EP1313946B1 - Elektrische startvorrichtung für brennkraftmaschinen mit überlastschutz - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an electric starting device for internal combustion engines according to the preamble of claim 1, see, e.g. DE-A-19,950,956th
- Such starting devices are also used, for example, in large vehicles such as buses and the like, as for example in cars.
- the starting devices are partially automatically controlled or remotely controlled, so that the driver does not acoustically monitor the starting process and thus can not stop immediately in the event of a fault or thermal overload.
- the starting device as well as in a misuse too long driving the starter by hand warm so much that the connecting cable between the terminal 45 of the starting relay and the starter motor is glowing and melts in the limit. There is a risk that parts in the immediate vicinity of the cable are damaged in the vehicle, which could lead to a vehicle fire in extreme cases.
- the aim is to achieve a fully effective protection against overheating of external parts, even at start-up systems of smaller sizes, without using additional, expensive means for this purpose.
- the starting device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that in an overload of the main circuit by responding arranged in the starter motor fuse the risk of overheating of motor vehicle parts in the starter and thus the risk of consequential damage is reliably avoided.
- By a correspondingly strong enough dimensioning of the remaining parts in the main circuit can also be concentrated in an advantageous manner, the heating almost punctually on the area of the integrated fuse in the starter, so that the rest Parts of the starting device when addressing the fuse will not be damaged.
- a cost-neutral fuse in the starter motor can be realized without additional means in that at least one of the carbon brushes has a pigtail designed as a fuse. This is by material selection or by a connection technique with z. B. lower melting point and / or by a smaller cross section of the pigtail feasible.
- a particularly cost-effective solution results from the fact that the pigtail cross-section of at least one carbon brush compared to the cross section of the other areas of the main circuit is weakened so much that this pigtail melts at excessive load of the starter motor.
- a reliably effective fuse can be achieved already by the fact that of the at least two in the main circuit via the Kommutator devisr in series carbon brushes, the pigtail of a carbon brush compared to the other carbon brush by more than 10%, preferably 25% weaker cross-section.
- the connecting leads can also be provided with an insulation which prevents rapid heat dissipation.
- the starter motor 11 is a four-pole DC motor with permanent magnet excitation.
- a commutator 12 of the starter motor 11 is mounted multiple times with its output shaft 13.
- the output shaft 13 carries a coarse thread 14, which cooperates with a non-illustrated female thread of a Mit possiblyschaftes 15.
- the Mit technicallyschaft 15 is fixedly connected to an outer ring of a freewheel 16, the inner ring carries a starter gear 17 front.
- the starter pinion 17 is on the coarse thread 14 to a stop 18th axially displaceable and spurting it into a ring gear 19 of an internal combustion engine, not shown.
- the pre and tracing the starter pinion is done by a starter relay 20 which engages over a reversing lever 21 and a Einspurfeder 22 on the freewheel 16.
- the starting relay 20 is also connected to a switching contact in the main circuit 23 of the starting device.
- a dashed line switching contact 24 is connected via a terminal 30 to the positive pole of a rechargeable battery of the motor vehicle.
- a leading to the starter motor 11 connecting cable 25 is attached.
- the connecting cable 25 is welded at its other end to a connecting rail 26 which is received in a housing 27 made of insulating material 27 in the housing 28 of the starter motor 11.
- the rotor 12 of the starter motor 11 carries at its rear end a commutator 29, on the circumference four carbon brushes 31 are arranged distributed.
- the carbon brushes 31a to 31d are each received in a brush holder 32 made of plastic, which is fixedly mounted on a metallic brush holder plate 33.
- the support plate 33 is fastened by means of screws to the rear end plate 34 of the starter motor 11.
- the carbon brushes 31 are pressed in the mounted state of the starter motor 11 against the surface of the commutator 29.
- the two upper carbon brushes 31a, 31b are welded with their connecting strands 36a, 36b to the connecting rail 26 and thus form the plus-side carbon brushes.
- the two lower carbon brushes 31c, 31d are welded with their connecting strands 36c, 36d to a bent connection angle 37 of the brush support plate 33.
- the main circuit 23 of the starting device 10 thus passes through the switching contact 24 of the starting relay 20, the connecting cable 25, the connecting rail 26 and from there via the connecting leads 36a, 36b to the carbon brushes 31a and 31b; then via the commutator 29 and the rotor 12 to the lower carbon brushes 31c and 31d and then via their connecting leads 36c and 36d to the brush-holder plate 33 lying on ground.
- the cross sections of the connection strands 36a and 36b of the plus side carbon brushes 31a, 31b are 25% weaker than the cross sections of the connection strands 36c and 36d of the low side carbon brushes 31c, 31d.
