DE3809684A1 - Starter fuer eine maschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Starter für eine Maschine.

Ein bekannter Starter 1 für eine Fahrzeugmaschine ist in Fig. 3 gezeigt. Dieser umfaßt einen Gleich­ strommotor 2, eine Freilaufkupplung 4, die gleitend auf eine drehbare Ausgangswelle 3 aufgepaßt ist, ein Untersetzungsgetriebe 5 zur Übertragung des Drehmomentes von einer Ankerwelle 2 a des Gleich­ strommotors 2 zu einem äußeren Kupplungselement 4 a der Freilaufkupplung 4 nach Herabsetzung der Geschwindigkeit, und einen Einrückhebel 8, dessen eines Ende mit einem Stößel eines elektromagne­ tischen Schalters 6, der auf einer Seite des Gleichstrommotors 2 angeordnet ist, und dessen anderes Ende mit einem Ringelement 7, das an der Freilaufkupplung 4 befestigt ist zur Auslösung von deren Gleitbewegung auf der Ausgangswelle 3, in Eingriff sind.

Der bekannte Starter 1 benötigt somit den Einrückhebel 8, um die Gleitbewegung der Freilaufkupplung 4 auf der Ausgangswelle 3 zu bewirken, und der elektromagnetische Schalter 6, der den Einrückhebel 8 betätigt und auch den Gleichstrommotor 2 einschaltet, ist an dessen Seite angeordnet, d.h. der Starter weist die sogenannte biaxiale Anordnung auf. Daher waren die Typen der Maschinenentwürfe, die bei der Fahrzeugentwicklung brauchbar waren, in er­ heblichem Maße eingeschränkt.

Um dieses Problem zu umgehen, wurde vorgeschlagen, den elektromagnetischen Schalter an einem axialen Ende des Gleichstrommotors anzuordnen, so daß der Starter eine einfache Konfiguration von relativ langer und schmaler rohrförmiger Gestalt haben kann. Nach diesem Vorschlag ist der Starter grundsätzlich so ausgebildet, daß die Ankerwelle des Gleichstrommotors hohl ist und der Stößel des elektromagnetischen Schalters, der zuvor zur Betätigung des Einrückhebels verwendet wurde, wird durch den Durchgang inner­ halb der Ankerwelle geführt, um sich so weit wie diese zu erstrecken. Da sich die Ankerwelle des Gleichstrommotors und der Stößels des elektromagnetischen Schalters auf der gleichen Achse befinden, ist dieser Starter als solcher vom Koaxialtyp bekannt.

Dieser vorbeschriebene Starter vom Koaxialtyp hat eine vereinfachte Gesamtkonfiguration, d.h. eine relativ lange und dünne rohrförmige Gestalt, aber bei ihm tritt das Problem auf, daß, da der der elektromagnetische Schalter am hinteren Ende des Gleichstrommotors angeordnet ist, seine Gesamtlänge erheblich vergrößert ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Er­ findung, einen Starter für eine Maschine mit einer Freilaufkupplung zu schaffen, dessen Gesamtlänge wesentlich reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Starters ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung stellt einen Starter für eine Maschine zur Verfügung, der einen Gleichstrom­ motor mit einer hohlen Ankerwelle, die eine Freilaufkupplung enthält, ein epizyklisches Untersetzungsgetriebe mit einem Träger zur Stützung einer Mehrzahl von Planetenrädern, die sich während des Eingriffs mit einem Sonnen­ rad drehen, das auf einem rohrförmigen inneren, innerhalb der Ankerwelle aufgenommenen und gestützten Kupplungselement gebildet ist, und eine Ausgangswelle, die sich durch ein rohr­ förmiges, einstückig mit dem Träger geformtes Teil erstreckt, das eine Keilverbindung mit der Ausgangswelle besitzt, aufweist.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung der elektro­ magnetische Schalter des Starters erregt wird, wird die Ausgangswelle durch den Stößel des Schalters herausgedrückt, während eine Rück­ kehrfeder zusammengedrückt wird, und gleichzeitig wird die Energieversorgung des Motors zugeschaltet. Als Folge hiervon wird das von der Ankerwelle des Motors abgeleitete Drehmoment über die Freilaufkupplung zu dem inneren Kupplungselement übertragen. Die Drehung des inneren Kupplungs­ elementes wird nach einer Geschwindigkeits­ herabsetzung durch das epizyklische Reduktions­ getriebe auf den Träger und das rohrförmige Teil übertragen, und die Drehung des rohr­ förmigen Teils wird auf die Ausgangswelle zum Starten der Maschine übertragen. Nach dem Starten der Maschine wird der elektromagnetische Schalter entregt, und die von der Maschine übertragene umgekehrte Drehung wird durch die Freilauf­ kupplung abgeschnitten, wodurch verhindert wird, daß die Ankerwelle des Motors durch die Rück­ übertragung des Drehmomentes mit hoher Ge­ schwindigkeit gedreht wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung eines Starters für eine Maschine,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung entlang der Linie II-II in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Schnittdarstellung eines bekannten Starters für eine Maschine.

