DE2033054A1

DE2033054A1 - Elektromagnetische Verstellvorrichtung

Info

Publication number: DE2033054A1
Application number: DE19702033054
Authority: DE
Inventors: Erich Bois-Colombes Gottlieb (Frankreich)
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1970-07-03
Filing date: 1970-07-03
Publication date: 1972-01-05
Also published as: JPS4933513B1; FR2100201A5

Description

R. 9891 ShAf
29.6.1970

Anlage zur
Ieb~^Anmelduns

EOBERO? BOSCH GMBH, Stuttgart· (Deutschland) Elektromagnetische Verstellvorrichtung

Die Erfindung "betrifft eine elektromagnetische Verstellvorrichtung mit einem Solenoid und einem von diesem einziehbaren Anker, der mindestens "bei seiner Einzugsbewegung auf ein Stellglied einwirkt, das. im Anfangsbereich des Verstellweges auf ein Hindernis auftritt "bzw· auftreffen kann und dann zum Weiterbewegen eine erhöhte Verstjellkraft benöfcigt.

Derartige Vorrichtungen finden z. B. Verwendung als Einrückmagnete für elektrische Andrehmotoren von Brennkraftmaschinen. Der Nachteil

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dieser Vorrichtungen liegt darin, daß die Magnete ihre maximale Einzugskraft erst am Ende des Ankereinzugsweges aufbringen, da die Einzugskraft umgekehrt proportional· der Größe des Luftspaltes zwischen Anker und dem in die Bohrung des Solenoid hineinragenden Kern des Jochs ist.

Tritt beispielsweise am Anfang des Einzugsweges des Ankers eine größere Hemmung auf, so kann der Magnet nicht einziehen, obwohl die Magnetkraft bei näher an der Einzugsstellung liegendem Anker, also verkleinertem Luftspalt, ausreichen würde, diese Hemmung zu überwinden. Um solche Störungsfälle von vornherein auszuschalten, muß der Elektromagnet entsprechend überdimensioniert werden.

Bei elektrischen Andrehvorrichtungen von Brennkraftmaschinen muß &>. Einrückmagnet das über ein Einspurgetriebe mit der Welle des Andrehmotors verbundene Ritzel in bekannter· V/eise in den Zahnkranz der Brennkraftmaschine einschieben. Finden beim Vorspuren des Ritzels die Ritzelzähne eine Zahnlückestellung des Zahnkranzes vor,

M-das Ritzel ohne Schwierigkeit in den Zahnkranz einspuren. -.„.... 5 dagegen ein Ritzelzahn auf einen Zahn des Zahnkranzes, so muß im weiteren Verlauf des Andrehvorgangs zunächst eine Relativdrehung zwischen Ritzel und Zahnkranz hervorgerufen werden, bevor das Ritzel in den Zahnkranz einspuren kann. Bei Arsdrehvorrichtungen mit einem sogenannten "Schubschraubtrieb" geschieht dies dadurch, daß der Einrückmagnet zwei über ein Steilgewinde miteinander verbundene Teil des Getriebes bei feststehenden Ritzel unter Zusammendrücken einer Einspurfeder gegen einander verschiebt, wobei das . mit dem einen" Teil verbundene Ritzel die gewünschte Drehung erfährt und in den Zahnkranz einspuren kann. Erst dann schaltet der Andrehmotor ein und dreht die Brennkraftmaschine an.

Zur Verdrehung des Ritzels muß eine wesentlich größere Kraft von dem Einrückmagrieten aufgebracht werden als zum Vorschieben des Ritzels und des Einspurgetriebes» Diese große Kraft ist nur an

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einer Stelle des Einzugsweges des Magnetankers erforderlich, nämlich wenn das Ritzel gegen den Zahnkranz der Brennkraftmaschine stößt. Der von dem Magnetanker bis zu dieser Stelle zurückgelegte Weg ist nur gering, so daß der Elektromagnet nur eine im Verhältnis zu seiner größtmöglichen Kraft geringe Kraft abgeben kann. Uk eine sichere Verdrehung des Ritzels zu gewährleisten, muß der Elektromagnet nach der in diesem Betriebsfall erforderlichen" Kraft ausgelegt werden. Das bedeutet, daß der Elektromagnet für jeden anderen Betriebszustand während des Einspurvorganges überdimensioniert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Vorrichtungen der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß der Elektromagnet optimal ausgenutzt und damit sein Leistungsgewicht möglichst klein gehalten werden kann. . .

