EP1076773A1 - Startvorrichtung - Google Patents

Startvorrichtung

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Publication number
EP1076773A1
EP1076773A1 EP00916772A EP00916772A EP1076773A1 EP 1076773 A1 EP1076773 A1 EP 1076773A1 EP 00916772 A EP00916772 A EP 00916772A EP 00916772 A EP00916772 A EP 00916772A EP 1076773 A1 EP1076773 A1 EP 1076773A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
starting device
switching element
electric motor
contact
switching
Prior art date
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Granted
Application number
EP00916772A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP1076773B1 (de
Inventor
Thomas Bernhardt
Hansjuergen Linde
Uwe Neumann
Siegfried Schustek
Hans-Dieter Siems
Andreas Rehklau
Karl-Otto Schmidt
Frank Klein
Juergen Kugler
Andreas Hamerich
Steffen Fuhr
Stephan Schmitz
Uwe Daurer
Stefan Ossenkopp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP1076773A1 publication Critical patent/EP1076773A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1076773B1 publication Critical patent/EP1076773B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/087—Details of the switching means in starting circuits, e.g. relays or electronic switches
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N15/00—Other power-operated starting apparatus; Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from groups F02N5/00 - F02N13/00
    • F02N15/02—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof
    • F02N15/04—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears
    • F02N15/06—Gearing between starting-engines and started engines; Engagement or disengagement thereof the gearing including disengaging toothed gears the toothed gears being moved by axial displacement

Definitions

  • the invention relates to a starting device for starting internal combustion engines according to the preamble of the independent claim.
  • a thrust screw drive starter The principle of operation of a thrust screw drive starter is based on the fact that after the start switch is actuated, a solenoid is drawn in by the flow of a current through a coil. This movement of the solenoid on the one hand engages the pinion into the ring gear via a lever mechanism, and on the other hand closes a bridge for switching the main current of the starter motor.
  • Switching the main current of the starter motor with the aid of a lifting magnet and a switching bridge has the disadvantage that an arc arises when the switching bridge is opened. This leads to the fact that the contact surfaces change over the lifetime and are no longer optimal. In order to extinguish the arc as quickly as possible, a very high opening speed and acceleration of the switching bridge is necessary. This requires large spring forces and therefore a relatively large relay.
  • Another disadvantage of the solenoid is its fast At the same time, the pinion moves forward via a fork lever and, in the worst case, strikes the pinion with its end face against the end face of the ring gear of the internal combustion engine and thereby wears out over time.
  • the switching process take place in a starter by the switching device according to the invention in such a way that only slight forces and accelerations act on the switching element.
  • the second electric motor In order to move the switching element by means of the second electric motor, only a low current consumption is necessary. Due to the low current consumption compared to a solenoid, the second electric motor can be controlled directly by a control unit, for example the engine control unit of the internal combustion engine, without additional amplifiers being necessary. Because at least one sliding contact slides on the switching element, the sliding contact sliding over areas with different electrically conductive layers, a multi-stage or stepless switching of the starter motor is possible without lifting the sliding contact from the switching element.
  • the contact areas in the area of low current or in the area of the maximum current are not identical.
  • the increase in resistance during the switch-off process means that only a weak arc occurs when switching to the switch-off. This means that the previous high switching speeds, such as are provided for solenoids, are no longer required.
  • the switching element bounces only a little or not.
  • Another advantage of the switching element in the form of a slide switch is that the location of the reduced arc and the location of the contact for full energization of the starter motor are at different points. This allows both surfaces to the respective
  • Task can be optimized.
  • a carbon addition on the contact element possible to prevent contact welding.
  • even a sacrificial material can be applied, which burns down over the service life.
  • the relative movement of the contact surfaces of the sliding contact and switching element relative to one another additionally results in a cleaning effect which is caused by the mechanical friction.
  • the contact element fixedly connected to the switching element can consist of several different electrically conductive layers, so that the sliding contact sliding or sliding over the individual layers switches different resistances in the circuit of the starter motor in the course of the movement of the switching element.
  • Another advantageous variant of the contact element attached to the switching element consists in designing the shape of the contact element such that the contact area between the sliding contact sliding over it is of different sizes, so that the volume resistance between
  • the carrier element of the switching element can be designed so that the sliding contact is raised in its rest position from the plane in which the contact element lies. This has the advantage that destruction or burying of the contact surfaces of the sliding contact and contact element can be reduced or prevented by the shaking stress that occurs.
  • a further advantageous embodiment of the switching element provides that one of the gear means for the power transmission is provided between the second electric motor and the switching element, engages in a toothed region of the switching element and the switching element is thereby displaceable. In the working position of the switching element, when the starter motor is fully energized, it will
  • Switching element pressed by the second electric motor to a stop. This leads to a clear position of the switching element in the presence of vibrations.
  • One way to enable two unique positions of the switching element is to use a bistable spring element which is arranged so that the switching element is either in a stable, idle position, in which the circuit of the starter motor is open, or is held in a stable working position. This has the advantage that no force on the part of the second electric motor needs to act in the working position.
  • Further advantageous configurations of the second electric motor are, for example, that the second electric motor and control electronics are located in a common housing and are therefore spatially combined. This saves additional assembly and cabling work and protects the electronics against environmental influences.
  • This separate housing has the advantage that, with the second electric motor remaining the same, different controls can be used relatively easily for different equipment variants.
  • the control electronics include a CAN module, an interface capability for the CAN bus is possible, which means, for example, that an electronic ignition lock can be used directly. It is also advantageous if the second electric motor is controlled by the electrical control of the
  • Internal combustion engine is controllable. For example, given the sufficient self-running speed of the internal combustion engine, the electrical control of the internal combustion engine can signal this to the second electric motor or its control electronics and switch it on
  • the second electric motor like the known switching relays, can be attached to the drive bearing of the starter motor.
  • this second electric motor in connection with the use of this second electric motor with a
  • the switching element as a pawl.
  • this pawl causes the area rotatable and displaceable on the steep-threaded section of the drive shaft of the starter to be formed from pinions,
  • Freewheel and drive shaft is prevented from turning at least when toe-in. This enables rapid toe-in at very low speeds and angular accelerations of the starter motor, that is to say with low moments of inertia.
  • the measures listed in the subclaims result in advantageous developments and improvements of the features specified in the main claim.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a schematic illustration of a device according to the invention
  • FIG. 2 shows a first schematic arrangement of the switching device according to the invention
  • Figure 3 shows a second schematic switching device
  • Figure 4 shows a third schematic switching device
  • Figure 5 shows a cross section through a switching element in a first embodiment
  • Figure 6 shows a second embodiment of a switching element
  • FIG. 7a shows a top view of a switching element with a plurality of contact elements, each of which has different electrical conductivities
  • FIG. 7a shows a top view of a switching element with a plurality of contact elements, each of which has different electrical conductivities
  • FIG 7b shows a representation of a switching element with a conductive region which has a first section which has a continuously increasing cross section perpendicular to the direction of movement of the switching element
  • Figure 8 shows a schematic representation of the switching element with a bevel that lifts the contact element in the idle state from the contact level
  • Figure 9 shows a schematic structure of a switching element
  • Figure 10 shows the structure de s second electric motor with integrated control electronics
  • FIG. 11 shows a schematic structure of the second electric motor with a separate housing for the control electronics
  • FIG. 12 shows a switching element latched into a braking device of the screw drive starter
  • FIG. 13 shows the screw drive starter with the pinion pre-engaged on the ring gear
  • Figure 14 shows this fully engaged pinion, which is prevented from disengaging by the pawl area of the switching element.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a starter device 20 according to the invention with a starter motor 21, an optional planetary gear 22, a single-track gear 23, consisting of a steep external thread 24 on a portion of the output shaft 25.
  • a starter motor 21 On the steep external thread 24 there is a drive shaft 26 which over a freewheel 27 is connected to a pinion 28.