Die Fig. 1 und 2 zeigen gemeinsam einen Starter 10 für eine Maschine gemäß der vorliegenden Erfindung.

Dieser enthält einen Gleichstrommotor 15, der im wesentlichen aus Permanentmagneten 12, die starr mit in Umfangsrichtung gegenseitigen Abständen auf der inneren peripheren Ober­ fläche eines einen magnetischen Kreis und die Außenwand des Starters 10 bildenden Joches 11 angeordnet sind, einem in der Mitte des Joches 11 drehbar angeordneten Anker 13 und einem am einen axialen Ende des Ankers 13 befindlichen stirnseitigen Kommutator 14 besteht.

Der Anker 13 des Gleichstrommotors 15 ist aus einer hohlen Ankerwelle 16 und einem an der Peripherie der Ankerwelle 16 befestigten Anker­ kern 17 zusammengesetzt. Ein Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser, d. h. ein Einschnitt ist in dem inneren peripheren Bereich der hohlen Ankerwelle 16 ausgebildet. Eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung in gegenseitigem Abstand befindlichen Nockenflächen 16 a (s. Fig. 2) sind in der peripheren Oberfläche des Einschnittes ausgeformt. Der Kommutator 14 ist auf die äußere Peripherie eines Endbereiches, d. h. den in Fig. 1 linken Endbereich, der Ankerwelle 16 aufgesetzt. Der Kommutator 14 besteht aus einer Vielzahl von Segmenten, die sich auf einer senkrecht zur Achse der Ankerwelle 16 stehenden Oberfläche befinden, so daß die Segmente in Schleifkontakt mit einer Mehrzahl von Bürsten 18 stehen, um die Kommutierung zu bewirken. Jedes Segment ist mit einem Ende einer Ankerwicklung 19 verbunden, die auf den Ankerkern 17 gewickelt ist.

Die Bürsten 18 werden von einem Bürstenhalter 20 aus Kunststoff getragen, der auf der Außen­ seite eines rückwärtigen Stützteils 11 a ange­ ordnet ist. Der Stützteil 11 a ist einstückig mit dem Joch 11 ausgebildet zur Schaffung eines geerdeten Kreises. Jede Bürste 18 wird mittels einer Feder 21 durch eine im rückwärtigen Stützteil 11 a befindliche Öffnung gegen die Schleiffläche des Kommutators 14 gedrückt. Ein Lager 22 ist an die innere periphere Ober­ fläche der zentralen Öffnung im rückwärtigen Stützteil 11 a angepaßt zur Stützung des hinteren Endabschnittes der Ankerwelle 16, d. h. des dem Kommutator 14 näherliegenden Endabschnittes. Der Bürstenhalter 20 ist aus einem mit einem nicht gezeigten Anschluß verbundenen festen Kontakt 23, der integral mit dem rückwärtigen Endabschnitt des Bürstenhalters 20 ausgebildet ist, und einem durch eine Schraube 26 starr mit dem festen Kontakt 23 verbundenen Anschluß 25 zusammengesetzt, wobei ein plusseitiger Leitungs­ draht 24 für die Bürsten 18 an den Anschluß 25 angeschweißt ist.

