DE3903846C2 - Koaxialer Anlasser für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen koaxialen Anlasser für eine Brennkraftmaschine.

In der GB-PS 994,887 ist ein koaxialer Anlasser für eine Brennkraftmaschine beschrieben, bei der die Drehung einer Ankerwelle eines koaxial angeordneten Elektromotors über ein Planetengetriebe auf eine Ritzelanordnung auf einer Abtriebswelle übertragen wird. Die Abtriebswelle ist mit einem Ritzel gekoppelt und läuft teilweise in der Ankerwelle. Die Ritzelanordnung steht mit dem Planetengetriebe immer in Eingriff und ist innerhalb der Ankerwelle in deren Längsrichtung verschiebbar, so daß das Ritzel mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine in Eingriff gebracht werden kann. Die Längsbewegung wird dabei über eine in der Ankerwelle angeordnete und mit der Abtriebswelle über eine Kugel gekoppelte Schubstange bewirkt, deren anderes Ende mit dem Anker eines elektromagnetischen Schalter gekoppelt ist. Bei Bestromung der Erregerspule des elektromagnetischen Schalters wird eine Längsbewegung des Ankers und somit der Schubstange als auch der Abtriebswelle bewirkt, wobei gleichzeitig ein Kontakt für den Elektromotor geschlossen wird. Danach befindet sich das Ritzel im ausgerückten Zustand bzw. im Eingriff mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine und die Drehbewegung des Elektromotors wird auf den Zahnkranz übertragen. Die baulichen Abmessungen dieses bekannten koaxialen Anlassers sind jedoch relativ groß, da der elektromagnetische Schalter, der Elektromotor, das Planetengetriebe sowie das Ritzel längs nacheinander in dem Gehäuse aufgenommen sind, d. h. der elektromagnetische Schalter ist nicht um die Abtriebswelle herum angeordnet.

Ferner beschreibt die US-PS 3 210 554 einen koaxialen Anlasser, bei dem die Ankerwelle eines koaxial angeordneten Elektromotors über eine Schrägverzahnung mit einer entlang der Längsachse der Abtriebswelle verschiebbaren Ritzelanordnungen gekoppelt ist. Die Ritzelanordnung besitzt ein Abtriebsritzel, welches mit dem Zahnkranz einer Brennkraftmaschine durch eine Längsbewegung der Ritzelanordnung entlang der Abtriebswelle gebracht werden kann. Die Längsbewegung wird durch einen um die Ritzelanordnung bzw. die Abtriebswelle herum angeordneten elektromagnetischen Schalter bewirkt. Dieser elektromagnetische Schalter besitzt einen Anker, der mit einem auf der Ritzelanordnung angebrachten Anschlagring in Verbindung steht, so daß durch die Längsbewegung des Ankers bei Bestromung der Erregerspule des Schalters die Ritzelanordnung in eine ausgerückte Stellung bewegt wird, wobei das Ritzel mit dem Zahnkranz der Brennkraftmaschine in Eingriff kommt. Ein beweglicher Halter ist an einem Ende der Ritzelanordnung vorgesehen und weist eine Ausnehmung zur Aufnahme von Kugeln auf. Die Kugeln sind zwischen dem Halter und der Ritzelanordnung zur Lagerung vorgesehen und greifen in der ausgerückten Stellung in eine in der Abtriebswelle vorgesehenen Nut ein. In der eingedrückten Stellung der Ritzelanordnung, wenn der Halter samt Kugeln mittels einer Feder in eine Längsrichtung bewegt worden ist, greifen diese Kugeln in Ausnehmungen in der Abtriebswelle ein wodurch die Ritzelanordnung zusätzlich zur Wirkung des elektromagnetischen Schalters über den Anschlagring in der eingedrückten Stellung gehalten wird. Durch den Halter können jedoch elektromagnetische Streuungen auftreten, was die Stromaufnahme des elektromagnetischen Schalters zum Eindrücken der Ritzelanordnung erhöht und andererseits tritt bei einer Drehbewegung der Ritzelanordnung zwischen dem Anschlagring und dem Anker eine erhebliche Reibung auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Anlasser mit einem koaxial angeordneten elektromagnetischen Schalter zu schaffen, der eine geringe Stromaufnahme erfordert, wodurch die baulichen Abmessungen des Anlassers verringert werden können.

