EP2319140A1 - Elektrische maschine - Google Patents

Elektrische maschine

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Publication number
EP2319140A1
EP2319140A1 EP09781799A EP09781799A EP2319140A1 EP 2319140 A1 EP2319140 A1 EP 2319140A1 EP 09781799 A EP09781799 A EP 09781799A EP 09781799 A EP09781799 A EP 09781799A EP 2319140 A1 EP2319140 A1 EP 2319140A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
brushes
brush
starting device
plus
minus
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09781799A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Botzenhard
Michael Bayer
Sven Hartmann
Walter Gerschwitz
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 EP2319140A1 publication Critical patent/EP2319140A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F02N11/00—Starting of engines by means of electric motors
    • F02N11/08—Circuits or control means specially adapted for starting of engines
    • F02N11/0859—Circuits or control means specially adapted for starting of engines specially adapted to the type of the starter motor or integrated into it
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/10—Arrangements of brushes or commutators specially adapted for improving commutation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/202—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit
    • F02D2041/2048—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the control of the circuit said control involving a limitation, e.g. applying current or voltage limits
    • 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
    • F02N11/0814—Circuits or control means specially adapted for starting of engines comprising means for controlling automatic idle-start-stop

Definitions

  • Starters typically designed for short-term operation and normally suitable for 30- 60,000 switching cycles.
  • the current density In order to guarantee an ideal wear behavior for the carbon brushes, the current density must be sufficiently small.
  • the maximum current density in the starter is influenced by several effects. On the one hand is the design of the electric machine
  • Figure 1 shows a longitudinal section through a starting device
  • Figure 2 is a schematic axial view of a system according to a first
  • Figure 3 is a schematic axial view of a system according to a second
  • FIG. 4 and FIG. 5 show cross sections through a respective plus and minus brush.
  • FIG. 6 shows a motor vehicle with a starting device.
  • FIG. 1 shows a starting device in a longitudinal section.
  • FIG. 1 shows a starting device 10.
  • This starting device 10 has, for example, a
  • the starter motor 13 and the engagement relay 16 are attached to a common drive bearing plate 19.
  • the starter motor 13 is functionally to drive a starter pinion 22 when it is meshed in the ring gear 25 of the internal combustion engine, not shown here.
  • the starter motor 13 has a pole tube as a housing 28, which carries permanent-magnetic poles 31 on its inner circumference.
  • the poles 31 in turn surround a rotor 37 (armature), which has a built-up of lamellae 40 armature package 43 and arranged in grooves 46 armature winding 49.
  • the armature package 43 is on a drive shaft 44th - -
  • a commutator 52 is further attached, the u.a. composed of individual commutator fins 55.
  • the commutator bars 55 are electrically connected in a known manner with the armature winding 49, that when energized the commutator fins 55 by brushes 58, a rotational movement of the rotor 37 in the pole tube 28 results.
  • a arranged between the Einspurrelais 16 and the starter motor 13 power supply 61 supplies in the on state, both the brushes 58 and the field winding 34 with power.
  • the drive shaft 44 is commutator side supported with a shaft journal 64 in a sliding bearing 67, which in turn is held stationary in a commutator bearing cover 70.
  • the commutator 70 is in turn secured by means of tie rods 73 which are arranged distributed over the circumference of the pole tube 28 (screws, for example, 2, 3 or 4 pieces) in the drive bearing plate 19. It supports the pole tube 28 on the drive bearing plate 19, and the commutator bearing cover 70 on the pole tube 28.
  • a so-called sun gear 80 connects to the rotor 37, the
  • the sun gear 80 is surrounded by a plurality of planet wheels 86, usually three planet wheels 86, which are supported by means of roller bearings 89 on journals 92.
  • the planet gears 86 roll in a ring gear 95, which is mounted outside in the pole tube 28.
  • the planet wheels 86 are adjoined by a planetary carrier 98, in which the axle journals 92 are accommodated.