Die auf der Umfangsfläche des Einschnittes inner­ halb der Ankerwelle 16 gebildeten Nockenflächen 16 a stellen ein Element eines Freilaufkupplungs­ mechanismus dar. Genauer gesagt, wird ein rohr­ förmiges inneres Kupplungselement 27 derart im hohlen Bereich der Ankerwelle 16 aufgenommen, daß sich das Kupplungselement 27 über die Nocken­ flächen 16 a erstreckt, und das Kupplungselement 27 wird durch ein Lager 28 drehbar gestützt, das am vorderseitigen (in Fig. 1 rechten) Ende der Ankerwelle 16 angeordnet ist. Das innere Kupplungs­ element 27 hat einen erweiterten Abschnitt, der sich vom distalen Ende der Ankerwelle 16 in Vorwärtsrichtung erstreckt. Der erweiterte Ab­ schnitt wird von einem Lager 30 gestützt, das in einen Ansatz an einer am vorderen Ende des Joches 11 angebrachten Mittelstütze 29 einge­ paßt ist. Somit wird eine Mehrzahl von keil­ förmigen Hohlräumen 16 b zwischen der äußeren Umfangsfläche des inneren Kupplungselementes 27 und den Nockenflächen 16 a an der inneren Umfangs­ fläche des Einschnittes innerhalb der Ankerwelle 16 definiert, wie deutlich in Fig. 2 gezeigt ist. In jedem keilförmigen Hohlraum 16 b befinden sich eine Rolle 31 zur Erzielung einer Ver­ bindung zwischen der Nockenfläche 16 a und der äußeren Umfangsfläche des inneren Kupplungs­ elementes 27 sowie eine Feder 32, die die Rolle 31 in eine Richtung drückt, in der die Verbindung hergestellt wird. Somit wird die Freilaufkupplung durch die Nockenfläche 16 a, das innere Kupplungs­ element 27, die Rollen 31 und die Federn 32 zusammengesetzt, und die Ankerwelle 16 selbst dient auch als äußeres Kupplungselement, das eine Funktion des Mechanismus übernimmt.

Eine eine Ausgangswelle bildende Ritzelwelle 33 ist in einem innerhalb der Ankerwelle 16 und dem rohrförmigen inneren Kupplungselement 27 be­ findlichen Durchgang angeordnet. Die Ritzelwelle 33 ist sowohl drehbar als auch axial verschiebbar an ihrem einen Ende durch ein Lager 34 gestützt, das dem inneren Umfangsabschnitt des inneren Kupplungselementes 27 angepaßt ist. Das andere Ende der Ritzelwelle 33 geht durch ein Rohr­ element 37 hindurch, das in einem in einen Ansatz an einem vorderen Stützteil 35 eingesetzten Lager 36 drehbar angeordnet ist, und ragt aus dem Stützteil 35 nach außen. Das herausragende Ende der Ritzelwelle 33 ist mit einem Ritzel 33 a versehen, das mit einem nicht gezeigten ring­ förmigen Zahnrad einer Maschine in Eingriff bringbar ist. Die Ritzelwelle 33 ist durch einen wendelförmigen Keil 33 b in ihrer äußeren Umfangs­ fläche mit dem Rohrelement 37 verbunden.