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Anker und Stellglied in an sich bekannter Weise ein vorgespanntes Federglied angeordnet ist, dessen Vorspannung größer ist als die zur Verstellbewegung bis zum Auftreffen auf das Hindernis erforderliche Verstellkraft, jedoch kleiner als die - gegebenenfalls um die Kraft einer dem Anker rückstellenden Feder reduzierte - Ankereinzugskraft des Elektromagneten im Angriffspunkt der durch das Hindernis hervorgerufenen erhöhten Verstellkraft, und daß ferner der Federweg des Federgliedes gleich dem Einzugshub bemessen ist, den der Anker vom Angriffspunkt der erhöhten Verstellkraft bis zum Erreichen einer mindestens gleichgroßen - gegebenenfalls um die Kraft einer Rückstellfeder reduzierten - Ankereinzugskraft zurücklegen muß.

Eine ebenfalls bekannte Andrehvorrichtung hat einen Einrückmagneten, auf dessen Anker axial verschiebbar eine Muffe sitzt, an der das eine Ende eines das Einspurgetriebe betätigenden zweiarmigen Stellhebels angreift. Der Stellhebel stützt sich entgegen der Ankereinzugsrichtung an einer Schraubenfeder ab, die ihrerseits an einem Flansch am Ankerende anliegt.

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Trifft beim Vorspuren das Ritzel mit einem Zahn gegen einen solchen des Zahnradkranzes der Brennkraftmaschine auf, so ermöglicht die Schraubenfeder, daß der Anker trotz festgesetztem Ritzel und damit festgehaltenem Stellhebel völlig einziehen kann. In seiner Einzugsstellung schließt der Anker den Hauptstromschalter, der Anlassermotor läuft an und dreht das Ritzel an dem Zahnkranz vorbei, bis es bei einer Zahn-auf-Lücke-Stellung unter dem Druck der Schraubenfeder in den Zahnkranz eingeschossen wird. Die Schraubenfeder hat also nicht die Aufgabe die Ausübung einer erhöhten Verstellkraft zur Überwindung der aufgetretenen Hemmung zu ermöglichen. Dies könnte sie auch nicht, weil sich der Stellhebel ohne Einschaltung des Andrehmotors überhaupt nicht weiterbewegen läßt.

Bei dieser Anlasserbauart kommt man zwar mit einem relativ kleinen Elektromagneten aus, da die erforderliche Ritzelverdrehung durch elektrische Drehung der Motorwelle erfolgt, muß jedoch einen erheblichen Verschleiß an Ritzel und Zahnkranz infolge des Einspuren des bereits drehenden Ritzels in Kauf nehmen.

Bei der erstgenannten Art von Andrehvorrichtungen, spurt das stehende Ritzel in den Zahnkranz ein,- und erst dann wird der Motor eingeschaltet. Der Einspurvorgang verläuft also äußerst schonend für Ritzel und Zahnkranz. Um jedoch die bei Zahn-auf-Zahn-Stellung auftretenden Hemmung zu überwinden, ist ein starker Einrückmagnet erforderlich.

Der Einbau der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung in diese Anlasserbauart vereinigt die Vorteile beider Anlassertypen, das schonende, verschleißfreie Einspuren und den kleinen, optimal ausgenützten Elektromagneten, ohne mit deren jeweiligen Nachteil behaftet zu sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

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Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt, mit dem Magnetanker in Ruhestellung,

.Fig. 2 die Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit teilweise eingezogenem Anker bei Auftreten einer Hemmung an einer Stelle des Einzugsweges,

zwei Piagramme der während eines Einzugshubes des Fig. 4- Ankers auftretenden Kräfte und