- the connecting strands 36a, 36b of the plus-side carbon brushes 31a, 31b have a cross-section of 3 mm 2
- the connecting strands 36c, 36d of the ground-side carbon brushes 31c, 31d have a cross section of 4 mm 2 .
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine elektrische Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Patentanspruchs 1, siehe z.B. DE-A-19950956.
- Derartige Startvorrichtungen kommen beispielsweise bei großen Kraftfahrzeugen wie Omnibussen und dergleichen ebenso zum Einsatz, wie beispielsweise bei Pkws. Die Startvorrichtungen werden dabei teilweise automatisch angesteuert bzw. ferngesteuert, so dass der Fahrer den Startvorgang nicht akustisch überwachen und somit bei einer Störung oder einer thermischen Überlastung nicht unverzüglich beenden kann. Dabei kann die Startvorrichtung ebenso wie bei einem mißbräuchlich zu langem Ansteuern des Starters von Hand sich so stark erwärmen, dass das Verbindungskabel zwischen der Klemme 45 des Startrelais und dem Startermotor glühend wird und im Grenzfall abschmilzt. Dabei besteht die Gefahr, dass in unmittelbarer Nähe des Kabels befindliche Teile im Kraftfahrzeug beschädigt werden, was im Extremfall zu einem Fahrzeugbrand führen könnte.
- Gemäß der DE 30 02 232 C2 ist es bei Startvorrichtungen bekannt, zur thermischen Absicherung der Startvorrichtung in dem Verbindungskabel zwischen Startrelais und Startermotor ein Steuerteil einzufügen, das über einen Thermoschalter das Startrelais beim Überschreiten einer Grenztemperatur abschaltet und damit den Startvorgang unterbricht. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und kommt daher in erster Linie nur für leistungsstarke Startvorrichtungen in Betracht, da ein derartiger Überlastschutz nicht nur eine örtliche Überhitzung im Fahrzeug durch ein Wegschmelzen des Kabels beseitigt, sondern außerdem einen Defekt der Startvorrichtung verhindert. Bei einem Defekt am Steuerteil oder am Thermoschalter würde ein solcher Überlastschutz jedoch wirkungslos werden. Ebenso schützt er nicht, wenn das Leistungsrelais selbst eine Kontaktverschweißung hat, da er nur die Spule des Leistungsrelais spannungsfrei schaltet.
- Mit der vorliegenden Lösung wird angestrebt, auch bei Startanlagen kleinerer Baugrößen einen voll wirksamer Schutz gegen eine Überhitzung außen liegender Teile zu erzielen, ohne hierfür zusätzliche, aufwendige Mittel einzusetzen.
- Die erfindungsgemäße Startvorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat den Vorteil, dass bei einer Überlastung der Hauptstromkreis durch Ansprechen der im Startermotor angeordneten Schmelzsicherung die Gefahr einer Überhitzung von Kraftfahrzeugteilen im Bereich der Startvorrichtung und damit die Gefahr eines Folgeschadens zuverlässig vermieden wird. Durch eine entsprechend ausreichend starke Dimensionierung der übrigen im Hauptstromkreis liegenden Teile kann ferner in vorteilhafter Weise die Erhitzung nahezu punktuell auf den Bereich der im Starter integrierten Schmelzsicherung konzentriert werden, so dass die übrigen Teile der Startvorrichtung beim Ansprechen der Schmelzsicherung keinen Schaden nehmen.
- So läßt sich ohne zusätzliche Mittel eine kostenneutrale Schmelzsicherung im Startermotor dadurch realisieren, dass zumindest eine der Kohlebürsten eine als Schmelzsicherung ausgebildete Anschlusslitze aufweist. Dies ist durch Materialauswahl oder durch eine Verbindungstechnik mit z. B. niedrigerem Schmelzpunkt oder/und durch einen geringeren Querschnitt der Anschlusslitze realisierbar. Eine besonders kostengünstige Lösung ergibt sich dadurch, dass der Anschlusslitzen-Querschnitt der mindestens einen Kohlenbürste gegenüber dem Querschnitt der übrigen Bereiche des Hauptstromkreises so stark geschwächt ist, dass diese Anschlusslitze bei zu hoher Belastung des Startermotors durchschmilzt. Eine zuverlässig wirksame Schmelzsicherung läßt sich bereits dadurch erzielen, dass von den mindestens zwei im Hauptstromkreis über den Kommutatorläufer in Reihe geschalteten Kohlebürsten die Anschlusslitze der einen Kohlebürste gegenüber der anderen Kohlebürste einen um mehr als 10%, vorzugsweise um 25% schwächeren Querschnitt hat.
