DE2355494C3 - Elektrischer Anlaßmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Anlaßmotor mit elektromagnetisch bewirkter Ritzeleinrückung, bei welchem die Einrückvorrichtung aus einem koaxial zum Ritzel angeordneten Anker und aus Polen besteht, die von Wicklungen umgeben sind und beim Einrückvorgang den Einrückanker in Richtung des Inneren bzw. in das Innere der Polanordnung ziehen.

Ein derartiger Anlaßmotor ist aus der DE-OS 07 652 bekannt. Bei diesem bekannten Anlaßmotor weisen die den Anker anziehenden Pole einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Bei dieser Querschnittsform zeigte es sich, daß während der Bewegung des Ankers auf die Pole zu die von den Polen auf den Anker ausgeübte Zugkraft zwar während der Bewegung des Ankers ansteigt, aber in einem mittleren Bereich ein zwischenzeitlicher Abfall der Zugkraft entsteht (siehe Figur 12, Kurve 1). Ein derartiger Abfall in der Zugkraft ist insbesondere dann störend, wenn an dieser Stelle die Druckkraft einer Feder überwunden werden muß. Darüber hinaus ist es wünschenswert, bei elektrischen Anlaßmotoren die auf den Anker ausgeübte Zugkraft entsprechend den jeweiligen Anforderungen variieren zu können, um z. B. in der Stellung, in der Ritzel und das vom Ritzel angetriebene Rad Zahn auf Zahn liegen, eine Zugkraft bestimmter Größe zu erzeugen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Anlaßmotor der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß während des Ankerweges die auf den Anker ausgeübte Zugkraft entsprechend den jeweiligen Anforderungen veränderbar ist und insbesondere vergleichmäßigt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der scheibenförmige Einrückanker am Außenumfang zylindrisch oder etwa zylindrisch ausgebildet ist, ίο daß ferner die Innenflächen (Zylindermantelabschnitte) der Pole dem Zylindermantel des Einrückankers (bei größerem gedachten Durchmesser der Zylindermantelabschnitte als dem des Einrückankers) angepaßt sind, und daß die Erstreckung der zylindermantelabschnittartigen Innenflächen der Pole (in Umfangsrichtung des gedachten Zylinders gesehen) in demjenigen Bereich, der zum Einrückanker in dessen Ruhestellung hinweist, kleiner ist als im übrigen oder Haupt-Bereich der Pol-Innenfläche.

Die erfindungsgemäßen Abstufungen oder gekrümmten Flächen der Pole modifizieren die elektromagnetische Kraft, die auf den Anker an verschiedenen Punkten seiner Bewegung zwischen seiner Ruhestellung und der Arbeitsstellung einwirken. Es sind dadurch verschiedene Charakteristiken des Bewegungsablaufs und der Zugkraft entsprechend den an den Anlaßmotor gestellten Anforderungen erreichbar. Insbesondere kann ein zwischenzeitlicher Abfall der Zugkraft verhindert werden. Oies führt zu einer zuverlässigeren Arbeitsweiseder Anlaßmotoren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I eine schematische Darstellung der Einrückvorrichtung eines Anlaßmotors;

Fig. 2 eine Vorderansicht eines der Elektromagnetpole, die schematisch in F i g. 1 gezeigt sind;
F i g. 3 einen Schnitt nach Linie 3-3 in F i g. 2;

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Polschuh des in F i g. 2 und 3 gezeigten Pols;

F i g. .5 bis 11 Draufsichten auf jeweils andere Formen von Polschuhen zur Verwendung mit dem Polkörper nach Fig. 2;und

Fig. 12 eine graphische Darstellung, in der der Effekt der Polform nach F i g. 5 dargestellt ist.

Gemäß den Zeichnungen weist der Anlaßmotor einen

Elektromotor 11 auf, der zur Drehung einer Welle 12 vorgesehen ist, welche in Lagern (nicht dargestellt) gelagert ist, die im Gehäuse 13 des Anlaßmotors sitzen.