Fig. 5 eine Andrehvorrichtung für Brennkraftmaschinen teilweise im Schnitt mit der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung. ·

Die Vorrichtung hat einen Joch 11, das eine Erregerspule 12 umgibt und mit einem Ansatz 11' in den inneren Feldraum 13 der Erregerspule 12 hineinragt. Das Joch 11 ist gegenüber dem Ansatz 11' mit einer Bohrung 14 versehen,· in der ein Anker 15 mit dem für eine einwandfreie axiale Bewegung erforderlichen Spiel geführt ist. Eine Rückstellfeder 16 stützt sich zwischen dem Joch 11 und einer Ringschulter 17 des Ankers 15 ab und hält den Anker 15 bei stromloser Erregerspule 12 in der in Fig. 1 dargestellten Endlage. Neben derRingschulter 1? sitzt auf dem Anker 15 axial verschiebbar ein Stellglied 18, das die Axialbewegung des Ankers 15 auf eine zu betätigende, nicht dargestellte Vorrichtung, beispielsweise auf das Einspurgetriebe eines elektrischen Andrehmotors von Brennkraftmaschinen überträgt. Das Stellglied 18 stützt sich entgegen der Ankereinzugsrichtung an einer •Schraubenfeder 19 ab, die ihrerseits an einem Flansch 20 an der Stirnseite des Ankers'15 anliegt.

In den Figuren 3 und 4- sind Diagramme der während eines Einzugshubes des Magnetankers 15 auftretenden Kräfte K dargestellt.

Kurve 1 zeigt die Magnetkraft in Abhängigkeit vom Luftspalt χ

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zwischen Jochansatz 11-' und Anker 15, dessen Verkleinerung dem Einzugsweg gleichzusetzen ist. In der in Fig. 1 gezeichneten Endlage besteht zwischen Joch und Anker der größtmögliche Luftspalt χ , der dem maximalen Einzugsweg entspricht.

Kurve 2 stellt die Federkraft der Rückstellfeder 16 in Abhängigkeit vom Einzugsweg bzw. dem Luftspalt χ dar.

Kurve 3 zeigt einen beispielsweise auftretenden Verlauf der zum Betätigen der nachgeschaltenen Vorrichtung erforderlichen Verstellkraft über die Länge des Einzugsweges, mit einer Hemmung an einer Stelle des Einzugsweges, die bei einer Luftspaltgröße x-, des Elektromagneten auftritt.

Kurve 4 in Fig. 4 stellt die Differenz zwischen der Magnetkraft und der Kraft der Rückstellfeder 16, also die Nutzkraft des Elektromagneten - in Fig. 4 mit K bezeichnet - dar und

Kurve 5 zeigt den Verlauf der Federkraft der Schraubenfeder 19 über die Wegstrecke a in Fig. 2.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Bei Erregung der Spule 12 wir der Anker 15 unter Zusammendrücken der Rückstellfeder 16 in das Joch 11 hineingezogen. Die am Stellglied. 18 anstehende Nutzkraft zur Betätigung einer nachgeschalteten Vorrichtung ist durch Kurve 4 in Fig. 4 dargestellt.

Das Stellglied 18 überträgt die Axialbewegung des Ankers 15 auf die zu betätigende Vorrichtung, wobei es unverrückbar auf dem Anker 15 sitzt, weil die Schraubenfeder 19 so bemessen ist, daß ihre Druckkraft größer ist als die zur Betätigung der Vorrichtung im Anfangsbereich des Verstellweges erforderliche Verstellkraft (Kurven 5 und 3 in Fig. 4).