Der erweiterte Abschnitt des inneren Kupplungs­ elementes 27, der über das Lager 30 von der Mittelstütze 29 drehbar getragen wird, endet unmittelbar vor dem Rohrelement 37. Der End­ abschnitt wird von einem auf die Ritzelwelle 33 aufgepaßten Lager 38 getragen, und ein ein epizyklisches Reduktionsgetriebe 39 bildendes Sonnenrad 39 a wird auf der Umfangsfläche dieses Endabschnittes des inneren Kupplungselementes 27 hergestellt. Eine unter Verwendung der Mittel­ stütze 29 gebildete Innenverzahnung 39 b wird um das Sonnenrad 39 a herum angeordnet, und eine Mehrzahl von Planetenrädern 39 c ist in den ringförmigen Raum zwischen dem Sonnenrad 39 a und der Innenverzahnung 39 b eingesetzt und steht in Eingriff mit diesen. Die Planetenräder 39 c sind jeweils durch Stifte 39 e auf einem Träger 39 d befestigt, der von dem Lager 38 gestützt ist. Der Träger 39 d ist einstückig mit dem Rohr­ element 37 ausgebildet. Wenn daher der Träger 39 d durch den Umlauf der Planetenräder 39 c gedreht wird, ergibt sich auch eine Drehung des mit diesem eine Einheit bildenden Rohrelementes 37.

In der hinteren Stirnfläche der Ritzelwelle 33 befindet sich ein Einschnitt 40. Ein erster Halter 41 in Form eines Rohres mit einem offenen Ende ist lose in den Einschnitt 40 eingesetzt. Eine ein Axiallager bildende Stahlkugel 42 ist zwischen dem geschlossenen Ende des ersten Halters 41 und dem Boden des Einschnittes 40 angeordnet.

Der Starter 10 dieses Ausführungsbeispiels ent­ hält weiterhin einen elektromagnetischen Schalter 43, der eine axiale Verschiebung der Ritzel­ welle 33 bewirkt und auch eine Schaltfunktion besitzt, wodurch er bei Betätigung eines nicht gezeigten Hauptschalters des Fahrzeugs das Schließen von Kontakten bewirkt, so daß der Gleichstrommotor 15 von einer Batterie mit elektrischer Energie beliefert werden kann. Der Schalter 43 ist mittels eines Bolzens 44 auf der Außenseite des rückwärtigen Stützteils 11 a befestigt. Er besteht aus einer Erregerspule 46, die auf einen durch einen vorderen und hinteren Kern 45 a bzw. 45 b gestützten Spulen­ körper aus Kunststoff gewickelt ist, wobei die Kerne 45 a und 45 b zusammen mit einem Gehäuse 43 a einen magnetischen Pfad bilden, einem in der Mittelöffnung des Spulenkörpers verschiebbar angeordneten Stößel 47 und einer an diesem be­ festigten beweglichen Anordnung 48. Der Stößel 47 ist der Kraft einer zwischen ihm und dem vorderen Kern 45 a eingesetzten Spulenfeder 49 ausgesetzt, so daß er in seine Anfangsstellung gemäß Fig. 1 zurückkehrt, wenn der Haupt­ schalter geöffnet wird.

Die bewegliche Anordnung 48 besitzt einen Stab 48 a, dessen eines Ende am Stößel 47 befestigt ist und dessen anderes Ende dem ersten Halter 41 am hinteren Ende der Ritzelwelle 33 gegenüberliegt. Ein dritter Halter 48 c ist starr an der Außen­ fläche des Endabschnittes des Stabes 48 a befestigt, der im Bereich des Stößels 47 liegt, und er ent­ hält eine Öffnung 48 b, die zur Ritzelwelle 33 weist. Ein bewegbares Kontaktelement ist verschiebbar auf den äußeren peripheren Bereich des dritten Halters 48 c aufgesetzt und besitzt eine Schicht­ struktur aus einem bewegbaren Kontakt 48 e zwischen zwei Isolatoren 48 d. Ein zweiter Halter 50 um­ greift den anderen Endabschnitt des Stabes 48 a in der Weise, daß er axial verschiebbar auf der Außenfläche des Stabes 48 a ist. Zwischen den zweiten Halter 50 und die innere Endfläche der Öffnung 48 b im dritten Halter 48 c ist eine Feder 51 einge­ setzt, die die Ritzelwelle 33 in Vorwärtsrichtung, d. h. nach rechts drückt. Zwischen der zweiten Stirnfläche des Stabes 4Sa und der inneren End­ fläche des ersten Halters 41 ist ebenfalls eine Feder 52 angeordnet, die die Ritzelwelle 33 in Vorwärtsrichtung drückt. Eine nichtmagnetische Platte 43 b schließt die rückwärtige Seite des Gehäuses 43 a. Die Platte 43 b dient als Anschlag für den Stößel 47, wenn er in Rückwärtsrichtung bewegt wird, und bildet auch die Rückwand für den elektromagnetischen Schalter 43.