  • the pinion 28 is held in a rest position by a track spring 29, which is supported on a collar 30.
  • the internal combustion engine not shown here, is driven by the pinion 28 engaged in a ring gear 31 and rotated by the rotating starter motor 21.
  • Starting device 20 consists of starter motor 21 arranged in a circuit 35 and is provided with means for opening and closing the circuit. As a means for opening and closing the circuit 35, a second electric motor 36 is provided, through which a
  • Switching element 37 is movable and by the movement of which the circuit 35 of the starter motor 21 can be switched. By closing the start switch 38, the second electric motor 36 is energized and thereby an output shaft 39 is rotated. In the example shown in FIG. 1, a spur gear 40 is thereby rotated by the output shaft 39. The spur gear 40 engages in an area of the switching element 37 designed as a toothed rack 41. If the output shaft 39 moves in a direction of rotation referred to below as the first direction of rotation, this leads to one first rectilinear movement of the switching element 37. A second movement of the switching element is opposite to the first and also rectilinear. If the second electric motor 36 rotates in a first direction of rotation, this leads to the first movement of the switching element 37.
  • the switching element 37 shown in FIG. 1 initially consists of an electrically insulating carrier element 42, in which a first contact element 43 is embedded. This first contact element 43 consists of several differently electrically conductive layers 44 and 45, the
  • Layering takes place in the direction of the first or second movement of the switching element and thus takes place in the direction of the pushing movement of the carrier element 42 designed as a slide. If the switching element 37 is moved by the second electric motor 36 with its first movement, the starter motor switch 47 is first closed by the electrically conductive layer 45. If the switching element 37 is moved further in the first movement, the starter motor switch 47 is finally closed by the electrically conductive layer 44.
  • the electrically conductive layer 45 has a higher electrical resistance than the layer 44.
  • the electrically conductive layer 45 which closes the starter motor switch 47, thus initially represents a series resistor, so that the starter motor 21 is initially operated with only a reduced current. In the screw drive starter shown here, this leads to a reduced speed of the starter motor 21 and thus to a so-called smooth pre-engagement and engagement of the pinion. If the switching element 37 is pushed further, the starter motor switch 47 is closed by the layer 44.
  • the starter motor switch 47 is closed almost without resistance. As a result, the starter motor 21 is fully energized and can turn the internal combustion engine with the pinion 28 fully engaged in the ring gear 31. Is the starting process ends, the power supply to the second electric motor 36 is interrupted by opening the start switch 38. As a result, no drive torque acts on the rack 41 from the side of the second electric motor 36. In the variant shown in FIG. 1, the starter motor switch 47 is finally opened by the return spring 48 engaging the carrier element 42 and the switching element 37 countering the first movement of the switch element 37. So in the opposite, second movement, pulls back, so that finally the insulating support element 42 rests on both contacts 49 and thus the power supply to the starter motor 21 is interrupted.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a second variant of the switching device.
  • the second electric motor 36 is, as already in FIG. 1, operatively connected to the switching element 37 via gear means 51.
  • the gear means 51 initially consist of a worm wheel 52 fastened on the output shaft 39 of the second electric motor and which drives a first gear wheel 53.
  • This first gear 53 is in a rotationally fixed operative connection with a second gear 54.
  • the second gear 54 is in turn connected to the rack area 41 of the switching element 37. If the start switch 38 is closed, causes a
  • Control unit 56 energizes the second electric motor 36. In the example shown, this is done via control electronics 57, which is controlled by control unit 56.
  • the control electronics 57 which in the example shown is integrated into the housing of the second electric motor 36, switches on the second electric motor 36 and causes the output shaft 39 to rotate in the first direction of rotation, so that the gear rack area is caused by the gear means 52, 53 and 54 41 and thus the switching element 37 is moved with a first movement.
  • the switching element 37 is in Figure 2 firmly connected to a second contact element 59. This second contact element 59 is electrically conductively connected to the voltage source 60.
  • the first direction of rotation of the second electric motor 36 moves the second contact element 59 in the direction of a third contact element 61 until it finally abuts against it and thus closes the circuit 35 of the starter motor 21. Rebounding of the switching element 37 by a stationary or housing-fixed damping element that rubs against the switching element 37 is reduced. Is the
  • Starter motor 21 part of a screw drive starter, so the pinion 28 engages in the ring gear 31 via the single-track gear 23 and turns the internal combustion engine. If the internal combustion engine has reached a sufficiently high speed and this is recognized by the control unit 56, which e.g. is a motor control device or a control device of the internal combustion engine, it controls the control electronics 57 of the second electric motor 36. Since the internal combustion engine has reached a sufficiently high speed, the starter motor 21 must now be switched off again. This means that the contact elements 59 and 61 must be separated again. The control unit 56 therefore sends electronic signals to the control electronics 57, as a result of which the direction of rotation of the second electric motor 36 is reversed, so that a second, the first
  • This return spring 48 supported. This return spring 48 also fulfills an emergency function. In the event that a second direction of rotation of the second electric motor 36 cannot be made possible because, for example, the control electronics 57 has failed, the return spring 48 moves this Switching element 37 back to its starting position against the resistance of the gear means 51.
  • Figure 3 differs from Figure 2 in that the second contact element 59 is designed such that before the circuit 35 is closed by the contact elements 59 and 61, the circuit 35 via the second contact element 59 and a fourth resting contact element 63 the circuit via a series resistor 64 is closed.
  • a spring element 65 presses the two contact elements together.
  • the switching element 37 is prevented from bouncing back by the damping element 62 after it has struck the third contact element 61 and thus after the circuit 35 of the starter motor 21 has been closed.
  • the design variant presented in FIG. 3 enables two-stage switching of the starter motor 21.
  • FIG. 1 A further variant of the switching device is shown in FIG.
  • a so-called bistable spring element 67 acts on the switching element 37 both ends in bearings 68 fixed to the housing. With regard to the switching element 37, this bistable spring element 67 can be moved between two contact elements 69 on the switching element 37. If the switching element 37 is moved out of its rest position, it is bistable
  • the circuit is opened and jumps into a second stable position, thereby acceleratingly pressing the switching element 37 or the second contact element 59 against the third contact element 61, thus keeping the circuit 35 of the starter motor 21 closed.
  • pressing the contact elements 59 and 61 by the gear means 51 and the second electric motor 36 is not necessary.
  • the second electric motor 36 may not be energized during the starting process. Only when the starter motor 21 is switched off is it necessary again for the second electric motor 36 with its second direction of rotation and the transmission means to move the switching element 37 or the contact element 59 back into the rest position against the resistance of the bistable spring element 67.
  • the bistable spring element 67 thus provides additional security that the switching element 37 is held in the rest position.
  • FIG. 5 shows a partial cross section of the switching element 37.
  • the first is in the carrier element 42
  • Contact element 43 is embedded in such a way that a first contact surface lies in a first superficial plane of the carrier element 42, on which a stationary sliding contact 71 can be supported.
  • the sliding contact 71 is supported on the electrically insulating material of the carrier element 42. If the switching element 37 is moved by the second electric motor 36, to the left in the arrangement shown, the sliding contact 71 moves to the right relative to the switching element 37. When the sliding contact 71 reaches the first contact element 43, the starter motor 21 is switched on.
  • the carrier element 42 consists of an injection molded plastic.
  • FIG. 6 Another variant of the starter motor switch 47 is shown in FIG. 6.
  • the first contact element 43 is embedded in the carrier element 42 in such a way that a second contact surface lies in a second surface plane of the carrier element 42 opposite the first. If the switching element 37 is now moved to the left, caused by the second electric motor 36, that is to say the starter motor 21 is to be switched on, both sliding contacts 71 slide relative to the carrier element 42 or switching element 37 and finally switch on the starter motor 21 as soon as both sliding contacts 71 are included the first contact element 43 have electrical contact.