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Tritt nun an einer dem Luftspalt χ-, des Magneten entsprechende Stelle des Einzugsweges des Magnetankers 15 eine Hemmung auf (Kurve 3 in. Fig. 3 und 4-) ,die beispielsweise größer ist als die am Stellglied 18 bei einer Luftspaltgröße X₁ anstehende resultierende Nutzkraft K„_g , des Elektromagneten, so setzt der Magnetanker 15 seine Einzugsbewegung nunmehr bei räumlich feststehendem Stellglied 18 unter Zusammendrücken der Schraubenfeder 19 fort, cLa die Federkraft der Schraubenfeder kleiner gewählt ist als die Hemmkraft und als X, ■_ -, . Nach Zurücklegen eines Einzugweges, der eine Verringerung des Luftspaltes vonx, auf Xp bewirkt, ist die resultierende Magnetkraft K.„_ör, _o ausreichend, die Hemmung

res c.

zu überwinden. Der maximale Federweg a der Schraubenfeder 19 ist gleich oder wenig größer gewählt als dieser Einzugshub X₁ -■ Xg des Ankers, so daß nach Zurücklegen dieses Weges a die Feder 19 nicht weiter zusammendrückbar ist. ·

Da nunmehr am Ende des Federweges a die Magnetkraft zur Überwindung der Hemmung ausreicht (K _o an der Stelle X₉ in Fig. A), zieht der Magnetanker 15 unter weiterer Verstellung der Vorrichtung völlig ein. Ist die zur weiteren Betätigung der Vorrichtung erforderliche Verstellkraft wieder kleiner als die Druckkraft der Schraubenfeder 19 (gestrichelte Kurve 5 in. Fig. 4), so entspannt sich diese und schiebt das Stellglied 18 wieder in seine auf dem Anker 15 durch die Schulter 17 fixierte Ruhestellung.

Fig. 5 zeigt eine Andrehvorrichtung mit der erfindungsgemäßen Einrückvorrichtung. Auf der Welle 21 eines Andrehmotors 22 sitzt dreh- und längsverschiebbar ein Ritzel 231 dessen Schaft 23a über eine Zahnkupplung 24 mit einem Kupplungsglied 25 in Eingriff steht. Das Kupplungsglied 25 trägt am Innenunfang ein Steilgewinde 26, mit dem es auf einen ein entsprechendes Außengewinde 27 tragenden Abschnitt einer auf der Welle 21 drehfest aber axial verschiebbar sitzenden Hülse 28 verschraubbar ist. Ritzelschaft 23a, Zahnkupplung 24, Kupplungsglied 25 werden von einem topfförmigen Gehäuse 29 umgeben und durch einen im Gehäuse eingesetzten Sicherungsring

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30 axial zusammengehalten. Am Innenboden des Gehäuses 29 ist ein Dämpfungsring 31 angeordnet, an dem über einen Zwischenring 32 ein Ende einer Einspurfeder 33 anliegt. Das andere Ende der Einspurfeder 33 stützt sich am Kupplungsglied 25 ab. Auf der Hülse 28 ist eine am äußeren Gehäuseboden anliegende Muffe 34 befestigt, in die ein bei 35 drehbarer Stellhebel 36 eingreift.

Der Stellhebel 36 ist gelenkig mit einer Führungshülse 37 verbunden, die axial verschiebbar auf dem Anker 15 des Elektromagneten angeordnet ist, und sich wie oben beschrieben an. einer Schraubenfeder 19 abstützt.

Die Wirkungsweise ist wie folgt:

Wird der Elektromagnet erregt, so zieht der Anker I5 ein. Die . Einzugsbewegung des Ankers wird über den Stellhebel 36 auf die Muffe 3^ übertragen. Diese spurt vor und schiebt über Gehäuseboden 29, Dämpfungsring 31» Zwischenring 32, Hülse 28, Kupplungsglied 25 und Zahnkupplung 24 das Ritzel 23 gegen einen Zahnkranz 37 der nichtdargestellten Brennkraftmaschine vor.

Trifft das Ritzel 23 mit einem Zahn auf eine Lückestellung des Zahnkranzes 371 so wird es ohne weiteres einspuren. Der Anker I5 wird voll eingezogen und schließt am Ende seines Hubes den nichtdargestellten HauptStromschalter des Motors 22. Der Motor läuft an und wirft die Brennkraftmaschine an.

