DE4240905A1 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Startervorrichtung für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Startervorrichtung, die sich aus folgenden Komponenten zusammensetzt:

• - eine selbsttragende Struktur,
• - ein Ritzel, das bezüglich dieser Struktur beweglich und dazu vorgesehen ist, in ein Zahnrad der Brennkraft­ maschine einzugreifen,
• - einen Steuerelektromagneten, der einen Anker umfaßt, der zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition beweglich ist,
• - eine Übertragung zwischen dem Anker des Elektromagneten und dem Ritzel, und
• - einen Gleichstrom-Elektromotor, der als Ergebnis der Energiezuführung in den Elektromotor als Antrieb des Ritzels zur Rotation verwendet werden kann.

Startervorrichtungen dieses Typs wurden und werden bis heute in großen Stückzahlen gefertigt. In solchen Vorrichtungen ist die Rotorwelle des Elektromotors über ein Reduktionsgetriebe, zum Beispiel von epizyklischem Typ, an das bewegliche Ritzel und an eine Freilaufkupplung, typischerweise ein Radfreilauf, torsionsgekoppelt.

In solchen Vorrichtungen wird, wenn dem Elektromagneten Energie zugeführt tat, der Anker in Richtung einer Be­ tätigungsposition gezogen und bewirkt durch die vorgenannte Übertragungsvorrichtung (die in den meisten Fällen ein einfacher, gabelförmiger Schwinghebel ist) die Bewegung des Ritzels, welches dann in die Zähne eines Zahnrads (Schwungrad) greift, das dann die Kurbelwelle einer Kraftmaschine drehen kann.

Der Elektromagnet ist typischerweise mit einem Schalter ver­ bunden, der einen beweglichen Kontakt hat, welcher durch die Bewegung des Ankers verschoben wird und der einen Stromver­ sorgungspfad zum Elektromotor am Ende des Ritzelhubes schließt.

Wenn die Wärmekraftmaschine startet und ihre Drehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, dann koppelt die Freilauf­ kupplung die Welle des Elektromotors vom Ritzel ab, um eine Beschädigung des Elektromotors zu verhindern.

Das Ritzel kuppelt vom Zahnrad der Maschine aus, sobald der Elektromagnet abgeschaltet wird.

Zahlreiche Probleme treten bei der Produktion oben beschrie­ bener Startervorrichtungen auf.

Tatsächlich ist es für solche Vorrichtungen notwendig, daß sie robust und zuverlässig sind, während sie gleichzeitig klein und leise sein sollen.

Kraftfahrzeughersteller benötigen ebenfalls Startervorrichtun­ gen, die in der Lage sind, Widerstandstests unter harten Be­ triebsbedingungen über ziemlich lange Zeitperioden zu bestehen (Tests in salziger Atmosphäre für z. B. 100 Stunden oder mehr). Zur Befriedigung letzterer Erfordernisse ist eine gal­ vanischen Behandlung der äußeren Oberfläche des Gehäuses des Elektromagneten und des Elektromotors, z. B. durch Zink, vor­ geschlagen worden, wobei diese Teile aus magnetischem Material bestehen, welche grundsätzlich eine schlechte Resistenz gegen­ über aggressiven Mitteln aufweisen.

Die Anwendung von galvanischen Behandlungen, um die genannten Probleme wenigstens teilweise zu lösen, involviert jedoch nicht unberücksichtigbare Nachteile vom Standpunkt der Kosten, Umgebungsverschmutzung und Flexibilität und Anpaßbarkeit des Prozesses an Variationen in der benötigten Produktionsge­ schwindigkeit.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Startervor­ richtung des oben spezifiziertes Typs zur Verfügung zu stel­ len, die weniger sperrig und sehr viel leichter als herkömm­ liche Vorrichtungen ist und die gleichzeitig wesentlich besser härteren Tests bezüglich der Resistenz gegenüber aggressiven Mitteln stand hält.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Startervor­ richtung des oben spezifizierten Typs gelöst, wobei die prin­ zipiellen Charakteristika darin liegen, daß

• - der Elektromotor einen Stator hat, der wenigstens acht Pole aufweist und einen Rotor hat, der eine direkt an das Ritzel torsionsgekoppelte Welle aufweist und
• - die gesamte Vorrichtung in einem schützenden Gehäuse aus nicht magnetischem Material eingeschlossen ist.