  • FIG. 7a shows the top view of the first contact surface of the first contact element 43.
  • the sliding contact 71 slides on the surface. If the switching element 37 shown in FIG. 7a is moved to the left, the electrically conductive layer 73 is first pushed under the sliding contact 71.
  • the electrically conductive layer 73 has a higher one electrical resistance than the conductive layer 45, this layer in turn has a higher electrical resistance than the conductive layer 44. Because three different conductive layers are embedded here, a three-stage switching of the
  • Starter motor 21 realized.
  • a further variant of the first contact element 43 is shown in FIG. 7b.
  • the cross section of the first contact element 43 is reduced over a certain length section. This has the consequence that the sliding contact 71 when the
  • Switching element 37 initially slides to the left over only a small area. This means that the contact resistance between the sliding contact 71 and the first contact element 43 or the starter motor 21 is initially very high, as a result of which the current of the starter motor is initially very small. By moving the switch element 37 under the sliding contact 71, the resistance becomes less and less until it reaches a minimum value, in an area in which the cross section of the first contact element 43 is not reduced.
  • the contact element 43 shown in FIG. 7b thus has different areas in the direction of movement of the switching element 37, which extend parallel and constant cross sections to the first surface plane of the switching element 37, cross sections of the areas of the contact element perpendicular to the pushing direction of the switching element 37 being at least partially in the pushing direction are not constant. If the starter motor is switched off, the sliding contact (s) 71 are in the idle state, it is from
  • the sliding contacts 71 are supported on a flat area of the carrier element.
  • the carrier element 42 is designed such that the carrier element is provided with a bevel 75. If the sliding contact 71 moves relative to the carrier element 42 from the switch-on position shown to the switch-off position, the slide contact 71 is lifted off the bevel 75. This has the advantage that destruction or burying of the contact surfaces of the shaking load can be prevented.
  • FIG. 9 shows a spatial representation of the switching element 37.
  • the area of the carrier element 42 which carries the first contact element 37 is the
  • Shaped rack area 41 which represents the toothing area for the engagement of the gear means 51.
  • an advantageous embodiment of the second electric motor 36 is that the second electric motor 36 is spatially combined with control electronics 57.
  • a possible variant, shown in FIG. 10, consists in the control electronics 57 being arranged integrated in an elongated housing 77 of the second electronic motor 36. This makes it possible for the control electronics 57 to be controlled by the control device 56 after the start switch 38 has been closed.
  • the installation of the control electronics 57 in a common housing with the second electric motor 36 can be used so that a carrier plate 78, which receives the control electronics 57, for adjusting the armature steering armature of the motor 36 can be used.
  • a further possibility for the spatial combination of the second electric motor 36 with the control electronics 57 is to arrange the control electronics 57 in a separate housing 80, FIG. 11.
  • the housing 80 is then, for example, by fastening elements on a housing 81, which is only the second electrical Motor 36 accommodates to attach.
  • the electrical contact between the control electronics 57 and the second electric motor 36 takes place through plug contacts 82.
  • Attachment between the housing 80 and the housing 81 is such. B. possible by snap elements 83.
  • the control electronics 57 comprise a CAN module 84.
  • FIG. 12 shows how the second electric motor 36 is set in rotation after the start switch 38 is closed.
  • the switching element 37 is linearly displaced with its first direction of movement via the gear means spur gear 40 or rack 41.
  • the starter motor switch 47 is closed by a first contact element 43, which has an electrical resistance.
  • a pawl 86 which is firmly connected to the switching element 37, clicks into a toothed disk 88. This latching of the pawl 86 into the toothed disk 88 prevents the toothed disk from rotating.
  • frictional forces act on the drive shaft 26 from the toothed disk 88.
  • the starter motor 21 which rotates slowly at first, spurts the area that is rotatable and at the same time displaceable on the steep external thread, formed by the drive shaft 26, freewheel 27 and pinion 28 before, as can be seen in Fig. 13. Both the track spring 29 and the Track spring 90 preloaded.
  • the pinion 28 running on the ring gear 31 is forcibly rotated by the meshing gear 23 in a tooth-on-tooth position, so that the pinion 28 is forcibly rotated when the starter motor 21 rotates and thereby quickly finds a tooth gap in the ring gear 31 and thereby meshes rapidly .
  • the toothed disk 88 occupies such a position that the pawl 86 can fall behind the toothed disk 88 and thus prevents the pinion from being disengaged when the engine is being overtaken.
  • the electrically conductive layer 45 is finally pushed between the two fixed contacts 49 of the starter motor switch 47. This enables the starter motor 21 to be fully energized, so that the internal combustion engine is finally turned on. Has the internal combustion engine reached the independent ramp-up, the power supply to the second electric motor 36 is interrupted by opening the start switch 38.
  • the switching element 37 is not displaced by the second electric motor 36.
  • the starter motor switch 47 is opened by the return spring 48 acting on the switching element 37.
  • the pinion 28 can be disengaged by the disengaging spring 29 and the torque acting on the pinion 28 from the ring gear 31. The pinion 28 can thus resume its rest position.

Abstract

Startvorrichtung (20) mit einem in einem Stromkreis (35) angeordneten Startermotor (21) zum Andrehen von Brennkraftmaschinen und mit Mitteln zum Öffnen und Schliessen des Stromkreises, wobei als Mittel ein zweiter elektrischer Motor (36) vorgesehen ist, durch den ein Schaltelement (37) bewegbar ist und durch dessen Bewegung der Stromkreis (35) des Startermotors (21) schaltbar ist.

Description

Startvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Startvorrichtung zum Andrehen von Brennkraftmaschinen gemäß der Gattung des unabhängigen Anspruchs .
Stand der Technik
Das Funktionsprinzip eines Schub-Schraubtrieb-Starters beruht darauf, daß nach dem Betätigen des Startschalters ein Hubmagnet durch Fluß eines Stromes durch eine Spule eingezogen wird. Durch diese Bewegung des Hubmagnets wird einerseits über einen Hebelmechanismus das Ritzel in den Zahnkranz eingespurt, andererseits wird eine Brücke zur Schaltung des Hauptstroms des Startermotors geschlossen.