Diese Aufgabe wird durch einen koaxialen Anlasser für eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Kugeln rollen zwischen dem Halter und der Ritzelanordnung derart, daß der Halter nicht gedreht wird, selbst wenn die Ritzelanordnung eine Drehbewegung durchführt. Deshalb können die Kontakte des elektromagnetischen Schalters sicher in Berührung miteinander gehalten werden. Da der Halter und die Kugeln nicht magnetisch sind, streut der magnetische Fluß nicht in die Abtriebswelle und das Ritzel, so daß die Anzugskraft des Schalters nicht herabgesetzt wird und somit eine geringere Stromaufnahme zur Bewegung der Ritzelanordnung erforderlich ist. Da somit ein geringerer magnetischer Fluß zur Bewegung des Ankers ausreicht, kann der elektromagnetische Schalter kleiner ausgeführt werden, wodurch die baulichen Abmessungen verringert werden können.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.

So ist es vorteilhaft, den Halter mittels einer Andruckfeder mit dem Anker zu koppeln, wobei die Andruckfeder in eine hintere Ausnehmung des Halters eingreift. Dadurch wird in vorteilhafter Weise eine sichere Führung des Halters für seine Bewegung entlang der Abtriebswelle erreicht.

Auch ist es vorteilhaft, die Andruckfeder aus nicht magnetischem Material herzustellen, um die Streuung des magnetischen Flusses weiter zu reduzieren.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben.

In der Zeichnung zeigt die Figur einen Längsschnitt eines koaxialen Anlassers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ein koaxialer Anlaßmotor umfaßt einen Gleichstrommotor mit einem Anker 100 aus einem Ankerkern 101, einer Ankerwelle 102, einem Kommutator 103 und einer Ankerspule 104. Bürsten 105 sind in gleitendem Kontakt mit dem Kommutator 103 vorgesehen. Ein Halter 105a zum Halten der Bürsten 105 ist über Schrauben 107 an einer hinteren Abdeckung 106 befestigt, der den hinteren Teil des Ankers 100 abdeckt. Ein Lager 108 ist in einer Aufnahme der hinteren Abdeckung 106 eingepaßt und trägt die Ankerwelle 102 an ihrem hinteren Ende. Ein Permanentmagnet 109a zum Aufbringen eines magnetischen Feldes auf den Anker 100 ist auf der inneren Umfangsoberfläche des Jochs 109 des Gleichstrommotors befestigt. Der vordere zentrale Bereich 109b des Jochs 109 ist zylindrisch gebogen. Ein Lager 110 ist in dem vorderen zentralen Bereich 109b des Jochs 109 eingepaßt und trägt die Ankerwelle 102 in ihrem vorderen Bereich. Ein Zahnkranz 112 ist als Sonnenrad auf der Ankerwelle 102 vor dem Lager 110 ausgebildet. Mehrere Planetenzahnräder 114 stehen mit dem Zahnkranz 112 und einer Innenverzahnung 113a in Eingriff, die auf der inneren Umfangsoberfläche eines Trägers 113 der Innenverzahnung ausgebildet ist, der als Schale ausgeformt ist und in einer vorderen Abdeckung 111 eingepaßt ist, die an der Vorderseite des Jochs 109 angebracht ist. Lager 115 sind in die Planetenzahnräder 114 eingepaßt und werden durch Stifte 116 getragen.

Der koaxiale Anlaßmotor weist darüber hinaus eine Freilaufkupplung 117 auf. Die Stifte 116 sind an dem äußeren Element 118 der Kupplung 117 befestigt. Das äußere Element 118 ist mit einer keilartigen Nocke ausgebildet. Ein Lager 119 ist in die hintere Ausnehmung des äußeren Elements 118 eingepaßt und trägt die Ankerwelle 102, die in das Lager 123 in einem Bereich 102a der Ankerwelle 102 vor dem Zahnkranz 112 eingefügt ist, um zu verhindern, daß das äußere Element exzentrisch wird. Die Kupplung 117 besitzt Rollen 120 zur Übertragung des Drehmoments.