Die Welle 12 trägt ein Ritzel 14 mit dem eigentlichen Ritzelrad 15 und einer Rollenkupplung 16. Das Ritzel 14 ist axial zur Welle 12 zwischen einer Ruhestellung und einer Arbeitsstellung bewegbar, in der das Ritzelrad 15 mit einem Zahnkranz eines anzulassenden Motors kämmt. Das Ritzel ist beim Anlaßvorgang drehfest mit der Welle 12 verbunden, obgleich es unter bestimmten Voraussetzungen der Welle 12 gegenüber drehbar ist, was durch den Rollenfreilauf 16 ermöglicht wird. Dem Ritzel 14 ist ein Elektromagnetanker 17 zugeordnet, der allgemein die Form einer dicken Stahlscheibe hat, welche auf einer Hülse 14a des Ritzels sitzt. Eine Feder 18 drückt den Anker 17 gegen ein Widerlager 19, das an der Hülse 14a befestigt ist.

Der Teil des Gehäuses 13, der die Weile 12 im Bereich des Ritzels 14 umschließt, ist zylindrisch und liegt konzentrisch relativ zur Welle 12. Dieser Teil des

Gehäuses 13 ist aus Stahl gefertigt, und an der Innenfläche desselben sind zwei diametral gegenüberliegende Elektromagnetpole 21 befestigt, die durch das Gehäuse 13 magnetisch miteinander verbunden sind. Jeder Pol weist einen Polkörper 22 au), der sich vom Gehäuse 13 aus radial nach innen in Richtung auf die Welle 12 zu erstreckt. Am innersten Ende ist jeder Polkörper 22 so ausgebildet, daß er einen Polschuh aufnimmt, der einen Teil der Oberfläche des Pols bildet, die auf den Anker 17 zeigt; er bildet auch die radial innenliegende Fläche des Pols. Die Polkörper 22 und die Polschuhe haben eine solche Gestalt, daß ihre radial inneren Flächen, die auf die Welle 12 zeigen, zylindrisch sind, wobei die radial inneren Flächen der beiden Pole Teile eines gemeinsamen gedachten Zylinders sind, dessen Achse mit der Achse der Welle 12 zusammenfällt und der einen solchen Durchmesser hat, daß der Anker in den Raum zwischen den Polen mit einem geringsten Luftspalt einfahren kann. Die beiden Polkörper 22 und deren Schuhe sind im wesentlichen ide.itisch. Es sind verschiedene Formen von Polschuhen denkbar, und in den Fig.4 bis 11 sind acht verschiedene Polschuhformen geneigt. Der in F i g. 4 gezeigte Polschuh 23 ist symmetrisch, und die Oberfläche des Polschuhs 23, die auf den Anker 17 zeigt, ist bei 236 abgestuft. Im Ruhezustand des Ankers 17 liegt also die mittlere Erhöhung 23a der vorderen Fläche des Polschuhs 23 näher am Anker als der Rest des Polschuhs 23. Der in F i g. 5 gezeigte Polschuh 24 ist ebenfalls symmetrisch und unterscheidet sich vom Polschuh 23 insofern, als die einzige Abstufung 23Z> des Schuhs 23 durch Doppelabstufungen 24b, 24c ersetzt ist. Der in Fig. 6 gezeigte Polschuh 25 ist nicht symmetrisch, da die linken Abstufungen anders als die rechten Abstufungen dimensioniert sind. Die F i g. 7 und 8 zeigen weitere asymmetrische Polschuhe 26, 27, wobei nur einseitige Abstufungen vorgesehen sind. Die F i g. 9 und 10 zeigen Schuhe 28 und 29, bei denen die rechtwinkligen Abstufungen durch linear zulaufende Bereiche 28a, 29a ersetzt sind. In F i g. 11 ist ein Schuh 31 gezeigt, bei dem die rechtwinkligen Abstufungen durch gekrümmte Bereiche 51a ersetzt sind. Die Bereiche der Pole, die in unterschiedlichen Abständen vom Anker entfernt liegen, sind dennoch im gleichen Abstand von der Welle 12 in radialer Richtung entfernt, wie das aus den Zeichnungen zu ersehen ist.

Jeder der Polschuhe 23 bis 31 kann am Polkörper 22 befestigt werden, wobei der Polkörpe·- 22 zwei Gewindelöchei aufweist, die Senkschrauben aufnehmen, um die Polschuhe am Polkörper festzuhalten.

