwicklung 54 zwischen einer Klemme 73 und Masse parallel zur Ankerwicklung
22 liegt und so im Gegensatz zu dem sich aus F i g. 4 ergebenden langen Nebenschluß
einen kurzen Nebenschluß bilden. Die Arbeitsweise des Andrehmotors mit kurzem Nebenschluß
ist nahezu identisch zu der mit dem langen Nebenschluß, jedoch mit der Abweichung,
daß der kurze Nebenschluß nicht erregt wird, bevor der Tauchkolben 36 so weit in
den Hohlkern 55 hineingezogen ist, daß der Schalterknopf 56 den Unterbrecherkontakt
57 öffnet. Da der geschlossene Unterbrecherkontakt 57 zwar die Nebenschlußwicklung
54 kurzzschließt, die Reihenschlußwicklung 53 jedoch von vornherein erregt wird
und ein Magnetfeld von genügender Stärke erzeugt, wird der Tauchkolben 36 in den
Hohlkern 55 genügend weit hineingezogen, um den Schalterknopf 56 zu betätigen und
damit den Unterbrecherkontakt zu öffnen.
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Eine weitere Schaltung der Feldwicklungen ist in F i g. 6 dargestellt.
Hier sind die beiden Reihenschlußwicklungen 53 und 62 und die Reihenschlußwicklungen
61 und 62 gruppenweise in Reihe und beide Gruppen parallel geschaltet. Dies wird
dadurch erreicht, daß die Klemme 53 von ihrem Ort zwischen den beiden Wicklungen
53 und 62 gemäß F i g. 4 an einen neuen Ort zwischen den Wicklungen 61 und 62 verlegt
ist, wozu es erforderlich ist, die Windungsrichtung der Wicklung 62 umzukehren,
da der Strom durch diese Wicklung sonst entgegengesetzt im Vergleich zu den F i
g. 4 und 5 fließen würde. Es ist zu bemerken, daß die kurze Nebenschlußverbindung
der Nebenschlußwicklung 54 bei dieser Schaltung auch in der Weise anwendbar ist,
daß der Anschluß des kurzen Nebenschlusses entweder zwischen den Reihenschlußwicklungen
53 und 62 oder 61 und 62 erfolgt.
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Bei der Schaltung nach F i g. 7 ist ein niederohmiger Widerstand 76
zwischen der Klemme 73 und den Unterbrecherkontakt 57 eingeschaltet mit der Wirkung,
daß beim Einschalten des Andrehmotors sofort ein geringer Parallelstrom durch die
Ankerwicklung 22 bis zum Öffnen des Unterbrecherkontaktes 57 Hießt. Hierdurch wird
die Ankerwelle 17 sofort langsam gedreht, und das vorhandene schwache Drehmoment
erleichtert das Ineinandergreifen von Ritzel 27 und Anlasserzahnkranz 28. Diese
Anordnung kann bei jedem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung getroffen
werden.