Die Verwendung eines Stators, der wenigstens acht Pole hat, macht eine beträchtliche Reduzierung der Dimensionen des Elektromotors der Startervorrichtung möglich, insbesondere in axialer Hinsicht. Außerdem ermöglicht die Erhöhung der Polzahl das Weglassen eines Reduktionsgetriebes.

Die direkte Übertragung der Rotation vom Rotor des Elektro­ motors auf das Ritzel ohne jede Zwischenreduktionseinheit führt zu einer noch weiteren Reduzierung der Größe, des Ge­ wichts und der Kosten. Das Weglassen einer Reduktionseinheit vermindert zudem deutlich den von der Startervorrichtung im Betrieb erzeugten Lärm.

Die direkte torsionale Kopplung (d. h. mit Übersetzungsrate 1) zwischen dem Rotor des Elektromotors und dem Ritzel kann durch Benutzung einer Freilaufkupplung des konventionellen Typs er­ reicht werden oder auch - und vorzugsweise - ohne Anwendung einer solchen Kupplung. Natürlich können in diesem zweiten Fall, zur Verhinderung einer Beschädigung des Elektromotors, wenn die Wärmekraftmaschine einmal gestartet hat, elektro­ nische Startkontrollanordnungen bekannten Typs verwendet werden. Solche Systeme beinhalten beispielsweise einen Sensor, der ein Signal in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbel­ welle der Wärmekraftmaschine erzeugt und eine elektrische Kontrolleinheit, die die Startervorrichtung deaktiviert, wenn das gegebenen Signal des Sensors anzeigt, daß die Drehzahl der Maschine einen vorbestimmten minimalen selbsterhaltenden Wert erreicht hat.

Die Reduktion von Größe und Gewicht, die bei den obigen An­ ordnungen erreicht wird, ist derart, daß das Gewicht, welches ein schützendes Gehäuse aus nicht magnetischem Material für die gesamte Vorrichtung verursachen könnte, wenigstens tolerierbar, wenn nicht sogar absolut vernachlässigbar wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung eines von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Startervorrichtung gemäß der Erfindung und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine Startervorrichtung für eine Kraftfahrzeug­ innen-Brennkraftmaschine allgemein mit 1 bezeichnet. Sie um­ faßt ein tragendes Gehäuse, das, wie beispielhaft in der Aus­ führungsform dargestellt, aus zwei Halbschalen 2 und 3 geformt ist, die (in bekannter Weise) mit Klemmschrauben aneinander­ gepaßt und befestigt sind. Diese Halbschalen bestehen aus leichtem, nicht magnetischen Material, wie thermisch gehärte­ tem Kunststoffmaterial oder ähnlichem, und vorzugsweise aus Aluminium oder einer seiner Legierungen. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform hat die Halbschale 2 einen Rand 2a, in dem ein entsprechender Rand 3a der Halbschale 3 einge­ paßt ist.

Wie man besser aus der gemeinsamen Betrachtung der Fig. 1 und 2 sehen kann, formen die Halbschalen 2 und 3 zusammen ein Gehäuse, das einen im wesentlichen achtförmigen Querschnitt hat und einen oberen Bereich 4 und einen unteren Bereich 5 definiert, die über einen Zwischenbereich 6 miteinander ver­ bunden sind.

Innerhalb des unteren Bereichs des Gehäuses, das in Fig. 2 mit 5 bezeichnet ist, ist ein Gleichstrom-Elektromotor 7 an­ geordnet. Dieser Motor weist einen Stator 8 auf, der von einer Reihe von Polen gebildet wird, die aus (wenigstens) acht polaren Erhöhungen oder Pole 9 bestehen, welche auf der inneren Oberfläche angeordnet sind und die jeweils mit Statorwindungen 10 versehen sind.