Der koaxiale Anlaßmotor weist darüber hinaus eine Ausgangsdrehwelle 121 koaxial zur Ankerwelle 102 auf, die einen hinteren Bereich 121a besitzt, der das innere Element der Kupplung 117 bildet. Ein Lager 123 ist in die Ausnehmung des inneren Elements 121a der Kupplung 117 eingepaßt und trägt die Ankerwelle 102, deren vorderer Bereich 102a in das Lager vor dem anderen Lager 119 eingeführt ist. Der vordere Bereich des Trägers 113 der Innenverzahnung ist derart geformt, daß die Freilaufkupplung 117 abgedeckt wird und ist auf einer Unterlegscheibe auf dem vorderen Ende des hinteren Bereichs 121a der Ausgangsdrehwelle 121 angeordnet, um zu verhindern, daß sich die Welle in axialer Richtung bewegt und um Axialkräfte aufzunehmen. Der vordere Bereich des Trägers 113 der Innenverzahnung hält Schmiermittel davon ab von der Planetengetriebevorrichtung zur Drehzahlreduzierung wegzufliegen, die das Drehmoment der Ankerwelle 102 zur Ausgangsdrehwelle 121 derart überträgt, daß die Drehgeschwindigkeit der Ausgangsdrehwelle kleiner ist als die der Ankerwelle. Die Ausgangsdrehwelle 121 verläuft vorwärts durch die Bohrung des vorderen Zentralbereichs des Trägers 113 der Innenverzahnung.

Der Anlaßmotor umfaßt darüber hinaus einen elektromagnetischen Schalter 124, der um die Ausgangsdrehwelle 121 herum angeordnet ist. Der Schalter 124 umfaßt ein nahezu zylindrisches Gehäuse 125, das eine eingeengte Öffnung am hinteren Ende des Gehäuses aufweist und in den vorderen Teil der vorderen Abdeckung 111 eingepaßt ist; einen nahezu ringförmigen Kern 126, der in der vorderen Ausnehmung des Gehäuses eingepaßt ist; einen Kunststoffspulenkörper 128, der mit einer elektromagnetischen Spule 127 ausgestattet und der in dem Gehäuse eingeschlossen ist; ein hohlzylindrischer Anker 129, der durch die Bohrung des Spulenkörpers in axialer Richtung des Schalters bewegbar ist und am hinteren Bereich des Ankers 129 an einem Halter 129a befestigt ist, der auf der Ausgangsdrehwelle beweglich ist, aber normalerweise angehalten verbleibt, wobei das hintere Ende des Halters mit der Vorderseite des Trägers 113 der Innenverzahnung in Kontakt steht; einen beweglichen Kontakt 130, der über einen elektrischen Isolierstoff an dem Halter angebracht ist und der eine Oberfläche aufweist, die sich senkrecht zur Achse des Schalters erstreckt; und einen feststehenden Kontakt 131, der dem beweglichen Kontakt vorwärts gegenübersteht, der entlang der Form der inneren Oberfläche der vorderen Abdeckung gebogen ist und der über einen elektrischen Isolator 132 an der vorderen Abdeckung um und hinter der Freilaufkupplung 117 mit Hilfe einer Anschlußschraube 133 angebracht ist, die mit einem an eine Batterie angeschlossenen (nicht in Fig. 1 dargestellten) Anschluß verbunden ist. Eine weitere (in Fig. 1 nicht dargestellte) Anschlußschraube ist mit einer der Bürsten 105 über eine Zuleitung verbunden.