  • the planet carrier 98 is in turn stored in an intermediate storage 101 and a slide bearing 104 arranged therein.
  • the intermediate bearing 101 is designed cup-shaped, that in this both the planet carrier 98, and the planet wheels 86 are added.
  • the ring gear 95 is arranged, which is ultimately closed by a cover 107 relative to the rotor 37.
  • the intermediate bearing 101 is supported with its outer circumference on the inside of the pole tube 28.
  • the rotor 37 has on the end facing away from the commutator 52 end of the drive shaft 44 has a further shaft journal 110, which is also received in a sliding bearing 113, from.
  • the sliding bearing 113 in turn is received in a central bore of the planet carrier 98.
  • the planetary carrier 98 is integrally connected to the output shaft 116.
  • This output shaft 116 is supported with its end 119 facing away from the intermediate bearing 101 in a further bearing 122 which is fixed in the drive bearing plate 19.
  • the output shaft 116 is divided into different sections.
  • the section which is arranged in the sliding bearing 104 of the intermediate bearing 101 follows a section with a so-called spur 125
  • This shaft-hub connection 128 allows the axially rectilinear sliding of a driver 131.
  • This driver 131 is a sleeve-like extension which is integral with a cup-shaped outer ring 132 of the freewheel 137.
  • This freewheel 137 (Directional locking) further consists of the inner ring 140, which is arranged radially within the outer ring 132. Between the inner ring 140 and the outer ring 132 clamping body 138 are arranged. These clamp bodies 138, in cooperation with the inner and outer rings, prevent relative rotation between the outer ring and the inner ring in a second direction.
  • the clamp bodies 138 in cooperation with the inner and outer rings, prevent relative rotation between the outer ring and the inner ring in a second direction.
  • Freewheel 137 allows a relative movement between inner ring 140 and outer ring 132 in one direction only.
  • the inner ring 140 is formed integrally with the starter pinion 22 and its helical teeth 143 (external helical teeth).
  • the push-in relay 16 has a bolt 150, which is an electrical contact and which is connected to the positive pole of an electric starter battery, which is not shown here.
  • This bolt 150 is passed through a relay cover 153.
  • This relay cover 153 terminates a relay housing 156, which by means of several
  • Fasteners 159 is attached to the drive end plate 19.
  • a pull-in winding 162 and a so-called holding winding 165 is further arranged.
  • the pull-in winding 162 and the holding winding 165 each cause an electromagnetic field in the switched-on state, which flows through both the relay housing 156 (made of electromagnetically conductive material), a linearly movable armature 168 and an armature return 171.
  • the armature 168 carries a push rod 174, which is moved in the direction of linear retraction of the armature 168 in the direction of a switching pin 177.
  • the engagement relay 16 or the armature 168 also has the task, with a tension member 187 to move the drive bearing plate 19 rotatably arranged lever.
  • This lever 190 usually designed as a fork lever, surrounds with two "tines" not shown here on its outer circumference two discs 193 and 194 to move a trapped between these driver ring 197 to the freewheel 137 back against the resistance of the spring 200 and thereby the starter pinion 22 technicallyspuren in the ring gear 25.
  • the rotor 37 can be supplied with current by means of the commutator 52 and the brushes 58.
  • the brushes 58 are at least two plus brushes 250 and at least two minus brushes 253.
  • the current density is a quotient of the current flowing through the brushes 58 electrical current I B and a cross section Q B of a brush 58 is.
  • the brush 58 is either a minus or plus brush, the current density in the event of a short circuit being less than 4.0A / mm 2 (amperes per square millimeter).
  • the short circuit case is determined by the just after turning on the starter 10 just not yet rotating rotor 37. At this time, the maximum current I B flows through the brush.
  • the short-circuit case is the worst case for the brushes 58 when the maximum allowable starter battery 260 (see also FIG. 6) is selected as the power supply with the lowest resistance of the supply and return lines 263, 264.