Die Statorpole können statt Windungen auch Permanentmagnete sein. Innerhalb des Stators 8 des Elektromotors 7 ist ein Rotor 11 angeordnet, der eine Vielzahl von Nuten 12 auf seinem Umfang hat, die elektrische Leiter 13 aufnehmen.

Der Rotor 11 hat beispielsweise einundzwanzig Nuten, die jeweils vier Leiter beherbergen.

Der Stator 8 kann in extrem kompakter Weise gefertigt werden, insbesondere mit einer sehr kurzen axialen Dimension.

Eine Manschette 15 ist axial verschiebbar auf der Welle des Elektromotors 7 innerhalb der Halbschale 2 in bekannter Weise angeordnet.

Die Bezugsziffer 16 bezeichnet eine Schwinghebelstange, die in der Halbschale 2 so befestigt ist, daß sie um einen Drehpunkt 17 drehbar ist und als Übertragungselement zwischen der Man­ schette 15 und einer Erweiterung 18a eines Ankers 18 eines Elektromagneten dient, welcher in Fig. 2 allgemein mit 19 be­ zeichnet ist. Dieser Elektromagnet hat ein rohrförmiges Ge­ häuse 20 (Fig. 2) aus magnetischem Material, in welchem eine energiezuführende Spule 21 angeordnet ist, das von einem Rohr 22 getragen wird, in welchem der Anker 18 axial beweglich ist.

Die Schwinghebelstange 16 kann in einer Art und Weise, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 36 31 939.2 beschrieben ist, zufriedenstellend gefertigt werden und hat daher eine Gabelform mit zwei Zinken, die in entsprechende Sitze 23 ein­ greifen, die an den Seiten der Manschette 15 angeordnet sind und von denen einer in Fig. 1 sichtbar ist.

Mit der Bezugsziffer 30 wird in Fig. 1 ein Ritzel bezeichnet, welches in bekannter Weise relativ zur Welle des Elektromotors 7 als Resultat einer entsprechenden Verschiebebewegung der Manschette 15 bei Einschalten des Elektromagneten 19 ver­ schiebbar ist.

Das Ritzel 30 ist an die Welle des Elektromotors 7 derart ge­ koppelt, daß es für eine Rotation mit einem 1:1 Übertragungs­ verhältnis befestigt ist, ohne die Zwischenpositionierung einer Reduktionseinheit. Dies kann beispielsweise durch eine Nut/Federkupplung erreicht werden.

Wird der Elektromagnet 19 eingeschaltet, so verursacht die Verschiebung des Ankers 18 über die Hebelstange 16 eine Längs­ bewegung der Manschette 15 und des Ritzels 30. Dadurch wird das Ritzel 30 mit den Zähnen eines in Fig. 1 mit strichpunk­ tierten Linien angedeuteten Schwungrades 40 in Eingriff ge­ schoben. Das Schwungrad 40 ist mit der Kurbelwelle der Brenn­ kraftmaschine gekoppelt, die gestartet werden soll.

Hat, wie in konventionellen Startervorrichtungen, das Ritzel 30 ersteinmal in ein zur Kurbelwelle führendes Zahnrad 40 ein­ gegriffen, dann erlaubt ein Schalter (nicht dargestellt, aber von gänzlich konventionellem Typ), der dem Elektromagneten 19 zugeordnet ist, eine Stromzuführung an den Elektromotor 20, dessen Welle das Ritzel 30 dreht.

Wie oben bereits erwähnt, ist die Startervorrichtung der Er­ findung vorzugsweise nicht mit einer Freilaufkupplung ausge­ stattet. In diesem Fall muß die Startervorrichtung einem elektronischen Kontrollsystem zugeordnet sein, welches den Elektromotor 7 deaktiviert, sobald die Wärmekraftmaschine eine minimale selbsterhaltende Geschwindigkeit erreicht oder über­ schreitet.