Die Spiralkeilnuten des inneren Bereichs eines Ritzels 134 stehen mit denen 121b des vorderen äußeren Bereichs der Ausgangsdrehwelle 121 derart in Eingriff, daß das Ritzel vorwärts und rückwärts verschiebbar ist und daß das Ritzel mit dem Zahnkranz eines Motors (nicht in den Zeichnungen dargestellt) in Eingriff steht, wenn der koaxiale Anlaßmotor betrieben wird. Der unverzahnte Bereich des Ritzel 134 gleitet auf der inneren Umfangsoberfläche eines Lagers 135, das in die vordere Abdeckung 111 vor dem elektromagnetischen Schalter 124 eingepaßt ist. Die Zähne des Ritzels 134 sind vor dem Lager 135 derart angeordnet, daß das Ritzel angehalten wird, wenn die Zähne des Ritzels mit dem vorderen Ende des Lagers in Berührung kommen. Das vordere Ende der vorderen Abdeckung 111 umgibt die Zähne des Ritzels 134. Eine Sperre 136 ist an der Ausgangsdrehwelle 121 am vorderen Ende der Welle derart angebracht, daß das hintere Ende der Sperre der inneren abgestuften Oberfläche des Ritzels 134 nach hinten gerichtet gegenübersteht, um die Länge der Bewegung des Ritzels zu beschränken. Eine Ritzelrückholfeder 137 ist zwischen der Sperre 136 und dem Ritzel 134 vorgesehen. Eine Ankerrückholfeder 138 ist zwischen dem Anker 129 und dem Kern 126 vorgesehen. Eine Andruckfeder 139 ist zwischen dem Halter 129a und einem nicht magnetischen Halter 140 vorgesehen, um das Ritzel 134 auf der Rückseite des Ritzels durch die Wirkung des nicht magnetischen Halters und mehrerer nicht magnetischer Kugeln 141 zu drücken. Es wird bevorzugt, daß die Andruckfeder 139 aus einem nicht magnetischen Material hergestellt ist. Der Halter 140 besitzt eine vordere und eine hintere axiale Ausnehmung, durch die sich die Ausgangsdrehwelle 121 erstreckt. Die Kugeln 141 sind in der vorderen axialen Ausnehmung 140a des Halters 140 zwischen der Ausgangsdrehwelle 121 und dem Halter angeordnet. Das vordere Ende der Andruckfeder 139 ist in der hinteren axialen Ausnehmung des Halters 140 angeordnet. Der Halter 140 und der Anker 129 stehen miteinander in Eingriff, wenn sie vorwärts und rückwärts bewegt werden.

Im folgenden wird nun der Betrieb des Anlaßmotors beschrieben. Wenn ein in Fig. 1 nicht dargestellter Zündschalter eingeschaltet wird, wird die elektromagnetische Spule 127 des elektromagnetischen Schalters 124 erregt, um den Anker 129 derart vorwärtszubewegen, daß der bewegliche Kontakt 130, der an dem am Anker befestigten Halter 129a angebracht ist, in Berührung mit dem feststehenden Kontakt 131 gerät. Dies hat zur Folge, daß der Anker 100 des Gleichstrommotors über die Kontakte 130 und 131 die Zuleitung und die Bürsten 105 derart mit Energie versorgt wird, daß der Anker sich dreht. Das Drehmoment des Ankers 100 wird über die Ausgangsdrehwelle 121 über die Planetengetriebevorrichtung, zur Drehzahlreduzierung, die sich aus dem Sonnenrad 112 und den Planetenzahnrädern 114 zusammensetzt, und der Freilaufkupplung 117 übertragen. Das Drehmoment der Ausgangsdrehwelle 121 wird zum Ritzel 134 über die spiralförmigen Keilnuten 121b übertragen. Da der Anker 129 vorwärts bewegt wird, wird das Ritzel durch die Wirkung des Halters 129a der Andruckfeder 139 des Halters 140 und der Kugeln 141 derart vorwärtsbewegt, daß das Ritzel mit dem Zahnkranz in Eingriff steht, der auf dem Umfang des Schwungrades des Motors ausgebildet ist.

Wenn der Zündschalter abgeschaltet wird, wird der Anker 129 durch die rückstellende Kraft der Ankerrückholfeder 138 zurückbewegt und das Ritzel 134 wird in seine Ursprungsposition (dargestellt in Fig. 1) weg von dem Zahnkranz des Motors durch die Ritzelrückstellfeder 137 zurückbewegt. In diesem Moment wird der bewegliche Kontakt 130 vom feststehenden Kontakt 131 getrennt, um die Energieversorgung des Ankers 100 des Gleichstrommotors zu unterbrechen und seine Drehung zu beenden.