  • a brush 58 (whether plus brush 250 or minus brush 253) has a tangential width B and an axial length L, wherein a quotient of L / B is greater than or equal to 4, preferably at most 5, maximum to 5.5.
  • the axial length L is oriented in the direction of the axis of rotation.
  • FIG. 3 shows a system with three plus brushes 250 and three minus brushes 253.
  • the plus brushes 250 have a cross section Q which is oriented perpendicular to the current flow direction and that the minus brushes 253 have a cross section Q oriented perpendicular to the current flow direction, wherein the cross section Q of the plus brushes 250 is a different size Cross-section Q of the minus brush 253 has.
  • FIG. 4 and FIG. 5 show the cross sections Q of the plus brushes 250 and minus brushes 253.
  • a starter battery 260 is provided as a power supply, to which the starting device 10 is connected.
  • the starter battery here has a rest voltage of 12V.
  • an electrical resistance R of the supply and return lines 263, 264 between the power supply and the starting device 10 in about lmOhm (milliohms) has. - -
  • an internal electrical resistance R 1 of the power supply of about 3.7mOm is provided; this value can be achieved, for example, by means of a conventional lead-acid battery (starter battery 260) with a capacity of 90 Ah. It should accordingly in a structure of a starting device 10 (rated power of at least 2.0 kW), a supply and return line 263, 264 between the power supply (starter battery 260) and the starting device 10 with a resistance of about lmOhm (Milliohm) a Current density in the short circuit case of less than 4.0 A / mm 2 can be achieved.
  • an internal electrical resistance R 1 of the power supply of approximately 4.5mOm is provided; this value can be achieved, for example, by means of a conventional lead-acid battery (starter battery 260) with a capacity of 53Ah and a cold test current of 470A. It should accordingly in a structure of a
  • Starting device 10 (rated power of less than 2.0 kW), a supply and return line 263, 264 between the power supply (starter battery 260) and the starting device 10 with a resistance of about lmOhm (milliohms) a short-circuit current density of less than 4 , 0 A / mm 2 can be achieved.
  • the commutator 52 rotating within the plus and minus brushes has an outer circumference of at most 2 * PI * 16.5mm, preferably 2 * PI * 15mm (PI is a circle number).
  • the starting device 10 is operated in a start / stop operating method, wherein the starting device 10 is arranged in a vehicle 300 having a start / stop mode of operation.
  • a start / stop mode shuts off an engine 303 on occasions when no drive is required for the vehicle 300. This will u. a. detected by sensors. For example, before “stop” signaling traffic lights or in so-called stop-and-go situations (traffic jam).

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung mit einem Startermotor, wobei der Startermotor einen Rotor aufweist, der mittels eines Kommutators und Bürsten bestrombar ist, wobei die Bürsten zumindest zwei Plusbürsten und zumindest zwei Minusbürsten sind, wobei sich in einem Kurzschlussfall in den Bürsten jeweils eine Stromdichte ergibt, wobei die Stromdichte ein Quotient aus einem elektrischen Strom und einem Querschnitt einer Bürste ist, wobei die Bürste entweder eine Minus- oder Plusbürste ist, wobei die Stromdichte im Kurzschlussfall kleiner als 4,0 A/mm2 ist.

Description

Beschreibung
Elektrische Maschine
Stand der Technik
Zum Starten von Verbrennungsmotoren kommen hauptsächlich mechanisch kommutierte Gleichstrommotoren zum Einsatz. Der Strom wird über ein oder mehrere Bürstenpaare über den Kommutator in die Ankerwicklung eingeleitet. Diese Bürsten bestehen meist aus einem Sinterwerkstoff, welcher hauptsächlich Kupfer- und Graphitanteile hat. Diese Kohlebürsten sowie der Kommutator unterliegen im Betrieb einem Verschleiß. Dabei sind
Starter typischerweise für den kurzzeitigen Betrieb ausgelegt und normalerweise für 30- 60.000 Schaltzyklen geeignet.