Alternativ kann jedoch die Startervorrichtung der Erfindung eine Freilaufkupplung enthalten, die das Ritzel in Umdrehungs­ richtung von der Welle des Elektromotors abkuppelt, wenn die Brennkraftmaschine die selbsterhaltende Geschwindigkeit übersteigt.

Die Übernahme eines Stators mit einer großen Anzahl von Polen und das Weglassen eines Untersetzungsgetriebes und, optional, die Freilaufkupplung machen es möglich, eine Startervorrich­ tung mit extrem kleinen Dimensionen und Gewicht zu gestalten. Insbesondere ist es möglich, eine Startervorrichtung verfügbar zu machen, die in der Lage ist, eine Kraft in der Größen­ ordnung von einem Kilowatt zu entwickeln und das bei einem Gewicht von erheblich geringer als drei Kilogramm.

Die drastische Verringerung an Gewicht und Dimensionen macht das Zusätzliche an Gewicht und Dimensionen, was sich durch die Verwendung eines nicht magnetischen Gehäuses ergibt, welches resistent gegen aggressive Mittel sein muß, sicher tolerierbar und nahezu vernachlässigbar.

Dies macht es möglich, daß die in der Einleitung der vorlie­ genden Anmeldung erwähnten Ziele voll erreicht werden.

In einer alternativen Ausgestaltung könnte die Startervorrich­ tung ohne einem integralen Gehäuse aus Aluminium oder einer Legierung davon ausgestattet werden und statt dessen mit einer selbsttragenden Struktur des konventionellen Typs versehen werden, wie es beispielsweise in dem deutschen Gebrauchsmuster G 86 34 354.8 beschrieben ist, nämlich insbesondere mit einer Ummantelung des Elektromagneten und des Stators des elektrischen Motors, die nicht in einem Gehäuse aus nicht­ magnetischem Metallmaterial eingekapselt ist. Statt dieser Metallumhüllung kann in diesem Fall geeigneter Weise eine Um­ hüllung in Betracht bezogen werden, die aus hitzeschrumpfen­ dem Plastikmaterial besteht.

Natürlich bleibt das Prinzip der Erfindung erhalten, wenn die Ausführungsformen und Details der Konstruktion bezüglich dessen, was rein beispielhaft und nicht einschränkend be­ schrieben und illustriert wurde, ohne daß dabei vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

Claims (6)

1. Startervorrichtung für eine Innenbrennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug aus

• - einer selbsttragenden Struktur (2, 3),
• - einem Ritzel (30), das relativ zur Struktur (2, 3) beweglich und dafür vorgesehen ist, in ein Zahnrad (40) der Brennkraftmaschine einzugreifen,
• - einem Steuerelektromagneten (19), der einen Anker (18) umfaßt, welcher zwischen einer Ruheposition und einer Betätigungsposition beweglich ist,
• - einer Übertragung (16, 17) zwischen dem Anker (18) des Elektromagneten (19) und dem Ritzel (30) und
• - einem Gleichstrom-Elektromotor (7), der nach dem Einschalten des Elektromagneten (19) zum Treiben einer Rotation des Ritzels (30) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - der Elektromotor (7) einen Stator (8) mit zumindest acht Polen (9) und einen Rotor (11) mit einer Welle (14) aufweist, die drehbar und direkt an das Ritzel (30) gekoppelt ist und dadurch daß
• - die ganze Vorrichtung (1) in einem schützenden Ge­ häuse (2, 3) aus nichtmagnetischem Material einge­ schlossen ist.

2. Eine Startervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2, 3) aus Aluminium oder einer Legierung davon besteht.

3. Eine Startervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus wärmehärt­ barem Kunststoff besteht.

4. Eine Startervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus einem hitze­ schrumpfenden Plastikmaterial besteht.

5. Eine Startervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2, 3) einen etwa achtförmigen Querschnitt aufweist und dadurch einen oberen Bereich (4) definiert, der den Elektromagneten (19) beinhaltet, und einen unteren Bereich (5) definiert, der den Elektromotor (7) beinhaltet.