Trifft dagegen ein Zahn des Ritzels 23 auf einen Zahn des Zahnkranzes 37 auf, so wird das Ritzel an weiterer Axialbewegung gehindert (Hemmung an der Stelle x-^ in Fig. 3 und 4). In diesem Fall muß der Schalthebel 36 die Muffe 34 und mit ihr die Hülse 28 unter Zusammendrücken der Einspurfeder 33 weiter gegen das Ritzel 23 verschieben. Dabei wird infolge, der Wirkung des Steilgewindes 26, 27 das Kupplungsglied 25 gedreht. Diese Drehung wird über die Zahn-

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kupplung 24 auf das Ritzel 23 übertragen, so daß es am Zahnkranz 37 vorbeidreht und bei einer Zahn-auf-Lücke-Stellung von Ritzel und Zahnkranz in letzteren einspurt.

Der Elektromagnet ist so ausgelegt, daß seine an der Stelle x·, aufgebrachte Verstellkraft nicht ausreicht, die Muffe 34 mit; der Hülse 28 weiter vorzuschieben. Die Verstellkraft ist aber ausreichend, die Schraubenfeder 19 zusammenzudrücken, so daß der Anker 15 trotz feststehendem Ritzel 23 seine Einzugsbewegung fortsetzen kann. ..-■'.- ■ ■ ' . ■

Mit zunehmender Verkleinerung des Luftspaltes χ zwischen Anker und Jochansatz 11' (Fig. 1) vergrößert sich die Magnetkraft. Am Ende des Federweges a (Fig. 1, 2, 4 und 5) ist diese nunmehr so groß, daß sie die Muffe 34 und die Hülse 28 auf der Welle 21 unter Zusammendrücken der Einspurfeder 33 vorschiebt, wodurch das Ritzel 23 von der Zahn-auf-Zahn-Stellung in eine Zahn-auf-Lücke-Stellung mit dem Zahnkranz 32 gedreht wird (Stelle X₂ in Fig. ^)* Iⁿ dieser Stellung schießt das Ritzel 23 unter der Wirkung der expandierenden Einspurfeder 33 in den Zahnkranz ein. Die Schraubenfeder 19 schiebt die Führungshülse 37 wieder in ihre Ruhestellung auf dem Magnetanker 15 zurück. Der Anker 15 zieht voll ein und schließt den Hauptstromsehalter, so daß der Motor 22 andreht.

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Claims

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Stuttgart 29.6.1970

Ansprüche

( 1. ) Elektromagnetische Verstellvorrichtung mit einem Solenoid und einem von diesem einziehbaren Anker, der mindestens bei seiner Einzugsbewegung auf ein Stellglied einwirkt, das im Anfangsbereich des Verstellweges auf ein Hindernis auftrifft bzw. auftreffen kann und dann zum Weiterbewegen eine erhöhte Verstellkraft benötigt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Anker (I5) und Stellglied (18) in an sich bekannter Weise ein vorgespanntes Federglied (19) angeordnet ist, dessen Vorspannung größer ist als die zur Verstellbewegung bis zum Auftreffen auf das Hindernis erforderliche Verstellkraft, jedoch kleiner als die - gegebenenfalls um die Kraft einer den Anker (15) rückstellenden Feder (16) reduzierte - Ankereinzugskraft des Elektromagneten im Angriffspunkt der durch das Hindernis hervorgerufenen erhöhten Verstellkraft, und daß ferner der Federweg (a) des Federgliedes (19) gleich dem Einzugshub (x-, - Xp) bemessen ist, den der Anker (15) vom Angriffspunkt der erhöhten Verstellkraft bis zum Erreichen einer mindestens gleichgroßen - gegebenenfalls um die Kraft einer Rückstellfeder (16) reduzierten - Ankereinzugskraft zurücklegen muß.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Einschieben des Andrehritzels eines Andrehmotors in den Zahnkranz einer Brennkraftmaschine, mit einem zwischen Stellglied und Andrehritzel angeordnetem Einspurgetriebe, das zusammen mit dem Andrehritzel über das

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Stellglied axial verschiebbar auf der Motorwelle sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß im Einspurgetriebe ein weiteres Federglied (33) vorgesehen ist, das ein Axialverschieben von Teilen des Einspurgetriebes bei am Zahnkranz (37) festsitzenden Andrehritzel (23) gestattet.'V ~

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