Vorteile der Erfindung
Es hat sich gezeigt, dass für den Fall, in dem ein permanenterregter Starter für höhere Lasten bzw. für längere Laufzeiten (wie z.B. beim Start-Stopp-Betrieb erforderlich) ausgelegt werden soll, zur Erhöhung der erreichbaren Schaltzahlen die maximale Stromdichte in den Kohlebürsten entscheidenden Einfluss auf die Gesamtschaltzahl der
Kohlebürsten hat.
Um ein ideales Verschleißverhalten für die Kohlebürsten zu garantieren, muss die Stromdichte hinreichend klein sein. Die maximale Stromdichte im Starter wird durch mehrere Effekte beeinflusst. Einerseits ist die Auslegung der elektrischen Maschine
(Gesamtsystem) und natürlich auch die verwendeten Zuleitungswiderstände für die endgültig wirksame maximale Stromdichte im Starter verantwortlich. Den Moment der maximalen Stromdichte erreicht man beim Einschalten. Der maximale Strom wird im Kurzschluss (stehender, d. h. nicht drehender Anker) erzielt.
Steigt die notwendige Schaltzahl eines herkömmlichen Starters aufgrund eines Betriebes (wie z.B. Start-Stopp) mit häufigen Wiederholstarts am Verbrennungsmotor, so muss für ein optimales Verschleißverhalten gesorgt werden. Um die den Verschleiß in den Kommutierungskomponenten möglichst gering zu halten, muss deshalb die Stromdichte innerhalb der Kohlebürsten reduziert werden. Es hat sich dabei gezeigt, dass für normale Starteranwendungen Stromdichten in den Kohlebürsten von 4,5 — 7,5 A/mnn2 im Kurzschlussfall (maximal zulässige Batterie mit geringstem Zuleitungswiderstand) akzeptabel sein können. Die Stromdichte berechnet sich aus dem maximalen Kurschlussstrom geteilt durch die Bürstenfläche (Querschnitt) der Plusbürsten bzw.
Minusbürsten. Für einen maximalen Kurschlussstrom von 1400A und Bürstenabmessungen von 6mm x 16mm bei 2 Plusbürsten ergibt sich somit ein Wert von j=1400A/(2*(6*16mm2))=7,3 A/mm2. Will man aber eine wesentliche Schaltzahlerhöhung des Starters erreichen, so sind diese Stromdichten zu hoch. Je nach erforderlicher Schaltzahl muss eine Reduktion der Stromdichten erfolgen. Es hat sich dabei gezeigt, dass man für Stromdichten von weniger als 4,0A/mm2 im Kurzschlussfall (maximal zulässige Batterie mit geringstem Zuleitungswiderstand) eine wesentliche Erhöhung der Schaltzahlen erreichen kann.
Beschreibung
Kurze Beschreibung der Figuren:
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Startvorrichtung, Figur 2 eine schematische axiale Ansicht auf ein System gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel,
Figur 3 eine schematische axiale Ansicht auf ein System gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel
Figur 4 und Figur 5 zeigen Querschnitte durch je eine Plus- und Minusbürste Figur 6 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Startvorrichtung.
Offenbarung der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Startvorrichtung in einem Längsschnitt. In der Figur 1 ist eine Startvorrichtung 10 dargestellt. Diese Startvorrichtung 10 weist beispielsweise einen
Startermotor 13 und ein Einrückrelais 16 auf. Der Startermotor 13 und das Einrückrelais 16 sind an einem gemeinsamen Antriebslagerschild 19 befestigt. Der Startermotor 13 dient funktionell dazu, ein Andrehritzel 22 anzutreiben, wenn es im Zahnkranz 25 der hier nicht dargestellten Brennkraftmaschine eingespurt ist.