- Da bei einem vier- oder mehrpoligen Startermotor vier oder mehr Kohlebürsten über den Umfang des Kommutators verteilt angeordnet sind, ist es besonders vorteilhaft, wenn dabei die eine Gruppe der dann jeweils parallel geschalteten Kohlebürsten gegenüber der anderen Gruppe Anschlusslitzen einen geschwächten Querschnitt hat. Um sicherzustellen, dass bei Überlastung möglichst nahe der spannungsführenden Zuleitung (Litze oder Stromschiene an Klemme 45) abgeschaltet wird, ist vorgesehen, dass die plusseitig im Hauptstromkreis liegenden Kohlebürsten Anschlusslitzen mit geschwächtem Querschnitt aufweisen.
- Alternativ kann es jedoch in Sonderfällen auch zweckmäßig sein, wenn bei einem vierpoligen Startermotor mit vier über den Umfang des Kommutators verteilten Kohlebürsten die Anschlusslitzen zweier einander gegenüberliegender Kohlebürsten einen um mehr als 10% geschwächten Querschnitt haben als die der zwei anderen einander gegenüberliegenden Kohlebürsten. Anstelle einer Querschnittschwächung oder zusätzlich dazu können die Anschlusslitzen auch mit einer Isolation versehen werden, die eine rasche Wärmeableitung verhindert.
- Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: - Figur 1 den Aufbau einer Startvorrichtung für Brennkraftmaschinen mit Startrelais und Startermotor und
- Figur 2 eine Bürstenplatte des Startermotors mit Kohlebürsten-Anschlusslitzen als Überlastschutz.
- In Figur 1 ist in schematischer Darstellung der Aufbau einer Startvorrichtung 10 dargestellt, deren Startermotor 11 ein vierpoliger Gleichstrommotor mit Permanentmagnet-Erregung ist. Ein Kommutatorläufer 12 des Startermotors 11 ist mit seiner Abtriebswelle 13 mehrfach gelagert. Die Abtriebswelle 13 trägt ein Steilgewinde 14, welches mit einem nicht dargestellten Muttergewinde eines Mitnehmerschaftes 15 zusammenwirkt. Der Mitnehmerschaft 15 ist mit einem Außenring eines Freilaufs 16 fest verbunden, dessen Innenring vorn ein Starterritzel 17 trägt. Das Starterritzel 17 ist über das Steilgewinde 14 bis zu einem Anschlag 18 axial verschiebbar und spurt dabei in einen Zahnkranz 19 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine ein. Das Vor- und Einspuren des Starterritzels erfolgt durch ein Startrelais 20, welches über einen Umlenkhebel 21 und einer Einspurfeder 22 am Freilauf 16 angreift. Das Startrelais 20 liegt ferner mit einem Schaltkontakt im Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung. Dabei ist ein gestrichelt dargestellter Schaltkontakt 24 über eine Anschlussklemme 30 mit dem Plus-Pol einer Akkumulatorbatterie des Kraftfahrzeugs verbunden. An der zweiten Anschlussklemme 45 des Schaltkontaktes 24 ist ein zum Startermotor 11 führendes Anschlusskabel 25 befestigt. Das Anschlusskabel 25 ist mit seinem anderen Ende an eine Anschlussschiene 26 festgeschweißt, die in einer aus Isoliermaterial hergestellten Durchführung 27 im Gehäuse 28 des Startermotors 11 aufgenommen ist. Der Läufer 12 des Startermotors 11 trägt an seinem hinteren Ende einen Kommutator 29, auf dessen Umfang vier Kohlebürsten 31 verteilt angeordnet sind.
- Aus Figur 2 ist erkennbar, dass die Kohlebürsten 31a bis 31d jeweils in einem Bürstenhalter 32 aus Kunststoff aufgenommen sind, der auf einer metallischen Bürstentragplatte 33 fest montiert ist. Die Tragplatte 33 ist mittels Schrauben an der hinteren Stirnplatte 34 des Startermotors 11 befestigt. Mittels im hinteren Teil der Bürstenhalter 32 angeordneter Federn 35 werden die Kohlebürsten 31 jeweils im montierten Zustand des Startermotors 11 gegen die Oberfläche des Kommutators 29 gedrückt. Die beiden oberen Kohlebürsten 31a, 31b sind mit ihren Anschlusslitzen 36a, 36b mit der Anschlussschiene 26 verschweißt und bilden somit die plusseitigen Kohlebürsten. Die zwei unteren Kohlebürsten 31c, 31d sind mit ihren Anschlusslitzen 36c, 36d an einen hochgebogenen Anschlusswinkel 37 der Bürstentragplatte 33 festgeschweißt. Da die Bürstentragplatte 33 über das Gehäuse 28 des Startermotors auf Masse liegt, bilden die beiden unteren Kohlebürsten 31c, 31d die masseseitigen Bürsten. Die Kohlebürsten 31a und 31b sind zu einer Gruppe zueinander parallel geschaltet; ebenso die unteren Kohlebürsten 31c und 31d. Der Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung 10 verläuft somit über den Schaltkontakt 24 des Startrelais 20, das Anschlusskabel 25, die Anschlussschiene 26 und von dort über die Anschlußlitzen 36a, 36b zu den Kohlebürsten 31a und 31b; sodann über den Kommutator 29 und den Läufer 12 zu den unteren Kohlebürsten 31c und 31d und dann über deren Anschlusslitzen 36c und 36d zu der auf Masse liegenden Bürstentragplatte 33.