Eine Wicklung 28 umschließt jeden der Pole 21 zwischen dem Gehäuse 13 und dem betreffenden Polschuh. Die Wicklungen 20 können elektrisch parallel oder in Reihe miteinander verbunden sein, fie sind so angeordnet, daß dann, wenn Strom in den Wicklungen 20 fließt, die Pole entgegengesetzte magnetische Polaritäten annehmen. Es entsteht also ein magnetisches Feld zwischen einem der Pole zum Anker 17; der Fluli geht weiter im Anker 17 im rechten Winkel zur Welle 12, vom Anker 17 zurück zum anderen Pol und von dem anderen Pol zurii^i' -.·■„ ;>_m einen Pol durch das Gehäuse 13. Dadurch wird der Anker 17 in Richtung auf die Pole gezogen, und das Ritzel 14 wird axial aus seiner Ruhestellung in Richtung auf seine Arbeitsstellung bewegt. Die Wicklungen 20 werden normalerweise über einen von Hand geschalteten Schalter erregt, der gleichzeitig oder nach kurzer Verzögerung außerdem den Motor 11 einschaltet. Alternativ kann der Motor 11 durch Schließen eines weiteren .Schalters eingeschaltet werden, der von der Bewegung des Ankers in eine Stellung abhängt, welche der Arbeitsstellung des Ritzels 15 entspricht.

Der gedachte Zylinder, der durch die radial innertn Flachen der Pole 21 teilweise gebildet wird, hat einen etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser des scheibenförmigen Ankers 17. Der Anker 17 kann also in den Raum zwischen den Polen 21 einfahren, und in der Arbeitsstellung des Ritzels 14 liegt der Anker 17 zwischen den Polen 21. Die abgestufte Ausführung der Flächen der Pole, die auf den Anker 17 zeigen, wobei die Abstufungen oder gekrümmten Flächen in Richtung der Bewegung des Ankers 17 weisen, modifiziert die elektromagnetische Kraft, die auf den Anker 17 an verschiedenen Punkten seiner Bewegung zwischen seiner Ruhestellung und der Arbeitsstellung einwirken. Die verschiedenen Polschuhe sorgen also für verschiedene elektromagnetische Zugkraftcharakteristiken längs des zurückzulegenden Weges, und alle in den Zeichnungen dargestellten Polschuhe sind so ausgelegt, daß sie in etwas anderer Weise diese Charakteristiken modifizieren, wenn sich das Ritzel des Anlaßmotors seiner Arbeitsstellung nähert. Fig. 12 zeigt graphisch einen Vergleich zwischen einfachen (nicht gemäß der Erfindung ausgebildeten) Polen und Polen in der in Fig. 5 gezeigten Form. Wie zu sehen ist, zeigt die einfache Polanordnung (Kurve 1) einen erheblichen Abfall an Zugkraft zwischen den Punkten 0,275 und 0,15 der Ritzel- und Ankerbewegung. Der Punkt 0,35 stellt die Ruhestellung dar, und der Punkt Null die Stellung, in der das Ritzel im vollen Eingriff mit dem Zahnkranz des anzulassenden Motors steht. Die in Fig. 5 gezeigte Polform überwindet, wie aus Kurve 2 zu ersehen ist, den Abfall an Zugkraft, der bei den einfachen Polen auftritt. Die durch die anderen erfindungsgemäßen Polformen erzeugten Charakteristiken unterscheiden sich etwas von der in der Kurve 2 gezeigten Charakteristik, weil die Polform, die für einen bestimmten Anlaßmotor gewählt wird, naturgemäß von den besonderen Anforderungen des Anlaßmotors abhängt. Beispielsweise ist es bei einem Anlaßmotor, bei dem die Bewegung des Ankers in eine Stellung, die dem vollen Ritzeleingriff entspricht, die Erregung des Motorfelds auslöst, wichtig, daß die Anziehung der Pole die Feder 18 überwinden kann, falls zwischen dem Ritzel und dem Zahnkranz des Motors eine Stellung Zahn auf Zahn erfolgt. In einem solchen Fall kann die in Fig. 5 gezeigte Polform so gewählt werden, daß eine hohe Anziehungskraft an demjenigen Punkt in der Bewegung des Ritzels sichergestellt wird, bei dem eine Stellung Zahn an Zahn auftreten würde. Ferner kann die in F i g. 5 gezeigte Polform für einen Anlaßmotor gewählt werden, bei dem die Feder 18 entfällt und keine Einrichtungen zur relativen Bewegung zwischen dem Anker und dem Ritzel vorgesehen sind, wobei das Motorfeld eine kurze bestimmte Zeitlang erregt wird, nachdem die Wicklung 20 erregt worden ist. In diesem Fall ist es erforderlich, eine hohe Anziehungskraft vorzusehen, um das Ritzel schnell in einen vollen Eingriff zu bewegen, ehe eine Erregung des Motorfelds erfolgt oder unmittelbar nach Aufheben einer Stellung Zahn auf Zahn durch Drehung des Ritzels bei Erregung des Motorfelds.