Die Arbeitsweise des vorbeschriebenen Starters 10 wird im folgenden erläutert.

Wenn der Hauptschalter geöffnet ist, befindet sich die Erregerspule 46 im entregten Zustand und der Stößel 47 ist nur der Kraft der Feder 49 ausgesetzt. Demgemäß befindet sich die bewegliche Anordnung 48 in ihrer hinteren Stellung, und der Stößel 47 liegt an der Platte 43 b a. In diesem Zustand sind der feste Kontakt 23 und der bewegliche Kontakt 48 e voneinander getrennt und der Gleichstrommotor 15 daher im Ruhezustand. Die Ritzelwelle 33 befindet sich ebenfalls durch die Wirkung der Feder zwischen dem Lager 34 und dem Haltering am hinteren Ende der Ritzel­ welle 33 in ihrer rückwärtigen Position.

Wenn der Hauptschalter geschlossen wird, wird die Erregerspule 46 erregt und der Stößel 47 wird hierdurch bewegt. Als Folge hiervon wird die bewegliche Anordnung 48 in Vorwärtsrichtung ver­ schoben und der bewegliche Kontakt 48 e gelangt in Berührung mit dem festen Kontakt 23. Demgemäß werden die Ankerwicklungen 19 über die Bürsten 18 und den Kommutator 14 erregt und der Gleichstrom­ motor 15 wird somit gestartet.

Die vom Gleichstrommotor 15 bewirkte Drehung der Ankerwelle 16 wird über die Rollen 31 zum inneren Kupplungselement 27 übertragen, und dessen Drehung bewirkt eine Drehung jedes Planetenrades 39 c des epizyklischen Reduktionsgetriebes 39 um das Sonnenrad 39 a. Dies hat zur Folge, daß der Träger 39 d gemeinsam mit dem Rohrelement 37 mit reduzierter Geschwindigkeit rotieren. Dies wiederum bewirkt die Drehung der Ritzelwelle 33 infolge der Ver­ bindung über den wendelförmigen Keil 33 b.

Andererseits wird die Ritzelwelle 33 durch die Federn 51, 52 der beweglichen Anordnung 48 in Vorwärtsrichtung gedrückt, so daß das Ritzel 33 a gleichzeitig mit dem Start des Gleichstrom­ motors 15 in Eingriff mit der fest am äußeren Umfang eines Schwungrades der Maschine be­ findlichen Ringverzahnung gelangt. Wenn nach dem Starten der Maschine das innere Kupplungs­ element 27 durch die Ringverzahnung über die Ritzelwelle 33 in umgekehrter Richtung bewegt wird und das Rohrelement 37 sowie das epi­ zyklische Reduktionsgetriebe 39 mit höherer Geschwindigkeit rotieren als die Ankerwelle 16, wird die Verbindung zwischen dem inneren Kupplungs­ element 27 und der Ankerwelle 16 durch die Funktion der Freilaufkupplung aufgehoben und die Ankerwelle 16 rotiert nun lastfrei. Nach Beendigung des Startvorganges der Maschine wird der Hauptschalter geöffnet zur Abschaltung der Energiezuführung, so daß die bewegliche Anordnung 48 zusammen mit dem Stößel 47 unter Wirkung der Feder 49 innerhalb des elektro­ magnetischen Schalters 43 und die Ritzelwelle 33 unter der Wirkung der um ihr hinteres Ende ange­ ordneten Feder in die rückwärtige Lage zurück­ kehren.

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich ist, ist es möglich, die Gesamtlänge eines mit einem epi­ zyklischen Reduktionsgetriebe ausgestatteten Starters vom Koaxialtyp erheblich zu reduzieren, indem die Freilaufkupplung innerhalb der Anker­ welle des Gleichstrommotors angeordnet wird.