Das Schalten des Hauptstroms des Startermotors mit Hilfe eines Hubmagneten und einer Schaltbrücke hat den Nachteil, daß bei der Öffnung der Schaltbrücke ein Lichtbogen entsteht. Dies führt dazu, daß die Kontaktflächen über die Lebensdauer sich verändern und nicht mehr optimal sind. Um den Lichtbogen möglichst schnell zu löschen, ist eine sehr hohe Öffnungsgeschwindigkeit und Beschleunigung der Schaltbrücke notwendig. Dies erfordert große Federkräfte und damit ein verhältnismäßig großes Relais. Ein weiterer Nachteil des Hubmagneten liegt darin, bei seiner schnellen Bewegung gleichzeitig über einen Gabelhebel das Ritzel vorspurt und im ungünstigen Fall das Ritzel mit seiner Stirnfläche an die Stirnfläche des Zahnkranzes der Brennkraftmaschine anschlägt und dadurch mit der Zeit verschleißt.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ist es demgegenüber möglich, bei einem Starter durch die erfindungsgemäße Schaltvorrichtung den Schaltvorgang so ablaufen zu lassen, daß am Schaltelement nur geringe Kräfte und Beschleunigungen wirken. Um das Schaltelement mittels des zweiten elektrischen Motors zu bewegen, ist eine nur geringe Stromaufnahme notwendig. Durch die im Vergleich zu einem Hubmagneten nur geringe Stromaufnahme kann der zweite elektrische Motor direkt von einem Steuergerät angesteuert werden, dies kann z.B. das Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine sein, ohne daß zusätzliche Verstärker notwendig sind. Dadurch daß auf dem Schaltelement mindestens ein Schleifkontakt gleitet, wobei der Schleifkontakt über Bereiche mit unterschiedlich elektrisch leitfähigen Schichten gleitet, ist ein mehrstufiges oder stufenloses Schalten des Startermotors ohne Abheben des Schleifkontakts vom Schaltelement möglich. Durch die Relativbewegung zwischen Schleifkontakt und Schaltelement sind die Kontaktflächen im Bereich geringen Stroms bzw. im Bereich des Maximalstroms nicht identisch. Die Widerstandserhöhung beim Ausschaltvorgang führt dazu, daß beim Übergang zum Ausschalten ein nur schwacher Lichtbogen auftritt. Dies führt dazu, daß die bisherigen hohen Schaltgeschwindigkeiten wie sie bei Hubmagneten vorgesehen sind, nicht mehr benötigt werden. Im Vergleich zum herkömmlichen Brückenkontakt aus dem Stand der Technik prellt das Schaltelement nur wenig oder gar nicht. Ein weiterer Vorteil des Schaltelements in der Ausführung als Schiebeschalter liegt darin, daß der Ort des reduzierten Lichtbogens und der Ort der Kontaktgabe zur vollen Bestromung des Startermotors an verschiedenen Stellen liegen. Dadurch können beide Flächen auf die jeweilige
Aufgabe optimiert werden. Im Bereich hohen Stromdurchflusses ist z.B. eine Kohlenstoffzugäbe am Kontaktelement möglich, um Kontaktschweißen zu verhindern. Im Bereich des Lichtbogens im Übergang zum Ausschalten kann sogar ein Opferwerkstoff aufgebracht werden, der über die Lebensdauer definiert abbrennt. Durch die Relativbewegung der Kontaktflächen von Schleifkontakt und Schaltelement zueinander tritt zusätzlich ein Reinigungseffekt auf, der durch die mechanische Reibung bedingt ist. Das mit dem Schaltelement fest verbundene Kontaktelement kann aus mehreren unterschiedlich elektrisch leitfähigen Schichten bestehen, so daß der über die einzelnen Schichten schleifende bzw. gleitende Schleifkontakt im Zuge der Bewegung des Schaltelements unterschiedliche Widerstände in den Stromkreislauf des Startermotors schaltet. Eine weitere vorteilhafte Variante des am Schaltelements befestigten Kontaktelements besteht darin, das Kontaktelement in seiner Form so zu gestalten, daß die Kontaktfläche zwischen dem darüber hinweg gleitenden Schleifkontakt unterschiedlich groß ist, so daß der Durchgangswiderstand zwischen
Schleifkontakt und Kontaktelement und damit die Stromstärke veränderlich ist. Das Trägerelement des Schaltelements kann so gestaltet werden, daß der Schleifkontakt in seiner Ruheposition von der Ebene in der das Kontaktelement liegt abgehoben wird. Dies hat den Vorteil, daß ein Zerstören bzw. Eingraben der Kontaktflächen von Schleifkontakt und Kontaktelement durch die auftretende Schüttelbelastung vermindert bzw. verhindert werden kann. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Schaltelements sieht vor, daß eines der Getriebemittel, das für die Kraftübertragung zwischen zweitem elektrischen Motor und dem Schaltelement vorgesehen ist, in einen Verzahnungsbereich des Schaltelements eingreift und dadurch das Schaltelement verschiebbar ist. In der Arbeitsstellung des Schaltelements, wenn der Startermotor voll bestromt ist, wird das
Schaltelement durch den zweiten elektrischen Motor an einen Anschlag gedrückt. Dies führt bei vorliegender Rüttelbeanspruchung zu einer eindeutigen Position des Schaltelements. Eine Möglichkeit, zwei eindeutige Positionen des Schaltelements zu ermöglichen, ist die Verwendung eines bistabilen Federelements, das so angeordnet ist, daß das Schaltelement entweder in einer stabilen Ruhelage, in der der Stromkreis des Startermotors geöffnet ist oder in einer stabilen Arbeitslage gehalten wird. Dies hat den Vorteil, daß in der Arbeitslage keine Kraft seitens des zweiten elektrischen Motors wirken braucht . Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten elektrischen Motors betreffend sind beispielsweise, daß sich der zweite elektrische Motor und eine Steuerungselektronik in einem gemeinsamen Gehäuse befinden und dadurch räumlich zusammengefaßt sind. Dies erspart einen zusätzlichen Montage- und Verkabelungsaufwand und schützt die Elektronik gegen Umwelteinflüsse. Zusätzlich sind alle Maßnahmen zum Temperaturschutz und zur Vibrationsdämpfung, die für den zweiten elektrischen Motor ergriffen werden müssen, auch für die Elektronik wirksam. Für die räumliche Zusammenfassung des zweiten elektrischen Motors mit der Steuerelektronik sind zwei verschiedene Möglichkeiten vorgesehen. Zunächst ist dies z.B. in einem gemeinsamen verlängerten Gehäuse des zweiten elektrischen Motors möglich, in das die Steuerungselektronik integriert ist . Durch die Integration in einem gemeinsamen verlängerten Gehäuse ist es vorteilhafter Weise auch möglich, ein einzustellendes Ankerlängsspiel des zweiten elektrischen Motors mit dem Einbau der Trägerplatte zur Aufnahme der Steuerungselektronik zu kombinieren. In einer zweiten Variante ist vorgesehen, die Steuerungselektronik in einem eigenen Gehäuse anzuordnen, wobei dieses eigene Gehäuse für die Steuerungselektronik durch Befestigungselemente am Gehäuse des zweiten elektrischen Motors befestigt ist. Die Steuerungselektronik wird dabei mittels Steckkontakten mit dem zweiten elektrischen Motor elektrisch verbunden. Dieses separate Gehäuse hat den Vorteil, daß bei gleichbleibendem zweiten elektrischen Motor für unterschiedliche Ausstattungsvarianten verhältnismäßig einfach unterschiedliche Steuerungen verwendet werden können. Umfaßt die Steuerungselektronik einen CAN-Baustein, ist so eine Schnittstellenfähigkeit für den CAN-Bus möglich, wodurch z.B. die Verwendung eines elektronischen Zündschlosses direkt möglich ist. Von Vorteil ist ebenso, wenn der zweite elektrische Motor von der elektrischen Steuerung der
Brennkraftmaschine ansteuerbar ist. So kann beispielsweise bei vorliegender ausreichender Selbstlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine die elektrische Steuerung der Brennkraftmaschine dies dem zweiten elektrischen Motor bzw. seiner Steuerungselektronik signalisieren und diese ein
Ausschalten des Startermotors veranlassen. Weiterhin ist es von Vorteil, daß der zweite elektrische Motor wie die bekannten Schaltrelais am Antriebslager des Startermotors befestigt werden kann. Im Zusammenhang mit der Verwendung dieses zweiten elektrischen Motors mit einem
Schraubtriebstarter ist es weiterhin möglich, das Schaltelement als Klinke zu gestalten. Diese Klinke bewirkt dabei in Zusammenwirkung mit einer Zahnscheibe, daß der auf dem Steilgewindeabschnitt der Antriebswelle des Starters dreh- und verschiebbare Bereich gebildet aus Ritzel,
Freilauf und Mitnehmerschaft zumindest beim Vorspuren am Drehen gehindert wird. Dadurch ist ein zügiges Vorspuren bei sehr geringen Drehzahlen und Winkelbeschleunigungen des Startermotors, also bei geringen Trägheitsmomenten, möglich. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale .
Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert . Es zeigen: Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Startvorrichtung, Figur 2 zeigt eine erste schematische Anordnung der erfindungsgemäßen Schaltvorrichtung, Figur 3 zeigt eine zweite schematische Schaltvorrichtung, Figur 4 zeigt eine dritte schematische Schaltvorrichtung, Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch ein Schaltelement in einer ersten Ausführung, Figur 6 zeigt eine zweite Ausführung eines Schaltelements, Figur 7a zeigt die Draufsicht eines Schaltelements mit mehreren Kontaktelementen, die jeweils unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten besitzen, Figur 7b zeigt eine Darstellung eines Schaltelements, mit einem leitfähigen Bereich, der einen ersten Abschnitt aufweist, der einen stufenlos größer werdenden Querschnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Schaltelements aufweist, Figur 8 zeigt eine schematische Darstellung des Schaltelements mit einer Anschrägung, die das Kontak element im Ruhezustand aus der Kontaktebene abhebt, Figur 9 zeigt einen schematischen Aufbau eines Schaltelements, Figur 10 zeigt den Aufbau des zweiten elektrischen Motors mit integrierter Steuerungselektronik, Figur 11 zeigt einen schematischen Aufbau des zweiten elektrischen Motors mit einem separaten Gehäuse für die Steuerungselektronik, Figur 12 zeigt ein in eine Bremsvorrichtung des Schraubtriebstarters eingeklinktes Schaltelement, Figur 13 zeigt den Schraubtriebstarter mit an den Zahnkranz vorgespurtem Ritzel, Figur 14 zeigt das vollständig eingespurte Ritzel, das durch den Klinkenbereich des Schaltelements am Ausspuren gehindert wird.
Identische bzw. gleichwirkende Bauteile sind mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Startvorrichtung 20 mit einem Startermotor 21, einem optionalen Planetengetriebe 22, einem Einspurgetriebe 23, bestehend aus einem steilen Außengewinde 24 auf einem Abschnitt der Abtriebswelle 25. Auf dem steilen Außengewinde 24 befindet sich ein Mitnehmerschaft 26, der über einen Freilauf 27 mit einem Ritzel 28 verbunden ist. Das Ritzel 28 wird durch eine Ausspurfeder 29, die sich an einem Bund 30 abstützt, in einer Ruhelage gehalten. Die hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine wird durch das in einen Zahnkranz 31 eingespurte Ritzel 28 angetrieben, durch den sich drehenden Startermotor 21 angedreht. Die
Startvorrichtung 20 besteht aus dem in einem Stromkreis 35 angeordneten Startermotor 21 und ist mit Mitteln zum Öffnen und Schließen des Stromkreises versehen. Als ein Mittel zum Öffnen und Schließen des Stromkreises 35 ist ein zweiter elektrischer Motor 36 vorgesehen, durch den ein
Schaltelement 37 bewegbar ist und durch dessen Bewegung der Stromkreis 35 des Startermotors 21 schaltbar ist. Durch Schließen des Startschalters 38 wird der zweite elektrische Motor 36 bestromt und dadurch eine Ausgangswelle 39 in Drehung versetzt. Bei dem in Figur 1 dargestellten Beispiel wird dadurch ein Stirnrad 40 durch die Ausgangswelle 39 gedreht. Das Stirnrad 40 greift dabei in eine als Zahnstange 41 ausgebildeten Bereich des Schaltelements 37 ein. Bewegt sich die Ausgangswelle 39 in einer als nachfolgend erste Drehrichtung bezeichneten Drehrichtung, führt dies zu einer ersten geradlinigen Bewegung des Schaltelements 37. Eine zweite Bewegung des Schaltelements ist der ersten gegenläufig und ebenfalls geradlinig. Dreht sich der zweite elektrische Motor 36 mit einer ersten Drehrichtung, so führt dies zu der ersten Bewegung des Schaltelements 37. Das in Figur 1 dargestellte Schaltelement 37 besteht zunächst aus einem elektrisch isolierenden Trägerelement 42, in das ein erstes Kontaktelement 43 eingebettet ist. Dieses erste Kontaktelement 43 besteht aus mehreren unterschiedlich elektrisch leitfähigen Schichten 44 und 45, wobei die
Schichtung in Richtung der ersten bzw. zweiten Bewegung des Schaltelements erfolgt und damit in Richtung der Schubbewegung des als Schieber ausgebildeten Trägerelements 42 erfolgt. Wird das Schaltelement 37 mit seiner ersten Bewegung durch den zweiten elektrischen Motor 36 bewegt, wird der Startermotorschalter 47 zunächst durch die elektrisch leitfähige Schicht 45 geschlossen. Wird das Schaltelement 37 weiter in der ersten Bewegung bewegt, wird der Startermotorschalter 47 schließlich durch die elektrisch leitfähige Schicht 44 geschlossen. Die elektrisch leitfähige Schicht 45 hat einen höheren elektrischen Widerstand als die Schicht 44. Die elektrisch leitfähige Schicht 45, die den Startermotorschalter 47 schließt, stellt damit zunächst einen Vorwiderstand dar, so daß der Startermotor 21 zunächst mit nur verringertem Strom betrieben wird. Dies führt bei dem hier dargestellten Schraubtriebstarter zu einer verringerten Drehzahl des Startermotors 21 und damit zu einem sogenannten sanften Vor- und Einspuren des Ritzels. Wird das Schaltelement 37 weiter geschoben, wird der Startermotorschalter 47 durch die Schicht 44 geschlossen.
Ist die Schicht 44 beispielsweise aus Kupfer gefertigt, ist der Startermotorschalter 47 nahezu widerstandslos geschlossen. Dadurch wird der Startermotor 21 voll bestromt, und kann bei in den Zahnkranz 31 voll eingespurtem Ritzel 28 die Brennkraftmaschine andrehen. Ist der Startvorgang beendet, wird durch Öffnen des Startschalters 38 die Stromzufuhr zum zweiten elektrischen Motor 36 unterbrochen. Dadurch wirkt kein Antriebsmoment seitens des zweiten elektrischen Motors 36 auf die Zahnstange 41. Bei der in Figur 1 dargestellten Variante wird der Startermotorschalter 47 schließlich dadurch geöffnet, indem die Rückholfeder 48 am Trägerelement 42 angreift und das Schaltelement 37 entgegen der ersten Bewegung des Schalterelements 37, also in der gegenläufigen zweiten Bewegung, zurückzieht, so daß schließlich das isolierende Trägerelement 42 an beiden Kontakten 49 anliegt und damit die Stromzufuhr zum Startermotor 21 unterbrochen ist.
In Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Variante der Schaltvorrichtung dargestellt . Der zweite elektrische Motor 36 steht dabei, wie bereits in Figur 1, über Getriebemittel 51 mit dem Schaltelement 37 in Wirkverbindung. Die Getriebemittel 51 bestehen in diesem Fall zunächst aus einem auf der Ausgangswelle 39 des zweiten elektrischen Motors befestigten Schneckenrad 52, das ein erstes Zahnrad 53 antreibt. Dieses erste Zahnrad 53 steht mit einem zweiten Zahnrad 54 in drehfester Wirkverbindung. Das zweite Zahnrad 54 steht wiederum mit dem Zahnstangenbereich 41 des Schaltelements 37 in Verbindung. Wird der Startschalter 38 geschlossen, veranlaßt ein
Steuergerät 56 die Bestromung des zweiten elektrischen Motors 36. Am gezeigten Beispiel geschieht dies über eine Steuerungselektronik 57, die vom Steuergerät 56 angesteuert wird. Die Steuerungselektronik 57, die im gezeigten Beispiel in das Gehäuse des zweiten elektrischen Motors 36 integriert ist, schaltet den zweiten elektrischen Motor 36 an und veranlaßt das Drehen der Ausgangswelle 39 mit der ersten Drehrichtung, so daß durch die Getriebemittel 52, 53 und 54 der Zahnstangenbereich 41 und damit das Schaltelement 37 mit einer ersten Bewegung bewegt wird. Das Schaltelement 37 ist in Figur 2 mit einem zweiten Kontaktelement 59 fest verbunden. Dieses zweite Kontaktelement 59 ist mit der Spannungsquelle 60 elektrisch leitend verbunden. Durch die erste Drehrichtung des zweiten elektrischen Motors 36 wird das zweite Kontaktelement 59 in Richtung eines dritten Kontaktelements 61 bewegt, bis es schließlich an diesem anliegt und so den Stromkreis 35 des Startermotors 21 schließt. Dabei wird ein Zurückprellen des Schaltelements 37 durch ein ortsfestes bzw. gehäusefestes Dämpfungselement, das am Schaltelement 37 reibt, verringert. Ist der
Startermotor 21 Teil eines Schraubtriebstarters, so spurt das Ritzel 28 über das Einspurgetriebe 23 in den Zahnkranz 31 ein und dreht die Brennkraftmaschine an. Hat die Brennkraftmaschine eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht und wird dies durch das Steuergerät 56 erkannt, welches z.B. ein Motorsteuergerät bzw. ein Steuergerät der Brennkraftmaschine ist, so steuert dieses die Steuerungselektronik 57 des zweiten elektrischen Motors 36 an. Da die Brennkraftmaschine eine ausreichend hohe Drehzahl erreicht hat, muß nun der Startermotor 21 wieder ausgeschaltet werden. Dies bedeutet, daß die Kontaktelemente 59 und 61 wieder getrennt werden müssen. Das Steuergerät 56 sendet daher an die Steuerungselektronik 57 elektronische Signale, wodurch die Drehrichtung des zweiten elektrischen Motors 36 umgekehrt wird, so daß eine zweite, der ersten
Drehrichtung entgegengesetzte Drehrichtung am Schneckenrad 52 wirkt. Dies führt dazu, daß das Schaltelement 37 über die Getriebemittel 51 mit seiner zweiten linearen Bewegungsrichtung in die Ausgangsposition zurückbewegt wird. Diese zweite Bewegung des Schaltelements 37 wird durch die
Rückholfeder 48 unterstützt. Diese Rückholfeder 48 erfüllt darüber hinaus eine Notfallfunktion. Für den Fall, daß eine zweite Drehrichtung des zweiten elektrischen Motors 36 nicht ermöglicht werden kann, weil z.B. die Steuerungselektronik 57 ausgefallen ist, bewegt die Rückholfeder 48 das Schaltelement 37 gegen den Widerstand der Getriebemittel 51 wieder in seine Ausgangsposition zurück.
Figur 3 unterscheidet sich von Figur 2 dadurch, daß das zweite Kontaktelement 59 so ausgebildet ist, daß es bevor der Stromkreis 35 durch die Kontaktelemente 59 und 61 geschlossen wird, der Stromkreis 35 über das zweite Kontaktelement 59 und ein viertes ruhendes Kontaktelement 63 der Stromkreis über einen Vorwiderstand 64 geschlossen wird. Um die Kontaktgabe zwischen den Kontaktelementen 59 und 63 zu sichern, ist es von Vorteil, wenn ein Federelement 65 beide Kontaktelemente aneinander drückt. Wie bereits bei Figur 2, wird das Schaltelement 37 nach dem Anstoßen an das dritte Kontaktelement 61 und damit nach dem Schließen des Stromkreises 35 des Startermotors 21 am Zurückprellen durch das Dämpfungselement 62 gehindert. Durch die in Figur 3 vorgestellte Bauartvariante wird ein zweistufiges Schalten des Startermotors 21 ermöglicht. Dies hat den Vorteil, daß während der ersten Stufe der Startermotor mit verringerter Drehzahl dreht, und so ein sanftes Einspuren z. B. bei einem Schraubtriebstarter ermöglicht werden kann. Statt des hier dargestellten einpoligen Ansteuerns des zweiten elektrischen Motors durch das Steuergerät 56 ist auch ein Ansteuern seitens des Steuergeräts 56 durch eine zweipolige Verbindung vom Steuergerät 56 möglich. Zweipolige Ansteuerung bedeutet, daß das Steuergerät 56 durch Umpolen des zweiten elektrischen Motors 36 eine Drehrichtungsumkehr zur zweiten Drehrichtung ermöglicht. Dadurch ist ein Öffnen des Startermotorschalters 47 auch durch den zweiten elektrischen Motor 36 möglich.
In Figur 4 ist eine weitere Variante der Schaltvorrichtung abgebildet. Zusätzlich zu den bereits beschriebenen Bauelementen in Figur 2 wirkt am Schaltelement 37 ein sogenanntes bistabiles Federelement 67, das mit seinen beiden Enden in gehäusefesten Lagern 68 gelagert ist. Bezüglich des Schaltelements 37 ist dieses bistabile Federelement 67 zwischen zwei Anlagelementen 69 am Schaltelement 37 bewegbar. Wird das Schaltelement 37 aus seiner Ruhelage heraus bewegt, liegt das bistabile
Federelement 67 zunächst am oberen Anlageelement 69 an. Zusätzlich zur Federkraft der Rückholfeder 48 muß der zweite elektrische Motor 36 nun die Biegekraft des bistabilen Federelements 67 zusätzlich überwinden, bis das bistabile Federelement 67 aus seiner ersten stabilen Lage, der
Stromkreis ist dabei geöffnet in eine zweite stabile Lage springt und dadurch das Schaltelement 37, bzw. das zweite Kontaktelement 59 an das dritte Kontaktelement 61 beschleunigt andrückt und so den Stromkreis 35 des Startermotors 21 geschlossen hält. Im Gegensatz zu den in Figur 2 und 3 dargestellten Varianten ist dadurch ein Andrücken der Kontaktelemente 59 und 61 durch die Getriebemittel 51 und den zweiten elektrischen Motor 36 nicht nötig. Während des Startvorgangs kann so ein Bestromen des zweiten elektrischen Motors 36 unterbleiben. Erst zum Ausschalten des Startermotors 21 ist es wieder notwendig, daß der zweite elektrische Motor 36 mit seiner zweiten Drehrichtung und die Getriebemittel das Schaltelement 37 bzw. das Kontaktelement 59 gegen den Widerstand des bistabilden Federelements 67 wieder in die Ruhelage bewegt. Das bistabilde Federelement 67 bietet so eine zusätzliche Sicherheit, daß das Schaltelement 37 in der Ruhelage gehalten wird. Darüber hinaus ist es aus Sicherheitsgründen möglich, das Federelement 67 so zu wählen, das ein Andrücken des
Kontaktelements 59 durch den zweiten elektrischen Motor erforderlich bleibt.
In Figur 5 ist ein Teilquerschnitt des Schaltelements 37 dargestellt. Im Trägerelement 42 ist das erste Kontaktelement 43 so eingebettet, daß eine erste Kontaktfläche in einer ersten oberflächigen Ebene des Trägerelements 42 liegt, auf welcher sich ein ruhender Schleifkontakt 71 abzustützen vermag. In der gezeigten Darstellung stützt sich der Schleifkontakt 71 auf dem elektrisch isolierenden Material des Trägerelements 42 ab. Wird das Schaltelement 37 durch den zweiten elektrischen Motor 36 bewegt, in der gezeigten Anordnung nach links, bewegt sich der Schleifkontakt 71 relativ zum Schaltelement 37 nach rechts. Erreicht der Schleifkontakt 71 dabei das erste Kontaktelement 43, wird der Startermotor 21 eingeschaltet .
Aus fertigungstechnischen Gründen ist es vorteilhaft, wenn das Trägerelement 42 aus einem Spritzkunststoff besteht.