"Jm eine leichte axiale Bewegung des Ankers sicherzustellen, kann eine Hülse aus Messing oder einem anderen nichtmagnetischen Material vorgesehen sein, die am Anker befestigt ist und zu diesem konzentrisch angeordnet ist. Sie kann an der Innenseite der Pole

gleiten. Auch versteht es sich, daß theoretisch, da die beiden Pole im wesentlichen identische Polschuhe tragen, zwar asymmetrische Polschuhe verwendet werden können, dennoch aber keine Tendenz besteht, daß der Anker sich der Welle 12 gegenüber schrägstellt, da äquivalente Abstufungen in den beiden Polschuhcn einander diametral gegenüberliegen. Damit wird die Kraft, die an irgendeinem Punkt des Ankers wirkt, durch die gleiche Kraft am diametral gegenüberliegenden Punkt am Anker ausgeglichen.

In der Praxis weist der Anker, der vorstehend als eine dicke Scheibe beschrieben worden ist, einen periphercn Flansch an seinein axialen Ende auf, das von den Polen abgewandt ist. Der Flansch schlägt an den Polen in der Stellung vollen Eingriffs des Ritzels an, um die Bewegung des Ankers zu begrenzen. Ein Abstandshalter aus Messing oder einem anderen nichtmagnetischen Material kann am Flansch befestigt sein, um zu verhindern, daß der Flansch die Pole berührt. Es wird damit eine Rückkehrbewegung des Ritzels und des Ankers bei Entregung der Wicklung 20 erleichtert. Die vorstehend beschriebenen Pole sind ferner aus zwei getrennten Teilen bestehend beschrieben worden, sie können aber auch als ein einziger Teil hergestellt sein, und außerdem können in bestimmten Anlaßmotoren mehr als zwei im gleichen Winkelabstand angeordnete Pole verwendet werden. Wenn die erforderliche radiale Tiefe der zur Rede stehenden Bereiche, z. B. 23a, 24a größer sein sollte als die radiale Dicke des Polschuhes, so kann dieser Bereich, sei es eine Abstufung (Fig. 4). sei es ein schräger Verlauf (Fig. 9), am Polkörper fortgesetzt werden. Auch brauchen die zur Rede stehenden Bereiche nur einen Teil der radialen Dicke des Polschuhs auszumachen. Vorzugsweise ist aber bei den Bereichen 23a, 24a nur die radiale Dicke des Polschuhs selbst erfaßt. Denkbar ist auch, die gesamte radiale Dicke des Polschuhs und auch des Polkörpers für diesen Zweck herzunehmen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   j. Elektrischer Anlaßmotor mit elektromagnetisch bewirkter Ritzeleinrückung, bei welchem die Einrückvorrichtung aus einem koaxial zum Ritzel angeordneten Anker und aus Polen besteht, die von Wicklungen umgeben sind und beim Einrückvorgang den Einrückanker in Richtung des Inneren bzw. in das Innere der Polanordnung ziehen, dadurch gekennzeichnet, daß der scheibenförmige Einrückanker (17) am Außenumfapg zylindrisch oder etwa zylindrisch ausgebildet ist, daß ferner die Innenflächen (Zylindermantelabschnitte) der Pole (z. B. 23) dem Zylindermantel des Einrückankers (bei größerem gedachten Durchmesser der Zylindermantelabschnitte als dem des Einrückankers 17) angepaßt sind, und daß die Erstreckung der zylindermanielabschnittartigen Innenflächen der Pole (in Umfangsrichtung des gedachten Zylinders gesehen) in demjenigen Bereich (z. B. 23a), der zum Einrückanker in dessen Ruhestellung hinweist, kleiner ist als im übrigen oder Haupt-Bereich der Pol-Innenfläche.
2. 2. Anlaßmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung der genannten Bereiche (23a, 24a) die Pole an einer oder an zwei Stellen Abstufungen (23b, 24b, 24c, 25,26,27) aufweisen.
3. 3. Anlaßmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Schaffung der genannten Bereiche (23a, 24a) die Pole an einer oder zwei Stellen Abschrägungen (28a, 29a, 31 a) aufweisen.
4. 4. Anlaßmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschrägungen (3\a) in sich gekrümmt sind.
5. 5. Anlaßmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (21 bis 31) durch das koaxiale Motorengehäuse (13) miteinander magnetisch verbunden sind.