Claims (11)

1. Starter für eine Maschine, gekennzeichnet durch einen Motor (15) mit einem Anker (13), der eine hohle Ankerwelle (16) und einen auf deren Umfangsfläche befestigten Ankerkern (17) aufweist;
eine Freilaufkupplung mit Nockenflächen (16 a) auf der inneren Umfangsfläche der Ankerwelle (16), einem innerhalb der Ankerwelle (16) koaxial aufgenommenen und drehbar gelagerten rohrförmigen inneren Kupplungselement (27), keilförmigen Hohlräumen (16 b) zwischen den Nockenflächen (16 a) und der äußeren Umfangs­ fläche des inneren Kupplungselementes (27),
und einer Rolle (31) in jedem der keilförmigen Hohlräume (16 b) zur Übertragung des Dreh­ momentes der Ankerwelle (16) auf das innere Kupplungselement (27), wenn die Rollen (31) eine Verbindung zwischen den Nockenflächen (16 a) und der äußeren Umfangsfläche des inneren Kupplungselementes (27) herstellen;
eine koaxial innerhalb des inneren Kupplungs­ elementes (27) angeordnete und axial ver­ schiebbar gelagerte Ausgangswelle (33);
ein epizyklisches Reduktionsgetriebe (39) zur Übertragung des Drehmomentes des inneren Kupplungselementes (27) auf die Ausgangswelle (33) mit einem Sonnenrad (39 a) auf dem inneren Kupplungselement (27), einer fest um das Sonnenrad (39 a) angeordneten Innenverzahnung (39 b), sowohl mit dem Sonnenrad (39 a) als auch mit Innenverzahnung (39 b) in Eingriff stehenden Planetenrädern (39 c) und einem angrenzend an die Planetenräder (39 c) drehbar angeordneten Träger (39 d) für die drehbare Lagerung der Planetenräder (39 c); eine Anordnung (37, 33 b) zur Übertragung des Drehmomentes des Trägers (39 d) auf die Ausgangswelle (33), ohne deren axiäle Verschiebbarkeit zu verhindern; ein am distalen Ende der Ausgangswelle (33) geformtes Ritzel (33 a); und eine Vorrichtung zum axialen Verschieben der Ausgangswelle (33).

2. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Ankerkern (17) mittels eines Preßsitzes auf der Umfangsfläche der Ankerwelle (16) befestigt ist.

3. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das innere Kupplungselement (27) durch ein Lager (28) am Ende der Ankerwelle (16) drehbar gestützt ist.

4. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in jedem der keilförmigen Hohl­ räume (16 b) eine Feder (32) angeordnet ist, um die Rollen (31) in eine Richtung zu drücken, in der sie eine Verbindung zwischen der Nocken­ fläche (16 a) und der äußeren Umfangsfläche des inneren Kupplungselementes (27) herstellen.

5. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sonnenrad (39 a) auf der äußeren Umfangsfläche des inneren Kupplungs­ elementes (27) gebildet ist.

6. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Innenverzahnung (39 b) auf einer Mittelstütze (29) eines Joches (11) des Motors (15) gebildet ist.

7. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Motor ein Gleichstrommotor (15) ist.

8. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anordnung zur Übertragung des Drehmomentes des Trägers (39 d) auf die Ausgangswelle (33) ein Rohrelement (37) ist, das mit der Ausgangswelle (33) durch einen Keil (33 b) in deren äußerer Umfangsfläche verbunden ist.

9. Starter nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohrelement (37) integral mit dem Träger (39 d) ausgebildet ist.

10. Starter nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Vorrichtung zum axialen Verschieben der Ausgangswelle (33) ein elektromagnetischer Schalter (43) ist, durch den die Ausgangswelle (33) gleichzeitig mit der Einschaltung des Motors (15) verschiebbar ist.

11. Starter nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Federn (51, 52) zwischen der Ausgangswelle (33) und dem elektromagnetischen Schalter (43) angeordnet sind.