Eine weitere Variante des Startermotorschalters 47 ist in Figur 6 dargestellt. Dabei ist in das Trägerelement 42 das erste Kontaktelement 43 so eingebettet, daß eine zweite Kontaktfläche in einer der ersten gegenüberliegenden zweiten oberflächigen Ebene des Trägerelements 42 liegt. Wird nun das Schaltelement 37 durch den zweiten elektrischen Motor 36 verursacht nach links bewegt, das heißt soll der Startermotor 21 eingeschaltet werden, gleiten beide Schleifkontakte 71 relativ zum Trägerelement 42, beziehungsweise Schalterelement 37 und schalten schließlich den Startermotor 21 ein, sobald beide Schleifkontakte 71 mit dem ersten Kontaktelement 43 elektrischen Kontakt haben.
In Figur 7a ist die Draufsicht auf die erste Kontaktfläche des ersten Kontaktelementes 43 dargestellt. Auf dieser
Fläche gleitet der hier nicht dargestellte Schleifkontakt 71. Wird das in Figur 7a dargestellte Schaltelement 37 nach links bewegt, so wird zunächst die elektrisch leitfähige Schicht 73 unter den Schleifkontakt 71 geschoben. Die elektrisch leitfähige Schicht 73 hat einen höheren elektrischen Widerstand als die leitfähige Schicht 45, diese Schicht hat einen wiederum höheren elektrischen Widerstand als die leitfähige Schicht 44. Dadurch daß hier drei verschiedene leitfähige Schichten eingebettet sind, wird folglich ein insgesamt dreistufiges Schalten des
Startermotors 21 verwirklicht. In Figur 7b ist eine weitere Variante des ersten Kontaktelements 43 dargestellt. Dabei ist der Querschnitt des ersten Kontaktelements 43 über einen bestimmten Längenabschnitt verkleinert. Dies hat zur Folge, daß der Schleifkontakt 71 bei einer Bewegung des
Schaltelements 37 nach links zunächst über einen nur kleinen Flächenbereich hinweg gleitet. Damit ist verbunden, daß der Übergangswiderstand zwischen dem Schleifkontakt 71 und dem ersten Kontaktelement 43 beziehungsweise dem Startermotor 21 zunächst sehr hoch ist, wodurch der Strom des Startermotors zunächst sehr klein ist. Durch das Weiterbewegen des Schalterelements 37 unter dem Schleifkontakt 71 wird der Widerstand immer geringer, bis er einen Kleinstwert erreicht, in einen Bereich, in dem der Querschnitt des ersten Kontaktelements 43 nicht verringert ist. Das in Figur 7b dargestellte Kontaktelement 43 weist damit in Bewegungsrichtung des Schaltelements 37 unterschiedliche Bereiche auf, die zur ersten oberflächigen Ebene des Schaltelements 37 parallele und konstante Querschnitte erstrecken, wobei zur Schubrichtung des Schaltelements 37 senkrechte Querschnitte der Bereiche des Kontaktelements zumindest über Teill ngen in Schubrichtung nicht konstant sind. Ist der Startermotor ausgeschaltet, befinden sich also der oder die Schleifkontakte 71 im Ruhezustand, ist es von
Vorteil, wenn die Schleifkontakte 71 sich auf einem ebenen Bereich des Trägerelements abstützen.
In Fig. 8 ist ein Teilbereich des Schaltelements 37 dargestellt. Das Trägerelement 42 ist dabei so ausgebildet, daß das Trägerelement mit einer Anschrägung 75 versehen ist. Bewegt sich der Schleifkontakt 71 relativ zum Trägerelement 42 aus der gezeigten Einschaltposition in die Ausschaltposition, so wird der Schleifkontakt 71 von der Anschrägung 75 abgehoben. Dies hat den Vorteil, daß ein Zerstören bzw. Eingraben der Kontaktflächen der Schüttelbelastung verhindert werden kann.
In Fig. 9 ist eine räumliche Darstellung des Schaltelements 37 dargestellt. An den das erste Kontaktelement 37 tragenden Bereich des Trägerelements 42 ist dabei der
Zahnstangenbereich 41 angeformt, der den Verzahnungsbereich für den Eingriff der Getriebemittel 51 darstellt.
Befindet sich das Schaltelement 37 in der Arbeitsstellung, d. h. ist der Stromkreis 35 des Startermodus 21 geschlossen, wirkt auf das dann an einen Anschlag anliegende Schaltelement 37, eine vom zweiten elektrischen Motor 36 ausgeübte Schließkraft. Dieser Anschlag kann z. B. das dritte Kontaktelement 61 sein.
Wie bei Fig. 3 dargestellt besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung des zweiten elektrischen Motors 36 darin, daß der zweite elektrische Motor 36 mit einer Steuerungselektronik 57 räumlich zusammengefaßt ist. Eine mögliche Variante, in Fig. 10 dargestellt, besteht darin, daß die Steuerungselektronik 57 in einem verlängerten Gehäuse 77 des zweiten elektronischen Motors 36 integriert angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, daß nach dem Schließen des Startschalters 38 die Steuerungselektronik 57 durch das Steuergerät 56 angesteuert wird. Der Einbau der Steuerungselektronik 57 in ein gemeinsames Gehäuse mit dem zweiten elektrischen Motor 36 kann dazu genutzt werden, daß eine Trägerplatte 78, die die Steuerungselektronik 57 aufnimmt zum Einstellen des Ankerlenkspieis des Motors 36 genutzt werden kann. Eine weitere Möglichkeit zum räumlichen Zusammenfassen vom zweiten elektrischen Motor 36 mit der Steuerungselektronik 57 besteht darin, die Steuerungselektronik 57 in einem eigenen Gehäuse 80 anzuordnen, Fig. 11. Das Gehäuse 80 ist dann beispielsweise durch Befestigungselemente an einem Gehäuse 81, das lediglich den zweiten elektrischen Motor 36 aufnimmt zu befestigen. Der elektrische Kontakt zwischen Steuerungselektronik 57 und zweitem elektrischen Motor 36 findet dabei durch Steckkontakte 82 statt. Eine mögliche
Befestigung zwischen dem Gehäuse 80 und dem Gehäuse 81 ist z. B. durch Schnappelemente 83 möglich. Um die Startvorrichtung 20 durch ein CAN-Bus-System ansteuern zu können, ist es von Vorteil, wenn die Steuerungselektronik 57 einen CAN-Baustein 84 umfaßt.
In Fig. 12 ist dargestellt, wie nach dem Schließen des Startschalters 38 der zweite elektrische Motor 36 in Drehung versetzt wird. Dadurch wird über die Getriebemittel Stirnrad 40 bzw. Zahnstange 41 das Schaltelement 37 mit seiner ersten Bewegungsrichtung linear verschoben. Dabei wird in der gezeigten Variante der Startermotorschalter 47 durch ein erstes Kontaktelement 43, das mit einem elektrischen Widerstand behaftet ist, geschlossen. Gleichzeitig klinkt eine Klinke 86, die mit dem Schaltelement 37 fest verbunden ist in eine Zahnscheibe 88 ein. Durch dieses Einklinken der Klinke 86 in die Zahnscheibe 88 wird ein Rotieren der Zahnscheibe verhindert. Dadurch wirken bei sich drehendem Startermotor Reibungskräfte von der Zahnscheibe 88 auf den Mitnehmerschaft 26. Bedingt durch das Einspurgetriebe 23, spurt bei sich zunächst langsam drehendem Startermotor 21 der auf dem steilen Außengewinde verdreh- und gleichzeitig verschiebbare Bereich gebildet aus Mitnehmerschaft 26, Freilauf 27 und Ritzel 28 vor, wie in Fig. 13 zu erkennen ist. Dabei wird sowohl die Ausspurfeder 29 als auch die Einspurfeder 90 vorgespannt. Das am Zahnkranz 31 anlaufende Ritzel 28 wird bei einer Zahn-auf-Zahn-Stellung durch das Einspurgetriebe 23 zwangsweise verdreht, so daß das Ritzel 28 bei sich drehendem Startermotor 21 zwangsweise verdreht wird und dadurch schnell eine Zahnlücke im Zahnkranz 31 findet und dadurch zügig einspurt. Ist das Ritzel 28 eingespurt, nimmt die Zahnscheibe 88 solch eine Stellung ein, daß die Klinke 86 hinter die Zahnscheibe 88 fallen kann und somit ein Ausspuren des Ritzels beim Überholen der Brennkraf maschine verhindert. Durch das Dahinterfallen der Klinke 86 wird schließlich die elektrisch leitfähige Schicht 45 zwischen die beiden festen Kontakte 49 des Startermotorschalters 47 geschoben. Dadurch ist eine volle Bestromung des Startermotors 21 möglich, so daß dadurch schließlich die Brennkraftmaschine angedreht wird. Hat die Brennkraf maschine den selbständigen Hoochlauf erreicht, wird durch Öffnen des Startschalters 38 die Stromzufuhr zum zweiten elektrischen Motor 36 unterbrochen.