Der Startermotor 13 weist als Gehäuse ein Polrohr 28 auf, das an seinem Innenumfang permanentmagnetische Pole 31 trägt. Die Pole 31 umgeben wiederum einen Rotor 37 (Anker), der ein aus Lamellen 40 aufgebautes Ankerpaket 43 und eine in Nuten 46 angeordnete Ankerwicklung 49 aufweist. Das Ankerpaket 43 ist auf eine Antriebswelle 44 - -
aufgepresst. An dem Andrehritzel 22 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 ist des weiteren ein Kommutator 52 angebracht, der u.a. aus einzelnen Kommutatorlamellen 55 aufgebaut ist. Die Kommutatorlamellen 55 sind in bekannter Weise mit der Ankerwicklung 49 derartig elektrisch verbunden, dass sich bei Bestromung der Kommutatorlamellen 55 durch Bürsten 58 eine Drehbewegung des Rotors 37 im Polrohr 28 ergibt. Eine zwischen dem Einspurrelais 16 und dem Startermotor 13 angeordnete Stromzuführung 61 versorgt im Einschaltzustand sowohl die Bürsten 58 als auch die Erregerwicklung 34 mit Strom. Die Antriebswelle 44 ist kommutatorseitig mit einem Wellenzapfen 64 in einem Gleitlager 67 abgestützt, welches wiederum in einem Kommutatorlagerdeckel 70 ortsfest gehalten ist. Der Kommutatordeckel 70 wiederum wird mittels Zuganker 73, die über den Umfang des Polrohrs 28 verteilt angeordnet sind (Schrauben, beispielsweise 2, 3 oder 4 Stück) im Antriebslagerschild 19 befestigt. Es stützt sich dabei das Polrohr 28 am Antriebslagerschild 19 ab, und der Kommutatorlagerdeckel 70 am Polrohr 28.
In Antriebsrichtung schließt sich an den Rotor 37 ein sogenanntes Sonnenrad 80 an, das
Teil eines Planetengetriebes 83 ist. Das Sonnenrad 80 ist von mehreren Planetenrädern 86 umgeben, üblicherweise drei Planetenräder 86, die mittels Wälzlager 89 auf Achszapfen 92 abgestützt sind. Die Planetenräder 86 wälzen in einem Hohlrad 95 ab, das im Polrohr 28 außenseitig gelagert ist. In Richtung zur Abtriebsseite schließt sich an die Planetenräder 86 ein Planetenträger 98 an, in dem die Achszapfen 92 aufgenommen sind. Der Planetenträger 98 wird wiederum in einem Zwischenlager 101 und einem darin angeordneten Gleitlager 104 gelagert. Das Zwischenlager 101 ist derartig topfförmig gestaltet, dass in diesem sowohl der Planetenträger 98, als auch die Planetenräder 86 aufgenommen sind. Des Weiteren ist im topfförmigen Zwischenlager 101 das Hohlrad 95 angeordnet, das letztlich durch einen Deckel 107 gegenüber dem Rotor 37 geschlossen ist. Auch das Zwischenlager 101 stützt sich mit seinem Außenumfang an der Innenseite des Polrohrs 28 ab. Der Rotor 37 weist auf dem vom Kommutator 52 abgewandten Ende der Antriebswelle 44 einen weiteren Wellenzapfen 110 auf, der ebenfalls in einem Gleitlager 113 aufgenommen ist, ab. Das Gleitlager 113 wiederum ist in einer zentralen Bohrung des Planetenträgers 98 aufgenommen. Der Planetenträger 98 ist einstückig mit der Abtriebswelle 116 verbunden. Diese Abtriebswelle 116 ist mit ihrem vom Zwischenlager 101 abgewandten Ende 119 in einem weiteren Lager 122, welches im Antriebslagerschild 19 befestigt ist, abgestützt. Die Abtriebswelle 116 ist in verschiedene Abschnitte aufgeteilt: So folgt dem Abschnitt, der im Gleitlager 104 des Zwischenlagers 101 angeordnet ist, ein Abschnitt mit einer sogenannten Geradverzahnung 125
(Innenverzahnung), die Teil einer sogenannten Wellen-Nabe-Verbindung ist. Diese Welle-Nabe-Verbindung 128 ermöglicht in diesem Fall das axial geradlinige Gleiten eines Mitnehmers 131. Dieser Mitnehmer 131 ist ein hülsenartiger Fortsatz, der einstückig mit einem topfförmigen Außenring 132 des Freilaufs 137 ist. Dieser Freilauf 137 (Richtgesperre) besteht des Weiteren aus dem Innenring 140, der radial innerhalb des Außenrings 132 angeordnet ist. Zwischen dem Innenring 140 und dem Außenring 132 sind Klemmkörper 138 angeordnet. Diese Klemmkörper 138 verhindern in Zusammenwirkung mit dem Innen- und dem Außenring eine Relativdrehung zwischen dem Außenring und dem Innenring in einer zweiten Richtung. Mit anderen Worten: Der
Freilauf 137 ermöglicht eine Relativbewegung zwischen Innenring 140 und Außenring 132 nur in eine Richtung. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Innenring 140 einstückig mit dem Andrehritzel 22 und dessen Schrägverzahnung 143 (Außenschrägverzahnung) ausgeführt.