- Um innerhalb des Startermotors 11 einen Überlastschutz in Form einer Schmelzsicherung zu erhalten, sind im Beispielsfall die Querschnitte der Anschlusslitzen 36a und 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31b um 25% schwächer als die Querschnitte der Anschlusslitzen 36c und 36d der masseseitigen Kohlebürsten 31c, 31d ausgelegt. Im Beispielsfall eines 2,0 kW-Starters haben die Anschlusslitzen 36a, 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31b einen Querschnitt von 3 mm2, wogegen die Anschlusslitzen 36c, 36d der masseseitigen Kohlebürsten 31c, 31d einen Querschnitt von 4 mm2 haben. Da alle übrigen Bereiche im Hauptstromkreis 23 der Startvorrichtung 10 eine wesentlich größere Dimensionierung der Querschnitte am Anschlusswinkel 37, an der Anschlussschiene 26 sowie am Anschlusskabel 25 mit beispielsweise 16 mm2 aufweisen, werden bei einer Überlastung der Startvorrichtung gezielt nur die beiden parallel geschalteten Anschlusslitzen 36a, 36b der plusseitigen Kohlebürsten 31a, 31d überhitzt, so dass sie als Schmelzsicherung, gleichzeitig oder kurz hintereinander abschmelzen, bevor beispielsweise durch eine Erhitzung des Anschlusskabels 25 oder des Batteriekabels benachbarte Fahrzeugteile gefährdet werden. Damit wird zwar der Startermotor beim Ansprechen des Überlastschutzes defekt, ein Folgeschaden wird jedoch zuverlässig vermieden.
- Bei wertvollen, größeren Startvorrichtungen können diese zusätzlich auch noch durch eine an sich bekannte elektronische Überlastabschaltung gesichert werden, so dass die Schmelzsicherung im Startermotor nur im Falle einer akuten Überhitzung am Starter anspricht.
Claims (7)
- Elektrische Startvorrichtung (10) für Brennkraftmaschinen mit einem Startermotor (11), in dessen von einer Stromquelle versorgten Hauptstromkreis (23) die Schaltkontakte (24) eines Startrelais (20) mit einem Kommutatorläufer (12) des Startermotors über Kohlebürsten (31) in Reihe geschaltet sind, wobei ein Überlastschutz der Startvorrichtung den Hauptstromkreis bei Überlast in Abhängigkeit von Stromstärke und Zeitdauer zu unterbrechen vermag, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein innerhalb des Startermotors (11) liegender Abschnitt (36) des Hauptstromkreises (23) als Schmelzsicherung ausgebildet ist.
- Elektrische Startvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Kohlebürsten (31) des Startermotors (10) eine als Schmelzsicherung ausgebildete Anschlusslitze (36a oder 36b) aufweist.
- Elektrische Startvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlusslitzen-Querschnitt der mindestens einen Kohlebürste (31) gegenüber dem Querschnitt der übrigen Bereiche des Hauptstromkreises (23) so stark geschwächt und/oder isoliert ist, dass diese Anschlusslitze (36a oder 36b) bei zu hoher Belastung des Startermotors durchschmilzt.
- Elektrische Startvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass von den mindestens zwei im Hauptstromkreis (23) über den Kommutatorläufer (12) in Reihe geschalteten Kohlebürsten (31) die Anschlusslitze (36a) der einen Kohlebürste (31a, 31b) einen um mehr als 10% schwächeren Querschnitt hat.
- Elektrische Startvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei vier- oder mehrpoligem Startermotor (11) die eine Gruppe der dann jeweils parallel geschalteten Kohlebürsten (31a, 31b) gegenüber der anderen Gruppe (31c, 31d) Anschlusslitzen (36a, 36b) mit geschwächtem Querschnitt haben.
- Elektrische Startvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die plusseitig im Hauptstromkreis (23) liegenden Kohlebürsten (31a, 31b) Anschlusslitzen (36a, 36b) mit geschwächtem Querschnitt aufweisen.
- Elektrische Startvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem vierpoligen Startermotor (11) mit vier über den Umfang des Kommutators (29) verteilten Kohlebürsten (31) die Anschlusslitzen (36a, 36c) zweier einander gegenüberliegender Kohlebürsten (31a und 31c) einen um mehr als 10% schwächeren Querschnitt haben als die der zwei anderen einander gegenüberliegenden Kohlebürsten (31b und 31d).
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