Bei der in Figur 14 gezeigten Variante des zweiten elektrischen Motors 36 wird dabei das Schaltelement 37 nicht durch den zweiten elektrischen Motor 36 verschoben. In diesem Fall findet das Öffnen des Startermotorschalters 47 durch die am Schaltelement 37 wirkende Rückholfeder 48 statt. Sobald die Klinke 86 die Zahnscheibe 88 wieder freigibt, ist ein Ausspuren des Ritzels 28 durch die Ausspurfeder 29 und das vom Zahnkranz 31 auf das Ritzel 28 wirkende Drehmoment möglich. Das Ritzel 28 kann dadurch seine Ruheposition wieder einnehmen.

Claims

Ansprüche
1. Startvorrichtung (20) mit einem in einem Stromkreis (35) angeordneten Startermotor (21) zum Andrehen von
Brennkraftmaschinen und mit Mitteln zum Öffnen und Schließen des Stromkreises, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel ein zweiter elektrischer Motor (36) vorgesehen ist, durch den ein Schaltelement (37) bewegbar ist und durch dessen Bewegung der Stromkreis (35) des Startermotors (21) schaltbar ist.
2. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine gegenläufige zweite Bewegung des Schaltelements (37) geradlinig ist.
3. Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste und eine gegenläufige zweite Bewegung des Schaltelements (37) drehend ist.
4. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrische Motor (36) mit dem Schaltelement (37) über Getriebemittel (51) in Wirkverbindung steht .
5. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft einer Rückholfeder (48) bei nichtbestromtem zweiten elektrischem Motor (36) zur zweiten Bewegung des Schaltelements (37) führt.
6. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Drehrichtung des zweiten elektrischen Motors (36) zu der ersten Bewegung und eine zweite, der ersten entgegengesetzte Drehrichtung des zweiten elektrischen Motors zu der zweiten Bewegung des Schaltelements (37) führt, wobei die erste Drehrichtung zum Einschalten und die zweite Drehrichtung zum Ausschalten des Startermotors führt.
7. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement aus einem durch den zweiten elektrischen Motor (36) verstellbaren elektrisch isolierenden Trägerelement (42) gebildet ist, das ein zweites Kontaktelement (59) aufweist, das mit einem dritten, ruhenden Kontaktelement (61) in Verbindung bringbar ist, wodurch der Stromkreis (35) des Startermotors (21) schließbar ist.
8. Startvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Kontaktelement (59) des verstellbaren Trägerelements (42) so ausgebildet ist, daß es mit einem vierten, ruhenden Kontaktelement (63) elektrisch verbindbar ist und der Stromkreis (35) des Startermotors (21) über einen Vorwiderstand (64) schließbar ist.
9. Startvorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dämpfungselement (62) , vorzugsweise ein Reibelement, auf das Schaltelement (37) zumindest nach dem Schließen des Stromkreises (35) des Startermotors (21) wirkt.
10. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (37) aus einem elektrisch isolierenden Trägerelement (42) gebildet ist, in das ein erstes Kontaktelement (43) eingebettet ist, welches mit einem ruhenden Kontaktelement elektrisch verbindbar ist .
11. Startvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktelement (43) in das Trägerelement (42) so eingebettet ist, daß eine erste Kontaktfläche in einer ersten oberflächigen Ebene des Trägerelements (42) liegt, auf welcher sich das ruhende Kontaktelement abzustützen vermag.
12. Startvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktelement (43) in das Trägerelement (42) so eingebettet ist, daß eine zweite Kontaktfläche in einer der ersten gegenüberliegenden zweiten oberflächigen Ebene des Trägerelements (42) liegt.
13. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das mit der ersten oder beiden oberflächigen Ebenen zusammenwirkende Kontaktelement ein Schleifkontakt (71) ist.
14. Startvorrichtung nach einem Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktelement (43) aus mehreren unterschiedlich elektrisch leitfähigen Schichten (44, 45, 73) besteht, wobei die Schichtung in Richtung der Schubbewegung des als Schieber ausgebildeten Trägerelements (42) erfolgt.
15. Startvorrichtung nach einem Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktelement (43) in Bewegungsrichtung des Schaltelements (37) unterschiedliche Bereiche aufweist, die sich mit zu der ersten oberflächigen
Ebene parallelen und konstanten Querschnitten erstrecken, wobei die zur Schubrichtung senkrechten Querschnitte der Bereiche zumindest über Teillängen in Schubrichtung nicht konstant sind.
16. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (42) aus einem Spritzkunststoff besteht.
17. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (42) mit einem ebenen Bereich versehen ist, auf dem mindestens ein ruhender Schleifkontakt (71) abstützbar ist.
18. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhelage des Schaltelements (37) der oder die Schleifkontakte (71) durch eine Anschrägung (75) des Schaltelements (37) von dem ebenen Bereich abgehoben sind.
19. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (37) so ausgebildet ist, daß eines der Getriebemittel (51) in einen Verzahnungsbereich des Schaltelementes (37) eingreift und so das Schaltelement (37) axial verschiebbar ist.
20. Startvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Verzahnungsbereich eine Zahnstange (41) ist.
21. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Arbeitsstellung des Schaltelementes (37) der Stromkreis (35) des Startermotors (21) geschlossen ist, wobei auf das dann an einem Anschlag anliegende Schaltelement (37) eine vom zweiten elektrischen Motor (36) ausgeübte Schließkraft wirkt.
22. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein bistabiles Federelement (67) auf das Schaltelement (37) wirkt, wobei in einer ersten stabilen Lage des Federelements dieses den Stromkreis in der geöffneten Lage hält und in einer zweiten stabilen Lage des Federelεments den Stromkreis des Startermotors in der geschlossenen Lage hält.
23. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrische Motor (36) mit einer Steuerungselektronik (57) räumlich zusammengefaßt ist.
24. Startvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungselektronik (57) in einem verlängerten Gehäuse (77) des zweiten elektrischen Motors (36) integriert angeordnet ist .
25. Startvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Trägerplatte (78) zur Aufnahme der Steuerungselektronik (57) ein Ankerlängsspiel des zweiten elektrischen Motors (36) einstellbar ist.
26. Startvorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungselektronik in einem eigenen Gehäuse (80) angeordnet ist, welches durch Befestigungselemente am Gehäuse (81) des zweiten elektrischen Motors (36) befestigt ist, wobei die Steuerungselektronik (57) und der zweite elektrische Motor (36) durch Steckkontakte (82) elektrisch verbunden sind.
27. Startvorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungselemente Schnappelemente (83) sind.
28. Startvorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungselektronik (57) einen CAN-Baustein ( 84) umfaßt und durch eine CAN-Steuerung ansteuerbar ist ..
29. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrische Motor von der elektrische Steuerung der Brennkraftmaschine ansteuerbar ist.
30. Startvorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite elektrische Motor am Antriebslager der Startvorrichtung befestigt ist.
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