Der Vollständigkeit halber sei hier noch auf den Einspurmechanismus eingegangen. Das Eindrückrelais 16 weist einen Bolzen 150 auf, der ein elektrischer Kontakt ist und der an den Pluspol einer elektrischen Starterbatterie, die hier nicht dargestellt ist, angeschlossen ist. Dieser Bolzen 150 ist durch einen Relaisdeckel 153 hindurchgeführt. Dieser Relaisdeckel 153 schließt ein Relaisgehäuse 156 ab, das mittels mehrerer
Befestigungselemente 159 (Schrauben) am Antriebslagerschild 19 befestigt ist. Im Einrückrelais 16 ist weiterhin eine Einzugswicklung 162 und eine sogenannte Haltewicklung 165 angeordnet. Die Einzugswicklung 162 und die Haltewicklung 165 bewirken beide jeweils im eingeschalteten Zustand ein elektromagnetisches Feld, welches sowohl das Relaisgehäuse 156 (aus elektromagnetisch leitfähigem Material), einen linear beweglichen Anker 168 und einen Ankerrückschluss 171 durchströmt. Der Anker 168 trägt eine Schubstange 174, die beim linearen Einzug des Ankers 168 in Richtung zu einem Schaltbolzen 177 bewegt wird. Mit dieser Bewegung der Schubstange 174 zum Schaltbolzen 177 wird dieser aus seiner Ruhelage in Richtung zu zwei Kontakten 180 und 181 bewegt, so dass eine am zu den Kontakten 180 und 181 Ende des Schaltbolzens 177 angebrachte Kontaktbrücke 184 beide Kontakte 180 und 181 elektrisch miteinander verbindet. Dadurch wird vom Bolzen 150 elektrische Leistung über die Kontaktbrücke 184 hinweg zur Stromzuführung 61 und damit zu den Bürsten 58 geführt. Der Startermotor 13 wird dabei bestromt.
Das Einrückrelais 16 bzw. der Anker 168 hat aber darüber hinaus auch die Aufgabe, mit einem Zugelement 187 einen dem Antriebslagerschild 19 drehbeweglich angeordneten Hebel zu bewegen. Dieser Hebel 190, üblicherweise als Gabelhebel ausgeführt, umgreift mit zwei hier nicht dargestellten „Zinken" an ihrem Außenumfang zwei Scheiben 193 und 194, um einen zwischen diesen eingeklemmten Mitnehmerring 197 zum Freilauf 137 hin gegen den Widerstand der Feder 200 zu bewegen und dadurch das Andrehritzel 22 in dem Zahnkranz 25 einzuspuren. Der Rotor 37 ist mittels des Kommutators 52 und den Bürsten 58 bestrombar. Die Bürsten 58 sind zumindest zwei Plusbürsten 250 und zumindest zwei Minusbürsten 253. Im sogenannten Kurzschlussfall ergibt sich in den Bürsten 58 jeweils eine Stromdichte, wobei die Stromdichte ein Quotient aus dem durch die Bürsten 58 fließenden elektrischen Strom IB und einem Querschnitt QB einer Bürste 58 ist. Die Bürste 58 ist entweder eine Minus- oder Plusbürste, wobei die Stromdichte im Kurzschlussfall kleiner als 4,0A/mm2 (Ampere pro Quadratmillimeter) ist.