Obwohl der hintere Bereich 121a (der das innere Element der Freilaufkupplung 117 bildet) der Ausgangsdrehwelle 121 von dem Lager 123 auf der Ankerwelle 102 in der oben beschriebenen Ausführungsform getragen wird, kann die vorliegende Erfindung auf andere Weise derart ausgeführt werden, daß ein Lager auf einer äußeren Umfangsoberfläche eines abgesetzten Bereichs eine Ausgangsdrehwelle angeordnet wird, die unmittelbar vor dem hinteren Bereich (der das innere Element der Freilaufkupplung bildet) der Welle plaziert ist, in die vordere Ausnehmung eines Trägers der Innenverzahnung eingepaßt wird, um eine Ankerwelle 102 zusammen mit einem Lager 123 zu tragen, das in einem hinteren Bereich der Ausgangsdrehwelle eingepaßt ist.

Obwohl der Kommutator 103 am hinteren Bereich des Ankers 100 in der oben beschriebenen Ausführungsform vorgesehen ist, kann die vorliegende Erfindung auf andere Weise derart ausgeführt werden, daß der Kommutator am vorderen Bereich des Ankers vorgesehen ist und die Bürsten 105 zwischen dem Kern des Ankers und der Planetengetriebevorrichtung zur Drehzahlreduzierung angebracht ist, um die Länge der Zuleitung zu verringern.

Obwohl im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel die Planetenzahnräder 114 von Stiften 116 getragen werden, die an dem äußeren Element 118 der Freilaufkupplung 117 befestigt sind, kann die vorliegende Erfindung auf andere Weise derart ausgeführt werden, daß das äußere Element der Kupplung mit Vorsprüngen zur Stützung der mit dem Lager 115 ausgestatteten Planetenzahnrädern ausgerüstet ist.

Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Permanentmagnet 109a vorgesehen ist, um das magnetische Feld auf den Anker 100 aufzubringen, kann die vorliegende Erfindung auf andere Weise derart ausgeführt werden, daß elektromagnetische Spulen um die Eisenpole herum vorgesehen sind, um ein magnetisches Feld auf dem Anker aufzubringen.

Obwohl im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht magnetische Kugeln 141 in der Ausnehmung des nicht magnetischen Halters 140 vorgesehen sind, kann auf andere Weise die Erfindung insofern ausgeführt werden, als daß es den Kugeln unmöglich gemacht wird, nach oben oder aus ihrer Position herauszurollen.

Eine Andruckfeder, ein nicht magnetischer Halter und nicht magnetische Kugeln zwischen einem Anker und einem Ritzel können auch in einem koaxialen Anlaßmotor vorgesehen sein, der keine Planetengetriebevorrichtung zur Drehzahlreduzierung aufweist.

Claims (3)

1. Koaxialer Anlasser für eine Brennkraftmaschine, umfassend

• a) einen Elektromotor (100);
• b) eine mit einer Ankerwelle (102) des Elektromotors (100) über ein Untersetzungsgetriebe (112-116) und einen Freilauf (117) koppelbare Abtriebswelle (121);
• c) eine über eine Schrägverzahnung (121b) mit der Abtriebswelle (121) gekoppelte Ritzelanordnung (121b, 134, 135, 136, 137) mit einem Ritzel (134), das in Eingriff mit einem Zahnkranz der Brennkraftmaschine bringbar ist;
• d) einem um die Abtriebswelle (121) herum angeordneten elektromagnetischen Schalter (124) mit einem Anker (129), durch den bei Bestromung seiner Erregerspule die Ritzelanordnung in die ausgedrückte Stellung bewegt wird; und
• e) einen durch den Anker (129) bewegbaren Halter (140) mit einer vorderen Ausnehmung zur Aufnahme von Kugeln (141), die zwischen dem Halter (140) und der Ritzelanordnung angeordnet sind, wobei der Halter (140) und die Kugeln (141) aus nichtmagnetischem Material bestehen.

2. Anlasser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (140) mittels einer Andruckfeder (139) mit dem Anker (129) gekoppelt ist, wobei die Andruckfeder (139) in eine hintere Ausnehmung des Halters (140) eingreift.

3. Anlasser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckfeder (139) aus nichtmagnetischem Material besteht.