Der Kurzschlussfall ist bestimmt durch den sich nach dem Einschalten der Startvorrichtung 10 gerade noch nicht drehenden Rotor 37. Zu diesem Zeitpunkt fließt der maximale Strom IB durch die Bürsten. Der Kurzschlussfall ist dabei für die Bürsten 58 dann am ungünstigsten, wenn die maximal zulässige Starterbatterie 260 (s. a. Figur 6) als Stromversorgung bei geringstem Widerstand der Zu- und Rückleitung 263, 264 gewählt ist.
Eine Bürste 58 (ob Plusbürste 250 oder Minusbürste 253) weist eine tangentiale Breite B und eine axiale Länge L auf, wobei ein Quotient aus L/B größer gleich 4, vorzugsweise maximal 5, maximal bis 5,5 ist. Die axiale Länge L ist in Richtung der Drehachse orientiert.
In Figur 3 ist ein System mit drei Plusbürsten 250 und drei Minusbürsten 253 dargestellt.
Gemäß einer Abwandlung ist vorgesehen, dass die Plusbürsten 250 einen Querschnitt Q aufweisen, der senkrecht zur Stromflussrichtung orientiert ist und dass die Minusbürsten 253 einen Querschnitt Q aufweisen, der senkrecht zur Stromflussrichtung orientiert ist, wobei der Querschnitt Q der Plusbürsten 250 eine andere Größe als der Querschnitt Q der Minusbürsten 253 hat.
Figur 4 und Figur 5 zeigen die Querschnitte Q der Plusbürsten 250 und Minusbürsten 253.
Gemäß dem in Figur 6 dargestellten System in einem Kraftfahrzeug 300 ist als Stromversorgung eine Starterbatterie 260 vorgesehen, an die die Startvorrichtung 10 angeschlossen ist. Die Starterbatterie weist hier eine Ruhespannung von 12V auf.
Es ist vorgesehen, dass ein elektrischer Widerstand R der Zu- und Rückleitung 263, 264 zwischen der Stromversorgung und der Startvorrichtung 10 in etwa lmOhm (Milliohm) aufweist. - -
Für den Fall, dass die Startvorrichtung 10 eine Nennleistung von mindestens 2,0 kW aufweist, ist ein elektrischer Innenwiderstand R1 der Stromversorgung von in etwa 3,7mOm vorgesehen; dieser Wert ist beispielsweise mittels einer konventionellen Blei- Säure-Batterie (Starterbatterie 260) mit einer Kapazität von 90Ah erreichbar. Es soll dementsprechend bei einem Aufbau aus einer Startvorrichtung 10 (Nennleistung von mindestens 2,0 kW), einer Zu- und Rückleitung 263, 264 zwischen der Stromversorgung (Starterbatterie 260) und der Startvorrichtung 10 mit einem Widerstand von in etwa lmOhm (Milliohm) eine Stromdichte im Kurzschlussfall von weniger als 4,0 A/mm2 erreicht werden.
Für den Fall, dass die Startvorrichtung 10 eine Nennleistung von weniger als 2,0 kW aufweist ist ein elektrischer Innenwiderstand R1 der Stromversorgung von in etwa 4,5mOm vorgesehen; dieser Wert ist beispielsweise mittels einer konventionellen Blei- Säure-Batterie (Starterbatterie 260) mit einer Kapazität von 53Ah und einem Kaltprüfstrom von 470A erreichbar. Es soll dementsprechend bei einem Aufbau aus einer
Startvorrichtung 10 (Nennleistung von weniger als 2,0 kW), einer Zu- und Rückleitung 263, 264 zwischen der Stromversorgung (Starterbatterie 260) und der Startvorrichtung 10 mit einem Widerstand von in etwa lmOhm (Milliohm) eine Stromdichte im Kurzschlussfall von weniger als 4,0 A/mm2 erreicht werden.
Es ist vorgesehen, dass der innerhalb der Plus- und Minusbürsten rotierende Kommutator 52 einen Außenumfang aufweist, der höchstens 2*PI*16,5mm, vorzugsweise 2*PI*15mm beträgt (PI ist Kreiszahl).
Es ist vorgesehen, dass die Startvorrichtung 10 in einem Start/Stopp-Betriebsverfahren betrieben wird, wobei die Startvorrichtung 10 in einem Fahrzeug 300 angeordnet ist, dass über eine Start/Stopp-Betriebsweise verfügt. Eine Start/Stopp-Betriebsweise schaltet bei den Gelegenheiten eine Brennkraftmaschine 303 ab, bei der für das Fahrzeug 300 kein Antrieb notwendig ist. Dies wird u. a. mittels Sensoren erkannt. Beispielsweise vor „Halt" signalisierenden Ampeln oder in sogenannten Stop-and-Go-Situationen (Verkehrsstau).
Durch diese Betriebsweise ist eine vielfach erhöhte Startzahl (Andrehen der Brennkraftmaschine 300) erforderlich.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Startvorrichtung (10) mit einem Startermotor (13), wobei der Startermotor (13) einen Rotor (37) aufweist, der mittels eines Kommutators (52) und Bürsten (58) bestrombar ist, wobei die Bürsten (58) zumindest zwei Plusbürsten (250) und zumindest zwei Minusbürsten (253) sind, wobei sich in einem Kurzschlussfall in den Bürsten (58) jeweils eine Stromdichte ergibt, wobei die Stromdichte ein Quotient aus einem elektrischen Strom (IB) und einem Querschnitt (QB) einer Bürste (58) ist, wobei die Bürste (58) entweder eine Minus- (253) oder Plusbürste (250) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromdichte im Kurzschlussfall kleiner als 4,0A/mm2 ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bürste (58) eine tangentiale Breite (B) und eines axiale Länge (L) aufweist, wobei ein Quotient aus tangentialer Breite (B) und axialer Länge (L) größer oder gleich 4, vorzugsweise maximal 5, jedoch maximal bis 5,5 ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das System drei Plusbürsten (250) und drei Minusbürsten (253) aufweist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plusbürsten
(250) einen Querschnitt (QB) aufweisen, der senkrecht zur Stromflussrichtung orientiert ist und dass die Minusbürsten (253) einen Querschnitt (QB) aufweisen, der senkrecht zur Stromflussrichtung orientiert ist, wobei der Querschnitt (QB) der Plusbürsten (250) eine andere Größe als der Querschnitt (QB) der Minusbürsten (253) hat.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, dass die Startvorrichtung (10) an einer Stromversorgung angeschlossen ist, die eine Ruhespannung von 12V aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstand einer
Zuleitung zwischen der Stromversorgung und der Startvorrichtung (10) in etwa lmOhm aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung (10) eine Nennleistung von mindestens 2,0 kW aufweist und ein elektrischer Innenwiderstand der
Stromversorgung in etwa 3,7mOm beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung eine Nennleistung von weniger als 2,0 kW aufweist und ein elektrischer Innenwiderstand der Stromversorgung in etwa 4,5 mOhm beträgt. - o -
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innerhalb der Plus- und Minusbürsten rotierende Kommutator (52) einen Außenumfang aufweist, der höchstens 2*PI*16,5mnn, vorzugsweise 2*PI*15mnn beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch/einem der Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Startvorrichtung in einem Start/Stopp-Betriebsverfahren betrieben wird, wobei die Startvorrichtung in einem Fahrzeug angeordnet ist, das über eine Start/Stopp-Betriebsweise verfügt.
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